DE102009056352A1 - Wälzlager mit am Lageraußenring angebrachten höckerartigen Vorsprüngen - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Lagerinnenring und einem radial außerhalb davon angeordneten Lageraußenring, zwischen denen Wälzkörper positioniert sind, wobei radial außerhalb vom Lageraußenring ein einstückiges Abkopplungselement als Schwingungsdämpfer vorhanden ist, das den Lageraußenring zumindest abschnittsweise umgreift und mit einem zumindest teilzylinderförmig ausgestalteten Auflageabschnitt auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings aufliegt, wobei der Auflageabschnitt in axialer Richtung durch einen Federabschnitt unterbrochen ist, bei dem das Abkopplungselement von der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings beabstandet ist.
- Hintergrund der Erfindung
- Solche Wälzlager, die als Wälzkörper abrollende Elemente umfassen, sind aus dem Stand der Technik etwa der
DE 10 2007 045 671 A1 , derDE 221409 A1 oder derDE 3041804 A1 bekannt. Als Wälzkörper können Kugeln, Rollen, Walzen, Nadeln, Kegel oder ähnliche Elemente verwendet werden. Diese abrollenden Elemente sind im Regelfall in einem Käfig gehalten, der zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring vorhanden ist. - Solche Wälzlager werden zur Lagerung von Wellen verwendet. Solche Wellen finden u. a. auch in stufenlos arbeitenden Getrieben Anwendung. Solche Getriebe werden als CVT-Getriebe bezeichnet.
- Auf einer in einem solchen CVT-Getriebe verwendeten Welle sind häufig Kegelscheibenräder angebracht, die von einem Umschlingungsmittel zumindest teilweise umschlungen werden. Die Kegelscheibenräder sind zueinander verstellbar, wobei jedoch die Umschlingungsmittel, wie bspw. Lamellenketten, in Anlage mit den Kegelscheibenrädern bleiben.
- Bei solchen CVT-Getrieben treten ungewollte Schwingungen auf, die dann über die Welle, die Lagerinnenschale, die Wälzkörper und die Lageraußenschale auf ein das Wälzlager aufnehmendes Gehäuse übertragen werden. Es wird dabei vor allem Körperschall übertragen. Da das Gehäuse zusammen mit dem CVT-Getriebe häufig in Kraftfahrzeugen, wie Pkws oder Lkws Anwendung findet, aber auch Traktoren und Erdbaumaschinen, ist dort die erhöhte Anforderung an Schallemissionen zu berücksichtigen.
- Diese grundsätzliche Aufgabe der Schallreduktion oder Vermeidung von Schallübertragung wird im Stand der Technik bereits diskutiert. So offenbart die
DE 10203307 A1 ein Lagerungskonzept für drehende Wellen. Dort werden drei unterschiedliche Ansätze erläutert, um eine Schallübertragung vom Lageraußenring auf ein Gehäuse zu verhindern. So wird bspw. angeregt, eine teilzylinderförmige Hülse über den Lageraußenring zu stülpen, wobei die Hülse Vorsprünge aufweist, die abwechselnd nach innen oder nach außen ragen. Die Vorsprünge sind dabei in einer Axialrichtung des Lagers ausgerichtet und in Umfangsrichtung zueinander unterbrochen. - Auch wird in der
DE 10203307 A1 offenbart, das ein hülsenartiges Kombinationselement verwendet wird, das eine elastische Schicht zwischen zwei Metalllagen aufweist, wobei die eine Metalllage in Anlage mit dem Gehäuse und die andere Metalllage in Anlage mit dem Außenring des Lagers befindlich ist. - Eine weitere Lösung wird in der
DE 10203307 A1 dadurch angeboten, dass mehrere wellenförmig ausgebildeten Federelemente, die keinen durchgängigen Querschnitt aufweisen, miteinander kombiniert werden, wobei die Erhebungen und Vertiefungen zueinander versetzt angeordnet sind. Dieser dadurch geschaffene Ring aus mehreren Elementen wird dann auf der Außenseite der Lageraußenschale positioniert. - Auch ist es bekannt, mehrere federnde Elemente zusammenzufassen und von außen mit einer Sicherungsbuchse auf den Lageraußenring zu drücken. Ferner ist es bekannt, zwei halbzylinderförmige Segmente sich ergänzend von außen am Lageraußenring miteinander zu kombinieren. Dabei liegen die Elemente flächig auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings auf. Von diesem Bereich nach innen orthogonal abstehend, sind Borde angeordnet, die in Anlage mit den axialen Außenseiten des Lageraußenrings befindlich sind. Ferner sind sowohl in die Borde als auch in die mit der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings in Anlage befindlichen Abschnitte Schlitze eingebracht.
- Auch die
DE 10307842 A1 offenbart eine Vielzahl von potenziellen Lösungsmöglichkeiten für die allgemeine Aufgabe in dem Anwendungsgebiet. So wird bspw. eine den Lageraußenring umgreifende Hülse offenbart, die in einem mittigen Bereich von Anlageabschnitten radial nach außen abstehende radiale Wölbungen aufweist. - Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungsmöglichkeiten sind jedoch aufwändig in der Fertigung und daher sehr kostenintensiv. So ist bspw. das Einbringen der erläuterten Schlitze bisher nur durch teure Draht- oder Laserschneidverfahren überhaupt möglich. Es stellt sich dann jedoch der Nachteil ein, dass neben einer radialen Verschiebbarkeit des Wälzlagers dann auch eine axiale Verschiebbarkeit aufgrund der Verwindung der den Lageraußenring umgebenden Hülse die Folge ist.
- Auch die in der
DE 10307842 A1 offenbarten Lösungsmöglichkeiten sind noch verbesserungsfähig, da deren Realisierung relativ aufwändig ist. - Aufgabe der Erfindung
- Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik es daher Aufgabe vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden und eine kostengünstige, effiziente und langlebige Geräuschvermeidungsmöglichkeit für die Lagerung von CVT-Getriebewellen zur Verfügung zu stellen.
- Beschreibung der Erfindung
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings zwei sich zumindest teilweise über den Umfang erstreckende höckerartige Vorsprünge vorhanden sind, auf denen der Auflageabschnitt aufliegt.
- Die Auflage ist nun nicht mehr an den Enden der Borden notwendigerweise vorzuhalten, sondern ist auf der Innenseite der Abkopplungselemente in dem Bereich des größten Innendurchmessers vorgehalten. Um einen federnden Bereich des Abkopplungselementes vorzuhalten, also auch einen Bereich zur Verfügung zu stellen, in dem ein Teil des Abkopplungselementes in Richtung des Lagerinnenrings bewegbar ist, stellen die höckerartigen Vorsprünge einen zwischen diesen befindlichen Einfederbereich zur Verfügung.
- Eine Geräuschoptimierung in stufenlosen Getrieben ist dadurch effizient realisierbar. Die über die Kettenglieder der CVT-Kette herrührenden Schwingungen, welche sich über die Lager auf die Getriebegehäuse übertragen, lassen sich dadurch reduzieren. Eine Entkoppelung des Gehäuses in radialer Richtung wird selbst bei Festlagern möglich, welche immer noch in axialer Richtung festlegbar sind. Die Gehäuseschwingungen und damit auch die Schallemissionen lassen sich deutlich reduzieren.
- Die Toleranzkette wird auch nicht verlängert. Auch müssen die Durchmesser der Borde nicht notwendigerweise geschliffen werden, um eine angemessene Funktion überhaupt zu gewährleisten. Dadurch summieren sich nicht mehr eine Vielzahl von Schleiftoleranzen miteinander.
- Das Abkopplungselement kann einen geschlossenen durchgängigen Querschnitt aufweisen oder an einer Stelle durchbrochen sein. Mit anderen Worten kann das Abkopplungselement eine Tubusform aufweisen oder die Form einer geschlitzten Hülse. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Montageformen realisieren, was die Gestaltungsfreiheit erhöht.
- Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
- So ist es von Vorteil, wenn der Federabschnitt zwischen zwei radial ausgerichteten gedachten Ebenen durch die Vorsprünge befindlich ist. Der Federabschnitt kann dann in einen Einfederbereich zwischen den Vorsprüngen einfedern und dadurch die gewünschte Schwingungsreduktionswirkung zur Verfügung stellen.
- Besonders verrutschsicher lässt sich das Wälzlager gestalten, wenn das Abkopplungselement als Hülse mit einem zylinderförmigen Auflageabschnitt ausgebildet ist.
- Wenn in axialer Richtung, außerhalb des Auflageabschnitts und quer dazu angeordnete, zum Lagerinnenring weisende Borde, ausgebildet sind, so kann das Abkopplungselement auch in axialer Richtung präzise auf dem Lageraußenring positioniert werden. Es ist dabei ferner von Vorteil, wenn die Borde einen orthogonalen Winkel zum zylinderförmigen Auflageabschnitt einnehmen. Die Positionierbarkeit des Abkopplungselementes relativ zum Lageraußenring lässt sich dann bei gleichzeitiger Vereinfachung des Herstellprozesses realisieren.
- Es ist auch von Vorteil, wenn in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Federabschnitt Ausnehmungen aufweist. Auf diese Weise lässt sich gezielt das Federverhalten so einstellen, dass die notwendige radiale Steifigkeit gewährleistet bleibt. Es lassen sich dann radiale Steifigkeiten von 150.000 N/mm2 mit einem Einstellbereich von 20.000 N/mm2 um diesen Wert herum realisieren.
- Die Ausnehmungen können dabei kreisrund, dreieckig oder schlitzförmig ausgestaltet sein. Wenn die Dreiecke gleichschenklig ausgebildet sind, ist dies weiter von Vorteil. Auch ist es dabei von Vorteil, wenn die Dreiecke aufeinander zu ausgerichtet und zueinander versetzt sind. Bei einer kreisrunden Ausgestaltung der Ausnehmungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn drei zueinander versetzte Reihen in den Abschnitt eingebracht sind. Die Ausnehmungen müssen nicht notwendigerweise außerhalb des Auflageabschnitts enden, sondern können sogar teilweise in diesen hinein ragen.
- Wenn die Borde ausnehmungsfrei ausgestaltet sind, so wird eine axiale Verschiebbarkeit des Abkopplungselementes verhindert, da die Borde stabilisierend auf das Abkopplungselement beim Einwirken axialer Kräfte wirken und nicht geschwächt sind.
- Es ist ferner von Vorteil, wenn das Abkopplungselement in einem Verbindungsbereich zwischen einem der Borde und dem Auflageabschnitt eine Verdünnung zur Verfügungsstellung einer Bördelstufe aufweist. Auf diese Weise lässt sich ein topfförmig vorgeformtes Abkopplungselement mit einer durchgängigen Öffnung von der einen Seite auf den Lageraußenring aufbringen und dann durch einen Bördelvorgang so umformen, dass sich der zweite Bord von der Bördelstufe weg nach innen erstreckt. Ein einfacher Herstellungsprozess bei gleichzeitig präziser Fertigung des Wälzlagers lässt sich dann realisieren.
- Wenn die Borde radial nach innen verlaufende Anlageflächen aufweisen, die sich gegenüber liegen und flächig in Anlage mit einer Schulter je einer Ausnehmung auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings sind, wobei die Ausnehmung jeweils als vorzugsweise umlaufende Nut am axialen Ende der Lageraußenschale ausgebildet ist, lässt sich die Qualität des Wälzlagers weiter erhöhen.
- Auch ist es von Vorteil, wenn sich die Vorsprünge unterbrechungsfrei über den Umfang der äußeren Mantelfläche der Lageraußenschale erstrecken. Ein gleichmäßiger Kraftübergang ist dann die Folge.
- Ferner ist es von Vorteil, wenn die Außenseiten der Borde mit den Außenseiten der Lageraußenschale in axialer Richtung bündig abschließen. Das Gehäuse muss dann nicht speziell auf das Wälzlager vorbereitet sein.
- Wenn die Verdünnung als auf der Innenseite des Abkopplungselementes ausgebildete umlaufende Nut ausgeformt ist, so lässt sich das Abkopplungselement mit einfachen Mitteln für den Bördelvorgang vorbereiten.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 einen im Querschnitt dargestellten Abschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wälzlagers im Bereich eines Lageraußenrings und eines ersten Abkopplungselementes; -
2 eine perspektivische Ansicht des Abkopplungselementes des ersten Ausführungsbeispiels gemäß1 ; -
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Abkopplungselementes an einem Lageraußenring in einer Querschnittsdarstellung; -
4 das zweite Ausführungsbeispiel eines Abkopplungselementes in perspektivischer Ansicht; -
5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Abkopplungselementes am Lageraußenring im Querschnitt; -
6 das dritte Ausführungsbeispiel des Abkopplungselementes in perspektivischer Ansicht. - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
- Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Für die gleichen Elemente werden dieselben Bezugszeichen verwendet.
- In
1 ist ein Abschnitt eines ersten erfindungsgemäßen Wälzlagers1 dargestellt. Ein Lagerinnenring ist nicht dargestellt, genauso wenig wie die Wälzkörper, die in einem Käfig gelagert sind. Lediglich der Lageraußenring2 ist dargestellt. Auch ist ein radial außerhalb des Lageraußenrings2 angeordnetes Abkopplungselement3 dargestellt. Das Abkopplungselement3 weist einen von einem Federabschnitt4 unterbrochenen Auflageabschnitt5 auf. Der Auflageabschnitt5 liegt an höckerartigen Vorsprüngen6 an. Die Vorsprünge6 haben eine Vorsprungsoberfläche7 . Die axiale Länge der Vorsprungsoberfläche7 zuzüglich der axialen Länge des Federabschnitts4 ergibt die axiale Länge des Auflageabschnitts5 . Der Auflageabschnitt5 liegt somit letztendlich nur im Bereich der Vorsprungsoberfläche7 auf einer radialen Umfangsfläche8 des Lageraußenrings2 an. - Orthogonal von dem Auflageabschnitt
5 des Abkopplungselementes3 abstehend, sind endseitig des Abkopplungselementes3 zwei um 90° abgewinkelte und radial nach innen abstehende Borde9 ausgeformt. Die Borde9 sind integrale Bestandteile des Abkopplungselementes3 . Eines der Borde9 weist im Übergangsbereich zu dem Auflageabschnitt5 allerdings einen Verdünnungsbereich10 auf. Dieser kann durch das Bördeln entstehen. Mittig im Auflageabschnitt5 , nämlich in den Federabschnitt4 eingebracht, sind in dem ersten Ausführungsbeispiel als Schlitze ausgebildete Ausnehmungen11 vorhanden. - Das Abkopplungselement
3 ist aus einem eisenhaltigen Werkstoff, wie Stahl, gefertigt. Auch sind ebenso nicht-eisenhaltige Metalle einsetzbar, insbesondere bei geringen Lasten. Das Abkopplungselement3 ist aus gehärtetem oder ungehärtetem Material hergestellt, um ein Umbördeln eines der Borde9 zu ermöglichen. Bei Verwendung eines gehärteten Abkopplungselements3 wird dieses im Bereich der Borde9 induktiv angelassen. An den Borden9 vorhandene Innenseiten12 sind als Anlageflächen13 ausgebildet. Die Anlageflächen13 sind parallel zu einer radialen Richtung y ausgerichtet. Diese radiale Richtung y ist senkrecht zu einer axialen Richtung x ausgerichtet. - Die Borde
9 liegen bündig in je einer Nut14 an den axialen Enden des Lageraußenrings2 und berühren den Lageraußenring2 nur im Bereich der Anlageflächen13 . Zwischen den distalen Enden der Borde9 und dem Lageraußenring2 ist vorzugsweise ein kleiner Spalt vorhanden. Bei entsprechenden Fertigungstechniken kann auf diesen Spalt auch verzichtet werden. - In
2 ist das Abkopplungselement3 des ersten Ausführungsbeispiels in perspektivischer Darstellung visualisiert, wobei die Ausnehmungen11 als Schlitze ausgebildet sind. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel, weist das in den3 und4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel am Abkopplungselement3 Ausnehmungen11 auf, die als gleichseitige Dreiecke ausgeformt sind. Prinzipiell sind aber auch alle anderen Dreiecksformen verwendbar. Die Dreiecke sind mit einer ihrer Spitzen aufeinander zu ausgerichtet und zweireihig angeordnet. - Als weitere Variante ist in den
5 und6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Wälzlagers1 mit einem Abkopplungselement3 dargestellt, das kreisrunde Ausnehmungen11 aufweist. Diese Ausnehmungen11 sind in drei versetzt zueinander angeordneten Reihen angeordnet. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wälzlager
- 2
- Lageraußenring
- 3
- Abkopplungselement
- 4
- Federabschnitt
- 5
- Auflageabschnitt
- 6
- Vorsprung
- 7
- Vorsprungsoberfläche
- 8
- radiale Umfangsfläche
- 9
- Borde
- 10
- Verdünnungsbereich
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Innenseiten
- 13
- Anlageflächen
- 14
- Nut
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- DE 3041804 A1 [0002]
- DE 10203307 A1 [0006, 0007, 0008]
- DE 10307842 A1 [0010, 0012]
Claims (10)
- Wälzlager (
1 ) mit einem Lagerinnenring und einem radial außerhalb davon angeordneten Lageraußenring (2 ), zwischen denen Wälzkörper positioniert sind, wobei radial außerhalb vom Lageraußenring (2 ) ein einstückiges Abkopplungselement (3 ) als Schwingungsdämpfer vorhanden ist, das den Lageraußenring (2 ) zumindest abschnittsweise umgreift und mit einem zumindest teilzylinderförmig ausgestalteten Auflageabschnitt (4 ) auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2 ) aufliegt, wobei der Auflageabschnitt (4 ) in axialer Richtung durch einen Federabschnitt (5 ) unterbrochen ist, bei dem das Abkopplungselement (3 ) von der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2 ) beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2 ) zwei sich zumindest teilweise über den Umfang erstreckende höckerartige Vorsprünge (6 ) vorhanden sind, auf denen der Auflageabschnitt (4 ) aufliegt. - Wälzlager (
1 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (5 ) zwischen zwei radial ausgerichteten gedachten Ebenen durch die Vorsprünge (6 ) befindlich ist. - Wälzlager (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkopplungselement (3 ) als Hülse mit einem zylinderförmigen Auflageabschnitt (4 ) ausgebildet ist. - Wälzlager (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung außerhalb des Auflageabschnitts (4 ) und quer dazu angeordnete, zum Lagerinnenring weisende Borde (9 ) ausgebildet sind. - Wälzlager (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (5 ) Ausnehmungen (11 ) aufweist. - Wälzlager (
1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (11 ) kreisrund, dreieckig oder schlitzförmig ausgestaltet sind. - Wälzlager (
1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Borde (9 ) ausnehmungsfrei ausgestaltet sind. - Wälzlager (
1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkopplungselement (3 ) in einem Verbindungsbereich zwischen einem der Borde (9 ) und dem Auflageabschnitt (4 ) einen Verdünnungsbereich (10 ) zum zur Verfügungsstellung einer Bördelstufe aufweist. - Wälzlager (
1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Borde (9 ) radial nach innen verlaufende Anlageflächen (13 ) aufweisen, die sich gegenüber liegen und flächig in Anlage mit einer Schulter je einer Ausnehmung auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2 ) sind, wobei die Ausnehmung jeweils als vorzugsweise umlaufende Nut (14 ) am axialen Ende der Lageraußenschale (2 ) ausgebildet ist. - Wälzlager (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorsprünge (6 ) unterbrechungsfrei über den Umfang der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2 ) erstrecken.
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