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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Axialnadellager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, welches insbesondere vorteilhaft zur Lagerung der Planetenräder eines Planetenradgetriebes in einem Kfz-Automatikgetriebe anwendbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Laufscheibe eines solchen Axialnadellagers.
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Hintergrund der Erfindung
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Es ist allgemein bekannt, dass in Planetenradgetrieben von modernen Kraftfahrzeug-Automatikgetrieben aufgrund bestehender gesetzlicher Emissionsgrenzwerte die zwischen den Planetenrädern und den Planetenradträgern üblicherweise angeordneten Anlaufscheiben zunehmend durch reibungsärmere Axialnadellager ersetzt werden. Solche Axialnadellager weisen annähernd die gleiche axiale Bauhöhe wie die bis dahin verwendeten Anlaufscheiben auf und sind beispielsweise aus der
WO 2014/121769 A1 bekannt. Die Laufscheibe dieses einreihigen Axialnadellagers weist einen radial innenliegenden Ringabschnitt auf, an den sich ein um 90° abgewinkelter Anlaufbord anschließt, dem ein wiederum um 90° abgewinkelter, sich radial nach außen erstreckender Scheibenabschnitt folgt. Im Bereich dieses Scheibenabschnitts wird ein Käfig mit in Taschen aufgenommenen Lagernadeln positioniert, wobei die Lagernadeln auf dem eine entsprechende Wälzkörperlaufbahn aufweisenden Scheibenabschnitt abrollen. Der Scheibenabschnitt ist mit einem wiederum um 90° abgewinkelten, radial außenliegenden Anlaufbord abgeschlossen, der mit nach innen ragenden Rastnasen versehen ist, die der Fixierung des Käfigs an der Laufscheibe dienen. Der Käfig wird bei der Montage gegen diese Rastnasen gedrückt, so dass er in der Montagestellung hinter diesen Rastnasen verrastet und damit axial fixiert ist.
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Nachteilig bei einem solchen Axialnadellager ist es jedoch, dass bei zunehmender Verwendung von Planetenrädern mit sehr kleinen Durchmesser und der daraus resultierenden Verwendung entsprechend kleiner Axialnadellager nur entsprechend kurze Rollenwälzkörper mit kleinem Durchmesser in den Axialnadellagern verwendet werden können und ein mit solchen Rollenwälzkörpern ausgestattetes Axialrollenlager somit nur eine relativ geringe Tragfähigkeit aufweist. Die Verwendung längerer Rollenwälzkörper ist bei dem aus
WO 2014/ 121769 A1 bekannten Axialnadellager durch die Verschnappung des Käfigs am Außenbord der Laufscheibe nicht möglich.
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Aus
JP 2013-61023 A ist darüber hinaus eine Lagerung der Planetenräder eines Planetenradgetriebes durch ein zweireihiges Axialnadellager bekannt, welches eine Laufscheibe aufweist, die einen radial innen liegenden inneren Scheibenabschnitt mit einer Wälzkörperlaufbahn, einen sich anschließenden abgewinkelten Anlaufbord, einen sich an den Anlaufbord anschließenden und zum inneren Scheibenabschnitt axial versetzten, mittigen radialen Ringabschnitt, einen sich daran anschließenden weiteren abgewinkelten Anlaufbord und einen radial außen liegenden äußeren Scheibenabschnitt mit einer zweiten Wälzkörperlaufbahn aufweist. Der innere und der äußere Scheibenabschnitt sind nicht über entsprechende innere respektive äußere Anlaufborde begrenzt. Die Fixierung des Käfigs an der Laufscheibe erfolgt dort über an dem mittigen Ringabschnitt radial vorspringende Halteabschnitte. Diese Halteabschnitte sind jeweils aus dem den benachbarten Scheibenabschnitt begrenzenden Anlaufbord ausgebogen, das heißt, dass unterhalb der Halteabschnitte im Anlaufbord eine Ausnehmung ist. Der Anlaufbord ist also lokal aufgeschnitten, es ist ein U-förmiger Trennschnitt eingebracht, der es ermöglicht, dass dann der entsprechende Halteabschnitt aus dem Anlaufbord ausgebogen werden kann.
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Bei diesem Axialnadellager ist durch den Wegfall des inneren und des äußeren Anlaufbordes und durch die Fixierung der Käfige am mittigen radialen Ringabschnitt zwar die Verwendung längerer Rollenwälzkörper möglich, es hat sich jedoch als nachteilig erwiesen, dass zur Herstellung der Laschen für die Käfigfixierung die Laschen vom Inneren des mittigen Ringabschnitts her in diesen eingeschnitten und nach oben umgebogen werden müssen. Werden die Laufscheiben dabei wie üblich in einem Folgewerkzeug auf einer Tiefziehpresse gefertigt, ist die Herstellung der Laschen somit nur mit hochkomplexen Spezialwerkzeugen möglich, die einen hohen Kostenaufwand verursachen.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung somit zum einen die Aufgabe zugrunde, ein Axialnadellager zu konzipieren, bei dem die Laschen zur Axialfixierung des Käfigs an der Laufscheibe auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar sind. Zum anderen liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung der Laufscheibe eines Axialnadellagers zu konzipieren, welches im Hinblick auf die entstehenden Werkzeugkosten und die erforderlichen Fertigungsschritte kostengünstig und effektiv ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Axialnadellager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Laufscheibe aus nur jeweils einem Scheibenabschnitt, einem Anlaufbord und einem Ringabschnitt besteht und dass die Ausnehmungen unterhalb der Halteabschnitte beim Einarbeiten in die Laufscheibe eine U-Kontur aufweisen und sich einerseits mit dem Steg ihrer U-Kontur bis in den Scheibenabschnitt hinein und andererseits mit den Enden ihrer U-Kontur sich bis in den Ringabschnitt hinein erstreckend ausgebildet sind. Das heißt, dass die Laufscheibe mit großen, fensterartigen Öffnungen oder Freistellungen ausgebildet wird, durch welche die Biegelinien des Anlaufbordes hindurch verlaufen. Gleichzeitig ermöglichen die Ausnehmungen eine verbesserte Schmiermittelzu- und -abfuhr in und aus dem Axialnadellager.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.
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Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlager vorgesehen, dass sich die Ausnehmungen unterhalb der Halteabschnitte mit dem Steg ihrer U-Kontur bis maximal an die Wälzkörperlaufbahn erstrecken. Die Wälzkörperlaufbahn ist zwangsläufig schmäler als der Scheibenabschnitt, nachdem die Wälzkörper in den geschlossenen Taschen eines bevorzugt verwendeten scheibenförmigen Käfigs aufgenommen sind. Das heißt, dass sich die Ausnehmungen ein beachtliches Stück in den Scheibenabschnitt hinein erstrecken können, letztlich entsprechend der Breite des Käfigs bis zum Beginn der Taschen. Der Scheibenabschnitt kann also beachtlich großflächig geöffnet werden, was für eine gute Schmiermittelversorgung zweckmäßig ist, verbunden mit dem Umstand, dass sich die Ausnehmung ja auch über den Anlaufbord erstreckt.
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Da die Verschnappung des Käfigs am Anlaufbord über die Halteabschnitte erfolgt, wird der Teilkreis nach außen verschoben, was die Verwendung längerer Nadeln ermöglicht. Die Ausnehmungen werden bereits in die ebene Scheibe respektive Platine eingestanzt und bilden nach dem Umformen, beispielsweise durch Biegestanzen oder Tiefziehen, der Scheibe die entsprechenden Halteabschnitte aus. Die Ausnehmungen respektive fensterartigen Öffnungen erlauben wie beschrieben ein entsprechend gute Schmiermittelzu- und -abfuhr.
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Die U-Kontur der Ausnehmungen ermöglicht es, dass ohne weiteres der Anlaufbord, der einerseits zum Ringabschnitt, andererseits zum Scheibenabschnitt abgewinkelt ist, entsprechend umgeformt respektive umgebogen werden kann, da im Bereich der über die U-förmige Ausnehmungen ausgebildeten Laschen die entsprechende Verformung erfolgen kann, ohne dass die Laschen in ihrer Position oder Geometrie durch das Umformen beeinträchtigt werden. Die Laschen sind also beidseitig von den Ausnehmungen eingefasst respektive freigestellt. Dies ermöglicht ein einfaches Umformen, während sichergestellt ist, dass sich die Laschen mit den endseitigen Halteabschnitten trotz Umformens radial und damit parallel verlaufend vom Ringabschnitt erstrecken.
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Zweckmäßig ist es dabei gemäß Anspruch 3, wenn wenigstens drei äquidistant um den Umfang des Anlaufbordes verteilte Halteabschnitte vorgesehen sind, die also um 120° beabstandet sind. Selbstverständlich ist es auch denkbar, mehr als drei solcher Halteabschnitte bzw. Laschen auszubilden.
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Neben dem Axialnadellager selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Laufscheibe für ein Axialnadellager der beschriebenen Art. Dieses Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß durch folgende Schritte aus:
- • Ausstanzen des Außendurchmessers und einer zentralen Durchbrechung der Laufscheibe aus einem dünnwandigen Stahlmaterial zu einem Scheibenbauteil;
- • Ausstanzen der Ausnehmungen mit der U-Kontur aus dem Scheibenbauteil zur Ausbildung von Laschen mit den endseitigen Halteabschnitten;
- • Umformen des Scheibenbauteils mit folgenden, gleichzeitig oder schrittweise erfolgenden Einzelschritten:
- - Anformen eines radialen Innenbordes, der den Innendurchmesser der Laufscheibe begrenzt,
- - Anformen des sich an den Innenbord der Laufscheibe anschließenden axialen Ringabschnitts,
- - Anformen des zum Ringabschnitt abgewinkelten Anlaufbords entlang einer Biegelinie, die quer durch die Enden der U-Kontur der Ausnehmungen verläuft,
- - Anformen des zum Anlaufbord abgewinkelten Scheibenabschnitts entlang einer Biegelinie, die längs durch den Steg der U-Kontur der Ausnehmungen verläuft,
- - Ausformen der sich durch das Abwinkeln des Anlaufbordes nunmehr radial über diesen nach außen erstrecken Laschen mit den endseitigen Halteabschnitten.
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Die Ausnehmungen werden somit bevorzugt mit einer U-förmigen Kontur ausgestanzt, was das einfache Anformen des Anlaufbords ohne Gefahr des Umformens der Laschen nebst Halteabschnitt ermöglicht. Der Ziehstempel des Umformwerkzeugs ist im Bereich der Laschen respektive Halteabschnitte ausgenommen, so dass ein Überstand der Lasche respektive des Halteabschnitts zum Führungsdurchmesser am Anlaufbord entsteht. Dieser Überstand definiert also den Halteabschnitt, der als Halterung für den Käfig und damit eine Verliersicherung des Käfigs an der Laufscheibe darstellt.
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Bevorzugt werden wenigstens drei äquidistant um den Umfang verteilt positionierte Ausnehmungen ausgestanzt, denkbar ist aber auch das Ausstanzen weiterer Ausnehmungen.
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Die Umformung selbst erfolgt bevorzugt durch Tiefziehen oder Biegestanzen, wobei natürlich jedes mögliche Umformverfahren angewendet werden kann.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen in:
- 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäß ausgebildetes Axialnadellager,
- 2 eine vergrößerte räumliche Teilansicht des Axialnadellagers aus 1,
- 3 eine geschnittene Ansicht des Axialnadellagers aus 1 entlang der Linie III - III,
- 4 eine vergrößerte Teilansicht des Axialnadellagers aus 1 in der Montagestellung mit zugeordnetem Planetenrad,
- 5 eine Draufsicht auf eine unverformte, gestanzte Ringscheibe,
- 6 eine Draufsicht auf die aus der Ringscheibe nach 5 durch Umformen hergestellte Laufscheibe aus 1,
- 7 eine räumliche Darstellung der Laufscheibe aus 6.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Axialnadellager 1, umfassend eine Laufscheibe 2 mit einem radial innenliegenden Ringabschnitt 3, an den über einen abgewinkelten Anlaufbord 4, siehe hierzu insbesondere die 2 und 3, ein zum Ringabschnitt 3 axial versetzter, sich radial nach außen erstreckender Scheibenabschnitt 5 vorgesehen ist, vgl. 3. Der Scheibenabschnitt 5 weist eine Wälzkörperlaufbahn 6 auf, auf der in einem ringförmigen Käfig 7 in entsprechenden Taschen 8 aufgenommene Lagernadeln 9 abwälzen. Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, die einen Schnitt entlang der Linie III - III aus 1 zeigt, ist der axiale Gesamtaufbau des Axialnadellagers 1 sehr schmal, die axiale Breite liegt im Bereich weniger Millimeter. Insbesondere die Lagernadeln 9 selbst können sehr klein sein, sie weisen eine Länge von wenigen Millimetern bei einem entsprechend kleinen Durchmesser auf. Ein solches Axialnadellager 1 dient beispielsweise zur Lagerung sehr klein im Durchmesser ausgelegter Planetenräder eines Planetenradgetriebes.
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2 zeigt in einer vergrößerten räumlichen Teilansicht einen Ausschnitt des Bereichs II aus 1. In der vergrößerten Darstellung ist zum einen die Laufscheibe 2, zum anderen der Käfig 7 mit den Lagernadeln 9 dargestellt. Der Käfig 7 weist einen Innenumfang 10 auf, der nur geringfügig im Durchmesser größer ist als der Außenumfang des Anlaufbords 4, wie insbesondere 2 zeigt. Dies ermöglicht es, dem Käfig 7 nach seiner Bestückung mit den Lagernadeln 9 auf die Laufscheibe 2 aufzusetzen und dabei den axial erhöhten Ringabschnitt 3 durch den Käfig 7 zu führen.
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Um nun den Käfig 7 axial an der Laufscheibe 2 zu fixieren, sind mehrere, im gezeigten Beispiel drei, sich vom Ringabschnitt 3 radial über den Anlaufbord 4 erstreckende Halteabschnitte 11 (siehe 1 und insbesondere 2) vorgesehen. Diese Halteabschnitte 11 übergreifen geringfügig den Käfig 7 an dessen Innenumfang 10, so dass dieser axial gesichert ist.
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Unterhalb der Halteabschnitte 11, die über die Endabschnitte entsprechender Laschen 12 gebildet sind, die sich ebenflächig respektive radial zum Ringabschnitt 3 erstrecken, da aus diesem ausgebildet, sind Ausnehmungen 13 mit einer U-Kontur vorgesehen, die sich bis in den Scheibenabschnitt 5 und bis in den Ringabschnitt 3 der Laufscheibe 2 hinein erstrecken. Dies ist anschaulich in den 6 und 7 gezeigt, wo jeweils in einer Draufsicht (6) und einer Perspektivansicht (7) die jeweilige Laufscheibe 2 gezeigt ist. Ersichtlich erstrecken sich die Ausnehmungen 13 radial gesehen mit ihren Steg 13b ein Stück weit in den Bereich des Scheibenabschnitts 5, jedoch nicht so weit, dass die Nadeln 9 über die Ausnehmungen 13 laufen würden. Das heißt, dass sich die Ausnehmungen 13 nicht bis in den eigentlichen Bereich der Wälzkörperlaufbahn 6, auf der die Lagernadeln 9 abwälzen, erstrecken.
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Außerdem erstrecken sich die Ausnehmungen 13, siehe beispielsweise 3 sowie insbesondere die 6 und 7, mit ihren Enden 13a bis in den Bereich des Ringabschnitts 3, so dass die Ausnehmungen 13 insgesamt die Laschen 12 freistellen (siehe insbesondere 6). Dies ermöglicht es, den Anlaufbord 4 ohne Probleme entsprechend auszuformen, das heißt, dass die in 6 gestrichelt dargestellten Biegelinien des Anlaufbordes 4 quer durch die Enden 13a und längs durch den Steg 13b der Ausnehmungen 13 verlaufen. Dies stellt sicher, dass die Laschen 12 während dieser Umformung nicht verformt werden, sondern nach wie vor radial, entsprechend der Geometrie des Ringabschnitts 3, verlaufen.
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Die konkrete Ausgestaltung der Ausnehmung 13 und insbesondere der Umstand, dass diese sich bis in den Bereich des Scheibenabschnitts 5 und des Ringabschnittes 3 erstrecken, ermöglicht zudem eine ideale Schmierstoffzufuhr in den Bereich der Führung der Lagernadeln 9 und des Käfigs 7 an der Laufscheibe 2 und insbesondere an der Wälzkörperlaufbahn 6.
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4 zeigt ein Montagebeispiel des Axialnadellagers 1. Das Axialnadellager 1 ist an einem nicht näher gezeigten Auflager rechts davon abgestützt. An der gegenüberliegenden Seite ist exemplarisch ein Planet 17 gezeigt, der auf die Lagernadeln 9 abgestützt und gelagert ist.
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Die 5, 6 und 7 zeigen drei Figuren, anhand derer sich der Herstellvorgang erläutern lässt.
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5 zeigt ein Scheibenbauteil 14. Dieses wurde in einem Stanzverfahren aus einem entsprechend größeren Blechbauteil ausgestanzt. Gezeigt ist zum einen die mittige zentrale Durchbrechung 15. Ebenso gezeigt sind die drei Ausnehmungen 13, die in der Grundform eine U-Kontur aufweisen. Das heißt, dass in dem Basisbauteil 14, auch Ronde genannt, einerseits die zentrale Durchbrechung 15, andererseits die wenigstens drei Ausnehmungen 13, die auch als Freistellungen bezeichnet werden können, ausgestanzt werden.
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In einem nachgeschalteten Biegeprozess wird sodann die konkrete dreidimensionale Geometrie der Laufscheibe 2 ausgeformt. Zum einen wird ein radialer Innenbord 16, siehe 3, ausgeformt, der die zentrale Durchbrechung 15 begrenzt. An ihn schließt sich der Ringabschnitt 13 an, an den sich, radial nach außen, der Anlaufbord 4 anschließt, der sodann in den wiederum ausgebogenen Scheibenabschnitt 5 übergeht. Hierbei werden gleichzeitig auch die Laschen 12 mit ihren endseitigen Halteabschnitten 11 ausgeformt. Hierzu ist der Ziehstempel des Werkzeugs im Bereich dieser Haltevorsprünge 11 ausgenommen, so dass die Halteabschnitte 11 als Überstand der jeweiligen Lasche 12 zum Führungsdurchmesser entstehen. Die Höhe dieser Halteabschnitte 11, also die Länge, mit der sie über den Anlaufbord 4 radial hinausstehen, ist variabel und hängt letztlich von der Größe respektive Geometrie der jeweils ausgestanzten Ausnehmung 13 ab.
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Die Halteabschnitte 11 dienen wie beschrieben der Verschnappung des Käfigs 7 an der Laufscheibe 2. Dies ermöglicht eine minimale radiale Bauhöhe. Durch die gestanzten Ausnehmungen 13 kann im nachfolgenden Biegeprozess eine sehr genaue Geometrie der Halterungen 11 sowie deren Relativposition zum Anlaufbord 4 und damit letztlich auch zum Käfig 7 hergestellt werden. Für die Herstellung der Halteabschnitte 11 sind im Werkzeug keine Radialbewegungen notwendig, was eine schnelle Herstellung der Laufscheibe 2 ermöglicht und sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten auswirkt. Durch den Entfall des Außenbords an dem radial äußeren Ende des Scheibenabschnitts 5 wird weiterhin eine kleinere Ronde, also ein kleineres Scheibenbauteil 14 benötigt, was sich positiv auf den Außendurchmesser des Axialnadellagers 1 wie aber auch auf die verwendbare maximale Länge der Lagernadeln 9 auswirkt, da diese etwas länger ausgeführt werden können und somit auch die Tragfähigkeit des Lagers erhöhen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Axialnadellager
- 2
- Laufscheibe
- 3
- Ringabschnitt
- 4
- Anlaufbord
- 5
- Scheibenabschnitt
- 6
- Wälzkörperlaufbahn
- 7
- Käfig
- 8
- Taschen
- 9
- Lagernadeln
- 10
- Innenumfang
- 11
- Halteabschnitte
- 12
- Lasche
- 13
- Ausnehmung
- 13a
- Enden von 13
- 13b
- Steg von 13
- 14
- Scheibenbauteil
- 15
- Durchbrechung
- 16
- Innenbord
- 17
- Planet