JP2013514501A5 - - Google Patents

Description

自動車の駆動系用ベアリング装置

本発明は、請求項１の前提部分に示されている種類の自動車、特に商用車のための駆動系用ベアリング装置に関する。

特許文献１は、外部リングがハウジング内に配置され、内部リングがシャフト上に配置されている２つの転がり軸受けと、内部リングに対して外部リングを軸方向に引っ張る伸張装置とを備える、自動車用ベアリング装置を開示している。この場合、伸張装置は中間エレメントを含み、この中間エレメントは、その厚み寸法を負荷に応じて変化させることにより、転がり軸受けの軸方向の予圧の変更を行うことができる。この中間エレメントは、例えば、電気的に制御可能な圧電エレメントとして実施されている。

この種のアクチュエータ及びその他の、例えば機械式又は油圧式アジャスタは、制御及び補助エネルギーを必要とするため、複雑性とそれによるコストとを、望ましくないことに上昇させる。

独国特許出願公開第１０２００５０２７０８２Ａ１号明細書

従って、本発明の課題は、複雑性及びコストが小さい、冒頭に述べた種類のベアリング装置を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を備える自動車、特に商用車の駆動系用ベアリング装置によって解決される。本発明の適切かつ重要な発展形態を備える有利な実施形態は、従属請求項に示されている。

本発明に基づく自動車の駆動系用ベアリング装置は、少なくとも１つのシャフトと、このシャフトと共回転するようトルク耐性に接続されている駆動部品と、シャフトの少なくとも１つのベアリングリングと、を備え、このベアリングリングは、伸張装置によってシャフトの軸方向に力を加えることができるベアリング装置であり、シャフトのベアリングリングは、このベアリングリングに対して駆動部品が相対的に回転する結果、伸張装置によってシャフトの軸方向に力を加えることができることを特徴とする。

この場合、本発明に基づくベアリング装置のシャフトは、駆動部品によって駆動可能である。この駆動部品からシャフト内へ送り込まれるトルクに応じてシャフト部分の回転が生じるが、このシャフト部分は、このトルクの流れる方向に向かって下流に配置されているシャフト部分（この部分には、例えばシャフトとトルク耐性に接続されている、シャフトのベアリングリングが配置されている）と相対的に回転する。言い換えると、このことは、駆動部品を介してシャフト内に送られるトルクの量に応じてシャフトが回転する、すなわちねじれることを意味している。さらに、結果として、同様に送り込まれるトルクの量に応じてではあるが、駆動部品がシャフトのベアリングリングに対して相対的に回転することを意味している。ベアリングリングに対する駆動部品のこの相対的回転により、伸張装置を用いて、ベアリングリングは軸方向に力を加えることができるため、シャフトに送り込まれるトルクの量に応じて、このベアリングリングを有するベアリングの軸方向に予圧をかけることができる。

前述のベアリングは、例えばトルク耐性にシャフトに接続されているベアリング内部リングとして形成されている前述のベアリングリングだけでなく、対応するベアリング外部リングも含み、このベアリング内部リングとベアリング外部リングとは、ベアリングボディ、特に円錐ころなどの回転体を介して互いに支持されている。ベアリング内部リングの形態のベアリングリングが力を加えることにより、ベアリング内部リングはベアリング外部リングに対して引張することができるため、送り込まれるトルクの量に応じて、ベアリングの軸方向の予圧が実現されている。

従って、本発明に基づくベアリング装置のこのような伸張装置には、制御を必要とし、またエネルギーを消費するアジャスタは必要ない。従って、本発明に基づくベアリング装置は、複雑性が少なく、部品数も僅かであり、それに伴ってコストも低く、さらに重量も小さいことから、自動車を駆動するためのエネルギー消費に有利に作用する。さらに、本発明に基づくベアリング装置の故障の確率は、複雑性が少ないことから、極めて小さいと評価することができる。

この場合、説明したシャフト部分の相対的回転はシャフトの弾力性によって生じ、この作用は、ベアリングの有利な軸方向の予圧を発生させるために用いられる。

トルクに応じたベアリングのこの予圧は、特に低いトルク及び中程度のトルク範囲においてベアリングの出力損失を軽減することから、結果として、自動車を駆動するためのエネルギー要求がさらに低くなる。例えば、自動車を駆動する駆動装置が内燃機関として形成されている場合、このことは、明らかな燃料の軽減と二酸化炭素排出量の軽減とを意味する。この場合、周知のベアリング装置に比べ、最大３０％もベアリングの出力損出を軽減することが可能であり、このことは、ベアリング装置の効率を向上させる。

追加のセンサ及び／又はコントロールユニットが不要であることの他に、本発明に基づくベアリング装置は、その取付けスペースが少なくて済み、既存の構成部品の変更は最小限しか必要なく、従って、変更のための時間とコストをほとんどかけずに本装置を既存の構成部品の中に組み込むことができるという利点を含んでいる。さらに、本発明に基づくベアリング装置を既存のシステムに後付けすることも可能である。

本発明の有利な実施形態では、伸張装置が、駆動部品に割り当てられた、少なくとも部分的にほぼ斜面形の少なくとも１つの制御部品と、これに対応する、ベアリングエレメントに割り当てられた、少なくとも部分的にほぼ斜面形の少なくとも１つの作動部品と、を有しており、この制御部品と作動部品とは、少なくとも１つの仲介部品、特に回転体を介して相互作用する。有利には、制御部品が駆動部品と一体形成され、ベアリングリングが作動部品と一体形成されていることにより、本ベアリング装置の部品数及びコストが低い範囲に収められる。この場合、それぞれの斜面形状は、例えば、半径方向に少なくともほぼ平行に形成されている。従って、この点において、ベアリングリングに対するシャフト又はシャフト部分の相対的回転及びそれによる駆動部品の相対的回転は、制御部品と作動部品とによって、軸方向に加えられるシャフトのベアリングリングの力及びそれによりえそのベアリングリングの軸方向への動きに変換できることから、トルクに応じた適切なベアリングの予圧が実現されている。制御部品及び作動部品は回転体を介して相互作用するが、この回転体は例えばシリンダローラとして形成されており、このことにより、大きな軸方向の力が伝達可能である。

この点に関して、シャフトは、例えば少なくとも２つのベアリングによって支持されており、両方のベアリングは、トルク耐性にシャフトに接続された前述のベアリング内部リングと、それに対応するベアリング外部リングとを有しており、ベアリング外部リングは例えばハウジングの中に固定されていることに留意されたい。これらのベアリングは、例えば周知のＸ型又はＯ型配置、もしくはその他の配置で取り付けられているテーパローラベアリングである。しかし、本発明に基づくベアリング装置は、有利には遊びなく軸方向の力と半径方向の力を伝達する、どのような種類の転がり軸受けでも使用可能である。そのためには、通常、説明したように、本発明に基づくベアリング装置によって簡単な方法で解決されるベアリング予圧が必要である。

このようなベアリング予圧は、全ての作動状態におけるベアリングの耐荷重力の最適な利用、ベアリングの遊びとシャフトの傾きの防止、並びに熱膨張の補正をもたらす。

必要もしくは希望するベアリング予圧、すなわちシャフトの軸方向に作用する力の量は、例えば経験的に検出され、従来的にはスペーサによって正確に調整される。この場合、ベアリング予圧の量は、発生する最も高い荷重に合わせられる。このことにより、追加的なベアリング荷重が生じ、トルクに応じたベアリングの出力損失は全使用範囲にわたって高くなる。トルクに応じた適切なベアリング予圧を発生させるため、例えばアクチュエータの形でのアジャスタを使用することは、部分負荷範囲において予圧を軽減し、効率を向上させるが、すでに説明した課題を有している。

このようなアジャスタの作動による未解決の課題、及びベアリングの出力損出が全使用範囲にわたって上昇する課題は、本発明に基づくベアリング装置によって克服される。

有利には、ベアリングリングに対向している駆動部品の正面に制御部品が配置され、駆動部品に対向しているベアリングリングの正面に作動部品が配置されている。このことにより、力の伝達を適切かつ直接行うことができ、本発明に基づくベアリング装置の取付けスペースを小さくすることができる。

本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、好ましい実施例及び図に基づく以下の説明に示されている。ここまでの説明で述べた特徴及び特徴の組合せ、並びに以下の図の説明で述べられている、及び／又は図の中にのみ示されている特徴及び特徴の組合せは、それぞれに示された組合せだけではなく、本発明の範囲から出ることなく、その他の組合せ又は単独でも適用可能である。

本発明に基づくベアリング装置の実施形態の斜視図である。 図１に基づくベアリング装置の縦断面図である。 図１、２によるベアリング装置の作用原理を分かりやすく説明した２つの図である。

図１は、ドライビングピニオン１２を有するシャフト１４付き商用車の駆動系用ベアリング装置１０を示しており、このシャフトは、カップリングフランジ１６の形態の駆動部品とトルク耐性に接続されている。この場合、カップリングフランジ１６とシャフト１４とのトルク耐性の接続は、歯車装置１８によって実現されており、内燃機関によって商用車が駆動される場合は、この歯車装置を介してカップリングフランジ１６からシャフト１４へトルクが伝達可能であり、このシャフトは、次に、ドライビングピニオン１２を介してリヤアクスルディファレンシャルギヤを駆動する。

シャフト１４は、部分的に示されているハウジング２０内で、第１のテーパローラベアリング２２並びに第２のテーパローラベアリング２４によって支持されており、テーパローラベアリング２２及び２４はＯ型の配置で取り付けられている。カップリングフランジ１６並びにテーパローラベアリング２２及び２４は、この場合、ベアリング装置１０に含まれている。

テーパローラベアリング２２は、ハウジング２０内にトルク耐性に固定されているベアリング外部リング２８と、シャフト１４とトルク耐性に接続されているベアリング内部リング３０とを含んでいる。ベアリング外部リング２８とベアリング内部リング３０とは、円錐ころの形の回転体を介して互いに支持されている。テーパローラベアリング２２には、さらに、円錐ころを位置に保持するケージ３２が含まれている。

同様に、テーパローラベアリング２４については、ハウジング２０内にトルク耐性に固定されているベアリング外部リング３４と、シャフト１４とトルク耐性に接続されているベアリング内部リング３６と、円錐ころの形態の回転体と、ケージ３８と、を含んでいる。

テーパローラベアリング２２のベアリング内部リング３０は、圧力ばめなどによってシャフト１４にトルク耐性に接続されているため、テーパローラベアリング２４のベアリング内部リング３６とシャフト１４とのトルク耐性の接続は歯車装置４０によって実現されている。歯車装置４０の場合、シャフト１４の歯は、例えば溶接によってトルク耐性にベアリング内部リング３６と接続されているギヤスリーブ４２の対応する歯にかみ合っている。このことにより、方向矢印４４に従って、シャフト１４の軸方向への、シャフト１４に対するベアリング内部リング３６の相対移動が可能になる。シャフト１４の半径方向には、ベアリング内部リング３６とシャフト１４との間にスライドブッシュ４６が配置されており、このスライドブッシュは、ベアリング内部リング３６がシャフト１４に対して相対移動する際の摩擦を最小限に軽減し、ベアリング内部リング３６の半径方向の力をシャフト１４に伝達できるようにしている。

方向矢印４４に従って、シャフト１４の軸方向には、ベアリング内部リング３０とベアリング内部リング３６との間に、さらに、アップセットスリーブ４８が配置されており、このアップセットスリーブは、該当するストッパによって、一方ではベアリング内部リング３０に支持され、他方ではベアリング内部リング３６に支持されている。

本ベアリング装置１０の場合、軸方向の力、すなわち、方向矢印４４に従ってシャフト１４の軸方向に作用する力が遊びなく伝達されることが望ましく、このことは、軸方向へのベアリング装置１０又はテーパローラベアリング２２及び２４のベアリング予圧を必要とする。

この場合、内燃機関から提供され、カップリングフランジ１６を介してシャフト１４に送り込まれるトルクが大きい場合、大きなベアリング予圧、すなわち大きな量の軸方向の力を提供することが望ましく、一方、低いトルク及び中程度のトルクの場合はベアリング予圧を低下させることが望ましく、低いベアリング予圧はベアリング装置１０の効率にポジティブに作用する。

トルクに応じたベアリング予圧、すなわちテーパロールベアリング２４のベアリング外部リング３４に対してベアリング内部リング３６のそのような伸張を発生させるため、伸張装置５０が設けられており、この伸張装置を用いて、カップリングフランジ１６がベアリング内部リング３６に対して相対的に回転する結果、このベアリング内部リング３６は方向矢印４４に従ってシャフト１４の軸方向に力を加えることができるため、ベアリング外部リング３４に対して引張可能となり、このことによって、言及したベアリング予圧を発生させることができる。

トルク耐性にシャフト１４と接続されているベアリング内部リング３６に対する、同様にトルク耐性にシャフト１４と接続されているカップリングフランジ１６の相対的回転は、この場合、カップリングフランジ１６を介してトルクが送り込まれるシャフト１４の部分が、シャフト１４の弾性によって、トルクの流れる方向に向かって下流に配置されているシャフト１４の部分に対し回転することによって行われる。すなわち、このことは、カップリングフランジ１６とシャフトとが接続されているシャフト１４部分が、ベアリングリング３６を配置している部分に対して回転することを意味しており、この相対的回転は、送り込まれるトルクの量に応じて行われる。従って、トルクが大きい場合は、大きな相対的回転が行われる。トルクが小さい場合、相対的回転は小さくなり、生じないこともある。

シャフト１４の回転軸を中心とするこの相対的回転は、ベアリング内部リング３６の動きにおいて、又はこのベアリング内部リングがシャフト１４の軸方向に力を加えることにおいて発生し、その場合、伸張装置５０は、カップリングフランジ１６に割り当てられている、このカップリングフランジと一体形成された、実質的に斜面形の制御部品５２と、これに対応した、ベアリング内部リングに割り当てられている、このベアリング内部リングと一体形成された、同様に実質的に斜面形の作動部品５４と、を有しており、制御部品５２と作動部品５４とは、それぞれのシリンダローラ５６を介して相互作用する。

この場合、制御部品５２は、ベアリング内部リング３６に対向しているカップリングフランジ１６の正面に配置され、一方、作動部品５４は、カップリングフランジ１６に割り当てられているベアリング内部リング３６の正面に配置されている。図３と併せてみると、ベアリング内部リング３６及び作動部品５４に対してカップリングフランジ１６及び制御部品５２が相対的に回転する場合、シリンダローラ５６は、制御部品５２及び作動部品５４の斜面形の側面に沿って相対的に回転し、それによって制御部品５２と作動部品５４とが互いに動くことが明らかになる。制御部品５２は、カップリングフランジ１６によってシャフト１４の軸方向に支持されており、ベアリング内部リング３６もまた円錐ころとベアリング外部リング３４とによって、シャフト１４の軸方向に、ハウジング２０の該当するショルダー５８に支持されているため、結果的に、この引張から、シャフト１４の軸方向へ力が生じる。

この場合、この引張の量とベアリング予圧を発生させるこの軸方向の力の量は、シリンダローラ５６が、斜面形の制御部品５２又は作動部品５４の該当する側面に沿ってどれくらい移動したかに左右され、このことは、ベアリング内部リング３６に対するカップリングフランジ１６の相対的回転の量に左右される。さらにこのことは、送り込まれるトルクの量に左右される。トルクが大きくなればなるほど、斜面形の側面に対するシリンダローラ５６の相対移動は大きくなり、ベアリング予圧も大きくなる。このことは、非常に高いトルクから非常に高いベアリング予圧が結果として生じることを意味している。トルクが低下すると、カップリングフランジとベアリング内部リング３６との間の相対的回転も低下し、従ってベアリング予圧も低下する。

方向矢印５９によって示されている（ベアリング内部リング３６に対するカップリングフランジ１６の相対的回転は方向矢印６０によって表示）軸方向の力の形成は、シャフトに対するベアリング内部リング３６の軸方向への移動が前述のスライドブッシュ４６によって促進されていることにより助長され、このことから、ベアリング内部リング３６に送られる力を、少なくともほぼ完全にベアリング予圧に流用することができる。すでに言及したように、歯車装置４０も、シャフト１４に対するベアリング内部リング３６の相対的移動を可能にしている。

図２は、この状態を再度図に示したものである。この場合、シリンダローラ５６は、制御部品５２又は作動部品５４の各斜面形状と同様に、方向矢印６２に従って、シャフト１４の半径方向に対して少なくともほぼ平行に通っている。この点については、もちろん、複数のシリンダローラ５６を設けることができるか、又は複数のシリンダローラ５６が設けられており、これらは、該当するケージによって位置に保持され、シャフト１４の周辺方向に配分されて取り付けられていることに留意されたい。この場合、このような各シリンダローラ５６には、該当する制御部分５２又は作動部分５４が割り当てられている。それぞれの斜面形状の側面の勾配は、この場合、軸方向の力の量、すなわちベアリング内部リング３６に対するカップリングフランジ１６の相対的回転量に応じたベアリング予圧を決定する。この場合、図２の方向矢印６６は、シャフト１４の回転と、カップリングフランジ１６を介するシャフト１４への言及したトルクの送り込みを示している。

１０ ベアリング装置
１２ ドライビングピニオン
１４ シャフト
１６ カップリングフランジ
１８ 歯車装置
２０ ハウジング
２２ 第１のテーパローラベアリング
２４ 第２のテーパローラベアリング
２８ 第１のテーパローラベアリングのベアリング外部リング
３０ 第１のテーパローラベアリングのベアリング内部リング
３２ 第１のテーパローラベアリングのケージ
３４ 第２のテーパローラベアリングのベアリング外部リング
３６ 第２のテーパローラベアリングのベアリング内部リング
３８ 第２のテーパローラベアリングのケージ
４０ 歯車装置
４２ ギヤスリーブ
４４ 方向矢印
４６ スライドブッシュ
４８ アップセットスリーブ
５０ 伸張装置
５２ 制御部品
５４ 作動部品
５６ シリンダローラ
５８ ショルダー
５９ 方向矢印
６０ 方向矢印
６２ 方向矢印
６６ 方向矢印

Claims (9)

1. 少なくとも１つのシャフト（１４）と、該シャフト（１４）とトルク耐性に接続されている駆動部品（１６）と、前記シャフト（１４）の少なくとも１つのベアリングリング（３６）と、を備え、該ベアリングリングは、伸張装置（５０）によって前記シャフトの軸方向（４４）に力を加えることができる、自動車の駆動系用ベアリング装置（１０）であって、
   前記ベアリングリング（３６）は、該ベアリングリング（３６）に対する前記駆動部品（１６）の相対的回転の結果、前記伸張装置（５０）により前記シャフト（１４）の軸方向（４４）に力を加えることができること、および
   前記伸張装置（５０）が、前記駆動部品（１６）に割り当てられた、少なくとも部分的に少なくともほぼ斜面形の少なくとも１つの制御部品（５２）と、これに対応する、前記ベアリングリング（３６）に割り当てられた、少なくとも部分的に少なくともほぼ斜面形の少なくとも１つの作動部品（５４）と、を有しており、前記制御部品と前記作動部品とは、少なくとも１つの回転体（５６）を介して相互作用することを特徴とする、ベアリング装置。
2. 前記回転体（５６）が、シリンダローラ（５６）として形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のベアリング装置（１０）。
3. 前記ベアリングリング（３６）に対向している前記駆動部品（１６）の正面に、前記制御部品（５２）が配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のベアリング装置（１０）。
4. 前記駆動部品（１６）に対向している前記ベアリングリング（３６）の正面に、前記作動部品（５４）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のベアリング装置（１０）。
5. 前記それぞれの斜面形は、前記シャフト（１４）の半径方向（６２）に少なくともほぼ平行に形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のベアリング装置（１０）。
6. 前記ベアリングリング（３６）が、少なくとも部分的に前記シャフト（１４）上に配置され、該シャフトとトルク耐性に接続されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のベアリング装置（１０）。
7. 前記ベアリングリング（３６）が、歯車装置（４０）によってトルク耐性に前記シャフト（１４）と接続されていることを特徴とする、請求項６に記載のベアリング装置（１０）。
8. 前記ベアリングリング（３６）が、前記シャフト（１４）の軸方向（４４）に、前記シャフトに対して移動可能であることを特徴とする、請求項６又は７のいずれか一項に記載のベアリング装置（１０）。
9. 前記シャフト（１４）の半径方向には、前記シャフト（１４）と前記ベアリングリング（３６）との間にスライドエレメント（４６）が配置されていることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一項に記載のベアリング装置（１０）。