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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung für ein Getriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs im Anspruch 1. Zudem betrifft die Erfindung eine Wandleranordnung mit der Wälzlageranordnung.
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Wälzlager werden üblicherweise eingesetzt, um gegeneinander rotierende Teile zu lagern. Sofern die rotierenden Teile in ihrer Position genau definiert sind und auch im Betrieb keine Abweichungen in der Position aufweisen, können die rotierenden Teile zueinander spielfrei gelagert werden. Eine Herausforderung für eine spielfreie Lagerung ergibt sich allerdings, wenn eines oder beide rotierende Teile sich im Betrieb nicht exakt rotationssymmetrisch verhalten, sondern z.B. aufgrund von Unwucht schlagen, flattern oder vibrieren.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 036 246 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine Anordnung zur spielminimierenden Lagerung einer Ausgangswelle eines Differenzialgetriebes in einem Differenzialgehäuse. Die Anordnung umfasst einen ersten Konus, der in dem Differenzialgehäuse festgelegt ist, und einen zweiten Konus, der axial verschiebbar auf der Welle angeordnet ist und in Richtung des ersten Konus vorgespannt ist. Zwischen den beiden Konussen ist ein Nadellager angeordnet, sodass die beiden Konusse relativ zueinander reibungsarm verdrehbar sind. Durch die axiale Vorspannung des Konus kann ein radiales Schlagen der Welle ausgeglichen werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wälzlageranordnung insbesondere für ein Getriebe vorzuschlagen, welches besonders gute Funktionseigenschaften aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine Wälzlageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Wandleranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Im Rahmen der Erfindung wird eine Wälzlageranordnung vorgeschlagen, welche vorzugsweise für ein Getriebe, insbesondere für ein Fahrzeuggetriebe, geeignet und/oder ausgebildet ist. Im speziellen lagert die Wälzlageranordnung mindestens eine Welle zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments in dem Antriebsstrang des Fahrzeugs in Richtung zu einem angetriebenen Rad oder zu einem Nebenaggregat, wie z.B. einer Ölpumpe.
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Die Wälzlageranordnung umfasst einen ersten und einen zweiten konusförmigen Trägerabschnitt. Besonders bevorzugt sind die Konuswinkel der beiden Trägerabschnitte gleich oder mit einer Abweichung von kleiner 10 Grad, vorzugsweise kleiner 5 Grad ausgebildet. Zwischen den beiden Trägerabschnitten ist eine Mehrzahl von als Zylinderrollen ausgebildeten Wälzkörpern angeordnet, welche insbesondere als Nadelrollen verkörpert sind und z.B. ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von vorzugsweise größer 5:1, insbesondere größer 10:1 auf weisen. Die Wälzkörper wälzen auf einer ersten und auf einer zweiten Laufbahn ab.
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Der erste Trägerabschnitt ist über die Wälzkörper relativ zu dem zweiten Trägerabschnitt gelagert, sodass die beiden Trägerabschnitte relativ zueinander um eine Hauptdrehachse rotieren, insbesondere endlos rotieren können. Somit bilden die Wälzkörper besonders bevorzugt ein Schrägrollenlager oder ein Schrägnadellager.
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Die Wälzlageranordnung umfasst ferner eine Vorspanneinrichtung, welche einen der Trägerabschnitte in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse vorspannt. Insbesondere ist der vorgespannte Trägerabschnitt in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse verschiebbar ausgebildet.
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In der beschriebenen Ausgestaltung der Wälzkörperanordnung können Schläge, Flatter oder Vibrationen in radialer Richtung zu der Hauptdrehachse durch ein Nachgeben des vorgespannten Trägerabschnitts in axialer Richtung ausgeglichen oder kompensiert werden. Damit ist die Wälzlageranordnung als eine spielverkleinernde oder sogar spielminimierte Wälzlageranordnung ausgebildet. Ferner erlaubt die Gestaltung eine axiale Bewegung der beiden Trägerabschnitte zueinander.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mindestens eine der Laufbahnen in einem Längsschnitt entlang der Hauptdrehachse und insbesondere in einer gemeinsamen Ebene mit der Hauptdrehachse gekrümmt ausgebildet ist, sodass die Wälzkörper in ihrer Längserstreckung nur abschnittsweise auf der gekrümmten Laufbahn aufliegen.
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Vorzugsweise ist die gekrümmte Laufbahn in dem Längsschnitt ballig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Krümmung oder Balligkeit derart realisiert, dass die Wälzkörper zumindest im unverformten und/oder unbelasteten Zustand der Wälzkörperanordnung, jedoch besonders bevorzugt im vorgespannten Zustand, mit weniger als 30%, vorzugsweise mit weniger als 20% ihrer Länge auf der gekrümmten Laufbahn aufliegen.
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Der Vorteil der Erfindung ist, dass durch die Ausbildung als in Längsschnitt gekrümmte Laufbahn der Schlupf der Wälzkörper vermindert wird. Der Schlupf ergibt sich aufgrund unterschiedlicher Abrollgeschwindigkeiten der Wälzkörper an den freien Enden der Wälzkörper auf den Laufbahnen. So muss bei einem schlupffreien Abrollen auf den Laufbahnen theoretisch betrachtet das freie Ende der Wälzkörper an dem größeren Durchmesser des Konus eine höhere Winkelgeschwindigkeit oder Rotationsgeschwindigkeit einnehmen als an dem anderen Ende an dem kleineren Durchmesser des Konus. Dies ist selbstverständlich nicht möglich, da die Wälzkörper jeweils mit einer einheitlichen Winkelgeschwindigkeit bzw. Rotationsgeschwindigkeit drehen, sodass der Wälzkörper schlupft, wodurch die Reibung erhöht wird.
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Durch den Einsatz der mindestens einen in Längsschnitt gekrümmten Laufbahn wird die Auflagefläche der Wälzkörper verkleinert, sodass der Schlupf vermindert und damit die Reibung reduziert wird, um insgesamt die Funktionseigenschaft der Wälzlageranordnung zu verbessern.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind beide Laufbahnen im Längsschnitt als gekrümmte Laufbahnen ausgebildet. Auf diese Weise können die Reibungsverluste weiter verringert werden. Es ist auch möglich, die Krümmung bei den beiden Laufbahnen gleich oder unterschiedlich zu wählen.
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Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass genau eine der Trägerabschnitte oder beide Trägerabschnitte die gekrümmte Laufbahn als Mantelfläche eines Laufbahnabschnitts trägt. In dieser Ausgestaltung ist der Laufbahnabschnitt und somit die Laufbahn vorzugsweise einstückig oder als Direktlaufbahn an dem Trägerabschnitt angeordnet.
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Mit dem Ziel, die Montage zu vereinfachen, kann vorgesehen sein, dass die Wälzkörper in einem Nadelkranz angeordnet sind. Der Nadelkranz ist ein Käfig für die Nadelrollen, wobei die Nadelrollen vorzugsweise unverlierbar und/oder selbsthaltend in dem Nadelkranz angeordnet sind und kann aus Metall oder Kusntstoff bestehen. Auf diese Weise kann die Wälzlageranordnung zum einen besonders einfach montiert werden, zum anderen sorgt der Nadelkranz für eine Beastandung der Nadelrollen zueinander, so dass die Funktionseigenschaft der Wälzkörperanordnung verbessert ist.
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Bei einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist die Wälzlageranordnung einen Zwischenring auf, wobei der Zwischenring die gekrümmte Laufbahn trägt und sich an einem der Trägerabschnitte als Anlageabschnitt abstützt. Der Trägerabschnitt kann mit seiner Mantelfläche in dieser Ausgestaltung beispielsweise konusförmig ausgebildet sein, sodass sich der Zwischenring an einer im Längsschnitt geraden Flächenerstreckung abstützt. Dies hat den Vorteil, dass sich die Position des Zwischenrings auf dem Trägerabschnitt frei einstellen kann.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der als Anlageabschnitt ausgebildete Trägerabschnitt aus Kunststoff gefertigt. Insbesondere ist der Anlageabschnitt als ein Kunststoffring ausgebildet. Ein derartiger Kunststoffring ist zum einen kostengünstig und mit hoher Genauigkeit herstellbar, auf der anderen Seite weist der als Kunststoffring ausgebildete Anlageabschnitt bevorzugt eine gewisse Eigendämpfung auf, sodass auf diese Weise das Spiel und zudem eine Geräuschentwicklung im Betrieb der Wälzlageranordnung vermindert ist. Auf diese Weise werden die Funktionseigenschaften der Wälzlageranordnung weiter verbessert.
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Dabei ist es besonders bevorzugt, dass der als Anlageabschnitt ausgebildete Trägerabschnitt, insbesondere der Kunststoffring, durch die Vorspannvorrichtung vorgespannt ist. Der Materialmix zwischen dem Anlageabschnitt und der Umgebungskonstruktion, welche vorzugsweise aus Metall ist, hat zum einen den Vorteil, dass eine geringe Reibung bei der axialen Verschiebung gegeben ist und zum anderen, dass die Geräuschentwicklung gedämpft ist, da insbesondere kein metallisches Klappern oder Vibrieren entstehen kann.
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Bei einer bevorzugten und industrienahen Umsetzung der Erfindung ist der Zwischenring als eine Lagerhülse ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Lagerhülse als ein Umformteil, im Speziellen als ein Ziehteil realisiert, welches ebenfalls kostengünstig und mit hoher Genauigkeit hergestellt werden kann. Die Ziehhülse weist insbesondere einen Festbord und einen Bördelbord auf, welche gemeinsam die Wälzkörper, insbesondere die Nadelrollen, in axialer Richtung begrenzen und/oder halten.
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Besonders bevorzugt dient die Wälzlageranordnung zur Abstützung einer Welle gegenüber einem Gehäuse, insbesondere einem Gehäuse aus Metall. Im Speziellen ist es bevorzugt, dass einer der Trägerabschnitte fest mit der Welle verbunden ist und der andere Trägerabschnitt über die Vorspanneinrichtung in dem Gehäuse axial verschiebbar und zugleich vorgespannt angeordnet ist. Alternativ hierzu ist es möglich, dass der Trägerabschnitt auf der Welle axial verschiebbar und zudem vorgespannt angeordnet ist und der Trägerabschnitt in dem Gehäuse fest in Bezug auf eine axiale Verschiebung angeordnet ist. Beispielsweise kann die Wälzlageranordnung bei der Abstützung einer Abtriebswelle aus einem Differenzial gegenüber dem Differenzialgehäuse eingesetzt werden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Wandleranordnung für ein Automatikgetriebe eines Fahrzeugs.
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Die Wandleranordnung umfasst ein Wandlerpumpenrad, wobei das Wandlerpumpenrad durch einen Motor des Fahrzeugs angetrieben wird und zur Umwandlung der mechanischen Energie des Motors in die Strömungsenergie ausgebildet ist. Gegebenenfalls kann die Wandleranordnung weitere Bauelemente, wie Turbinenrad, Leitrad, Freilauf und/oder Eingangswelle eines Getriebes umfassen.
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Ferner weist die Wandleranordnung eine Ölpumpe zur Erzeugung eines Steuerdrucks für eine Getriebesteuerung auf, wobei die Ölpumpe ein Getriebegehäuse und ein Hilfspumpenrad aufweist. Zwischen dem Hilfspumpenrad und dem Wandlerpumpenrad ist eine Verbindungswelle angeordnet, welche die beiden Pumpenräder miteinander drehfest koppelt.
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Erfindungsgemäß ist die Verbindungswelle in dem Getriebegehäuse über eine Wälzlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bzw. wie diese zuvor beschrieben wurden gelagert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Trägerabschnitt mit der Verbindungswelle fest verbunden und der zweite Trägerabschnitt als ein Trägerring, insbesondere als ein Kunststoffring, ausgebildet, der relativ zu dem Getriebegehäuse axial verschiebbar gelagert ist und über die Vorspanneinrichtung in axialer Richtung abstützend an dem Getriebegehäuse zu dem ersten Trägerabschnitt vorgespannt ist, sodass der zweite Trägerabschnitt in Richtung des ersten Trägerabschnitts durch die Federkraft der Vorspanneinrichtung gedrückt wird.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine Wälzlageranordnung in einem Längsschnitt als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine weitere Wälzlageranordnung in gleicher Darstellung als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 eine Wandleranordnung mit der Wälzlageranordnung nach einer der vorhergehenden Figuren.
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Die 1 zeigt eine Wälzlageranordnung 1 in einem Längsschnitt entlang einer Hauptdrehachse H der Wälzlageranordnung 1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Wälzlageranordnung 1 dient dazu, eine Welle 2 drehbar relativ zu einem Gehäuse 3 zu lagern. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse 3 stationär angeordnet ist und die Welle 2 rotiert oder dass sowohl die Welle 2 als auch das Gehäuse 3 gegenüber einer Umgebungskonstruktion und relativ zueinander um die Hauptdrehachse H rotieren.
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Z.B. ist die Welle 2 als eine Abtriebswelle eines Antriebsstrangs und das Gehäuse 3 als ein Differenzialgehäuse ausgebildet. Alternativ hierzu ist die Welle 2 – wie auch in der 3 gezeigt ist – als eine Pumpenwelle und das Gehäuse 3 als ein Pumpengehäuse ausgebildet.
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In den genannten Anwendungen kann es aufgrund von dynamischen Belastungen z.B. bei einer Unwucht zu einer radialen Auslenkung der Welle 2 gegenüber der Hauptdrehachse H kommen. Aus diesem Grund ist die Wälzlageranordnung 1 in radialer Richtung elastisch federnd ausgebildet, sodass das durch die Unwucht auftretende Spiel kompensiert oder sogar minimiert werden kann. Dadurch werden Geräuschentwicklung und Reibung der Wälzlageranordnung 1 verringert.
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Die Wälzlageranordnung 1 weist einen ersten konusförmigen Trägerabschnitt 4 auf, welcher verschiebefest und drehfest auf oder an der Welle 2 angeordnet ist. Beispielsweise ist der erste Trägerabschnitt 4 einstückig mit der Welle 2 ausgebildet. Der erste Trägerabschnitt 4 weist einen Konuswinkel alpha auf, welcher beispielsweise aus einem Bereich zwischen 20 Grad und 40 Grad in dem gezeigten Längsschnitt in Bezug auf die Hauptdrehachse H ausgewählt ist. Ferner umfasst die Wälzlageranordnung 1 einen zweiten konusförmigen Trägerabschnitt 5, welcher bei dem Ausführungsbeispiel in der 1 als ein Ring, hier als ein Kunststoffring, ausgebildet ist, der in dem Gehäuse 3 in der radialen Lage festgelegt und axial in Bezug auf die Hauptdrehachse H verschiebbar angeordnet ist.
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Der zweite Trägerabschnitt 5, also der Kunststoffring, ist durch eine als eine Feder ausgebildete Vorspanneinrichtung 6 gegenüber dem Gehäuse 3 in axialer Richtung derart vorgespannt, dass der zweite Trägerabschnitt 5 in Richtung des ersten Trägerabschnitts 4 gedrückt wird. Der zweite Trägerabschnitt 5 weist einen zweiten Konuswinkel beta auf, welcher betragsmäßig gleich zu dem ersten Konuswinkel alpha ist. Insbesondere sind die Mantelflächen des ersten und des zweiten Trägerabschnitts 4, 5 parallel zueinander in dem gezeigten Längsschnitt ausgerichtet.
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Zwischen dem ersten und dem zweiten Trägerabschnitt 4, 5 sind eine Mehrzahl von Wälzkörpern 7 positioniert, welche in einem als Lagerhülse ausgebildeten Zwischenring 8 angeordnet sind. Optional ergänzend können die Wälzkörper 7 in einem Käfig 9 geführt sein. Die Wälzkörper 7 sind als Nadelrollen ausgebildet, sodass diese ein Schrägnadellager bilden. In dem gezeigten Längsschnitt ist der dargestellte Wälzkörper 7 um den ersten Konuswinkel alpha relativ zu der Hauptdrehachse H verschwenkt angeordnet. Die Wälzkörper 7 wälzen auf einer ersten Laufbahn 10 ab, welche auf der Mantelfläche oder Oberfläche des ersten Trägerabschnitts 4 angeordnet ist und welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in der 1 in dem Längsschnitt einen geraden Verlauf hat.
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Ferner wälzen die Wälzkörper 7 auf einer zweiten Laufbahn 11 ab, welche sich an der radialen Innenseite des Zwischenrings 8 befindet. Die zweite Laufbahn 11 ist in dem gezeigten Längsschnitt jedoch nicht gerade, sondern gekrümmt ausgebildet. Insbesondere ist diese konvex in Richtung der Wälzkörper 7 ausgewölbt oder ballig ausgebildet. Mit der radialen Außenseite liegt der Zwischenring 8 an dem zweiten Trägerabschnitt 5 an.
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Durch die gekrümmte Ausgestaltung der zweiten Laufbahn 11 wird erreicht, dass die Wälzkörper 7 nur mit ihrem Mittelabschnitt und somit nur mit einem Teilabschnitt in Bezug auf deren Längserstreckung an der zweiten Laufbahn 11 anliegen. Auf diese Weise werden Reibungsverluste, welche durch einen Schlupf aufgrund der unterschiedlichen benötigten Winkelgeschwindigkeit der freien Enden jedes einzelnen Wälzkörpers 7 vermindert und damit die Reibung verringert.
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Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die erste Laufbahn 10 in gleicher Weise gekrümmt, konvex bzw. ballig ausgebildet ist, um auch auf dieser Seite die Reibungsverluste durch den Schlupf zu verringern.
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Im Betrieb werden Auslenkungen der Welle 2 in radialer Richtung durch ein Zurückweichen des zweiten Trägerabschnitts 5 in axialer Richtung gegen die Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung 6 kompensiert. Durch die Nutzung eines Kunststoffrings als zweiten Trägerabschnitt 5 werden zudem Geräuschentwicklungen bei dem Kompensationsprozess unterdrückt. Dadurch, dass die Längserstreckung der Mantelfläche des zweiten Trägerabschnitts 5 in dem gezeigten Längsschnitt größer als die Längserstreckung des Zwischenrings 8 ist, liegt der Zwischenring 8 stets gleichmäßig auf dem zweiten Trägerabschnitt 5 auf.
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Die 2 zeigt eine zweite Ausgestaltung der Wälzkörperanordnung 1 als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser Ausgestaltung sind Welle 2, erster Trägerabschnitt 4, die Wälzkörper 7 und die Vorspanneinrichtung 6 und deren Einbaulage in dem Gehäuse 3 analog zu der 1 ausgebildet, sodass auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen wird. Allerdings ist der zweite Trägerabschnitt 5 anders ausgebildet, der in diesem Beispiel als ein Metallring realisiert ist, welcher die zweite Laufbahn 11 als eine Mantelfläche trägt. In diesem Fall ist der zweite Trägerabschnitt 5 durch einen Laufbahnabschnitt 12, der die Mantelfläche und somit die zweite Laufbahn 11 bildet ergänzt. Laufbahnabschnitt 12 und zweiter Trägerabschnitt 5 können z.B. einstückig ausgebildet sein. Die Krümmung der zweiten Laufbahn 11 in dem gezeigten Längsschnitt kann beispielsweise eine Kreiskontur aufweisen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die erste Laufbahn 10 ebenfalls einen gekrümmten Verlauf aufweist. Die Wälzkörper 7 sind bei diesem Ausführungsbeispiel in einem Nadelkranz als Käfig 9 angeordnet, der Zwischenring 8 ist nicht vorhanden.
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Die 3 zeigt in einem schematischen Längsschnitt einen teilweise dargestellten, hydrodynamischen Drehmomentwandler als eine Wandleranordnung 17, welcher über ein Wandlerpumpenrad 13, das direkt vom Motor eines Fahrzeugs angetrieben wird, die mechanische Energie des Motors in Strömungsenergie umwandelt. In der vereinfachten Darstellung sind die weiteren Bauelemente Turbinenrad, Leitrad, Freilauf und Eingangswelle des Getriebes, die üblicherweise Bestandteil eines derartigen Antriebs sind, nicht dargestellt. Bestandteil der Wandleranordnung ist auch eine Ölpumpe 14 zum Aufrechterhalten des Steuerdrucks für die Getriebesteuerung. Diese Ölpumpe 14 weist ein fest mit einer Welle 2 des Wandlers verbundenes Pumpenrad 15 auf, welches in einem Pumpengehäuse 16 untergebracht ist. In diesem Pumpengehäuse 16 ist die Welle 2 der Wandleranordnung 17 über die Wälzlageranordnung 1 als Wandlerhalslagerung drehbar gelagert. Um im Bereich von der Ölpumpe 14 der Wandleranordnung 17 entstehende Geräusche, die über die Wälzlageranordnung 1 auf das gesamte Gehäuse übertragen werden, und Reibungsverluste zu verhindern, ist die Wälzlageranordnung 1 wie aus den 1 und 2 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlageranordnung
- 2
- Welle
- 3
- Gehäuse
- 4
- erster konusförmige Trägerabschnitt
- 5
- zweiter konusförmige Trägerabschnitt
- 6
- Vorspanneinrichtung
- 7
- Wälzkörper
- 8
- Zwischenring
- 9
- Käfig
- 10
- erste Laufbahn
- 11
- zweite Laufbahn
- 12
- Laufbahnabschnitt
- 13
- Wandlerpumpenrad
- 14
- Ölpumpe
- 15
- Pumpenrad
- 16
- Pumpengehäuse
- 17
- Wandleranordnung
- H
- Hauptdrehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010036246 A1 [0003]
