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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung umfassend eine Welle mit einem, auf dieser sitzenden Zahnrad sowie ein Gehäuse, an dem die Anordnung aus der Welle und dem Zahnrad mittels eines Wälzlagers drehgelagert ist.
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Eine solche Lageranordnung kommt beispielsweise als Zwischenwellenanordnung in einem Kraftfahrzeuggetriebe oder -antrieb wie beispielsweise einer E-Achse zum Einsatz. Ein derartiger Antrieb weist eine Elektromaschine auf, also einen Elektromotor, der in einem entsprechenden Gehäuse aufgenommen ist und der mit dem nachgeschalteten Getriebe gekoppelt ist. Dieses Getriebe umfasst wenigstens eine Welle, eine sogenannte Zwischenwelle, auf der ein Zahnrad sitzt. Diese Anordnung aus Welle und Zahnrad ist über ein Wälzlager am Gehäuse gelagert, das aus Platzgründen sehr nahe am Zahnrad angeordnet ist. Da das Zahnrad, axial gesehen, vor dem Wälzlager angeordnet ist, und das Wälzlager bei bisher bekannten Ausgestaltungen mit seinem Innenring auf einem Lagersitz der Welle und mit dem Außenring auf einem Lagersitz am Gehäuse sitzt, ergibt sich demzufolge ein entsprechend axial gesehen langer Aufbau. Dieser kann im Hinblick auf einen häufig nur geringen, zur Verfügung stehenden Bauraum zu Problemen führen.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Lageranordnung anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Lageranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Zahnrad eine ringförmige, sich axial erstreckende Vertiefung aufweist, über die ein innerer Ringflansch, mit dem das Zahnrad auf der Welle sitzt, ausgebildet wird, welcher Ringflansch einen Lagersitz für das zumindest abschnittsweise in der Vertiefung aufgenommene Wälzlager bildet.
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Bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung ist mit besonderem Vorteil eine radiale Schachtelung von Welle, Zahnrad und Wälzlager gegeben. Das Zahnrad sitzt wie üblich auf der Welle auf, wo es drehfest mit der Welle verbunden ist. Es erstreckt sich radial von der Welle weg und weist eine radiale Außenverzahnung auf. An der zum Gehäuse weisenden Seite des Zahnrads ist erfindungsgemäß eine entsprechende ringförmige Vertiefung ausgebildet, so dass sich ein zylindrischer innerer Ringflansch ergibt, der von der Welle durchgriffen ist, mit der also das Zahnrad auf der Welle aufsitzt. Dieser Ringflansch dient einerseits der Verbindung zur Welle, andererseits bildet er aber an seiner äußeren Mantelfläche einen Lagersitz für das Wälzlager, das, axial gesehen, zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig in diese Vertiefung aufgenommen ist. Es sitzt mit seinem Innenring auf dem radialflanschseitigen Lagersitz, der Außenring ist an einem entsprechenden gehäuseseitigen Lagersitz aufgenommen. Das Zahnrad selbst, das im Längsschnitt quasi einen C-förmigen Querschnitt aufweist, übergreift demzufolge mit dem radial außenliegenden, die Außenverzahnung tragenden Ringflansch das Wälzlager zumindest abschnittsweise, das heißt, dass das Wälzlager zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, in das Zahnrad integriert ist.
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Diese axiale Aufnahme respektive Integration und damit dieser erfindungsgemäße, radial geschachtelte Aufbau ermöglicht es nun, die axiale Baulänge zu verkürzen, da das Wälzlager nicht mehr, wie im Stand der Technik, auf der Welle aufsitzt, sondern auf dem Zahnrad, das seinerseits auf der Welle sitzt. Es ist also wellenseitig neben dem Lagersitz für das Zahnrad kein zusätzlicher weiterer Lagersitz für das Wälzlager vorzusehen, weshalb die Welle zumindest um diese Länge verkürzt werden kann. Daraus resultiert, dass eine solche erfindungsgemäße Lageranordnung zwangsläufig weniger axialen Bauraum benötigt und demzufolge eine Integration auch in sehr enge Gehäusebereiche möglich ist.
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Bevorzugt ist der Innenring des Wälzlagers über seine axiale Länge vollständig auf dem Lagersitz des Ringflanschs aufgenommen, das heißt, dass demzufolge auch der Außenring zu einem beachtlichen Teil seiner axialen Länge in der Vertiefung aufgenommen ist. Bevorzugt ist aber auch der Außenring über seine gesamte axiale Länge vollständig in der Vertiefung aufgenommen.
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Da auch der Außenring des Wälzlagers, das bevorzugt als Kegelrollenlager ausgeführt ist, zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig in der zahnradseitigen Vertiefung aufgenommen ist, gleichzeitig aber der Außenring auch auf einem gehäuseseitigen Lagersitz sitzt, ist es erforderlich, eine entsprechende Kopplung zum Gehäuse hin herzustellen. Um dies zu ermöglichen, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Außenring des Wälzlagers über seine axiale Länge vom Ringflansch radial überdeckt ist, wobei sich ein ringförmiger Gehäuseabschnitt, an dem ein Lagersitz ausgebildet ist, auf dem der Außenring über seine axiale Länge vollständig aufsitzt, in die Vertiefung erstreckt. Das Gehäuse ist also mit einem entsprechenden ringförmigen Abschnitt, also einer Art zylindrischem Flansch, versehen, der sich axial zum Zahnrad erstreckt und in die Vertiefung eingreift, und zwar zumindest so weit, wie der Außenring in der Vertiefung aufgenommen ist, so dass der Außenring über seine gesamte axiale Länge dementsprechend radial am Lagersitz abgestützt ist.
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Der innere Ringflansch, der auf der Welle aufsitzt, schließt axial gesehen bevorzugt bündig mit der Welle ab, das heißt, dass das Zahnrad mit dem Ringflansch über die gesamte Flanschlänge auf der Welle aufsitzt, diese aber nicht aus dem Zahnrad hervorragt, so dass sich eine gemeinsame Abschlussebene bildet. Der äußere Ringflansch, der die Außenverzahnung trägt, ist bevorzugt axial gesehen etwas kürzer als der innere Ringflansch und steht demzufolge nicht über diese gemeinsame Abschlussebene hinaus.
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Wie beschrieben ist das Zahnrad axial an der Welle festgelegt. Um dies in eine Richtung auf einfache Weise zu realisieren, ist das Zahnrad an einem an der Welle vorgesehenen Axialanschlag, insbesondere einem Außenverzahnungsabschnitt der Welle respektive Zwischenwelle axial abgestützt. Beim Fügen wird demzufolge das Zahnrad axial auf die Welle geschoben, bis es an diesen Axialanschlag, insbesondere den Außenverzahnungsabschnitt, läuft, so dass es in dieser Richtung axial fixiert ist.
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Um, grundsätzlich und losgelöst von der vorstehenden Erfindungsbeschreibung, einen festen axial gesicherten und auch drehfesten Sitz des Zahnrads auf der Welle zu realisieren, insbesondere bei einer Lageranordnung, wie vorstehend beschrieben, sieht die Erfindung eine Lageranordnung umfassend eine Welle mit einem auf dieser sitzenden Zahnrad sowie ein Gehäuse, an dem die Welle über das Zahnrad mittels eines Wälzlagers drehgelagert ist, insbesondere der vorstehend beschriebenen Art, vor, bei der das axial an einem an der Welle vorgesehenen Axialanschlag abgestützte Zahnrad über eine Passverzahnung auf die Welle aufgepresst ist. Das eine gerade Innenverzahnung aufweisende Zahnrad, die, sofern vorgesehen, an dem Ringflansch ausgebildet ist, wird beim Fügen mit seiner Innenverzahnung in eine entsprechende, an der Welle endseitig ausgebildete, geradlinige Außenverzahnung geschoben und aufgepresst, das heißt, dass sich eine Passverzahnung ergibt, die einerseits einen extrem festen Axialsitz, der in der Aufschieberichtung über den Axialanschlag begrenzt ist, ergibt, und die gleichzeitig aber auch eine drehfeste Verbindung gegeben ist. Hierüber erfolgt demzufolge eine extrem feste Verbindung, die kein zusätzliches Befestigungsmittel, wie beispielsweise eine in die vom Ende her hohl gebohrte und mit einem Innengewinde versehene Welle eingeschraubten Axialsicherungsschraube, erfordert. Vielmehr erfolgt die Fixierung durch ein einfaches Aufpressen mittels einer Passverzahnung. Insbesondere ist diese Axialverzierung bei einer Lageranordnung, wie vorstehend mit der radial geschachtelten Anordnung des Wälzlagers in der Vertiefung zweckmäßig und vorgesehen, kann aber auch in Alleinstellung betrachtet werden.
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Neben der Lageranordnung selbst betrifft die Erfindung ferner eine Welle-Zahnrad-Anordnung für eine Lageranordnung der vorstehend beschriebenen Art. Diese Welle-Zahnrad-Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Zahnrad eine ringförmige, sich axial erstreckende Vertiefung aufweist, über die ein innerer Ringflansch, mit dem das Zahnrad auf der Welle sitzt, ausgebildet wird, welcher Ringflansch einen Lagersitz für ein zumindest abschnittsweise in der Vertiefung anzuordnendes Wälzlager bildet.
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Dabei schließt der Ringflansch bevorzugt axial bündig mit der Welle ab, so dass sich eine gemeinsame Abschlussebene ergibt.
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Das Zahnrad selbst ist an der Welle axial gesichert, wozu es bevorzugt an einem an der Welle vorgesehenen Axialanschlag, insbesondere einem Außenverzahnungsabschnitt, axial abgestützt ist.
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Zur Vermeidung der Verwendung eines zusätzlichen axialen Sicherungsbauteils in Form einer Sicherungsschraube ist ferner vorgesehen, dass das Zahnrad über eine Passverzahnung auf die Welle aufgepresst ist.
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Die Lageranordnung selbst respektive die Welle-Zahnrad-Anordnung ist bevorzugt Teil eines E-Achsgetriebes oder Hybridgetriebes, wie es zunehmend im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt wird. Die Lageranordnung respektive die Welle-Zahnrad-Anordnung ist auf diesen Einsatzzweck jedoch nicht beschränkt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine geschnittene Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Lageranordnung, und
- 2 eine Gegenüberstellung einer erfindungsgemäßen Welle-Zahnrad-Anordnung mit dargestelltem Wälzlager mit einer entsprechenden Welle-Zahnrad-Anordnung gemäß dem Stand der Technik.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Lageranordnung 1, umfassend eine Welle 2, die hier als Zwischenwelle 3 Teil eines Getriebes ist, das wiederum Teil einer E-Achse eines Kraftfahrzeugs ist. Die hier als Zwischenwelle 3 beschriebene Welle 2 verbindet eine Rotorwelle einer hier nicht näher gezeigten, links vorgesehenen elektrischen Maschine, also eines Elektromotors, mit einer nicht näher gezeigten weiteren Getriebewelle. Die Zwischenwelle 3 weist eine Außenverzahnung 4 auf. Auf einem Lagersitz 5 ist ein Zahnrad 6 angeordnet, bevorzugt über eine Pressverzahnung aufgepresst und axial an der Außenverzahnung, die als Axialanschlag dient, abgestützt, welches Zahnrad 6 ebenfalls eine Außenverzahnung 7 aufweist. Das Zahnrad 6 weist eine zu einem Gehäuse 8 gerichtete Vertiefung 9 auf, die sich axial gesehen in das Zahnrad 6 erstreckt, so dass ein innerer Ringflansch 10 gebildet wird, über den das Zahnrad 6 auf die Zwischenwelle 3 über die Passverzahnung aufgepresst ist. Der Ringflansch 10 geht in den Radialflansch 11 über, der wiederum in einen äußeren Ringflansch 12 übergeht, an dem die Außenverzahnung 7 ausgebildet ist. Das heißt, dass das Zahnrad 6 einen C-förmigen Querschnitt aufweist.
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Der Ringflansch 10 weist an seiner radialen äußeren Mantelfläche einen Lagersitz 13 für ein Wälzlager 14 respektive den Innenring 15 des Wälzlagers 14, das hier als Kegelrollenlager ausgebildet ist, auf. Der Innenring 15 sitzt über seine gesamte axiale Länge auf dem Lagersitz 13 auf und ist axial am Radialflansch 11 abgestützt.
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Der Außenring 16 des Wälzlagers 14 sitzt auf einem Lagersitz 17 des Gehäuses 8 auf, wozu am Gehäuse 8 ein sich in die Vertiefung 9 erstreckender, ringförmiger Gehäuseabschnitt 18 ausgebildet ist, an dem der Lagersitz 17 realisiert ist. Der Außenring 16 ist axial am Gehäuse 8 abgestützt.
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Ersichtlich ergibt sich demzufolge ein radial geschachtelter Aufbau, begonnen mit dem innenliegenden Ende der Zwischenwelle 3 und dem daran ausgebildeten Lagersitz 5, gefolgt vom inneren Ringflansch 10, wiederum gefolgt vom Wälzlager 14 und wiederum gefolgt vom äußeren Ringflansch 12 mit der Außenverzahnung 7. Hieraus ergibt sich demzufolge ein axial gesehen sehr kompakter Aufbau, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
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Ersichtlich schließt der Ringflansch 10 im Wesentlichen oder vollständig bündig mit der Zwischenwelle 3 ab, ebenso der Innenring 15, so dass demzufolge auch das Wälzlager 14, das nahezu über seine gesamte axiale Länge in der Vertiefung 9 aufgenommen ist, letztlich nicht über diese Abschlussebene axial gesehen hinaussteht.
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Wie 1 noch zeigt, ist am anderen Ende der Zwischenwelle 3 ein weiteres Wälzlager 19 vorgesehen, über das die Zwischenwelle 3 an einem weiteren Auflagerelement, beispielsweise einer Gehäusewand oder ähnlichem, gelagert ist.
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2 zeigt in zwei zu vergleichenden Darstellungen einerseits eine erfindungsgemäße Welle-Zahnrad-Anordnung 20, wie sie vorstehend zu 1 bereits beschrieben wurde, und einer entsprechenden Welle-Zahnrad-Anordnung 21 gemäß Stand der Technik.
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Die erfindungsgemäße Welle-Zahnrad-Anordnung 20 umfasst wiederum die Welle 2 in Form der Zwischenwelle 3 sowie das Zahnrad 6 mit seiner Vertiefung 9, in der das Wälzlager 14 quasi radial gekapselt aufgenommen ist. Das Zahnrad 6 sitzt wiederum über seinem Ringflansch 10 auf dem Lagersitz 5 der Welle 2, während das Wälzlager 14 mit seinem Innenring 15 auf dem Lagersitz 13 des Ringflansch 10 aufsitzt.
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Aufgrund des bündigen Abschlusses des Ringflansches 10 mit der Welle 2 und der vollständigen Integration des Wälzlagers 14 in die Ausnehmung bzw. Vertiefung 9 ergibt sich eine Gesamtbreite B1, wie in 2 dargestellt.
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2 zeigt wie beschrieben eine Welle-Zahnrad-Anordnung 21 gemäß Stand der Technik. Diese umfasst wiederum eine Welle 22 in Form einer Zwischenwelle 23 mit einer Passverzahnung 24 für ein Zahnrad 25 mit einer Außenverzahnung 26. Die Welle 22 erstreckt sich jedoch durch das Zahnrad 25, so dass ein Wellenstummel 27 aus dem Zahnrad 25 axial hervorsteht. An diesem Wellenstummel 27 ist ein Lagersitz 28 für ein Wälzlager 29, auch hier ein Kegelrollenlager, ausgebildet, auf dem das Wälzlager 29 mit seinem Innenring 30 sitzt, während sein Außenring 31 wiederum in einem entsprechenden Lagersitz des hier nicht näher gezeigten Gehäuses aufgenommen ist.
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Ersichtlich ergibt sich bei dieser Welle-Zahnrad-Anordnung 21 gemäß Stand der Technik eine aus dem Zahnrad 25 und dem Wälzlager 29 ergebende axiale Breite B2, bei gleicher Verzahnungsbreite Z wie bei der Welle-Zahnrad-Anordnung 20. Es ist offensichtlich, dass B1 < B2, das heißt, dass die axiale Breite B1 der Zahnrad-Wälzlager-Kombination bei der erfindungsgemäßen Welle-Zahnrad-Anordnung 20 deutlich kleiner ist als die Gesamtbreite B2 bei der Welle-Zahnrad-Anordnung 21 gemäß Stand der Technik. Das heißt, dass durch die Positionierung des Wälzlagers 14 unterhalb der Außenverzahnung 7 des Zahnrads 6, wie erfindungsgemäß vorgesehen ist, axialer Bauraum im beachtlichen Maß eingespart werden kann.
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2 zeigt des Weiteren bei der Welle-Zahnrad-Anordnung 21 gemäß Stand der Technik, dass ein axiales Sicherungselement 32 in Form einer Sicherungsschraube 33, die in eine Innengewindebohrung 34 der Zwischenwelle 23 geschraubt ist, erforderlich ist, um den Innenring 30 axial zu fixieren und damit aber auch gleichzeitig das Zahnrad 25 axial zu fixieren. Denn der Innenring 30 ist axial am Zahnrad 25 abgestützt, das seinerseits wiederum axial an der Zwischenwelle 23 abgestützt ist.
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Ein solches zusätzliches Sicherungselement ist bei der erfindungsgemäßen Welle-Zahnrad-Anordnung 20 vorteilhaft nicht vorgesehen, vielmehr besteht die Zwischenwellenbaugruppe nur aus zwei Verzahnungskomponenten, nämlich einerseits der Zwischenwelle 3 und dem Zahnrad 6. Zur axialen Fixierung ist wie beschrieben an der Zwischenwelle 3 am Lagersitz 5 für das Zahnrad 6 eine gerade Außenverzahnung 35 vorgesehen, während an der Innenseite des Ringflansches 10 eine gerade Innenverzahnung 36 vorgesehen ist. Beide werden beim Fügen ineinander gepresst, das heißt, dass das Zahnrad über eine Passverzahnung auf die Welle aufgepresst ist. Diese Passverzahnungsgeometrie, gebildet über die Verzahnungen 35, 36, ist so ausgelegt, dass eine axiale Verschiebung aufgrund der hohen Verzahnungskräfte im Betrieb verhindert wird, ohne dass eine zusätzliche axiale Sicherung erforderlich ist. Das heißt, dass demzufolge, verglichen mit dem Stand der Technik, die erfindungsgemäße Welle-Zahnrad-Anordnung nicht nur axial kürzer baut, sondern auch einfacher und weniger Teile benötigend aufgebaut ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 2
- Welle
- 3
- Zwischenwelle
- 4
- Außenverzahnung
- 5
- Passverzahnung
- 6
- Zahnrad
- 7
- Außenverzahnung
- 8
- Gehäuse
- 9
- Vertiefung
- 10
- Ringflansch
- 11
- Radialflansch
- 12
- Ringflansch
- 13
- Lagersitz
- 14
- Wälzlager
- 15
- Innenring
- 16
- Außenring
- 17
- Lagersitz
- 18
- Gehäuseabschnitt
- 19
- Wälzlager
- 20
- Welle-Zahnrad-Anordnung
- 21
- Welle-Zahnrad-Anordnung
- 22
- Welle
- 23
- Zwischenwelle
- 24
- Lagersitz
- 25
- Zahnrad
- 26
- Außenverzahnung
- 27
- Wellenstummel
- 28
- Lagersitz
- 29
- Wälzlager
- 30
- Innenring
- 31
- Außenring
- 32
- Sicherungselement
- 33
- Sicherungsschraube
- 34
- Innengewindebohrung
- 35
- Außenverzahnung
- 36
- Innenverzahnung
