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Die Erfindung betrifft eine Wellenlageranordnung zur Drehlagerung einer Welle in einem Gehäuse, umfassend mindestens eine Reihe von in einem Lagerkäfig geführten Wälzkörpern, die nach radial außen an einer ersten Laufbahn eines standardisierten Lageraußenrings abrollen, welcher in dem Gehäuse eingesetzt ist. Daneben betrifft die Erfindung einen Elektromotor für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, dessen Rotorwelle mit einer solchen Wellenlageranordnung drehgelagert ist.
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Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik. Insbesondere bei Kraftfahrzeuggetrieben, beispielsweise Differenzialgetrieben, werden zur Drehlagerung einer Welle gewöhnlich standardisierte Wälzlager, vornehmlich Kugellager, eingesetzt, welche pro Welle eine Festlagerstelle sowie mindestens eine weitere Loslagerstelle bilden. Dabei ist das standardisierte Wälzlager gewöhnlich in einem aus einem Leichtmetall bestehenden Gehäuse eingesetzt. Daneben ist es jedoch auch denkbar, die erfindungsgemäße Lösung für eine Rotorwellenlagerung eines Elektromotors von Elektrofahrzeugen oder dergleichen zu nutzen. Ebenso ist eine Anwendung im Bereich von Industriegetrieben denkbar.
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Stand der Technik
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Gemäß des allgemein bekannten Standes der Technik wird deine Welle gewöhnlich in einem Lagerinnenring eines standardisierten Wälzlagers eingepresst und in der Sollposition axial gesichert. Die Axialsicherung kann dabei einerseits durch einen Wellenabsatz erfolgen, an den der Lagerinnenring stirnseitig zur Anlage kommt, wobei an der gegenüberliegenden Stirnseite des Lagerinnenrings gewöhnlich ein Sicherungsring in eine hierzu korrespondierende Umfangsnut lösbar an der Welle angebracht ist. Der Lagerinnenring bildet nach radial innen, also eine lösbare Verbindung zur Welle und nach radial außen eine für die Wälzkörper geeignete Laufbahn. Zu diesem Zweck besteht der Lagerinnenring gewöhnlich aus einer gehärteten Stahllegierung. Analog dasselbe gilt auch für den Lageraußenring, welcher nach radial innen ebenfalls eine Laufbahn für die Wälzkörper ausbildet und mit der radial äußeren Fläche gewöhnlich in eine korrespondierende Ausnehmung eines Gehäuses eingepresst ist. Durch diesen radialen Schichtaufbau ergibt sich eine durch die verschiedenen Funktionselemente bedingte Radialerstreckung, welche sich im Wesentlichen aus den geltenden Wälzlagerstandards ergibt.
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Aus der
DE 2 132 412 A geht eine technische Lösung zur Reduzierung der Radialerstreckung einer Wälzlageranordnung zur Drehlagerung einer Welle in einem Gehäuse hervor, welche komplett auf Lagerringe verzichtet. Die Welle ist hier als eine antriebsseitige Hohlwelle mit Ritzelabschnitt zur Drehmomenteinleitung in ein Differenzialgetriebe ausgebildet und über eine spezielle doppelreihige Kugellagerung drehbar im Gehäuse gelagert. Um auf einen Lagerinnenring verzichten zu können, ist die zu den Wälzkörpern korrespondierende Laufbahn direkt auf den Außenumfang der Welle aufgebracht. Anstelle eines herkömmlichen Lageraußenrings besitzt das Gehäuse einen hieraus herausragenden Gehäusekragen, an dessen Axialschenkel innenwandseitig ebenfalls eine Lagerlaufbahn ausgebildet ist, welche den Lageraußenring ersetzt.
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Die beiden Reihen von Wälzkörpern sind ferner von einem gemeinsamen Lagerkäfig umfasst und hierdurch geführt. Mit dieser Wellenlageranordnung ist eine spezielle Lastaufnahme der eingangsseitig wirkenden Kräfte und Momente realisierbar. Dies erfordert jedoch eine präzise Fertigung des Gehäusekragens sowie der multifunktionalen Welle. Toleranzbedingt ist diese Konstruktion nicht für heutige kraftfahrzeugtechnische Anwendungen geeignet, insbesondere auch wegen der gestiegenen Lagerbelastungen und Drehzahlen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Wellenlageranordnung dahingehend weiter zu verbessern, dass sich hohe Lagerlasten und Drehzahlen in einer bauraumminimalen Anordnung der Bauteile realisieren lassen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass mindestens eine Reihe von in einem Lagerkäfig geführten Wälzkörpern, die nach radial außen an einer ersten Laufbahn eines standardisierten Lageraußenrings abrollen, welcher in einem Gehäuse eingesetzt ist, nach radial innen an einer direkt auf der Außenoberfläche der Welle eingebrachten zweiten Laufbahn abrollen, um eine teilintegrierte Wälzlagerung zu schaffen.
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Das erfindungsgemäße Konzept einer teilintegrierten Wälzlagerung greift auf standardisierte Bauelemente, wie Wälzkörper und den Lageraußenring zurück, welche als Massenfertigungsteile zur Verfügung stehen. Hiervon wendet sich die Erfindung jedoch für die Realisierung der radial inneren zweiten Laufbahn ab, welche insoweit nicht durch einen standardisierten Lagerinnenring gebildet ist, sondern durch die Außenoberfläche der zu lagernden Welle selbst. Damit entsteht eine Art Mischlösung aus zwei Konstruktionsprinzipien, welche eingangs separat vorgestellt wurden. Der erfindungswesentliche Gedanke einer lediglich direkt auf die Wellenoberfläche integrierten radial inneren Laufbahn erfordert natürlich ein Härten des betreffenden Wellenabschnitts. Hieran lässt sich die Laufbahn vorzugsweise durch Schleifen in einfacher Weise ausbilden. Da in Konsequenz aus der erfindungsgemäßen Lösung ein Lagerinnenring entfällt, reduziert sich der Bauraum für die Wellenlageranordnung in Radialrichtung, was zu einer Erhöhung der Leistungsdichte des Getriebes führt. Außerdem entfallen Toleranzeinflüsse der Verbindungsstelle eines Lagerinnenrings zur Welle, was die Genauigkeit der Lagerung und damit die Lebensdauer statistisch erhöht. Durch den reduzierten Teilkreisdurchmesser der Wälzlagerung können weiterhin auch höhere Drehzahlen der Drehlagerung realisiert werden. Die mit der erfindungsgemäßen Lösung einhergehende Bauraumreduzierung kann auch dafür genutzt werden, größere Wälzkörper einzusetzen, um die Belastbarkeit der Lagerstelle entsprechend zu steigern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wälzkörper der Wellenlageranordnung kugelförmig ausgebildet. Hierdurch lässt sich insbesondere die zweite Laufbahn mit einem konkaven Querschnitt versehen, was eine Bewegung in Axialrichtung vermeidet. Zusätzliche Sicherungsmittel, wie Sprengringe oder Anschlagabsätze seitens der Welle können somit entfallen. Die Drehlagerung der Welle ist insoweit vorzugsweise eine Festlagerstelle.
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Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Lagerkäfig nach Art eines Kugelschnappkäfigs ausgebildet ist. Dies erleichtert die Montierbarkeit der Wälzlagermittel an der Welle und die Wälzkörper können mit dem Lageraußenring direkt auf der Welle vormontiert werden, ehe eine Endmontage im Getriebe erfolgt.
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Die an der Welle angebrachte konkave Laufbahn kann an einem durchmesserreduzierten Zylinderabsatz der Welle angeordnet sein, um die Radialerstreckung der Drehlagerung zu minimieren. Vorzugsweise befindet sich der durchmesserreduzierte Zylinderabsatz am Wellenende.
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Figurenliste
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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 Teilquerschnitt einer Wellenlageranordnung mit einem herkömmlichen Wälzlager gemäß des Standes der Technik, und
- 2 einen Teilquerschnitt einer erfindungsgemäßen teilintegrierten Wälzlagerung.
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Gemäß 1 besteht eine herkömmliche Wellenlageranordnung zur Drehlagerung einer Welle 1 in einem hier nur angedeutet dargestellten Gehäuse 2 aus einer Reihe von kugelförmigen Wälzkörpern 3 (exemplarisch), welche in einem Lagerkäfig 4 geführt sind.
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Die Wälzkörper 3 rollen nach radial außen an einer ersten Laufbahn 5 eines standardisierten Lageraußenrings 6 ab, der in dem Gehäuse 2 eingesetzt ist.
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Nach radial innen wirken die Wälzkörper 3 mit einem herkömmlichen standardisierten Lagerinnenring 7 zusammen. Das Wälzlager ist insgesamt über den Lagerinnenring 7 auf einen durchmesserreduzierten Zylinderabsatz 8 der Welle 1 aufgepresst. Ein Sprengring 9 sorgt für eine herkömmliche Sicherung des Wälzlagers in der Sollposition.
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Gemäß 2 ist die Wälzlageranordnung im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik derart innenringlos realisiert, dass die Wälzkörper 3 nach radial innen an einer direkt auf der Außenoberfläche der Welle 1 eingebrachten zweiten Laufbahn 10 abrollen, um insoweit ein im Vergleich zum vorstehenden Beispiel teilintegrierte Wälzlagerung zu schaffen.
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Da die erfindungswesentliche zweite Laufbahn 10 auf der Außenoberfläche der Welle 1 einen ersichtlicherweise konkaven Querschnitt aufweist, kann eine Axialsicherung durch zusätzliche Sicherungsmittel entfallen. Die konkave Laufbahn 10 ist an dem durchmesserreduzierten Zylinderabsatz 8 der Welle 1 angeordnet, welcher hier den Endabschnitt der Welle 1 bildet. Die konkave Laufbahn 10 ist durch Schleifen in die zuvor gedrehte Welle 1 eingebracht, welche anschließend zumindest im Bereich des Zylinderabsatzes 8 zu härten ist, um eine hinreichende Wälzlagerqualität zu erzielen. Im Übrigen entspricht das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel dem vorstehenden Beispiel des Standes der Technik.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel, sondern erstreckt sich auch auf Abwandlungen hiervon, welche vom Schutzbereich die nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, Wälzkörper einer anderen Form zu verwenden. Anstelle eines wellenseitig konkaven Querschnitts ist vorzugsweise eine an die Form der Wälzkörper angepasste Ausnehmung zur Realisierung der zweiten Laufbahn vorzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Gehäuse
- 3
- Wälzkörper
- 4
- Lagerkäfig
- 5
- erste Laufbahn
- 6
- Lageraußenring
- 7
- Lagerinnenring
- 8
- Zylinderabsatz
- 9
- Sprengring
- 10
- zweite Laufbahn
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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