DE3004316C2

DE3004316C2 - Lagerung einer Welle eines Maschinenelementes

Info

Publication number: DE3004316C2
Application number: DE3004316A
Authority: DE
Inventors: Ludwig 8726 Gochsheim Feuerer; Dietmar 8721 Dittelbrunn Frase; Wolfgang Dipl.-Ing. Dr. 8720 Schweinfurt Hüber
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1980-02-06
Filing date: 1980-02-06
Publication date: 1983-12-29
Also published as: FR2475166A1; DE3004316A1; US4729252A; IT8119317A0; IT1135171B; GB2068481B; FR2475166B1; GB2068481A; JPS56120821A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerung einer Welle eines Maschinenelementes, insbesondere einer Ritzelwelle eines Getriebes, in einem eine Bohrung zum Durchtritt der Welle aufweisenden Gehäuse aus Leichtmetall oder dergleichen mittels eines zweireihigen, vorgespannten Wälzlagers, dessen Außenring mit einem radial nach außen gerichteten Flansch versehen ist, der mit einer Stirnseite an einer Stirnfläche des Gehäuses oder dgl. zur Anlage kommt, und das mit seiner Mantelfläche in die Bohrung des Gehäuses eingreift, wobei das Wälzlager ausschließlich über den an einer Stirnfläche des Gehäuses befestigten Flansch axial und radial am Gehäuse festgelegt ist und die radial gegenüberliegenden Flächen des Gehäuses und des Mantels des Wälzlagers im wesentlichen mit Abstand zueinander angeordnet sind.

Lagerungen von Wellen mit einem zweireihigen,^5? vorgespannten Wälzlager sind bereits bekannt. In der DE-OS 27 53 108 ist eine Lagereinheit, insbesondere für die Anwendung bei Ritzellagerungen für Hinterachsgetriebe, beschrieben, die aus einem für beide Wälzkörperreihen gemeinsamen Außenring, der an einem Ende mit einem radialen, Befestigungsbohrungen aufweisenden Befestigungsflansch versehen ist, zwei separaten, mit je einer Laufbahn versehenen Innenringen und aus einem zwischen den beiden Innenringen angeordneten Abstandsring, dessen axiale Breite entsprechend der im Wälzlager gewünschten Vorspannung gewählt wird, besteht. Die Mantelfläche des Außenringes dieses bekannten Wälzlagers ist dabei mit Ausnahnc der Schmiernut zwischen den beiden Wälzkörperreihen durchgehend mit gleichem Durchmesser ausgeführt. Dieses bekannte Wälzlager wird so in die Bohrung des Getriebegehäuses eingebaut, daß sich die zylindrische Mantelfläche über ihre gesamte Länge in der zylindrischen Bohrung des Getriebegehäuses mit einem gewissen Passungsübermaß in radialer Richtung abstützt. Der radiale Flansch des Außenringes lie_jt in der Regel an der äußeren Stirnseite des Getriebegehäuses an und dient dabei ausschließlich zur axialen Festlegung des Wälzlagers und damit des durch ihn gelagerten Maschinenteils.

Heutzutage geht der Trend aus Gründen der Kosten- und Gewichtsersparnis immer mehr zu Leichtmetallgehäusen, wobei jedoch die unterschiedlichen Werkstoffdehnungen von Leichtmetall und Wälzlagerstahl in Abhängigkeit von der Temperatur im Betrieb das Passungsübermaß zwischen Wälzlager und Gehäuse und damit auch die Vorspannkraft in der Lagerung verändern. Eine Änderung der Vorspannkraft kann zu größerem Spiel in der Lagerung führen, das wiederum die Genauigkeit des Zahneingriffs zwischen Ritzel und Tellerrad beeinflußt Erhöhte Geräuschentwicklung und größerer Verschleiß bzw. im Extremfall Zahnfußbrüche sind die Folge, ganz abgesehen von dem frühzeitigen Ausfall des Wälzlagers oder gar von Beschädigungen des Leichtmetallgehäuses.

Es ist weiterhin eine Lagerung einer Welle eines Maschinenelementes über ein zweireihiges, vorgespanntes und mit einem radial nach außen gerichteten Flansch am Außenring versehenes Wälzlager in einem eine Bohrung zum Durchtritt der Welle aufweisenden Gehäuse oder dgL bekannt, bei dem der Flansch am Außenring mit einer Stirnseite an einer Stirnfläche des Gehäuses oder dgl. zur Anlage kommt (DE-OS 24 60 448). Bei dieser bekannten Lagerung sitzt das Lager mit geringem radialen Spiel in der Bohrung des Achsträgers. Der radiale Flansch, der keinerlei Bohrungen für Schraubenbolzen oder dgl. aufweist, dient zur Festlegung des Lagers, wobei ein in eine Ringnut im Lageraußenring eingesetztes Sicherungs- oder Spannblech den Achsträger fest gegen den Flansch des Lageraußenringes preßt und damit das Lager durch Reibschluß festhält. Dieser Reibschluß reicht bei großen Radialkräften auf das Lager nicht aus, dieses in radialer Richtung genau zentriert festzulegen. Es kommt vielmehr an der Bohrung des Achsträgers zur Anlage, wodurch eine zenttische Lage nicht mehr gewährleistet ist.

Bei einer Lagerung einer Welle in einem Leichtmetallgehäuse ist es zwar bekannt, die Kräfte auf das Lager ausschließlich über den Flansch am Außenring auf das Gehäuse zu übertragen (FR-PS 9 56 223), wobei der Flansch mit dem Gehäuse durch Schraubenbolzen verbunden ist. Bei dieser bekannten Ausführung ist jedoch der Außenring gegenüber der Bohrung im Gehäuse völlig frei, so daß eine genaue Zentrierung des Lagers gegenüber dieser Bohrung nur in umständlicher und zeitraubender Weise möglich ist.

Aufgäbe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lagerung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die insbesondere bei Verwendung von Leichtmetallgehäusen während des Betriebes aufgrund der Änderungen der Betriebsbedingungen, insbesondere der Temperatur, keine wesentliche Änderung der Vorspannkraft sowie der geometrischen Verhältnisse der zu lagernden Teile zueinander erfährt und bei der das Wälzlager beim Zusammenbau der Lagerung genau zentrisch zur

Bohrung ausgerichtet wird, ehe die endgültige Befestigung vorgenommen wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.

Durch diese Maßnahmen wird das Wälzlager im Betriebszustand ausschließlich über den Flansch am Gehäuse sowohl in axialer als auch radialer Richtung gehalten, während sonst kein Fe?tsitz des Lageraußenringes in der Bohrung des Leichtmetallgehäuses vorliegt, sondern eine Spielpassung. Es herrscht also ein radiales Spiel zwischen den beiden Teilen. Damit ist der Temperatureinfluß auf die Ritzellagerung ausgeschaltet, so daß bei steigenden Temperaturen kein Einfluß auf die Vorspannkraft vorhanden ist. Das bei konventionellen Lagerungen durch die Änderung der Vorspannkraft entstehende größere Spiel mit seinen erwähnten Nachteilen ist verhindert. Die Schraubenbolzen oder dgl. bilden im Gegensatz zu der bekannten Spannringbefestigung eine robuste und allen Betriebsbelastungen gewachsene Befestigung. -

Die radial gegenüberliegenden Flächen des Wälzlagers und des Gehäuses, d. h. z. B. die Bohrury des Gehäuses oder die Mantelfläche des Außenringes des Wälzlagers, sind mit einem radial geringfügig über diese (Bohrungsfläche des Gehäuses oder Mantelfläche des Außenringes) vorstehenden, axial relativ schmalen Zentrierabschnitt versehen. Dieser Zentrierabschnitt dient dabei im wesentlichen nur dazu, das Wälzlager beim Einbau genau zu zentrieren, bevor die Befestigungsschrauben des Flansches angezogen werden und ^J0 damit das Wälzlager gegenüber dem Gehäuse festgelegt wird. Damit ist gewährleistet, daß das Wälzlager und damit auch das zu lagernde Maschinenelement, d. h. zum Beispiel ein Ritzel, genau zentrisch zur Gehäusebohrung ausgerichtet ist.

Der Zentrierabschnitt kann zweckmäßigerweise durch einen Ringbund gebildet werden, der entweder auf der Mantelfläche des Außenringes des Wälzlagers oder in der Bohrung des Gehäuses angeordnet ist. ■

Statt eines rinf förmigen Zentrierbundes können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch am Umfang verteilt mehrere radial geringfügig über die entsprechende Fläche vorstehende Zentriervorsprünge vorgesehen werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird zweckmäßigerweise der Zentrierabschnitt, d.h. der Zentrierbund oder die Zentriervorsprünge, in der Nähe des Flansches des Außenringes angeordnet. Damit wird erreicht, daß das Wälzlager nicht verkantet eingebaut wird. "'"

Um wesentliche Änderungen der geometrischen Verhältnisse der zu lagernden Maschinenelemente zueinander, z. B. des Zahneingriffs bei Zahnradgetrieben, zu vermeiden, wird das Wälzlager so im Gehäuse angeordnet, daß der radial nach außen gerichtete Flansch am Außenring an der inneren Stirnfläche des Gehäuses anliegt. Der Abstand der Befestigungsebene zu der Krafteinleitungsebene auf das zu lagernde Maschinenelement wird dadurch so klein wie möglich und als Folge auch der Temperatureinfluß so gering wie möglich gehalten. Das bedeutet bei einem Hinterachsgetriebe, daß der Temperatureinfluß auf den Zahneingriff praktisch ausgeschaltet ist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles einer Lagerung eines Ritzels eines Hinterachsgetrieb-s näher beschrieben werden. Es zeigt

Fig. I einen Querschnitt durch das Hinterachsgetriebe längs der Mittelachse des Ritzels und

F i g. 2 das für die Lagerung des Ritzels nach F i g. 1 verwendete Lager im vergrößerten Maßstab.

Zur Verdeutlichung der Erfindung sind gewisse Einzelheiten übertrieben dargestellt

Das Hinterachsgetriebe nach F i g. 1 besteht aus dem Gehäuse 1 aus Leichtmetall, z. B. einer Aluminiumlegierung, das durch einen Deckel· 2 verschlossen ist, einer durch eine Bohrung 3 des Gehäuses 1 hindurchgreifenden Antriebswelle 4 mit dem Durchmesser »d«, die an ihrem vorderen Ende ein Ritzel 5 trägt, sowie aus einer durch senkrecht zur Antriebswelle 4 gerichtete Bohrungen hindurchgreifenden Abtriebswelle 6, die ein Tellerrad 7 trägt Tellerrad 7 und Ritzel 5 sind miteinander im Eingriff, so daß das Antriebsdrehmoment von der Antriebswelle 4 auf die Abtriebswelle 6 übertragen wird.

Das Ritzel 5 ist über ein zweireihiges Wälzlager 8 am Gehäuse 1 abgestützt Dieses zweireihige Wälzlager 8 besteht aus einem gemeinsamen Außenring 9 mit Laufbahnen 10 und 11 für die beiden Wiutkörperreihen 12 und 13, zwei getrennt voneinander ausgebildeten, mit je einer auf der Mantelfläche vorgesehenen Laufbahn 14 bzw. 15 versehenen Innenringen 16 und 17 sowie einem zwischen den beiden Innenringen 16 und 17 angeordneten Abstanisring 18, dessen axiale Breite »I« entsprechend der im Wälzlager gewünschten Vorspannung gewählt oder bearbeitet wird. Die eine Wälzkörperreihe 12 wird von Kugeln 19 gebildet, deren Berührungsiinien 20, 21 mit der Laufbahn 10 des Außenringes 9 und der Laufbahn 14 des Innenringes 16 geneigt zur Drehachse 22 des Wälzlagers 8 angeordnet sind. Die Wälzkörper der anderen Wälzkörperreihe 13 sind Kegelrollen 23, deren Drehachsen 24 ebenfalls geneigt zur Drehachse 22 des Wälzlagers angeordnet sind, so daß die Berührungslinien 25, 26 die Drehachse 22 des Wälzlagers 8 ebenfalls unter einem Winkel <90° schneiden. Die Berührungslinien 20,21 und 25,26 bilden hier ein »O«, so daß von einer >O-Anordnung« der Wälzkörperreihen 12 und 13 gesprochen wird. Die Schnittpunkte der Berührungslinien 20,21 und 25,26 mit der Drehachse 22 des Wälzlagers 8, d.h. die sogenannten Druckmittelpunkte, liegen relativ weit auseinander, so daß eine breite Abstützbasis für die Antriebswelle 4 erreicht wird. Die Länge »a« dieser Abstützbasis, d. h. der Abstand der Druckmittelpunkte, soll möglichst so gewählt werden, daß abhängig vom Wellendurchmesser »d« und der Kraftangriffsebene die Wellendurchbiegung ein Minimum ist. Dies ist bei einem Verhältnis a/d = 1,5... 2,0 der Fall.

Der Außenring 9 des Wälzlagers 8 ist am einen Ende, und zwar im Bereich der von den Kegelrolien 23 gebildeten Wälzkörperreihe 13, mit einem ringförmigen, rr:diai nach außen gerichteten Flansch 27 versehen, der am Umfang verteilt mehrere axial verlaufende Bohrungen 28 aufweist. Durch diese Bohrungen 28 greifen Schraubenbolzen 29 hindurch in Gewindebohrungen 30 in der inneren Stirnfläche 31 des Gehäuses ein und befestigen auf diese Weise dzs Wälzlager 8 am Gehäuse 1. Dadurch, daß das Wälzlager 8 so angeordnet ist, daß der an einem Ende vorgesehene Flansch 27 an der inneren Stirnfläche 31 des Gehäuses zur Anidge kommt, ist der Abstand der Achse der Abtriebswelle 6 von der Befestigungsebene der Lagerung der Ritzelwelle sehr klein gehalten, wodurch der Temperatureinfluß auf den Zahneingriff auf ein Minimum reduziert wird.

Die Mantelfläche 32 des Außenringes 9 des Wälzlagers 8 ist in der Nähe des Flansches 27 mit einem

relativ schmalen, radial geringfügig über diese Mantelfläche 32 (mit dem Durchmesser D,) vorstehenden Ringbund 33 (mit dem Durchmesser D₂) versehen, der im kalten Zustand mit Spiel O oder geringem Spiel an der Innenfläche der Bohrung 3 (mit dem Durchmesser de) anliegt. Vor und beim Einbau des Wälzlagers 8 in das Getriebe ist der Durchmesser Di des Ringbundes 33 kleiner oder gleich dem Durchmesser de der Bohrung 3. Eine Beeinflussung der Vorspannung durch ein beim Einbau zu überwindendes Passungsübermaß ist somit nicht gegeben.

Der Ringbund 33 dient dazu, das Wälzlager 8 beim Zusammenbau des Hinterachsgetriebes genau zentrisch zur Bohrung 3 auszurichten, worauf die Schraubenbolzen 29 festgezogen werden und das Wälzlager 8 somit in 1> axialer und radialer Richtung festgelegt wird. Die übrige Mantelfläche 32 weist aufgrund des kleineren Durchmessers D\ ein größeres Spiel gegenüber der Innenfläche der Bohrung 3 mit dem Durchmesser Üb auf, «j daß sich das Wälzlager 8 ausschließlich über den Flansch am Gehäuse abstützt. Bei einer Erwärmung des Hinterachsgetriebes »geht« das Gehäuse 1 aus Leichtmetall aufgrund des höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten mehr auf als das aus Wälzlagerstahl gefertigte Wälzlager 8. Nachdem das Wälzlager 8 aber nicht über die Bohrung 3, sondern über den Flansch 27 radial abgestützt ist, hat die Aufweitung der Bohrung 3 des Gehäuses keinerlei Einfluß auf das nicht vorhandene Passungsübermaß zwischen Mantelfläche des Außenringes 9 und Bohrung 3 des Gehäuses t und somit auch jo nicht auf die Vorspannung im Wälzlager 8. Nachdem die Teile des Wälzlagers 8 aus dem gleichen Werkstoff gefertigt sind, also den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, ändert sich die Vorspannung im Wälzlager nicht oder nur unwesentlich. Auf diese Weise ü ist auch bei einer Erwärmung des Hinterachsgetriebes keine temperaturbedingte Vergrößerung des Lagerspiels der Ritzellagerung zu befürchten, die die Genauigkeit des Zahneingriffs negativ beeinflussen und damit zu einer höheren Geräusch- und Verschleißbildung führen würde.

Versuche mit dieser Ausführung haben ergeben, daß sich solche Lageranordnungen in Leichtmetallgehäusen hinsichtlich Vorspannkraft und axialer Steifigkeit günstiger verhalten ais vergleichbare konventionelle Lagerungen. In radialer Richtung gibt es bezüglich der Zahneingriffsverlagerung keinerlei Verschlechterung gegenüber konventionellen Lagerungen. Der thermisch bedingte Einfluß auf Zahneingriffsverlagerung ist ebenfalls entschieden geringer.

Es ist möglich, gegenüber dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel konstruktive Abänderungen zu treffen. So kann anstelle eines ringförmigen Zentrierbundes 33 die Mantelfläche 32 des Außenringes 9 mit mehreren am Umfang verteilten Einzelvorsprüngen versehen sein, die die Zentrierung des Lagers in der Bohrung übernehmen. Der Ringbund selbst kann einstückig mit dem Außenring ausgebildet sein, es besteht jedoch auch die Möglichkeit, diesen durch einen separaten auf die Mantelfläche des Außenringes aufgesetzten Ring zu bilden. Ganz generell ist festzuhalten, daß die Zentrierflächen statt auf der Mantelfläche des Außenringes auch in der Bohrung des Gehäuses vorgesehen werden können, wobei Zentrierbund, Einzelvorsprünge oder dgl. unmittelbar in der Bohrung vorgesehen oder separat ausgebildet und in die Bohrung eingesetzt sein können.

Statt -Jcs vorstehend beschriebenen Wälzlagers mit einer Kegelrollen- und einer Kugelreihe ist es ohne weiteres möglich, aas Lager mit zwei Kugel- oder zwei Kegelrollenreihen auszuführen, und/oder statt der beschriebenen O-Anordnung ütr Wälzkörperreihen kann selbstverständlich auch eine X-Anordnung gewählt werden. Schließlich ist auch die Anwendung nicht auf die Lagerung einer Ritzelwelle eines Hinttrachsgetriebes beschränkt. Vielmehr kann die Erfindung auch bei jeder anderen Lagerung einer Welle eines Maschinenelementes in einem Gehäuse aus Leichtmetall oder dergleichen vorgesehen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lagerung einer Welle eines Maschinenelementes, insbesondere einer Ritzelwelle eines Getriebes, in einem eine Bohrung zum Durchtritt der Welle aufweisenden Gehäuse aus Leichtmetall oder dgL mittels eines zweireihigen, vorgespannten Wälzlagers, dessen Außenring mit einem radial nach außen gerichteten Flansch versehen ist, der mit einer Stirnseite an einer Stirnfläche des Gehäuses oder Ό dgl. zur Anlage kommt, und das mit seiner Mantelfläche in die Bohrung des Gehäuses eingreift, wobei das Wälzlager ausschließlich über den an einer Stirnfläche des Gehäuses befestigten Flansch axial und radial am Gehäuse festgelegt ist und die radial gegenüberliegenden Flächen des Gehäuses und des Mantels des Wälzlagers im wesentlichen mit Abstand zueinander angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Verbindung des Flansches (27) mit dem Gehäuse (1) durch Schraubenbolzen (29) oder dgL und durch einen Zentrierflächenabschnitt von axial geringer Erstreckung zwischen Gehäusebohning(3) und Wälzlagermantel (32).

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierflächenabschnitt als Ringbund (33) ausgebildet ist

3. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierflächenabschnitt durch mehrere am Umfang verteilte, radial geringfügig vorstehende Zentriervorsprünge gebildet ist.

4. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daßijer Zentrierflächenabschnitt nahe dem radialen Flansch (27) des Außenringes (9) angeordnet ist.

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