DE102013226553B3

DE102013226553B3 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102013226553B3
Application number: DE102013226553.0A
Authority: DE
Inventors: Padelis Katsaros; Volker Wendt
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2033-12-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) mit Lagerinnenringen (2, 3), einem Lageraußenring (4) und zwei Reihen Wälzkörper (5, 6). Um eine kompakt aufgebaute Vorrichtung zu schaffen, mit der eine Kopplung und eine Entkopplung zweier benachbarter Wellen hergestellt werden kann, sieht die Erfindung vor, dass der erste Lagerinnenring (2) mit einem ersten zu koppelnden Bauteil (7) drehfest verbunden ist und dass der zweite Lagerinnenring (3) mit einem zweiten zu koppelnden Bauteil (8) drehfest verbunden ist, wobei der erste Lagerinnenring (2) mit einer ersten Kupplungsprofilierung (9) und wobei der zweite Lagerinnenring (3) mit einer zweiten Kupplungsprofilierung (10) versehen ist, wobei die beiden Kupplungsprofilierung (9, 10) zum Zusammenwirken mit einem Kupplungsteil (11) ausgebildet sind, wobei das Kupplungsteil (11) in Richtung der Achse (a) so verschieblich angeordnet ist, dass es sich in einer ersten Stellung befinden kann, in der es mit nur einer der Kupplungsprofilierung (9, 10) in Eingriff ist, und dass es sich in einer zweiten Stellung befinden kann, in der es mit beiden Kupplungsprofilierung (9, 10) in Eingriff ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend einen ersten Lagerinnenring und einen zweiten Lagerinnenring, die koaxial zu einer Achse angeordnet sind, mindestens einen Lageraußenring, eine erste Reihe Wälzkörper, die zwischen dem ersten Lagerinnenring und dem mindestens einen Lageraußenring angeordnet sind, und eine zweite Reihe Wälzkörper, die zwischen dem zweiten Lagerinnenring und dem mindestens einen Lageraußenring angeordnet sind, wobei der erste Lagerinnenring mit einem ersten zu koppelnden Bauteil drehfest verbunden ist, wobei der erste Lagerinnenring mit einer ersten Kupplungsprofilierung versehen ist und wobei der zweite Lagerinnenring mit einer zweiten Kupplungsprofilierung versehen ist, wobei die beiden Kupplungsprofilierung zum Zusammenwirken mit einem Kupplungsteil ausgebildet sind, wobei das Kupplungsteil in Richtung der Achse so verschieblich angeordnet ist, dass es sich in einer ersten Stellung befinden kann, in der es mit nur einer der Kupplungsprofilierung in Eingriff ist, und dass es sich in einer zweiten Stellung befinden kann, in der es mit beiden Kupplungsprofilierung in Eingriff ist.
Eine gattungsgemäße Lageranordnung ist in der US 2 291 151 A offenbart. Ähnliche und andere Lösungen zeigen die DE 10 2011 015 281 A1 , die US 1 584 104 A und die DE 10 2012 207 067 A1 .
Im Zusammenhang mit Kraftstoffeinsparungen bei Fahrzeugen besteht mitunter die Forderung, bestimmte Aggregate bzw. Komponenten des Motors bzw. des Fahrzeugs zeitweise abschalten zu können. Hierfür werden Kupplungselemente benötigt mit denen eine Drehverbindung zwischen zwei Wellen gezielt hergestellt und auch wieder aufgehoben werden kann.
Kupplungsanordnungen sind in mannigfaltiger Ausgestaltung bekannt. Allerdings sind sie häufig aufwändig aufgebaut und entsprechend kostenintensiv in der Herstellung und Montage.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine Kopplung und eine Entkopplung zweier benachbarter Wellen hergestellt werden kann. Die Anordnung soll dabei einfach aufgebaut und leicht sein, um sie kostengünstig herstellen zu können. Weiterhin soll die Anordnung in einfacher Weise gehandhabt werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lagerinnenring mit einem zweiten zu koppelnden Bauteil, insbesondere einer zweiten Welle, drehfest verbunden ist, wobei jede Reihe der Wälzkörper von je einem Käfig gehalten wird und das Kupplungsteil als in Richtung der Achse verschiebliches Bauteil ausgebildet ist, das axial zwischen den beiden Käfigen angeordnet ist.
Bevorzugt ist ein gemeinsamer, einstückig ausgebildeter Lageraußenring für beide Reihen Wälzkörper vorhanden.
Die beiden Lagerinnenringe sind dabei bevorzugt jeweils an ihrem Innenumfang mit einer Profilierung (z. B. mit einer Vielkeilprofilierung) versehen, die korrespondierend zu Profilierungen ausgebildet sind, die an den beiden zu koppelnden Bauteilen angeordnet sind.
Die beiden Kupplungsprofilierungen (z. B. ausgebildet als Vielkeilprofilierungen) sind bevorzugt in einem axialen Endbereich der beiden Lagerinnenringe auf deren Außenumfang angeordnet.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass mindestens ein Käfig mit einer Betätigungsvorrichtung versehen ist, mit dem er in Richtung der Achse verschoben werden kann, wobei im Käfig sich in Richtung der Achse erstreckende langlochartige Ausnehmungen für die Wälzkörper ausgebildet sind. Durch die langlochartige Ausgestaltung der Aufnahmetaschen im Käfig wird es möglich, den Käfig axial zu verschieben, ohne die axiale Lage der Wälzkörper zu verändern.
Die genannte Betätigungsvorrichtung ist bevorzugt als hydraulisch betätigte Vorrichtung ausgebildet, die mindestens einen Ringzylinder und mindestens einen Ringkolben aufweist. Die Betätigungsvorrichtung ist dabei vorzugsweise in den Lageraußenring integriert und bildet mit ihm eine kompakte Einheit.
Das Kupplungsteil kann dabei als Wälzlager ausgebildet sein, dessen Innenring mit einer Profilierung versehen ist, die zu den beiden Kupplungsprofilierung am ersten und zweiten Lagerinnenring korrespondiert.
Die vorgeschlagene Lösung stellt also auf ein Konzept ab, bei dem insbesondere innenverzahnte Lagerinnenringe mit jeweiligen zu koppelnden bzw. zu entkoppelnden Wellen verbunden sind. Die Lagerinnenringe weisen am Außenumfang und hier insbesondere in ihren benachbarten axialen Endbereichen jeweils einen verzahnten Bereich auf, die über das genannte Kupplungsteil drehfest verbunden werden können, um die beiden Wellen formschlüssig zu koppeln. Das Kupplungsteil kann dabei in eine isolierte Lage axial verschoben werden, so dass der drehfeste Verbund aufgehoben ist. Hierfür ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Käfig mit lang ausgeführten Kugeltaschen ausgestaltet, wobei über den Käfig die Stellkraft für das ringförmige Kupplungsteil übertragen werden kann.
Der vorzugsweise nur eine Lageraußenring hat selber keine Kraftübertragungsfunktion und ist koaxial zu den beiden Lagerinnenringen und den beiden zu koppelnden Wellen angeordnet.
Die vorgeschlagene Verwendung einer Lageranordnung, die die erläuterte Klauenkupplungsfunktion integriert, hat den Vorteil, dass die Lageranordnung zum notwendigen, fluchtenden Einbau der zu koppelnden Wellen genutzt werden kann.
Weiterhin ist die Möglichkeit gegeben, die Lageranordnung als abgedichtete Einheit auszubilden, wie es beispielswiese bei Rillenkugellagern bekannt ist, um so eine einfach zu handhabende Einheit zu schaffen.
Demgemäß können mittels der vorgeschlagenen Anordnung zwei verzahnte Wellen formschlüssig verbunden werden, um beispielsweise Motorkomponenten zu- oder abschalten zu können.
Die vorliegende Erfindung stellt insoweit eine integrierte Klauenkupplung in einer Lagereinheit zur Verfügung, die sehr kompakt aufgebaut und somit auch leicht ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:
1 eine Lageranordnung im Radialschnitt gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 einen Ausschnitt aus der Lageranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
3 die Lageranordnung gemäß einer dritten nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform und
4 einen Teilausschnitt aus der Lageranordnung mit schematischer Darstellung eines Dichtungselements.
In 1 ist eine Lageranordnung 1 zu sehen, die zwei (mit gestrichelten Linien dargestellte) zu koppelnde Bauteile 7 und 8 lagert, wobei die beiden Bauteile 7, 8 als Wellen ausgebildet sind. Aufgabe der Lageranordnung ist es, einmal einen drehfesten Verbund zwischen den Wellen 7, 8 herzustellen und einmal diesen Verbund aufzuheben. Damit soll erreicht werden, dass wahlweise beispielsweise ein Aggregat eines Verbrennungsmotors zu- bzw. abgeschaltet werden kann.
Die Lageranordnung 1 umfasst einen einzigen Lageraußenring 4 und zwei Lagerrinnenringe 2 und 3; die genannten Bauteile sind alle konzentrisch zu einer Achse a angeordnet. Die Lagerung der Lagerinnenringe 2, 3 und damit auch der Wellen 7, 8 erfolgt über eine erste Reihe Wälzkörper 5 und eine zweite Reihe Wälzkörper 6.
Eine permanente drehfeste Verbindung zwischen den beiden Lagerinnenringen 2, 3 und den Wellen 7, 8 wird durch je eine Profilierung 12, 13 hergestellt, die am Innenumfang der Lagerinnenringe 2, 3 und am Außenumfang der Wellen 7, 8 eingebracht ist. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Vielkeilverzahnungen, so dass die beiden Wellen 7, 8 mit ihren jeweiligen Lagerinnenringen 2, 3 drehfest verbunden sind.
Die beiden Reihen Wälzkörper 5, 6 sind jeweils von einem Käfig 14 und 15 geführt. Die Käfige 14, 15 haben vorliegend langlochartig ausgebildete Aufnahmetaschen für die Wälzkörper 5, 6; die Ausnehmungen im Käfig, die diese Aufnahmetaschen bilden, sind mit 17 bzw. 18 gekennzeichnet.
Wesentlich ist, dass der erste Lagerinnenring 2 mit einer ersten Kupplungsprofilierung 9 versehen ist, während der zweite Lagerinnenring 3 mit einer zweiten Kupplungsprofilierung 10 versehen ist. Besagte Kupplungsprofilierungen 9, 10 sind in benachbarten axialen Endbereichen der Lagerinnenringe 2, 3 angeordnet, und zwar auf dem Außenumfang der Lagerinnenringe 2, 3.
Die beiden Kupplungsprofilierung 9, 10 sind zum Zusammenwirken mit einem Kupplungsteil 11 ausgebildet. Das Kupplungsteil 11 ist dabei zwischen den beiden Käfigen 14, 15 angeordnet und – bei entsprechender axialer Bewegung der Käfige 14, 15 – in Richtung der Achse a so verschieblich angeordnet, dass sich das Kupplungsteil 11 in einer ersten Stellung befinden kann (in 1 dargestellt mit ausgezogenen Linien), in der es mit nur einer der Kupplungsprofilierung 9, 10 in Eingriff ist (im Ausführungsbeispiel nämlich mit der linken Kupplungsprofilierung 9, entsprechend dem entkoppelten Zustand). Das Kupplungsteil 11 ist indes so verschieblich, dass es sich in einer zweiten Stellung befinden kann (in 1 dargestellt mit gestrichelten Linien), in der es mit beiden Kupplungsprofilierung 9 und 10 in Eingriff ist (gekoppelter Zustand).
Das Verschieben von der einen Stellung in die andere Stellung erfolgt mit einer Betätigungsvorrichtung 16, die im Ausführungsbeispiel gemäß 1 als hydraulisches System ausgebildet ist. Hierfür sind Zylinderelemente 26 und 27 am Lageraußenring 4 festgelegt, die einen Ringzylinder 19 bzw. 20 bilden. In den Ringzylindern 19, 20 sind Ringkolben 21 und 22 eingesetzt.
Wird Hydrauliköl über die Bohrung 28 im Lageraußenring 4 in Fließrichtung P₁ in den Ringzylinder 19 geleitet bzw. wird das Hydrauliköl über die Bohrung 29 im Lageraußenring 4 aus dem Ringzylinder 20 ausgeleitet, verschieben sich die Ringkolben 21 und 22 nach rechts, so dass die Käfige 14 und 15 und mit ihnen das Kupplungsteil 11 gleichermaßen nach rechts verschoben wird. In der Konsequenz wird das Kupplungsteil 11 über beide Kupplungsprofilierungen 9, 10 geschoben, so dass die beiden Lagerinnenringe 2, 3 und somit die beiden Wellen 7, 8 miteinander drehfest gekoppelt werden (s. gestrichelt dargestellte Lage des Kupplungsteils 11).
Fließt indes das Öl in die Richtung entgegen der Fließrichtung P₁, erfolgt die entsprechende Gegenbewegung, so dass das Kupplungsteil 11 außer Eingriff mit der zweiten Kupplungsprofilierung 10 geschoben wird (s. das mit ausgezogenen Linien dargestellte Kupplungsteil 11).
Das Kupplungsteil 11 ist bei der Ausführungsform gemäß 1 als Rillenkugellager ausgebildet. Dies ist allerdings nicht zwingend. Wie es in 2 gesehen werden kann, ist auch der Einsatz eines innenverzahnten Rings als Kupplungsteil 11 möglich.
Bei der Ausführungsform nach 2 ist zudem eine Variante dahingehend vorgesehen, dass nur der Ringkolben 21 (in 2 nicht zu sehen) vorhanden ist. Damit kann die Bewegung des Kupplungsteils 11 nach rechts bewerkstelligt werden, d. h. das Verschieben in die gekoppelte Stellung der beiden Wellen 7, 8. Die Entkopplung erfolgt indes durch Wegnahme des Hydraulikdrucks aus dem Ringzylinder 19; für die axiale Verschiebebewegung in die entkoppelte Stellung sorgt ein Federelement 23, das hier beispielsweise als Schraubenfeder ausgebildet ist.
In 3 ist eine weitere Variante zu sehen. Hier ist das Kupplungsteil 11 nicht als separates Teil ausgeführt, sondern in den Lageraußenring 4 integriert, und zwar als sich radial nach innen erstreckender Abschnitt des Lageraußenrings 4. Die Außenringlaufbahnen für die beiden Reihen Wälzkörper 5 und 6 sind hier zylindrisch ausgeführt, so dass sich der Lageraußenring 4 relativ zu den Wälzkörpern 5, 6 und somit auch relativ zu den Lagerinnenringen 2, 3 in axiale Richtung a bewegen kann. Damit kann durch entsprechendes Verschieben des Lageraußenrings 4 in axiale Richtung a der entkoppelte Zustand des Kupplungsteils 11 (dargestellt in 2) oder der gekoppelte Zustand hergestellt werden.
Hier ist im übrigen im Außenumfang des Lageraußenrings 4 eine Ringnut 24 eingebracht, die für den Eingriff eines Betätigungselements, beispielsweise einer Schaltgabel, vorgesehen ist. Damit kann der Lageraußenring 4 wahlweise verschoben werden. Eine hydraulische Betätigungsvorrichtung 16 ist in diesem Falle nicht vorgesehen.
Die gesamte Lageranordnung 1 ist bevorzugt als abgedichtete Einheit ausgebildet. Dafür werden Dichtungselemente 25 vorgesehen, die entsprechend der Anforderung an eine relative Verschieblichkeit zwischen Lageraußenring 4 und Lagerinnenringen 2, 3 ausgeführt sind.
Bei der Lösung gemäß 3 ist ein axiales Gleiten der radial innenliegenden Dichtungslippe auf einem zylindrischen Abschnitt des Lagerinnenrings 2, 3 vorgesehen.
In 4 ist indes schematisch angedeutet, dass das Dichtungselement 25 auch mit einer Ziehharmonika-artigen Ausgestaltung versehen sein kann. In diesem Falle ist das Dichtungselement 25 mit seinem radial äußeren Ende im Lageraußenring 4 und hier in einer entsprechenden Aufnahmenut befestigt, während das radial innere Ende, d. h. die Dichtlippe, in einer Nut im Lagerinnenring 2, 3 läuft. Die relative axiale Beweglichkeit zwischen Lageraußenring 4 und Lagerinnenring 2, 3 ermöglicht die Ziehharmonika-artige Gestaltung des Dichtungselements 25.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
2: erster Lagerinnenring
3: zweiter Lagerinnenring
4: Lageraußenring
5: Wälzkörper
6: Wälzkörper
7: erstes zu koppelndes Bauteil (erste Welle)
8: zweites zu koppelndes Bauteil (zweite Welle)
9: erste Kupplungsprofilierung
10: zweite Kupplungsprofilierung
11: Kupplungsteil
12: Profilierung
13: Profilierung
14: Käfig
15: Käfig
16: Betätigungsvorrichtung
17: Ausnehmung im Käfig
18: Ausnehmung im Käfig
19: Ringzylinder
20: Ringzylinder
21: Ringkolben
22: Ringkolben
23: Federelement
24: Ringnut
25: Dichtungselement
26: Zylinderelement
27: Zylinderelement
28: Bohrung
29: Bohrung
a: Achse
P₁: Fließrichtung Hydrauliköl

Claims

Lageranordnung (1), umfassend einen ersten Lagerinnenring (2) und einen zweiten Lagerinnenring (3), die koaxial zu einer Achse (a) angeordnet sind, mindestens einen Lageraußenring (4), eine erste Reihe Wälzkörper (5), die zwischen dem ersten Lagerinnenring (2) und dem mindestens einen Lageraußenring (4) angeordnet sind, und eine zweite Reihe Wälzkörper (6), die zwischen dem zweiten Lagerinnenring (3) und dem mindestens einen Lageraußenring (4) angeordnet sind, wobei der erste Lagerinnenring (2) mit einem ersten zu koppelnden Bauteil (7) drehfest verbunden ist, wobei der erste Lagerinnenring (2) mit einer ersten Kupplungsprofilierung (9) versehen ist und wobei der zweite Lagerinnenring (3) mit einer zweiten Kupplungsprofilierung (10) versehen ist, wobei die beiden Kupplungsprofilierung (9, 10) zum Zusammenwirken mit einem Kupplungsteil (11) ausgebildet sind, wobei das Kupplungsteil (11) in Richtung der Achse (a) so verschieblich angeordnet ist, dass es sich in einer ersten Stellung befinden kann, in der es mit nur einer der Kupplungsprofilierung (9, 10) in Eingriff ist, und dass es sich in einer zweiten Stellung befinden kann, in der es mit beiden Kupplungsprofilierung (9, 10) in Eingriff ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lagerinnenring (3) mit einem zweiten zu koppelnden Bauteil (8) drehfest verbunden ist, wobei jede Reihe der Wälzkörper (5, 6) von je einem Käfig (14, 15) gehalten wird und das Kupplungsteil (11) als in Richtung der Achse (a) verschiebliches Bauteil ausgebildet ist, das axial zwischen den beiden Käfigen (14, 15) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsamer, einstückig ausgebildeter Lageraußenring (4) für beide Reihen Wälzkörper (5, 6) vorhanden ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerinnenringe (2, 3) jeweils an ihrem Innenumfang mit einer Profilierung (12, 13) versehen sind, die korrespondierend zu Profilierungen ausgebildet sind, die an den beiden zu koppelnden Bauteilen (7, 8) angeordnet sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kupplungsprofilierungen (9, 10) in einem axialen Endbereich der beiden Lagerinnenringe (2, 3) auf deren Außenumfang angeordnet sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Käfig (14, 15) mit einer Betätigungsvorrichtung (16) versehen ist, mit dem er in Richtung der Achse (a) verschoben werden kann, wobei im Käfig sich in Richtung der Achse (a) erstreckende langlochartige Ausnehmungen (17, 18) für die Wälzkörper (5, 6) ausgebildet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (16) als hydraulisch betätigte Vorrichtung ausgebildet ist, die mindestens einen Ringzylinder (19, 20) und mindestens einen Ringkolben (21, 22) aufweist, wobei die Betätigungsvorrichtung (16) vorzugsweise in den Lageraußenring (4) integriert ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsteil (11) als Wälzlager ausgebildet ist, dessen Innenring mit einer Profilierung versehen ist, die zu den beiden Kupplungsprofilierung (9, 10) am ersten und zweiten Lagerinnenring (2, 3) korrespondiert.