DE102013215892A1

DE102013215892A1 - Lagerstelle mit einem zweireihigen Polygonlager

Info

Publication number: DE102013215892A1
Application number: DE102013215892.0A
Authority: DE
Inventors: Alexander Pabst; Frank Schönstein
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2015-02-12
Also published as: US20150043859A1; US9551376B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerstelle (1) zur drehbaren Lagerung einer Welle (35) oder Achse in einem Gehäuse (11). Die Lagerstelle (1) umfasst als Rollenlager (2) ausgebildete Wälzlager mit zumindest einem dem Gehäuse (11) zugeordneten Lagerring (6), der eine radial nach innen gewandte äußere Wälzlaufbahn (8) bildet, an der Wälzkörper (3) geführt sind, die gegenseitig mit einer eine innere Wälzbahn (5) bildenden Welle (35) zusammenwirken. Das Rollenlager der Lagerstelle (1) ist eine Kombination von zumindest zwei zusammengefügten Polygonlagern (20a, 20b), wobei jedes Polygonlager (20a, 20b) an dem Lagerring (6) zumindest einen eine querballige Laufbahnwölbung (16) bildenden elastischen Abschnitt (15) einschließt. Damit ist sichergestellt, dass wenigstens ein Wälzkörper (3) radial vorgespannt auf der äußeren Wälzlaufbahn (8) der Welle (35) abgestützt und die Welle (7) ohne Radialspiel in dem Gehäuse (11) geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerstelle zur drehbaren Lagerung einer Welle in einem Gehäuse gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung und zum Einbau eines Rollenlagers in eine Lagerstelle nach Anspruch 10.
Rollenlager sind Wälzlager mit Rollen als Wälzkörper. Diese Wälzlager weisen eine innere und eine äußere Wälzlaufbahn auf, zwischen denen Wälzkörper in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse aufeinanderfolgend angeordnet sind. Die Wälzbahnen sind wahlweise an Lagerringen oder an der Oberfläche des ortsfesten und des zu lagernden Bauteils ausgebildet. Als Wälzkörper sind für das Rollenlager Zylinderrollen oder Nadeln einsetzbar, die abweichend zu einer äußeren zylindrischen Form auch mit einer leicht balligen Mantelfläche ausgeführt sein können. Die Stirnseiten sind bevorzugt eben, alternativ konvex bzw. konkav gewölbt. Nadeln sind rollenartige Wälzkörper mit einem Verhältnis ihrer Länge zum Nenndurchmesser der Mantelfläche, das ≥ dem Zahlenwert 2 entspricht. Bevorzugt sind die Wälzkörper in einem Käfig eingesetzt, der die Wälzkörper in Umfangsrichtung führt.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen und aus Gründen der Montierbarkeit weisen Radiallager üblicherweise ein Radialspiel auf. Die Lagerspiele stellen sich dabei in einem Ringspalt zwischen den Wälzkörpern bzw. den Rollen und deren zugehörigen Wälzlaufbahnen ein. Der radiale Abstand zwischen den sich gegenüberliegenden Wälzlaufbahnen ist die Summe aus dem Durchmesser der Rollen und aus dem Radialspiel. Die Rollen können sich innerhalb dieses Spieles radial zwischen den Wälzlaufbahnen bewegen, was zu einer nachteiligen Geräuschentwicklung führen kann. Weiterhin können sich Nachteile an Lagerstellen von Wälzlagern mit Radiallagern, beispielsweise bei der Lagerung von dem Wandlerhals des Drehmomentwandlers durch einen Achsversatz des Wandlerhalses gegenüber dem zugehörigen Bauteil einstellen, was zu einem Radialschlag und einer damit verbundenen ungleichmäßigen Belastung der Lagerstelle bzw. der Wälzlager führt, verbunden mit einer nachteiligen Geräuschentwicklung.
Die DE 41 34 369 A1 zeigt ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler, wobei eine Getriebeeingangswelle mit dem Turbinenrad des Drehmomentwandlers drehstarr verbunden ist. Eine zylindrisch ausgebildete Verlängerung von dem Pumpenrad des Drehmomentwandlers bildet den Wandlerhals. Das Pumpenrad kann bedarfsweise mit einer Primärpumpe verbunden werden, über die das Getriebe mit Druckmittel und der Drehmomentwandler mit Öl versorgt werden. Das Pumpenrad ist über den Wandlerhals an einer Lagerstelle mittels eines als Rollenlager ausgeführten Wälzlagers drehbar in einem Gehäuse gelagert. Aufgrund von Achsversatz oder Verkippungen der Rotationsachsen in der Anordnung kommt es zu ungünstigen, insbesondere ungleichmäßigen Belastungen der Lagerstellen bzw. der Wälzlager, verbunden mit einer nachteiligen Geräuschentwicklung.
Aus der FR 27 89 458 A1 ist ein als Rollenlager ausgebildetes Wälzlager zur Lagerung einer Lenksäule bekannt. Als Maßnahme, um im Einbauzustand ein Lagerspiel ausgleichen zu können, umfasst das Rollenlager einen äußeren Lagerring, der umfangsseitig beidseitig von Endabschnitten begrenzt ist, die lokal über Laschen mit einem zentralen umlaufenden Abschnitt verbunden sind. Der innenseitig eine Laufbahn für die Wälzkörper bildende Abschnitt ist gegenseitig auf der Welle bzw. der Lenksäule geführt. Weiterhin weist der zentrale umlaufende Abschnitt zur Einflussnahme auf das Lagerspiel eine gekrümmte, sich jeweils im Bereich der Laschen verengende Wälzkörperlaufbahn auf, wodurch die Wälzkörper im Einbauzustand des Rollenlagers elastisch vorgespannt sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geräuschoptimiertes Rollenlager ohne eine umfangsseitige Steifigkeitsschwankung und mit einem reduzierten Lagerspiel bereitzustellen.
Die Lösung dieser Problemstellung wird durch eine Lagerstelle gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen, auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß dem Anspruch 1 umfasst die Lagerstelle ein Rollenlager, das aus zumindest zwei zu einer Baueinheit zusammengefügten Polygonlagern besteht. Jedes als Wälzlager ausgeführte Polygonlager schließt dabei einen Lagerring mit konvex querballig verlaufenden, elastische Abschnitte bildenden Laufbahnwölbungen ein, wobei die Laufbahnwölbungen in einer Polygonform angeordnet sind. Vorteilhaft verbessert der in Richtung der Rotationsachse des Rollenlagers ausgerichtete konvexe Abschnitt der Laufbahnwölbung entscheidend die Elastizität der Wälzlaufbahn. Durch die elastisch ausgeführten, mit Wälzkörpern zusammenwirkenden Abschnitte stellt sich eine von der zylindrischen Form abweichende Geometrie ein. Der Abschnitt ist über die Laufbahnwölbung elastisch radial gegen wenigstens eine Rolle einer Reihe des Rollenlagers, vorzugsweise jedoch gegen zwei, drei oder sogar mehr der als Rollen ausgeführten Wälzkörper vorgespannt. Dadurch, dass der Abschnitt der Hülse radial gegen die Rolle(n) vorgespannt ist, stützen sich diese radial nach innen auf die Rotationsachse gerichtet an der äußeren Wälzlaufbahn einer Welle oder eines inneren Lagerings ab. Vorteilhaft verbessern die vorzugsweise an dem äußeren Lagerring in Richtung der Rotationsachse der Lagerstelle ausgerichteten Laufbahnwölbungen die Elastizität einer Wälzlaufbahn.
Die Außenlaufbahn der Wälzkörper kann direkt auf dem Oberflächenabschnitt einer Welle oder an einem inneren Lagerring ausgebildet sein. Die Innenlaufbahn ist entweder in einem Gehäuse oder in einem äußeren Lagerring ausgebildet, der in dem Gehäuse eingepasst ist. Die Erfindung ist nicht beschränkt auf eine zwei Polygonlager einschließende Lagerstelle. Bedarfsabhängig, beispielsweise für höhere Radialkräfte oder Traglasten, können auch drei oder mehr Polygonlager zusammengefügt werden. Durch die gemäß der Erfindung in einer Polygonform angeordneten Laufbahnwölbungen beider Polygonlager ergibt sich in den auch als Täler zu bezeichnenden Belastungsbereichen eine gewünschte hohe Elastizität. In den Entlastungsbereichen, den Bergen, der Laufbahnen stellt sich eine relativ hohe Steifigkeit des Lagerrings oder der Lagerhülse ein. Somit stellt sich vorteilhaft in Abhängigkeit von der Umfangs- oder Winkelposition der rotierenden Last eine geringere oder höhere Einfederung oder Steifigkeit ein. Aufgrund der zwei ein Rollenlager bildenden Polygonlager, die gemeinsam eine Lagerstelle bilden, unterbleibt bei einer Radiallast vorteilhaft eine starke umfangsseitige Schwankung der Steifigkeit.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass beispielsweise ein fertigungsbedingter Achsversatz und Radialschlag im Bereich der Lagerstelle durch die konvex querballig verlaufenden elastischen Abschnitte kompensiert wird, indem die Rollen oder Nadeln an der inneren Wälzlaufbahn abgefedert sind. Wenn die Welle gegenüber dem Gehäuse rotiert, wälzen sich die Wälzkörper des Rollenlagers an den Wälzlaufbahnen ab, passieren dabei nacheinander die Engstellen bildenden, das Lagerspiel eliminierenden elastischen Abschnitte, die gegenüber den übrigen Abschnitten oder Bereichen des Lagerrings hervorstehen.
Durch die Erfindung kann außerdem eine geräuscharme Lagerstelle realisiert werden, da durch die zusammengefügten Polygonlager, deren Abschnitte zueinander versetzt sind, sich nahezu eine umfangsseitig geschlossene, begrenzt elastische Lagerung, beispielsweise für eine rotierende Welle, ergibt. Die radiale Vorspannung der als Rollen oder Nadeln ausgeführten Wälzkörper bewirkt eine gewollte Aufhebung des Radialspiels, die zu einer vorteilhaften Geräuschvermeidung führt. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Lagerstelle in einem Getriebe ermöglicht vorteilhaft einen Ausgleich einer ungleichmäßigen Belastung der Lagerstelle bzw. des Wälzlagers. Derartige nachteilige Belastungen treten insbesondere bei einem Achsversatz oder Radialschlag auf, wodurch sich eine Abweichung von der achsparallelen Ideallage der Rotation- oder Symmetrieachsen der miteinander zusammenwirkenden Bauteile einstellt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jedes Polygonlager der Lagerstelle einen Lagerring einschließt, der zusätzlich zu querballig verlaufenden, elastische Abschnitte bildenden Laufbahnwölbungen weitere in Umfangsrichtung ausgerichtete, eine Längsballigkeit bildende, radial elastische Abschnitte umfasst. Mit dieser Maßnahme kann die Elastizität des Lagerrings und folglich des Rollenlagers weiter gesteigert werden. Durch die querballig und/oder längsballig ausgerichteten Laufbahnwölbungen der elastischen Abschnitte, die bei radialer Belastung gewollt elastisch einfedern, kann ein spielfreies, geräuschoptimiertes, als mehrreihiges Polygonlager aufgebautes Rollenlager realisiert werden. Vorteilhaft kann durch eine entsprechende konstruktive Gestaltung bzw. Formgebung der polygonartig ausgebildeten elastischen Abschnitte die Elastizität und folglich das Einfedern auf die Radialbelastung abgestimmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die elastisch ausgeführten Abschnitte an übereinstimmenden oder an unterschiedlichen Zonen der Lagerringe der zusammenwirkenden Polygonlager vorzusehen. Weiterhin ist eine lageorientierte, winkelversetzte Zuordnung der Lagerringe der Polygonlager vorgesehen, die gemeinsam eine als Rollenlager ausgeführte Baueinheit bilden. Dazu sind bevorzugt die äußeren Lagerringe lagefixiert zusammengefügt. Durch diese Maßnahme können die Phasen größerer Einfederungen aufgrund der geringeren Federsteifigkeit durch die umfangsseitig erhöhte Anzahl von elastischen Abschnitten entscheidend erhöht werden, was unmittelbar zu einer gewünschten Geräuschreduzierung beiträgt. Für Polygonlager mit einer vorzugsweise dreieckförmig gestalteten Polygonform bietet es sich an, die äußeren Lagerringe der Polygonlager um 60° winkelversetzt zueinander so zu fixieren, dass sich umfangsverteilt im Wechsel zwischen den Polygonlagern jeweils ein Winkelversatz von 60° zwischen den als Täler zu bezeichnenden Belastungsbereichen und den Entlastungsbereichen, den Bergen, einstellt.
Ferner schließt jeder äußere Lagerring der Polygonlager jeweils einen Festbord und gegenseitig einen Bördelbord ein, über die der zur Aufnahme der Wälzkörper bestimmte Käfig axial geführt ist. Zur exakten winkelversetzten Anordnung der Polygonlager werden bevorzugt deren äußere Lagerringe mittels einer formschlüssigen Sicherung fixiert. Dazu schließt der Bord eines Lagerrings eine Ausklinkung ein, in die ein axialer Ansatz an dem Bord des zugehörigen weiteren Lagerrings formschlüssig eingreift. Ferner schließt jedes Polygonlager an zumindest einem Lagerringbord an der radial nach innen gerichteten Seite eine Profilierung in einer Kronenform ein. Über die beispielsweise halbrundartige, als offene Lochung ausgeführte Profilierung kann ein höherer, die Schmierung und Kühlung verbessernder Schmieröldurchsatz für das Rollenlager erzielt werden. Die Profilierung kann außerdem zur Kennzeichnung bzw. zur Verbesserung einer Lageorientierung sowie einer formschlüssigen Aufnahme bei einer automatisierten Montage genutzt werden und bildet damit einen Schutz vor einer Fehlmontage.
Weiterhin weist die Außenkontur der Lagerringe eine Konizität auf, bei der ein dem Bördelbord zugeordneter Außendurchmesser D₂ einen Außendurchmesser D₁ an dem Festbord übertrifft. Dabei stellt sich im Bereich dieser Außendurchmesser des Lagerrings jeweils ein Hüllkreis, ein größter umschriebener Kreis ein. Zwischen den Hüllkreisen definiert der Lagerring einen größten eingeschriebenen Kreis, den Pferchkreis.
Erfindungsgemäß ist für die Laufbahnwölbungen eine Rundheitsabweichung im losen Zustand von ≥ 0,2 mm und im Einbauzustand von ≥ 0,025 mm vorgesehen. Zur Realisierung dieser Maßbereiche ist für die Fertigung des Lagerrings bzw. der Hülse ein Toleranzbereich von 0,2 bis 0,35 mm für den losen Zustand und 0,025 bis 0,045 mm für den Einbauzustand vorgesehen. Die Rundheit definiert als Referenzkreis den radialen Abstand der extremen Punkte der erfassten Umfangslinien.
Weiterhin schließt die Erfindung definierte Werte für eine Laufbahngeradheit ein. Diese soll für die querballige Laufbahnwölbung des Lagerrings im losen Zustand ≥ 0,015 mm, bevorzugt 0,015 bis 0,04 mm betragen. Im eingepressten Zustand ist für den Entlastungsbereich (A) einer Bergzone, ein Wert ≥ 0,01 mm, bevorzugt 0,01 bis 0,02 mm vorgesehen und für den Belastungsbereich (B), eine Talzone, ein Wert ≥ 0,02 mm, bevorzugt 0,02 bis 0,04 mm bestimmt.
Als weitere Einflussnahme, die Elastizität zu optimieren, bietet es sich an, für die eine Laufbahnwölbung einschließenden elastischen Abschnitte des Lagerrings eine reduzierte Wandstärke gegenüber den weiteren Lagerringabschnitten vorzusehen. Die Erfindung schließt vorzugsweise ein Verhältnis ≥ 10 zwischen dem Durchmesser der inneren Wälzlaufbahn und der radialen Wandstärke des Lagerrings ein. Als Werkstoff für den erfindungsgemäß gestalteten Lagerring eignet sich insbesondere Stahlblech. Zur Vergrößerung einer Kontaktfläche gegenüber den Wälzkörpern weist der elastische, querballig verlaufende Abschnitt vorzugsweise eine mittige, abgeflachte Zone im Bereich eines Scheitel- bzw. Wendepunkts der Laufbahnwölbung auf. Diese Maßnahme führt gleichzeitig zu einer gewünschten reduzierten Flächenpressung zwischen dem jeweiligen elastischen Abschnitt und dem Wälzkörper.
Ein gemäß der Erfindung gestaltetes Rollenlager ist bevorzugt für ein Getriebe mit einem Drehmomentwandler einsetzbar, indem ein mit einem Wandlerhals verbundenes Pumpenrad des Drehmomentwandlers in einem Gehäuse mittels der Lagerstelle drehbar gelagert ist. Ein dabei eventuell auftretender Achsversatz zur Idealausrichtung, beispielsweise zwischen der Rotationsachse des Wandlerhalses zur Symmetrieachse der Gehäusebohrung, kann mittels der erfindungsgemäßen Maßnahmen weitestgehend kompensiert werden. Vorteilhaft wird damit ein nachteiliges Taumeln der rotierenden Bauteile vermieden, was sich günstig auf das Verschleißverhalten sowie die Geräuschentwicklung auswirkt. Neben weiteren Anwendungsmöglichkeiten kann die erfindungsgemäße Lagerstelle vorteilhaft als Lenkungslagerung für ein Fahrzeug eingesetzt werden. Der durch die Erfindung wirksam erzielbare Spielausgleich verbessert entscheidend den Lenkkomfort des Fahrzeugs.
Gemäß Anspruch 10 ist zur Herstellung eines Rollenlagers für eine Lagerstelle ein folgende Schritte einschließendes Verfahren vorgesehen. Zunächst erfolgt die Herstellung der bevorzugt als Hülse ausgebildeten Lagerringe mit einem Festbord durch Umformen eines Blechbandes, insbesondere mittels eines Ziehprozesses. Danach ist ein Bördeln der Lagerringe vorgesehen, das die Gestaltung eines Bördelbordes sowie eine Profilierung einer nach innen gerichteten Seite zumindest eines Bordes einschließt. Anschließend erfolgen das Einbringen von einer Ausklinkung in einem Bord eines Lagerrings sowie das Anformen eines axial vorstehenden Ansatzes an einem Bord des zugehörigen weiteren Lagerrings sowie von umlaufend angeordneten Ausstanzungen an der Innenseite der Borde. Als weiterer Schritt ist ein Einfügen der Hülse in eine Matrize zur Bildung einer Polygonform vorgesehen. Das Werkzeug, die Matrize, ist so gestaltet, dass nach dem Umformprozess der Lagerring sowohl eine definierte Rundheitsabweichung als auch eine konvexe Laufbahnwölbung in den polygonförmigen Abschnitten aufweist. Danach erfolgt eine die Verschleißfestigkeit verbessernde Wärmebehandlung des als Hülse ausgeführten Lagerrings. Anschließend wird das Rollenlager komplettiert, indem Komponenten, wie ein geschlitzter Käfig, die als Rollen oder Nadeln ausgebildeten Wälzkörper, in die Hülse eingesetzt werden zur Fertigstellung der Polygonlager. Zur Bildung einer Lagerstelle wird das als zweireihiges Polygonlager ausgebildete Rollenlager in eine Aufnahmebohrung eines Gehäuses eingepresst, wobei die Lagerringe der Polygonlager mittels einer formschlüssigen Sicherung zueinander winkelversetzt lagefixiert sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, wobei sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Dabei zeigt:
1 schematisch das Prinzip eines Polygonlagers;
2 einen Querschnitt durch ein als Polygonlager ausgeführtes Rollenlager einer erfindungsgemäßen Lagerstelle;
3 einen Detailschnitt 3-3 des Rollenlagers gemäß 2;
4 in einer Schnittansicht ein zweireihiges Polygonlager als Rollen lager;
5 das Detail Z aus 4 in einer vergrößerten Darstellung;
6 einen Messschrieb, der die Rundheit der Polygonlager verdeut licht;
7 in einem Diagramm dargestellt eine radiale Einfederung in Abhängigkeit von einer Radialkraft; und
8 schematisch ein Getriebe mit einer Lagerstelle, über die ein Pumpenrad drehbar in einem Gehäuse gelagert ist.
In der 1 werden die Merkmale von einem als Polygonlager ausgebildeten Rollenlager 2 gemäß der 2 verdeutlicht, das eine dreieckförmig ausgebildete Polygonform aufweist. Die Polygonform bildet drei um jeweils 120° winkelversetzte, mit A gekennzeichnete Entlastungsbereiche, die auch als Bergzonen zu bezeichnen sind sowie drei mit B gekennzeichnete Belastungsbereiche bzw. Talzonen. Die Polygonform wird von einem Hüllkreis H umschlossen. Ein Innenkreis I entspricht einem größten innenliegenden, auch als Pferchkreis zu bezeichnenden Kreis der Polygonform. Der innenliegende Pfeil verdeutlicht die umlaufende Radialbelastung des Polygonlagers, die umfangsseitig eine ungleichmäßige Federung aufgrund harter und weicher Bereiche oder Zonen des Polygonlagers erfährt.
Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Lagerstelle 1 in einer Schnittansicht, die ein als Polygonlager ausgeführtes Rollenlager 2 aufweist. Wie aus dieser Darstellung hervorgeht, sind die als Rollen ausgeführten Wälzkörper 3 umfangsseitig benachbart in einem Ringspalt 4 radial zwischen einer inneren Wälzlaufbahn 5 eines Lagerrings 6 und einer äußeren Wälzlaufbahn 8 an einer zentralen Welle 35 angeordnet. Dabei sind die Wälzkörper 3 in einem einen Schlitz 36 aufweisenden Käfig 9 umfangsseitig weitestgehend gleichmäßig zueinander beabstandet geführt. Das Rollenlager 2 ist über den Lagerring 6 kraftschlüssig, beispielsweise mittels einer Presspassung, in eine Bohrung 10 eines Gehäuses 11 eingesetzt. Die Lagerstelle 1 weist zwei in Umfangsrichtung verlaufende, zueinander winkelversetzte, eine Längsballigkeit bildende, radial elastische Abschnitte 12a, 12b auf, die von einer Rotationsachse 14 aus gesehen konvex gewölbt sind und durch die sich für die innere Wälzlaufbahn 5 eine Polygonform einstellt. Die elastischen Abschnitte 12a, 12b verengen den Ringspalt 4, wodurch die Wälzkörper 3 zumindest in diesen Bereichen an der inneren Wälzlaufbahn 5 radial vorgespannt und spielfrei abgestützt sind. Gegenseitig im Bereich der Abschnitte 12a, 12b ergibt sich zwischen einer zylindrischen Außenkontur des Lagerrings 6 und der Bohrung 37 des Gehäuses 11 ein Radialspiel S₁. Die innere Wälzlaufbahn 5 weist neben den elastischen Abschnitten 12a, 12b zwei benachbarte Bereiche 13a, 13b auf, über die der Lagerring 6 mit der von der inneren Wälzlaufbahn 5 abgewandten Seite in die Bohrung 10 des Gehäuses 11 eingepasst ist. Die Bereiche 13a, 13b sind durch einen gemeinsamen, von einer Rotationsachse 14 ausgehenden Radius beschrieben, wobei deren Länge dem Bogenmaß eines Kreisbogens entspricht, welcher jeweils durch den Winkel α₁ oder α₂ beschrieben ist. Im Bereich 13a, einer Zone des Rollenlagers 2 mit geringer Radiallast, stellt sich zwischen der inneren Wälzlaufbahn 5 und den Wälzkörpern 3 ein maximales Radialspiel S_max ein.
In der 3 ist in einem Detailschnitt 3-3 das Rollenlager 2 gemäß 2 in einer radial vorgespannten Einbaulage vergrößert abgebildet. Dazu weist der als Hülse ausgebildete Lagerring 6 einen in Längsrichtung der Welle 35 ausgerichteten, eine querballige Laufbahnwölbung 16 bildenden elastischen Abschnitt 15 auf. Der Abschnitt 15 ist bevorzugt gemeinsam mit dem Abschnitt 12a in einer übereinstimmenden Zone des Lagerrings 6 eingebracht. Abweichend dazu schließt die Erfindung auch einen Winkelversatz zwischen den elastischen Abschnitten 12a, 12b und 15 ein. Durch die Laufbahnwölbung 16 des Abschnitts 15 von dem Lagerring 6 wird eine Radialkraft auf den als Rolle ausgebildeten Wälzkörper 3 übertragen, die sich gegenseitig kraftschlüssig an der Welle 35 abstützt. Die ergänzend in der polygonartig gestalteten Kontur des Lagerrings 6 eingebrachte, von seitlichen Borden 17a, 17b ausgehende, in Richtung der in einem Käfig 19 geführten Wälzkörper 3 verlaufende Laufbahnwölbung 16 bewirkt eine verbesserte Elastizität des Rollenlagers 2. Weiterhin kann mittels einer Variation bzw. unterschiedlicher Wandstärken S des Lagerrings 6 im Bereich der Laufbahnwölbung 16 die Elastizität beeinflusst werden.
Als Maßnahme, um die Flächenpressung zwischen den Wälzkörpern 3 und dem Lagerring 6 zu verringern, kann die Laufbahnwölbung 16 mittig einen abgeflachten, eine Kontaktzone 18 vergrößernden Bereich einschließen.
Die 4 zeigt das als zweireihiges Polygonlager aufgebaute Rollenlager 2 in einem Längsschnitt. Die zwei übereinstimmend aufgebauten Polygonlager 20a, 20b sind zur Bildung einer für die Lagerstelle 1 bestimmten Baueinheit über die Borde 17a, 17b axial abgestützt. Eine exakte winkelversetzte Lage der äußeren Lagerringe 6, 7 der Polygonlager 20a, 20b wird mittels einer in 5 abgebildeten Sicherung 21 gewährleistet. Die einen Schlitz 36 einschließenden Käfige 19 der Polygonlager 20a, 20b können sich im Einbauzustand unabhängig voneinander einstellen bzw. verstellen. Die jeweils äußeren Borde 17a, 17b der Lagerringe 6, 7 weisen jeweils an der radial nach innen gerichteten Seite eine Profilierung 37 in einer Kronenform auf. Über die bevorzugt halbrundartige, offen ausgeführte Profilierung 37 kann ein höherer, die Schmierung und Kühlung verbessernder Schmieröldurchsatz der Polygonlager 20a, 20b erzielt werden.
In der 5 ist in einer vergrößerten Darstellung das Detail Z aus 4 gezeigt, das eine formschlüssige Fixierung der Lagerringe 6, 7 von den Polygonlagern 20a, 20b zur Bildung des Rollenlagers 2 verdeutlicht. Dazu greift zumindest ein axialer, vorzugsweise einstückig mit dem Bord 17a des Lagerrings 6 verbundener Ansatz 22 spielbehaftet formschlüssig in eine dazu korrespondierende, bevorzugt halbrund ausgeführte Ausklinkung 23 von dem nebengeordneten Bord 17b des Lagerrings 7. Dazu ist ein Eingriff des Ansatzes 22 vorgesehen, der < als eine Bauteilstärke des Bordes 17b ausgelegt ist. Unabhängig von der formschlüssigen Fixierung der Lagerringe 6, 7 bleibt eine freie Beweglichkeit der Käfige 19 innerhalb der Lagerringe 6, 7 erhalten.
Die 6 zeigt einen sogenannten Rundheits-Messschrieb, ein Messergebnis zur Bestimmung der Rundheit von den Lagerringen 6, 7 der Polygonlager 20a, 20b, die in einem Winkelversatz von 60° zueinander lagefixiert sind. Jedes Polygonlager 20a, 20b bildet, wie in 1 gezeigt, jeweils drei mit A gekennzeichnete, um 120° (Winkel α) versetzte Entlastungsbereiche (Bergzonen) sowie drei mit B gekennzeichnete, um 120° versetzte Belastungsbereiche (Talzonen). Durch die versetzte Anordnung der Polygonlager 20a, 20b stellt sich ein halbierter Winkelversatz von 60° zwischen den Entlastungsbereichen A sowie den Belastungsbereichen B ein, die wechselweise von den Polygonlagern 20a, 20b bestimmt werden.
In dem Diagramm von 7 ist eine radiale Einfederung an dem Polygonlager 20a, 20b in Abhängigkeit von einer die Lagerstelle 1 beaufschlagenden Radialkraft dargestellt. Dazu ist auf der Ordinate die Radialkraft (N) und auf der Abszisse der Federweg (µm) aufgetragen. Der Kurvenverlauf Y entspricht den Talzonen (Belastungsbereiche), die in dem Rundheits-Messschrieb gemäß 6 mit B gekennzeichnet sind. Der weitere mit X gekennzeichnete Kurvenverlauf entspricht den Bergzonen (Entlastungsbereiche), die gemäß 6 mit A gekennzeichnet sind. Bei einer Belastung der Talzonen (Kurvenverlauf Y) stellt sich aufgrund einer geringeren Federsteifigkeit im Vergleich zur Belastung der Bergzonen (Kurvenverlauf X) eine deutlich größere Einfederung ein. Die verringerte Einfederung in den Bergzonen (Kurve X) nimmt unmittelbaren Einfluss auf die Geräuschentwicklung des Rollenlagers 2. Diese Erkenntnis berücksichtigend umfasst das erfindungsgemäße Rollenlager 2 zwei Polygonlager 20a, 20b, die gezielt winkelversetzt so zueinander lagefixiert sind, dass sich die umfangsseitigen Belastungs- und Entlastungbereiche verringern und sich damit eine Geräuschreduzierung einstellt.
Aus der 8 ist schematisch vereinfacht ein Getriebe 25 mit der Lagerstelle 1 zur drehbaren Lagerung eines Pumpenrades 26 in dem Gehäuse 11 zu entnehmen. Das Pumpenrad 26 eines Drehmomentwandlers 27 ist mit einem Wandlerhals 28 verbunden, der über das Rollenlager 2 in dem Gehäuse 11 drehbar gelagert ist. Das Gehäuse 11 ist beispielsweise Teil einer nicht weiter dargestellten Primärpumpe, über die der Drehmomentwandler 27 und das Getriebe 25 mit Druckmittel versorgt werden. Die Rotationsachse des Pumpenrades 26 ist gleichzeitig die Rotationsachse 14 eines Turbinenrades 29, einer Getriebeeingangswelle 30 und eines Leitrades 31. Das Turbinenrad 29 des Drehmomentwandlers 27 ist über die Getriebeeingangswelle 30 mit dem sich an den Drehmomentwandler 27 anschließenden Getriebe 25 verbunden, das durch die Zahnräder 32, 33 symbolisiert dargestellt ist. Das zur Rotationsachse 8 konzentrische Leitrad 31 des Drehmomentwandlers 27 ist über einen Freilauf 34 abgestützt.
Bezugszeichenliste

1: Lagerstelle
2: Rollenlager
3: Wälzkörper
4: Ringspalt
5: Wälzlaufbahn (innen)
6: Lagerring (äußerer)
7: Lagerring (äußerer)
8: Wälzlaufbahn (außen)
9: Käfig
10: Bohrung
11: Gehäuse
12a: Abschnitt
12b: Abschnitt
13a: Bereich
13b: Bereich
14: Rotationsachse
15: Abschnitt
16: Laufbahnwölbung
17a: Bord
17b: Bord
18: Kontaktzone
19: Käfig
20a: Polygonlager
20b: Polygonlager
21: Sicherung
22: Ansatz
23: Ausklinkung
24: Messschrieb
25: Getriebe
26: Pumpenrad
27: Drehmomentwandler
28: Wandlerhals
29: Turbinenrad
30: Getriebeeingangswelle
31: Leitrad
32: Zahnrad
33: Zahnrad
34: Freilauf
35: Welle
36: Schlitz
37: Profilierung
A: Entlastungsbereich
B: Belastungsbereich
H: Hüllkreis
I: Innenkreis
S: Wandstärke
S₁: Radialspiel
S_max: Radialspiel
X: Kurvenverlauf (Entlastungsbereich)
Y: Kurvenverlauf (Belastungsbereich)
Z: Detail
α₁: Winkel
α₂: Winkel
ß: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4134369 A1 [0004]
FR 2789458 A1 [0005]

Claims

Lagerstelle zur drehbaren Lagerung einer Welle (7) oder Achse in einem Gehäuse (11), wobei die Lagerstelle (1) ein als Rollenlager (2) ausgebildetes Wälzlager mit zumindest einem dem Gehäuse (11) zugeordneten äußeren Lagerring (6, 7) aufweist, der eine radial nach innen gewandte äußere Wälzlaufbahn (8) bildet, an der Wälzkörper (3) geführt sind, die gegenseitig mit einer inneren Wälzlaufbahn (5) einer Welle (7) oder eines inneren Lagerrings (10) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollenlager (2) der Lagerstelle (1) eine Kombination von zumindest zwei zusammengefügten Polygonlagern (20a, 20b) umfasst, wobei jedes Polygonlager (20a, 20b) zumindest einen Lagerring (6, 7; 10, 11) einschließt der einen in Richtung einer Rotationsachse (14) ausgerichteten, eine konvexe querballige Laufbahnwölbung (16) bildenden, elastischen Abschnitt (15) einschließt, über den wenigstens ein Wälzkörper (3) radial vorgespannt an der inneren Wälzlaufbahn (5) oder der äußeren Wälzlaufbahn (8) ohne radiales Spiel elastisch abgestützt ist.
Lagerstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Lagerring (6, 7) oder der innere Lagerring (10, 11) der Polygonlager (20a, 20b) zumindest einen in Umfangsrichtung verlaufenden, eine Längsballigkeit bildenden, radial elastisch ausgeführten Abschnitt (12a, 12b) aufweist.
Lagerstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer lageorientierten Zuordnung der Polygonlager (20a, 20b) deren mehreckförmig gestaltete Polygonformen winkelversetzt zueinander angeordnet sind.
Lagerstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Lagerringe (6, 7) jeweils einen Festbord (17a) und gegenseitig einen Bördelbord (17b) bilden und eine Konizität der Lagerringe (6, 7) einen Außendurchmesser D₂ an dem Bördelbord (17b) vorsieht, der einen Außendurchmesser D₁ an dem Festbord (17a) übertrifft.
Lagerstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer formschlüssigen Sicherung (21) die Lagerringe (6, 7) der Polygonlager (20a, 20b) fixiert sind.
Lagerstelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bord des Lagerrings (7) eine Ausklinkung (23) aufweist, in die ein axialer Ansatz (22) des zugehörigen weiteren Lagerrings (6) formschlüssig eingreift und zumindest ein Bord des Lagerrings (6, 7) radial innenseitig eine Profilierung (39) aufweist.
Lagerstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (6, 7) eine Rundheitsabweichung ≥ 0,2 mm im losen Zustand und eine Rundheitsabweichung von ≥ 0,025 mm im Einbauzustand aufweist sowie eine Laufbahngeradheit der querballigen Laufbahnwölbung (16) des Lagerrings (6, 7) im losen Zustand ≥ 0,015 mm beträgt und im eingepressten Zustand sich im Entlastungsbereich ein Wert ≥ 0,01 mm und im Belastungsbereich ein Wert ≥ 0,02 mm einstellt.
Lagerstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke S der elastischen, querballig verlaufenden Abschnitte (15) sowie eine Wandstärke der in Umfangsrichtung ausgerichteten elastischen Abschnitte (12a, 12b) sich von übrigen Wandungsabschnitten des Lagerrings (6) unterscheiden.
Lagerstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (1) für eine Lenkungslagerung oder für eine Lagerung von einem Wandlerhals (28) eines Drehmomentwandlers (27) bestimmt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Rollenlagers (2) und zum Einbau in eine Lagerstelle (1) eines Getriebes (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit folgenden Schritten: – Herstellen von den Lagerringen (6, 7) durch Umformen eines Blechbandes, bei dem gleichzeitig ein Festbord (17a) angeformt wird; – Anformen von Bördelborden (17b) an die Lagerringe (6, 7); – Einbringen von einer Ausklinkung (23) in einem Bord eines Lagerrings (6, 7) sowie Anformen eines Ansatzes (22) in einem Bord des zugehörigen weiteren Lagerrings (6, 7); – Einbringen von einer umlaufenden Profilierung (39) an zumindest einer Innenseite der Borde (17a, 17b); – Einfügen der Lagerringe (6, 7) in eine Matrize zur Bildung einer Polygonform mit einer Rundheitsabweichung und einer Laufbahnwölbung in den Abschnitten (12a, 12b; 15); – Wärmebehandlung der Lagerringe (6, 7); – Montage von Komponenten, wie einem geschlitzten Käfig (19) und die Wälzkörper (3) in einen Lagerring (6, 7) zur Fertigstellung der Polygonlager (20a, 20b); – Einpressen des Rollenlagers (2) als Lagerstelle (1) in eine Bohrung (10) eines Gehäuses (11).