WO2004020856A1 - Lagerung einer welle - Google Patents

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WO2004020856A1
WO2004020856A1 PCT/EP2003/008801 EP0308801W WO2004020856A1 WO 2004020856 A1 WO2004020856 A1 WO 2004020856A1 EP 0308801 W EP0308801 W EP 0308801W WO 2004020856 A1 WO2004020856 A1 WO 2004020856A1
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bearing
angular contact
ring
contact ball
rings
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PCT/EP2003/008801
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Horst DÖPPLING
Ludwig Winkelmann
Wolfgang Steinberger
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Ina-Schaeffler Kg
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Definitions

  • the invention relates to the mounting of a shaft in a gearbox for a motor vehicle, which is accommodated in a getinge housing by means of two spaced-apart roller bearings.
  • shaft is to be interpreted broadly. These include, for example, gear shafts and countershafts in a gear change mechanism or also bevel pinion shafts to understand in a transfer case
  • a bevel pinion shaft or a cardan shaft drives a bevel gear via a bevel pinion that is connected in a rotationally fixed manner to the differential gear, Inside the output wheels and differential wheels are stored When driving straight ahead, these differential wheels in the differential are at rest so that both axle shafts rotate at the same speed as the ring gear. When cornering, there is a speed difference between the two axle shafts. wheels and cause the speed increase of one axle shaft compared to the speed of the ring gear is as large as the speed decrease of the other axle shaft compared to the ring gear.
  • the bevel pinion shaft shown in FIG. 2 of this prior publication has a stepped shaft, on the right-hand end of which the bevel pinion connects.
  • the bevel pinion shaft is held in the housing by two spaced-apart tandem angular contact ball bearings, each of which has one-piece bearing inner rings and one-piece bearing outer rings, each of which has two shoulders.
  • the bearing balls have the same size within the two bearings and are each guided in bearing cages.
  • the object of the invention is therefore to develop an improved bearing arrangement for shafts in motor vehicle transmissions.
  • this object is achieved according to the characterizing part of claim 1 in conjunction with its preamble in that at least one of the bearing rings is manufactured from a thick-walled, deep-drawing roller bearing steel by a non-cutting shaping process.
  • the advantage of this solution is that the bearings can be manufactured in a substantially simplified manner by manufacturing the bearing rings without cutting. It is not a problem to produce the most diverse variants of bearing rings without cutting, taking into account the available installation space, which can also be easily adapted to the respective connecting structure. The small radial expansion also saves installation space. It is also advantageous that the lower mass of the non-cutting bearing rings also saves weight.
  • the rolling bearings are designed as double-row angular contact ball bearings, which are arranged in an O or X arrangement to each other.
  • the shaft is used as a gear shaft with at least one gear mounted on it, which can be coupled to the gear shaft via a coupling element, radially between an inner raceway assigned to the gear shaft and an outer race assigned in a hub of the gear cylindrical roller bodies are arranged in a roller bearing cage.
  • the shaft is used in a transfer case as a bevel pinion shaft, wherein according to claim 5 at least one of the bearing rings of the angular contact ball bearings is made by a non-cutting shaping process from a thick-walled, deep-drawn roller bearing steel.
  • each of the ball rings should be secured against axial displacement on one of the bearing rings.
  • the axial displacement of the ball cages should be prevented by shoulders and by snap steps of the bearing rings.
  • Shoulders are to be understood in a known manner that they encompass the circumference of the bearing balls used up to a certain percentage of the vertically running diameter, the shoulder height thus being able to reach almost the horizontally running ball diameter.
  • the snap step is to be understood as a small radial projection which the bearing ball has to overcome when it is pushed into its track. The diameter of this snap step is slightly smaller on the outer ring ball raceway or slightly larger than the diameter on the inner ring ball raceway.
  • the angular contact ball bearing arranged adjacent to the bevel pinion and referred to as a support bearing has a larger diameter than the spaced angular contact bearing and is referred to as a preload bearing
  • the bearing inner ring of the support bearing having a middle and a right-hand shoulder
  • the bearing outer ring a middle and a left-hand side arranged shoulder
  • the inner bearing ring of the preload bearing a middle and a left shoulder
  • the bearing outer ring has a middle and a right shoulder and the pitch circle for the rows of balls of an angular contact ball bearing is the same.
  • the ball raceways of an angular contact ball bearing have the same or a different diameter.
  • the ball raceways of both angular contact ball bearings should have the same or a different diameter.
  • the ball raceways of both angular contact ball bearings should have the same or a different contact angle.
  • non-cutting bearing rings special design variants of non-cutting bearing rings are described. It is provided according to claim 13 that the non-cutting bearing ring is received on its outer or on its inner lateral surface at least over part of its axial extent by a support ring and both are held together to form a captive unit. According to claim 14, the non-cutting bearing ring should be reinforced at least over part of its axial extent by a radial double.
  • At least one of the bearing rings should be provided with an exemption. This is to be understood as a weakening of material in the area of the shoulders, so that the bearing rings can spring open in the elastic area. This spring-up enables self-adjustable adaptation to changing operating loads by changing the osculation between rolling elements and raceways. As the load increases, the contact surfaces between the rolling elements and raceways increase.
  • the invention is described in more detail using the following exemplary embodiments.
  • FIG. 1 shows a partial longitudinal section through a bevel pinion shaft mounted according to the invention
  • FIG. 1 a shows an enlarged detail from FIG. 1,
  • Figure 5 shows a longitudinal section through a transfer case for a
  • the motor vehicle transfer case shown in FIG. 5 has the housing 1, in which the differential 2 is mounted via two angular contact ball bearings 3.
  • the bevel pinion 4 of the bevel pinion shaft 5 drives the ring gear 6, which in turn sets the differential gear 2 in motion.
  • This is connected via differential gears 7 and driven gears 8, each with an axle shaft, not shown, which also drive wheels, not shown.
  • the bevel pinion shaft 5 is in the housing 1 over two mutually spaced two-row Angular contact ball bearings 9, 10 are held, which are moved towards one another by a threaded part 11 via the hub 11a, that is to say are placed under prestress.
  • the two angular contact ball bearings 9, 10 produced by machining show that their assembly is difficult because the ball rings (not specified in any more detail) can slide off the associated bearing rings in the axial direction.
  • the bevel pinion shaft 5 is held in the housing 1 by means of spaced-apart, double-row angular contact ball bearings 12, 13, the tips of the cones formed by the ball pressure lines D1, D2 pointing outwards.
  • These each have one-piece bearing inner rings 12.1, 13.1 and one-piece bearing outer rings 12.2, 13.2, between which roller bearing balls 12.5, 12.6, 13.5, 13.6 run in associated cages 12.3, 12.4, 13.3, 13.4 on the associated raceways, which are not shown.
  • the bearing rings 12.1, 12.2, 13.1, 13.2 are manufactured from a deep-drawing roller bearing steel by a non-cutting shaping process, whereby sheet thicknesses of up to 4 mm can be processed.
  • a steel of the brand C80M is particularly suitable for this.
  • the bearing rings 12.1, 12.2, 13.1, 13.2 have radially outward 12.1.1, 12.1.2, 13.1.1, 13.1.2 and radially inward shoulders 12.2.1, 12.2.2, 13.2.1, 13.2.2 ,
  • the bearing balls 12.5, 12.6, 13.5, 13.6 within the angular contact ball bearings 12, 13 have the same size, but the bearing balls 12.5, 12.6 are larger than the bearing balls 13.5, 13.6. Due to the same pitch circle within a bearing 12, 13, bearing cages 12.3, 12.4, 13.3, 13.4 of the same size can also be used.
  • the larger dimensions of the angular contact ball bearing 12, which is referred to as a support bearing, can be explained by the higher radial and axial loads in the area of the bevel pinion 4 compared to the angular contact ball bearing 13, which is referred to as a preload bearing Even at maximum operating load, there is no backlash and there is therefore a safe function.
  • the spherical ring consisting of bearing balls 12.5 and cage 12.3 is held on the inner ring 12.1 by the two radially outwardly directed shoulders 12.1.1, 12.1.2, so that it cannot leave it in the axial direction.
  • the spherical ring composed of bearing balls 12.6 and bearing cage 12.4 is secured on the bearing outer ring 12.2 by the shoulders 12.2.1, 12.2.2 which are directed inwards in the radial direction. This takes place in an analogous manner in the case of the angular contact ball bearing 13 arranged on the left, the bearing balls 13.5 being held on the bearing outer ring 13.2 by its shoulders 13.2.1, 13.2.2, while the bearing balls 13.6 are held on the bearing inner ring 13.1 by its shoulders 13.1.1, 13.1 .2 are held.
  • the bevel pinion shaft 5 is now advantageously mounted in the housing 1 in the following order:
  • the two outer bearing rings 12.2, 13.2 are pressed in together with the spherical rings, which are secured on them against axial displacement and consist of bearing balls 12.6, 13.5 and cages 12.4, 13.3.
  • the bearing inner ring 12.1 of the support bearing is pressed onto the bevel pinion shaft 5 together with the spherical ring consisting of bearing balls 12.5 and cage 12.3.
  • the bevel pinion shaft 5 is inserted into the housing 1 together with the preload ring 14 arranged between the two bearings 12, 13.
  • the inner ring 13.1 of the preload bearing 13 is then pushed on together with the associated ball ring consisting of bearing balls 13.6 and cage 13.4 before the entire bearing arrangement is clamped by means of the threaded part 11 via the hub 11a.
  • the angular contact ball bearing 13 arranged on the left is designed in a single row.
  • the double-row angular contact ball bearing 12 is provided to take over the forces in the main load direction, while the single-row angular contact ball bearing 13 acts as a preload bearing.
  • the advantages of such a bearing arrangement are a reduced number of bearing components, which is advantageous in terms of costs effect. A reduced axial installation space and a reduced bearing friction are also possible.
  • FIG. 2 each shows an angular contact ball bearing 15, 16 designed according to the invention, but associated cages have been omitted for the sake of simplifying the drawing.
  • the two bearing balls 15.1, 15.2 have the same diameter, but different ball raceways in diameter.
  • Both the inner bearing ring 15.3 and the outer bearing ring 15.4 are in turn produced without cutting and provided with an extension, which in the folded state is referred to as radial duplication 15.3.1, 15.4.1 and extends over part of the axial extent of the bearing rings 15.3, 15.4.
  • the bearing balls 15.1, 15.2 are held in the outer ring 15.4 by its shoulders 15.6, 15.5 and its snap steps 15.7, 15.8, the latter having a somewhat smaller diameter than the diameter of the ball ring.
  • the lower angular contact ball bearing 16 is also provided with two non-cutting bearing rings 16.3, 16.4, which are, however, received on their inner and on their outer circumferential surface by a supporting ring 16.3.1 and 16.4.1, respectively.
  • the two support rings 16.3.1 and 16.4.1 can also be made without cutting and in turn extend only over part of the axial extent of the bearing rings 16.3 and 16.4.
  • the bearing balls 16.1, 16.2 are held in the outer ring 16.4 by their shoulders 16.5, 16.6 and their snap steps 16.8, 16.7.
  • bearing ring 16.3, 16.4 and support ring 16.3.1, 16.4.1 can be held together by gluing, welding, soldering or by any other means.
  • FIG. 3 shows an angular contact ball bearing 17 according to the invention, the bearing balls 17.1, 17.2 of which have a different diameter as well as their associated raceways.
  • the machined bearing inner ring 17.5 is provided with a shoulder 17.5.2 and has the circumferential groove 17.5.1 in its central part.
  • the associated, non-cutting bearing outer rings are not shown in the drawing for reasons of simplification.
  • the two spherical rings consisting of bearing balls 17.1, 17.2 and bearing cages 17.3, 17.4 are held on the bearing inner ring 17.5 by positive locking.
  • the bearing cage 17.4 is provided at its left-hand end with at least one radially inwardly directed retaining lug 17.4.1 which engages in the groove 17.5.1 of the bearing inner ring 17.5.
  • the bearing cage 17.4 has a plurality of spacers 17.4.2 which are evenly spaced apart in the circumferential direction and which cover the associated bearing cage 17.3 in the radial direction. Axial sliding of the two spherical rings from the bearing inner ring 17.5 is prevented on the one hand by its shoulder 17.5.2 arranged on the left side and on the other hand by the bearing cage 17.4 with its retaining lugs 17.4.1 and with its spacer 17.4.2.
  • a support collar can also be provided in a non-cutting bearing ring, which supports it. This support collar is located at one axial end of the bearing ring and extends in the radial direction up to the part to be supported (inner ring) or to the housing (outer ring) inwards or outwards.
  • the invention is not limited exclusively to the one-piece bearing rings of the angular contact ball bearing arrangement. If appropriate, these can also be formed in several parts, wherein they can be produced using a cutting process or using a breaking process.
  • FIG. 4 shows a drive shaft 18 which is connected to gearwheels 18.1, 18.2, 18.3 from a plurality of locations spaced apart from one another in the axial direction.
  • the drive shaft 18 is held on the right and left sides with its two shaft journals 18.4, 18.5, each by a double-row angular contact ball bearing 19, 20, the tips of the ball pressure lines D3, D4 pointing towards one another in the direction of the center of the drive shaft, ie, the two angular contact ball bearings 19 , 20 are arranged in an X arrangement to one another.
  • the two angular contact ball bearings 19, 20, which are designed differently in diameter, are accommodated in a housing 21, the one-piece bearing rings 19.1, 19.2, 20.1, 20.2 being produced from a deep-drawing roller bearing steel by a non-cutting shaping process.
  • the spherical rings of the two angular contact ball bearings 19, 20, which are arranged on the inside in the axial direction, are held by shoulders of the inner rings 19.1, 20.1, which are not specified in any more detail, while the outer spherical rings of the two bearings 19, 20 are held by their outer bearing rings 19.2, 20.2.
  • To this Manner facilitates the assembly of the bearing unit, because getting one of the ball ⁇ wreaths with one of the bearing rings 19.1, 19.2, 20.1, 20.2 is connected.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerung einer Welle (5, 18) in einem Getriebe für ein Kraftfahrzeug, die über zwei voneinander beabstandete Wälzlager in einem Getriebegehäuse (1, 21) aufgenommen ist. In erfindungsgemässer Weise ist wenigstens einer der Lagerringe (12.1, 12.2, 13.1, 13.2, 15.3, 15.4, 16.3, 16.4, 19.1, 19.2, 20.1, 20.2) durch einen spanlosen Formgebungsprozess aus einem dickwandigen, tiefziehfähigen Wälzlagerstahl hergestellt.

Description

Lagerung einer Welle
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Lagerung einer Welle in einem Getriebe für ein Kraftfahrzeug, die über zwei voneinander beabstandete Walzlager in einem Getπe- begehause aufgenommen ist Im Sinne der Erfindung ist dabei der Begriff Welle weit auszulegen Darunter sind beispielsweise Getriebewellen und Vorgelegewellen in einem Zahnraderwechselgetπebe oder auch Kegelπtzelwellen in einem Verteilergetriebe zu verstehen
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 42 04 981 A1 ist ein Zahnraderwechselgetπebe für ein Kraftfahr- zeug bekannt, dessen Vorgelegewelle und dessen Getriebewelle im Getπebe- gehause über voneinander beabstandete Kegelrollenlager gehalten sind Nachteilig bei dieser Lagerungsart sind die aufwendig spanend herzustellenden Kegelrollenlager
In diesem Zusammenhang sind dem Fachmann Verteilergetriebe bekannt, mit denen erreicht wird, dass die Antriebsrader jeder Achswelle bei Kurvenfahrt trotz unterschiedlicher Drehzahlen schlupffrei abrollen können Eine Kegelπt- zelwelle oder eine Kardanwelle treibt über ein Kegelπtzel ein Tellerrad an, dass drehfest mit dem Ausgleichsgetriebe verbunden ist, in dessen Inneren Ab- triebsrader und Ausgleichsrader gelagert sind Bei Geradeausfahrt sind diese Ausgleichsrader im Ausgleichsgetriebe in Ruhe, so daß sich beide Achswellen in gleicher Drehzahl wie das Tellerrad drehen Bei Kurvenfahrt tritt eine Dreh- zahldifferenz zwischen beiden Achswellen auf Dabei rotieren die Ausgleichs- räder und bewirken, daß die Drehzahlzunahme der einen Achswelle gegenüber der Drehzahl des Tellerrades genauso groß ist, wie die Drehzahlabnahme der anderen Achswelle gegenüber dem Tellerrad.
Ein solches Verteilergetriebe ist aus der DE 198 39 481 A1 vorbekannt. Die in Figur 2 dieser Vorveröffentlichung dargestellte Kegelritzelwelle weist einen abgestuften Schaft auf, an dessen rechtsseitigen Ende sich das Kegelritzel anschließt. Im Gehäuse ist die Kegelritzelwelle über zwei voneinander beab- standete Tandem-Schrägkugellager gehalten, die jeweils einstückige Lagerinnenringe und einstückige Lageraußenringe aufweisen, die je zwei Schultern besitzen. Die Lagerkugeln weisen innerhalb der beiden Lager eine gleiche Größe auf und sind jeweils in Lagerkäfigen geführt.
Nachteilig dabei ist, dass diese Schrägkugellager massiv gefertigt sind und aufgrund ihrer Ausdehnung einen größeren radialen Bauraum benötigen. Dem Fachmann ist in diesem Zusammenhang auch bekannt, dass die spanende Fertigung von Lagerringen relativ aufwendig und damit auch teuer ist. Nachteilig ist weiterhin, dass bei der Montage der Kegelritzelwelle bei einem nicht vor- handenen Außenring beide Kugelkränze vom Innenring in axialer Richtung abgleiten können. Nun sind aber Einbaufälle denkbar, bei denen zunächst einer der Lagerringe auf einer Welle oder in einem Gehäuse zu fixieren und gleichzeitig ein Halten der Wälzkörper auf diesem Lagerbauteil zu gewährleisten ist, bevor durch Hinzufügen des fehlenden Lagerbauteils die komplette Lagerbaueinheit gebildet werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lagerung von Wellen in Kraftfahrzeuggetrieben zu entwickeln.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nachdem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass wenig- stens einer der Lagerringe durch einen spanlosen Formgebungsprozeß aus einem dickwandigen, tiefziehfähigen Wälzlagerstahl hergestellt ist.
Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass durch die spanlose Herstellung der Lagerringe die Lager in ihrer Fertigungsweise wesentlich vereinfacht hergestellt werden können. Es ist kein Problem, unter Berücksichtigung des zur Verfügung stehendes Bauraumes spanlos die verschiedensten Varianten von Lagerringen herzustellen, die auch in einfacher Weise der jeweiligen An- Schlußkonstruktion angepasst werden können. Auch wird durch deren geringe radiale Ausdehnung Bauraum eingespart. Es ist weiter von Vorteil, dass durch die geringere Masse der spanlos gefertigten Lagerringe auch Gewicht eingespart werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Aus Anspruch 2 geht hervor, daß die Wälzlager als zweireihige Schrägkugellager ausgebildet sind, die zueinander in O- oder in X-Anordnung angestellt sind.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, daß die Welle als eine Getriebewelle mit wenigstens einem auf ihr gelagerten Zahnrad eingesetzt ist, das über ein Kuppelelement mit der Getriebewelle kuppelbar ist, wobei radial zwischen einer der Getriebewelle zugeordne- ten inneren Laufbahn und einer in einer Nabe des Zahnrads zugeordneten äußeren Laufbahn zylindrische Wälzkörper in einem Wälzlagerkäfig angeordnet sind.
Aus Anspruch 4 geht hervor, daß die Welle in einem Verteilergetriebe als eine Kegelritzelwelle eingesetzt ist, wobei nach Anspruch 5 wenigstens einer der Lagerringe der Schrägkugellager durch einen spanlosen Formgebungsprozess aus einem dickwandigen, tiefziehfähigen Wälzlagerstahl hergestellt ist. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung nach Anspruch 6 soll jeder der Kugelkränze auf einem der Lagerringe gegen axiales Verschieben gesichert sein. Der wesentliche Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass auf diese Weise die Montage eines solchen Lagers vereinfacht ist. Die Kugelkränze werden zunächst mit einem der Lagerringe zu einer unverlierbaren Teillagerbaueinheit verbunden, bevor durch Hinzufügen des fehlenden Lagerbauteils die komplette Lagerbaueinheit gebildet ist.
Nach Anspruch 7 soll das axiale Verschieben der Kugelkränze durch Schultern und durch Schnappstufen der Lagerringe verhindert sein. Unter Schultern ist bekannter Weise zu verstehen, dass sie den Umfang der eingesetzten Lagerkugeln bis zu einem bestimmten Prozentsatz des senkrecht verlaufenden Durchmessers übergreifen, wobei die Schulterhöhe also bis fast zum horizontal verlaufenden Kugeldurchmesser reichen kann. Im Sinne der Erfindung ist unter Schnappstufe ein kleiner radialer Vorsprung zu verstehen, den die Lagerkugel beim Einschieben auf ihre Laufbahn überwinden muss. Der Durchmesser dieser Schnappstufe ist geringfügig kleiner an der Außenring-Kugellaufbahn oder geringfügig größer als der Durchmesser an der Innenring-Kugellaufbahn.
Aus Anspruch 8 geht hervor, dass das axiale Verschieben der Kugelkränze durch Formschluss zwischen einem der Lagerringe und einem der Käfige verhindert ist. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass ein radialer Vorsprung des Käfigs in eine umlaufende Nut eines der Lagerringe eingreift.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante ist im Anspruch 9 beschrieben. Danach ist vorgesehen, dass das dem Kegelritzel benachbart angeordnete und als Stützlager bezeichnete Schrägkugellager einen größeren Durchmesser als das beabstandete und als Vorspannlager bezeichnete Schrägku- gellager aufweist, wobei der Lagerinnenring des Stützlagers eine mittlere und eine rechtsseitig angeordnete Schulter, der Lageraußenring eine mittlere und eine linksseitig angeordnete Schulter, der Lagerinnenring des Vorspannlagers eine mittlere und eine linksseitige angeordnete Schulter, der Lageraußenring eine mittlere und eine rechtsseitig angeordnete Schulter aufweisen und der Teilkreis für die Kugelreihen eines Schrägkugellagers jeweils gleich ist.
Aus den Ansprüchen 10, 11 und 12 gehen verschiedene Ausführungsvarianten der Lageranordnung hervor. So ist nach Anspruch 10 vorgesehen, dass die Kugellaufbahnen eines Schrägkugellagers einen gleichen oder einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Nach einem anderen Merkmal der Erfin- düng nach Anspruch 11 sollen die Kugellaufbahnen beider Schrägkugellager einen gleichen oder einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 12 sollen die Kugellaufbahnen beider Schrägkugellager einen gleichen oder einen unterschiedlichen Druckwinkel aufweisen.
In den Ansprüchen 13 und 14 sind spezielle Ausführungsvarianten von spanlos geformten Lagerringen beschrieben. So ist nach Anspruch 13 vorgesehen, dass der spanlos geformte Lagerring an seiner äußeren oder an seiner inneren Mantelfläche wenigstens über einen Teil seiner axialen Ausdehnung von einem Stützring aufgenommen ist und beide zu einer unverlierbaren Baueinheit zusammengehalten sind. Gemäß Anspruch 14 soll der spanlos geformte Lagerring wenigstens über einen Teil seiner axialen Ausdehnung durch eine radiale Doppelung verstärkt sein.
Schließlich geht aus Anspruch 15 hervor, daß wenigstens einer der Lagerringe mit einer Freistellung versehen sein soll. Darunter ist eine Materialschwächung im Bereich der Schultern zu verstehen, so daß ein Auffedern der Lagerringe im elastischen Bereich ermöglicht wird. Dieses Auffedern macht eine selbsteinstellbare Anpassung an wechselnde Betriebslasten durch Änderung der Schmiegung zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen möglich. Mit größer werdenden Last erhöhen sich die Berührungsflächen zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen. Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß gelagerte Kegelritzelwelle,
Figur 1 a einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1 ,
Figuren 1b, 1c, 1d, einen Längsschnitt durch erfindungsgemäß ausgebildete 1e, 2 und 3 Schrägkugellager,
Figur 4 einen Längsschnitt durch eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes und
Figur 5 einen Längsschnitt durch ein Verteilergetriebe für ein
Kraftfahrzeug nach dem bisherigen Stand der Technik.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in Figur 5 dargestellte Kraftfahrzeug-Verteilergetriebe weist das Gehäuse 1 auf, in dem das Ausgleichsgetriebe 2 über zwei Schrägkugellager 3 gelagert ist. Das Kegelritzel 4 der Kegelritzelwelle 5 treibt das Tellerrad 6 an, das wiederum das Ausgleichsgetriebe 2 in Bewegung setzt. Dieses ist über Aus- gleichsräder 7 und Abtriebsräder 8 mit je einer nicht dargestellten Achswelle verbunden, die ebenfalls nicht dargestellte Räder antreiben. Die Kegelritzelwelle 5 ist im Gehäuse 1 über zwei voneinander beabstandete zweireihige Schrägkugellager 9, 10 gehalten, die durch ein Gewindeteil 11 über die Nabe 11a aufeinander zubewegt, dass heißt, unter Vorspannung gesetzt sind. Die beiden spanend hergestellten Schrägkugellager 9, 10 lassen erkennen, dass deren Montage erschwert ist, da die nicht näher bezeichneten Kugelkränze in axialer Richtung von den zugehörigen Lagerringen abgleiten können.
Wie aus der Figur 1 und deren vergrößerter Teildarstellung Figur 1a erkennbar, ist die Kegelritzelwelle 5 im Gehäuse 1 über voneinander beabstandete, erfindungsgemäß ausgebildete zweireihige Schrägkugellager 12, 13 gehalten, wobei die Spitzen der von den Kugeldrucklinien D1 , D2 gebildeten Kegel nach außen zeigen. Diese weisen jeweils einstückig ausgebildete Lagerinnenringe 12.1 , 13.1 sowie einstückig ausgebildete Lageraußenringe 12.2, 13.2 auf, zwischen denen auf zugehörigen, nicht bezeichneten Laufbahnen in Käfi- gen 12.3, 12.4, 13.3, 13.4 geführte Lagerkugeln 12.5, 12.6, 13.5, 13.6 abwälzen. Die Lagerringe 12.1 , 12.2, 13.1 , 13.2 sind durch einen spanlosen Form- gebungsprozess aus einem tiefziehfähigen Wälzlagerstahl hergestellt, wobei Blechdicken bis zu 4 mm verarbeitbar sind. Hierzu eignet sich insbesondere ein Stahl der Marke C80M. Die Lagerringe 12.1 , 12.2, 13.1 , 13.2 weisen radial nach außen 12.1.1 , 12.1.2, 13.1.1 , 13.1.2 und radial nach innen gerichtete Schultern 12.2.1 , 12.2.2, 13.2.1 , 13.2.2 auf. Wie die Figuren weiter erkennen lassen, besitzen die Lagerkugeln 12.5, 12.6, 13.5, 13.6 innerhalb der Schrägkugellager 12, 13 eine gleiche Größe, wobei die Lagerkugeln 12.5, 12.6 jedoch größer als die Lagerkugeln 13.5, 13.6 sind. Durch den gleichen Teilkreis inner- halb eines Lagers 12, 13 können auch gleich große Lagerkäfig 12.3, 12.4, 13.3, 13.4 verwendet werden. Die größere Dimensionierung des als Stützlager bezeichneten Schrägkugellagers 12 erklärt sich durch die höheren radialen und axialen Belastungen im Bereich des Kegelritzels 4 im Vergleich zum als Vorspannlager bezeichneten Schrägkugellager 13. Durch die O-Anordnung und entsprechend bemessener Vorspannung der beiden Schrägkugellager 13 zueinander ist sichergestellt, dass selbst bei maximaler Betriebslast Spielfreiheit und damit eine sichere Funktion gegeben ist. Wie weiter erkennbar, ist der aus Lagerkugeln 12.5 und Käfig 12.3 bestehende Kugelkranz auf dem Innenring 12.1 durch die beiden radial nach außen gerichteten Schultern 12.1.1 , 12.1.2 gehalten, so dass er diesen in axialer Rich- tung nicht verlassen kann. Der aus Lagerkugeln 12.6 und Lagerkäfig 12.4 zusammengesetzte Kugelkranz wird auf dem Lageraußenring 12.2 durch die in radialer Richtung nach innen gerichteten Schultern 12.2.1 , 12.2.2 gesichert. In analoger Weise erfolgt dies beim linksseitig angeordneten Schrägkugellager 13, wobei die Lagerkugeln 13.5 auf dem Lageraußenring 13.2 durch des- sen Schultern 13.2.1 , 13.2.2 gehalten sind, während die Lagerkugeln 13.6 auf dem Lagerinnenring 13.1 durch dessen Schultern 13.1.1 , 13.1.2 gehalten sind.
Die Montage der Kegelritzelwelle 5 im Gehäuse 1 erfolgt nun vorteilhaft in nachstehend aufgeführter Reihenfolge:
Zunächst werden die beiden Lageraußenringe 12.2, 13.2 gemeinsam mit den auf ihnen gegen axiale Verschiebung gesicherten aus Lagerkugeln 12.6, 13.5 und Käfigen 12.4, 13.3 bestehenden Kugelkränzen eingepreßt. Danach wird auf der Kegelritzelwelle 5 der Lagerinnenring 12.1 des Stützlagers gemeinsam mit den aus Lagerkugeln 12.5 und Käfig 12.3 bestehenden Kugelkranz aufge- presst. Als nächster Schritt erfolgt das Einschieben der Kegelritzelwelle 5 in das Gehäuse 1 zusammen mit den zwischen beiden Lagern 12, 13 angeordneten Vorspannring 14. Anschließend wird der Lagerinnenring 13.1 des Vorspannlagers 13 gemeinsam mit dem zugehörigen, aus Lagerkugeln 13.6 und Käfig 13.4 bestehenden Kugelkranz aufgeschoben, bevor die Gesamtlageranordnung mit Hilfe des Gewindeteils 11 über die Nabe 11a verspannt wird.
Bei der in Figur 1b dargestellten Lageranordnung mit gezogenen Lagerringen ist das linksseitig angeordnete Schrägkugellager 13 einreihig ausgebildet. Das zweireihig ausgebildete Schrägkugellager 12 ist zur Übernahme der Kräfte im Hauptlastrichtung vorgesehen, während das einreihige Schrägkugellager 13 als Vorspannlager wirkt. Die Vorteile einer solchen Lageranordnung sind eine verringerte Anzahl von Lagerkomponenten, was sich vorteilhaft auf die Kosten auswirkt. Auch werden ein reduzierter axialer Bauraum und eine verringerte Lagerreibung möglich.
Bei den in Figuren 1c, 1d und 1e dargestellten Lageranordnungen wird eine elastische Einstellbarkeit der Lagerringe 12.1 , 12.2 realisiert. Dies erfolgt dadurch, daß im Bereich der Schultern 12.1.1 , 12.1.2, 12.2.1 , 12.2.2 Freistellungen 12.7 angeordnet sind, welche ein Auffedern der Lagerringe 12.1 , 12.2 im elastischen Bereich ermöglichen. Durch dieses Auffedern verändert sich die Schmiegung zwischen den beteiligten Wälzkörpern und den Lagerringen. Darunter ist zu verstehen, daß sich mit steigender Belastung die Berührungsfläche zwischen Lagerringen und zugehörigen Wälzkörper vergrößert. Wie die Figuren 1d und 1e weiter erkennen lassen, kann das elastische Auffedern der Lagerringe 12.1 , 12.2 auch begrenzt werden. Dies erfolgt derart, daß zwei von in axialer Richtung voneinander beabstandete Freistellungen 12.7 durch eine Erhöhung 12.8 getrennt sind. Ein Auffedern der Lagerringe 12.1 , 12.2 ist dann immer nur soweit möglich, daß Radialspalt h beim Lagerinnenring 12.1 und der Radialspalt h' beim Lageraußenring 12.2 verschwunden ist.
In Figur 2 ist je ein erfindungsgemäß ausgebildetes Schrägkugellager 15, 16 gezeigt, wobei jedoch aus Gründen einer zeichnerischen Vereinfachung auf zugehörige Käfige verzichtet ist. Wie der obere Teil von Figur 2 zeigt, weisen die beiden Lagerkugeln 15.1 , 15.2 den gleichen Durchmesser, aber im Durchmesser verschiedene Kugellaufbahnen auf. Sowohl Lagerinnenring 15.3 als auch Lageraußenring 15.4 sind wiederum spanlos hergestellt und mit einer Verlängerung versehen, die im umgelegten Zustand als radiale Doppelung 15.3.1, 15.4.1 bezeichnet ist und sich über einen Teil der axialen Ausdehnung der Lagerringe 15.3, 15.4 erstreckt. Die Lagerkugeln 15.1 , 15.2 sind im Außenring 15.4 durch dessen Schultern 15.6, 15.5 und dessen Schnappstu- fen 15.7, 15.8 gehalten, wobei letztgenannte einen etwas geringeren Durchmesser als der Durchmesser des Kugelkranzes aufweisen. Im Unterschied dazu ist das untere Schrägkugellager 16 zwar ebenfalls mit zwei spanlos hergestellten Lagerringen 16.3, 16.4 versehen, die jedoch an ihrer inneren bzw. an ihrer äußeren Mantelfläche von je einem Stützring 16.3.1 bzw. 16.4.1 aufgenommen sind. Die beiden Stützringe 16.3.1 und 16.4.1 können ebenfalls spanlos gefertigt sein und erstrecken sich wiederum nur über einen Teil der axialen Ausdehnung der Lagerringe 16.3 und 16.4. Auch hier erfolgt die Halterung der Lagerkugeln 16.1 , 16.2 im Außenring 16.4 durch dessen Schultern 16.5, 16.6 und dessen Schnappstufen 16.8, 16.7. Falls erforder- lieh, können Lagerring 16.3, 16.4 und Stützring 16.3.1 , 16.4.1 durch Kleben, Schweißen, Löten oder durch andere Art zusammengehalten werden.
In Figur 3 ist schließlich ein erfindungsgemäßes Schrägkugellager 17 gezeigt, dessen Lagerkugeln 17.1 , 17.2 einen unterschiedlichen Durchmesser genauso wie dessen zugehörigen Laufbahnen aufweisen. Der spanend gefertigte Lagerinnenring 17.5 ist mit einer Schulter 17.5.2 versehen und weist in seinem Mittelteil die umlaufende Nut 17.5.1 auf. Der zugehörige, spanlos gefertigte Lageraußenringe ist aus Vereinfachungsgründen zeichnerisch nicht dargestellt. Wie die Figur 3 erkennen lässt, sind die beiden aus Lagerkugeln 17.1 , 17.2 und Lagerkäfigen 17.3, 17.4 bestehenden Kugelkränze durch Formschluß auf dem Lagerinnenring 17.5 gehalten. Dies erfolgt derart, dass der Lagerkäfig 17.4 an seinem linksseitigen Ende mit wenigstens einer radial nach innengerichteten Haltenase 17.4.1 versehen ist, die in die Nut 17.5.1 des Lagerinnenringes 17.5 eingreift. Außerdem besitzt der Lagerkäfig 17.4 mehrere gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Abstandshalter 17.4.2, die den zugehörigen Lagerkäfig 17.3 in radialer Richtung überdek- ken. Ein axiales Abgleiten der beiden Kugelkränze vom Lagerinnenring 17.5 wird also einerseits durch dessen linksseitig angeordnete Schulter 17.5.2 und andererseits durch den Lagerkäfig 17.4 mit dessen Haltenasen 17.4.1 und mit dessen Abstandshalter 17.4.2 verhindert.
Obwohl die Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben ist, wird es dem Fachmann beim Lesen der vorliegenden Beschreibung nicht schwer fallen, sich vielfältige Abänderungen vorzustellen. Dies betrifft insbesondere die unterschiedlichsten Formvarianten von spanlos hergestellten Lagerringen, die dem jeweiligen Anwendungsfall in Abhängigkeit von der Anschlußkonstruktion in einfacher Weise anpassbar sind. So kann beispielsweise anstelle der in Anspruch 10 beanspruchten Doppelung bei einem spanlos hergestellten Lagerring auch ein Stützbund vorhanden sein, der dessen Verstärkung übernimmt. Dieser Stützbund befindet sich an einem axialen Ende des Lagerrings und er- streckt sich in radialer Richtung bis zur Anlage am zu lagernden Teil (Innenring) oder bis zur Anlage am Gehäuse (Außenring) nach innen oder nach außen. Ebenso ist die Erfindung nicht ausschließlich auf die einstückig ausgebildeten Lagerringe der Schrägkugellageranordnung beschränkt. Diese können gegebenenfalls auch mehrteilig ausgebildet sein, wobei sie unter Verwendung eines Schneidverfahrens oder unter Verwendung eines Bruchverfahrens herstellbar sind.
Schließlich ist in Figur 4 eine Antriebswelle 18 gezeigt, die aus mehreren voneinander in axialer Richtung beabstandeten Stellen mit Zahnrädern 18.1 , 18.2, 18.3 verbunden ist. Die Antriebswelle 18 ist rechts- und linksseitig mit ihren beiden Wellenzapfen 18.4, 18.5 von je einem zweireihigen Schrägkugellager 19, 20 gehalten, wobei die Spitzen der von den Kugeldrucklinien D3, D4 aufeinander zu in Richtung Mittelpunkt der Antriebswelle zeigen, d.h., die beiden Schrägkugellager 19, 20 sind zueinander in X-Anordnung angestellt. Die bei- den im Durchmesser unterschiedlich gestalteten Schrägkugellager 19, 20 sind in einem Gehäuse 21 aufgenommen, wobei die einstückig ausgebildeten Lagerringe 19.1 , 19.2, 20.1 , 20.2 durch einen spanlosen Formgebungsprozeß aus einem tiefziehfähigen Wälzlagerstahl hergestellt sind. Die in axialer Richtung innen angeordneten Kugelkränze der beiden Schrägku- gellager 19, 20 werden von nicht näher bezeichneten Schultern der Innenringe 19.1 , 20.1 gehalten während die außen liegenden Kugelkränze der beiden Lager 19, 20 von deren Lageraußenringen 19.2, 20.2 gehalten sind. Auf diese Weise ist die Montage der Lagereinheit erleichtert, weil immer einer der Kugel¬ kränze mit einem der Lagerringe 19.1 , 19.2, 20.1 , 20.2 verbunden ist.
Bezugszeichen
1 Gehäuse 13.2.1 Schulter
Verteilergetriebe 13.2.2 Schulter
3 Schrägkugellager 13.3 Käfig
Kegelritzel 13.4 Käfig
5 Kegelritzelwelle 13.5 Lagerkugel
Tellerrad 13.6 Lagerkugel
7 Ausgleichsrad 14 Vorspannring
8 Abtriebsrad 15 Schrägkugellager
9 Schrägkugellager 15.1 Lagerkugel
10 Schrägkugellager 15.2 Lagerkugel
11 Gewindeteil 15.3 Lagerinnenring
11a Nabe 15.3.1 Doppelung
12 Schrägkugellager 15.4 Lageraußenring
12.1 Lagerinnenring 15.4.1 Doppelung
12.1.1 Schulter 15.5 Schulter
12.1.2 Schulter 15.6 Schulter
12.2 Lageraußenring 15.7 Schnappstufe
12.2.1 Schulter 15.8 Schnappstufe
12.2.2 Schulter 16 Schrägkugellager
12.3 Käfig 16.1 Lagerkugel
12.4 Käfig 16.2 Lagerkugel
12.5 Lagerkugel 16.3 Lagerinnenring
12.6 Lagerkugel 16.3.1 Stützring
12.7 Freistellung 16.4 Lageraußenring
12.8 Erhöhung 16.4.1 Stützring
13 Schrägkugellager 16.5 Schulter
13.1 Lagerinnenring 16.6 Schulter
13.1.1 Schulter 16.7 Schnappstufe
13.1.2 Schulter 16.8 Schnappstufe
13.2 Lageraußenring 17 Schrägkugellager 17.1 Lagerkugel
17.2 Lagerkugel
17.3 Lagerkäfig
17.4 Lagerkäfig
17.4.1 Haltenase
17.4.2 Abstandshalter
17.5 Lagerinnenring
17.5.1 Nut
17.5.2 Schulter
17.5.3 Schulter
18 Antriebswelle
18.1 Zahnrad
18.2 Zahnrad
18.3 Zahnrad
18.4 Wellenzapfen
18.5 Wellenzapfen
19 Schrägkugellager
19.1 Lagerinnenring
19.2 Lageraußenring
20 Schrägkugellager
20.1 Lagerinnenring
20.2 Lageraußenring
21 Gehäuse
D1 Kugeldrucklinie
D2 Kugeldrucklinie
D3 Kugeldrucklinie
D4 Kugeldrucklinie

Claims

Patentansprüche
1. Lagerung einer Welle (5,18) in einem Getriebe für ein Kraftfahrzeug, die über zwei voneinander beabstandete Wälzlager in einem Getriebegehäuse (1 ,21 ) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Lagerringe (12.1 , 12.2, 13.1 , 13.2, 15.3, 15.4, 16.3, 16.4, 19.1 , 19.2, 20.1 , 20.2) durch einen spanlosen Formgebungsprozeß aus einem dickwandigen, tiefziehfähigen Wälzlagerstahl hergestellt ist.
2. Welle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlager als zweireihige Schrägkugellager (12, 13, 15, 16, 19, 20) ausgebildet sind, die zueinander in O- oder in X-Anordnung angestellt sind.
3. Welle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Zahnräderwechselgetriebe als eine Getriebewelle mit wenigstens einem auf ihr gelagerten Zahnrad eingesetzt ist, das über ein Kuppelelement mit der Getriebewelle kuppelbar ist, wobei radial zwischen einer der Getriebewelle zugeordneten inneren Laufbahn und einer in einer Nabe des Zahnrads zugeordneten äußeren Laufbahn zylindrische Wälzkörper in einem Wälzlagerkäfig angeordnet sind.
4. Welle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Verteilergetriebe (2) als eine Kegelritzelwelle (5) eingesetzt ist.
5. Verteilergetriebe mit der Kegelritzelwelle (5), nach Anspruch 4, die über zwei voneinander beabstandete und axial vorgespannte Wälzlager in einem Getriebegehäuse (1 ) gelagert ist und die mit einem Kegelritzel (4) über ein Tellerrad (6) ein im Getriebegehäuse (1 ) gelagertes Ausgleichsgetriebe (2) antreibt, wobei die Wälzlager als zweireihige, einseitig wirkende, einander entgegengerichtete Schrägkugellager (12, 13, 15, 16, 17) ausgebildet sind, die zueinander in O-Anordnung angestellt sind und im Ausgleichsgetriebe (2) Achswellen gelagert sind, die über Abtriebs- (8) und Ausgleichsrader (7) miteinander in Wirkverbindung stehen , dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Lagerringe (12 1 , 12 2, 13 1 , 13 2, 15 3, 154, 16 3, 16 4) der Schragkugellager (12, 13, 15, 16, 17) durch einen spanlosen Formgebungsprozess aus einem dickwandigen, tiefziehfähigen Walzlagerstahl hergestellt ist
Verteilergetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kugelkranze auf einem der Lagerringe (12 1 , 12 2, 13 1 , 132, 15 3, 15 4, 16 3, 164, 17 5) gegen axiales Verschieben gesichert ist
Verteilergetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das axiale Verschieben der Kugelkranze durch Schultern (12 1 1 , 12 1 2, 12 2 1 , 12 2 2, 13 1 1 , 13 1 2, 13 2 1 , 13 2 2, 15 5, 15 6, 16 5, 16 6, 17 5 2, 17 5 3) und durch Schnappstufen (15 7, 15 8, 16 7, 16 8) der Lagerringe (12 1 , 12 2, 13 1 , 13 2, 15 4, 16 4, 17 5) verhindert ist
Verteilergetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das axiale Verschieben der Kugelkranze durch Formschluß zwischen einem der Lagerringe (17 5) und einem der Käfige (17 4) verhindert ist
Verteilergetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Kegelπtzel (4) benachbart angeordnete und als Stutzlager bezeichnete Schragkugellager (12) einen größeren Durchmesser als das beabstandete und als Vorspannlager bezeichnete Schragkugellager (13) aufweist, wobei der Lagerinnenring (12 1 ) des Stutzlagers eine mittlere (12 1 2) und eine rechtsseitig angeordnete Schulter (12 1 1 ), der Lageraußenring (12 2) eine mittlere (12 2 2) und eine linksseitig angeordnete Schulter (12 2 1 ), der La- geπnnenπng (13 1 ) des Vorspannlagers eine mittlere (13 1 2) und eine linksseitig angeordnete Schulter (13 1 1 ), der Lageraußenring (13 2) eine mittlere (132 2) und eine rechtsseitig angeordnete Schulter (13 2 1 ) aufweisen und der Teilkreis für die Kugellreihen (12 5, 12 6, 13 5, 13 6) eines Schragkugellagers (12, 13) jeweils gleich ist
10. Verteilergetπebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellaufbahnen eines Schrägkugellagers (12, 13, 15, 16, 17) einen gleichen oder einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.
11. Verteilergetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellaufbahnen beider Schrägkugellager (12, 13) einen gleichen oder einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.
12. Verteilergetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellaufbahnen beider Schrägkugellager (12, 13) einen gleichen oder einen unterschiedlichen Druckwinkel aufweisen.
13. Verteilergetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der spanlos geformte Lagerring (16.4, 16.3) an seiner äußeren oder an seiner inneren Mantelfläche wenigstens über einen Teil seiner axialen Ausdehnung von einem Stützring (16.4.1 , 16.3.1 ) aufgenommen ist und beide zu einer unverlierbaren Baueinheit zusammengehalten sind.
14. Verteilergetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der spanlos geformte Lagerring (15.3, 15.4) wenigstens über einen Teil seiner axialen Ausdehnung durch eine radiale Doppelung (15.3.1 , 15.4.1 ) verstärkt ist.
15. Verteilergetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Lagerringe (12.1 , 12.2, 13.1 , 13.2, 15.3, 15.4, 16.3,
16.4) mit einer Freistellung (12.7) versehen ist.
PCT/EP2003/008801 2002-08-29 2003-08-08 Lagerung einer welle WO2004020856A1 (de)

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