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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wälzlagerung, zum Beispiel für die Anwendung bei einem Gegenstand nach einer der Patentanmeldungen
DE 41 22 333 A1 oder
DE 4 117 579 A1 . Wälzlagerungen sind beispielsweise aus der
US 3,923,351 A bekannt.
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Durch die
DE 34 25 161 A1 sind bereits Wälzlagerungen bekanntgeworden mit einer Zwischenlage zwischen dem äußeren Wälzlagerring und dem von diesem getragenen Bauteil, wobei diese Zwischenlage durch zwei ringförmige Elemente gebildet ist, die jeweils einen radialen Bereich besitzen, der sich bis zum inneren Wälzlagerring erstreckt und zur Abdichtung des Lagers mittels einer Tellerfeder gegen diesen axial verspannt ist.
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Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Wälzlagerungen mit einer Zwischenlage zwischen dem äußeren Wälzlagerring und dem von diesem zu tragenden Bauteil zu verbessern, insbesondere bezüglich deren Einsatzmöglichkeiten und Funktion.
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Weiterhin sollen die mit einer erfindungsgemäßen Wälzlagerung auszustattenden Aggregate, wie insbesondere Torsionsschwingungsdämpfungseinrichtungen, bezüglich ihrer Funktion und Lebensdauer verbessert werden. Darüber hinaus sollen die Montage- und die Handlingarbeiten für derartige Aggregate erleichtert werden, indem eine vormontierte Einheit von Lager und Dichtung und/oder Wärmeisolierung geschaffen wird.
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Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erzielt, daß zwischen dem radial äußeren Wälzlagerring und dem Lagersitz des von dem Außenring zu tragenden Bauteils zumindest eine Zwischenlage vorgesehen wird, die einen hülsenförmigen, den Außenring umgreifenden Abschnitt aufweist sowie einen mit diesem verbundenen und axial auf wenigstens einer Seite des Lagers sich (radial) in Richtung des inneren Lagerrings erstreckenden und diesen zumindest teilweise übergreifenden ringförmigen Abschnitt besitzt, wobei zwischen diesem und dem inneren Wälzlagerring ein separates, radiales scheibenartiges sowie axial federndes Bauteil verspannt ist. Dieses Bauteil kann in vorteilhafter Weise durch eine Tellerfeder gebildet sein.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wälzlagerung kann erzielt werden, daß der bei einer Relativverdrehung des äußeren und des inneren Lagerringes vorhandene Verdrehwiderstand gegenüber den bekannten Wälzlagerungen wesentlich reduziert werden kann oder, sofern ein derartiger Verdrehwiderstand erwünscht ist, in einem engeren Toleranzband gehalten werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Verdrehwiderstand, welcher zwischen dem radialen Abschnitt der Zwischenlage und dem inneren Lagerring erzeugt wird, im wesentlichen bzw. hauptsächlich abhängig ist von dem axial verspannten scheibenartigen Bauteil, welches in vorteilhafter Weise derart ausgelegt werden kann, daß über einen bestimmten axialen Federweg des Bauteiles die von diesem aufgebrachte Axialkraft keine bzw. lediglich eine verhältnismäßig geringe Veränderung aufweist. Dadurch können Einbautoleranzen weitgehend ausgeglichen werden, so daß die auf die Toleranzen zurückzuführenden unterschiedlichen Einbaulagen der einzelnen scheibenartigen Bauteile in den einzelnen Aggregaten keine bzw. Verdrehwiderstandsänderungen mit einer verhältnismäßig geringen Streuung erzeugen, wodurch die Funktion des Aggregates nicht beeinträchtigt wird. Dies ist insbesondere bei Drehschwingungsdämpfern mit zwei über die Wälzlagerung relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen, die über wenigstens eine einen Verdrehwiderstand erzeugende Federanordnung gekoppelt sind, vorteilhaft.
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Drehschwingungsdämpfer finden in vorteilhafter Weise in Kraftfahrzeugen zur Koppelung der Brennkraftmaschine mit dem Getriebe Verwendung. Bei manchen derartigen Einsatzfällen ist jedoch die Getriebe-Motor-Kombination derart kritisch, daß im Leerlauf der Brennkraftmaschine und bei neutraler Getriebestellung, im Getriebe ein sogenanntes Leerlaufrasseln auftritt, das auf das zwischen den in Eingriff stehenden Zahnrädern vorhandene Spiel und die vom Motor übertragenen Moment- bzw. Drehungleichförmigkeiten zurückzuführen ist.
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Die Übertragung dieser Ungleichförmigkeiten auf die Getriebeeingangswelle ist in vielen Fällen auch auf die durch die Wälzlagerung erzeugte Reibungsdämpfung bzw. Reibungshysterese zurückzuführen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wälzlagerung kann diese Reibungsdämpfung bzw. Hysterese wesentlich reduziert werden und bei vielen Anwendungsfällen bereits dadurch das Getrieberasseln vermieden werden.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Wälzlagerung gegenüber den Ausgestaltungen gemäß der
DE 34 25 161 A1 besteht darin, daß die zwischen den beiden Wälzlagerringen wirksame Reibungsdämpfung bzw. Reibungshysterese hauptsächlich durch das federnde scheibenartige Bauteil bestimmt wird und somit durch entsprechende Auslegung des scheibenartigen Bauteils innerhalb verhältnismäßig enger Grenzen gehalten werden kann. Bei den Wälzlagerungen gemäß dem Stand der Technik ist die zwischen den beiden Wälzlagerringen erzeugte Reibungshysterese auch abhängig von der Steifigkeit bzw. Geometrie sowie dem Reibwert, der als thermische Isolierung ausgebildeten Dichtkappen, welche durch Tellerfedern beaufschlagt und gegen den radial inneren Lagerring angedrückt werden. Bei diesen bekannten Ausführungsformen addieren sich eine Vielzahl von Toleranzen, wie zum Beispiel die Dichtkappentoleranzen, die Toleranzen der Tellerfedern sowie die Toleranzen der die Tellerfedern abstützenden weiteren Bauteile, so daß eine verhältnismäßig große Streuung vorhanden ist. Weiterhin hat die erfindungsgemäße Ausgestaltung den Vorteil, daß die die Wälzlagerung umgebenden Bauteile keine speziellen Anformungen zur Abstützung der an den radialen Bereichen der Zwischenlage angreifenden federnden Bauteile, wie Tellerfedern, erfordern, wodurch auch eine einfachere und kostengünstigere Ausgestaltung des mit einer erfindungsgemäßen Wälzlagerung ausgerüsteten Aggregates möglich ist.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Wälzlager gemeinsam mit der auf den äußeren Lagerring aufgeschobenen Zwischenlage und dem zwischen letzterer und dem inneren Lagerring vorgesehenen scheibenartigen Bauteil als Baueinheit bzw. Wälzlagerung zur weiteren Montage in ein Aggregat angeliefert werden kann. Das scheibenartige federnde Bauteil ist also in das Lager bzw. in die Wälzlagerung integriert, was bei den bekannten Ausführungsformen einer Wälzlagerung nicht der Fall ist.
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Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn das scheibenartige Bauteil sich mit seinem radial äußeren Randbereich an dem radialen Abschnitt der Zwischenlage abstützt und mit seinem radial inneren Randbereich am inneren Wälzlagerring. Für manche Anwendungsfälle kann es jedoch auch zweckmäßig sein, wenn das axial federnde scheibenartige Bauteil sich mit radial inneren Bereichen an dem radialen Abschnitt der Zwischenlage abstützt und mit radial äußeren Bereichen am inneren Wälzlagerring anliegt. Um eine einwandfreie Funktion des scheibenartigen Bauteils zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, wenn zwischen diesem und dem inneren Wälzlagerring eine Zentrierung vorgesehen ist. Hierfür kann der innere Wälzlagerring auf wenigstens einer axialen Seite einen radial nach außen hin offenen axialen Rücksprung besitzen, der eine radiale Schulter zur Zentrierung des scheibenartigen Bauteils bildet.
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Vorteilhaft kann es auch sein, wenn das scheibenartige Bauteil durch die Zwischenlage zentriert wird. Hierfür kann zum Beispiel der radiale Abschnitt der Zwischenlage Zentriermittel angeformt haben. Derartige Zentriermittel können beispielsweise durch axiale Anformungen gebildet sein, die sich zumindest teilweise axial in den zwischen dem äußeren und dem inneren Wälzlagerring vorhandenen Freiraum erstrecken. Eine weitere Möglichkeit, das scheibenartige Bauteil zentriert zu halten, kann darin bestehen, den radialen Abschnitt der Zwischenlage mit einem axialen Absatz bzw. Rücksprung auszubilden, der radial außen eine Zentrierung für das scheibenartige Bauteil bildet.
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Für die Funktion der Zwischenlage kann es besonders vorteilhaft sein, wenn deren radialer Abschnitt den inneren Wälzlagerring zumindest teilweise radial übergreift. Dabei kann der radiale Abschnitt und das scheibenartige Bauteil derart aufeinander abgestimmt sein, daß letzteres zumindest annähernd radial vollständig durch den radialen Abschnitt der Zwischenlage übergriffen ist. Eine derartige Ausgestaltung hat auch den Vorteil, daß das scheibenartige Bauteil durch den radialen Abschnitt gegen mechanische Einwirkung geschützt ist, so daß dieses aus einem sehr dünnen Material hergestellt werden kann, wodurch auch die Reibungshysterese zwischen den Lagerringen auf ein Minimum reduziert werden kann.
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Die Zentrierung des scheibenartigen Bauteils kann auch über den äußeren Wälzlagerring erfolgen. Hierfür kann das scheibenartige Bauteil radial nach außen verlaufende Bereiche, wie zum Beispiel Ausleger, besitzen, die sich an der auf der Wälzkörperseite vorgesehenen inneren Mantelfläche radial abstützen können.
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Das scheibenartige Bauteil kann auch drehfest mit der Zwischenlage sein. Hierfür kann ein Formschluß zwischen dem radialen Abschnitt der Zwischenlage und dem scheibenartigen Bauteil vorhanden sein.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Wälzlagerung kann dadurch gewährleistet werden, daß eine durch zwei im Querschnitt L-förmige Ringe gebildete Zwischenlage verwendet wird, wobei die L-förmigen Ringe jeweils von einer Seite auf den äußeren Wälzlagerring axial aufgebracht bzw. aufgeschoben sind. Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn zwischen dem inneren Wälzlagerring und den radialen Abschnitten beider L-förmiger Ringe ein axial federnd verspannbares scheibenartiges Bauteil vorgesehen ist.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wälzlagerung hat den Vorteil, daß die Zwischenlage und das scheibenartige Bauteil Abdichtmittel für die Wälzlagerung bilden können. Weiterhin kann die Zwischenlage als thermische Isolierung für das Wälzlager dienen, was insbesondere bei Verwendung von mit Fett geschmierten Wälzlager besonders vorteilhaft ist.
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Um eine einwandfreie Abdichtung des Wälzlagers zu gewährleisten, kann es weiterhin von Vorteil sein, wenn zwischen den im Querschnitt L-förmigen Ringen und dem äußeren Wälzlagerring ein elastisch verformbarer Dichtungsring vorgesehen ist.
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Die Erfindung umfaßt weiterhin eine Wälzlagereinheit mit Wälzkörpern zwischen einem äußeren und einem inneren Lagerring, wobei der äußere Lagerring zwei im Querschnitt Lförmige Dichtringe trägt, deren radial äußere hülsenförmige Bereiche axial aufeinander zu gerichtet sind und den äußeren Lagerring umgreifen, und deren radiale Abschnitte sich zum inneren Lagerring hin erstrecken und diesen teilweise übergreifen, wobei beidseits des inneren Lagerringes jeweils ein axial federndes scheibenartiges Bauteil verspannt ist, das einerseits am inneren Lagerring axial abgestützt und andererseits durch den benachbarten radialen Abschnitt axial verspannt gehalten ist. Der radiale Abschnitt sichert dabei gleichzeitig das federnde scheibenartige Bauteil in axialer und/oder radialer Richtung gegenüber dem Wälzlager.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf Drehschwingungsdämpfer mit erfindungsgemäßen Wälzlagerungen oder Wälzlagereinheiten.
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Anhand der 1 bis 5 sei die Erfindung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 eine im Schnitt dargestellte Drehmomentübertragungseinrichtung mit einer Wälzlagerung gemäß der Erfindung,
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2 die Einzelheit I1 gemäß 1 im vergrößerten Maßstab,
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3 den Anlieferungszustand der Wälzlagerung für einen Anwendungsfall gemäß 1 im vergrößerten Maßstab,
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die 4 und 5 weitere Varianten erfindungsgemäßer Wälzlagerungen.
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Die Einrichtung 1 zum Kompensieren von Drehstößen besitzt ein Schwungrad 2, welches in zwei Schwungmassen 3 und 4 aufgeteilt ist. Die Schwungmasse 3 ist zum Beispiel auf der Kurbelwelle einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine über Befestigungsschrauben befestigbar. Auf der Schwungmasse 4 kann eine Reibungskupplung über nicht näher dargestellte Mittel befestigt werden. Durch Betätigung dieser Reibungskupplung kann die Schwungmasse 4 und somit auch das Schwungrad 2 einer Getriebeeingangswelle zu- und abgekuppelt werden. Zwischen der Schwungmasse 3 und der Schwungmasse 4 sind Dämpfungsmittel in Form zweier Dämpfungseinrichtungen 5, 6 vorgesehen, die in Reihe geschaltet sind und eine Relativverdrehung zwischen den beiden Schwungmassen 3 und 4 ermöglichen.
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Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, sind die beiden Schwungmassen 3 und 4 relativ zueinander über eine Lagerung 7 verdrehbar gelagert. Die Lagerung 7 umfaßt ein Wälzlager in Form eines einreihigen Kugellagers 8. Der äußere Lagerring 9 des Wälzlagers 8 ist in einer Bohrung 10 der Schwungmasse 4 und der innere Lagerring 11 des Wälzlagers 8 ist auf einem zentralen sich axial erstreckenden und in die Bohrung 10 hineinragenden zylindrischen Zapfen 12 der Schwungmasse 3 angeordnet.
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Der innere Lagerring 11 ist mit einer Preßpassung auf der radialen Schulter 13 des Zapfens 12 aufgenommen und axial zwischen der radialen Schulter 14 des Zapfens 12 bzw. der Schwungmasse 3 und einer Sicherungsscheibe 15, die auf der Stirnseite des Zapfens 12 befestigt ist, axial eingespannt.
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Zwischen dem äußeren Lagerring 9 und der Schwungmasse 4 ist eine thermische Isolierung 16 vorgesehen, die den Wärmefluß von der mit einer Kupplungsscheibe zusammenwirkenden Reibfläche 4a der Schwungmasse 4 zum Lager 7 unterbricht bzw. zumindest vermindert. Dadurch wird verhindert, daß eine thermische Überbeanspruchung der Fettfüllung des Lagers sowie ein zu großer thermischer Verzug bzw. eine unzulässige Ausdehnung des Lagers, welche ein Verklemmen der Kugeln zwischen den Lagerringen 9 und 11 zur Folge haben kann, auftritt. Zur Aufnahme der Isolierung 16 besitzt die Bohrung 10 der Schwungmasse 4 einen größeren Durchmesser als der Außendurchmesser des äußeren Lagerringes 9, wodurch ein radialer Zwischenraum gebildet ist.
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Die Isolierung 16 ist durch zwei im Querscnnitt L-förmige Ringe 17, 18 gebildet, welche jeweils von einer Seite auf den äußeren Lagerring 9 aufgebracht sind. Die axial aufeinander zu weisenden Schenkel 19, 20 der Isolierungsringe 17, 18 übergreifen bzw. umgreifen den äußeren Lagerring 9. Die radial nach innen weisenden Schenkel 21, 22 erstrecken sich bei dem dargestellten Beispiel teilweise radial über den inneren Lagerring 11.
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Axial zwischen den radialen Bereichen 21, 22 der Ringe 17, 18 und dem inneren Wälzlagerring 11 sind scheibenartige Bauteile in Form von Tellerfedern 23, 24 axial verspannt. Die Tellerfedern 23, 24 stützen sich mit ihren radial inneren Randbereichen an dem inneren Lagerring 11 und mit ihren radial äußeren Randbereichen an den radialen Schenkeln 21, 22 ab. Die Tellerfedern 23, 24 bilden in Verbindung mit den radialen Schenkeln 21, 22 bzw. in Verbindung mit den Ringen 17, 18 eine Dichtung für das Wälzlager 8. Um zu vermeiden, daß Lagerfett zwischen den Ringen 17, 18 und dem Lagerring 9 herausgedrückt wird bzw. herauskriechen kann, besitzt der äußere Lagerring 9 radial außen Anformungen in Form von Anschrägungen bzw. Anfasungen 25, die in Verbindung mit den L-förmigen Ringen 17, 18 Freiräume bilden zur Aufnahme von Dichtungen in Form von O-Ringen 26, 27. Beim montierten Lager sind die O-Ringe 26, 27 zwischen den L-förmigen Ringen 17, 18 und dem äußeren Lagerring 9 elastisch verformt.
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Die Dichtfedern 23, 24 werden durch die radialen Schenkel 21, 22 der Ringe 17, 18 in radialer Richtung gesichert bzw. zentriert gehalten. Hierfür bilden die radialen Schenkel 21, 22 radial innerhalb des äußeren Lagerringes 9 jeweils einen axialen Absatz 28, der eine radiale Schulter 29 bildet, an der sich die entsprechende Tellerfeder 23, 24 radial abstützen kann. Durch die axialen Absätze 28 sind die die Tellerfedern 23, 24 radial übergreifenden Bereiche 21a, 22a der radialen Schenkel 21, 22 gegenüber den sich am äußeren Lagerring 9 abstützenden Bereichen dieser Schenkel 21, 22 in Richtung von dem Wälzlager 8 axial wegversetzt, wodurch zwischen dem Lager 8 und den Schenkeln 21, 22 ein zusätzlicher Bauraum zur Aufnahme der Tellerfedern 23, 24 gebildet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die beiden Ringe 17, 18 noch zusätzliche, die Montage der Wälzlagerung erleichternde Zentriermittel in Form von axialen Anformungen 30, die über den Umfang gleichmäßig verteilt sind und sich zumindest teilweise axial in den zwischen äußerem und innerem Wälzlagerring vorhandenen Freiraum hineinerstrecken.
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Zur Montage der Einrichtung 1 ist es vorteilhaft, wenn das Wälzlager 8 die beiden Ringe 17, 18, die Tellerfedern 23, 24 und die Dichtungsringe 26, 27 als Baueinheit gemäß 3 angeliefert werden. Vorteilhaft ist es dabei, wenn zwischen dem äußeren Lagerring 9 und den hülsenförmigen Bereichen 19, 20 eine zumindest geringe Preßpassung vorhanden ist, wodurch die Ringe 17, 18 gegenüber dem Wälzlager 8 eine axiale kraftschlüssige Sicherung besitzen. Dadurch werden nach dem Aufpressen bzw. Aufschieben der beiden Ringe 17, 18 auf das Wälzlager 8 auch die Dichtungsringe 26, 27 sowie die Dichtungstellerfedern 23, 24 gegenüber dem Wälzlager 8 gesichert bzw. in einer Sollposition gehalten. Die Wälzlagereinheit gemäß 3 wird in die Bohrung bzw. Ausnehmung 10 der Schwungmasse 4 eingepreßt, das Lager 8 sowie die Ringe 17, 18 sind gegenüber der Schwungmasse 4 axial gesichert, indem sie axial zwischen einer Schulter 31 der Schwungmasse 4 und der mit der Schwungmasse 4 verbundenen Scheibe 32 eingespannt sind.
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Die beiden Dämpfungseinrichtungen 5, 6 besitzen Schraubenfedern 33, 34, die über einen Flansch 35 in Serie gekoppelt sind. Der Flansch 35 bildet also das Ausgangsteil der Dämpfungseinrichtung 5 und das Eingangsteil der Dämpfungseinrichtung 6. Das Eingangsteil der Dämpfungseinrichtung 5 ist unmittelbar durch die Primärschwungmasse 3 gebildet. Das Ausgangsteil der Dämpfungseinrichtung 6 ist durch zwei beidseits des Flansches 35 vorgesehene Scheiben 32, 36 gebildet, die radial innerhalb des Flansches 35 über Nietverbindungen 37 mit der Sekundärschwungmasse 4 verbunden sind.
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Bei der in 4 nur zur Hälfte dargestellten Wälzlagerung ist zwischen dem radialen Schenkel 121 der Dichtkappe 119 und dem inneren Lagerring 111 ein tellerfederähnliches Bauteil 123 axial verspannt, welches radial außen Ausleger 123a besitzt. Das tellerfederähnliche Bauteil 123 stützt sich mit radial inneren Bereichen an dem Schenkel 121 und mit radial weiter außen liegenden Bereichen an dem Lagerring 111 axial ab. Zur Zentrierung bzw. radialen Positionierung des tellerfederähnlichen Bauteils 123 gegenüber dem Wälzlager 108 erstrecken sich dessen radiale Ausleger 123a bis nah an die innere Mantelfläche 109a des äußeren Lagerringes 109. Durch Abstützung der Arme bzw. Ausleger 123a an der inneren Mantelfläche 109a wird das tellerfederartige Bauteil 123 radial positioniert.
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Bei der Ausführungsform einer Wälzlagerung gemäß 5 besitzt der innere Lagerring 211 vorzugsweise an beiden axialen Enden einen radial nach außen hin offenen axialen Rücksprung 228, der eine radiale Schulter 229 bildet zur Zentrierung der Dichtungstellerfeder 223. Der radiale Schenkel 221 der Dicht- bzw. Isolierkappe 219 ist eben ausgebildet. Durch den axialen Rücksprung 228 wird im Bereich des Lagers 208 ein Freiraum zur Aufnahme der Tellerfeder 223 gebildet.
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Die auf einem Wälzlager 8, 108, 208 aufgenommenen Kappen bzw. Ringe 17, 18, 118, 218 sind vorzugsweise derart ausgebildet, daß deren radiale Bereiche 21, 22, 121, 221 nicht bzw. nur unwesentlich durch die Tellerfedern bzw. scheibenartigen Bauteile 23, 24, 123, 223 axial verformt bzw. durchgebogen werden.
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Die Kappen 17, 18, 118, 218 werden vorzugsweise aus einem thermisch isolierenden und hitzebeständigen Kunststoff mit verhältnismäßig hoher Härte hergestellt. Vorteilhaft ist es, wenn zur Herstellung derartiger Kappen ein Thermoplast oder Duroplast verwendet wird. Besonders geeignet ist Polyether-Etherketon (PEEK) oder ein Kunststoff mit ähnlichen Eigenschaften.
