Bezeichnung der Erfindung

Vorrichtung zum Ausgleich axialer Wärmedehnungen einer

Wälzlageranordnung

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich axialer Wärmedehnungen einer Wälzlageranordnung mit einem Wälzlagerring mit einer Ausnehmung und mit einem umlaufenden Lagerringsteg, mit einer inneren Anlauffläche für die Wälzkörper und mit einem Wärmedehnungselement, das zumindest teilweise in der Ausnehmung aufgenommen ist.

Hintergrund der Erfindung

Bei Maschinen, deren einzelne Bauteile aus Werkstoffen mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung (unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten) bestehen, tritt bei sich ändernden Betriebstemperaturen eine unterschiedliche relative Längenänderung (axiale Wärmedehnung) der Bauteile auf. Diese Erscheinung ist insbesondere bei schnell laufenden Anordnungen, bei denen eine präzise La- gerung erforderlich ist - wie beispielsweise Kraftfahrzeugdifferentialen oder Verteilergetrieben - unerwünscht oder nicht tolerierbar. So besteht z.B. bei einem Kraftfahrzeuggetriebe in der Regel das Getriebegehäuse aus Alumini- umdruckguss und die Getriebewellen sind aus Stahl gefertigt und mittels ange-

stellter Kegelrollenlager gelagert. Hier macht sich die etwa doppelt so starke Wärmeausdehnung des Aluminiumgehäuses im Vergleich zu den Stahlwellen signifikant bemerkbar und verändert die eingestellte Vorspannung bzw. das eingestellte Lagerspiel. Dies führt zu einer erheblich verringerten Lagerlebens- dauer, ungünstigstenfalls zu einem axialen Wellenschlag und zu nicht idealem Zahneingriff mit entsprechender Geräuschbildung.

Zur Kompensation dieser Effekte ist aus dem US-Patent 5,028,152 eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Dabei ist der Außenring eines Kegelrollenlagers mit einer umlaufenden radial und/oder axial offenen Nut oder Ausnehmung versehen, in der ein Wärmedehnungselement in Form eines Dehnungsrings aufgenommen ist. Das Wärmedehnungselement ist einbaubedingt bzw. durch die Aufnahme in der Ausnehmung in seiner radialen Ausdehnung beschränkt, so dass temperaturbedingte Ausdehnungen im Wesentlichen zu einer axialen Geometrieänderung des Wärmedehnungselements führen. Das Wärmedehnungselement stützt sich mit einem Ende an einem Gegenlager, z.B. einer Schulter in einer Lageraufnahmebohrung, ab. Dadurch übt es eine axiale Kompensationskraft auf den Lagerring aus, durch die sich der Lagerring zur Temperaturkompensation axial verschiebt.

Dieser Temperatur-Kompensationseffekt kann jedoch nur eintreten, wenn sich der Lagerring gegenüber dem kooperierenden Bauelement bzw. in Bezug auf das Gegenlager auch tatsächlich axial verschieben kann. Dies ist nicht in allen Betriebssituationen oder bei jeder Passungswahl gewährleistet. Insbesondere bei relativ niedrigen Temperaturen kann der Lagerring vergleichsweise fest sitzen und die axiale Kompensationskraft die passungsbedingte Reibkraft nicht überwinden.

Aufgabe der Erfindung

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer Kompensationsvorrichtung, die von der Passung des Lagerringsitzes oder den auf den Lagerring wirkenden Reibkräften unabhängig ist.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Demgemäß ist vorgesehen, dass die Anlauffläche axial verschieblich ausgestaltet ist, dass die Ausnehmung in dem Lagerringsteg ausgebildet ist und dass das Wärmedehnungselement die Anlauffläche bei Erwärmung in axialer Richtung verschiebt.

Ein wesentlicher erster Vorteil der Erfindung besteht damit darin, dass die Funktion der Temperaturkompensation unabhängig ist von der von Betriebsbedingungen und Betriebstemperaturen bestimmten Passung bzw. Axialver- schieblichkeit zwischen dem Lagerring einerseits und dem korrespondierenden, den Lagerring aufnehmenden oder von dem Lagerring umgebenden Bauteil andererseits. Die Temperaturkompensation beginnt damit kontinuierlich auch schon bei relativ geringen Betriebstemperaturen und hat so eine besonders gleichmäßige und das Lager schonende Wirkung.

Da das Wärmedehnungselement erfindungsgemäß innerhalb des eigentlichen Wälzlagers untergebracht ist, ist es besonders gut gegen äußere Einflüsse geschützt. Zudem hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den weiteren erheblichen Vorteil, dass es keine über die Außenabmessungen des Lagers hinaus vorstehende Teile oder Abschnitte des Wärmedehnungselementes gibt, was sich insbesondere bei der Montage und dem Transport von mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen ausgestatteten Wälzlagern vorteilhaft auswirkt.

Eine für die Beständigkeit und den Schutz des Wärmedehnungselementes besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Wärmedehnungselement und der Anlauffläche ein Ringkolben angeordnet ist. Besonders bevorzugt kann dabei eine Stirnseite des Ringkolbens unmittelbar auf die Wälzkörper einwirken und somit nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die Anlauffläche bilden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich auch oder ergänzend aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Dabei zeigen:

Figur 1 in perspektivischer Ansicht einen teilweisen Längsschnitt eines Kegelrollenlagers mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Figur 2 perspektivisch eine Explosionsdarstellung von Komponenten der Anordnung nach Figur 1 ;

Figur 3 eine schematische Darstellung des Axialkraftflusses des Ausführungsbeispiels nach den Figuren 1 und 2 Längsschnitt.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt in starker Vergrößerung einen Ausschnitt eines Längsschnittes durch ein Wälzlager mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht. Das Wälzlager weist einen äußeren Ring oder Lageraußenring 1 und einen inneren Ring oder Lagerinnenring 2 auf. Zwischen dem Lageraußen- ring 1 und dem Lagerinnenring 2 sind in an sich bekannter Weise in einem Wälzlagerkäfig 3 gehaltene Wälzkörper in Form von Kegelrollen 4 angeordnet.

Obwohl nachfolgend die erfindungsgemäße Vorrichtung im Zusammenhang mit einer Ausgestaltung im Lagerinnenring erläutert wird, ist grundsätzlich eine ent- sprechende Anordnung auch im Lageraußenring möglich.

Der Lagerinnenring 2 weist eine Lauffläche 5 auf, die beiderseitig von je einem umlaufenden Lagerringsteg 8 bzw. 9 begrenzt ist, der sich jeweils im Wesentli-

chen radial bzw. parallel zu den Stirnflächen 10, 11 der Wälzkörper 4 erstreckt. Die auch als Lagerbord bezeichneten Lagerringstege 8, 9 weisen so mit ihren nach innen gerichteten Seitenflächen Begrenzungen oder Anlaufflächen 12, 14 für die Wälzkörper auf. Von den Anlaufflächen werden die Wälzkörper in axialer Richtung geführt.

Die Anlauffläche 12 ist erfindungsgemäß allerdings nicht von dem eigentlichen Lagerringssteg 8 selbst bzw. von dessen nach innen weisenden Begrenzungswand gebildet, sondern von der nachfolgend detailliert beschriebenen Weise von einem Ringkolben gebildet.

Der Lagerringsteg 8 weist nämlich eine sich von der Innenseite 12 axial nach außen in das Material des Lagerringsteges 8 erstreckende, umlaufende Nut 16 auf. In diese Nut ist zumindest teilweise ein Wärmedehnungselement 18 einge- bracht. Dieses besteht aus einem Material, beispielsweise einem Elastomer, das im Vergleich zu dem Material der übrigen Bauteile - nämlich der Lagerringe, des nicht dargestellten Lagergehäuses oder einer Welle (vergleiche Figur 3) - einen wesentlich höheren Temperaturkoeffizienten aufweist. Das Wärmedehnungselement ist als flacher Kunststoffring ausgebildet. Im Ausführungsbei- spiel nach den Figuren 1 und 2 ist es vollständig von der Nut 16 umgeben. An seiner dem Innenbereich 20 des Lagers zugewandten Stirnfläche 22 liegt unmittelbar ein Ringkolben 24 an, der beispielsweise aus Metall bestehen kann. Bei einer Wärmeausdehnung des Wärmedehnungselementes 18 führt der Ringkolben 24 eine Bewegung in axialer Richtung A in den Innenraum 20 hin- ein aus. Er übt damit mit seiner freien, innenseitigen Stirnfläche 25 eine axiale Kraft unmittelbar auf die Wälzkörper 4 aus. Diese Kraft ist im Wesentlichen nur abhängig von dem Dehnungsverhalten des Wärmedehnungselementes 18 und unabhängig von der übrigen Einbausituation der Lagerringe 1 , 2, insbesondere von der deren Axialverschieblichkeit bestimmenden Reibungswerte bzw. Pas- sungen.

Grundsätzlich könnte das Wärmedehnungselement mit seiner Stirnfläche 22 in Körperkontakt mit den entsprechenden Stirnflächen 10 der Wälzkörper stehen.

Je nach Lagerbelastung, Materialpaarung und Beschaffenheit des Materials des Wärmedehnungselements könnte dies aber zu erhöhtem Verschleiß führen, so dass die zuvor beschriebene Anordnung eines Ringkolbens 24 besonders vorteilhaft ist.

Wie der in Figur 3 gezeigte Längsschnitt einer so genannten X-Anordnung einer Kegelrollenlagerung einer Welle 30 verdeutlicht, werden wärmebedingte Lageänderungen durch das unmittelbare Einwirken des Kolbens 24 auf die Stirnfläche 10 kompensiert, indem die Ausdehnung des Wärmeelementes 18 über den Kolben 24 zu dem in Figur 3 schematisch dargestellten Axialkraftfluss 32 führt. Dadurch ist sichergestellt, dass der an einer Wellenschulter 34 anliegende Lagerinnenring 2 bei Erwärmung der Welle bzw. des nur andeutungsweise dargestellten Gehäuses 35 und der damit verbundenen relativen Lageänderung unabhängig von seinem Sitz als Kompensationselement für die ther- mischen Effekte dient.

Die Wälzlageranordnung bietet mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dabei eine sehr geschützte und das Wärmedehnungselement gegen äußere Einflüsse abkapselnde Gestaltung. Da das Wärmedehnungselement über den Ring- kolben 24 auf die Wälzkörper 4 einwirkt, ist es einerseits keinem unmittelbaren mechanischen Verschleiß ausgesetzt und andererseits durch den in der Nut 16 axial verschieblich gelagerten Ringkolben 24 gegen aggressive äußere Medien oder Schmierstoffe geschützt. Zudem weist die gezeigte Lageranordnung keine nach außen hervortretenden Bestandteile der Kompensationsvorrichtung auf, was sich hinsichtlich Montage und Transport vorteilhaft auswirkt.

Bezugszahlenliste

1 Lageraußenring

Lagerinnenring

Kegelrollen

Lauffläche

8, 9 Lagerringsteg

10, 11 Stirnfläche

12, 14 Anlauffläche

16 Nut

18 Wärmedehnungselement

20 Innenbereich

22 Stirnfläche

24 Ringkolben

25 Stirnfläche

30 Welle

32 Axialkraftfluss

34 Wellenschulter

35 Gehäuse

36 Bohrung

A axiale Richtung