DE10002026B4 - Schrägverzahntes Zahnrad mit einem Loslager - Google Patents

Abstract

Schrägverzahntes Zahnrad (Zwischenzahnrad 22) mit einem Loslager mit zwei Reihen von zylindrischen Wälzkörpern, bei dem sowohl jede Reihe einen Käfig (7) zur Führung der zugehörigen Wälzkörper aufweist als auch Mittel zur Lagefixierung der beiden Käfige (7) relativ zueinander in einem vormontierten Lagerzustand vorgesehen sind, wobei die beiden Käfige (7) durch eine von den übrigen Lagerkomponenten unabhängige lösbare Verbindung (8) zur Herstellung eines vormontierten Lagerzustandes unmittelbar miteinander in Verbindung bringbar sind, wobei die lösbare Verbindung (8) formschlüssig ausgebildet ist, wobei die lösbare Verbindung (8) bei einer Radiallagerung Freiheitsgrade für eine begrenzte Knickwinkel- und/oder Drehbewegung (9, 10) der Käfige (7) relativ zueinander in Bezug auf ihre Käfighauptachsen (11-11) aufweist, wobei die geometrische Hauptachse (12-12) der lösbaren Verbindung (8) für die Relativbewegungen der beiden komplementären Verbindungsteile (13, 14) für das Lösen oder Schliessen der Verbindung (8) parallel zu den Zylinderachsen (15-15) der Wälzkörper (Nadeln 5) liegt, wobei wenigstens einer der beiden komplementären Verbindungsteile...

Description

• Die Erfindung betrifft gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1 ein schrägverzahntes Zahnrad mit einem Loslager.
• Die US 3,388,952 zeigt bereits ein Wälzlager, welches in Übereinstimmung mit der Erfindung zwei Reihen von zylindrischen Wälzkörpern aufweist. Dabei weist jede Reihe einen Käfig zur Führung der zugehörigen Wälzkörper auf. Es sind auch Mittel zur Lagefixierung der beiden Käfige relativ zueinander in einem vormontierten Lagerzustand vorgesehen. Dabei sind die beiden Käfige durch eine von den übrigen Lagerkomponenten unabhängige lösbare Verbindung mittels axialen Ansätzen miteinander in Verbindung bringbar. Diese axialen Ansätze der beiden Käfige dienen dem Schutz von Dichtringen vor scharfen Kanten der Käfige. Gemäß dieser Druckschrift reicht eine lose rutschende Verbindung der beiden Käfige miteinander für viele Zwecke aus, wobei jedoch auch eine sichere Verbindung durch Verkleben oder Überlappen der beiden Käfige als Möglichkeit erwähnt ist, was die lose gleitende Verbindung ausschließt.
• Aus A. G. Russ "Wälzlagertechnik Teil 2 "Kontakt & Studium, Bd. 248, S.166, Bild 5.22; expert-Verlag 1988; 7044 Ehningen; ISBN 3-8169-0320-7 ist ferner ein Wälzlager mit zwei Käfigen bekannt. Diese beiden Käfige sind im vormontierten Lagerzustand in einen mit Borden versehenen Außenlaufring eingesetzt. Da die Käfige bei dieser Anordnung keine Relativbewegungen zueinander ausführen können, ergeben sich Schwierigkeiten insbesondere bei solchen Anwendungsfällen – bspw. bei der Lagerung von schrägverzahnten Zahnrädern – bei denen ein Verklemmen der Nadeln bewirkende Kräfte auftreten und somit eine Relativbeweglichkeit wünschenswert werden lassen. Andererseits kann bei der Montage von zwei einzelnen Zahnkränzen zur Herstellung des betriebsbereiten Endeinbauzustandes einer ohne Mittel zur Lagefixierung der Käfige ausgebildeten Wälzlageranordnung einer der Zahnkränze vergessen werden, was zum Ausfall der Wälzlagerung und dadurch zum Ausfall bspw. eines ganzen Kraftfahrzeug-Getriebes führt. Das Fehlen des einen Zahnkranzes nach der Endmontage ist nicht ohne weiteres zu erkennen, da seitliche Anlaufbegrenzungen die Sicht auf die Zahnkränze bzw. auf den verbleibenden einen Zahnkranz im Allgemeinen versperren. Auch ein in üblicher Weise zeitlich begrenzt durchgeführter Funktionsprüflauf mit geringerer Belastung kann den Montagefehler nicht aufdecken.
• Ferner zeigt die nicht vorveröffentliche Druckschrift DE 198 60 688 A1 ein Losrad eines Getriebes, welches zwei Reihen von zylindrischen Wälzkörpern aufweist. Jede Reihe weist einen Käfig zur Führung der zugehörigen Wälzkörper auf. Des Weiteren sind Mittel vorgesehen zur Lagefixierung der beiden Käfige relativ zueinander in einem vormontierten Lagerzustand. Die beiden Käfige sind durch eine von den übrigen Lagerkomponenten unabhängig lösbare Verbindung zur Herstellung eines vormontierten Lagerzustandes unmittelbar miteinander in – Verbindung bringbar. Offenbart ist in dieser Druckschrift der Einsatz der Wälzlageranordnung zur Vereinfachung der Montage und zur Gewährleistung unterschiedlicher Drehzahlen einzelner Reihen der Wälzlageranordnung. Eine geometrische Hauptachse der lösbaren Verbindung für die Relativbewegungen der beiden komplementären Verbindungsteile für das Lösen oder Schließen der Verbindung liegt parallel zu den Zylinderachsen der Wälzkörper. Dabei weisen die beiden komplementären Verbindungsteile der lösbaren Verbindung ein Rastenglied auf, welches in zur geometrischen Hauptachse der lösbaren Verbindung senkrecht liegenden Richtungen gegenüber seinem Käfig rückfedernd auslenkbar ist. Dieses Rastenglied steht mit einem komplementären Rastenglied des anderen komplementären Verbindungsteiles in Eingriff, wenn die Verbindung geschlossen ist.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein montagefreundliches schrägverzahntes Zahnrad mit einem Loslager zu schaffen, bei welchem ein Verklemmen und ein Ausfall sicher ausgeschlossen sind.
• Die erläuterte Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 in vorteilhafter Weise gelöst.
• Bei der Wälzlageranordnung nach der Erfindung bilden die beiden Käfige eine Montage-Einheit, die einen Außenlaufring entbehrlich werden lässt, so dass nicht zuletzt eine wesentliche Verbilligung der Wälzlageranordnung erzielt ist. Auch das bei Verwendung eines Außenlaufringes erforderliche Einpressen des Lagers sowie eine diesbezügliche Montagevorrichtung sind in Fortfall gekommen.
• Bei der Wälzlageranordnung nach der Erfindung könnte die lösbare Verbindung der Käfige bspw. als eine Relativbewegungen zulassende reibschlüssige Klemmverbindung ausgebildet sein.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Schrägverzahnung an den Zähnen eine in Richtung der Lagerachse des Zahnrades wirkende Axialkraft entsteht, welche proportional zu dem von dem Zahnrad übertragenen Antriebsmoment ist. Eine derartige Axialkraft ist für eine Geradverzahnung nicht vorhanden.
• Die Axialkraft bewirkt ein Kippmoment, welches auf eine Verkippung des Zahnrades gerichtet ist. Dies bewirkt, dass im Gegensatz zu einer Geradverzahnung die radialen Abstützkräfte auf der Welle nicht gleichmäßig verteilt sind, sondern vielmehr Spannungsspitzen in axial außen liegenden Bereichen des Zahnrades entstehen. Für den Fall zweier separater Käfige bedeutet dies, dass ein Käfig in seinem oben liegenden Außenbereich nach unten gepresst wird und ein Käfig in seinem untenliegenden Außenbereich nach oben gepresst wird.
• Eine derartige ungünstige Ausrichtung der Käfige kann erfindungsgemäß vermieden werden, indem die Käfige zu einer Baueinheit zusammengeclipst werden.
• Des Weiteren tritt der vorgenannte Effekt nicht bei jeder der genannten Ausführungsformen eines Losrades auf. Zum Eintritt des Effektes muss vielmehr eine Axialkraft an den Zähnen wirken.
• Notwendige Bedingung für das Auftreten der genannten Axialkraft ist das Vorhandensein einer Schrägverzahnung. Diese Erkenntnis liegt dem Gegenstand der Erfindung zugrunde.
• Des Weiteren muss zum Eintritt des Effektes während der wälzenden Bewegung der Wälzlageranordnung eine Axialkraft wirken. Für ein "herkömmliches" Losrad gemäß dem Stand der Technik wirkt aber die Axialkraft lediglich in geschaltetem Zustand, also bei durch eine Synchronisiereinrichtung überbrückter Wälzlageranordnung. Die vorliegende Erfindung hat daher erkannt, dass der Einsatz der Wälzlageranordnung besonders vorteilhaft ist für die Radiallagerung eines bei einer Drehmomentübertragung relativ zu einer Lagerachse (Lagerbolzen) drehbaren Zahnrades.
• Das schrägverzahnte Zahnrad mit einer Loslagerung kann insbesondere bei Wälznadellagerungen von schrägverzahnten Zahnrädern – wie dem die Drehsinnumkehr vermittelnden Zwischenzahnrad einer Zahnradstufe für den Rückwärtsgang eines Kraftfahrzeug-Zahnräderwechselgetriebes – Anwendung finden. Bei einer solchen üblicher Weise als Loslager ausgelegten bekannten Wälzlageranordnung können Kippmomente auftreten, welche ein Verklemmender Nadelrollen und dadurch Torsionsmomente an den Nadelkäfigen verursachen, die durch die erfindungsgemäße Relativbeweglichkeit der Nadelkäfige gegeneinander abgebaut oder ganz vermieden sind.
• Bei der Wälzlageranordnung nach der Erfindung könnte der Formschluss der beiden komplementären Verbindungsteile in Bezug auf seine geometrische Hauptachse derart quer oder senkrecht zu den Zylinderachsen der Wälzkörper ausgebildet sein, dass die beiden Käfige mit ihrem jeweils zugehörigen Verbindungsteil beim Montieren oder Demontieren translatorische Relativbewegungen zueinander unter paralleler Ausrichtung ihrer Käfighauptachsen ausführen.
• Erfindungsgemäß können die beiden Käfige mit ihrem jeweils zugehörigen Verbindungsteil axiale Relativbewegungen zueinander unter koaxialer Ausrichtung ihrer Käfighauptachsen zur Hauptachse der Wälzlageranordnung ausführen. Dies hat den Vorteil, dass die lösbare Verbindung quasi als Steckkupplung ausgebildet sein kann.
• Bei der Wälzlageranordnung nach der Erfindung können übliche Mittel – bspw. in bajonettartiger Form – zur gegenseitigen lösbaren Verriegelung der komplementären Verbindungsteile vorgesehen sein.
• Dabei ist ein Rasteneingriff bei den Verbindungsteilen zu ihrer gegenseitigen Fixierung in der Schließ-Stellung verwendet.
• Bei der Wälzlageranordnung hat sich die Ausgestaltung der lösbaren Verbindung für die Käfige als Clipsverbindung nach Patentanspruch 5 insbesondere für die Montage als zweckmäßig ergeben.
• Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Wälzlageranordnung nach der Erfindung sieht eine Klebverbindung gemäß Patentanspruch 6 vor.
• Beide Käfige können identisch ausgebildet sein.
• Die Erfindung ist nachstehend anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsform näher beschrieben. In der Zeichnung bedeuten
• 1 einen Ausschnitt aus einem Zahnräderwechselgetriebe eines Kraftfahrzeuges an der Stelle eines Zwischenzahnrades, das durch eine Wälzlageranordnung nach dem Stand der Technik in einem Gehäuseteil gelagert ist und einer Zahnradstufe zur Bildung der Übersetzung und des Drehsinnes des Rückwärtsganges angehört, und
• 2 eine Wälzlageranordnung nach der Erfindung, welche anstelle der bekannten Wälzlageranordnung zur Lagerung des Zwischenzahnrades gemäss 1 vorgesehen sein kann.
• Ein Lagerbolzen 23 ist an seinem einen Bolzenende durch eine als Sackloch ausgebildete Lagerbohrung 24a eines Gehäuseteiles 24 eines Getriebegehäuses eines Zahnräderwechselgetriebes und an seinem anderen Bolzenende durch einen Lagerschild 25 mit zugehöriger Befestigungsschraube 26 jeweils feststehend gegenüber dem Getriebegehäuse fi xiert. Auf dem Lagerbolzen 23 ist ein Zwischenzahnrad 22 einer Zahnradstufe zur Bildung des Rückwärtsganges mittels einer konventionellen Wälzlageranordnung drehbar gelagert, welche zwei Reihen 3 und 4 von Wälznadeln 5 mit je einem Käfig 6 aufweist. Die Axialbeweglichkeit beider Käfige 6 ist in der einen Richtung der Lagerachse 29-29 durch eine Anlauffläche 27 des Gehäuseteiles 24 und in der entgegengesetzten Richtung durch eine Anlaufscheibe 28 begrenzt, wobei letztere konzentrisch auf dem Lagerbolzen 23 und axial zwischen dem Zwischenzahnrad 22 und dem Lagerschild 25 angeordnet ist. Die Axialbeweglichkeit der Käfige 6 in der jeweils auf den anderen Käfig 6 weisenden Richtung der Lagerachse 29-29 ist dadurch begrenzt, dass die beiden Käfige 6 mit geringem Axialspiel, im wesentlichen jedoch unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind. Die Käfige 6 sind durch ihre Wälznadeln 5 geführt und dabei sowohl relativ zueinander als auch relativ zu den anderen Lagerkomponenten 22, 23, 27 und 28 an sich lose angeordnet.
• Bei der Wälzlagerung nach der Erfindung sind die beiden Reihen 3 und 4 von Wälznadeln 5 mit je einem erfindungsgemässen Käfig 7 versehen, wobei diese beiden Käfige 7 zur Herstellung eines vormontierten Lagerzustandes, der in 2 dargestellt ist, durch eine lösbare Verbindung 8 sowohl unmittelbar miteinander als auch unabhängig von allen anderen Lagerkomponenten in Verbindung bringbar sind. Die beiden komplementären Verbindungsteile 13 und 14 der lösbaren Verbindung 8 sind nach Art einer Steckkupplung ausgebildet, deren Hauptachse 12-12 zentral sowie parallel zu den Zylinderachsen 15-15 der Wälznadeln 5 liegt und im Endeinbauzustand der Wälzlageranordnung mit der Lagerachse 29-29 zusammenfällt. Die Verbindungsteile 13, 14 – die beim Lösen oder Schliessen der Verbindung 8 relativ zueinander und koaxial zur Hauptachse 12-12 betätigt werden – sind als zur Hauptachse 12-12 konzentrisch liegende Kupplungsringe 16 und 17 ausgebildet, deren im geschlossenen Zustand der Verbindung 8 unmittelbar aneinander anliegende Ringquerschnitte aufgrund ihrer unterschiedlichen Wirkdurchmesser radial zur Hauptachse 12-12 gegeneinander versetzt sind. Der mit seinem Ringquerschnitt radial aussen liegende Kupplungsring 16 ist an dem einen Stirnende 18 des jeweiligen Käfigs 7 ausgebildet und an seinem Innenumfang mit einer zur Hauptachse 12-12 konzentrisch umlaufend ausgebildeten Ringnut 20 versehen. Der mit seinem Ringquerschnitt radial innen liegende andere Kupplungsring 17 ist an dem anderen Stirnende 19 des jeweiligen Käfigs 7 ausgebildet und an seinem Aussenumfang mit einem zur Hauptachse 12-12 konzentrisch umlaufend ausgebildeten Ringnocken 21 versehen, welcher in die Ringnut 20 formschlüssig eingreift. Die lösbare Verbindung 8 ist mit zusätzlichen Freiheitsgraden derart ausgebildet, dass die beiden Käfige 7 mit ihrer jeweils zugehörigen Käfighauptachse 11-11, welche im geschlossenen unbelasteten Zustand der Verbindung 8 mit der Hauptachse 12-12 zusammenfällt, relativ zueinander Knickwinkelbewegungen 9 und/oder Drehbewegungen 10 ausführen können.
• Die im geschlossenen Zustand der Verbindung 8 aneinander anliegenden Querschnitte der komplementären Verbindungsteile 13, 14 sind derart elastisch ausgebildet, dass wenigstens der eine Verbindungsteil 13 bzw. 14 in den quer oder senkrecht zur Hauptachse 12-12 liegenden Richtungen relativ zu seinem Käfig 7 rückfedernd ausgebildet ist, so dass die Verbindung 8 als Clipsverbindung wirkt.
• Jeder Käfig 7 ist mit den beiden Verbindungsteilen 13,14 an seinen Stirnenden 18, 19 einteilig ausgebildet.
• Beide Käfige 7 der Wälzageranordnung sind identisch ausgebildet, da beide komplementären Verbindungsteile 13, 14 der lösbaren Verbindung 8 an den beiden Stirnseiten 18, 19 jedes einzelnen Käfigs 7 unter gegenseitiger radialer Versetzung ihrer unmittelbar an einem Querschnitt des jeweils anderen Käfigs anlegenden Querschnitte verteilt angeordnet sind.

Claims (11)

1. Schrägverzahntes Zahnrad (Zwischenzahnrad 22) mit einem Loslager mit zwei Reihen von zylindrischen Wälzkörpern, bei dem sowohl jede Reihe einen Käfig (7) zur Führung der zugehörigen Wälzkörper aufweist als auch Mittel zur Lagefixierung der beiden Käfige (7) relativ zueinander in einem vormontierten Lagerzustand vorgesehen sind, wobei die beiden Käfige (7) durch eine von den übrigen Lagerkomponenten unabhängige lösbare Verbindung (8) zur Herstellung eines vormontierten Lagerzustandes unmittelbar miteinander in Verbindung bringbar sind, wobei die lösbare Verbindung (8) formschlüssig ausgebildet ist, wobei die lösbare Verbindung (8) bei einer Radiallagerung Freiheitsgrade für eine begrenzte Knickwinkel- und/oder Drehbewegung (9, 10) der Käfige (7) relativ zueinander in Bezug auf ihre Käfighauptachsen (11-11) aufweist, wobei die geometrische Hauptachse (12-12) der lösbaren Verbindung (8) für die Relativbewegungen der beiden komplementären Verbindungsteile (13, 14) für das Lösen oder Schliessen der Verbindung (8) parallel zu den Zylinderachsen (15-15) der Wälzkörper (Nadeln 5) liegt, wobei wenigstens einer der beiden komplementären Verbindungsteile (13, 14) der lösbaren Verbindung (8) wenigstens ein Rastenglied (Kupplungsring 16 bzw. 17) aufweist, welches sowohl in zur geometrischen Hauptachse (12-12) der lösbaren Verbindung (8) quer oder senkrecht liegenden Richtungen gegenüber seinem Käfig (7) rückfedernd auslenkbar ist als auch mit einem komplementären Rastenglied (Kupplungsring 17 bzw. 16) des anderen komplementären Verbindungsteiles (14, 13) in Eingriff steht, wenn die Verbindung (8) geschlossen ist.
2. Schrägverzahntes Zahnrad mit einem Loslager nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradstufe den Rückwärtsgang bildet, wobei die Lagerachse als Lagerbolzen (23) ausgebildet ist, welcher feststehend gegenüber einem Getriebegehäuse fixiert ist.
3. Schrägverzahntes Zahnrad mit einem Loslager nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der beiden komplementären Verbindungsteile (13, 14) der lösbaren Verbindung (8) wenigstens ein an der Bildung des Formschlusses beteiligtes formschlüssiges Eingriffsglied (Kupplungsring 16, 17) aufweist, das zusätzlich als ein rückfedernd auslenkbares Rastenglied ausgebildet ist (Clipsverbindung).
4. Schrägverzahntes Zahnrad mit einem Loslager nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung als Klebverbindung ausgebildet ist, bei der die Wärmebeständigkeit ihres Klebstoffes bei Erreichen eines Betriebswertes der Lagertemperatur gegen Null geht.
5. Schrägverzahntes Zahnrad mit einem Loslager nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die komplementären Verbindungsteile (13, 14) je einen Kupplungsring (16, 17) aufweisen und der Kupplungsring (16) des einen Verbindungsteiles (13) mit einer zur Käfighauptachse (11-11) konzentrisch und umlaufend ausgebildeten Ringnut (20) und der andere Kupplungsring (17) mit einem zur Käfighauptachse (11-11) konzentrisch und umlaufend ausgebildeten Ringnocken (21) versehen ist.
6. Schrägverzahntes Zahnrad mit einem Loslager nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (20) am Innenumfang des zugehörigen Kupplungsringes (16) ausgebildet ist.
7. Schrägverzahntes Zahnrad mit einem Loslager nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringnocken (21) am Aussenumfang des zugehörigen Kupplungsringes (17) ausgebildet ist.
8. Schrägverzahntes Zahnrad mit einem Loslager nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut am Aussenumfang des zugehörigen Kupplungsringes ausgebildet ist.
9. Schrägverzahntes Zahnrad mit einem Loslager nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringnocken am Innenumfang des zugehörigen Kupplungsringes ausgebildet ist.
10. Schrägverzahntes Zahnrad mit einem Loslager nach einem der Patentansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die komplementären Verbindungsteile (13, 14) mit ihrem zugehörigen Kupplungsring (16, 17) einteilig ausgebildet sind.
11. Schrägverzahntes Zahnrad mit einem Loslager nach einem der Patentansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für die Käfige (7) ein Polyamid vorgesehen ist.