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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit wenigstens einem Wälzlager, das wenigstens einen sich um eine Drehachse erstreckenden Lageraußenring und wenigstens einen sich um die Drehachse erstreckenden Lagerinnenring, sowie eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Drehachse hintereinander angeordneten Wälzkörpern umfasst, die auf Laufbahnen auf dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring abwälzen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine hydrodynamische Maschine mit wenigstens einem beschaufelten Pumpenrad und wenigstens einem beschaufelten Turbinenrad, die gemeinsam einen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden, wobei das Pumpenrad und/oder das Turbinenrad mit einer entsprechenden Lageranordnung gelagert sind.
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Lageranordnungen der gattungsgemäßen Art werden beispielsweise zur Lagerung von Hohlwellen oder Vollwellen in einem Getriebe verwendet, sodass die Wellen möglichst verschleißarm um eine Drehachse umlaufen können. Um definierte Lagerzustände zu erreichen, soll ein Mitdrehen des Lageraußenrings der Wälzlager verhindert werden. Hierfür können Wälzlager, die eine genormte N1- oder N2-Nut am Außenring aufweisen, eingesetzt werden. Bei dieser Nut handelt es sich um eine Nut, deren Tiefenrichtung um 45 Grad gegenüber der Drehachse geneigt ist und in die ein Stift, der fest im den Lageraußenring tragenden Gehäuse verstiftet ist, eingreift, um durch einen Formschluss das Mitdrehen des Lageraußenrings zu blockieren.
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Im Betrieb können jedoch vergleichsweise große Drehmomente oder axiale Schubmomente auf den Lageraußenring ausgeübt werden, die zu einem Abscheren dieses Stiftes führen. Dies wird dadurch begünstigt und ist umso gravierender, dass herkömmlich ein einziger Stift als Verdrehsicherung für den Lageraußenring verwendet wird.
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Aufgrund der geringen Größe des Lageraußenrings, der von einem Lagerhersteller geliefert wird und dann beispielsweise von einem Getriebehersteller in ein Getriebegehäuse eingebaut wird, ist es ferner schwierig, die Verdrehsicherung beispielsweise in dem Getriebe zu montieren, und die vergleichsweise kleine Nut ermöglicht eine nur geringe Überdeckung beziehungsweise das Herstellen einer nur kleinen Überschneidung zwischen dem Stift und dem Lageraußenring in der Umfangsrichtung.
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Wenn der Lageraußenring in der Axialrichtung verschiebbar im Gehäuse gelagert ist, wird das genannte Problem dadurch verschärft, dass die Überdeckung zwischen Stift und Lageraußenring bei einem Verschieben des Lageraußenrings noch geringer werden kann, sodass die Gefahr einer Verformung oder einer Abscherung des Stiftes vergrößert wird, weil die Hebelverhältnisse der auf das Stiftende wirkenden Kraft ungünstiger werden.
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Ausgehend von der genannten Problematik stellt sich damit die Aufgabe, eine Lageranordnung mit wenigstens einem Wälzlager, das einen in der Axialrichtung verschiebbaren Lageraußenring aufweist, anzugeben, wobei der Lageraußenring zuverlässig gegen Verdrehen in einem Gehäuse, in das der Lageraußenring eingesetzt ist, gesichert ist und die Montage der Lageranordnung erleichtert wird.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Ferner wird eine erfindungsgemäße hydrodynamische Maschine mit einer solchen Lageranordnung angegeben.
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Die erfindungsgemäße Lageranordnung weist wenigstens ein Wälzlager auf. Insbesondere ist eine Vielzahl solcher Wälzlager vorgesehen. Beispielsweise sind zwei Wälzlager in der Axialrichtung, das heißt in Richtung der Drehachse der Wälzlager, nebeneinander positioniert.
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Das oder die Wälzlager weisen wenigstens einen sich um die Drehachse erstreckenden Lageraußenring und wenigstens einen sich um die Drehachse erstreckenden Lagerinnenring, sowie eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Drehachse hintereinander angeordneten Wälzkörpern auf, die auf einer Laufbahn auf dem Lageraußenring und auf einer Laufbahn auf dem Lagerinnenring abwälzen. Die erfindungsgemäße Lageranordnung weist ferner ein Gehäuse auf, beispielsweise ein Getriebegehäuse, in welchem der Lageraußenring zumindest mittelbar montiert ist, wobei eine Verdrehsicherung für den Lageraußenring vorgesehen ist, mit welcher der Lageraußenring verdrehsicher im Gehäuse gehalten wird.
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Der Lageraußenring ist in Richtung der Drehachse im Gehäuse verschiebbar, wie nachfolgend noch erläutert wird. Hierbei kommen jedoch in der Praxis sehr kleine Verschiebungen in Betracht, beispielsweise im Bereich von wenigen Millimetern, insbesondere weniger als 5 oder 2 Millimeter, oder sogar im Mikrometerbereich, das heißt weniger als 1 Millimeter.
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Erfindungsgemäß umfasst die Verdrehsicherung einen Adapterring, in dem der Lageraußenring kraftschlüssig montiert ist, beispielsweise mittels eines Presssitzes, sodass vorteilhaft keine Relativbewegungen zwischen dem Lageraußenring und dem Adapterring möglich sind. Der Adapterring hingegen ist in Richtung der Drehachse verschiebbar im Gehäuse angeordnet und formschlüssig gegen Verdrehen im Gehäuse fixiert. Damit ist auch der Lageraußenring im Gehäuse in Richtung der Drehachse verschiebbar.
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Die Erfindung sieht somit vor, dass die formschlüssige Fixierung, die herkömmlich unmittelbar zwischen Gehäuse und Lageraußenring geschaffen wurde, in die Schnittstelle zwischen dem Adapterring und dem Gehäuse verlagert wird. Da der Adapterring, der kein Standardbauteil oder Normbauteil sein muss, vergleichsweise größer gestaltet werden kann, insbesondere einen größeren Außendurchmesser aufweisen kann als der Lageraußenring, wird ein ausreichender Bauraum zum Vorsehen des Formschluss zwischen dem Adapterring und dem Gehäuse geschaffen. Erfindungsgemäß wird damit ein Kraftschluss, insbesondere reiner Kraftschluss, mit einem Formschluss kombiniert.
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Der Adapterring kann eine radial nach außen gerichtete äußere Oberfläche aufweisen, welche an einer gegenüberstehenden radial nach innen gerichteten inneren Oberfläche des Gehäuses anliegt. Die äußere Oberfläche des Adapterrings und/oder die innere Oberfläche des Gehäuses weisen vorteilhaft eine Gleitbeschichtung auf. Damit kann der Reibkoeffizient der entsprechenden Oberfläche im Vergleich zum darunter liegenden Material des Adapterrings und/oder Gehäuses reduziert werden und ein wirksamer Verschleißschutz kann erreicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Gestaltung ist der Adapterring über wenigstens einen Stift, insbesondre Zylinderstift, oder über mehrere Stifte, insbesondere Zylinderstifte, zumindest mittelbar oder unmittelbar im Gehäuse gegen Verdrehen verstiftet.
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Besonders bevorzugt ist der Adapterring über einen in Richtung der Drehachse neben dem Adapterring positionierten Haltering im Gehäuse gesichert, wobei der Haltering zusammen mit dem Adapterring in Richtung der Drehachse elastisch vorgespannt am Gehäuse abgestützt ist und/oder der Adapterring in Richtung der Drehachse elastisch vorgespannt am Haltering abgestützt ist, um den Lageraußenring in Richtung der Drehachse über die Wälzkörper gegen den Lagerinnenring zu verspannen. Damit kann sichergestellt werden, dass das Wälzlager zu jederzeit im Betriebskennfeld die erforderliche Mindestlast besitzt.
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Bevorzugt ist in Richtung der Drehachse zwischen dem Haltering und dem Gehäuse und/oder zwischen dem Adapterring und dem Haltering wenigstens eine Distanzscheibe angeordnet, die zum Beispiel aus einem laminierten Schichtblech hergestellt ist. Ein solches laminiertes Schichtblech ist beispielsweise unter der Marke Laminum bekannt. Über eine solche Distanzscheibe, insbesondere über ein solches laminiertes Schichtblech oder einen anderen schichtartig aufgebauten Körper kann das Axialspiel im Wälzlager leicht eingestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Wälzkörper als Kugeln oder Rollen, zum Beispiel Kegelrollen, ausgeführt, wobei die Rollen mit ihrer Längsachse, das heißt ihrer Drehachse, um welche sie abwälzen, winklig gegenüber der Drehachse der Lageranordnung beziehungsweise Lagerringe angestellt sind. Bei einer Ausführungsform mit Kugeln kann zum Beispiel ein Schrägkugellager vorgesehen sein.
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Wenn wenigstens zwei Wälzlager in der Lageranordnung in Richtung der Drehachse nebeneinander angeordnet sind, die jeweils wenigstens einen Lageraußenring, wenigstens einen Lagerinnenring und eine Vielzahl von entsprechend in der Umfangsrichtung um die Drehachse angeordneten Wälzkörpern umfassen, so sind die Wälzlager bevorzugt in einer O-Anordnung oder in einer X-Anordnung ausgeführt. Jedoch kommen auch andere Anordnungen, beispielsweise eine Tandem-Anordnung in Betracht.
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Gemäß einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Lagerinnenring oder sind die Lagerinnenringe radial außen auf einem Wellenring, insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig, montiert und über einen in Richtung der Drehachse neben dem Lagerinnenring und dem Wellenring angeordneten Axialring am Wellenring gesichert. Der Wellenring kann ein auf eine Welle - Hohlwelle oder Vollwelle - aufgeschobener Ring sein oder durch die Welle selbst gebildet werden.
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Bevorzugt ist der Lagerinnenring durch den Axialring gegen seine Verschiebung in der Drehrichtung gesichert.
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Gemäß der Erfindung kann der oder können die Innenringe und Wälzkörper beziehungsweise Wälzkörpersätze der Wälzlager auf einer Welle montiert und zusammen mit dem oder den Lageraußenringen und dem oder den Adapterringen in das Gehäuse eingelegt werden. Der oder die Adapterringe kann/können dann über den wenigstens einen oder die mehreren Stifte am Umfang mit dem Gehäuse gegen Verdrehen gesichert werden. Ein Axialspiel des oder der Wälzlager kann über die Distanzscheibe zwischen dem Adapterring und dem Haltering eingestellt werden, wobei, wie dargelegt, bevorzugt Druckfedern oder andere Federmittel vorgesehen sind, die beispielsweise zwischen dem Haltering und dem Adapterring angeordnet sein können, um das Wälzlager in der Drehrichtung elastisch zu verspannen.
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Eine erfindungsgemäße hydrodynamische Maschine weist wenigstens ein beschaufeltes Pumpenrad und wenigstens ein beschaufeltes Turbinenrad auf, die gemeinsam einen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden. Mit dem Arbeitsmedium kann im Arbeitsraum ein hydrodynamischer Arbeitsmediumkreislauf ausgebildet werden, der Drehmoment vom Pumpenrad auf das Turbinenrad überträgt. Sowohl das Pumpenrad als auch das Turbinenrad können um eine Drehachse umlaufen, wenn die hydrodynamische Maschine als hydrodynamische Kupplung ausgeführt ist. Wenn zusätzlich wenigstens ein Leitrad vorgesehen ist, ist die hydrodynamische Maschine entsprechend als hydrodynamischer Wandler ausgeführt. Wenn das Turbinenrad feststehend angeordnet ist und nicht umläuft oder in Gegenrichtung zum Pumpenrad angetrieben wird, ist die hydrodynamische Maschine entsprechend ein hydrodynamischer Retarder.
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Das Pumpenrad und/oder das Turbinenrad sind bevorzugt mit einer Lageranordnung der hier dargestellten Art gelagert.
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Die Lageranordnung kann insbesondere zur Lagerung einer Welle in einem Getriebe vorgesehen sein, wobei die Welle beispielsweise ein Ritzel und/oder Zahnrad trägt. Das Getriebe kann bevorzugt wenigstens eine hydrodynamische Maschine gemäß der dargestellten Art aufweisen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Lageranordnung nur zur Lagerung einer entsprechenden hydrodynamischen Maschine in einem Getriebe vorzusehen oder nur zur Lagerung wenigstens einer Welle außerhalb einer hydrodynamischen Maschine.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
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Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung;
- 2 ein Ausführungsbeispiel einer hydrodynamischen Maschine, die mit einer erfindungsgemäßen Lageranordnung gelagert sein kann.
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Lageranordnung dargestellt, umfassend zwei Wälzlager, die jeweils einen sich um eine Drehachse 1 erstreckenden Lageraußenring 2 und einen sich um die Drehachse 1 erstreckenden Lagerinnenring 3, sowie eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Drehachse 1 hintereinander angeordneten Wälzkörpern 4 aufweisen. Die Wälzkörper 4 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel, jedoch nicht zwingend, als Kegelrollen ausgeführt und die Wälzlager bilden eine O-Anordnung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel läuft jeweils der Lagerinnenring 3 um und der Lageraußenring 2 ist stationär. In anderen Ausführungsbeispielen ist dies umgekehrt.
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Die Lageraußenringe 2 bilden radial nach innen gerichtete Laufbahnen 5 und die Lagerinnenringe 3 bilden radial nach außen gerichtete Laufbahnen 6 für die Wälzkörper 4.
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Die Wälzlager sind in einem Gehäuse 7 angeordnet. Dabei sind die Lageraußenringe 2 nicht unmittelbar im Gehäuse 7 montiert, sondern über Adapterringe 8, in welchen die Lageraußenringe 2 kraftschlüssig montiert sind, beispielsweise mittels einer Presspassung. Die Adapterringe 8 hingegen sind formschlüssig und gesichert gegen Verdrehen im Gehäuse 7 montiert.
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Die Verdrehsicherung weist Stifte 12 auf, wobei bevorzugt mehrere Stifte 12 in der Umfangsrichtung um die Drehachse 1 hintereinander angeordnet sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Stifte 12 ausschließlich in der Axialrichtung, das heißt in Richtung der Drehachse 1. Sie könnten jedoch auch in der Radialrichtung oder schräg eingebracht sein.
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Die Adapterringe 8 weisen eine radial nach außen gerichtete äußere Oberfläche 9 auf und das Gehäuse 7 weist entsprechend gegenüberstehende radial nach innen gerichtete innere Oberflächen 10 auf. Wenigstens eine der Oberflächen 9, 10 weist bevorzugt eine Gleitbeschichtung 11 auf, beispielsweise die äußere Oberfläche 9. Dies erleichtert ein gewünschtes axiales Gleiten des Lageraußenrings 2 innerhalb des Gehäuses 7, um die nachfolgend noch beschriebene Verspannung der Wälzlager in Richtung der Drehachse 1 zu gewährleisten.
In Richtung der Drehachse 1 ist neben den Adapterringen 8 jeweils ein Haltering 13 positioniert. Der Haltering 13 ist in Richtung der Drehachse 1 über wenigstens eine Feder 17, hier Druckfeder, elastisch am Gehäuse 7 abgestützt. Der Adapterring 8 ist axial am Haltering 13 montiert, sodass er sich kraftbeaufschlagt durch die Feder 17 zusammen mit dem Haltering 13 in Richtung der Drehachse 1 bewegen kann, um den Lageraußenring 2 über die Wälzkörper 4 gegen den Lagerinnenring 3 zu verspannen.
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Um das Axialspiel jeweils zwischen dem Lageraußenring 2, den Wälzkörpern 4 und dem Lagerinnenring 3 exakt einzustellen, ist in der axialen Schnittstelle zwischen dem Adapterring 8 und dem Haltering 13 eine Distanzscheibe 14 vorgesehen, deren Dicke entsprechend des einzustellenden Axialspiels ausgewählt wird und welche den axialen Abstand des Adapterrings 8 vom Haltering 13 bestimmt.
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Zumindest der rechts in der 1 dargestellte Lagerinnenring 3 ist bei dieser Lageranordnung über einen Axialring 16 an einem Wellenring 15 gesichert, wobei der Axialring 16 in Richtung der Drehachse 1 neben dem Lagerinnenring 3 und dem Wellenring 15 positioniert ist. Der Axialring 16 bildet einen Axialanschlag für den Lagerinnenring 3.
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Der Wellenring 15 kann auf eine Welle aufgeschoben sein oder durch diese gebildet werden.
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Beim links dargestellten Wälzlager ist hingegen der Lagerinnenring 3 an einem Radialbund des Wellenrings 15 positioniert, sodass auf einen separaten Axialring verzichtet werden kann. Andere Gestaltungen sind jedoch möglich.
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Die Welle beziehungsweise der Wellenring 15 trägt beispielsweise ein Zahnrad 18 eines Getriebes. Jedoch ist die Lageranordnung auch zur Lagerung anderer umlaufender Bauteile geeignet. 2 zeigt beispielsweise eine hydrodynamische Maschine, die mit einer erfindungsgemäßen Lageranordnung gelagert werden kann. Dabei ist zumindest ein umlaufendes Rad der hydrodynamischen Maschine oder eine Welle derselben erfindungsgemäß gelagert.
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Die hydrodynamische Maschine weist wenigstens ein beschaufeltes Pumpenrad 20 und ein beschaufeltes Turbinenrad 21 auf, die gemeinsam einen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum 22 ausbilden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel laufen sowohl Pumpenrad 20 als auch Turbinenrad 21 um die Drehachse 1 um, wobei das Turbinenrad 21 vom Pumpenrad 20 über eine hydrodynamische Kreislaufströmung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum 22 hydrodynamisch angetrieben wird.
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Die exemplarisch in der 2 dargestellte hydrodynamische Maschine ist ein hydrodynamischer Wandler und weist demnach zusätzlich wenigstens ein Leitrad 19 auf, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel das sich in der Radialrichtung zur Drehachse 1 erstreckende Leitrad 19 als verstellbares Leitrad 19 ausgeführt ist, wohingegen das sich in der Axialrichtung erstreckende Leitrad 19 mit feststehenden Leitschaufeln ausgeführt sein kann.
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Das Turbinenrad 21 ist separat zum Pumpenrad 20 gelagert und treibt beispielsweise ein Zahnrad eines Planetengetriebes an, hier ein Planetenrad.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehachse
- 2
- Lageraußenring
- 3
- Lagerinnenring
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Laufbahn
- 6
- Laufbahn
- 7
- Gehäuse
- 8
- Adapterring
- 9
- Äußere Oberfläche
- 10
- Innere Oberfläche
- 11
- Gleitbeschichtung
- 12
- Stift
- 13
- Haltering
- 14
- Distanzscheibe
- 15
- Wellenring
- 16
- Axialring
- 17
- Feder
- 18
- Zahnrad
- 19
- Leitrad
- 20
- Pumpenrad
- 21
- Turbinenrad
- 22
- Arbeitsraum
