DE19847206A1

DE19847206A1 - Wellenlagerung

Info

Publication number: DE19847206A1
Application number: DE19847206A
Authority: DE
Inventors: Roland Altvater; Eugen Lauster
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2000-04-20

Abstract

Eine Wellenlagerung, insbesondere für den Einsatz in einem Nkw-Vorgelegegetriebe, besteht aus einer Welle (1), einer Nabe (2), einem Wälzlager (3) mit einem Lagerinnen- (4) und einem Lageraußenring (5) und Wälzkörpern (6) sowie einer Ölversorgungsvorrichtung (16) zur Schmierung des Lagers (3). Erfindungsgemäß ist in der Welle (1) und/oder in der Nabe (2) ein Kühlkanal zur Kühlung des Wälzlagers (3) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenlagerung, bestehend aus einer Welle, einer Nabe und einem Wälzlager mit einem Lagerinnen- und einem Lageraußenring und Wälzkörpern sowie einer Ölversorgungsvorrichtung zur Schmierung des Lagers, insbesondere zur Verwendung in einem Nkw-Vorgelegegetriebe.

Lager der oben genannten Art sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Hierbei ergeben sich jedoch, insbesondere beim Zapfenlager von Nkw-Vorgelegegetrieben, oft Temperaturprobleme, welche durch die Verlustleistung in dem Lager hervorgerufen werden. Diese Verlustleistung wird in der Regel durch einen durch das Lager fließenden Ölstrom abgeführt. Bei steigendem Ölstrom erhöht sich allerdings auch die Verlustleistung und führt dadurch zu einer noch höheren Temperatur. Die Temperaturentwicklung in diesem Lager ist schwierig vorauszuplanen, wenn, wie beispielswei se beim Zapfenlager, in der sich drehenden Getriebewelle noch weitere Bohrungen zur Ölversorgung anderer Getriebe stellen vorhanden sind, welche das Öl bei höheren Drehzah len absaugen und damit dem Lager noch mehr Öl entziehen können, welches zur Kühlung dann nicht mehr zur Verfügung steht. Dieser Effekt kann dazu führen, daß sich in einem mittleren Drehzahlbereich erhöhte Verlustleistungen ergeben und im oberen Drehzahlbereich im Extremfall sogar die Öl versorgung zusammenbrechen kann. In der Praxis hat es sich als erschwerend herausgestellt, wenn zwei Zahnradpaare dicht nebeneinander im Bereich des Lagers angeordnet sind und sich im Eingriff befinden. Hier ergeben sich Tempera turspitzen, die bis zur Zerstörung des Lagers führen kön nen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher zum einen, einen kontrollierbaren Kühlmittelvolumenstrom einzu stellen, um somit eine Verbesserung der Wärmeabfuhr um das Lager sowie niedrigere Lagertemperaturen zu erreichen und zum anderen, die Verlustleistungen in dem Lager zu reduzie ren, um letztendlich die Lebensdauer der Wellenlagerung zu verlängern.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Wellenlagerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die ser sieht vor, in der Welle und/oder in der Nabe einen Kühlkanal zur Kühlung des Wälzlagers anzuordnen. Dadurch wird ein kontrollierbarer Kühlmittelvolumenstrom zu dem Lager hingeführt und damit eine verbesserte Temperaturver teilung in dem Lager und um das Lager herum erreicht. Somit sind in dem Lager niedrigere Temperaturen einstellbar und vorteilhafterweise wird dadurch die Lagerlebensdauer ver längert.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschla gen, daß der Kühlkanal unmittelbar an den Lagerinnen- und/ oder Lageraußenring angrenzt. Durch diese Anordnung von Kühlkanal und Lagerringen wird die in der Lagerung anfal lende Wärme unmittelbar am Entstehungsort von dem Lager wieder abgeführt, so daß vorteilhafterweise eine besonders direkte und wirksame Kühlung erreicht ist.

Der Kühlkanal wird erfindungsgemäß als innere und/ oder äußere Kühlnut in der Fläche des Lagersitzes an der Welle und/oder der Nabe ausgebildet. Somit wird vorteilhaf terweise eine einfache und kostengünstige Herstellung des Kühlkanals an einem oder auch zwei Bauteil(en) der Wellen lagerung vorgeschlagen.

Die Querschnittsfläche der Kühlnut ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß sie einerseits eine möglichst große Oberfläche und andererseits eine möglichst geringe Kerbwir kung auf die Welle aufweist. Dies kann beispielsweise durch eine Kühlnut in Form einer halbierten Linse erreicht wer den. Damit wird vorteilhafterweise eine große Kontaktfläche zwischen dem Kühlmittel und dem zu kühlenden Bauteil er reicht und die Kühlung an dem Lagerinnen- oder dem Lagerau ßenring oder auch an beiden kann gezielt eingestellt wer den. Ferner wird eine Schwächung des Bauteils durch die Kerbwirkung der Nut weitgehend vermieden.

Vorteilhafterweise ist die Kühlnut schraubenlinienför mig ausgebildet und der Zulauf zur Nut ist nahe einer Stirnseite und eine Kühlaustrittsöffnung nahe der anderen Stirnseite, entweder des Lagerinnen- oder des Lageraußen rings, vorgesehen. Damit wird mit einem Zulauf eine wirksa me Kühlung des Lagers auf der gesamten "Rückseite" des La gers ermöglicht.

Eine zur Schmierung des Getriebes vorgesehene Ölver sorgungsvorrichtung weist einen Zulauf zur Kühlnut und die Kühlnut einen Ablauf zurück zur Ölversorgungsvorrichtung auf. Damit kann der erfindungsgemäße Kühlkanal vorteilhaf terweise in eine bestehende zentrale Getriebeschmierein richtung integriert werden.

Der Zulauf des Kühlmittels erfolgt durch eine Bohrung in der Welle, so daß das Kühlmittel vorteilhafterweise zu nächst den Lagerinnenring und anschließend den Lageraußen ring umfließt.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschla gen, die Kühlnut an der Welle mit einer Kühlölaustrittsöff nung zu versehen, welche so ausgebildet und derart angeord net ist, daß das austretende Kühlöl durch die Drehung der Welle im wesentlichen radial nach außen geschleudert wird und in einem Ringkanal auftrifft, welcher an der Nabe ange ordnet ist. Somit wird unter Ausnutzung der bei Drehung der Welle ohnehin vorhandenen Zentrifugalkraft eine einfache Förderung des Kühlmittels von dem Lagerinnen- zu dem La geraußenring erreicht, so daß eine weitere Fördereinrich tung zur Weiterleitung des Öls entfallen kann.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß ein erster Teil des in den Ringkanal eingebrachten Kühlöls der Kühlnut in der Nabe zugeführt wird und ein zweiter Teil des Kühlöls durch Prallkörper derart versprüht wird, daß der Sprühnebel zur Schmierung der Wälzkörper der Wellenlagerung verwendbar ist. Somit kann erfindungsgemäß das zur Kühlung des Lagers vorhandene Öl auch zur Schmierung des Lagers verwendet werden. Durch die mittels der Prallkörper erreichte Öltröpfchenschmierung wird vorteilhafterweise auch die Verlustleistung des Lagers minimiert.

Die Prallkörper sind als Prallplatten ausgebildet, welche beispielsweise einstückig mit einem Metallring ver bunden sind und dieser ist vorteilhafterweise als Blech stanzteil oder Kunststoffteil einfach und kostengünstig herstellbar.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmög lichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung näher dargestellt ist. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfin dung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprü chen und deren Rückbeziehung.

Die einzige Figur zeigt beispielhaft eine Wellenlage rung mit dem erfindungsgemäßen Kühlkanal in Schnitt- Darstellung.

Bei der gezeigten Zapfenlagerung eines Nkw-Vorgelege getriebes ist eine Welle 1 mittels eines Wälzlagers 3 in einer Nabe 2 gelagert. Dabei besteht das Wälzlager 3 aus einem Lagerinnenring 4, einem Lageraußenring 5 sowie den als Kegelrollen ausgebildeten Wälzkörpern 6, welche zwi schen dem Innen- und Außenring laufen.

Die Welle 1 ist mit einer zentrischen Bohrung 7 verse hen, welche mit ihrem einen Ende an eine Ölversorgungsvor richtung 16 angeschlossen ist. Von der Bohrung 7 zweigt ein Zulauf 8 zu einer inneren Kühlnut 9 ab, welche schraubenli nienförmig auf der Mantelfläche des Wellenzapfens einge dreht ist. Diese Nut 9 kühlt somit unmittelbar die Rücksei te des Lagerinnenrings 4.

Die Kühlnut 9 ist an einem Ende mit einer Kühlölaus trittsöffnung 11 versehen, welche derart ausgebildet und angeordnet ist, daß das aus dieser Öffnung 11 bei Drehung der Welle 1 durch die Zentrifugalkraft austretende Öl in einen Ringkanal 12 geschleudert wird, welcher nahe des La geraußenrings an der Nabe 2 vorgesehen ist. In diesem Kanal 12 ist ein Metallring mit Prallplatten 13 derart angeord net, daß ein erster Teil des in den Ringkanal auftreffenden Kühlöls einer äußeren Kühlnut 10 in der Nabe zugeführt wird und ein zweiter Teil des Kühlöls durch die Prallplatten 13 derart versprüht wird, so daß durch den entstehenden Sprüh nebel die Schmierung der Wälzkörper 6 erfolgt. Der erste Teil des Kühlöls wird über einen Kanal 14 der äußeren Kühl nut 10 zugeführt, welche ebenfalls schraubenlinienförmig ausgebildet und an der Rückseite des Lageraußenringes 5 in der Nabe 2 angeordnet ist. Der Zulaufkanal 14 ist dabei an der einen Stirnseite des Lageraußenrings 5 und ein Kühlmit telablauf 15 an der gegenüberliegenden Stirnseite des Rings 5 angeordnet. Von diesem Ablauf 15 gelangt das Kühl mittel anschließend über eine Ölversorgungsleitung 17 zu rück zur Ölversorgungsvorrichtung 16 oder spritzt in den umliegenden Raum ab. Von dort wird das Öl zur Ölversor gungseinrichtung zurückgeführt.

Bezugszeichenliste

1

Welle

2

Nabe

3

Wälzlager

4

Lagerinnenring

5

Lageraußenring

6

Wälzkörper, Kegelrolle

7

Bohrung

8

Zulauf

9

Kühlnut, innen

10

Kühlnut, außen

11

Kühlölaustrittsöffnung

12

Ringkanal

13

Prallplatte

14

Kanal

15

Ablauf

16

Ölversorgungsvorrichtung

17

Ölversorgungsleitung

Claims

1. Wellenlagerung, insbesondere in einem Nkw-Vorgele gegetriebe, mit einer Welle (1), einer Nabe (2) und einem Wälzlager (3) mit einem Lagerinnen- (4) und einem Lagerau ßenring (5) und Wälzkörpern (6) sowie einer Ölversorgungs vorrichtung (16) zur Schmierung des Lagers (3), dadurch gekennzeichnet, daß in der Welle (1) und/ oder in der Nabe (2) ein Kühlkanal zur Kühlung des Wälzla gers (3) vorgesehen ist.

2. Wellenlagerung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kühlkanal unmittelbar an den Lagerinnen- (4) und/oder Lageraußenring (5) grenzt.

3. Wellenlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal als inne re und/oder äußere Kühlnut (9, 10) in der Lagersitzfläche der Welle (1) und/oder der Nabe (2) ausgebildet ist.

4. Wellenlagerung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Kühlnut (9, 10) derart ausgebildet ist, daß sie eine mög lichst große Oberfläche und eine geringe Kerbwirkung auf weist und beispielsweise die Form einer halbierten Linse hat.

5. Wellenlagerung nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlnut schraubenlinienförmig ausgebildet ist und der Zu lauf (8) nahe einer Stirnseite und eine Kühlölaustrittsöff nung (11) nahe der anderen Stirnseite des Lagerinnen- (4) oder Lageraußenrings (5) vorgesehen ist.

6. Wellenlagerung nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Öl versorgungsvorrichtung (16) einen Zulauf (8) zur Kühlnut und die Kühlnut einen Ablauf (15) zu der Ölversorgungsvor richtung (16) aufweist.

7. Wellenlagerung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der Zulauf durch eine Boh rung (7) in der Welle (1) erfolgt und das Kühlöl zunächst den Lagerinnenring (4) und anschließend den Lageraußen ring (5) umfließt.

8. Wellenlagerung nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kühlnut (9) an der Wel le (1) eine Kühlölaustrittsöffnung (11) aufweist, die so ausgebildet ist, daß das austretende Kühlöl durch die Dre hung der Welle (1) im wesentlichen radial nach außen ge schleudert wird und in einem Ringkanal (12) auftrifft, wel cher an der Nabe (2) vorgesehen ist.

9. Wellenlagerung nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß ein erster Teil des in den Ringkanal (12) eingebrachten Kühlöls der Kühlnut (10) in der Nabe (2) zugeführt wird und ein zweiter Teil des Kühl öls durch Prallkörper derart versprüht wird, daß der Sprühnebel zur Schmierung der Wälzkörper (6) verwendbar ist.

10. Wellenlagerung nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Prallkörper als Prall platten (13) ausgebildet sind, welche beispielsweise ein stückig mit einem Ring verbunden sind und dieser als Blech stanzteil oder als Kunststoffteil hergestellt ist.