DE102011004193A1 - Lageranordnung zur Betätigung einer Kupplung - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur Betätigung einer Kupplung, umfassend ein zum Aus- und Einrücken der Kupplung axial bewegbares Ausrücklager sowie ein axial festliegendes Stützlager umfassend einen Innen- oder Außenring mit dazwischen laufenden Wälzkörpern.
- Hintergrund der Erfindung
- Lageranordnungen der beschriebenen Art kommen im Bereich von Einfach- oder Doppelkupplungen oder entsprechenden Hybridsystemen zum Einsatz. Über das axial bewegbare Ausrücklager wird der eigentlich Ausrück- oder Einrückvorgang der nachgeschalteten Kupplung erwirkt. Hierzu ist üblicherweise der Innenring des axial beweglichen Ausrücklagers mit entsprechenden Betätigungshebeln einer Membranfeder oder dergleichen, die schwenkbar im Kupplungsgehäuse gelagert sind, verbunden. Zum Ausrücken wird das Ausrücklager gegen die Betätigungshebel bewegt, so dass diese um ein Schwenklager schwenken, worüber die auf eine Anpressplatte einer Kupplungsscheibe wirkenden Axialkräfte reduziert werden, so dass die Verspannung der Kupplungsscheibe zu einer diese widerlagernden zweiten Kupplungsscheibe reduziert und folglich die Kupplung ausgerückt wird. Der Einrückvorgang erfolgt in umgekehrter Weise, wenn nämlich das Ausrücklager wieder in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird, so dass die Betätigungshebel der Kupplungsscheibe entlastet werden und aufgrund ihrer Federeigenschaften wieder zurückschwenken, so dass die Kupplungsscheibe wieder in feste, reibschlüssige Anlage mit der widerlagernden zweiten Kupplungsscheibe gebracht wird.
- Das Ausrücklager ist hierzu in an sich bekannter Weise auf einer entsprechenden axial bewegbar geführten Hülse angeordnet, die wiederum mit einem Betätigungsmechanismus bekoppelt ist, über welchen die axiale Bewegung initiiert werden kann.
- Über das axial festliegende Stützlager wird die Lageranordnung, also letztlich die Betätigungseinrichtung für die Kupplung, axial und radial abgestützt. Das Stützlager ist üblicherweise ein kombiniertes Radial- und Axiallager, das mit seinem Innenring lageranordnungsseitig abgestützt ist, während es in der Montagestellung mit seinem Außenring an einem geeigneten Gehäusebauteil der Kupplung radial gehalten und durch einen geeigneten Ringbund oder Sicherungsringe etc. axial fixiert ist, wobei die Anordnung auch umgekehrt sein kann. Über dieses Stützlager mit seiner sowohl radialen als insbesondere auch axialen Abstützung, welche letztlich zwischen die eigentliche Kupplungseinrichtung einerseits und die zugehörige Betätigungseinrichtung, nämlich die Ausrückeinrichtung mit der erfindungsgemäßen Lageranordnung andererseits geschaltet ist, wird vermieden, dass Axialkräfte auf die gekoppelten Wellen, insbesondere die Kurbelwelle, die mit der Kupplung verbunden ist, wirken, die deren Lager belasten können.
- Die Anordnung des Ausrücklagers und des Stützlagers ist üblicherweise derart, dass beide axial gesehen versetzt angeordnet sind. Hieraus resultiert ein beachtlicher axialer Bauraum, den die Lageranordnung in der Einbausituation benötigt, der aber infolge der zunehmenden Kompaktierung nicht immer gegeben ist.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die hinsichtlich des benötigten axialen Bauraums verbessert ist.
- Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Lageranordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ausrücklager und das Stützlager koaxial ineinanderliegend angeordnet sind, wobei der Teilkreisdurchmesser Tk des Stützlagers, auf dem die Wälzkörper liegen, und der Wälzkörperdurchmesser dw derart gewählt sind, dass ein Verhältnis Tk/dw ≥ 8 gegeben ist.
- Erfindungsgemäß wird anstelle des axial versetzten Aufbaus ein koaxial verschachtelter Aufbau realisiert, in dem das Ausrücklager koaxial im radial weiter außen liegenden Stützlager angeordnet ist. Hieraus resultiert, dass sich die axiale Baulänge beachtlich reduzieren lässt, da insoweit letztlich kaum ein axialer Versatz gegeben ist, sondern beide koaxial ineinander liegen.
- Dabei ist der Innendurchmesser des Innenrings des Schrägkugellagers respektive der Durchmesser des Bauteils, an dem der Innenring abgestützt ist, möglichst klein zu wählen, so dass sich eine radial möglichst kompakte koaxiale Anordnung relativ zum innen liegenden Ausrücklager ergibt. Dies ist dahingehend von Vorteil, als hierüber zusätzlich auch der radiale Bauraum sehr klein gehalten werden kann. Um den radialen Bauraum noch weiter zu verkleinern sieht die Erfindung vor, die Dimensionierung des Stützlagers im Hinblick auf das Verhältnis des Teilkreisdurchmessers zum Wälzkörperdurchmesser zu optimieren, nämlich dahingehend, dass der Wälzkörperdurchmesser möglichst klein gewählt ist, so dass sich ein Verhältnis des Teilkreisdurchmessers zum Wälzkörperdurchmesser, also Tk/dw ≥ 8 ergibt, bevorzugt sogar Tk/dw ≥ 10. Das Verhältnis Tk/dw sollte jedoch ≤ 16,5 sein. Infolge der koaxial ineinanderliegenden Anordnung der beiden Lager vergrößert sich der Teilkreisdurchmesser des Stützlagers zwangsläufig, er beträgt, bezogen auf übliche Dimensionierungen des im Stützlager angeordneten Ausrücklagers ≥ 72,5 mm. Einem zu großen radialen Aufbau wird nun erfindungsgemäß durch eine Verkleinerung des Wälzkörperdurchmessers entgegengewirkt, wobei der Wälzkörperdurchmesser so gewählt wird, dass sich ein dem oben beschriebenen Verhältnis entsprechender Wert einstellt. D. h., dass infolge der Verkleinerung des Wälzkörperdurchmessers, verglichen mit üblichen Lagerauslegungen, eine radiale Raumreduktion erreichen lässt.
- Insgesamt ergibt sich somit eine sehr kompakte Lageranordnung, die hinsichtlich des benötigten axialen und radialen Bauraums optimiert ist. Die Lageranordnung lässt gleichzeitig auch die Aufnahme einwirkender Radial- und Axialkräfte in beachtlichem Maße zu, wie auch etwaige radiale Versätze und Verkippungen bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden können. Ferner werden ohne Weiteres radiale und axiale Schwingungen im System aufgenommen.
- Zur weiteren Reduzierung des axialen Bauraums respektive Verschmälerung des Gesamtaufbaus trägt bei, wenn, wie erfindungsgemäß ferner vorgesehen ist, die Breite b des Außenrings des Stützlagers derart gewählt ist, dass sich ein Verhältnis zwischen der Breite b und dem Wälzkörperdurchmesser dw zu b/dw ≤ 2,5 ergibt, bevorzugt mit b/dw ≤ 2,3. D. h., dass auch die Breite des Außenrings, also sein axiales Maß, reduziert wird respektive auf den Wälzkörperdurchmesser angepasst wird, so dass sich das oben beschriebenen Verhältnis ergibt. Dies führt zu einem sehr schmalen Aufbau. Das Verhältnis b/dw sollte jedoch ≥ 1,5 sein.
- Eine zweckmäßige Weiterbildung des Erfindungsgedankens sieht vor, den Teilkreisdurchmesser Tk, den Wälzkörperdurchmesser dw und die Breite b derart zu wählen, dass sich insgesamt ein Konstruktionsverhältnis Tk·dw/b ≥ 35, bevorzugt ≥ 37 ergibt. Dieses Konstruktionsverhältnis ist ein Maß für den radialen und axialen Aufbau eines Lagers. Durch entsprechende Wahl der Verhältnisparameter zur Einstellung des Verhältnisses im angegebenen Bereich kann insgesamt ein grundsätzlich geeignetes Größenverhältnis für einen geeigneten Lageranordnungsaufbau angegeben werden. Das Konstruktionsverhältnis Tk·dw/b sollte jedoch ≤ 65 sein.
- Aus dem schmalen Aufbau resultiert, dass das Stützlager insgesamt ein relativ geringes Volumen aufweist, gleichbedeutend mit einem geringen Volumen zur Aufnahme von Schmiermittel, das benötigt wird um für eine gute Schmierung zu sorgen. Um das Schmiermittel, üblicherweise ein geeignetes Fett, im Lager zu halten, wird das Stützlager beidseits über jeweils einen Dichtring abgedichtet. Darüber hinaus sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, am Innenring und/oder Außenring des Stützlagers benachbart zur jeweiligen Wälzkörperlauffläche eine Schmiermittelnut vorzusehen, d. h., dass das Volumen über die eine oder die beiden Schmiermittelnuten konstruktiv vergrößert wird, so dass trotz extrem schmalem Lager ein ausreichendes Schmiermittelvolumen zur Aufnahme des Schmiermittels zur Verfügung steht.
- Wie bereits beschrieben, ist das Lager, in dem die Wälzkörper bevorzugt in einem Kunststoffkäfig aufgenommen sind, der je nach Belastungsanforderung wälzkörper- oder bordgeführt ist, über die Dichtringe abgedichtet. Um die Eigenerwärmung des Stützlagers bei hohen Drehzahlen und damit hohen Drehzahlkennwerten so gering wie möglich zu halten sind die Dichtungen reibungsoptimiert ausgelegt, d. h., dass sowohl die Dichtringgeometrie als auch das verwendete Material dahingehend gewählt wird, eine möglichst geringe Reibung zu verursachen. Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn eine oder mehrere Entlüftungsnuten am jeweiligen Dichtring oder im Außen- oder im Innenring vorgesehen sind. Diese dienen zur Entlüftung und damit zum Druckausgleich, so dass der Anpressdruck der Dichtlippen unter allen Betriebbedingungen nahezu konstant ist.
- Kurze Beschreibung der Zeichnung
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Prinzipdarstellung im Schnitt einer erfindungsgemäßen Lageranordnung; -
2 eine Schnittansicht eines für eine erfindungsgemäße Lageranordnung verwendbaren Stützlagers einer ersten Ausführungsform; -
3 eine vergrößerte Detailschnittansicht des Stützlagers aus2 ; -
4 eine Schnittansicht eines für eine erfindungsgemäße Lageranordnung verwendbaren Stützlagers einer zweiten Ausführungsform; -
5 eine vergrößerte Detailschnittansicht des Stützlagers aus4 ; -
6 eine Schnittansicht eines für eine erfindungsgemäße Lageranordnung verwendbaren Stützlagers einer dritten Ausführungsform; -
7 eine vergrößerte Detailschnittansicht des Stützlagers aus6 ; - Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
-
1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Lageranordnung1 in der Montagestellung, also in der Verbausituation im Bereich einer Kupplung2 , die hier nur teilweise dargestellt ist. Bei der Kupplung kann es sich um eine Einfach- oder Doppelscheibenkupplung oder ein Hybridsystem handeln. - Die Lageranordnung umfasst zum einen ein Ausrücklager
3 , das als Schrägkugellager ausgeführt und an einer Ausrückhülse4 angeordnet ist, die in an sich bekannter Weise axial bewegbar ist, wenn ein entsprechendes, hier nicht näher gezeigtes Betätigungsorgan betätigt wird. Über die axiale Bewegung der Ausrückhülse nebst Ausrücklager3 wird die Kupplung aus- und eingerückt. - Das Ausrücklager
3 weist in an sich bekannter Weise einen Innenring5 und einen Außenring6 auf, zwischen denen Wälzkörper, hier Kugeln7 , laufen. Der Innenring5 ist über einen Ringflansch8 in an sich bekannter Weise gegen Betätigungshebel9 einer Membranfeder oder dergleichen der Kupplung2 gelagert, welche Betätigungshebel9 zum Ausrücken der Kupplung, wenn also das Ausrücklager5 gemäß1 nach links gerückt wird, verschwenkt werden, so dass die den Betätigungshebeln9 zugeordnete Kupplungsscheibe axial gesehen entlastet wird und folglich die Kupplung geöffnet wird. In entsprechend umgekehrter Weise erfolgt das Einrücken oder Schließen der Kupplung. - Die Lageranordnung
1 umfasst ferner ein ringförmiges Abstützbauteil10 , an dem ein Stützlager11 , hier in Form eines Kugellagers, mit seinem Innenring12 angeordnet ist. Das Stützlager11 umfasst weiterhin in bekannter Weise einen Außenring13 sowie zwischen den Ringen laufende Wälzkörper in Form von Kugeln14 . Der Außenring13 ist an einem Gehäusebauteil15 der Kupplung2 abgestützt, und zwar sowohl axial als auch radial. - Wie
1 zeigt, liegen das Ausrücklager3 und das Stützlager11 koaxial ineinander, d. h., dass das Stützlager11 das Ausrücklager3 radial außenseitig umgibt. Hieraus folgt, dass diese Lageranordnung, also die Anordnung umfassend die beiden Lager3 und11 , axial gesehen gering aufbaut. - Um den radialen Aufbau ebenfalls so gering wie möglich zu halten, ist das Stützlager
11 hinsichtlich der Parameter Teilkreisdurchmesser Tk und Wälzkörperdurchmesser dw derart ausgelegt, dass sich bevorzugt ein Verhältnis von Tk/dw von ≥ 10 und vorzugsweise ≤ 16,5 ergibt. Denn infolge der koaxialen Verschachtelung der beiden Lager3 und11 ergibt sich zwangsläufig, dass der Teilkreisdurchmesser Tk des Stützlagers11 , verglichen mit bisherigen axial versetzten Lageranordnungen, zunimmt. Dem entgegen wirkt die Verkleinerung des Wälzkörperdurchmessers, mithin also die Verwendung von relativ kleinen Kugeln13 , wobei der Durchmesser der Kugeln so gewählt wird, dass das Verhältnis Tk/dw ≥ 10 und ≤ 16,5 ist. Natürlich wird bevorzugt auch der Außenring in seiner Dicke so gewählt, dass er möglichst dünn ist, natürlich unter Berücksichtigung der geforderten Festigkeitseigenschaften. - Des Weiteren ist bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung
1 vorgesehen, die Breite b des Außenrings13 möglichst klein zu wählen, so dass das Stützlager11 insgesamt möglichst schmal wird und axial kleinbauend ist. Die Breite b des Außenrings wird in Bezug auf den Wälzkörperdurchmesser dw gewählt, und zwar derart, dass sich ein Verhältnis zwischen der Breite b und dem Wälzkörperdurchmesser dw ergibt, das ≤ 2,5, bevorzugt ≤ 2,3, und vorzugsweise ≥ 1,5 ist. - Insgesamt sind erfindungsgemäß die Parameter Teilkreisdurchmesser Tk, Wälzkörperdurchmesser dw und Breite b derart zu wählen, dass sie ein Konstruktionsverhältnis Tk·dw/b von bevorzugt ≥ 37 und vorzugsweise ≤ 65 ergibt.
- Die
2 und3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgelegten Stützlagers11 . Dieses umfasst einen hier innen verzahnten Innenring12 , in einem Käfig16 fixierte Kugeln14 sowie einen Außenring13 . Am Innenring ist benachbart zur dortigen Laufbahn17 , auf welcher die Kugeln14 abwälzen, eine umlaufende Schmiermittelnut18 vorgesehen. Ebenso weist der Außenring14 benachbart zur dortigen Laufbahn19 , auf der die Kugeln14 wälzen, eine weitere Schmiermittelnut20 auf. Hierüber wird das Volumen, das über zwei Dichtringe21 , die im gezeigten Beispiel in entsprechenden Haltenuten22 oder dergleichen am Außenring fixiert sind, abgedichtet ist, etwas vergrößert, so dass sich trotz der geringen Breite des Stützlagers11 ein hinreichend großer Schmiermittelraum ergibt. Die Dichtungen21 erstrecken sich bis zum Innenring12 . Sie sind, um die Eigenerwärmung des Stützlagers11 bei hohen Drehzahlen so gering wie möglich zu halten, reibungsoptimiert ausgelegt, sowohl was den Werkstoff als auch ihre Anlagekonfiguration angeht. - Das Stützlager
11 ist in einer gemäß1 dargestellten Anordnung relativ zum Ausrücklager3 positioniert, d. h., es umgibt dieses radial. Der Teilkreisdurchmesser Tk beträgt beim gezeigten Ausführungsbeispiel exemplarisch 72,5 mm. Die Breite b beträgt exemplarisch 14 mm. Der Durchmesser der Kugeln14 beträgt exemplarisch 7,144 mm. Hieraus ergeben sich nun folgende Verhältnisse:
Tk/dw = 72,5:7,144 = 10,148.
Verhältnis b/dw = 14:7,144 = 1,96.
Konstruktionsverhältnis Tk·dw/b = 72,5·7,144:14 = 37,0. - Die
4 und5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines verwendbaren und erfindungsgemäß dimensionierten Stützlagers11 . Dieses besteht wiederum aus einem Innenring12 und einem Außenring13 , zwischen denen wiederum in einem Käfig16 geführte Wälzkörper in Form von Kugeln14 laufen. Vorgesehen sind wiederum zwei Dichtringe21 , die außenringseitig in entsprechenden Aufnahmen22 fixiert sind. - Der Teilkreisdurchmesser Tk beträgt bei diesem Stützlager
11 beispielsweise 79 mm, die Breite b beträgt z. B. 13,1 mm, der Wälzkörperdurchmesser dw beträgt beispielsweise 6,35 mm. Hieraus ergeben sich folgende Ergebnisse:
Verhältnis Tk/dw = 79:6,35 = 12,44.
Verhältnis b/dw = 13,1:6,35 = 2,06.
Konstruktionsverhältnis Tk·dw/b = 79·6,35:13,1 = 38,29. - Damit ist auch dieses Stützlager derart bemessen, dass sich die erfindungsgemäß definierten Verhältnisse ergeben.
-
6 und7 zeigen schließlich eine dritte erfindungsgemäße Variante eines Stützlagers11 , wiederum umfassend einen Innenring12 und einen Außenring13 , zwischen denen in einem Käfig16 geführte Kugeln17 laufen. Das dazwischen befindliche Volumen ist wiederum über zwei Dichtringe21 abgedichtet, die auch hier in entsprechenden Aufnahmen22 am Außenring fixiert sind. Anders als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, bei denen gemäß den2 und3 am Innen- und am Außenring jeweils eine Schmiermittelnut vorgesehen war, bzw. siehe die Ausführungen nach den4 und5 , keine Schmiermittelnuten aufweisen, ist hier nur am Außenring13 eine Schmiermittelnut20 ausgebildet. Der Innenring ist bei dieser Ausgestaltung sehr schmal ausgelegt, was seine radiale Breite angeht. - Der Teilkreisdurchmesser Tk beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise 91 mm, die Breite b beträgt beispielsweise 16,7 mm, während der Wälzkörperdurchmesser beispielsweise 7,938 mm beträgt. Hieraus ergeben sich folgende Verhältnisse:
Verhältnis Tk/dw = 91:7,938 = 11,46.
Verhältnis b/dw = 16,7:7,938 = 2,10.
Konstruktionsverhältnis Tk·dw/b = 91·7,938:16,7 = 42,25. - Auch hier bewegen sich die erfindungsgemäß definierten Verhältnisse infolge der jeweiligen Dimensionierung der entsprechenden Bauteile in den erfindungsgemäßen Bereichen.
- Den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Stützlager, die allesamt in der das Ausrücklager radial umgreifenden Anordnung zu verbauen sind, ist gemein, dass sie alle so definiert, dass sich die jeweiligen relevanten Verhältnisse ergeben. Bei allen Ausführungsbeispielen beträgt das Verhältnis Tk/dw ≥ 10, das Verhältnis b/dw ≤ 2,3, und das Konstruktionsverhältnis Tk·dw/b ≥ 37, auch liegen die Verhältnisse im jeweils einleitend definierten Intervall.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lageranordnung
- 2
- Kupplung
- 3
- Ausrücklager
- 4
- Ausrückhülse
- 5
- Innenring
- 6
- Außenring
- 7
- Kugel
- 8
- Ringflansch
- 9
- Betätigungshebel
- 10
- Abstützbauteil
- 11
- Stützlager
- 12
- Innenring
- 13
- Außenring
- 14
- Kugel
- 15
- Gehäusebauteil
- 16
- Käfig
- 17
- Laufbahn
- 18
- Schmiermittelnut
- 19
- Laufbahn
- 20
- Schmiermittelnut
- 21
- Dichtring
- 22
- Haltenut
Claims (10)
- Lageranordnung zur Betätigung einer Kupplung, umfassend ein zum Aus- und Einrücken der Kupplung axial bewegbares Ausrücklager sowie ein axial festliegendes Stützlager umfassend einen Innen- und einen Außenring mit dazwischen laufenden Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrücklager (
3 ) und das Stützlager (11 ) koaxial ineinanderliegend angeordnet sind, wobei der Teilkreisdurchmesser Tk des Stützlagers (11 ), auf dem die Wälzkörper (14 ) liegen, und der Wälzkörperdurchmesser dw derart gewählt sind, dass ein Verhältnis Tk/dw ≥ 8 gegeben ist. - Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Tk/dw ≥ 10 ist.
- Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite b des Außenrings (
13 ) des Stützlagers (11 ) derart gewählt ist, dass sich ein Verhältnis zwischen der Breite b und dem Wälzkörperdurchmesser dw zu b/dw ≤ 2,5 ergibt. - Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis b/dw ≤ 2,3 ist.
- Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreisdurchmesser Tk, der Wälzkörperdurchmesser dw und die Breite b derart gewählt sind, sich ein Konstruktionsverhältnis Tk·dw/b ≥ 35 ergibt.
- Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Konstruktionsverhältnis Tk·dw/b ≥ 37 ergibt.
- Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Innenring (
12 ) und/oder am Außenring (13 ) des Stützlagers (11 ) benachbart zur Wälzkörperlauffläche (17 ,19 ) eine Schmiermittelnut (18 ,20 ) vorgesehen ist. - Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützlager (
11 ) beidseits über jeweils einen Dichtring (21 ) abgedichtet ist. - Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Entlüftungsnuten am jeweiligen Dichtring (
21 ) oder dem Innen- oder dem Außenring (12 ,13 ) vorgesehen sind. - Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (
14 ) in einem Käfig (16 ) aus Kunststoff gehalten sind.
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