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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend ein Radiallager mit wenigstens einem eine radiale Wälzkörperlaufbahn aufweisenden Lagerring sowie ein zum Radiallager koaxial angeordnetes und abgestütztes Axiallager mit mehreren käfiggeführten zylindrischen Wälzkörpern, die auf einer axialen Wälzkörperlaufbahn wälzen.
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Eine solche Lageranordnung mit einer Kombination aus einem Radiallager und einem Axiallager kommt in unterschiedlichen Anwendungen, beispielsweise in einem Getriebe, insbesondere einem automatischen Getriebe eines Kraftfahrzeugs, zum Einsatz. Ein Beispiel für eine solche Anwendung einer Lageranordnung findet sich in
DE 10 2018 127 903 A1 . Die Lageranordnung sitzt mit dem Innenring des Radiallagers beispielsweise auf einer Getriebewelle, während der Außenring beispielsweise an einem Getriebegehäuse festgelegt ist. Am Innenring des Radiallagers ist das Axiallager, das koaxial angeordnet ist und ebenfalls von der Getriebewelle durchgriffen ist, abgestützt. An diesem Axiallager wiederum ist ein Getrieberad abgestützt. Die Lageranordnung dient zur Aufnahme sowohl radialer als auch axialer Lasten, es handelt sich also um ein kombiniertes Axial-Radial-Lager. Bei der bekannten Lageranordnung besteht das eine verliersichere Baueinheit bildende Axiallager aus einer Innenlaufscheibe, einer Außenlaufscheibe sowie mehreren zwischen der Innen- und der Außenlaufscheibe abwälzend angeordnete Wälzkörper. Beide Laufscheiben sind am Wälzkörperkäfig verschnappt, so dass sich eine fertig gefügte Einheit ergibt. Die beiden Laufscheiben weisen jeweils eine Wälzkörperlaufbahn auf, auf der die Wälzkörper abwälzen. Um dieses Axiallager verliersicher mit dem Radiallager zur Bildung einer kompakten Baueinheit zu verbinden, ist die Innenlaufscheibe zusätzlich mit einem Kragen versehen, der mit dem Innenring des Radiallagers über eine Schnappverbindung verliersicher verbunden ist, so dass hierüber auch das Axiallager verliersicher mit dem Radiallager verbunden ist. Die Lageranordnung selbst ist letztlich auf einen definierten Lastfall ausgelegt, insbesondere in Bezug auf die Axiallast, die primär vom Axiallager aufgenommen wird.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte, variabler auslegbare Lageranordnung anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Lageranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass am Lagerring eine, eine Stirnseite des Lagerrings zumindest abschnittsweise übergreifende, ringförmige Axialscheibe befestigt ist, die die axiale Wälzkörperlaufbahn aufweist, wobei die Wälzkörperlaufbahn ein dreidimensionales Laufbahnprofil aufweist.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Lageranordnung ist eine spezifisch auf den tatsächlichen Lastfall ausgelegte Axialscheibe als separates Bauteil lösbar an dem Lagerring des Radiallagers befestigbar. Diese Axialscheibe weist die Wälzkörperlaufbahn auf, auf der die Wälzkörper des Axiallagers wälzen. Das Axiallager weist demzufolge im einfachsten Fall nur den Wälzkörperkäfig sowie die Wälzkörper, üblicherweise Zylinderrollen, auf, oder zusätzlich eine zweite Axiallagerscheibe, die eine zweite Wälzkörperlaufbahn aufweist.
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Die Anordnung der separaten, austauschbaren Axialscheibe zwischen dem Radiallager respektive dem Lagerring des Radiallagers und dem eigentlichen Axiallager ermöglicht es nun, bei Bedarf eine spezifisch ausgelegte Axiallagerscheibe am Lagerring zu fixieren, an der das Axiallager axial abgestützt ist. Erfindungsgemäß weist die Axiallagerscheibe eine Wälzkörperlaufbahn mit einem dreidimensionalen Laufbahnprofil auf. Ein dreidimensionales Laufbahnprofil bedeutet, dass, anders als bei einer flachen, rein zweidimensionalen Wälzkörperlaufbahn, wie sie eine flache, ebene Axiallagerscheibe aufweist, die Wälzkörperlaufbahn in axialer Richtung in entsprechend ausgelegter Weise verformt ist, mithin also sich beispielsweise in Richtung der Wälzkörper des Axiallagers geringfügig erhebt und letztlich aus einer zweidimensionalen Scheibenebene hervortritt. Durch entsprechende geometrische Ausgestaltung dieser dreidimensionalen Wälzkörperlaufbahn kann eine bestmögliche Anpassung der Wälzkörperführung an der Axiallagerscheibe in Bezug auf den Lastfall erfolgen. Das heißt, dass der Wälzkontakt lastbezogen optimiert ausgelegt werden kann, resultierend aus der Möglichkeit, je nach gegebenem Lastfall die entsprechend ausgelegte beziehungsweise ausgeformte Axiallagerscheibe am Lagerring des Radiallagers zur axialen Abstützung des Axiallagers befestigen zu können. Dies schafft ein sehr hohes Maß an Flexibilität, da beispielsweise ausgehend von jeweils gleichem Radiallager und Axiallager durch Integration einer variablen Axiallagerscheibe die axiale Lastaufnahmefähigkeit der Lageranordnung variiert und eingestellt werden kann.
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Dabei kann die Axiallagerscheibe gemäß einer bevorzugten Erfindungsausgestaltung ein im Querschnitt konvex zum Axiallager hin gewölbtes Laufbahnprofil aufweisen. Das heißt, dass die Dreidimensionalität des Laufbahnprofils über einen konvexen Ballus in der Laufbahn, bevorzugt in der Laufbahnmitte, gebildet ist, der sich zu den Wälzkörpern hin wölbt. Dies führt dazu, dass die Wälzkörper mittig auf der balligen Wölbung aufliegen und die Enden der zylindrischen Wälzkörper einen verringerten Kontakt zur Wälzkörperlaufbahn aufweisen, im Vergleich zu den Mitten der Wälzkörper. Durch den Grad der Balligkeit, also wie stark die Wälzkörperlaufbahn axial ausgewölbt ist, kann die axiale Lastaufnahmefähigkeit in Bezug auf die tatsächlichen Gegebenheiten und die Wälzkörpergeometrie entsprechend eingestellt werden, das heißt, dass für den jeweiligen Lastfall ein optimaler Wälzkontakt gewährleistet werden kann. Insbesondere kann durch diese Balligkeit auch eine übermäßige Last an den Wälzkörperenden vermieden werden, da zu den Enden hin eine Kontaktverringerung realisiert ist und die Wälzkörperenden quasi freigestellt sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Axialscheibe zumindest an der die Wälzkörperlaufbahn aufweisenden Seite eine Beschichtung aufweist und/oder wärmebehandelt ist. Dadurch, dass aufgrund der Zwischenordnung der separaten, selektiv wählbaren Axiallagerscheibe eine entsprechende bedarfsabhängige Austauschbarkeit gegeben ist, kann demzufolge in weiten Bereichen eine entsprechende Eigenschaftseinstellung der Axiallagerscheibe erfolgen. Dies nicht nur durch die entsprechende Ausbildung des dreidimensionalen Laufbahnprofils, sondern darüber hinaus auch durch Aufbringen einer Beschichtung und/oder einer entsprechenden Wärmebehandlung. Durch die Beschichtung besteht die Möglichkeit, der Axiallagerscheibe, die nur an der Laufbahnseite oder allseitig respektive allflächig beschichtet sein kann, entsprechende physikalische, chemische oder mechanische Eigenschaften zu verleihen. So kann beispielsweise durch Aufbringen einer unter dem Markennamen „Durotect®“ der Anmelderin bekannten Beschichtung der Verschleißschutz erhöht werden, das heißt, dass mit dieser Beschichtung eine Verschleißschutzbeschichtung aufgebracht wird. Diese Beschichtung kann auch gleichzeitig der Reibungsreduzierung dienen. Weiterhin ist es denkbar, durch Aufbringen der unter dem Markennamen „Insutect®“ bekannten Beschichtung der Anmelderin eine Isolierbeschichtung aufzubringen, mithin also eine elektrische Isolationsebene einzuziehen. Das heißt, dass je nach verwendeter Beschichtung die entsprechenden Eigenschaften der Axiallagerscheibe eingestellt beziehungsweise anwendungsfallmä-ßig optimiert werden können.
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Zusätzlich oder alternativ ist es aber auch durch eine entsprechende Wärmebehandlung möglich, mechanische Eigenschaften, insbesondere die Härte im Laufbahnbereich einzustellen. Das heißt, dass durch eine entsprechende Wärmebehandlung das laufbahnseitige Gefüge und damit die Laufbahnhärte eingestellt werden kann, ebenfalls wiederum in beabsichtigter Anpassung auf den Anwendungs- beziehungsweise Lastfall. Im Rahmen der Wärmebehandlung ist z.B. ein Carbonitrieren der Axialscheibe, zumindest im Laufbahnbereich möglich. Für den Fall, dass die Stirnseite des nur induktiv gehärteten Lagerrings „weich“ ist, kann folglich durch die daran angesetzte Axialscheibe die notwendige Laufbahnhärte bereitgestellt werden.
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Wie beschrieben, ist die Axialscheibe an dem Lagerring axial fixiert. Um dies auf einfache Weise zu ermöglichen, ist die Axialscheibe erfindungsgemäß über eine oder mehrere Rastverbindungen an dem Lagerring befestigt. Das heißt, dass zur Montage die Axialscheibe lediglich axial gegen den Lagerring zu bewegen und daran zu verschnappen ist. Der Lagerring kann hierzu an der Außen- oder Innenmantelfläche, je nach dem, ob es sich um den Außenring oder den Innenring handelt, eine Radialnut aufweisen, in die ein oder mehrere, an der Axialscheibe ausgebildete Rastelemente eingreifen. Hierüber kann auf einfache Weise eine entsprechende Formschlussverbindung realisiert werden.
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Die Axialscheibe ist dabei möglichst einfach ausgeführt. Sie weist zweckmäßigerweise einen zylindrischen Axialflansch auf, an dem das oder die Rastelemente vorgesehen sind und der den Lagerring radial übergreift. Das heißt, dass die im Querschnitt L-förmige Axiallagerscheibe einerseits einen radialen, ringförmigen Scheibenflansch aufweist, an dem die Wälzkörperlaufbahn ausgebildet ist und der entsprechend dreidimensional umgeformt ist, sowie einen an diesen anschließenden, zylindrischen Axialflansch, der auch als Kragen bezeichnet werden kann, an dem wiederum das oder die Rastelemente vorgesehen sind.
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Dabei kann, wenn nur ein Rastelement vorgesehen ist, dieses als umlaufender, vom Axialflansch radial vorspringender Rastbund ausgebildet sein. Alternativ ist es auch denkbar, dass als Rastelemente mehrere in Umfangsrichtung, vorzugsweise äquidistant, versetzt angeordnete, vom Axialflansch radial vorspringende Rastnasen vorgesehen sind.
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Die Wälzkörper des Axiallagers sind wie ausgeführt zylindrisch. Es kann sich dabei um Rollen oder, bevorzugt, Nadeln handeln.
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Neben der Lageranordnung selbst betrifft die Erfindung ferner eine elektrische Antriebsachse, umfassend wenigstens eine Lageranordnung der vorstehend beschriebenen Art. Diese elektrische Antriebsachse ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und kann neben einer elektrischen Maschine auch ein Getriebe aufweisen, wobei die Lageranordnung sowohl maschinen- als auch getriebeseitig vorgesehen sein kann. Der Lageranordnung kann benachbart zum Axiallager auch ein weiteres Radiallager zugeordnet sein, je nach Anwendungsfall.
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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 Prinzipdarstellung, geschnitten, einer erfindungsgemäßen Lageranordnung,
- 2 eine vergrößerte Teilansicht der Lageranordnung aus 1, und
- 3 eine perspektivische Teilansicht der Anordnung der Axiallagerscheibe am Lagerring.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Lageranordnung 1, umfassend ein Radiallager 2 mit einem Außenring 3, einem Innenring 4 sowie mehreren dazwischen angeordneten, auf entsprechenden Laufbahnen wälzenden Wälzkörpern 5, die in einem Käfig 6 geführt sind. Der Innenring sitzt hier exemplarisch auf einer Welle 7, während der Außenring in oder an einem nicht näher gezeigten Drittgegenstand, beispielsweise einem Gehäuse oder dergleichen, festgelegt ist. Während hier die Wälzkörper 5 zylindrisch dargestellt sind, können es gleichermaßen aber auch Kugeln oder ähnliches sein.
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Vorgesehen ist des Weiteren ein Axiallager 8, hier exemplarisch nur umfassend mehrere zylindrische, insbesondere nadelförmige Wälzkörper 9, die in einem Käfig 10 aufgenommen, gehaltert und geführt sind. Das Axiallager 8 ist axial an einer Stirnfläche 11 des Innenrings 4 abgestützt, zur anderen Seite ist das Axiallager 8 an einer Stirnfläche 12 eines weiteren Bauteils 13, beispielsweise eines Zahnrads oder ähnliches, abgestützt.
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Während im gezeigten Beispiel das Axiallager 8, also seine Wälzkörper 9 unmittelbar an der Stirnfläche 12, die als Wälzkörperlauffläche dient, des Bauteils 13 abgestützt sind, erfolgt die Abstützung zum Lagerring 4 hin über eine Axialscheibe 14, die einerseits am Innenring 4 befestigt ist, und andererseits eine Wälzkörperlaufbahn 15 für die Wälzkörper 9 darstellt. Es handelt sich um eine separat montierte Axialscheibe 14, die dazu dient, in bestmöglicher Weise die Wälzkörperlaufbahn 15 in Bezug auf den Lastfall auszulegen, so dass ein optimaler Wälzkontakt der Wälzkörper 9 zur Laufbahn 15 gegeben ist.
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In vergrößerter Ansicht ist die Verbindung der Axialscheibe 14 zum Innenring 4 in 2 und 3 gezeigt. Die Axialscheibe 14 weist einen ringscheibenförmigen Radialflansch 16 auf, der sich zumindest abschnittsweise radial über die Stirnfläche 11 erstreckt, wie die Figuren zeigen. Er kann sich auch über die gesamte Stirnfläche erstrecken. Zur Anpassung respektive Auslegung des Wälzkontakts ist die Wälzkörperlaufbahn 15 mit einem dreidimensionalen Laufbahnprofil 17 versehen, das heißt, dass sich die Wälzkörperlaufbahn 15 axial gesehen aus einer zweidimensionalen Scheibenebene heraus in Richtung des Axiallagers 8 erhebt. Im gezeigten Beispiel ist eine konvexe Balligkeit ausgebildet, die durch Prägen der Axialscheibe 14 erzeugt wird. Ersichtlich und in 2 übertrieben dargestellt wölbt sich also der Radialflansch 16 abschnittsweise, bevorzugt in Bezug auf seine radiale Breite mittig, in Richtung des Axiallagers 8 hin aus. Es ist eine umlaufende Balligkeit realisiert, die dazu führt, dass, siehe 2, die zylindrischen, nadelförmigen Wälzkörper 9 im mittigen Bereich aufliegen, während nur ein geringer oder kein Wälzkontakt an den Enden gegeben ist. 2 zeigt in übertriebener Form die Anordnung, selbstverständlich ist, nachdem in der Montagestellung eine gewisse Axiallast lastet, die ballige Wölbung eingefedert, so dass ein größerflächiger, jedoch zu den Enden hin sich zunehmend verringender Wälzkörperkontakt gegeben ist.
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Durch Ausgestaltung dieses dreidimensionalen Laufbandprofils 17 kann der Kontakt der Wälzkörper 9 zur Axiallagerscheibe 14, die ersichtlich an den Innenring abgestützt ist, bestmöglich in Bezug auf den Lastfall ausgelegt werden. Denn der Grad der Wölbung wie auch die Wölbungsgeometrie in Bezug auf den Radius etc. kann spezifisch gewählt und eingeprägt werden, wobei hier natürlich auch die Länge der zylindrischen Wälzkörper 9 bei der Auslegung berücksichtigt werden kann.
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Daneben besteht die Möglichkeit, die Wälzkörperlaufbahn 15 auch mit einer Beschichtung zu versehen, beispielsweise einer Verschleißschutz- oder Korrosionsschutzbeschichtung, aber auch einer elektrischen Isolationsbeschichtung, um nicht nur über den Geometriefaktor, also die dreidimensionale Form der Wälzkörperlaufbahn 15 eine Anpassung vorzunehmen, sondern auch durch eine aufgebrachte Laufbahnbeschichtung. Und schließlich besteht die Möglichkeit, zumindest an der Scheibenseite, an der die Wälzkörperlaufbahn 15 ausgebildet ist, über eine Wärmebehandlung das Gefüge respektive die Härte einzustellen, das heißt, dass hierüber ein weiterer Freiheitsgrad in Bezug auf die Optimierung des Wälzkontaktes gegeben ist.
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Zur einfachen Fixierung der Axiallagerscheibe 14 an dem Lagerring respektive hier dem Innenring 4 ist eine Schnappverbindung 18 vorgesehen. Diese umfasst einerseits eine ringförmig umlaufende Radialnut 19, die an dem Außenumfang 20 des Innenrings 4 ausgebildet ist. Die Axialscheibe 14 weist neben dem Radialflansch 16 einen zylindrischen Axialflansch 21 auf, an dem mehrere, in Umfangsrichtung vorzugsweise äquidistant versetzte und radial nach innen gerichtete Rastelemente 22 vorgesehen oder ausgebildet sind. Diese gehen endseitig in eine Fase über. Zur Montage ist es lediglich erforderlich, die Axialscheibe 14 axial gegen den Innenring zu schieben, so dass der zylindrische Axialflansch 21 im Bereich der Rastelemente 22 geringfügig radial auffedert und, den Außenumfang 20 des Innenrings 4 übergreifen, übergeschoben werden kann, bis die Rastelemente 22 in die Radialnut 19 einschnappen und die axiale Festlegung gegeben ist. Die Anordnung ist dabei derart, dass mit dem Einschnappen der Radialflansch 16 fest an der Stirnfläche 11 des Innenrings 4 anliegt.
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Wenngleich im gezeigten Ausführungsbeispiel das Axiallager 8 nur die Wälzkörper 9 und den Käfig 10 umfasst, ist es gleichermaßen denkbar, eine lagerseitige Axiallagerscheibe vorzusehen, die eine zweite Wälzkörperlaufbahn aufweist, auf der die Wälzkörper 9 auf der anderen Seite, also der Wälzkörperlaufbahn 15 gegenüberliegend, wälzen. Diese Axiallagerscheibe, die beispielsweise über eine Schnappverbindung am Käfig 10 axial fixiert sein kann, stützt sich am Bauteil 13 ab, das heißt, dass an diesem keine separate Wälzkörperlaufbahn auszubilden wäre. Diese weitere Axiallagerscheibe ist also Teil des Axiallagers 8, anders als die Axialscheibe 14, die als separates, anwendungsfallspezifisches Bauteil ausgebildet ist und entsprechend montiert wird.
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Während das Ausführungsbeispiel eine am Innenring 4 angeklipste Axialscheibe 14 und demzufolge die Abstützung des Axiallagers 8 am Innenring 4 zeigt, ist es selbstverständlich auch denkbar, die Axialscheibe 14 und damit das Axiallager 8 am Außenring 3 stirnseitig abzustützen. In diesem Fall hätte die Axialscheibe 14 ebenfalls eine im Querschnitt L-förmige Form, wie in den Figuren mit dem Radialflansch 16 und dem Axialflansch 21 gezeigt, jedoch wäre der Axialflansch 21 dann am Innenumfang des Radialflansch 16 und würde die Innenmantelfläche des Außenrings 3, an der dann die umlaufende Radialnut 19 wäre, übergreifen und in die Radialnut 19 einschnappen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 2
- Radiallager
- 3
- Außenring
- 4
- Innenring
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Käfig
- 7
- Welle
- 8
- Axiallager
- 9
- Wälzkörper
- 10
- Käfig
- 11
- Stirnfläche
- 12
- Stirnfläche
- 13
- Bauteil
- 14
- Axiallagerscheibe
- 15
- Wälzkörperlaufbahn
- 16
- Radialflansch
- 17
- Laufbahnprofil
- 18
- Schnappverbindung
- 19
- Radialnut
- 20
- Außenumfang
- 21
- Axialflansch
- 22
- Rastelemente
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018127903 A1 [0002]
