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Die vorliegende Erfindung betrifft ein in einem Gehäuse eingesetztes, als Rollen- oder Nadellager aufgebautes Wälzlager, bestehend aus einem als Rollenhülse ausgeführten äußeren Lagerring und in einem Käfig achsparallel geführten Wälzkörpern, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Rollenhülse und zum Einbau der Rollenhülse in eine Loslagerstelle eines Getriebes nach Anspruch 7.
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Wälzlager mit zylindrischen Wälzkörpern sind z. B. als Zylinderrollenlager oder Nadellager bekannt. Die zylindrischen Wälzkörper wälzen in der Regel an zylindrischen Laufflächen eines Innenrings und eines Außenrings. Bei als Radiallager eingesetzten, insbesondere als Nadellager ausgeführten Rollenlagern treten bei bisherigen Lagern nahe den Enden der Wälzkörper Spannungsspitzen auf. Die sich dabei einstellende ungleichmäßige, sich auf die Wälzkörperenden konzentrierende Spannung führt zu einem erhöhten Verschleiß und folglich einer verkürzten Lebensdauer des Wälzlagers. Zur Vermeidung der nachteiligen Spannungsspitzen ist es beispielsweise bekannt, endseitige Umfangsflächen der Wälzkörper gerundet auszuführen. Um eine unzulässige Kantenpressung der zylindrischen Wälzkörper zu vermeiden, ist es weiterhin bekannt, die Wälzkörper und/oder die Laufflächen der Lagerringe mit einem balligen Profil auszubilden.
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Das aus der
CH 117 835 bekannte Wälzlager besitzt einen äußeren Lagerring mit einer konkav gewölbten Laufbahn. Der zugehörige innere Lagerring ist entsprechend konvex gewölbt, wobei die zwischen beiden Lagerringen eingesetzten Wälzkörper mittig zylindrisch und an beiden Enden gewölbt kegelig ausgeführt sind.
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Aus der
DE 21 49 333 A1 ist ein Wälzlager mit einer konkav gewölbten Außenlaufbahn und elastischen bzw. begrenzt gekrümmten Wälzkörpern bekannt. Der Innenring des Wälzlagers weist eine ballig gestaltete Mantelfläche bzw. Laufbahn auf. Im unbelasteten Zustand sind die Wälzkörper nur über ihre seitlichen Enden an der Laufbahn des Außenrings geführt. Unter Last sind die als Nadeln ausgeführten Wälzkörper vollständig an der Außenringlaufbahn abgestützt.
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Die
DE 10 2008 005 228 A1 zeigt in
1 eine mit der Positionsnummer
22 gekennzeichnete Loslagerstelle für eine Getriebewelle in einem Fahrzeug-Schaltgetriebe. Für Getriebewellen, insbesondere Vorgelegewellen, werden bevorzugt radial vorgespannte, als Rollen- oder Nadellager aufgebaute Wälzlager eingesetzt. Dabei wird der als Rollenhülse ausgebildete äußere Lagerring in eine als Aufnahme bezeichnete Bohrung des Getriebegehäuses eingepresst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rollenhülse anzubieten, deren Laufbahn mittels einer einfachen Maßnahme kostengünstig so gestaltet ist, dass sich im Einbauzustand bei einer Verkippung der zu lagernden Welle kein Kantentrag innerhalb der Loslagerstelle einstellt.
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Die Lösung dieser Problemstellung wird durch eine Lagerstelle gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst. Die abhängigen, auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Gemäß dem Anspruch 1 umfasst die Rollenhülse oder Nadelhülse des für eine Loslagerstelle einer Welle bestimmten Wälzlagers eine sowohl ballig als auch unsymmetrisch profilierte, an eine Biegelinie einer Welle angepasste Laufbahn. Die Erfindung sieht eine Rollen- oder Nadelhülse vor, in der die Grundform der Laufbahn nicht zylindrisch, sondern ballig ist, wobei die ballige Formgebung sich über die axiale Länge der Rollenhülse bzw. der Nadelhülse erstreckt. Durch die konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäß gestatteten Rollenhülse stellt sich über die axiale Länge der Laufbahn keine konstante Wandstärke ein. Mit dieser Maßnahme kann im Betriebszustand bezogen auf eine Lagerachse des Wälzlagers der Loslagerstelle über die Länge der Wälzkörper eine gewünschte gleichmäßige Spannungsverteilung realisiert werden. Weiterhin stellt sich durch die erfindungsgemäße, eine Winkelkorrektur bewirkende Laufbahnprofilierung der Rollenhülse auch bei größeren Durchbiegungen der Welle eine gewollte tragfähige und lebensdauerfeste Wälzlagerung ein. Durch die Rollenhülse gemäß der Erfindung wird außerdem ein beispielsweise fertigungsbedingter Fluchtungsfehler des Wälzlagers gegenüber der zu lagernden Welle in der Loslagerstelle aufgenommen bzw. ausgeglichen. Dieser Ausgleich erfolgt, ohne dass sich schädliche Nebenwirkungen einstellen, wie beispielsweise eine nachteilige lokale erhöhte Beanspruchung einzelner Bauteile des Wälzlagers. Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Gestaltung an der Rollenhülse zur wirksamen Vermeidung von einem Kantentrag der Wälzkörper mittels einfacher und kostengünstig durchführbarer Maßnahmen erreicht werden. Die im Vergleich zu Standardlagerungen weitestgehend kostenneutral herstellbare erfindungsgemäße Profilierung der Laufbahn ist dabei in dem vorhandenen Bauraum der Rollenhülse realisierbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die beidseitig jeweils einen radial nach innen gerichteten Bord einschließende Rollenhülse mittels eines spanlosen Verfahrens herzustellen. Insbesondere eignet sich dazu ein Tiefziehverfahren, mit dem die Rollenhülse einschließlich der erfindungsgemäß profilierten, unterschiedliche Wandstärken aufweisenden Laufbahn in einem Herstellungs- bzw. Umformprozess zu fertigen ist. Vorteilhaft kann mit dem eingesetzten Umformprozess die Profilierung der Laufbahn für die Wälzkörper ohne eine Nacharbeit hergestellt werden. Aufgrund der erfindungsgemäß profilierten Laufbahn der Rollenhülse stellt sich in Längsrichtung des Wälzlagers ein sich stets verändernder Innendurchmesser ein. Diese Profilierung ermöglicht eine optimale Anpassung der Lageposition des Wälzkontakts zwischen dem Wälzkörper und der Rollenhülse an die Auslenkung bzw. die Biegelinie der Weile.
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Die sowohl ballig als auch unsymmetrisch profilierte Laufbahn der erfindungsgemäßen Rollenhülse bildet bevorzugt eine Profilform, die mittig die größte Wandstärke mit einem höchsten Balligkeitsradius aufweist. Von der Mitte der Rollenhülse ausgehend schließt sich in eine Richtung ein erster Abschnitt mit einer sich kontinuierlich bis zu einem ersten Bord der Rollenhülse verjüngenden Wandstärke mit entsprechend verkleinertem Balligkeitsradius ein. In Gegenrichtung schließt sich an die Mitte ein zweiter Abschnitt mit einer ebenfalls bis zu dem zweiten Bord abnehmenden Wandstärke und zugehörigem Balligkeitsradius an. Die Wandstärke des zweiten Abschnitts übertrifft dabei die Wandstärke des ersten Abschnitts.
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Bevorzugt ist die Rollenhülse für Loslagerstellen von Getriebewellen, insbesondere für Vorgelegewellen in Fahrzeuggetrieben bestimmt. Die gemäß der Erfindung ausgeführte Rollenhülse der Loslagerstelle ermöglicht im Betriebszustand des Getriebes eine ungehinderte Ausrichtung der Wälzkörper des Wälzlagers entsprechend einer Lageänderung der sich bei Belastung durchbiegenden Getriebewelle. Die Biegung stellt sich ein, wenn eines der Gangräder der Getriebewelle geschaltet ist und eine Drehmomentübertragung erfolgt. Der Verlauf der Biegelinie ändert sich im Wesentlichen nur hinsichtlich der Auslenkung bzw. der Steilheit, da die Belastung stets in die gleiche Richtung wirkt. Die Steilheit ändert sich in Abhängigkeit davon, welches der auf der Vorgelege- oder Getriebewelle nebeneinander angeordneten Zahnräder angetrieben wird, d. h. welcher Gang geschaltet ist und damit abhängig vom Abstand des Zahnrades und dessen Belastung.
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Ferner ist vorgesehen, die erfindungsgemäß ausgelegte Rollenhülse richtungsorientiert zu der Getriebewelle einzusetzen. Die Getriebewelle biegt sich durch, sobald ein Gangrad geschaltet und Drehmoment übertragen wird. Dabei verkippt die Getriebewelle in der Loslagerstelle stets in die gleiche Richtung.
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Entsprechend verkippen die Wälzkörper gegenüber der axial ausgerichteten Laufbahn der Rollenhülse auch immer in gleich ausgerichtete Lastzonen. Durch eine richtungsorientiert eingesetzte Rollenhülse wird erreicht, dass in der Loslagerstelle im Bereich der größten Auslenkung der Getriebewelle sich die höchste Balligkeit und gleichfalls die geringste Wandstärke der Rollenhülse einstellt. Durch den lage- oder richtungsorientierten Einbau der Rollenhülse stellt sich der gewünschte Effekt ein, der im Einbauzustand bei einer Verkippung der zu lagernden Welle einen Kantentrag innerhalb der Loslagerstelle verhindert. Zur Vermeidung einer Fehlmontage bietet sich beispielsweise an, die Rollenhülse bzw. das Rollenlager mit einer entsprechenden Kennzeichnung zu versehen.
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Gemäß Anspruch 7 ist zur Herstellung einer Rollenhülse und zum Einbau der Rollenhülse in eine Loslagerstelle von einem Getriebe ein folgende Schritte einschließendes Verfahren vorgesehen. Zunächst erfolgt die Herstellung einer Urform der Rollenhülse durch einen spanlosen Umform- oder Ziehprozess aus einem Blech- bzw. Stahlband. Danach wird ebenfalls durch ein spanloses Gestalten, insbesondere mittels Verpressen und/oder Umformen eine ballig und unsymmetrisch profilierte Laufbahn sowie zumindest ein endseitiger, radial nach innen ausgerichteter Bord hergestellt. Dann folgt eine Wärmebehandlung, um insbesondere die Härte und damit die Verschleißfestigkeit der Laufbahn zu verbessern. Anschließend wird das Wälzlager komplettiert, indem Komponenten wie ein geschlitzter Käfig sowie die als Rollen oder Nadeln ausgebildeten Wälzkörper in die Rollenhülse eingesetzt werden, bevor durch ein Umbördeln eines weiteren Bordes eine Sicherung aller eingesetzten Komponenten erfolgt. Abschließend wird zur Bildung einer Loslagerstelle das Wälzlager in eine Aufnahme, eine Bohrung des Getriebegehäuses eingesetzt bzw. eingepresst.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, wobei sich die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Dabei zeigt:
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1 in einem Halbschnitt ein radiales Rollen- bzw. Nadellager, das eine erfindungsgemäß gestaltete Rollenhülse einschließt;
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2 eine Loslagerstelle zur Lagerung einer Getriebewelle über ein radiales Rollenlager, das eine Rollenhülse gemäß 1 umfasst.
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In der 1 ist in einer axialen Teildarstellung ein mit 1 bezeichnetes, auch als Nadellager zu bezeichnendes Rollenlager gezeigt, das aus einer spanlos hergestellten, insbesondere durch ein Tiefziehverfahren hergestellten Rollenhülse 2 besteht, die an ihren beiden axialen Enden mit radial nach innen gerichteten Borden 3, 4 versehen ist. Zwischen diesen ist ein nicht näher bezeichneter Wälzkörperkranz bzw. Nadelkranz aufgenommen, der aus einem Käfig 5 und in dessen Taschen aufgenommenen Wälzkörpern 6 besteht. In diesen Wälzkörperkranz kann, wie in 2 dargestellt, eine um eine Achse 8 rotierende Welle 7 eingeschoben werden. Wie weiter erkennbar ist, bildet die Rollenhülse 2 über eine axiale Länge L eine profilierte, sowohl ballig als auch unsymmetrisch profilierte Abschnitte aufweisende Laufbahn 9, an der die als zylindrische Nadeln ausgebildeten Wälzkörper 6 abwälzen. Die Laufbahn 9 der Rollenhülse 2 weist mittig die größte Wandstärke S1 mit einem höchsten Balligkeitsradius R1 auf, von der ausgehend sich die Wandstärke bis zu den Borden 3, 4 abweichend kontinuierlich ballig verjüngt. In Richtung des Bordes 3 stellt sich dabei die Wandstärke S2 und in Gegenrichtung zum Bord 4 weisend die Wandstärke S3 ein. Dabei übertrifft die Wandstärke S2 die Wandstärke S3, wobei abweichend ein Balligkeitsradius R3 den Balligkeitsradius R2 der Laufbahn 9 übertrifft. Aufgrund der profilierten Laufbahn 9 stellt sich in Längsrichtung der Rollenhülse 2 ein sich stets verändernder Innendurchmesser D ein.
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Einen bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung zeigt die 2. Es handelt sich dabei um eine an sich bekannte Loslagerstelle 10 in einem beispielsweise als Schaltgetriebe eines Fahrzeugs ausgeführten Getriebe (nicht gezeigt), von dem ein Gehäuse 11 abgebildet ist. Dabei ist die Rollenhülse 2 des Rollenlagers 1 in eine als Bohrung ausgeführte Aufnahme 12 des Gehäuses 11 bis zur axialen Anlage an einen Anschlag 13 eingepresst. In das Rollenlager 1 ist die Getriebewelle bzw. Welle 7 des Getriebes eingeschoben, auf deren Laufbahn 15 die Wälzkörper 6 abwälzen. Im Betriebszustand, sobald ein Gangrad (nicht gezeigt) geschaltet und Drehmoment übertragen wird, biegt sich die Welle 7, wobei sich für die verkippte Welle 7 gegenüber der axial ausgerichteten Achse 8 eine im Winkel α verlaufende Biegelinie 14 einstellt. Aufgrund der profilierten Laufbahn 9 der Rollenhülse 2 können die Wälzkörper 6 entsprechend der Biegelinie 14 in die sich im Bereich vom Balligkeitsradius R3 an der Laufbahn 9 einstellende Lastzone verkippen. Da die belastete Welle 7 in der Loslagerstelle 10 immer in die gleiche Richtung verkippt, ist die Rollenhülse 2 des Rollenlagers 1 richtungsorientiert im Gehäuse 11 so eingesetzt, dass der größte Balligkeitsradius R3 in Richtung des Gangrades und folglich der Drehmoment- bzw. Krafteinleitung in die Welle 7 ausgerichtet ist. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, dass in der Rollenhülse 2 im Bereich der größten Auslenkung der Welle 7 sich die höchste Balligkeit, der Balligkeitsradius R3 und gleichfalls die geringste Wandstärke der Rollenhülse 2 einstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rollenlager
- 2
- Rollenhülse
- 3
- Bord
- 4
- Bord
- 5
- Käfig
- 6
- Wälzkörper
- 7
- Welle
- 8
- Achse
- 9
- Laufbahn (Rollenhülse)
- 10
- Loslagerstelle
- 11
- Gehäuse
- 12
- Aufnahme
- 13
- Anschlag
- 14
- Biegelinie
- 15
- Laufbahn (Welle)
- α
- Winkel (Biegelinie)
- L
- axiale Länge
- D
- Innendurchmesser
- R2
- Balligkeitsradius
- R3
- Balligkeitsradius
- S1
- Wandstärke
- S2
- Wandstärke
- S3
- Wandstärke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CH 117835 [0003]
- DE 2149333 A1 [0004]
- DE 102008005228 A1 [0005]
