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DE102022203419A1 - Kegelrollenlager und Differentialgetriebe mit einem Kegelrollenlager - Google Patents

Kegelrollenlager und Differentialgetriebe mit einem Kegelrollenlager Download PDF

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DE102022203419A1
DE102022203419A1 DE102022203419.8A DE102022203419A DE102022203419A1 DE 102022203419 A1 DE102022203419 A1 DE 102022203419A1 DE 102022203419 A DE102022203419 A DE 102022203419A DE 102022203419 A1 DE102022203419 A1 DE 102022203419A1
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DE
Germany
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tapered roller
guide
roller bearing
guide board
reinforcing section
Prior art date
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DE102022203419.8A
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English (en)
Inventor
Padelis Katsaros
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SKF AB
Original Assignee
SKF AB
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Publication date
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Priority to US18/127,084 priority patent/US20230323914A1/en
Priority to CN202310341659.2A priority patent/CN116892565A/zh
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Abstract

Offenbart wird ein Kegelrollenlager (1), insbesondere für ein Differentialgetriebe eines Fahrzeugs, mit zumindest einem ersten Ring (2) mit einer ersten Laufbahn (4), zumindest einem zweiten Ring (6) mit einer zweiten Laufbahn (8) und zumindest einer Reihe von Kegelrollen (10), die auf der ersten und der zweiten Laufbahn (4, 8) abrollen, wobei der zumindest eine erste Ring (2) einen Führungsbord (12) aufweist, der dazu ausgebildet ist, die Kegelrollen (10) zu führen, wobei ein Freistich (18) zwischen der Laufbahn (4) des ersten Rings (2) und dem Führungsbord (12) ausgebildet ist, der eine axiale Länge eines freistehenden, radial nicht von dem Material des ersten Rings (2) unterstützten Bereichs (28) des Führungsbords (12) bestimmt, wobei der Führungsbord (12) einen Führungsabschnitt (20) aufweist, der eine Kontaktfläche (22) mit den Kegelrollen (10) bereitstellt, und einen Verstärkungsabschnitt (24), der kontaktlos zu den Kegelrollen (10) ausgebildet ist, wobei der Verstärkungsabschnitt (24) den Führungsbord (12) radial verstärkt.

Description

  • Vorliegende Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Differentialgetriebe, insbesondere ein Hinterachsgetriebe, mit einem solchen Kegelrollenlager.
  • Kegelrollenlager sind Wälzlager, bei denen die verwendeten Wälzkörper Kegel und die Laufbahnen der Innen- und Außenringe Kegelsegmente sind. Durch diese konische Geometrie entsteht eine lineare Kontaktfläche, die im Vergleich zu Kugellagern größere Belastungen zulässt. Insbesondere ermöglichen Kegelrollenlager die Aufnahme von kombinierten Lasten, d.h. radialen und axialen Lasten. Um zu verhindern, dass die Kegelrollen an ihrem größeren Ende aus dem Lager herausspringen, ist am Innenring üblicherweise ein Führungsbord vorgesehen, der die Kegelrollen führt, wobei das größere Ende der Kegelrollen an dem Führungsbord anliegt. Um eine Fertigung der Laufbahn auf dem Innenring zu ermöglichen, ist zwischen der Laufbahn und dem Führungsbord ein Freistich vorgesehen.
  • In Fahrzeugen werden Kegelrollenlager häufig für Lagerungen eingesetzt, bei denen die Lager hohen kombinierten Belastungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise bei einer Ritzelwellenlagerung in Hinterachsgetrieben von Lastkraftwagen. Dabei tragen die Kegelrollenlager die aufgebrachten Lasten und verteilen diese auf ihre Laufbahnen und Führungsborde, wobei die Führungsborde insbesondere einen in einer radialen Richtung wirkenden Anteil der Lasten tragen. Das heißt, die Höhe der Lasten bzw. Kräfte, die auf das Lager und seine Komponenten einwirken, hängt zum einen von der Höhe der äußeren Belastungen und zum anderen von den individuellen Geometrien des Kegelrollenlagers selbst ab.
  • Insbesondere hängt der Betrag der Last, die auf den Führungsbord wirkt, von einem Kegelwinkel der Rolle ab. Die radialen und axialen Komponenten dieser Last hängen vom Neigungswinkel der Laufbahn ab. Übersteigt die Last auf dem Führungsbord bestimmte Grenzen, kann es in Extremfällen zum Bruch des Führungsbords und damit zum Lagerversagen kommen.
  • Um Brüche des Führungsbords zu verhindern, ist es bekannt, den Führungsbord in axialer Richtung zu verstärken und/oder abzustützen und/oder einen Radius des Freistiches zwischen Führungsbord und Laufbahn zu optimieren. Weitere bekannte Maßnahmen sind die Änderung und/oder Anpassung der Materialeigenschaften durch eine optimierte Wärmebehandlung, bei der versucht wird, einen optimalen Kompromiss zwischen Zähigkeit und Verschleißfestigkeit bzw. Härte des Führungsbords bzw. Innenrings zu erreichen.
  • Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, ein verbessertes Kegelrollenlager bereitzustellen, bei dem das Risiko eines Führungsbordbruchs reduziert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch Kegelrollenlager gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Im Folgenden wird ein Kegelrollenlager, insbesondere für ein Differentialgetriebe, eines Fahrzeugs, bereitgestellt. Das Differentialgetriebe kann ein Hinterachsgetriebe sein, wobei das Kegelrollenlager beispielsweise in einer Ritzelwellenlagerung des Hinterachsgetriebes eingesetzt sein kann. Das Kegelrollenlager umfasst zumindest einen ersten Ring mit einer ersten Laufbahn, zumindest einen zweiten Ring mit einer zweiten Laufbahn und zumindest eine Reihe von Kegelrollen, die auf der ersten und der zweiten Laufbahn abrollen. Dabei weist der zumindest eine erste Ring einen Führungsbord auf, der dazu ausgebildet ist, die Kegelrollen zu führen. Insbesondere kann der erste Ring ein Innenring sein. Um die Laufbahn auf dem zumindest einen ersten Ring auszubilden, kann ein Freistich bzw. Einstich zwischen der Laufbahn und dem Führungsbord vorgesehen sein, der ein Bearbeiten einer Laufbahnoberfläche ermöglicht. Der Freistich bestimmt insbesondere eine axiale Länge eines freistehenden, radial nicht von dem Material des ersten Rings unterstützten Bereichs des Führungsbords. Ferner kann ein Winkel der ersten Laufbahn zu einer Drehachse des Kegelrollenlagers größer als 20°, bevorzugt größer als 25°, am bevorzugsten größer als 30° sein.
  • Um das Risiko eines Bruchs des Führungsbords zu reduzieren, hat der Führungsbord einen Führungsabschnitt, der eine Kontaktfläche mit den Kegelrollen bereitstellt, und einen Verstärkungsabschnitt, der kontaktlos zu den Kegelrollen ausgebildet ist, wobei der Verstärkungsabschnitt den Führungsbord radial verstärkt. Durch den Verstärkungsabschnitt, der den Führungsbord radial verstärkt, kann insbesondere eine lokale Spannungskonzentration im Bereich des Freistichs reduziert werden, wodurch das Risiko eines Bruchs des Führungsbords reduziert werden kann. Ferner ist im Gegensatz zu einem axialen Bauraum für den Führungsbord der radiale Bauraum, der für den Führungsbord zur Verfügung steht, meist frei, so dass eine Verstärkung bzw. Aufdickung des Führungsbords in radialer Richtung meist unproblematisch ist.
  • Dadurch, dass der Verstärkungsabschnitt den Führungsbord radial verstärkt, wird verhindert, dass sich ein axialer Bauraum des Kegelrollenlagers erhöht. Das heißt, das voranstehend beschriebene Kegelrollenlager kann in bestehenden Lagerungen eingesetzt werden, ohne dass die Konfiguration der Lagerung neugestaltet werden muss. Selbstverständlich ermöglicht der voranstehend beschriebene Verstärkungsabschnitt des Führungsbords auch die axiale Dicke des Führungsbords zu reduzieren und durch die radiale Verstärkung zu kompensieren, so dass auch bei axial beschränktem Bauraum die Stabilität und/oder Festigkeit des Führungsbords erhalten bleibt.
  • Bevorzugt erstreckt sich der Verstärkungsabschnitt zumindest über den freistehenden Bereich des Führungsbords über der Laufbahn, so dass der Verstärkungsabschnitt den freistehenden Bereich des Führungsbords radial verstärkt. Dies ermöglicht den besonders belasteten Bereich des Führungsbords zu verstärken und so das Risiko eines Bruchs des Führungsbords zu verringern. Dabei ist insbesondere ein Ausmaß des axial auskragenden Bereichs des Führungsbords von einer Größe des Freistichs abhängig.
  • Ferner kann sich der Verstärkungsabschnitt axial über den gesamten Führungsbord erstrecken. Das heißt, der Verstärkungsabschnitt verstärkt nicht nur den besonders belasteten axial auskragenden Bereich des Führungsbords, sondern den gesamten Führungsbord, so dass eine Stabilität des Führungsbords auch in stark belasteten Anwendungen weiter erhöht und dadurch ein Risiko eines Bruchs des Führungsbords weiter verringert werden kann. Bevorzugt hat der Verstärkungsabschnitt eine rechteckige, trapezförmige, ovale, kreisförmige, halbovale und/oder halbkreisförmige Querschnittsform.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der Verstärkungsabschnitt und der Führungsbord einstückig ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders stabile und kostengünstige Ausgestaltung.
  • Alternativ kann der Verstärkungsabschnitt und der Führungsbord zweitteilig ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Verstärkungsabschnitt mit dem Führungsbord kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Beispielsweise kann der Verstärkungsabschnitt auf den Führungsbord aufgepresst, geklebt, geschweißt oder anderweitig mit dem Führungsbord verbunden sein. Vorzugsweise ist der Verstärkungsabschnitt als separates Ringelement ausgebildet. Dies ermöglicht, den radialen Verstärkungsabschnitt auf einfache Weise nachzurüsten. Dabei kann der Verstärkungsabschnitt aus einem anderen Material hergestellt sein als der Führungsbord.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat der Führungsabschnitt eine radiale Dicke h0, die sich vom Freistich bis zum Ende der Kontaktfläche erstreckt, wobei der Verstärkungsabschnitt eine radiale Dicke h1 hat, die das 0,2 bis 3-fache der radialen Dicke h0 des Führungsabschnitts, h1=0,2h0 bis 3h0 beträgt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Differentialgetriebe, insbesondere für ein Fahrzeug, wie beispielsweise einen Lastkraftwagen, mit einem voranstehend beschriebenen Kegelrollenlager vorgeschlagen. Das Differentialgetriebe kann beispielsweise ein Hinterachsgetriebe sein.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
  • Es zeigen:
    • 1: ein Kegelrollenlager gemäß einer ersten Ausführungsform,
    • 2: ein Innenring eines Kegelrollenlagers gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
    • 3: ein Innenring eines Kegelrollenlagers gemäß einer dritten Ausführungsform.
  • Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • 1 zeigt ein Kegelrollenlager 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Kegelrollenlager 1 umfasst einen ersten Ring oder Innenring 2 mit einer ersten Laufbahn 4 sowie einen zweiten Ring oder Außenring 6 mit einer zweiten Laufbahn 8. Zwischen dem ersten und dem zweiten Ring 2, 6 ist eine Reihe von Kegelrollen 10 angeordnet, die auf der ersten und der zweiten Laufbahn 4, 8 abrollen. Selbstverständlich kann das Kegelrollenlager 1 auch mehr als einen ersten Ring und/oder mehr als einen zweiten Ring aufweisen und/oder als mehrreihiges Kegelrollenlager ausgebildet sein.
  • Der erste Ring 2 ist mit einem Führungsbord 12 versehen, der dazu ausgebildet ist, die Kegelrollen 10 zu führen und zu verhindern, dass die Kegelrollen 10 an ihrem größeren Ende 14 aus dem Lager 1 herausspringen. Dabei liegt das größere Ende 14 der Kegelrollen 10 an dem Führungsbord 12 an. Ferner kann auch ein Käfig 16 vorgesehen sein, der dazu ausgebildet ist, die Kegelrollen 10 in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet zu halten.
  • Um die Laufbahn 4 auf dem ersten Ring 2 auszubilden, ist ein Freistich bzw. Einstich 18 zwischen der Laufbahn 4 und dem Führungsbord 12 vorgesehen sein, der ein Bearbeiten einer Laufbahnoberfläche ermöglicht. Dabei bestimmt der Freistich eine axiale Länge eines freistehenden, radial nicht von dem Material des ersten Rings 2 unterstützten Bereichs 28 des Führungsbords 12. Ferner hat Führungsbord 12 einen Führungsabschnitt 20, der eine Kontaktfläche 22 mit den Kegelrollen 10 bereitstellt, in der ein Kontakt zwischen der Kegelrolle 10 und der Kontaktfläche 22 vorliegt, und einen Verstärkungsabschnitt 24, der kontaktlos zu den Kegelrollen 10 ausgebildet ist, wobei der Verstärkungsabschnitt 24 den Führungsbord 12 radial verstärkt.
  • Der Verstärkungsabschnitt 24, der den Führungsbord 12 radial verstärkt, kann insbesondere eine lokale Spannungskonzentration im Bereich des Freistichs 18 reduzieren, wodurch das Risiko eines Bruchs des Führungsbords 12 reduziert wird. Ferner ist im Gegensatz zu einem axialen Bauraum für den Führungsbord 12 der radiale Bauraum, der für den Führungsbord 12 zur Verfügung steht, meist frei, so dass eine Verstärkung bzw. Aufdickung des Führungsbords 12 in radialer Richtung unproblematisch ist. In 1 verstärkt der Verstärkungsabschnitt 24 den axial auskragenden, freistehenden Bereich 28 des Führungsbords 12 und ist einstückig mit dem Führungsbord 12 ausgebildet.
  • Ein Faktor, der das Risiko für ein Bruch des Führungsbords 12 beeinflusst, ist die Neigung der Laufbahn 4 des ersten Rings 2. Je steiler die Laufbahn 4 ist, desto größer kann die radiale Last werden, die der Führungsbord 12 zu tragen hat, wodurch auch das Risiko für einen Bruch des Führungsbords 12 steigt. Bei dem Kegelrollenlager 1 kann beispielsweise ein Winkel α der ersten Laufbahn 4 zu einer Drehachse 26 des Kegelrollenlagers 1 größer als 20°, bevorzugt größer als 25°, am bevorzugsten größer 30° sein.
  • 2 zeigt einen ersten Ring 2 eines Kegelrollenlagers gemäß einer zweiten Ausführungsform. Im Gegensatz zu der Ausführungsform der 1 erstreckt sich bei der Ausführungsform der 2 der Verstärkungsabschnitt 24 axial über den gesamten Führungsbord 12. Das heißt, der Verstärkungsabschnitt 24 verstärkt nicht nur den besonders belasteten freistehenden Bereich 28 des Führungsbords 12, sondern den gesamten Führungsbord 12, so dass eine Stabilität des Führungsbords auch in stark belasteten Anwendungen weiter erhöht und dadurch ein Risiko eines Bruchs des Führungsbords 12 weiter verringert werden kann. Bevorzugt hat der Verstärkungsabschnitt eine rechteckige, trapezförmige, ovale, kreisförmige, halbovale und/oder halbkreisförmige Querschnittsform.
  • Der Führungsabschnitt 20 hat eine radiale Dicke h0, die sich vom Freistich 18 bis zum Ende der Kontaktfläche 22 erstreckt. Außerdem weist der Verstärkungsabschnitt 24 eine radiale Dicke h1 auf, die das 0,2 bis 3-fache der radialen Dicke h0 des Führungsabschnitts 20 beträgt, d.h. h1=0,2h0 bis 3h0.
  • 3 zeigt einen ersten Ring 2 eines Kegelrollenlagers gemäß einer dritten Ausführungsform. Im Gegensatz zu der Ausführungsform der 1 und 2 ist bei der 3 der Verstärkungsabschnitt 24 und der Führungsbord 12 zweitteilig ausgebildet. Beispielsweise kann der Verstärkungsabschnitt 24 auf den Führungsbord 12 aufgepresst, geklebt, geschweißt oder anderweitig mit dem Führungsbord verbunden sein. In der 3 ist der Verstärkungsabschnitt 24 als separates Ringelement ausgebildet. Dabei kann der Verstärkungsabschnitt 24 aus einem anderen Material hergestellt sein als der Führungsbord.
  • Zusammenfassend kann, dadurch, dass der Verstärkungsabschnitt 24 den Führungsbord 12 verstärkt, in einer kostengünstigen Weise ein Risiko für einen Bruch des Führungsbords reduziert werden. Dadurch, dass der Verstärkungsabschnitt 24 den Führungsbord radial verstärkt, kann verhindert werden, dass sich ein axialer Bauraum des Kegelrollenlagers 1 erhöht. Das heißt, das Kegelrollenlager 1 kann in bestehenden Lagerungen eingesetzt werden, ohne dass die Konfiguration der Lagerung neugestaltet werden muss.
  • Selbstverständlich ermöglicht der Verstärkungsabschnitt 24 des Führungsbords 12, unabhängig davon, ob der Verstärkungsabschnitt 24 einstückig mit dem Führungsbord 12 oder zweitteilig ausgestaltet ist, auch die axiale Dicke des Führungsbords zu reduzieren und durch die radiale Verstärkung zu kompensieren, so dass auch bei axial beschränktem Bauraum die Stabilität und/oder Festigkeit des Führungsbords erhalten bleibt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kegelrollenlager
    2
    erster Ring
    4
    erste Laufbahn
    6
    zweiter Ring
    8
    zweite Laufbahn
    10
    Kegelrolle
    12
    Führungsbord
    14
    großes Ende
    16
    Käfig
    18
    Freistich
    20
    Führungsabschnitt
    22
    Kontaktfläche
    24
    Verstärkungsabschnitt
    26
    Drehachse
    28
    freistehender Bereich
    α
    Neigungswinkel
    h0
    Dicke Führungsbord
    h1
    Dicke Verstärkungsabschnitt

Claims (12)

  1. Kegelrollenlager (1), insbesondere für ein Differentialgetriebe eines Fahrzeugs, mit zumindest einem ersten Ring (2) mit einer ersten Laufbahn (4), zumindest einem zweiten Ring (6) mit einer zweiten Laufbahn (8) und zumindest einer Reihe von Kegelrollen (10), die auf der ersten und der zweiten Laufbahn (4, 8) abrollen, wobei der zumindest eine erste Ring (2) einen Führungsbord (12) aufweist, der dazu ausgebildet ist, die Kegelrollen (10) zu führen, wobei ein Freistich (18) zwischen der Laufbahn (4) des ersten Rings (2) und dem Führungsbord (12) ausgebildet ist, der eine axiale Länge eines freistehenden, radial nicht von dem Material des ersten Rings (2) unterstützten Bereichs (28) des Führungsbords (12) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsbord (12) einen Führungsabschnitt (20) aufweist, der eine Kontaktfläche (22) mit den Kegelrollen (10) bereitstellt, und einen Verstärkungsabschnitt (24), der kontaktlos zu den Kegelrollen (10) ausgebildet ist, wobei der Verstärkungsabschnitt (24) den Führungsbord (12) radial verstärkt.
  2. Kegelrollenlager (1) gemäß Anspruch 1, wobei sich der Verstärkungsabschnitt zumindest über den freistehenden Bereich (28) des Führungsbords über der Laufbahn erstreckt, so dass der Verstärkungsabschnitt (24) den freistehenden Bereich (28) des Führungsbords (12) radial verstärkt.
  3. Kegelrollenlager (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Verstärkungsabschnitt (24) axial über das gesamte Führungsbord (12) erstreckt.
  4. Kegelrollenlager (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Verstärkungsabschnitt (24) eine rechteckige, trapezförmige, ovale, kreisförmige, halbovale und/oder halbkreisförmige Querschnittsform hat.
  5. Kegelrollenlager (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Verstärkungsabschnitt (24) und der Führungsbord (12) einstückig ausgebildet sind.
  6. Kegelrollenlager (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verstärkungsabschnitt (24) und der Führungsbord (12) zweitteilig ausgebildet sind.
  7. Kegelrollenlager gemäß Anspruch 6, wobei der Verstärkungsabschnitt (24) als separates Ringelement ausgebildet ist.
  8. Kegelrollenlager (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Verstärkungsabschnitt (24) mit dem Führungsbord (12) kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
  9. Kegelrollenlager (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Verstärkungsabschnitt (24) aus einem anderen Material hergestellt ist als der Führungsbord (12).
  10. Kegelrollenlager (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Winkel (α) der ersten Laufbahn (4) zu einer Drehachse (26) des Kegelrollenlagers (1) größer als 20°, bevorzugt größer als 25°, am bevorzugsten größer als 30°, ist.
  11. Kegelrollenlager (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Führungsabschnitt (20) eine radiale Dicke h0 hat, die sich vom Freistich (18) bis zum Ende der Kontaktfläche (22) erstreckt, wobei der Verstärkungsabschnitt (24) eine radiale Dicke h1 hat, die das 0,2 bis 3-fache der radialen Dicke h0 des Führungsabschnitts (20), h1=0,2h0 bis 3h0, beträgt.
  12. Differentialgetriebe, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Kegelrollenlager (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
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