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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein mehrreihiges Axialkugellager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, welches für reibungsreduzierte Axiallageranwendungen mit hohen Drehzahlen hoher Steifigkeit geeignet und insbesondere vorteilhaft als axiale Planetenradlagerung in einem Planetengetriebe eines Kraftfahrzeug-Automatikgetriebes anwendbar ist.
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Hintergrund der Erfindung
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In der modernen Automobiltechnik und im Maschinenbau ist es eine allgemeine Anforderung, für die immer kompakter werdenden Anwendungen auch die vorhandenen Lagerstellen mit Wälzlagern auszulegen, die durch die entstehenden Bauraumeinschränkungen mit extrem schmalen Laufbahnen ausgebildet sind und zugleich aber gleiche oder höhere Tragfähigkeiten als die zuvor verwendeten Wälzlager aufweisen. Beispielsweise in Planetengetrieben von Kraftfahrzeug-Automatikgetrieben, wo die Planetenräder einerseits immer schmäler und kleiner ausgelegt werden, andererseits aber aufgrund des Kompaktierungsgrads der zur Verfügung stehende Bauraum auch immer kleiner wird, ist man aufgrund bestehender Emissionsgrenzwerte dazu übergegangen, die zwischen den Planetenrädern und dem Planetenradträgern üblicherweise angeordneten Anlaufscheiben durch reibungsärmere Axialnadellager zu ersetzen. Da für diese Axialnadellager sehr kurze, gleichzeitig aber einen sehr kleinen Durchmesser aufweisende Lagernadeln zu verwenden sind, stößt man bei besonders kompakten Planetengetrieben relativ schnell an die Grenzen hinsichtlich Herstellbarkeit und Funktionalität der Axialnadellager. Vor allem die Herstellung und das Handling der nur noch Miniaturformat aufweisenden Lagernadeln sind besonders schwierig beziehungsweise umständlich.
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Eine andere Möglichkeit ist es, die für solche Anwendungen konzipierten Axialnadellager durch ähnlich schmale Axialkugellager zu ersetzen, wobei zur Erreichung der erforderlichen Tragfähigkeit nur mehrreihige Axialkugellager als geeignet erscheinen. Ein solches mehrreihiges Axialkugellager ist beispielsweise aus der
JP 2012-77761 A bekannt und besteht im Wesentlichen aus einer ersten ringförmigen Lagerscheibe und einer zweiten ringförmigen Lagerscheibe, die beabstandet zueinander auf einer gemeinsamen Rotationsachse angeordnet sind, sowie aus einer Vielzahl in zwei Reihen axial nebeneinander angeordneter Lagerkugeln, die durch einen Lagerkäfig in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Der Lagerkäfig wird dabei durch eine ringförmige Trägerscheibe mit mehreren diese durchsetzenden Taschen zur Aufnahme der Lagerkugeln gebildet, wobei entweder jeweils eine Lagerkugel aus jeder Reihe in einer gemeinsamen rechteckigen Tasche angeordnet ist oder alle Lagerkugeln beider Reihen in gesonderten runden Einzeltaschen gehalten werden, die reihenweise in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
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Nachteilig bei einem solchen zweireihigen Axialkugellager ist es jedoch, dass es auch mit zwei Reihen Lagerkugeln noch nicht die erforderliche Tragfähigkeit für bestimmte hochbelastete Anwendungen aufweist. Außerdem ist es bei einem solchen Axialkugellager von Nachteil, dass die einen identischen Durchmesser aufweisenden Lagerkugeln beider Reihen auf Laufbahnen mit unterschiedlichem Durchmesser auf den Lagerscheiben abrollen und dadurch unterschiedliche Rollgeschwindigkeiten aufweisen. Das heist, dass die mit einem größeren Abstand zur Rotationsachse des Axialwälzlagers umlaufende äußere Reihe der Lagerkugeln naturgemäß eine größere Rollgeschwindigkeit aufweist als die mit einem kleineren Abstand zur Rotationsachse des Axialwälzlagers umlaufende innere Reihe der Lagerkugeln. Da der die Lagerkugeln aufnehmende Lagerkäfig wälzkörpergeführt ist, kommt es durch die unterschiedlichen Rollgeschwindigkeiten der Lagerkugeln somit zu unterschiedlichen Verschleißerscheinungen an den Kontaktflächen der Lagerkugeln zu den Taschen im Lagerkäfig, die zu Funktionseinschränkungen des Lagerkäfigs und zu Geräuschentwicklungen beim Beschleunigen und Abbremsen des Axialkugellagers im Lagerbetrieb führen können.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein mehrreihiges Axialkugellager zu konzipieren, welches bei gleichem Bauraumbedarf wie ein baugleiches Axialnadellager die erforderliche Tragfähigkeit für hochbelastete Anwendungen aufweist und bei dem wälzkörperbedingte Funktionseinschränkungen des Lagerkäfigs sowie Geräuschentwicklungen beim Beschleunigen und Abbremsen des Axialkugellagers im Lagerbetrieb auf ein Minimum reduzierbar sind.
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Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem mehrreihigen Axialkugellager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass das Axialkugellager drei Reihen neben- und hintereinander angeordneter Lagerkugeln mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern aufweist und jeweils eine Lagerkugel aus jeder Reihe in einer gemeinsamen Tasche im Lagerkäfig angeordnet ist, welche aus drei um ein gemeinsames Zentrum angeordneten, rundlichen Aufnahmeabschnitten mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern für die Lagerkugeln besteht, wobei beide Lagerscheiben an ihren zueinander weisenden Innenseiten mit drei axial nebeneinander angeordnete Rillenlaufbahnen mit jeweils unterschiedlichen Radien ausgebildet sind, in denen jeweils eine Reihe der Lagerkugeln abrollt.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkugellagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.
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Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkugellager vorgesehen, dass die Lagerkugeln der inneren Reihe einen kleineren Durchmesser als die Lagerkugeln der mittleren Reihe und die Lagerkugeln der äußeren Reihe einen größeren Durchmesser als die Lagerkugeln der mittleren Reihe aufweisen. Zur Erreichung einer optimalen Lagerkinematik sind die Durchmesser der Lagerkugeln aller drei Reihen dabei bevorzugt so ausgelegt, dass die Lagerkugeln nebeneinander angeordnet die Begrenzung eines Hüllkegels berühren, dessen Hüllkegellinien sich in einem einzigen Punkt auf der Rotationsachse des Axialkugellagers schneiden.
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Nach Anspruch 3 ist es ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkugellagers, dass die Tiefe der Rillenlaufbahnen in den Lagerscheiben an die unterschiedlichen Durchmesser der Lagerkugeln derart angepasst ist, dass die Lagerkugeln in jeder Tasche auf einer gemeinsamen axialen Querebene angeordnet sind. Das bedeutet, dass die Rillenlaufbahn der inneren Reihe eine geringere Tiefe als die Rillenlaufbahn der mittleren Reihe und die Rillenlaufbahn der äußeren Reihe einen größeren Tiefe als die Rillenlaufbahn der mittleren Reihe aufweist und zwar derart, dass die Mittelpunkte der drei Lagerkugeln je Käfigtasche auf einer rechtwinklig zur Rotationsachse des Axialkugellagers verlaufenden Querachse angeordnet sind.
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Gemäß Anspruch 4 zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete Axialkugellager darüber hinaus noch dadurch aus, dass die Mittelpunkte der Aufnahmeabschnitte jeder Tasche im Lagerkäfig ein gleichseitiges Dreieck beschreiben und jeder Aufnahmeabschnitt die jeweilige Lagerkugel um mehr als 180° umschlingend ausgebildet ist. Aufgrund der Anordnung der Aufnahmeabschnitte um das Zentrum der Tasche in Form eines dreiblättrigen Kleeblatts bilden die Mittelpunkte der Aufnahmeabschnitte ein gleichseitiges Dreieck. Die in diesen aufgenommenen Lagerkugeln sind also in jedem Aufnahmeabschnitt entsprechend geführt und hinreichend umschlungen, so dass unerwünschte Bewegungen der Lagerkugeln in den Taschen ausgeschlossen sind, da jede Tasche insgesamt allseitig geschlossen ist. Auch ergeben sich aufgrund der entsprechenden Führung der Lagerkugeln in den Aufnahmeabschnitten keinerlei Verschleiß- oder Reibprobleme an den Kontaktflächen zum Lagerkäfig.
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Die Ausbildung der Taschen als sogenannte Kugelnester erlaubt des Weiteren eine sehr enge Anordnung der einzelnen Kugeln aneinander. Nachdem jede Kugel ihre eigene „Umhausung“ aufweist, ist einerseits sichergestellt, dass sie mit der benachbarten Kugel nicht in Kontakt kommt, andererseits kann aber auch der tascheninterne Kugelabstand extrem minimiert werden. Da die einzelnen Taschen auch in Umfangsrichtung sehr eng aneinandergesetzt werden können, kann die Kugelanzahl bezogen auf die Größe der Trägerscheibe respektive auf die Lauffläche auch sehr hoch sein, sodass sich auch sehr hohe Tragzahlen erreichen lassen. Ebenso ermöglicht die Ausbildung der Taschen als Kugelnester eine Minimierung der nutzbaren Lauffläche, das heißt, dass die Lauffläche äußerst schmal ist und dadurch das Wälzlager sehr schmal ausgeführt werden kann.
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Bei der Umschlingung jeder Kugel durch die Aufnahmeabschnitte um mehr als 180° hat sich ein Winkelsegment von ca. 230° bis 250° als am geeignetsten erwiesen. Dies führt dazu, dass jede Kugel einerseits sicher und mit ausreichendem Umschlingungswinkel geführt ist, andererseits aber auch die Kugeln zum Zentrum der Tasche hin extrem eng aneinander angeordnet werden können, da eine Bewegung zum Zentrum hin aufgrund der Umschlingung um mehr als 180° ausgeschlossen ist.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkugellagers ist es nach Anspruch 5 des Weiteren, dass die Aufnahmeabschnitte jeder Tasche jeweils über entgegengesetzt gerundete Verbindungsabschnitte mit unterschiedlichen Radien an die benachbarten Aufnahmeabschnitte der jeweiligen Tasche anschließen. Das heißt, dass im Übergangsbereich von einem Aufnahmeabschnitt zum anderen Abschnitt keine Kanten oder ähnliches gegeben sind, an denen zusätzliche Reibung entstehen könnte.
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Schließlich wird es als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkugellagers durch Anspruch 6 noch vorgeschlagen, dass die Dicke der ringförmigen Trägerscheibe des Lagerkäfigs zumindest im Bereich der Taschen wenigstens 50 % des Durchmessers der Lagerkugeln mit dem größten Durchmesser entspricht. Durch eine entsprechend massive Ausführung der Trägerscheibe ist sichergestellt, dass ein Herausspringen der Lagerkugeln aus den Taschen ausgeschlossen ist, da die Lagerkugeln sicher in den Aufnahmeabschnitten aufgenommen sind. Darüber hinaus lässt eine derart massive Ausführung des Lagerkäfigs sowohl eine Herstellung des Käfigs aus Metall bzw. Stahl zu, aber auch aus anderen Metallen wie Buntmetallen oder entsprechenden Legierungen, beispielsweise auf AI-Basis. Gleichermaßen ist aber auch eine Ausführung aus Kunststoff, gegebenenfalls faserverstärkt, denkbar.
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Zusammenfassend weist das erfindungsgemäß ausgebildete Axialkugellager somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Axialkugellagern den Vorteil auf, dass es durch die Anordnung der Lagerkugeln von insgesamt drei Reihen Lagerkugeln in sogenannten Kugelnestern im Lagerkäfig bei gleichem Bauraumbedarf wie ein baugleiches Axialnadellager die erforderliche Tragfähigkeit für hochbelastete Anwendungen aufweist. Gleichzeitig werden durch die unterschiedlichen Durchmesser der Lagerkugeln wälzkörperbedingte Funktionseinschränkungen des Lagerkäfigs sowie Geräuschentwicklungen beim Beschleunigen und Abbremsen des Axialkugellagers im Lagerbetrieb auf ein Minimum reduziert.
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Figurenliste
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten mehrreihigen Axialkugellagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkugellagers mit einem herausgetrennten Lagersegment;
- 2 eine Vergrößerung der Einzelheit X des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkugellagers gemäß 1 ;
- 3 eine vergrößerte Darstellung des Querschnittes A - A durch das erfindungsgemäß ausgebildete Axialkugellager gemäß 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Aus 1 geht ein als mehrreihiges Axialkugellager 1 ausgebildetes Wälzlager hervor, welches eine erste ringförmige Lagerscheibe 2 und eine zweite ringförmige Lagerscheibe 3 aufweist, die radial beabstandet zueinander auf einer gemeinsamen Rotationsachse AR angeordnet sind. Deutlich sichtbar rollt dabei zwischen den Lagerscheiben 2, 3 eine Vielzahl axial benachbarter Lagerkugeln 7, 8, 9 ab, die durch einen Lagerkäfig 10 in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden, wobei der Lagerkäfig 10 durch eine ringförmige Trägerscheibe 11 mit mehreren diese durchsetzenden Taschen 12 zur Aufnahme der Lagerkugeln 7, 8, 9 gebildet wird.
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Durch die vergrößerte Darstellung der Einzelheit X in 2 ist des Weiteren erkennbar, dass das Axialkugellager 1 erfindungsgemäß drei Reihen 4, 5, 6 neben- und hintereinander angeordneter Lagerkugeln 7, 8, 9 mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern aufweist und dass jeweils eine Lagerkugel 7, 8, 9 aus jeder Reihe 4, 5, 6 in einer gemeinsamen Tasche 12 im Lagerkäfig 10 angeordnet ist. Jede Tasche 12 besteht dabei aus drei um ein gemeinsames Zentrum Z angeordneten, rundlichen Aufnahmeabschnitten 13, 14, 15, welche die Form eines dreiblättrigen Kleeblatts bilden und mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern für die Lagerkugeln 7, 8, 9 ausgebildet sind. Darüber hinaus sind an den zueinander weisenden Innenseiten beider Lagerscheiben 2, 3 drei in 3 besonders deutlich dargestellte, axial nebeneinander angeordnete Rillenlaufbahnen 16, 16', 17, 17' und 18, 18' mit jeweils unterschiedlichen Radien angeordnet, in denen jeweils eine Reihe 4, 5, 6 der Lagerkugeln 7, 8, 9 abrollt.
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Die 2 und 3 zeigen weiterhin, dass die Lagerkugeln 7 der inneren Reihe 4 einen kleineren Durchmesser als die Lagerkugeln 8 der mittleren Reihe 5 aufweisen und das zugleich die Lagerkugeln 9 der äußeren Reihe 6 mit einem größeren Durchmesser als die Lagerkugeln 8 der mittleren Reihe 5 ausgebildet sind. Aus 3 wird dabei deutlich, dass die Tiefe der Rillenlaufbahnen 16, 16', 17, 17', 18, 18' in den Lagerscheiben 2, 3 an die unterschiedlichen Durchmesser der Lagerkugeln 7, 8, 9 derart angepasst ist, dass die Lagerkugeln 7, 8, 9 in jeder Tasche 12 auf einer gemeinsamen axialen Querebene EQ angeordnet sind.
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In 2 ist durch gestrichelte Hilfslinien darüber hinaus angedeutet, dass die Mittelpunkte M der Aufnahmeabschnitte 13, 14, 15 jeder Tasche 12 im Lagerkäfig 10 ein gleichseitiges Dreieck beschreiben und dass jeder Aufnahmeabschnitt 13, 14, 15 die jeweilige Lagerkugel 7, 8, 9 um mehr als 180° umschlingend ausgebildet ist. Ebenso ist erkennbar, dass die Aufnahmeabschnitte 13, 14, 15 jeder Tasche 12 jeweils über entgegengesetzt gerundete Verbindungsabschnitte 19, 20, 21 mit unterschiedlichen Radien an die benachbarten Aufnahmeabschnitte 13, 14, 15 der jeweiligen Tasche 12 anschließen.
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Aufgrund der Anordnung der Aufnahmeabschnitte 13, 14, 15 um das Zentrum Z der Taschen 12 in Form eines dreiblättrigen Kleeblatts bilden die Mittelpunkte M der Aufnahmeabschnitte 13, 14, 15 ein gleichseitiges Dreieck. Durch die somit mögliche große Umschlingung sind die Lagerkugeln 7, 8, 9 also in jedem Aufnahmeabschnitt 13, 14, 15 entsprechend sicher geführt, so dass unerwünschte Bewegungen der Lagerkugeln 7, 8, 9 in den Taschen 12 ausgeschlossen sind.
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Schließlich ist aus 3 zumindest andeutungsweise noch ersichtlich, dass die Dicke der ringförmigen Trägerscheibe 11 des Lagerkäfigs 10 zumindest im Bereich der Taschen 12 wenigstens 50 % des Durchmessers der Lagerkugeln 7 mit dem größten Durchmesser entspricht. Durch eine entsprechend massive Ausführung der Trägerscheibe 11 ist sichergestellt, dass ein Herausspringen der Lagerkugeln 7, 8, 9 aus den Taschen 12 des Lagerkäfigs 10 ausgeschlossen ist, da die Lagerkugeln 7, 8, 9 sicher in den jeweiligen Aufnahmeabschnitten 13, 14, 15 aufgenommen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Axialkugellager
- 2
- erste Lagerscheibe
- 3
- zweite Lagerscheibe
- 4
- innere Reihe
- 5
- mittlere Reihe
- 6
- äußere Reihe
- 7
- Lagerkugeln
- 8
- Lagerkugeln
- 9
- Lagerkugeln
- 10
- Lagerkäfig
- 11
- Trägerscheibe
- 12
- Taschen
- 13
- Aufnahmeabschnitt in 12
- 14
- Aufnahmeabschnitt in 12
- 15
- Aufnahmeabschnitt in 12
- 16, 16'
- Rillenlaufbahn
- 17, 17'
- Rillenlaufbahn
- 18, 18'
- Rillenlaufbahn
- 19
- Verbindungsabschnitt
- 20
- Verbindungsabschnitt
- 21
- Verbindungsabschnitt
- AR
- Rotationsachse
- Z
- Zentrum von 12
- EQ
- Querebene
- M
- Mittelpunkte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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