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Die Erfindung betrifft eine Lagerschale nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bei schrägverzahnten Zahnrädern tritt durch Querkräfte, die in der Verzahnung wirken, ein orthogonal zur Drehachse gerichtetes Kippmoment auf. Dies führt zu einer Verkippung des Zahnrads um die Achse des Kippmoments. Infolge der Verkippung verläuft eine Zone, in der das Gleitlager belastet wird, windschief zu der Drehachse des Gleitlagers. Der Verlauf der belasteten Zone ist abhängig von einem Lagerspiel des Gleitlagers und einem Verzahnungswinkel der Verzahnung. Die Belastung selbst bzw. die Höhe des zu übertragenden Drehmoments hingegen beeinflusst den Verlauf der belasteten Zone nur unwesentlich.
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Die Einleitung von Öl in den Lagerspalt eines hydrodynamischen Gleitlagers erfolgt gemäß dem Stand der Technik über eine Tasche, die in eine Lauffläche des Gleitlagers eingelassen ist. Die Tasche ist axial ausgerichtet und bezüglich einer Längsschnittebene spiegelsymmetrisch. Dies führt in Zusammenhang mit der oben beschriebenen Verkippung zu Problemen. Da die belastete Zone des Gleitlagers windschief zu der Drehachse verläuft, ist der Abstand zwischen der Tasche und der belasteten Zone inhomogen. Der hydrodynamische Druck, den das Gleitlager der Belastung entgegensetzt, ist abhängig von diesem Abstand. Die Folge ist eine inhomogene inhomogen.
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Aus dem Stand der Technik sind Gleitlager mit Lagerschalen bekannt, die windschief zu einer Mittelachse verlaufende Nuten aufweisen. Die Nuten dienen dazu, Schmierfett gleichmäßig in dem Lager zu verteilen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlager unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu verbessern. Insbesondere soll die Druckverteilung in dem Gleitlager verbessert werden, wenn auf das Gleitlager ein Kippmoment, etwa aus einer Schrägverzahnung, wirkt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lagerschale für ein Gleitlager nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Eine Lagerschale ist eine Komponente, die eine Lauffläche eines Gleitlagers ausbildet. Das Gleitlager weist mindestens ein Paar von Laufflächen auf, die um eine Drehachse des Gleitlagers relativ zueinander verdrehbar sind und sich zur Übertragung von Kräften gegeneinander abstützen.
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Bei der erfindungsgemäßen Lagerschale kann es sich um eine Lagerschale eines hydrodynamischen oder hydrostatischen Gleitlagers handeln.
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In die durch die Lagerschale ausgebildete Lauffläche ist mindestens eine Tasche zur Ölversorgung eingelassen. Eine Tasche bezeichnet eine Ausnehmung, die in die Lauffläche mündet. Eine Tasche zur Ölversorgung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Ölleitung in die Tasche mündet. Eine Mündung der Ölleitung befindet sich also in der Tasche. Über die Mündung der Ölleitung wird Öl in die Tasche eingeleitet.
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Ein Rand der Tasche verläuft innerhalb der Lauffläche und bildet eine Begrenzungslinie zwischen der Lauffläche und der Tasche. Vorzugsweise handelt es sich um eine in sich geschlossene Kurve. Die Tasche dient dazu, das über die Mündung der Ölleitung in die Tasche eingeleitete Öl in einen zwischen der Lauffläche und einer weiteren Lauffläche des Gleitlagers verlaufenden Lagerspalt einzuleiten.
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Erfindungsgemäß verläuft mindestens ein mittlerer Abschnitt der Tasche, vorzugsweise die gesamte Tasche in Längsrichtung, d.h. in Längsrichtung des mindestens einen mittleren Abschnitts bzw. der Tasche, windschief zu einer Mittelachse der Lagerschale. Bei der Mittelachse handelt es sich um eine Symmetrieachse, bezüglich der die Lagerschale rotationssymmetrisch ist. Die Mittelachse ist im unbelasteten Zustand des Gleitlagers identisch mit dessen Drehachse.
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Der mittlere Abschnitt der Tasche bezeichnet einen Teil der Tasche, an den sich in Längsrichtung gegenüberliegend zwei weitere Teile der Tasche anschließen. Der mittlere Abschnitt der Tasche ist zwischen den sich anschließenden zwei weiteren Teilen der Tasche angeordnet und verbindet diese miteinander.
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Ein Gleitlager mit einer erfindungsgemäßen Lagerschale eignet sich besonders zur Lagerung eines schrägverzahnten Planetenrads. Da bei einem schrägverzahnten Zahnrad, das mittels des Gleitlagers gelagert ist, neben dem mittleren Abschnitt der Tasche auch die belastete Zone in Längsrichtung antiparallel zu der Mittelachse der Lagerschale verläuft, ermöglicht die Erfindung einen parallelen Verlauf des mindestens einen mittleren Abschnitts der Tasche und der belasteten Zone. Der Abstand zwischen dem mindestens einen mittleren Abschnitt der Tasche und der belasteten Zone ist somit konstant. Die erwünschte Folge ist eine homogene hydrodynamische Druckverteilung in der belasteten Zone.
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Die Lauffläche der Lagerschale ist bevorzugt zylindrisch. Dies bedeutet, dass die Lauffläche - abgesehen von der mindestens einen Tasche zur Ölversorgung - die Form einer Mantelfläche eines geraden Kreiszylinders hat. Es kann sich um eine innere oder eine äußere Lauffläche handeln.
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Die vorliegenden Ausführungen betreffend den mindestens einen mittleren Abschnitt der Tasche sind nicht auf den mittleren Abschnitt der Tasche beschränkt, sondern gelten bevorzugt für die gesamte Tasche. In diesem Fall verläuft die gesamte Tasche windschief zu der Mittelachse.
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Bevorzugt ist die Tasche als Nut ausgestaltet. Dies bedeutet, dass die Lauffläche eine Nut aufweist, welche die Tasche bildet. Die Nut und die Tasche sind dann identisch, d.h. die Tasche besteht allein aus der Nut. Insbesondere existieren neben der Nut keine weiteren zu der Tasche gehörigen Vertiefungen, deren Mündung in der Lauffläche liegt.
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Eine Nut ist eine längliche Vertiefung einer Oberfläche. Sie zeichnet sich gegenüber anderen Vertiefungen einer Oberfläche durch einen entlang des Verlaufs der Nut unveränderlichen Querschnitt aus. Der Querschnitt ist also gegenüber einer orthogonal zu einer den Verlauf der Nut beschreibenden Kurve ausgerichteten Schnittebene invariant.
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Neben der beschriebenen Tasche weist die Lauffläche vorzugsweise keine weitere Vertiefung auf. Die Tasche ist dann die einzige Vertiefung, die in die Lauffläche mündet.
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Mindestens ein mittlerer Abschnitt einer Mittellinie der Tasche, vorzugsweise die gesamte Mittellinie, verläuft in einer bevorzugten Weiterbildung bezüglich der Mittelachse der Lagerschale Windschief. Dies bedeutet, dass in jedem Punkt des mittleren Abschnitts der Mittellinie bzw. in jedem Punkt der Mittellinie eine durch diesen Punkt verlaufende Tangente an die Mittellinie windschief zu der Mittelachse der Lagerschale verläuft. Auch verläuft die Tangente nicht orthogonal zu der Mittelachse.
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Bei der Mittellinie handelt es sich um die Menge aller Flächenschwerpunkte von Querschnitten der Tasche. Ein Querschnitt der Tasche ist eine Fläche, entlang der die Tasche von einer Querschnittsebene geschnitten wird. Eine Querschnittsebene wiederum zeichnet sich dadurch aus, dass sie orthogonal zu der Mittelachse der Lagerschale ausgerichtet ist.
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Obige Ausführungen gelten analog in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung für mindestens einen mittleren Abschnitt einer Mittellinie, vorzugsweise für die gesamte Mittellinie eines Rands der Tasche. Der mindestens eine Abschnitt der Mittellinie bzw. die Mittellinie verläuft also bezüglich der Mittelachse der Lagerschale windschief. Für jeden Punkt des mindestens einen Abschnitts der Mittellinie bzw. der Mittellinie ist also eine durch diesen Punkt verlaufende Tangente an die Mittellinie windschief zu der Mittelachse der Lagerschale ausgerichtet
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Die Mittellinie des Rands der Tasche bezeichnet eine Menge aller arithmetischen Mittel der jeweils in einer gemeinsamen Querschnittsebene liegenden Punkte des Rands. Bei jedem Punkt der Mittellinie handelt es sich also um ein arithmetisches Mittel der in einer gemeinsamen Querschnittsebene liegenden Punkte des Rands. Das arithmetische Mittel mehrdimensionaler Punkte ist ein Punkt der gleichen Dimension, dessen Koordinaten als arithmetisches Mittel der entsprechenden Koordinaten der einzelnen Punkte gebildet sind. Das arithmetische Mittel von Punkten, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, liegt also in derselben Ebene.
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Bevorzugt ist die Tasche derart weitergebildet, dass sie nicht vollständig, d.h. in einem Winkel von weniger als 360° um die Mittelachse herum verläuft. Es gibt dann eine Längsschnittebene, d.h. eine Ebene, in der die Mittelachse der Lagerschale vollständig enthalten ist, und welche die Tasche genau einmal schneidet. Der Winkel, in dem die Tasche um die Mittelachse herum verläuft, beträgt vorzugsweise weniger als 180°. In diesem Fall liegt die Tasche vollständig auf einer Seite einer Längsschnittebene, welche die Tasche nicht schneidet. Darüber hinaus kann der Winkel weniger als 90°, weniger als 45°, weniger als 15° oder weniger als 10° betragen. Der Winkel entspricht dann einem Winkel zwischen zwei Längsschnittebenen, die ein räumliches Segment begrenzen, in dem die Tasche angeordnet ist, und über dem der Winkel abgetragen wird.
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In einer bevorzugten Weiterbildung besteht ein streng monotoner Zusammenhang zwischen einer axialen Position einer Querschnittsebene und einer Winkellage eines in dieser Ebene liegenden Punkts einer der oben beschriebenen Mittellinien. Bei der axialen Position einer Querschnittsebene handelt es sich um einen axialen Abstand der Querschnittsebene zu einem gemeinsamen Bezugspunkt in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Mittelachse der Lagerschale.
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Die Winkellagen der in den einzelnen Querschnittsebenen liegenden Punkte der Mittellinie beziehen sich auf die Mittelachse der Lagerschale. Es handelt sich um einen Winkel, den ein Lot von dem in der Querschnittsebene liegenden Punkt der Mittellinie auf die Mittelachse der Lagerschale und eine Bezugsebene, welche die Mittelachse der Lagerschale enthält, einschließen. Die Bezugsebene ist dabei für alle Querschnittsebenen dieselbe.
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Ein streng monotoner Zusammenhang zwischen zwei Größen besteht, wenn sich eine der Größen durch Anwendung einer streng monotonen Funktion auf die andere Größe abbildbar ist.
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Obiger Zusammenhang gilt mindestens für jede Querschnittsebene, deren axialer Position innerhalb eines Intervalls liegt. Vorzugsweise gilt der Zusammenhang darüber hinaus für jede Querschnittsebene, die mindestens einen Punkt der jeweiligen Mittellinie enthält.
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In einer bevorzugten Weiterbildung verläuft die Mittellinie der Tasche und/oder des Rands der Tasche helixförmig. Ein helixförmiger Verlauf einer Linie liegt dann vor, wenn die Linie Teil einer Helix ist.
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In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung verläuft mindestens ein Teilstück des Rands der Tasche helixförmig. Insbesondere können mindestens zwei nicht aneinandergrenzende Teilstücke, das heißt Teilstücke, die keinen gemeinsamen Punkt aufweisen und durch mindestens ein weiteres Teilstück miteinander verbunden sind, helixförmig verlaufen.
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Der Rand der Tasche ist in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung punktsymmetrisch und zu keiner Längsschnittebene spiegelsymmetrisch. Eine Längsschnittebene zeichnet sich dadurch aus, dass sie die Mittelachse der Lagerschale enthält.
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Eine Mündung der Tasche in die Lauffläche ist bevorzugt als konvexe Menge weitergebildet. Dies bedeutet, dass jede Verbindungsstrecke zweier Punkte des Rands der Tasche Teil der Mündung ist.
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Eine darüber hinaus bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich durch eine trapezförmige Grundform des Rands in einer Abwicklung der Lauffläche aus. Durch die Abwicklung werden die Lauffläche und der Rand unter Beibehaltung der Längenmaße in eine Ebene projiziert. In dieser Ebene ist die Grundform des Rands trapezförmig.
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Die Grundform einer ersten Kurve bezeichnet eine zweite Kurve, aus der die erste Kurve durch Ändern einzelner Bereiche entsteht. Vorliegend kann der Rand etwa aus einem Trapez durch Abrunden der Ecken entstanden sein.
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Bevorzugt ist die Lagerschale als Teil eines Gleitlagers weitergebildet, das wiederum Teil einer Anordnung ist, die eine Schmierstoffleitung umfasst. Die Schmierstoffleitung mündet in die Tasche der Lagerschale. Auf diese Weise wird Öl in die Tasche eingeleitet, das aus der Tasche heraus in einen zwischen der genannten Lagerschale und einer weiteren Lagerschale verlaufenden Lagerspalt des Gleitlagers gelangt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Anordnung eine Schmierstoffpumpe auf, die schmierstoffleitend mit der Schmierstoffleitung verbunden ist. Die Schmierstoffpumpe fördert Öl über die Schmierstoffleitung in die Tasche.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 2A und 2B dargestellt. Die 1a und 1b beinhalten Stand der Technik. Übereinstimmende Bezugszeichen kennzeichnen gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
- 1A eine Lagerschale mit axial verlaufender Tasche;
- 1B eine Druckverteilung;
- 2A eine Lagerschale mit schräg verlaufender Tasche; und
- 2B eine Druckverteilung.
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In 1a ist eine ebene Abwicklung einer Lauffläche 101 eines Gleitlagers dargestellt. Die Abwicklung erfolgt durch Drehung um eine Achse, die in der Bildebene von 1a vertikal verläuft. Diese Achse entspricht einer Drehachse des Gleitlagers im unbelasteten Zustand.
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Entlang der Horizontalen ist ein Winkel 103 der Abwicklung aufgetragen.
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In die Lagerschale ist eine Tasche 105 zur Ölversorgung eingebracht. Die Tasche 105 mündet entlang eines Rands 107 in die Lauffläche 101. Der Rand 107 ist rechteckig. Die Längsseiten des Rands 107 sind bezüglich der Bildebene von 1a vertikal ausgerichtet.
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1a zeigt darüber hinaus eine belastete Zone 109 der Lauffläche 101. In der belasteten Zone 109 wirkt ein erhöhter Druck auf die Lauffläche 101. Der Druck wird etwa durch Belastungen hervorgerufen, die einer Planetenstufe auftreten, wenn ein Planetenrad mittels des Gleitlagers in einem Planetenträger gelagert ist.
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Ist die Planetenstufe schrägverzahnt, entsteht ein Kippmoment, das orthogonal zu der Bildebene von 1a gerichtet ist. Das Kippmoment bewirkt eine Verkippung des Planetenrads. Diese wiederum hat zur Folge, dass die belastete Zone 109 in Diagonalrichtung verläuft.
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Es ergeben sich unterschiedliche Abstände x1 und x2 zwischen dem Rand 107 der Tasche 105 und der belasteten Zone 109. So ist erster Abstand x1 größer als ein zweiter Abstand x2 .
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In 1b ist ein hydrodynamischer Druck 111 in der belasteten Zone 109 in Abhängigkeit des Winkels 103 aufgetragen. Je größer der Abstand zwischen dem Rand 107 der Tasche 105 und der belasteten Zone 109, desto höher ist der Druck. Entsprechend ist eine erste Druckspitze 113a, die sich dort aufbaut, wo der Abstand zwischen dem Rand 107 der Tasche 105 und der belasteten Zone 109 x1 beträgt, größer als eine zweite Druckspitze 113b, die sich dort aufbaut, wo der Abstand zwischen dem Rand 107 der Tasche 105 und der belasteten Zone 109 x2 beträgt.
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Eine Lösung, die Druckverteilung homogen zu gestalten, ist in 2a skizziert. Eine Tasche 201 zur Ölversorgung ist hier so in Diagonalrichtung verkippt, dass die Tasche 201 parallel zu der belasteten Zone 109 verläuft ist. Ein Abstand zwischen einem Rand 203 der Tasche 201 und der belasteten Zone 109 ist infolgedessen konstant. Insbesondere gleichen sich der erste Abstand x1 und der zweite Abstand x2 . Dies bewirkt eine homogene Verteilung des hydrodynamischen Drucks in der belasteten Zone 109, sodass auch die Höhe der die in 2b dargestellten Druckspitzen 113a, 113b übereinstimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Lauffläche eines Gleitlagers
- 103
- Winkel
- 105
- Tasche zur Ölversorgung
- 107
- Rand der Tasche
- 109
- belastete Zone
- 111
- hydrodynamischer Druck
- 113a
- erste Druckspitze
- 113b
- zweite Druckspitze
- 201
- Tasche zur Ölversorgung
- 203
- Rand der Tasche
