DE102012223882A1

DE102012223882A1 - Axiallageranordnung

Info

Publication number: DE102012223882A1
Application number: DE102012223882.4A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fugel; Andreas Kirschner; Martin Gegner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-06-26
Also published as: WO2014094756A1; JP2016501354A; CN104838158A; CN104838158B; KR20150093849A; EP2935920B1; EP2935920A1; US20160348724A1; US9732799B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axiallageranordnung, welche im Wesentlichen aus zwei rotierenden Trägerbauteilen (1, 2) mit kreisringförmigen Stirnflächen (3, 4) und einem zwischen den Trägerbauteilen (1, 2) angeordneten Axialwälzlager (5) besteht. Dieses Axialwälzlager (5) weist eine an der Stirnfläche (3) des ersten Trägerbauteils (1) anliegende erste ringförmige Winkelscheibe (6) aus einem dünnen Stahlblech und eine an der Stirnfläche (4) des zweiten Trägerbauteils (2) anliegende zweite ringförmige Winkelscheibe (7) aus einem dünnen Stahlblech sowie einen zwischen den axialen Innenseiten (8, 9) der Winkelscheiben (6, 7) abrollenden, durch eine Vielzahl nebeneinander angeordneter und durch einen Lagerkäfig (11) in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltener Lagernadeln (12) gebildeten Nadelkranz (10) auf und wird durch einen von einer zentral durch das Axialwälzlager (5) durchgeführten Welle ausgehenden Schmiermittelstrom (13) geschmiert und gekühlt. Erfindungsgemäß ist zwischen dem ersten Trägerbauteil (1) und der ersten Winkelscheibe (6) eine federnd ausgebildete, kreisringförmige Rampenscheibe (14) angeordnet, mit welcher ein im lastfreien Zustand aus dem Axialspiel des Axialwälzlagers (5) resultierender Radialringspalt (15) zwischen dem ersten Träger-bauteil (1) und der ersten Winkelscheibe (6) gegen Fehlleitungen des Schmier-mittelstromes (13) abdichtbar und der Schmiermittelstrom (13) zugleich gezielt in den Lagerinnenraum (16) zwischen den Winkelscheiben (6, 7) einleitbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Axiallageranordnung nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, und sie insbesondere vorteilhaft für die Axiallagerung des Sonnenradträgers eines ersten Planetengetriebes gegen den Hohlradtopf eines zweiten Planetengetriebes in einem PKW-Automatikgetriebe geeignet.
Hintergrund der Erfindung
Die häufigste Ausführungsform von PKW-Automatikgetrieben sind sogenannte Wandlergetriebe, die sich von herkömmlichen und von automatisierten Schaltgetrieben vor allem durch einen zugkraftunterbrechungsfreien Schaltvorgang unterscheiden. Derartige PKW-Automatikgetriebe weisen zumeist einen hydraulischen Drehmomentenwandler als Anfahrkupplung auf und setzen sich im Wesentlichen aus mehreren Lamellenkupplungen sowie einer Kombination von mehreren Freiläufen und Planetengetrieben zusammen. Alle Schalt- und Kupplungsvorgänge erfolgen dabei über die Lamellenkupplungen, welche die kraftschlüssige Verbindung der einzelnen Planetengetriebestufen mit den Ein- und Ausgangswellen des Automatikgetriebes herstellen.
Da während der einzelnen Schaltvorgänge durch die zumeist schrägverzahnten Planetenräder der Planetengetriebe zwischen den Getriebebauteilen auch erhebliche Axialkräfte wirken, sind in modernen Automatikgetrieben zur Vermeidung von Reibungs- und Wirkungsgradverlusten die einzelnen Kupplungsund Planetenträger durch eine Vielzahl von Axialnadellagern gegeneinander abgestützt. In besonderen Fällen müssen dabei einzelne sich in eine Richtung drehende Planetenträger eines Planetengetriebes gegen einzelne sich in die andere Richtung drehende Planetenträger eines benachbarten Planetengetriebes axial gegeneinander gelagert werden. Eine solche an sich bekannte Lagerung zwischen dem Sonnenradträger eines ersten Planetengetriebes und dem benachbarten Hohlradtopf eines zweiten Planetengetriebes in einem PKW-Auto-matikgetriebe ist beispielhaft in 1 der beiliegenden Zeichnungen gezeigt und besteht im Wesentlichen aus den beiden rotierenden Trägerbauteilen 1, 2 mit zueinander weisenden kreisringförmigen Stirnflächen 3, 4, zwischen denen ein Axialwälzlager 5 angeordnet ist. Dabei weist das Axialwälzlager 5 eine an der Stirnfläche 3 des ersten Trägerbauteils 1 anliegende erste ringförmige Winkelscheibe 6 aus einem dünnen Stahlblech und eine an der Stirnfläche 4 des zweiten Trägerbauteils 2 anliegende zweite ringförmige Winkelscheibe 7 aus einem dünnen Stahlblech sowie einen zwischen den axialen Innenseiten 8, 9 der Winkelscheiben 6, 7 abrollenden, durch eine Vielzahl nebeneinander angeordneter und durch einen Lagerkä11 in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltener Lagernadeln 12 gebildeten Nadelkranz 10 auf und wird durch einen von einer zentral durch das Axialwälzlager 5 durchgeführten Welle ausgehenden Schmiermittelstrom 13 geschmiert und gekühlt.
Eine Besonderheit derart angeordneter Axialwälzlager 5 ist es, dass diese auch im lastfreien Zustand hohe, aus den unterschiedlichen Drehrichtungen der benachbarten Planetenträger 1, 2 resultierende Differenzdrehzahlen aufweisen und deshalb auch im lastfreien Zustand immer ausreichend geschmiert und gekühlt werden müssen. In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass bei solchen lastfreien Zuständen ein aus dem Axialspiel des Axialwälzlagers 5 resultierender Radialringspalt 15 zwischen dem ersten Trägerbauteil 1 und der ersten Winkelscheibe 6 entsteht, durch den der größte Teil des von der zentral durch das Axialwälzlager 5 durchgeführten Welle ausgehenden Schmiermittelstromes 13 hindurch kriecht, so dass das Axialwälzlager 5 nicht mehr ausreichend geschmiert und gekühlt wird. In Folge dessen kommt es durch Mangelschmierung zu Überhitzungen und zu Lagerschäden, die einen Ausfall des gesamten Automatikgetriebes verursachen können.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Axiallageranordnung der beschriebenen Art zu konzipieren, bei der sicher gestellt ist, dass das Axial-wälzlager auch im lastfreien Zustand ausreichend geschmiert und gekühlt wird.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Axiallageranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass zwischen dem ersten Trägerbauteil und der ersten Winkelscheibe eine federnd ausgebildete, kreisringförmige Rampenscheibe angeordnet ist, mit welcher ein im lastfreien Zustand aus dem Axialspiel des Axialwälzlagers resultierender Radialringspalt zwischen dem ersten Trägerbauteil und der ersten Winkelscheibe gegen Fehlleitungen des Schmiermittelstromes abdichtbar und der Schmiermittelstrom zugleich gezielt in den Lagerinnenraum zwischen den Winkelscheiben einleitbar ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Axiallageranordnung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Axiallageranordnung vorgesehen, dass die kreisringförmige Rampenscheibe einen Profilquerschnitt mit einem vertikalen Außenabschnitt, einem zumindest annähernd horizontalen Mittelabschnitt und einem schräg vom Mittelabschnitt zum Trägerbauteil verlaufenden Innenabschnitt aufweist.
Der vertikale Außenabschnitt der Rampenscheibe ist dabei nach Anspruch 3 zusammen mit einer zusätzlichen Distanzringscheibe zwischen dem ersten Trägerbauteil und der ersten Winkelscheibe angeordnet und erstreckt sich bis unterhalb des Innendurchmessers der ersten Winkelscheibe. Die zusätzliche Distanzscheibe hat dabei in bekannter Weise die Funktion eines Axialspielausgleichselementes, indem diese mit einer der Toleranzkette aller axial dem gleichselementes, indem diese mit einer der Toleranzkette aller axial dem Axialwälzlager nachfolgend angeordneter Bauteile entsprechenden Stärke ausgebildet wird. Die Stärke der Distanzscheibe kann dann in einfacher Weise um die Stärke der Rampenscheibe verringert werden, so dass die erfindungsgemäße Rampenscheibe keine Änderungen der Umgebungskonstruktion erfordert. Vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung sollen jedoch auch solche Axiallager-anordnungen eingeschlossen sein, bei denen eine solche Distanzscheibe nicht erforderlich ist.
Der sich an den vertikalen Außenabschnitt über einen Radius anschließende horizontale Mittelabschnitt der Rampenscheibe erstreckt sich dann desweiteren gemäß Anspruch 4 geringfügig bis oberhalb der Ebene der Innenseite der ersten Winkelscheibe und weist einen weiteren verrundeten Übergang zum schrägen Innenabschnitt auf, der als Abrisskante für den zum Axialwälzlager gerichteten Schmiermittelstrom ausgebildet ist. Der horizontale Mittelabschnitt und der schräge Innenabschnitt der Rampenscheibe bilden somit zusammen eine Rampe, die den Schmiermittelstrom zunächst über die Innendurchmesserkante der ersten Winkelscheibe des Axialwälzlagers leitet. An der Abrisskante am Ende der Rampe reißt der Schmiermittelstrom dann fliehkraftbedingt von der Rampe ab und wird ungehindert in den Lagerinnenraum zwischen den Winkelscheiben des Axialwälzlagers eingeleitet.
Der schräge Innenabschnitt der Rampenscheibe ist dann nach Anspruch 5 in Winkligkeit und Länge derart ausgebildet, dass dieser mit dem Innendurchmesser der Rampenscheibe am ersten Trägerbauteil zur Anlage kommt und im Einbauzustand der Rampenscheibe unter permanenter Vorspannung steht. Das bedeutet, dass der schräge Innenabschnitt eine sich an der Höhe der kreisringförmigen Stirnfläche des ersten Trägerbauteils orientierende Länge aufweist und derart in einem Winkel zur Radialachse des Axialwälzlagers geneigt angeordnet ist, dass der Innendurchmesser der Rampenscheibe bereits am ersten Trägerbauteil zur Anlage kommt, bevor der vertikale Außenabschnitt der Rampenscheibe auf der Distanzscheibe aufliegt. Dadurch erhält der schräge Innenabschnitt im Einbauzustand der Rampenscheibe eine Vorspannung, mit der ein Unterwandern der Rampenscheibe durch den Schmiermittelstrom vermieden und der im lastfreien Zustand entstehende Radialringspalt zwischen dem ersten Trägerbauteil und der ersten Winkelscheibe gegen Fehlleitungen des Schmiermittelstromes abgedichtet wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäß ausgebildeten Axialwälzlageranordnung ist es schließlich nach Anspruch 6 noch, dass die Rampenscheibe eine einheitliche Materialstärke zwischen 0,2 mm und 0,4 mm aufweist und bevorzugt aus einem vorgehärteten Bandfederstahl besteht. Hierbei hat sich ein Bandfederstahl der Sorte C75 S H + A aufgrund seiner Verformbarkeit als am geeignetsten erwiesen. Möglich ist es jedoch auch, die Rampenscheibe aus einem unlegierten Bandstahlblech herzustellen, wobei ein Bandstahlblech der Sorte DC 03 durch seine hohe Tiefziehgüte am geeignetsten erscheint.
Zusammenfassend weist die erfindungsgemäß ausgebildete Axiallageranordnung somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Axiallageranordnungen den Vorteil auf, dass durch die Anordnung einer zusätzlichen federnd ausgebildeten Rampenscheibe zwischen dem ersten Trägerbauteil und der ersten Winkelscheibe Fehlleitungen des Schmiermittelstromes durch einen im lastfreien Zustand aus dem Axialspiel des Axialwälzlagers resultierenden Radialringspalt zwischen dem ersten Trägerbauteil und der ersten Winkelscheibe vermieden werden. Darüber hinaus wird durch eine gezielte Einleitung des Schmiermittelstromes über die Rampe der Rampenscheibe in den Lagerinnenraum das Axialwälzlager jederzeit ausreichend geschmiert und gekühlt, so dass aus Mangelschmierung und Überhitzungen resultierende Lagerschäden sowie der Ausfall des gesamten Automatikgetriebes vermieden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Axiallageranordnung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine Axiallageranordnung zwischen dem Sonnenradträger eines ersten Planetengetriebes und dem Hohlradtopf eines zweiten Planetengetriebes in einem PKW-Automa-tikgetriebe nach dem Stand der Technik;
2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Axiallageranordnung zwischen dem Sonnenradträger eines ersten Planetengetriebes und dem Hohlradtopf eines zweiten Planetengetriebes in einem PKW-Automatikgetriebe;
3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X gemäß 2;
4 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Y gemäß 2.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus 2 geht eine Axiallageranordnung zwischen dem Sonnenradträger 1 eines ersten Planetengetriebes und dem Hohlradtopf 2 eines zweiten Planetengetriebes in einem PKW-Automatikgetriebe hervor, die im Wesentlichen aus den beiden mit kreisringförmigen Stirnflächen 3, 4 ausgebildeten, rotierenden Trägerbauteilen 1, 2 und einem zwischen diesen Trägerbauteilen 1, 2 angeordnetem Axialwälzlager 5 besteht. Deutlich sichtbar weist dieses Axialwälzlager 5 dabei in bekannter Weise eine an der Stirnfläche 3 des ersten Trägerbauteils 1 anliegende erste ringförmige Winkelscheibe 6 aus einem dünnen Stahlblech und eine an der Stirnfläche 4 des zweiten Trägerbauteils 2 anliegende zweite ringförmige Winkelscheibe 7 aus einem dünnen Stahlblech sowie einen zwischen den axialen Innenseiten 8, 9 der Winkelscheiben 6, 7 abrollenden Nadelkranz 10 auf, der durch eine Vielzahl nebeneinander angeordneter und durch einen Lagerkäfig 11 in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltener Lagernadeln 12 gebildet wird. Darüber hinaus ist in 2 durch Richtungspfeile angedeutet, dass das Axialwälzlager 5 durch einen Schmiermittelstrom 13 geschmiert und gekühlt wird, der von einer zentral durch das Axialwälzlager 5 durchgeführten und in der Zeichnung nicht näher dargestellten Welle ausgeht.
Desweiteren geht aus 2 sowie aus den vergrößerten Darstellungen der 3 und 4 hervor, dass zwischen dem ersten Trägerbauteil 1 und der ersten Winkelscheibe 6 erfindungsgemäß eine federnd ausgebildete, kreisringförmige Rampenscheibe 14 angeordnet ist, mit welcher ein im lastfreien Zustand aus dem Axialspiel des Axialwälzlagers 5 resultierender Radialringspalt 15 zwischen dem ersten Trägerbauteil 1 und der ersten Winkelscheibe 6 gegen Fehlleitungen des Schmiermittelstromes 13 abdichtbar und der Schmiermittelstrom 13 zugleich gezielt in den Lagerinnenraum 16 zwischen den Winkelscheiben 6, 7 einleitbar ist. Diese kreisringförmige Rampenscheibe 14 weist dabei einen Profilquerschnitt mit einem vertikalen Außenabschnitt 17, einem zumindest annähernd horizontalen Mittelabschnitt 18 und einem schräg vom Mittelabschnitt 18 zum Trägerbauteil 1 verlaufenden Innenabschnitt 19 mit eine einheitliche Materialstärke zwischen 0,2 mm und 0,4 mm auf und besteht bevorzugt aus einem vorgehärteten Bandfederstahl der Sorte C75 S H + A.
Die 3 und 4 zeigen desweiteren, dass der vertikale Außenabschnitt 17 der Rampenscheibe 14 zusammen mit einer zusätzlichen Distanzringscheibe 20 zwischen dem ersten Trägerbauteil 1 und der ersten Winkelscheibe 6 angeordnet ist und sich bis unterhalb des Innendurchmessers 21 der ersten Winkelscheibe 6 erstreckt. Der horizontale Mittelabschnitt 18 der Rampenscheibe 14 erstreckt sich dagegen geringfügig bis oberhalb der Ebene der Innenseite 8 der ersten Winkelscheibe 6 und weist einen verrundeten Übergang zum schrägen Innenabschnitt 19 auf, der als Abrisskante 22 für den wieder mit Richtungspfeilen angedeuteten Schmiermittelstrom 13 ausgebildet ist. Der schräge Innenabschnitt 19 der Rampenscheibe 14 ist schließlich noch in Winkligkeit und Länge derart ausgebildet, dass dieser mit dem Innendurchmesser 23 der Rampenscheibe 14 am Trägerbauteil 1 zur Anlage kommt und im Einbauzustand der Rampenscheibe 14 unter permanenter Vorspannung steht. Dadurch wird ein Unterwandern der Rampenscheibe 14 durch den Schmiermittelstrom 13 vermieden und der im lastfreien Zustand entstehende Radialringspalt 15 zwischen dem ersten Trägerbauteil 1 und der ersten Winkelscheibe 6 gegen Fehlleitungen des Schmiermittelstromes 13 abgedichtet.
Bezugszeichenliste

1: Trägerbauteil
2: Trägerbauteil
3: Stirnfläche von 1
4: Stirnfläche von 2
5: Axialwälzlager
6: erste Winkelscheibe von 5
7: zweite Winkelscheibe von 5
8: Innenseite von 6
9: Innenseite von 7
10: Nadelkranz
11: Lagerkäfig von 10
12: Wälzkörper von 10
13: Schmiermittelstrom
14: Rampenscheibe
15: Radialringspalt
16: Lagerinnenraum
17: Außenabschnitt von 14
18: Mittelabschnitt von 14
19: Innenabschnitt von 14
20: Distanzringscheibe
21: Innendurchmesser von 6
22: Abrisskante
23: Innendurchmesser von 14

Claims

Axiallageranordnung, im Wesentlichen bestehend aus zwei rotierenden Trägerbauteilen (1, 2) mit kreisringförmigen Stirnflächen (3, 4), zwischen denen ein Axialwälzlager (5) angeordnet ist, welches eine an der Stirnfläche (3) des ersten Trägerbauteils (1) anliegende erste ringförmige Winkelscheibe (6) aus einem dünnen Stahlblech und eine an der Stirnfläche (4) des zweiten Trägerbauteils (2) anliegende zweite ringförmige Winkelscheibe (7) aus einem dünnen Stahlblech sowie einen zwischen den axialen Innenseiten (8, 9) der Winkelscheiben (6, 7) abrollenden, durch eine Vielzahl nebeneinander angeordneter und durch einen Lagerkäfig (11) in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltener Lagernadeln (12) gebildeten Nadelkranz (10) aufweist, und welches durch einen von einer zentral durch das Axialwälzlager (5) durchgeführten Welle ausgehenden Schmiermittelstrom (13) geschmiert und gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Trägerbauteil (1) und der ersten Winkelscheibe (6) eine federnd ausgebildete, kreisringförmige Rampenscheibe (14) angeordnet ist, mit welcher ein im lastfreien Zustand aus dem Axialspiel des Axialwälzlagers (5) resultierender Radialringspalt (15) zwischen dem ersten Trägerbauteil (1) und der ersten Winkelscheibe (6) gegen Fehlleitungen des Schmiermittelstromes (13) abdichtbar und der Schmiermittelstrom (13) zugleich gezielt in den Lagerinnenraum (16) zwischen den Winkelscheiben (6, 7) einleitbar ist.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisringförmige Rampenscheibe (14) einen Profilquerschnitt mit einem vertikalen Außenabschnitt (17), einem zumindest annähernd horizontalen Mittelabschnitt (18) und einem schräg vom Mittelabschnitt (18) zum Trägerbauteil (1) verlaufenden Innenabschnitt (19) aufweist.
Axiallageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Außenabschnitt (17) der Rampenscheibe (14) zusammen mit einer zusätzlichen Distanzringscheibe (20) zwischen dem ersten Trägerbauteil (1) und der ersten Winkelscheibe (6) angeordnet ist und sich bis unterhalb des Innendurchmessers (21) der ersten Winkelscheibe (6) erstreckt.
Axiallageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der horizontale Mittelabschnitt (18) der Rampenscheibe (14) sich geringfügig bis oberhalb der Ebene der Innenseite (8) der ersten Winkelscheibe (6) erstreckt und einen verrundeten Übergang zum schrägen Innenabschnitt (19) aufweist, der als Abrisskante (22) für den Schmiermittelstrom (13) ausgebildet ist.
Axiallageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der schräge Innenabschnitt (19) der Rampenscheibe (14) in Winkligkeit und Länge derart ausgebildet ist, dass dieser mit dem Innendurchmesser (23) der Rampenscheibe (14) am Trägerbauteil (1) zur Anlage kommt und im Einbauzustand der Rampenscheibe (14) unter permanenter Vorspannung steht.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenscheibe (14) eine einheitliche Materialstärke zwischen 0,2 mm und 0,4 mm aufweist und bevorzugt aus einem vorgehärteten Bandfederstahl, wie beispielsweise C75 S H + A, oder aus einem unlegierten Bandstahlblech, wie beispielsweise DC 03, besteht.