DE102019133860A1

DE102019133860A1 - Zahnradlageranordnung

Info

Publication number: DE102019133860A1
Application number: DE102019133860.3A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Meyer; Oleg Weitner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-01-14

Abstract

Zahnradlageranordnung für ein mindestens drei Stirnradabschnitte (2a, 2b, 2c) aufweisendes Mehrfach-Zahnrad (1), welches über Zylinderrollenlagermittel drehbar an einem Lagerbolzen (3) gelagert ist, wobei die Zylinderrollenlagermittel mehrere axial benachbart auf dem Lagerbolzen (3) angeordnete Reihen (A, B, C) von Zylinderrollen (4) aufweisen, die von je in stirnseitig aneinander zur Anlage kommenden Lagerkäfigen (5) geführt sind, die randseitig axiale Stegabschnitte (6; 6') aufweisen, wobei die Anzahl der Stirnradabschnitte (2a, 2b, 2c) größer ist als die Anzahl der Reihen (A, B) von Zylinderrollen (4), wobei die einander zugewandten axialen Stegabschnitte (6') benachbarter Lagerkäfige (5) zum Axiallängenausgleich vorgesehen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradlageranordnung für ein mindestens drei Stirnradabschnitte aufweisendes Mehrfach-Zahnrad, welches über Zylinderrollenlagermittel drehbar an einem Lagerbolzen gelagert ist, wobei die Zylinderrollenlagermittel mehrere axial benachbart auf dem Lagerbolzen angeordnete Reihen von Zylinderrollen aufweisen, die von je in stirnseitig aneinander zur Anlage kommenden Lagerkäfigen geführt sind, welche randseitig axiale Stegabschnitte aufweisen.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik. Mehrfach-Zahnräder der hier interessierenden Art kommen vornehmlich als Planetenräder bei Planetengetrieben zum Einsatz. So können beispielsweise mit Dreifach-Zahnrädern als Planeten schaltbare Planetengetriebe realisiert werden, welche ein Zweiganggetriebe ausbilden. Die erfindungsgemäße Lösung ist jedoch nicht ausschließlich auf derartige, sogenannte Triple-Planeten anwendbar, sondern auch auf andere Mehrfach-Zahnräder, die mindestens drei Stirnradabschnitte aufweisen, welche vorzugsweise verschiedene Zahnraddurchmesser besitzen.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2017 120 336 B1 geht ein Planetengetriebe mit einem Mehrfach-Zahnrad hervor, das nach einer der beschriebenen Ausführungsformen auch als Dreifachzahnrad ausgebildet sein kann, welches ein Planetenrad des Planetengetriebes bildet. Das Mehrfach-Zahnrad ist so konstruiert, dass zwei Teilplanetenräder und ein zwischengeschaltetes Nebenplanetenrad in Summe ein zweifach gestuftes, einteiliges oder gebautes Dreifachzahnrad ausbilden. Die Planetenradlagerung findet auf dem Lagerbolzen statt und ist hier nicht näher spezifiziert.
Die DE 10 2012 214 551 A1 offenbart eine technische Lösung für eine Zahnradlageranordnung für ein Mehrfach-Zahnrad. Bei diesem Stand der Technik ist einem Zweifachzahnrad eine Zweifachlagerung zugeordnet. Dies bedeutet, dass das hier mit zwei Stirnradabschnitten versehene Planetenrad über eine zwei Reihen von Wälzkörpern aufweisende Wälzlagerung drehbar an einem Lagerbolzen eines Planetenträgers gelagert ist. Zur Wälzlagerung ist hier eine Nadellagerung vorgesehen, welche aus zwei axial benachbart auf dem Lagerbolzen angeordnete Reihen von Zylinderrollen (Nadeln) ausgebildet ist. Beide Reihen von Zylinderrollen sind in entsprechenden Lagerkäfigen gehalten und geführt, welche an der zugewandten Seite aneinander zur Anlage kommen. Hierdurch ergibt sich die Konfiguration, dass jedem Zahnradabschnitt eine Reihe von Zylinderrollen zugeordnet ist. Da die Lagerkäfige an den beiden Stirnseiten randseitig axiale Stegabschnitte aufweisen, wird hierdurch der axiale Abstand der beiden Reihen von Zylinderrollen definiert.
Bei der Nutzung dieser herkömmlichen Konfiguration von Zahnradlageranordnungen besteht im Falle eines Dreifachzahnrades das Problem, dass die mittlere Reihe von Zylinderrollen mit einer nur geringen Last beaufschlagt wird, wodurch ein hohes Ausfallrisiko wegen Verschleiß, insbesondere in Form von sogenannten Anschmierungen, besteht.
Aus der DE 102 23 432 A1 geht ein typischer Lagerkäfig für Zylinderrollen hervor. Dieser besitzt im Längsschnitt gesehen ein sogenanntes M-Profil, welches durch einen entsprechend geformten Längssteg gebildet wird, der zwei stirnseitige Seitenringe miteinander verbindet. Entlang des Umfangs sind mehrere derartige Längsstege vorgesehen, wobei in die Zwischenräume zwischen zwei Längsstegen eine Zylinderrolle eingesetzt ist. Um eine möglichst hohe Tragzahl bei möglichst geringem Materialverbrauch für den Lagerkäfig zu erzielen, sind die randseitig axialen Stegabschnitte der Längsstege möglichst kurzbauend ausgebildet.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zahnradlageranordnung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass eine zuverlässige Drehlagerung eines Mehrfach-Zahnrads mit geringem Bauteilaufwand ermöglicht wird.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Zahnradlageranordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
Der Anspruch 8 widmet sich ein die erfindungsgemäße Zahnradlageranordnung umfassendem Planetengetriebe und der Anspruch 9 ist auf ein Zweiganggetriebe mit einem solchen Planetengetriebe gerichtet, welches insoweit - in allgemein bekannter Weise - schaltbar ausgeführt ist.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Anzahl der Stirnradabschnitte eines Mehrfach-Zahnrads mit mindestens drei Stirnradabschnitten größer ist als die Anzahl der Reihen von Zylinderrollen, wobei die einander zugewandten axialen Stegabschnitte benachbarter Lagerkäfige zum Axiallängenausgleich vorgesehen sind. Mit anderen Worten existieren also weniger Reihen von Zylinderrollen als Stirnradabschnitte. Hierdurch braucht der Axiallängenausgleich für den Fall, dass weniger Reihen von Zylinderrollen als Stirnradabschnitte bei einer Zahnradlagerung vorhanden sind, nicht über ein zusätzliches Bauteil in Form einer Distanzhülse überbrückt werden. Denn der Axiallängenausgleich ist in die randseitigen Stegabschnitte des Lagerkäfigs mit implementiert. Dies bedeutet, dass bei der erfindungsgemäßen Lösung von dem bisherigen Bestreben, möglichst kurzbauende randseitige Stegabschnitte zu realisieren, abgegangen wird und ein funktionsintegrierter Lagerkäfig realisiert ist, welcher neben der Führungsfunktion für die Zylinderrollen auch die Funktion eines Axiallängenausgleichs realisiert.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung resultiert daraus, dass ebenfalls von dem Prinzip abgegangen wurde, dass jeder Stirnradabschnitt eines Mehrfach-Zahnrads zwingend durch eine Reihe von Zylinderrollen oder anderen Wälzkörpern unterlegt zu sein hat, wie es sich aus dem vertikalen Belastungsschema eines Getriebeschaubildes normalerweise ergibt. Es wurde vielmehr erkannt, dass auch weniger Reihen von Zylinderrollen hinreichend sind, um eine zuverlässige Wälzlagerung zu gewährleisten. Denn Randabschnitte von Zylinderrollen einer Reihe können auch einen benachbarten Stirnradabschnitt eines Mehrfach-Zahnrades mittragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Mehrfach-Zahnrad als ein Dreifachzahnrad ausgebildet, welches also drei Stirnradabschnitte aufweist. Bei diesem Dreifachzahnrad kommen entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung zwei Reihen von Zylinderrollen zum Einsatz. Bei dieser Konfiguration entfällt der eingangs beschriebene Nachteil, dass eine ansonsten übliche mittlere Reihe von Zylinderrollen mit weniger Last beaufschlagt werden würde, was zu den beschriebenen Verschleißerscheinungen führen würde. Da eine mittlere Reihe von Zylinderrollen vollständig entfällt, entfällt damit auch diese Problematik.
Vorzugsweise sollten alle zum Einsatz kommenden Zylinderrollen mit einheitlicher Länge ausgebildet sein, um dem Gedanken eines Gleichbaus folgend möglichst wenige Varianten unterschiedlicher Bauteile vorhalten zu müssen.
Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Teil der Stirnradabschnitte eine Verzahnungsbreite aufweist, die kleiner als die Länge der Zylinderrollen ist. Hierdurch werden Maßverhältnisse geschaffen, die es ermöglichen, dass Randabschnitte von Zylinderrollen in vorstehend beschriebener Weise auch Stirnradabschnitte des Mehrfach-Zahnrads unterlegen, welchen nicht eine eigene Reihe von Zylinderrollen oder anderen Wälzkörpern zugeordnet ist. Im Falle eines Dreifachzahnrades wäre dies der mittlere Stirnradabschnitt.
Hinsichtlich der Lagerkäfige wird vorgeschlagen, vorzugsweise symmetrische Lagerkäfige in Form von Gleichbauteilen zu verwenden. Dabei können insbesondere auch die zum Axiallängenausgleich gegenüber dem Stand der Technik verlängerten axialen Stegabschnitte des Lagerkäfigs beidseits ausgebildet sein, obwohl nur benachbarte Stegabschnitte in Summe einen Axiallängenausgleich herbeiführen. Dieser Kompromiss wird hier zugunsten des Gleichbaus getroffen.
Figurenliste
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in Reflektion zum Stand der Technik näher dargestellt. Es zeigt:

1 einen schematischen Teilschnitt einer Zahnradlageranordnung für ein drei Stirnradabschnitte aufweisendes Mehrfach-Zahnrad gemäß des Standes der Technik, und
2 einen Teilschnitt einer Zahnradlageranordnung mit einem drei Stirnradabschnitte aufweisenden Mehrfach-Zahnrad gemäß der Erfindung.

In der 1 wird der Stand der Technik schematisch illustriert. Ein Mehrfach-Zahnrad 1, das hier als Dreifachzahnrad ausgebildet ist, besteht aus drei Stirnradabschnitten 2a bis 2c mit unterschiedlichem Zahnraddurchmesser.
Das Mehrfach-Zahnrad 1 ist über Zylinderrollenlagermittel an einem Lagerbolzen 3 drehbar gelagert. Die Zylinderrollenlagermittel bestehen hier aus drei Reihen A, B, C von Zylinderrollen 4 (exemplarisch). Alle Zylinderrollen 4 sind als sogenannte Nadeln ausgebildet, welche eine viel größere Längserstreckung als Durchmesser aufweisen, um Nadellager auszubilden.
Die Zylinderrollen 4 jeder Reihe A, B, C sind jeweils in stirnseitig aneinander zur Anlage kommenden Lagerkäfigen 5 (exemplarisch) geführt und gehalten. Jeder Lagerkäfig 5 ist aus einem umgeformten Stanzbiegeteil hergestellt und besitzt randseitig axiale Stegabschnitte 6 (exemplarisch) zu beiden Seiten, welche in herkömmlicher Weise recht kurz ausgeführt sind.
Bei der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Lösung sind diese axialen Stegabschnitte 6' (exemplarisch) aller Lagerkäfige 5 (exemplarisch) dagegen viel länger ausgebildet. Die Länge der axialen Stegabschnitte 6' sind dabei so bemessen, dass benachbarte und aneinander zur Anlage kommende Lagerkäfige 5 hierüber einen Axiallängenausgleich für die Zylinderrollenlagermittel bilden. Denn die Anzahl der Stirnradabschnitte 2a, 2b, 2c ist hier größer als die Anzahl der Reihen A, B von Zylinderrollen 4. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel der vorstehend beschriebenen Figur, die den Stand der Technik beschreibt.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden somit vorzugsweise n-1 weniger Reihen an Zylinderrollen 4 gegenüber der Anzahl der Stirnradabschnitte eines Mehrfach-Zahnrades benötigt, welche auf alle Fälle größer ist als die Reihenanzahl an Zylinderrollen 4.
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, ein Mehrfach-Zahnrad mit mehr als drei Zahnradabschnitten mit der erfindungsgemäßen Zahnradlagerung auszustatten.
Bezugszeichenliste

1: Mehrfach-Zahnrad
2: Stirnradabschnitt
3: Lagerbolzen
4: Zylinderrolle
5: Stirnradabschnitt
6: Stegabschnitt
A: erste Reihe Zylinderrollen
B: zweite Reihe Zylinderrollen
C: dritte Reihe Zylinderrollen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017120336 B1 [0003]
DE 102012214551 A1 [0004]
DE 10223432 A1 [0006]

Claims

Zahnradlageranordnung für ein mindestens drei Stirnradabschnitte (2a, 2b, 2c) aufweisendes Mehrfach-Zahnrad (1), welches über Zylinderrollenlagermittel drehbar an einem Lagerbolzen (3) gelagert ist, wobei die Zylinderrollenlagermittel mehrere axial benachbart auf dem Lagerbolzen (3) angeordnete Reihen (A, B, C) von Zylinderrollen (4) aufweisen, die von je in stirnseitig aneinander zur Anlage kommenden Lagerkäfigen (5) geführt sind, die randseitig axiale Stegabschnitte (6; 6') aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Stirnradabschnitte (2a, 2b, 2c) größer ist als die Anzahl der Reihen (A, B) von Zylinderrollen (4), wobei die einander zugewandten axialen Stegabschnitte (6') benachbarter Lagerkäfige (5) zum Axiallängenausgleich vorgesehen sind.
Zahnradlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrfach-Zahnrad (1) als ein Dreifachzahnrad ausgebildet ist, welches drei Stirnradabschnitte (2a, 2b, 2c) aufweist.
Zahnradlageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dreifachzahnrad zwei Reihen (A, B) von Zylinderrollen (4) zugeordnet ist.
Zahnradlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zylinderrollen (4) mit einheitlicher Länge ausgebildet sind.
Zahnradlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Stirnradabschnitte (2a, 2b, 2c) eine Verzahnungsbreite aufweisen, die kleiner als die Länge der Zylinderrollen (4) ist.
Zahnradlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkäfige (5) als symmetrische Lagerkäfige in Form von Gleichbauteilen ausgebildet sind.
Zahnradlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderrollenlagermittel in der Bauform von Nadellagern ausgebildet sind.
Planetengetriebe mit mehreren als Mehrfach-Zahnräder (1) ausgebildeten Planetenrädern, deren Zahnradlagerung nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Zweiganggetriebe mit einem schaltbaren Planetengetriebe nach Anspruch 8.