DE102014210366A1

DE102014210366A1 - Lageranordnung mit einer Welle und einem Nadellager

Info

Publication number: DE102014210366A1
Application number: DE102014210366.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weiss
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2015-12-03

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Lageranordnung, umfassend eine Welle (1) mit einem Lagerzapfen (2, 3) und einen auf dessen Umfang abwälzenden Nadelkranz mit einem geschlitzten oder mehrteiligen Käfig (13, 13', 13''), der mit radial zu den Nadeln (22) überstehenden Anlaufflächen (15, 16; 15', 16'; 15'', 16'') axial an der Welle geführt ist. Die Anlaufflächen sollen axial innerhalb der Längserstreckung der Nadeln angeordnet sein und mit radial einwärtigem Überstand den Käfig an den Nutwänden (17, 18) einer den Lagerzapfen durchsetzenden Umfangsnut (12) axial führen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend eine Welle mit einem Lagerzapfen und einen auf dessen Umfang abwälzenden Nadelkranz mit einem geschlitzten oder mehrteiligen Käfig, der mit radial zu den Nadeln überstehenden Anlaufflächen axial an der Welle geführt ist.
Eine derartige Lageranordnung ist aus der DE 198 44 203 A1 und aus der US 2008/0131041 A1 bekannt. Die dort vorgeschlagenen Käfigvarianten laufen jeweils an axialen Führungsflächen an, die seitlich benachbart zur Nadelinnenlaufbahn durch den gegenüber angrenzenden Wellenabschnitten im Durchmesser gestuften Lagerzapfen gebildet sind.
Aus der DE 10 2009 032 715 A1 geht eine nicht gattungsgemäße Lageranordnung hervor, bei der die Axialführung des Käfigs nicht an der Welle, sondern am Außenring des Nadellagers erfolgt. Die Anlaufflächen sind in diesem Fall durch radial auswärtige Vorsprünge des Käfigs gebildet, die in eine die Nadelaußenlaufbahn durchsetzende Umfangsnut des Lageraußenrings eingreifen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine konstruktive Alternative einer Lageranordnung der eingangs genannten Art anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Anlaufflächen axial innerhalb der Längserstreckung der Nadeln angeordnet sind und mit radial einwärtigem Überstand den Käfig an den Nutwänden einer den Lagerzapfen durchsetzenden Umfangsnut axial führen. Die erfindungsgemäße Axialführung eignet sich besonders für solche Lageranordnungen, bei denen die wellenseitigen Führungsflächen bislang nur teilumfänglich seitlich neben dem Lagerzapfen ausgebildet werden konnten und aus Funktionsgründen aufwändig bearbeitet werden mussten.
Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen die erfindungsgemäße Lageranordnung anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt ist. Es zeigen jeweils in perspektivischer Darstellung:
1 eine bekannte Unwuchtwelle eines Massenausgleichsgetriebes einer Brennkraftmaschine;
2 als vergrößerte Einzelheit einen der beiden Lagerzapfen der Unwuchtwelle mit erfindungsgemäßer Umfangsnut;
3 den Käfig eines erfindungsgemäßen einreihigen Nadelkranzes, dessen Anlaufflächen durch eine Vielzahl getrennter Vorsprünge gebildet sind;
4 den Käfig eines erfindungsgemäßen einreihigen Nadelkranzes, dessen Anlaufflächen durch einen einzigen durchgehenden Vorsprung gebildet sind;
5 einen erfindungsgemäßen zweireihigen Nadelkranz;
6 den Käfig des Nadelkranzes gemäß 5.
1 zeigt eine bekannte Unwuchtwelle 1 eines Massenausgleichsgetriebes, das zum Ausgleich der freien Massenkräfte und -momente zweiter Ordnung einer Brennkraftmaschine in Vierzylinder-Reihenbauweise dient. Das Massenausgleichsgetriebe umfasst in diesem Fall zwei derartige Unwuchtwellen 1, die mit doppelter Kurbelwellendrehzahl gegensinnig rotieren. Zum Antrieb der Unwuchtwelle 1 erforderliche Anbauteile, wie beispielsweise ein Ketten- oder Zahnrad fehlen zwecks vereinfachter Darstellung.
Die geschmiedete Unwuchtwelle 1 weist zwei Lagerzapfen 2 und 3 auf, die induktiv gehärtet sind und die Innenlaufbahn für umfänglich darauf abwälzende Nadellager bilden, mittels denen die Unwuchtwelle 1 in der Brennkraftmaschine radial gelagert ist. Die an die Lagerzapfen 2, 3 angrenzenden Wellenabschnitte 4 bis 6 sind als Unwuchtabschnitte ausgebildet, so dass die Unwuchtwelle 1 einen zu deren Rotationsachse 7 exzentrischen und die Unwucht erzeugenden Massenschwerpunkt aufweist.
Bei der Belastung der Lagerzapfen 2, 3 handelt es sich bekanntlich um die sogenannte Punktlast, bei welcher die Lagerzapfen 2, 3 relativ zu der den Lagerzapfen 2, 3 in einer Lastzone beaufschlagenden Unwucht im wesentlichen still stehen. Die Lastzone ist in 2 durch die Schattierung unten rechts auf dem Lagerzapfen 2, 3 angedeutet. Zugunsten des Wellenleichtbaus sind auch die Lagerzapfen 2, 3 aufgrund ihrer umfangsveränderlichen Breite an der Erzeugung der Wellenunwucht beteiligt. Wie in den 1 und 2 ersichtlich, sind die Lagerzapfen 2, 3 (ausgehend von der Lastzone) außerhalb der Lastzone, d. h. in dem unbelasteten Umfangsabschnitt, der dem Massenschwerpunkt gegenüberliegt, deutlich verjüngt und dementsprechend schmaler und masseärmer. Als konsequente Weiterführung dieser Leichtbaumaßnahme kann der unbelastete Lagerzapfenabschnitt auch eine örtliche Breite von Null aufweisen, so dass dann der Lagerzapfen am Umfang unterbrochen ist.
Ein weiteres konstruktives Element des Wellenleichtbaus besteht darin, dass die Lagerzapfen 2, 3 gegenüber Axialschultern 8, 9 der angrenzenden Wellenabschnitte 4 und 5 bzw. 5 und 6 radial zurückspringen. Die Axialschultern 8, 9 erstrecken sich über lediglich einen Teilumfang der Lagerzapfen 2, 3, wobei die Lastzone innerhalb dieses ca. 180° betragenden Teilumfangs verläuft. Diese Wellengeometrie erfordert jedoch einen Nadelkranz mit einem Käfig, der entweder einteilig und am Umfang geschlitzt oder mehrteilig ist und quer auf den zurückspringenden Lagerzapfen 2, 3 montiert werden kann. Um ein aufwändiges Bearbeiten der Axialschultern 8, 9 zu vermeiden, erfolgt die axiale Führung des Käfigs an der Unwuchtwelle 1 nicht (wie bislang üblich) durch die Axialschultern 8, 9, sondern durch eine jeden Lagerzapfen 2, 3 durchsetzende Umfangsnut 12.
Die Umfangsnut 12 ist in 2 dargestellt, und zur Bildung der erfindungsgemäßen Lageranordnung passende Käfige 13, 13' eines jeweils einreihigen Nadelkranzes sind in den 3 und 4 gezeigt. Beide Käfige 13, 13' sind einteilige und geschlitzte Kunststoffkäfige, deren umfängliche Enden ein Schloss 14 bilden und nach dem Aufclipsen des Käfigs 13, 13' auf den jeweiligen Lagerzapfen 2, 3 aneinander verriegelt werden. Jeder Käfig 13, 13' ist mit Anlaufflächen 15, 16 beziehungsweise 15', 16' versehen, die gegenüber den (nicht dargestellten) Nadeln radial einwärtig überstehen und in die Umfangsnut 12 eingreifen. Somit sind die Käfige 13, 13' durch den Gleitkontakt der Anlaufflächen 15, 16 bzw. 15', 16' mit den Nutwänden 17, 18 der Umfangsnut 12 als wellenseitige Führungsflächen beidseitig axial an der Unwuchtwelle 1 geführt.
Der Käfig 13 ist zur Bildung der Anlaufflächen 15, 16 axial mittig mit mehreren Vorsprüngen 19 versehen, die umfänglich zwischen den die Nadeln aufnehmenden Käfigtaschen 20 angeordnet sind. Demgegenüber hat der Käfig 13' nur einen einzigen Vorsprung 19' in Form eines Führungsrings mit konstantem Innendurchmesser, der die Käfigtaschen 20' axial mittig mit ausreichend radialem Freigang der darüber rotierenden Nadeln überbrückt. Der Führungsring 19' und folglich die Anlaufflächen 15', 16' sind lediglich am Schlitz und vorliegend am Schloss 15 oder gegebenenfalls an den Teilungen des Käfigs unterbrochen.
Die 5 und 6 zeigen einen zweireihigen Nadelkranz 21 bzw. dessen Käfig 13'', der ebenfalls als einteiliger und geschlitzter Kunststoffkäfig mit einem umfänglichen Schloss 14 ausgebildet ist. Die den Käfig 13'' an den Nutwänden 17 und 18 der Umfangsnut 12 führenden Anlaufflächen 15'' und 16'' sind durch einen einzigen durchgehenden Vorsprung 19'' ebenfalls in Form eines Führungsrings gebildet. Anders als bei dem einreihigen Käfig 13' dient der Führungsring 19'' auch als innere Axialführung der paarweise einander zugewandten Nadelstirnseiten.
Da die Umfangsnut 12 den Lagerzapfen 2, 3 axial mittig durchsetzt, sind die radial einwärtig überstehenden Anlaufflächen 15, 16 und 15', 16' bei den einreihigen Käfigen 13 bzw. 13' axial innerhalb der Längserstreckung der Nadeln angeordnet. Das gilt für den Käfig 13'' des zweireihigen Nadelkranzes 21 entsprechend, wobei in diesem Fall die Anlaufflächen 15'' und 16'' genauer gesagt innerhalb der Längserstreckung eines Nadelpaares zweier axial fluchtender Nadeln 22 verlaufen.
Bei der Wärme- und Oberflächenbehandlung der Lagerlaufbahn ist folglich zu beachten, dass im Falle des zweireihigen Nadelkranzes 21 die Umfangsnut 12 lediglich eine abgesetzte Trennung der beiden Innenlaufbahnen je Lagerzapfen 2, 3 darstellt, während die (einzige) Innenlaufbahn des einreihigen Nadelkranzes mit dem Käfig 13 oder 13' durch die Umlaufnut 12 mittig unterbrochen wird.
Im (nicht dargestellten) Falle einer Lageranordnung mit einem gerichtet montierten Nadelkranz können die Umfangsnut 12 im Lagerzapfen 2, 3 und der bzw. die Vorsprünge 19, 19' und 19'' der Käfige 13, 13' bzw. 13'' auch jeweils axial außermittig angeordnet sein.
Bezugszeichenliste

1: Unwuchtwelle
2: Lagerzapfen
3: Lagerzapfen
4: Wellenabschnitt
5: Wellenabschnitt
6: Wellenabschnitt
7: Rotationsachse
8: Axialschulter
9: Axialschulter
10: Kante der Axialschulter
11: Kante der Axialschulter
12: Umfangsnut
13: Käfig
14: Schloss
15: Anlauffläche
16: Anlauffläche
17: Nutwand
18: Nutwand
19: Vorsprung/Führungsring
20: Käfigtasche
21: zweireihiger Nadelkranz
22: Nadel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19844203 A1 [0002]
US 2008/0131041 A1 [0002]
DE 102009032715 A1 [0003]

Claims

Lageranordnung, umfassend eine Welle (1) mit einem Lagerzapfen (2, 3) und einen auf dessen Umfang abwälzenden Nadelkranz mit einem geschlitzten oder mehrteiligen Käfig (13, 13', 13''), der mit radial zu den Nadeln (22) überstehenden Anlaufflächen (15, 16; 15', 16'; 15'', 16'') axial an der Welle (1) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufflächen (15, 16; 15', 16'; 15'', 16'') axial innerhalb der Längserstreckung der Nadeln (22) angeordnet sind und mit radial einwärtigem Überstand den Käfig (13, 13', 13'') an den Nutwänden (17, 18) einer den Lagerzapfen (2, 3) durchsetzenden Umfangsnut (12) axial führen.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (2, 3) gegenüber Axialschultern (8, 9) angrenzender Wellenabschnitte (4, 5, 6) radial zurückspringt.
Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) als Unwuchtwelle mit einem zu deren Rotationsachse (7) exzentrischen Massenschwerpunkt ausgebildet ist und der Lagerzapfen (2, 3) relativ zu der den Lagerzapfen (2, 3) in einer Lastzone beaufschlagenden Unwucht im wesentlichen stillsteht, wobei sich die Axialschultern (8, 9) über lediglich einen Teilumfang des Lagerzapfens (2, 3) erstrecken und die Lastzone innerhalb dieses Teilumfangs verläuft.
Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (2, 3) eine umfangsveränderliche Breite aufweist und ausgehend von der Lastzone außerhalb der Lastzone deutlich verjüngt oder mit einer örtlichen Breite von Null am Umfang unterbrochen ist.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufflächen (15, 16; 15', 16'; 15'', 16'') durch einen oder mehrere axial mittig im Käfig (13, 13', 13'') verlaufende Vorsprünge (19, 19', 19'') gebildet sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nadelkranz einreihig ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nadelkranz (21) zweireihig ist.
Lageranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufflächen (15', 16'; 15'', 16'') lediglich am Schlitz beziehungsweise an den Teilungen des Nadelkranzes unterbrochen sind.