DE102019122484A1

DE102019122484A1 - Nabenlagerung zum Lagern einer Nabe auf einer Welle, sowie System aus Nabenlagerung, Nabe und Welle

Info

Publication number: DE102019122484A1
Application number: DE102019122484.5A
Authority: DE
Inventors: Jörg Mellar; Michel Saintive; Frederic Amiot; Jean-Baptiste Marescot
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2021-02-25
Also published as: WO2021032542A1

Abstract

Es wird eine Nabenlagerung (1r, 1a) zum Lagern einer Nabe (2) auf einer Welle in einer ölgefluteten Kupplung offenbart, aufweisend einen zylindrisch ausgebildeten Teilbereich (1r) zum Aufnehmen von Radialkräften (Fr), und einen scheibenförmig ausgebildeten Teilbereich (1a) zum Aufnehmen von Axialkräften (Fa), wobei der scheibenförmig ausgebildete Teilbereich (1a) und der zylinderförmig ausgebildete Teilbereich (1r) als separate Bauteile ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nabenlagerung zum Lagern einer Nabe auf einer Welle, sowie ein System aus Nabenlagerung, Nabe und Welle.
Das technische Gebiet der vorliegenden Erfindung betrifft ölgeflutete (Lamellen-) Kupplungen, wobei ein Problem darin besteht, dass eine Nabe auf einer Welle axial und radial gelagert werden muss, wobei eine Kupplung so angeordnet ist, dass sich die Nabe je nach Schaltzustand der Kupplung entweder auf der Welle drehen kann (Kupplung offen) oder mit der Welle drehfest verbunden ist (Kupplung geschlossen).
Eine hierzu vorgesehene Nabenlagerung zwischen Nabe und Welle ist als Gleitlagerung ausgebildet, und gemäß des Standes der Technik als einteilige Nabenlagerung ausgebildet, die einen zylindrischen Teilbereich sowie einen Bund (=scheibenförmig ausgebildeter Teilbereich) aufweist. Solche Nabenlagerungen können aufgrund des zylindrischen Teilbereichs Radialkräfte aufnehmen, und aufgrund des Bunds außerdem auch Axialkräfte aufnehmen.
Wenn sich die Kupplung im eingekuppelten (geschlossenen) Zustand befindet, findet keine Relativbewegung zwischen Nabe und Welle statt. Sobald die Kupplung daraufhin ausgekuppelt wird, und sich auf Grund des Auskuppelns eine Relativbewegung zwischen Nabe und Welle einstellt, befindet sich die Nabenlagerung vorrübergehend in einem (sehr belastenden) Mischreibungsbereich, bis sich ein weniger belastender Zustand der Flüssigkeitsreibung einstellt.
Hierdurch werden hohe Anforderungen an die Verschleißfestigkeit des Materials der Nabenlagerung gestellt. Nabenlagerungen aus einem hierzu geeigneten Material sind gemäß des Standes der Technik sehr teuer.
Des Weiteren ist die Legierung Messing als Material für eine Nabenlagerung bekannt, eine Kupferlegierung mit bis zu 40 % Zink. Durch im Stand der Technik bekannte Phasendiagramme von Kupfer-Zink-Legierungen kann anschaulich dargestellt werden, dass die Gefüge solcher Legierungen unterschiedliche Phasen aufweisen können, wie beispielsweise eine α-Phase (mit einem kfz-, also kubisch-flächenzentrierten Kristallgitter) oder eine β-Phase (mit einem krz, also kubisch-raumzentrierten Kristallgitter), oder auch ein α-β-Phasengemisch (=„α+β Phasenaufbau“). Die mechanischen Eigenschaften der Legierung resultieren aus der Gefügezusammensetzung.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Nabenlagerung zum Lagern einer Nabe auf einer Welle, sowie ein System aus Nabenlagerung, Nabe und Welle anzubieten, durch welche die Nabenlagerung kostengünstig hergestellt werden kann, aber trotzdem eine hohe Verschleißfestigkeit erreicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch das Aufteilen der Nabenlagerung in einen zylinderförmigen Teilbereich und einen hiervon separat ausgebildeten scheibenförmigen Teilbereich wird eine materialsparende und somit auch werkzeugschonende Fertigung der Nabenlagerung ermöglicht, da weniger Material vom Rohling der Nabenlagerung abgespant werden muss.
Resultierend daraus ist es möglich, ein beliebig verschleißbeständiges (und deshalb auch schlecht zerspanbares) Material für die Nabenlagerung zu wählen.
Als ein bevorzugtes Material für eine Nabenlagerung hat sich die Legierung CuZn37Mn3AI2PbSi erwiesen. Aufgrund der zweiteiligen Fertigung der Nabenlagerung kann dieses extrem verschleißbeständige Material vorzugsweise zum Herstellen einer Nabenlagerung verwendet werden.
Falls als Material für die Nabenlagerung ein Werkstoff verwendet wird, der zur Festigkeitssteigerung eingelagerte (Mangan-)Lamellen aufweist, ist die Ausrichtung dieser Lamellen ausschlaggebend für die Belastbarkeit der Nabenlagerung.
Soll die Belastbarkeit der Nabenlagerung für eine Lagerung in axialer Richtung gesteigert werden, müssen die Lamellen vorzugsweise (zumindest teilweise) in radialer Richtung verlaufen. Soll im Gegensatz dazu die Belastbarkeit der Nabenlagerung für eine Lagerung in radialer Richtung gesteigert werden, müssen die Lamellen vorzugsweise (zumindest teilweise) in axialer Richtung verlaufen.
Eine Definition, dass Manganlamellen zumindest teilweise parallel zu einer entsprechenden Richtung ausgerichtet sind bzw. in diese verlaufen, bedeutet, dass zumindest ein Mengenanteil aller Manganlamellen diese Ausrichtung aufweist, also nicht zwingend alle Manganlamellen.
Vorzugsweise jedoch weisen wenigstens 80 Prozent, weiter vorzugsweise wenigstens 90 Prozent aller Manganlamellen eine solche Ausrichtung auf.
Abweichend von einer bevorzugten exakten Parallelität der Manganlamellen zu der entsprechenden Richtung weichen die Manganlamellen hiervon um maximal 20 Grad ab, weiter vorzugsweise um maximal 10 Grad ab.
Bei einer erfindungsgemäßen zweigeteilten Ausgestaltung der Nabenlagerung kann sowohl für den scheibenförmigen Teilbereich als auch für den zylinderförmigen Teilbereich jeweils die optimale Ausrichtung der Lamellen gewählt werden.

1 zeigt eine Nabe 2 gemäß des Standes der Technik in verschiedenen Ansichten.
2 zeigt die Nabe 2 mit einer Nabenlagerung 1 gemäß des Standes der Technik.
3 zeigt die Nabe 2 mit einer Nabenlagerung 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
4 zeigt eine Nabenlagerung 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

1 zeigt eine Nabe 2 gemäß des Standes der Technik in verschiedenen Ansichten. In der Ansicht links oben wird die Nabe 2 in einer Vorderansicht gezeigt. In dieser Ansicht ist des Weiteren ein Schnitt A-A eingezeichnet.
In der Ansicht rechts oben wird der nach rechts geklappte Schnitt A-A der Nabe 2 gezeigt, wobei eine Achse X als horizontal verlaufende Rotationsachse der Nabe 2 eingezeichnet ist.
In der Ansicht links unten ist die Nabe 2 in einer (ausgehend von der Ansicht links oben) nach unten geklappten Draufsicht gezeigt, wobei die Achse X hier als vertikal verlaufende Achse sichtbar ist.
2 zeigt die obere Hälfte des Schnitts A-A aus 1, allerdings mit einer Nabenlagerung 1 gemäß des Standes der Technik, die in die Nabe 2 eingesetzt ist.
Diese Nabenlagerung 1 weist einen Bund (scheibenförmiger Teilbereich 1a) zum Aufnehmen von Axialkräften auf, die in Richtung der Achse X angreifen, sowie einen zylinderförmigen Teilbereich 1r zum Aufnehmen von Radialkräften, die senkrecht zur Richtung der Achse X angreifen. Die Nabenlagerung 1 ist gemäß des Standes der Technik einteilig ausgebildet.
3 zeigt ebenfalls die obere Hälfte des Schnitts A-A aus 1, allerdings mit einer Nabenlagerung 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, die in die Nabe 2 eingesetzt ist.
In 3 ist des Weiteren ein Koordinatensystem eingezeichnet, mit einer horizontal verlaufenden Achse a, die eine axiale Richtung definiert, und einer vertikal verlaufenden Achse r, die eine radiale Richtung definiert,
Diese Nabenlagerung 1 ist zweigeteilt ausgebildet, mit einem scheibenförmigen Teil 1a, der analog zur obigen 2 zum Aufnehmen von Axialkräften ausgebildet ist, die in axialer Richtung a angreifen, sowie einem zylinderförmigen Teilbereich 1r, der analog zur obigen 2 zum Aufnehmen von Radialkräften ausgebildet ist, die in radialer Richtung r angreifen.
4 zeigt eine Detailansicht einer erfindungsgemäßen zweigeteilten Nabenlagerung 1 im Schnitt, die analog zu der zweigeteilten Nabenlagerung 1 aus 3 ausgestaltet und dargestellt ist, um die Krafteinwirkung auf die Nabenlagerung 1 zu verdeutlichen. In dieser Ansicht ist die Nabe 2 nicht dargestellt.
Die auf den zylinderförmigen Teilbereich 1r wirkende Radialkraft F_r ist mit an diesem Bauteil angreifenden Pfeilen, die in radialer Richtung r verlaufen, schematisch dargestellt. Analog hierzu ist die auf den scheibenförmigen Teilbereich 1a wirkende Axialkraft Fa mit an diesem Bauteil angreifenden Pfeilen, die in axialer Richtung a verlaufen, schematisch dargestellt.
Sowohl der zylinderförmige Teilbereich 1r als auch der scheibenförmige Teilbereich 1a sind in dem Ausführungsbeispiel der 4 aus der Legierung CuZn37Mn3AI2PbSi hergestellt. Diese Legierung weist zur Festigkeitssteigerung in das Gefüge eingelagerte Manganlamellen auf, die mit dem Bezugszeichen Mn in 4 gekennzeichnet sind. Die maximale Belastbarkeit der Teilbereiche 1r, 1a wird maßgeblich durch die Ausrichtung der Manganlamellen im Gefüge bestimmt; es wird eine Krafteinwirkung rechtwinklig zu der Ausrichtung der Manganlamellen angestrebt.
Die Manganlamellen im zylinderförmigen Teilbereich 1r sind parallel zu der Axialrichtung a ausgerichtet, wobei die Manganlamellen im scheibenförmigen Teilbereich 1a parallel zu der Radialrichtung r ausgerichtet sind. Hierdurch ergibt sich eine maximale Belastbarkeit der Teilbereiche 1r, 1a.
Eine Welle, auf welcher die Nabe 2 mittels der Nabenlagerung 1 bzw. mittels der Teilbereiche 1r, 1a der Nabenlagerung 1 gelagert wird, ist in keiner der Figuren dargestellt.
Die oben beschrieben Manganlamellen weisen vorzugsweise Mn5Si3-Silizide auf.
Alternativ dazu bestehen die oben beschrieben Manganlamellen vorzugsweise aus Mn5Si3-Siliziden.

Claims

Nabenlagerung (1r, 1a) zum Lagern einer Nabe (2) auf einer Welle in einer ölgefluteten Kupplung, aufweisend einen zylindrisch ausgebildeten Teilbereich (1r) zum Aufnehmen von Radialkräften (Fr), und einen scheibenförmig ausgebildeten Teilbereich (1a) zum Aufnehmen von Axialkräften (Fa), dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmig ausgebildete Teilbereich (1a) und der zylinderförmig ausgebildete Teilbereich (1r) als separate Bauteile ausgebildet sind.
Nabenlagerung (1r, 1a) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest einer der beiden Teilbereiche (1a, 1r) aus Messing hergestellt ist, vorzugsweise beide Teilbereiche (1r, 1a).
Nabenlagerung (1r, 1a) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der beiden Teilbereiche (1a, 1r) aus einer Messinglegierung mit α+β Phasenaufbau hergestellt ist, vorzugsweise beide Teilbereiche (1r, 1a).
Nabenlagerung (1r, 1a) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der beiden Teilbereiche (1a, 1r) aus der Legierung CuZn37Mn3AI2PbSi hergestellt ist, vorzugsweise beide Teilbereiche (1r, 1a).
Nabenlagerung (1r, 1a) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Legierung Manganlamellen (Mn) aufweist, die im zylinderförmig ausgebildeten Teilbereich (1r) zumindest teilweise parallel zu einer Axialrichtung (a) ausgerichtet sind, und/oder im scheibenförmig ausgebildeten Teilbereich (1a) zumindest teilweise parallel zu einer Radialrichtung (r) ausgerichtet sind.
Nabenlagerung (1r, 1a) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Manganlamellen (Mn) Mn5Si3-Silizide aufweisen.
System aus einer Nabenlagerung (1r, 1a) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, einer Nabe (2) und einer Welle, wobei die Nabe (2) durch die Nabenlagerung (1r, 1a) auf der Welle axial und radial gelagert wird, wobei eine Kupplung so angeordnet ist, dass die Nabe (2) je nach Schaltzustand der Kupplung entweder auf der Welle drehbar ist, bei einer geöffneten Kupplung, oder mit der Welle drehfest verbunden ist, bei einer geschlossen Kupplung.
Verwendung einer Nabenlagerung (1r, 1a) zum Lagern einer Nabe (2) auf einer Welle in einer ölgeflutete Kupplung, wobei die Nabenlagerung (1r, 1a) aus der Legierung CuZn37Mn3AI2PbSi hergestellt ist.