DE102019100999A1

DE102019100999A1 - Lageranordnung zur angestellten Stützlagerung einer Welle mit einer Distanzringscheibe zur Einstellung des axialen Wellenspiels

Info

Publication number: DE102019100999A1
Application number: DE102019100999.5A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Langhans
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2020-07-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur angestellten Stützlagerung einer Welle (1) in einem Getriebegehäuse (2), mit einer ersten Lagerstelle (3) und einer axial beabstandet hierzu angeordneten zweiten Lagerstelle (4), welche jeweils als kombinierte Axial/Radialwälzlager ausgeführt sind, wobei zumindest eines der Axial/Radialwälzlager mit einer axialen Distanzringscheibe (8) zur Einstellung des axialen Wellenspiels der Stützlagerung zusammenwirkt, die stirnseitig zwischen einem Lagerinnenring (6) oder Lageraußenring (5) und einem Axialanschlag (9) im Bereich des Lagersitzes an der Welle (1) beziehungsweise im Getriebegehäuse (2) angeordnet ist, wobei die Distanzringscheibe (8) eine Trägerscheibe (11) mit minimaler Grunddicke und eine hierauf durch ein additives Fertigungsverfahren aufgebrachte Dickenschicht (10) umfasst, so dass die Gesamtdicke (d) der aus den mehreren verschiedenen Komponenten bestehenden Distanzringscheibe (8) das einzustellende axiale Wellenspiel erzeugt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur angestellten Stützlagerung einer Welle in einem Getriebegehäuse, mit einer ersten Lagerstelle und einer axial beabstandet hierzu angeordneten zweiten Lagerstelle, welche jeweils als kombinierte Axial/Radial-Wälzlager ausgeführt sind, wobei zumindest eines der Axial/Radial-Wälzlager mit einer axialen Distanzringscheibe zur Einstellung des axialen Wellenspiels der Stützlagerung zusammenwirkt, die stirnseitig zwischen einem Lagerinnenring oder Lageraußenring des zumindest einen Axial/Radial-Wälzlagers und einem Axialanschlag im Bereich des Lagersitzes an der Welle bzw. am Getriebegehäuse angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur effizienten Fertigung einer solchen Lageranordnung im Rahmen einer Serienproduktion.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik. Insbesondere bei diversen Getriebeanwendungen werden zur Lagerung von Wellen sogenannte angestellte Stützlagerungen eingesetzt, bei denen zur Gewährleistung der radialen sowie axialen Lagerfunktion das axiale Wellenspiel eingestellt werden muss.
Aus der JP 7145814 A2 geht ein kombiniertes Axial/Radial-Wälzlager hervor, welches hier als Kegelrollenlager ausgeführt ist und für eine angestellte Stützlagerung einer Welle geeignet ist. Normalerweise kommen zu diesem Zweck zwei derartige Axial/Radial- Wälzlager zum Einsatz. Um das axiale Wellenspiel einzustellen, ist zwischen einem Lageraußenring des Axial/Radial-Wälzlagers und einem Axialanschlag im Bereich eines das Axial/Radial-Wälzlager umgebenden Gehäuses eine Distanzringscheibenanordnung vorgesehen. In einer ersten Ausführungsform werden zwei Distanzscheiben unterschiedlicher Dicke miteinander kombiniert. Diese ergeben in Summe eine Gesamtdicke, welche für eine axiale Zustellung des Axial/Radial-Wälzlagers sorgt, um ein axiales Wellenspiel zu erzeugen, welches einerseits großzügig genug ist, um eine Bewegung der Wälzkörper zu ermöglichen und welches andererseits auch derart klein bemessen ist, dass kein zu großes Lagerspiel entsteht. Nach einer zweiten Ausführungsform kann die Gesamtdicke der Distanzscheibe auch durch eine einzige, einteilige Distanzscheibe realisiert werden.
Die DE 10 2010 011 442 A2 offenbart eine Getriebeanordnung mit wenigstens einem ersten Kegelrad im Zahneingriff mit einem zweiten Kegelrad, wobei sich die Drehachsen der Kegelräder in einem Schnittpunkt schneiden, der auf der Rotationsachse eines mit zwei Axial/Radial-Wälzlagern um die Rotationsachse drehbar gelagerten Wellenelements liegt, und wobei das erste Kegelrad zwischen den Axial/Radial-Wälzlagern auf dem Wellenelement radial abgestützt ist und dabei die Rotationsachse des Wellenelements und die Drehachse des ersten Kegelrades aufeinanderliegen. Die Einstellung der hier vorzugsweise als Schrägkugellager ausgeführten Axial/Radial-Wälzlager - welche hier als Schräglager bezeichnet werden - erfolgt unter Zuhilfenahme eines Sprengrings, der in Doppelfunktion sowohl den jeweiligen Lageraußenring in Axialrichtung am Getriebegehäuse fixiert als auch das axiale Wellenspiel bestimmt. Demgegenüber ist eine als Ritzelwelle bezeichnete getriebeeingangsseitige Welle ebenfalls über eine angestellte Stützlagerung im Getriebegehäuse gelagert, wobei hierfür zwei axial beabstandet zueinander angeordnete Lagerstellen über jeweils zweireihige Schrägkugellager als Axial/Radial-Wälzlager realisiert werden. Dabei ist das getriebeinnenseitig angeordnete Schrägkugellager mit einer stirnseitig an dessen Lageraußenring zur Anlage kommenden Distanzscheibe versehen, welche gegenüber an einem Axialanschlag im Getriebegehäuse anliegt. Hierüber wird bei dieser zweiten angestellten Stützlagerung der Getriebeanordnung das axiale Wellenspiel eingestellt.
Gemäß des allgemein bekannten Standes der Technik kann die Gesamtdicke einer Distanzringscheibe je nach einzustellendem axialen Wellenspiel auf unterschiedliche Art erzeugt werden. Zum einen ist es allgemein bekannt, diese Gesamtdicke durch einen spanenden Abtrag von einer Art Grundscheibe zu realisieren. Wegen des mit der spanenden Bearbeitung verbundenen Fertigungsaufwands kommt diese technische Lösung jedoch meist nur bei Einzelfertigung oder Kleinserienfertigung zum Einsatz. Weiterhin ist allgemein bekannt, bereits vorgefertigte Distanzringscheiben mit diskreten Dickensprüngen, dessen Staffelung nach Art eines Baukastensystems realisiert ist, zu verwenden. Diese technische Lösung ist zwar für die Serienfertigung geeignet, erzeugt jedoch recht hohe Lagerhaltungskosten aufgrund der Vielzahl von Varianten unterschiedlicher Scheibendicken. Es ist zudem dennoch erforderlich, Zwischenmaße, welche zwischen zwei aufeinanderfolgenden vorgefertigten Distanzringscheiben liegen, durch Schleifen der in der Gesamtdicke größeren Distanzringscheibe anzupassen. Ferner sind Distanzringscheiben-Systeme bekannt, die als abziehbare Schichtblechscheiben ausgebildet sind, welche vorwiegend für die Einzelfertigung oder die Kleinserie geeignet sind. Hierbei ist die Distanzringscheibe aus einer Mehrzahl recht dünner Einzelscheiben zusammengesetzt, welche zur Erzeugung einer individuell erforderlichen Gesamtdicke durch Abziehen von Einzelscheiben vom Scheibenpaket geschaffen werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lageranordnung zur angestellten Stützlagerung einer Welle hinsichtlich der hierbei zum Einsatz kommenden Distanzringscheiben sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben dahingehend weiter zu verbessern, dass je nach Toleranzkette eine einfache serienfertigungstaugliche Anpassung der Gesamtdicke der Distanzringscheibe realisierbar ist.
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Lageranordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Hinsichtlich eines hierzu korrespondierenden Fertigungsverfahrens wird auf Anspruch 5 verwiesen. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass eine Distanzringscheibe eine Trägerscheibe mit einer minimalen Grunddicke und eine hierauf durch ein additives Fertigungsverfahren aufgebrachte Dickenschicht umfasst, so dass die Gesamtdicke d der aus den mehreren verschiedenen Komponenten bestehenden Distanzringscheibe das einzustellende axiale Wellenspiel erzeugt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass durch Nutzung neuer Technologien für additive Fertigungsverfahren, insbesondere des sogenannten 3D-Drucks, eine individuelle Fertigung von verschieden dicken Distanzringscheiben im Rahmen einer Serienproduktion möglich wird. Denn moderne additive Fertigungsverfahren können durch Automatisierung innerhalb kurzer Zeit Distanzringscheiben unterschiedlicher Dicke erzeugen.
Im Rahmen einer zumindest teilautomatisierten Fertigung lässt sich diese technische Lösung durch folgende Fertigungsschritte realisieren:

- Vormontieren einer Welle mit den kombinierten Axial/Radial-Wälzlagern der Stützlagerung im Getriebegehäuse,
- Ermitteln der erforderlichen Gesamtdicke d einer Distanzringscheibe für ein einzustellendes axiales Wellenspiel, insbesondere durch eine Wegmessung des durch eine Distanzringscheibe auszufüllenden axialen Spalts,
- Fertigen einer diese Gesamtdicke d aufweisenden Distanzringscheibe durch ein additives Fertigungsverfahren, und
- Montieren der passend individuell gefertigten Distanzringscheibe zwischen dem Lagerinnenring oder dem Lageraußenring und dem Axialanschlag im Bereich des Lagersitzes.

Mit anderen Worten beinhaltet die erfindungsgemäße Lösung die Bereitstellung einer spanlos herstellbaren - beispielsweise gestanzten - Trägerscheibe mit minimaler Grunddicke, welche in der Montagelinie der Serienproduktion verkettet individuell mittels 3D-Druck auf die erforderliche Gesamtdicke d bezüglich des axialen Wellenspiels beschichtet wird, die durch Ausmessen und Berechnung in der Montagelinie ermittelt wurde. Eine Lagerhaltung unterschiedlicher Dickenvarianten von Distanzringscheiben im Rahmen eines Baukastensystems entfällt somit vollständig.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, dass die Trägerscheibe sowie die hierauf aufgebrachte Dickenschicht aus einem Metall oder auch aus einem Kunststoff bestehen. Hinsichtlich der Materialeigenschaften ist insbesondere auf eine hinreichende Druckstabilität zu achten, die vom Anwendungsfall abhängt. Je nach verwendetem Grundmaterial können verschiedenartige 3D-Druckverfahren zum Einsatz kommen, von denen die folgenden standardisierte Technologien besonders geeignet sind:

- Freistrahl-Bindemittelauftrag,
- Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung,
- Materialextrusion,
- Freistrahl-Materialauftrag,
- pulverbettbasiertes Schmelzen.

Je nach Fertigungsverfahren und vorgegebenem Passmaß kann eventuell der Fall auftreten, dass die gewünschte Gesamtdicke d nicht hinreichend genau durch die additiv gefertigte Distanzringscheibe erreicht werden kann. In diesem Fall wird vorgeschlagen, durch nacharbeitendes Feinschleifens der Distanzringscheibe derartige fertigungsbedingte Toleranzen und Unebenheiten zu beseitigen.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

1 einen schematischen Längsschnitt einer Lageranordnung mit angestellter Stützlagerung einer Welle in X-Anordnung, und
2 einen Teilquerschnitt durch eine additiv gefertigte Distanzringscheibe gemäß der Erfindung.
Nach 1 besteht eine Lageranordnung zur angestellten Stützlagerung einer Welle 1 in einem Getriebegehäuse 2 im Wesentlichen aus einer ersten Lagerstelle 3 und einer zweiten Lagerstelle 4, welche gemeinsam in X-Anordnung (Strichpunktlinie) ausgerichtet sind.

Beide Lagerstellen 3 und 4 sind jeweils als kombinierte Axial/Radial-Wälzlager in Form von Kegelrollenlagern ausgebildet und umfassen - exemplarisch für die erste Lagerstelle 3 - jeweils einen Lageraußenring 5, der in einen zugeordneten Lagersitz des Getriebegehäuses 2 eingepresst ist, sowie einen Lagerinnenring 6, der auf einem zugeordneten Lagersitz an der Welle 1 fixiert ist, sowie mehrere zwischen dem Lageraußenring 5 und dem Lagerinnenring 6 in üblicher Weise angeordnete Kegelrollen zur Gewährleistung der axialen und radialen Lagerfunktion.
Das Axial/Radial-Wälzlager der ersten Lagerstelle 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer axialen Distanzringscheibe 8 ausgestattet. Die axiale Distanzringscheibe 8 dient der Einstellung des axialen Wellenspiels der Stützlagerung in X-Anordnung, welche hier einerseits mit dem Lageraußenring 5 der Axial/Radial-Wälzlager und andererseits mit einem Axialanschlag 9 seitens des Getriebegehäuses 2, welches hier in Form eines Getriebedeckels fortgeführt ist, zusammenwirkt.
Gemäß 2 besteht die Distanzringscheibe 8 in erfindungsgemäßer Weise aus mehreren verschiedenen Komponenten, die insgesamt die Gesamtdicke d ergeben, welche das einzustellende axiale Wellenspiel erzeugt. Hierfür besteht die Distanzringscheibe 8 aus einer Trägerscheibe 11 und einer hierauf durch ein additives Fertigungsverfahren aufgebrachten Dickenschicht 10.
Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Trägerscheibe 11 aus einem Stahlblech, welchem durch Ausstanzen eine kreisringförmige Gestalt verliehen worden ist. Die Trägerscheibe 11 weist eine minimale Grunddicke auf, welche den Auftrag der Dickenschicht 10 ermöglicht, um schließlich zu einer zu erzielenden Gesamtdicke d zu gelangen. Somit ist die Trägerscheibe 11 zumindest derart dick auszuführen, dass diese zum Tragen der Dickenschicht 10 geeignet ist und dabei möglichst verwidungssteif ist. Die auf die Trägerscheibe 11 aufgebrachte Dickenschicht 10 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel dagegen aus einem Kunststoff, welcher im - an sich bekannten - Materialextrusions-Verfahren hierauf aufgebracht ist.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch denkbar, eine Trägerscheibe aus Kunststoff zu verwenden und diese mit einer Kunststoffschicht zu bedrucken. Alternativ hierzu kann eine aus Metall bestehende Trägerscheibe auch mit einer Metallschicht versehen werden, um die Gesamtdicke d zu erzielen. Die Materialwahl richtet sich in erster Linie nach den auftretenden Bauteilbeanspruchungen.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Getriebegehäuse
3: Erste Lagerstelle
4: Zweite Lagerstelle
5: Lageraußenring
6: Lagerinnenring
7: Wälzkörper
8: Distanzringscheibe
9: Axialanschlag
10: Dickenschicht
11: Trägerscheibe
d: Gesamtdicke

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

JP 7145814 A2 [0003]
DE 102010011442 A2 [0004]

Claims

Lageranordnung zur angestellten Stützlagerung einer Welle (1) in einem Getriebegehäuse (2), mit einer ersten Lagerstelle (3) und einer axial beabstandet hierzu angeordneten zweiten Lagerstelle (4), welche jeweils als kombinierte Axial/Radialwälzlager ausgeführt sind, wobei zumindest eines der Axial/Radialwälzlager mit einer axialen Distanzringscheibe (8) zur Einstellung des axialen Wellenspiels der Stützlagerung zusammenwirkt, die stirnseitig zwischen einem Lagerinnenring (6) oder Lageraußenring (5) und einem Axialanschlag (9) im Bereich des Lagersitzes an der Welle (1) beziehungsweise im Getriebegehäuse (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzringscheibe (8) eine Trägerscheibe (11) mit minimaler Grunddicke und eine hierauf durch ein additives Fertigungsverfahren aufgebrachte Dickenschicht (10) umfasst, so dass die Gesamtdicke (d) der aus den mehreren verschiedenen Komponenten bestehenden Distanzringscheibe (8) das einzustellende axiale Wellenspiel erzeugt.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerscheibe (11) sowie die hierauf aufgebrachte Dickenschicht (10) aus einem Metall oder einem Kunststoff bestehen.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenschicht (10) mittels des additiven Fertigungsverfahrens eines 3D-Drucks auf die Trägerscheibe (11) aufgebracht ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kombinierte Axial/Radialwälzlager beider Lagerstellen (3, 4) als ein ein- oder mehrreihiges Schrägkugellager oder als ein Kegelrollenlager ausgebildet ist.
Verfahren zur Fertigung einer Lageranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die folgenden zumindest teilautomatisierten Fertigungsschritte: - Vormontieren der Welle (1) mit den kombinierten Axial/Radialwälzlagern im Getriebegehäuse (2), - Ermitteln der erforderlichen Gesamtdicke (d) einer Distanzringscheibe (8) für ein einzustellendes axiales Wellenspiel, - Fertigen einer diese Gesamtdicke (d) aufweisenden Distanzringscheibe (8) durch ein additives Fertigungsverfahren, - Montieren der passend individuell gefertigten Distanzringscheibe (8) zwischen dem Lagerinnenring (6) oder dem Lageraußenring (5) einerseits und dem Axialanschlag (9) im Bereich des Lagersitzes andererseits.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als additives Fertigungsverfahren ein auf Metall- oder Kunststoffmaterial basierendes 3D-Druckverfahren angewendet wird, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, umfassend Freistrahl-Bindemittelauftrag, Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung, Materialextrusion, Freistrahl-Materialauftrag oder pulverbettbasiertes Schmelzen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Gesamtdicke (d) der Distanzringscheibe (8) auf eine Trägerscheibe (11) eine Dickenschicht (10) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdicke (d) der additiv gefertigten Distanzringscheibe (8) durch Feinschleifen auf ein vorgegebenes Passmaß gebracht wird.