DE102017200534A1

DE102017200534A1 - Axialwälzlager für ein Kraftfahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102017200534A1
Application number: DE102017200534.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Dönges
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2037-01-14
Also published as: DE102017200534B4

Abstract

Axialwälzlager (1) für ein Kraftfahrzeuggetriebe (G), wobei das Axialwälzlager (1) eine erste Scheibe (11) zur Kontaktierung eines ersten Elements (2), eine zweite Scheibe (12) zur Kontaktierung eines zweiten Elements (3), mehrere zwischen den Scheiben (11, 12) angeordnete Wälzkörper (13) sowie einen Käfig (14) zur Führung der Wälzkörper (13) aufweist, wobei das Axialwälzlager (1) dazu eingerichtet ist, eine vom ersten Element (2) wirkende axiale Druckkraft unter Druckbelastung der Wälzkörper (13) und unter Ausgleich einer Differenzdrehzahl auf das zweite Element (3), sowie eine vom ersten Element (2) wirkende axiale Zugkraft unter Ausgleich einer Differenzdrehzahl auf das zweite Element (3) zu übertragen, wobei die axiale Zugkraftübertragung unter Entlastung der Wälzkörper (13) über eine mit der ersten Scheibe (11) zumindest in axialer Richtung fest verbundenen Hülse (16) erfolgt, welche dazu eingerichtet ist mit der zweiten Scheibe (12) zur Zugkraftübertragung zusammenzuwirken, sowie Kraftfahrzeuggetriebe (G) mit einem solchen Axialwälzlager (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Axialwälzlager für ein Kraftfahrzeuggetriebe zur Abstützung von Axialkräften zwischen einem ersten und einem zweiten Element, sowie ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einem derartigen Axialwälzlager.
Unter einem Axialwälzlager wird hierbei ein Wälzlager verstanden, welches allein für die Übertragung von in axialer Richtung wirkenden Kräften eingerichtet ist. Ein Axialwälzlager ist somit von einem Lager zu unterscheiden, welches sowohl in axialer als auch in radialer Richtung wirkende Kräfte zu übertragen vermag, also beispielsweise ein Kegelrollenlager oder ein Rillenkugellager. Das Axialwälzlager kann beispielsweise als Axialrollenlager oder als Axialnadellager ausgebildet sein.
Die Patentanmeldung US 2016/0290392 A1 beschreibt ein solches Axiallager, welches als Nadelrollen-Axialwälzlager ausgebildet ist. Dieses weist zwei L-förmige Scheiben, mehrere zwischen den Scheiben angeordnete Wälzkörper und einen Käfig zur Führung der Wälzkörper auf.
In einem Kraftfahrzeuggetriebe werden solche Axialwälzlager beispielsweise zur Abstützung von in axialer Richtung wirkenden Kräften zwischen dem Radsatz und dem Gehäuse des Getriebes verwendet. Die Axialkräfte entstehen beispielsweise durch die Schrägverzahnung der beteiligten Zahnräder. Der Radsatz ist dabei axial üblicherweise an beiden axialen Enden gelagert, beispielsweise zwischen einem Ende des Gehäuses und einem mit dem Gehäuse verbundenen Lagerschild.
Da hohe Antriebsmomente häufig nur in eine Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs abgesetzt werden, ist die maximal auftretende Axialkraft in eine Richtung deutlich höher als in der anderen Richtung. Jedoch kann der Radsatz durch äußere Einflüsse auch in die andere Richtung belastet werden, beispielsweise aufgrund seiner Trägheit bei hoher Fahrdynamik, oder bei äußerer axialer Belastung der Antriebs- oder Abtriebswelle des Getriebes. Aufgrund der Toleranzkette zwischen den axialen Enden des Radsatzes kann es zu einer unerwünscht hohen Axialverschiebung einzelner Komponenten des Radsatzes kommen.
Die Patentanmeldung EP 0 719 964 A1 lehrt in diesem Zusammenhang eine Lagerung eines Stirnräderplanetengetriebes mit Einfachschrägverzahnung und Druckringen zur axialen Radsatzführung an den Verzahnungsenden von Sonnenrad und Hohlrad. Darin wird vorgeschlagen, nur an einem Verzahnungsende entsprechende Druckringe anzuordnen, um die axiale Abstützung in der Vorzugslastrichtung des Planetengetriebes zu erreichen. Die Wegbegrenzung bei Betrieb entgegen der Vorzugslastrichtung soll durch vorhandene oder einfach zu ergänzende Bauteile erfolgen, beispielsweise durch einen ergänzenden Lagerring oder eine Anlauffläche an einem vorhandenen Radiallager.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung einen Lageraufbau für ein Kraftfahrzeuggetriebe anzugeben, mittels dem eine besonders einfache Abstützung der Axialkraft entgegen der Vorzugskraftrichtung erfolgen kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
Es wird ein Axialwälzlager für ein Kraftfahrzeuggetriebe vorgeschlagen, welches zur Abstützung von Axialkräften zwischen einem ersten und zweiten Element dient. Das Axialwälzlager weist eine erste Scheibe, eine zweite Scheibe, mehrere zwischen den Scheiben angeordnete Wälzkörper sowie einen Käfig zur Führung der Wälzkörper auf. Die erste Scheibe dient zur Kontaktierung des ersten Elements. Die zweite Scheibe dient zur Kontaktierung des zweiten Elements. Das Axialwälzlager ist dazu eingerichtet, eine vom ersten Element wirkende axiale Druckkraft unter Ausgleich einer Differenzdrehzahl auf das zweite Element zu übertragen, wobei die Wälzkörper auf Druck belastet sind.
Erfindungsgemäß ist das Axialwälzlager ferner dazu eingerichtet, eine vom ersten Element wirkende axiale Zugkraft auf das zweite Element zu übertragen, wobei die Zugkraftübertragung unter Entlastung der Wälzkörper über eine mit der ersten Scheibe verbundenen Hülse erfolgt. Die Verbindung zwischen Hülse und erster Scheibe lässt dabei in axialer Richtung keine Relativbewegung der beiden Bauelemente zu. Die Hülse ist dazu eingerichtet, mit der zweiten Scheibe zur Zugkraftübertragung zusammenzuwirken. Dabei soll eine im Vergleich zur maximal zulässigen Druckbelastung des Axialwälzlagers erheblich geringere Kraft übertragbar sein. Ist diese geringe Kraftübertragung jedoch ausreichend, ermöglicht ein solches Axialwälzlager das Entfallen einer zusätzlichen Axiallagerung.
Vorzugsweise ist ein Abstand zwischen der Hülse und der zweiten Scheibe derart bemessen, dass die Hülse die zweite Scheibe zumindest dann nicht berührt, wenn das Axialwälzlager eine vom ersten Element auf das zweite Element wirkende Druckkraft überträgt. Dies kann beispielsweise durch Ausnutzung des Lagerspiels erreicht werden. Stehen die Wälzkörper unter Druckbelastung, so ist das Lagerspiel überwunden, sodass die zweite Scheibe mit der Hülse nicht zusammenwirkt. Dadurch können die Schleppverluste des Axialwälzlagers unter Druckbelastung gering gehalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Hülse einen Kragen auf, welcher eine Gleitlagerfläche bildet. Der Kragen steht einer an der zweiten Scheibe ausgebildeten Gleitlagerfläche axial gegenüber. Über diese beiden Gleitlagerflächen kann die Zugkraftübertragung zwischen der Hülse und der zweiten Scheibe erfolgen.
Die Verbindung zwischen der Hülse und der ersten Scheibe erfolgt bevorzugt durch eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Schweißen. Alternativ dazu ist eine formschlüssige Verbindung denkbar, beispielsweise in Form eines Bajonettverschlusses. Gemäß einer weiteren Alternative kann die Hülse mit der ersten Scheibe kraftschlüssig verbunden sein, beispielsweise durch einen Presssitz.
Alternativ dazu kann die Hülse auf der ersten Scheibe unmittelbar ausgeformt sein, sodass Hülse und erste Scheibe durch ein einziges Bauteil gebildet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erste und/oder die zweite Scheibe einen axial vorstehenden Abschnitt auf. Dieser Abschnitt erstreckt sich in die Richtung des der Scheibe zugeordneten Elements, also beispielsweise bei der ersten Scheibe in Richtung des ersten Elements. An dem Abschnitt sind Mittel vorgesehen, die zur Zugkraftübertragung zwischen der Scheibe und dem der Scheibe zugeordneten Element ausgebildet sind. Beispielsweise können die Mittel durch radiale Vorsprünge des Abschnitts gebildet sein, welche vorzugsweise mehrmals entlang dem Umfang der Scheibe verteilt sind. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage des Axialwälzlagers.
Vorzugsweise kommt der Lageraufbau in einem Kraftfahrzeuggetriebe zum Einsatz, wobei das erste Element vorzugsweise einem rotierenden Bauelement des Kraftfahrzeuggetriebes zugeordnet ist, und das zweite Element einem feststehenden Bauelement des Kraftfahrzeuggetriebes zugeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird das zweite Element durch ein Gehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes oder durch ein mit dem Gehäuse drehfest verbundenes Element gebildet, beispielsweise einem mit dem Gehäuse fest verbundenen Lagerschild. Vorzugsweise wird das erste Element durch eine Abtriebswelle des Getriebes gebildet.
Das erste und/oder zweite Element kann eine Formgebung aufweisen, die mit den an der jeweiligen Scheibe ausgebildeten Mitteln zur Zugkraftübertragung formschlüssig zusammenwirken. Sind die Mittel der Scheibe beispielsweise als radiale Vorsprünge ausgebildet, so kann das zugeordnete Element entsprechende radiale Vertiefungen aufweisen. Eine derartige formschlüssige Verbindung ist bei der Montage des Getriebes einfach herzustellen, welche in weiterer Folge wieder demontierbar ist.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind das erste und/oder das zweite Element mit der zugeordneten Scheibe stoffschlüssig verbunden, beispielsweise durch zumindest einen Schweißpunkt. Eine solche stoffschlüssige Verbindung ist bei der Montage des Getriebes einfach herzustellen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:

1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßes Axialwälzlagers;
2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuggetriebes;
3 eine Schnittansicht der axialen Abtriebswellenlagerung des Kraftfahrzeuggetriebes.

1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Axialwälzlagers 1. Das Axialwälzlager 1 weist eine erste Scheibe 11, eine zweite Scheibe 12, mehrere am Umfang verteilte, axial zwischen den Scheiben 11, 12 angeordnete Wälzkörper 13, einen Käfig 14 zur Führung der Wälzkörper 13 auf. Das Axialwälzlager 1 weist einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Aufbau auf, wobei in 1 lediglich ein Abschnitt des vollständigen Schnittbilds dargestellt ist.
Die erste Scheibe 11 ist an ihrem Außendurchmesser mit einer Hülse 16 fest verbunden, welche einen nach radial innen gerichteten Kragen 16K aufweist. Auf der zur ersten Scheibe 11 zugewandten Stirnseite des Kragens 16K ist eine Gleitlagerfläche G1 ausgebildet. Die Gleitlagerfläche G1 steht axial einer an der zweiten Scheibe 12 ausgebildeten Gleitlagerfläche G2 gegenüber, wobei zwischen den beiden Gleitlagerflächen G1, G2 ein Spalt ausgebildet ist.
Wird ausgehend von der ersten Scheibe 11 in Richtung der zweiten Scheibe 12 eine axiale Kraft auf das Axialwälzlager ausgeübt, so wird diese Druckbelastung von der ersten Scheibe 11 über die Wälzkörper 13 auf die zweite Scheibe 12 übertragen. Durch die feste Verbindung zwischen erster Scheibe 11 und Hülse 16 bleibt dabei der Spalt zwischen den beiden Gleitlagerflächen G1, G2 erhalten, sodass sich die Hülse 16 und die zweite Scheibe 12 nicht berühren. Wird auf die erste Scheibe 11 eine Zugkraft in Bildrichtung links ausgeübt, so werden die Wälzkörper 13 entlastet. Die auf die erste Scheibe 11 wirkende Zugkraft wirkt auf die mit der ersten Scheibe 11 fest verbundene Hülse 16, wodurch die beiden Gleitlagerflächen G1, G2 sich berühren. Die auf die erste Scheibe 11 wirkende Zugkraft kann nun formschlüssig über die beiden Gleitlagerflächen G1, G2 auf die zweite Scheibe 12 übertragen werden.
Die erste Scheibe 11 weist einen in Bildrichtung links gerichteten, axial vorstehenden Abschnitt 11H auf. An diesem Abschnitt 11H ist ein radial nach außen gerichteter Vorsprung 11V ausgebildet, welcher ein Mittel zur Zugkraftübertragung zwischen der Scheibe 11 und einem der Scheibe zugeordneten, nicht dargestellten Element bildet. Der Vorsprung 11V kann sich entlang des gesamten Umfangs erstrecken, oder alternativ dazu mehrmals entlang dem Umfang der Scheibe 11 ausgebildet sein. Die Scheibe 11 weist auf der radialen Innenseite des Abschnitts 11H im Bereich des Vorsprungs 11V eine Kugelkalotte auf, welche bei der Herstellung des Vorsprungs 11V entsteht.
Die zweite Scheibe 12 weist einen in Bildrichtung rechts gerichteten, axial vorstehenden Abschnitt 12H auf. An diesem Abschnitt 12H ist ein radial nach innen gerichteter Vorsprung 12H ausgebildet, welcher ein Mittel zur Zugkraftübertragung zwischen der Scheibe 12 und einem der Scheibe zugeordneten, nicht dargestellten Element bildet. Der Vorsprung 12V kann ist mehrmals entlang dem Umfang der Scheibe 12 ausgebildet. Die Scheibe 12 weist auf der radialen Außenseite des Abschnitts 12H im Bereich des Vorsprungs 12V eine Einprägung auf, welche bei der Herstellung des Vorsprungs 12V entsteht.
2 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeuggetriebe G mit einer Antriebswelle GW1 und einer axial gegenüberliegenden Abtriebswelle GW2. Die Darstellung des Kraftfahrzeuggetriebes G ist nur beispielhaft anzusehen. In 2 ist mit gestrichelter Linie ein Ausschnitt markiert, welcher in 3 in Form einer Schnittansicht näher dargestellt ist.
3 zeigt eine Schnittansicht der axialen Abtriebswellenlagerung des Kraftfahrzeuggetriebes G, welches ein Axialwälzlager 1 gemäß 1 aufweist. Das Axialwälzlager 1 dient zur Abstützung von Axialkräften zwischen einem ersten Element 2, welches einen Abschnitt der Abtriebswelle GW2 bildet, und einem zweiten Element 3, welches einen Abschnitt eines Gehäuses GG des Kraftfahrzeuggetriebes G bildet. Die erste Scheibe 11 dient dabei zur Kontaktierung des ersten Elements 2. Die zweite Scheibe 12 dient zu Kontaktierung des zweiten Elements 3. Eine vom ersten Element 2 wirkende axiale Druckkraft, in Bildrichtung nach rechts wirkend, wird über die erste Scheibe 11, unter Druckbelastung der Wälzkörper 13 über die zweite Scheibe 12 zum zweiten Element 3 übertragen.
Eine vom ersten Element 2 wirkende Zugkraft, in Bildrichtung nach links wirkend, wird über die erste Scheibe 11, über die Hülse 16 und die zweite Scheibe 12 auf das zweite Element 3 übertragen. Die Kraftübertragung vom ersten Element 2 auf die erste Scheibe 11 erfolgt dabei durch einen Formschluss über den radialen Vorsprung 11V. Die Kraftübertragung von der zweiten Scheibe 12 zum zweiten Element 3 erfolgt dabei durch einen Formschluss über den radialen Vorsprung 12V.
Bezugszeichenliste

1: Axialwälzlager
11: Erste Scheibe
11K: Abschnitt
11H: Abschnitt
11V: Vorsprung
12: Zweite Scheibe
12K: Abschnitt
12H: Abschnitt
12V: Vorsprung
13: Wälzkörper
14: Käfig
16: Hülse
G: Getriebe
GW1: Antriebswelle
GW2: Antriebswelle
2: Erstes Element
3: Zweites Element
GG: Getriebegehäuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2016/0290392 A1 [0003]
EP 0719964 A1 [0006]

Claims

Axialwälzlager (1) für ein Kraftfahrzeuggetriebe (G), wobei das Axialwälzlager (1) eine erste Scheibe (11) zur Kontaktierung eines ersten Elements (2), eine zweite Scheibe (12) zur Kontaktierung eines zweiten Elements (3), mehrere zwischen den Scheiben (11, 12) angeordnete Wälzkörper (13) sowie einen Käfig (14) zur Führung der Wälzkörper (13) aufweist, wobei das Axialwälzlager (1) dazu eingerichtet ist, eine vom ersten Element (2) wirkende axiale Druckkraft unter Druckbelastung der Wälzkörper (13) und unter Ausgleich einer Differenzdrehzahl auf das zweite Element (3) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialwälzlager (1) dazu eingerichtet ist, eine vom ersten Element (2) wirkende axiale Zugkraft unter Ausgleich einer Differenzdrehzahl auf das zweite Element (3) zu übertragen, wobei die axiale Zugkraftübertragung unter Entlastung der Wälzkörper (13) über eine mit der ersten Scheibe (11) zumindest in axialer Richtung fest verbundenen Hülse (16) erfolgt, welche dazu eingerichtet ist mit der zweiten Scheibe (12) zur Zugkraftübertragung zusammenzuwirken.
Axialwälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der Hülse (15) und der zweiten Scheibe (12) derart bemessen ist, dass bei einer vom ersten Element (2) auf das zweite Element (3) wirkenden axialen Druckkraft die Hülse (16) die zweite Scheibe (12) nicht berührt.
Axialwälzlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (16) einen Kragen (16K) aufweist, welcher eine Gleitlagerfläche (G1) bildet, die einer an der zweiten Scheibe (12) ausgebildeten Gleitlagerfläche (G2) axial gegenübersteht, wobei die Zugkraftübertragung zwischen der Hülse (16) und der zweiten Scheibe (12) über die beiden Gleitlagerflächen (G1, G2) erfolgt.
Axialwälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (16) mit der ersten Scheibe (11) stoffschlüssig, reibschlüssig oder formschlüssig verbunden ist.
Axialwälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (16) und die erste Scheibe (11) als ein gemeinsames Teil ausgebildet sind.
Axialwälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Scheibe (11, 12) einen in Richtung des zugeordneten Elements (2, 3) axial vorstehenden Abschnitt aufweist (11H, 12H), an dem Mittel zur Zugkraftübertragung zwischen der Scheibe (11, 12) und dem zugeordneten Element (2, 3) ausgebildet sind.
Axialwälzlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zugkraftübertragung durch radiale Vorsprünge (11V, 12V) gebildet sind.
Axialwälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Vorsprünge (11V, 12V) am Umfang der ersten und/oder zweiten Scheibe (11, 12) verteilt sind.
Kraftfahrzeuggetriebe (G), gekennzeichnet durch ein Axialwälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Kraftfahrzeuggetriebe (G) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (2) durch ein rotierendes Bauelement des Kraftfahrzeuggetriebes (G), und das zweite Element (3) durch ein feststehendes Bauelement des Kraftfahrzeuggetriebes (G) gebildet ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (G) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (3) durch ein Gehäuse (GG) des Kraftfahrzeuggetriebes (G) oder ein mit dem Gehäuse (GG) drehfest verbundenem Element gebildet ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (G) nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (2) durch eine Abtriebswelle (GW2) des Kraftfahrzeuggetriebes (G) gebildet ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (G) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Element (2, 3) eine Formgebung aufweisen, die mit der an der zugeordneten Scheibe (11, 12) des Axialwälzlagers (1) ausgebildeten Mitteln (11H, 12H) zur Zugkraftübertragung formschlüssig zusammenwirken.
Kraftfahrzeuggetriebe (G) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Element (2, 3) mit der zugeordneten Scheibe (11, 12) des Axialwälzlagers (1) stoffschlüssig verbunden ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (G) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Element (2, 3) mit der zugeordneten Scheibe (11, 12) des Axialwälzlagers (1) durch zumindest einen Schweißpunkt verbunden ist.