DE102019112747A1

DE102019112747A1 - Radmodul mit einem wälzgelagerten Rad eines Stirnrad- oder Zugmittelgetriebes

Info

Publication number: DE102019112747A1
Application number: DE102019112747.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Werner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2020-11-19
Also published as: DE112020002354A5; CN113692496B; WO2020228898A1; CN113692496A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radmodul, umfassend ein getriebenes Rad (1) eines Stirnrad- oder Zugmittelgetriebes, das über ein koaxiales Radiallager (2) drehbar an einem Lagerbolzen gelagert ist, wobei das Radiallager (2) mindestens eine Reihe von durch einen Radiallagerkäfig (4) gehaltenen Zylinderrollen (5) aufweist, die radialinnenseitig direkt am Lagerbolzen oder einem dazwischen angeordneten separaten Lagerinnenring (8) des Radiallagers (2) abrollen, und die radialaußenseitig direkt am Rad () oder einem dazwischen angeordneten separaten Lageraußenring abrollen, wobei dem Radiallager (2) zu beiden Stirnseiten ein Axiallager (3a, 3b) zur kombinierten Radial-/Axiallagerung zugeordnet ist, deren jeweiligen durch einen Axiallagerkäfig (6) gehaltenen Zylinderrollen (7) einerseits an einer jeweils außenliegenden Laufscheibe (9a, 9b) und andererseits an direkt je flankenseitig des Rades (1) ausgebildeten axialen Laufflächen (10a, 10b) abrollen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radmodul, umfassend ein getriebenes Rad eines Stirnrad- oder Zugmittelgetriebes, das über ein koaxiales Radiallager drehbar an einem Lagerbolzen gelagert ist, wobei das Radiallager mindestens eine Reihe von durch einen Radiallagerkäfig gehaltenen Zylinderrollen aufweist, die radial innenseitig direkt am Lagerbolzen oder einem dazwischen angeordneten separaten Lagerinnenring des Radiallagers abrollen, und die radial außenseitig direkt am Rad, also innerhalb einer hierin eingebrachten Nabenbohrung, oder einem dazwischen angeordneten separaten Lageraußenring abrollen.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Kraftfahrzeuggetriebe. Insbesondere Stirnradgetriebe können aus einem Zahnrad und zugeordnete Lager bestehende Radmodule umfassen, welche als Umkehr- oder Zwischenrad fungieren und hierdurch als getriebenes Rad drehbar gegenüber einem relativ hierzu feststehenden Lagerbolzen gelagert sind. Der Lagerbolzen selbst kann dabei sowohl ortsfest in einem Getriebegehäuse als auch relativ beweglich hierzu, beispielsweise in Form eines Planetenradbolzens eines Planetengetriebes, ausgebildet sein. Darüber hinaus lässt sich ein getriebenes Rad eines hier interessierenden Radmoduls auch als Keilriemenscheibe oder Kettenrad ausbilden, welche insoweit Bestandteil eines Zugmittelgetriebes sein können.
Stand der Technik
Aus der DE 100 02 026 A1 geht ein Stirnradgetriebe in Form eines Zahnräderwechselgetriebes eines Kraftfahrzeuges hervor, welches ein Getriebezwischenrad umfasst, das über ein koaxiales Radiallager drehbar an einem Lagerbolzen gelagert ist. Das Radiallager umfasst zwei Reihen von durch einen zusammensteckbaren Radiallagerkäfig gehaltenen Zylinderrollen, die radial innenseitig direkt an je zugeordnete Laufbahnen des Lagerbolzens abrollen. Radial außenseitig rollen die Zylinderrollen des Radiallagers direkt am Zwischenzahnrad ab, also an je zugeordneten Laufbahnen innerhalb einer Nabenbohrung des Zwischenzahnrades. Das Zwischenzahnrad ist zu einer Seite hin axial vom benachbarten Gehäuse geführt und zur gegenüberliegenden Seite hin mit einer separaten Anlaufscheibe ausgestattet, welche mit einem im Getriebegehäuse angeordneten Lagerschild korrespondiert.
Diese axiale Führung des Zwischenzahnrades erfordert also eine außerhalb der Lagerbauteile zu montierende Anlaufscheibe und ist hinsichtlich der gegenüberliegenden Gehäuseführung abriebgefährdet, zumindest wenn ein Leichtmetall - wie Aluminium - als Gehäusematerial zum Einsatz kommt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Radmodul dahingehend weiter zu verbessern, dass dieses sich mit axial angrenzenden Leichtmetallbauteilen des Getriebes kombinieren lässt, um die Lebensdauer im Bereich der Drehlagerung zu erhöhen.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Radmodul gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Der Anspruch 11 ist auf ein das erfindungsgemäße Radmodul umfassendes Stirnrad- oder Zugmittelgetriebe gerichtet. Die jeweils abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass dem Radiallager des Radmoduls zu beiden Stirnseiten ein spezielles Axiallager zur kombinierten Radial-/Axiallagerung zugeordnet ist, deren jeweilige durch einen Axiallagerkäfig gehaltenen Zylinderrollen einerseits an einer jeweils außen liegenden Laufscheibe und andererseits an direkt je flankenseitig des Rades im Bereich der Nabenbohrung ausgebildeten axialen Laufflächen abrollen.
Mit anderen Worten wird mit der Erfindung anstelle einer Axialführung eine spezielle Axiallagerung vorgeschlagen, welche mit wenigen wirksamen Bestandteilen auskommt. Die jeweils außen liegende Laufscheibe besitzt für das Zusammenwirken mit den Zylinderrollen eine hinreichende Laufbahnqualität und verursacht im Gegensatz zu einer Anlaufscheibe mangels Relativbewegung keinen verschleißverursachenden Abrieb zu angrenzenden Bauteilen, so dass sich das erfindungsgemäße Radmodul selbst im Zusammenhang mit angrenzenden Leichtmetallbestandteilen eines Getriebes, beispielsweise dem Getriebegehäuse, verwenden lässt. Seitens des zu lagernden getriebenen Rades kann auf eine weitere Laufscheibe deshalb verzichtet werden, weil das Rad sowieso aus einem hinreichend abriebfesten Material, beispielsweise aus einer gehärteten Stahllegierung, besteht und sich die hieran ausgebildeten axialen Laufflächen mit hinreichender Laufbahnqualität in einfacher Weise herstellen lassen, beispielsweise durch Schleifen.
Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die außen liegenden Laufscheiben jeweils einen in etwa U-förmigen Querschnitt aufweisen, um über die hierdurch gebildeten Schenkelbereiche den Axiallagerkäfig und den Radiallagerkäfig zu umgreifen. Der U-förmige Querschnitt ist dabei dahingehend zu verstehen, dass lediglich die ungefähre Hüllgeometrie eine U-Form ergeben soll. Davon abgesehen, können weitere Anformungen existieren, beispielsweise zu Haltezwecken. Durch die hierdurch geschaffene Verbindung zwischen Axiallagerkäfig und Radiallagerkäfig entsteht eine in sich selbst haltende Baueinheit, welche als vormontiertes Bauteil auch eine einfache Montage am Radmodul ermöglicht.
Zusätzlich können die Laufscheiben über den jeweiligen radial inneren Schenkelbereich mit dem Lagerbolzen bzw. dem Lagerinnenring eine Clipverbindung ausbilden. Damit lässt sich die vormontierte Baueinheit durch einfaches Aufstecken mit dem Radmodul fixieren und die Clipverbindung bildet außerdem eine wirksame Verliersicherung für die Laufscheiben. Je nach Montagereihenfolge ist auch eine einseitige Clipverbindung hinreichend.
Zur Realisierung der Clipverbindung kann beispielsweise ein Lagerinnenring mit mindestens einer außenradialen nutförmigen Ausnehmung versehen werden, die vorzugsweise als Umlaufnut ausgebildet ist, und mit einer korrespondierenden Formgebung des radial inneren Schenkelbereichs der zugeordneten Laufscheibe zur Ausbildung der Clipverbindung zusammenwirkt. Hierzu kann der besagte radial innere Schenkelbereich beispielsweise nasenförmige Anformungen oder dergleichen besitzen.
Optional zusätzlich kann die Laufscheibe auch über den jeweiligen außenradialen Schenkelbereich gemeinsam mit dem Axiallagerkäfig eine Clipverbindung bilden. Hierzu kann der radial äußere Schenkelbereich beispielsweise mit einem nach innen gebogenen Randabschnitt versehen werden, welcher den Axiallagerkäfig umgreift.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Lagerinnenring bzw. der als ein Hohlbolzen ausgebildete Lagerbolzen mindestens zwei verschiedene Dickenabschnitte aufweist, wovon mindestens ein mittlerer Dickenabschnitt breiter als zwei außen liegende Dickenabschnitte ausgeführt ist. Diese gezielte Abweichung von einer gleichdicken Ausführung des Lagerinnenrings leistet einen Beitrag zur Materialeinsparung und Gewichtsreduzierung. Außerdem können die hierdurch entstehenden größeren äußeren Durchmesserbereiche des Lagerinnenrings als Dichtungssitz oder dergleichen genutzt werden.
Hinsichtlich des mittleren Dickenabschnitts wird vorgeschlagen, diesen in Axialrichtung zumindest größtenteils unter der mindestens einen Reihe von Zylinderrollen des Radiallagers anzuordnen. Hierdurch wird trotz der vorgenannten Materialeinsparung eine stabile Gegenlagerung für die Zylinderrollen beibehalten.
Zusätzlich kann in den mittleren Dickenabschnitt ein umlaufend nutförmiger Schmiermittelkanal mit mindestens einer angeschlossenen Radialbohrung zur Schmiermittelversorgung des kombinierten Radial-/Axiallagers eingebracht werden. Durch eine derartige zentrale Schmiermittelversorgung der gesamten Lagerstelle lässt sich die Lebensdauer mit einer hieran anzuschließenden Druckschmierung erhöhen. Der Schmiermittelkanal lässt sich in Erfüllung seiner Funktion recht flach ausbilden, so dass hierdurch nicht die Stabilität des relativ dickeren mittleren Dickenabschnitts wesentlich beeinträchtigt wird.
Gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Radiallagerkäfig in Axialrichtung zwischen den beiden Laufscheiben geführt ist. Zusätzliche Führungsmittel für den Radiallagerkäfig können durch diese funktionsintegrierte Lösung entfallen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Radiallager des Radmoduls als ein zweireihiges Zylinderrollenlager oder Nadellager ausgeführt, das mit den beiden speziellen stirnseitigen Axiallagern kombiniert ist.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein Radmodul mit kombinierter Radial-/Axiallagerung.
Gemäß Figur besteht das Radmodul im Wesentlichen aus einem getriebenen Rad 1, welches hier ein Zahnrad darstellt, das über ein koaxiales Radiallager 2 drehbar an einem - hier nicht weiter dargestellten - Lagerbolzen eines Stirnradgetriebes gelagert ist. Dem Radiallager 2 ist zu beiden Stirnseiten ein Axiallager 3a bzw. 3b zur Realisierung einer kombinierten Radial-/Axiallagerung zugeordnet.
Das Radiallager 2 der kombinierten Radial-/Axiallagerung ist ein Zylinderrollenlager und weist zwei benachbart zueinander angeordnete Reihen von durch einen Radiallagerkäfig 4 gehaltenen Zylinderrollen 5 auf. Jedes der Axiallager 3a und 3b weist durch einen Axiallagerkäfig 6 gehaltene Zylinderrollen 7 auf.
Im Hinblick auf das Radiallager 2 rollen die Zylinderrollen 5 radial innenseitig an einem Lagerinnenring 8 ab, welcher wiederum auf dem - hier nicht weiter dargestellten - Lagerbolzen befestigt ist. Radial außenseitig rollen die Zylinderrollen 5 des Radiallagers 2 an einer Nabenbohrung des Rades 1 ab, so dass hier ein separater Lageraußenring entfällt.
Hinsichtlich der Axiallager 3a und 3b rollen die jeweiligen Zylinderrollen 7 je einerseits an einer außen liegenden Laufscheibe 9a bzw. 9b ab. Radseitig rollen die Zylinderrollen 7 dagegen an direkt je flankenseitig des Rades 1 ausgebildeten axialen Laufflächen 10a bzw. 10b ab.
Die außen liegenden Laufscheiben 9a und 9b weisen jeweils einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf, dessen Schenkelbereiche in der dargestellten Weise den jeweiligen Axiallagerkäfig 6 mit dem Radiallagerkäfig 4 umfassen und hierdurch zur Ausbildung einer in sich zusammenhaltenden Baugruppe verbinden.
Dabei sind die U-förmigen Laufscheiben 9a und 9b auf die besagten Bauteile zur Verliersicherung lösbar aufgeclipst. Der radial innenseitige Schenkelbereich der beiden Laufscheiben 9a und 9b bildet darüber hinaus mit dem Lagerring 8 eine weitere Clipverbindung aus, so dass der Lagerinnenring 8 mit den Laufscheiben 9a bzw. 9b, den beiden Axiallagerkäfigen 6 sowie dem Radiallagerkäfig 4 ortsfest zueinander positioniert sind. Demgegenüber können sich die hiervon eingefassten Zylinderrollen 5 des Radiallagers 2 sowie die Zylinderrollen 7 der beiden Axiallager 3a und 3b zur Erfüllung der Wälzlagerfunktion rotierend bewegen. Zu diesem Zweck ist der Lagerinnenring 8 mit mehreren nutförmigen Ausnehmungen 11 (exemplarisch) versehen, die mit einer korrespondierenden nach radial außen gerichteten Ausformung der jeweiligen Laufscheibe 9a bzw. 9b zusammenwirkt.
Der Lagerinnenring 8 des Wälzlagers 2 weist zwei verschiedene Dickenabschnitte auf, wovon ein mittlerer Dickenabschnitt 12 in der Materialstärke dicker als die beiden außen liegenden relativ hierzu dünneren Dickenabschnitte 13a und 13b ausgeführt ist.
Dabei erstreckt sich der mittlere Dickenabschnitt 12 in Axialrichtung größtenteils unter die beiden Reihen von Zylinderrollen 5 des Radiallagers 2, um eine stabile Wälzlagerung zu gewährleisten.
Der mittlere Dickenabschnitt 12 des Lagerinnenrings 8 ist ferner mit einem die Stabilität nicht beeinträchtigenden flachen umlaufenden Schmiermittelkanal 14 versehen, von dem eine Radialbohrung 15 abgeht, um das kombinierte Radial-/Axiallager mit Schmiermittel zu versorgen, welches von einem herkömmlichen - hier nicht weiter dargestellten - Druckölschmierkreis gefördert wird.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass das Rad 1 des Radmoduls nicht als Zahnrad eines Stirnradgetriebes oder dergleichen ausgebildet ist, sondern als Keilriemenrad oder Kettenrad eines Zugmittelgetriebes. Ferner kann sowohl das Radiallager 2 als auch die Axiallager 3a und 3b mit anderen Wälzkörperformen ausgeführt werden, soweit diese die hier geforderten Lagerfunktionen gewährleisten. Die an den Axiallagern 3a und 3b außen liegend angeordneten Laufscheiben 9a bzw. 9b sollten zur Erfüllung der bestimmungsgemäßen Funktion vorzugsweise aus einem gehärteten Stahlblech ausgeführt werden, beispielsweise als Stanzbiegeteil hergestellt.
Bezugszeichenliste

1: getriebenes Rad
2: Radiallager
3: Axiallager
4: Radiallagerkäfig
5: Zylinderrolle
6: Axiallagerkäfig
7: Zylinderrolle
8: Lagerinnenring
9: Laufscheibe
10: axiale Lauffläche
11: Ausnehmung
12: mittlerer Dickenabschnitt
13: randseitiger Dickenabschnitt
14: Schmiermittelkanal
15: Radialbohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10002026 A1 [0003]

Claims

Radmodul, umfassend ein getriebenes Rad (1) eines Stirnrad- oder Zugmittelgetriebes, das über ein koaxiales Radiallager (2) drehbar an einem Lagerbolzen gelagert ist, wobei das Radiallager (2) mindestens eine Reihe von durch einen Radiallagerkäfig (4) gehaltenen Zylinderrollen (5) aufweist, die radialinnenseitig direkt am Lagerbolzen oder einem dazwischen angeordneten separaten Lagerinnenring (8) des Radiallagers (2) abrollen, und die radialaußenseitig direkt am Rad (1) oder einem dazwischen angeordneten separaten Lageraußenring abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Radiallager (2) zu beiden Stirnseiten ein Axiallager (3a, 3b) zur kombinierten Radial- /Axiallagerung zugeordnet ist, deren jeweiligen durch einen Axiallagerkäfig (6) gehaltenen Zylinderrollen (7) einerseits an einer jeweils außenliegenden Laufscheibe (9a, 9b) und andererseits an direkt je flankenseitig des Rades (1) ausgebildeten axialen Laufflächen (10a, 10b) abrollen.
Radmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die außenliegenden Laufscheiben (9a, 9b) jeweils einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, um über die hierdurch gebildeten Schenkelbereiche den Axiallagerkäfig (6) mit dem Radiallagerkäfig (4) zu verbinden.
Radmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Laufscheibe (9a, 9b) über den jeweiligen radialinneren Schenkelbereich mit dem Lagerbolzen beziehungsweise dem Lagerinnenring (8) eine Clipverbindung bilden.
Radmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerinnenring (8) mindestens eine nutförmige außenradiale Ausnehmung (11) aufweist, die mit einer korrespondierenden Formgebung des radialinneren Schenkelbereichs der zugeordneten Laufscheibe (9a, 9b) zur Ausbildung der Clipverbindung zusammenwirkt.
Radmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufscheiben (9a, 9b) über den jeweiligen radialäußeren Schenkelbereich mit dem Axiallagerkäfig (6) eine Clipverbindung bilden.
Radmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerinnenring (8) beziehungsweise der als ein Hohlbolzen ausgebildete Lagerbolzen mindestens zwei verschiedene Dickenabschnitte (12, 13a, 13b) aufweist, wovon mindestens ein mittlerer Dickenabschnitt (12) dicker als zwei außenliegende Dickenabschnitte (13a, 13b) ausgeführt ist.
Radmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Dickenabschnitt (12) in Axialrichtung zumindest größtenteils unter der mindestens einen Reihe von Zylinderrollen (5) des Radiallagers (2) verläuft.
Radmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den mittleren Dickenabschnitt (12) ein umlaufend nutförmiger Schmiermittelkanal (14) mit angeschlossener Radialbohrung (15) zur Schmiermittelversorgung des kombinierten Radial-/Axiallagers eingebracht ist.
Radmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radiallagerkäfig (4) in Axialrichtung zwischen den beidseitigen Laufscheiben (9a, 9b) geführt ist.
Radmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (2) als ein zweireihiges Zylinderrollenlager oder Nadellager ausgebildet ist.
Stirnrad- oder Zugmittelgetriebe, umfassend ein Radmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, das als ein Umkehrrad oder als ein Getriebezwischenrad vorgesehen ist.
Stirnrad- oder Zugmittelgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das getriebene Rad (1) als ein Zahnrad eines Stirnradgetriebes ausgebildet ist.