DE102007043474A1

DE102007043474A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102007043474A1
Application number: DE102007043474A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Biermann
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2009-03-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit einem Lagerring (14), der mit einem Bauteil (3) verbunden ist, und mit einer Kompensationseinrichtung (16), die auf den Lagerring (14) eine Kraft zur Kompensation einer thermisch bedingten relativen axialen Lageänderung des Bauteils (3) ausübt. Dabei ist der Lagerring (14) mittels eines Fixierungselements (10) mit dem Bauteil (3) verbunden und die Kompensationseinrichtung (16) ist in einer Aufnahme (18) des Fixierungselements (10) zumindest teilweise aufgenommen. Damit ist eine Lageranordnung geschaffen, die hinsichtlich des Bauraumbedarfs optimiert ist und keine strukturelle Schwächung des Lagerringes bewirkt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit einem Lagerring, der mit einem Bauteil verbunden ist, und mit einer Kompensationseinrichtung, die auf den Lagerring eine Kraft zur Kompensation einer thermisch bedingten relativen axialen Lageänderung des Bauteils ausübt.
Beim Betrieb von Vorrichtungen und Maschinen, insbesondere im Automobil- und Industriebereich, treten unterschiedliche Betriebstemperaturen auf. Diese können zu thermisch bedingten relativen Lageänderungen der Vorrichtungs- bzw. Maschinenbauteile führen. Ursache dafür ist das unterschiedliche thermische Verhalten der Bauteile, die aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten bestehen. Ein klassisches Beispiel für diese Problematik ist das Hinterachstriebe eines Kraftfahrzeugs. Üblicherweise ist dessen Getriebegehäuse aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt, während die Getriebewellen und Zahnräder aus Stahl bestehen und mittels angestellter Kegelrollenlager gelagert sind.
Dies führt je nach Anordnung der Lager zu einer Erhöhung oder Erniedrigung der eingestellten Lagervorspannung, was sich ungünstig auf die Lagerlebensdauer und auf die Geräuschentwicklung derartiger Getriebe auswirkt.
Zur Kompensation dieser Effekte sind Vorrichtungen bekannt, die auf der Verwendung eines Wärmedehnungsmaterials basieren, dessen Temperaturkoeffizient deutlich höher ist als die Temperaturkoeffizienten der Bauteile, deren thermisches Verhalten kompensiert werden soll. Dabei sind prinzipiell unterschiedliche Ansätze gemacht worden.
So ist aus dem US-Patent 5,028,152 eine Kompensationseinrichtung bekannt, die in den Außenring eines Kegelrollenlagers integriert ist. Dazu ist der Außenring mit einer umlaufenden Ausnehmung oder Nut versehen, in die das Wärmedehnungselement (in Form eines Dehnungsringes) eingesetzt ist. Das Wärmedehnungselement liegt mit seinem freien Ende z. B. an einer Schulter des Getriebegehäuses an. Dieses Kompensationsprinzip bewirkt jedoch eine Schwächung der Lagerringstruktur und beeinflusst die Dimensionierung des Lageraußenringes.
Ein anderes Prinzip realisieren die aus den Deutschen Offenlegungsschriften DE 42 21 802 A1 und DE 195 34 003 A1 bekannten Konzepte. Hier ist eine separate Kompensationseinrichtung mit einem Hohlkörper vorgesehen, in dessen umlaufende Ausnehmungen eines oder mehrere Dehnungselemente eingesetzt werden und der als separates Bauteil zwischen das eigentliche Lager – d. h. dessen Lagerring – und z. B. einer gehäuseseitigen Anlagefläche eingesetzt wird. Dies ist hinsichtlich des Bauraumbedarfs nicht optimal.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Lageranordnung, die hinsichtlich des Bauraumbedarfs optimiert ist und keine strukturelle Schwächung des Lagerringes bewirkt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Demgemäß verbindet ein separates Fixierungselement den Lagerring mit dem Bauteil, wobei die Kompensationseinrichtung zumindest teilweise in dem Fixierungselement aufgenommen ist.
Erfindungsgemäß wird also die Kompensationseinrichtung zumindest teilweise in das Fixierungselement integriert. Dies hat den Vorteil, dass je nach Bedarf grundsätzlich Kompensationseinrichtungen unterschiedlicher Bauart verwendet werden können. Es kann somit vorteilhafterweise auf an sich bekannte und bewährte Kompensationsprinzipien bzw. Kompensationseinrichtungen zurückgegriffen werden, wobei jedoch die vorstehend erörterten Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Lageranordnung hat zudem den Vorteil, von den individuellen Lagerbauformen weitestgehend unabhängig zu sein. Gegenüber den eingangs geschilderten separaten Temperaturkompensationseinrichtungen ergibt sich zudem der Vorteil eines äußerst geringen Bauraumbedarfs.
Das Fixierungselement kann beispielsweise ein an sich bekannter Sprengring oder eine Sicherungsscheibe sein, die lösbar oder aber auch unlösbar (beispielsweise durch Verschweißen) mit dem Bauteil unter Festlegung des Lagerringes verbunden ist. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht jedoch vor, dass das Fixierungselement eine Gehäusemutter ist, die den Lagerring in einer gehäuseseitigen Bohrung fixiert.
Bei einer bedarfsweisen Temperaturkompensation der Lageranordnung mittels Einwirkung auf den Lagerinnenring ist es bevorzugt, wenn das Fixierungselement eine Wellenmutter ist. Der Begriff Wellenmutter ist in diesem Zusammenhang in weitem Sinne zu verstehen und umfasst beispielsweise auch Muttern, die auf Achsen oder Bolzen geschraubt werden.
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich auch oder ergänzend aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Dabei zeigen jeweils im Längsschnitt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung, die zur Lagerung einer Welle 1 in einer Bohrung 2 eines Gehäuses 3 dient. Die Lageranordnung umfasst in an sich bekannter Weise in sogenannter X-Anordnung eine Lagerung mit einem Kegelrollenlager 4, das einen Lageraußenring 5 und einen Lagerinnenring 6 mit dazwischen abrollenden Wälzkörpern 7 umfasst. Die Welle 1 hat eine Wellenschulter 8, an der sich der Lagerinnenring 6 mit einer Anschlagfläche 9 abstützt. Der Lageraußenring ist mit einem Fixierungselement 10, nämlich einer Vorspannmutter, die mit ihrem Außengewinde 11 in ein entsprechendes Gewinde 12 in der Bohrung 2 eingeschraubt ist, festgelegt. Die das Fixierungselement bzw. die Vorspannmutter werden auch als Gehäusemutter bezeichnet. Die Gehäusemutter übt auf die Seitenfläche oder den sogenannten Lagerbord 14 des Lagerringes 5 eine Kraft zur Einstellung einer Vorspannung in axialer Richtung A aus. Der Kraftfluss verläuft hierbei über eine Kompensationseinrichtung 16, die in die Gehäusemutter 10 integriert ist. Dazu weist die Gehäusemutter einen umlaufenden axialen Einstich oder eine Axialnut 18 auf, in die die Kompensationseinrichtung 16 zumindest teilweise eingesetzt ist.
Als Kompensationseinrichtung 16 können an sich bekannte Einrichtungen verwendet werden, wie beispielsweise die in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 42 21 802 A1 gezeigte Einrichtung.
Eine Erwärmung des in der Einrichtung enthaltenen Wärmedehnungselements führt zu dessen axialer Ausdehnung mit der Folge, dass der Lagerring 5 in axialer Richtung A zusätzlich kraftbeaufschlagt wird. Damit erfolgt eine Kompensation etwaiger relativer axialer Lageänderungen des Lagerringes 5 zu korrespondierenden Bauteilen (z. B. des Gehäuses 3) in Folge unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der beteiligten Bauteile.
2 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Lageranordnung, bei der eine Welle 20 über ein Kegelrollenlager 21 mit einem Lageraußenring 22, Wälzkörpern 23 und einem Lagerinnenring 24 gelagert ist. Bei dieser Ausführungsform ist auf der Welle 20 eine Wellenmutter 25 vorgesehen, die mit ihrem Innengewinde 26 auf ein entsprechendes Außengewinde 28 des Wellenabsatzes 29 aufgeschraubt ist. In diesem Fall hat die Wellenmutter 25 eine umlaufende Axialnut 30, die einen Aufnahmeraum 31 zur Aufnahme einer an sich bekannten Kompensationseinrichtung 32 bildet. Die Kompensationseinrichtung 32 übt wie zuvor bereits beschrieben bei thermischer Ausdehnung ihrer Wärmeausdehnungselemente eine axiale Kompensationskraft in Richtung A auf den Innenring 24 des Lagers 21 aus, um in an sich bekannter Weise für eine Kompensation relativer Längenänderungen der beteiligten Bauteile (Welle 20 bzw. Aluminiumgehäuse 34, in dessen Bohrung 35 der Lageraußenring 22 aufgenommen ist) zu sorgen.

1: Welle
2: Bohrung
3: Gehäuse
4: Kegelrollenlager
5: Lageraußenring
6: Lagerinnenring
7: Wälzkörper
8: Wellenschulter
9: Anschlagfläche
10: Gehäusemutter
11: Außengewinde
12: Gewinde
14: Lagerbord
16: Kompensationseinrichtung
18: Axialnut
20: Welle
21: Kegelrollenlager
22: Lageraußenring
23: Wälzkörper
24: Lagerinnenring
25: Wellenmutter
26: Innengewinde
28: Außengewinde
29: Wellenabsatz
30: Axialnut
31: Aufnahmeraum
32: Kompensationseinrichtung
34: Aluminiumgehäuse
35: Bohrung
A: axiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5028152 [0005]
- DE 4221802 A1 [0006, 0019]
- DE 19534003 A1 [0006]

Claims

Lageranordnung mit einem Lagerring (14), der mit einem Bauteil (3) verbunden ist, und mit einer Kompensationseinrichtung (16), die auf den Lagerring (14) eine Kraft zur Kompensation einer thermisch bedingten relativen axialen Lageänderung des Bauteils (3) ausübt, – wobei der Lagerring (14) mittels eines Fixierungselements (10) mit dem Bauteil (3) verbunden ist und – wobei die Kompensationseinrichtung (16) in einer Aufnahme (18) des Fixierungselements (10) zumindest teilweise aufgenommen ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, – wobei das Fixierungselement (10) eine Gehäusemutter ist, die den Lagerring (14) in einer gehäuseseitigen Bohrung (2) fixiert.
Lageranordnung nach Anspruch 1, – wobei das Fixierungselement eine Wellenmutter (25) ist, die den Lagerring (24) auf einer Welle (20) fixiert.