Geräuschentkoppeltes Lager für ein CVT-Getriebe mit ovaler Nut Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Lagerinnenring, mit einem, diesen umgebenden und radial außerhalb des Lagerinnenrings angeordneten Lageraußenring, mit mehreren zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring angeordneten Wälzkörpern und zumindest einer im Lageraußenring angebrachten Nut, enthaltend eine Nutwand und einen an dessen radial innerem Ende befindlichen Nutgrund, wobei ein zum Schall- und Schwingungsdämpfen vorgesehenes Isolationselement auf dem Lageraußenring vorhanden ist, wobei das Isolationselement einen Hülsenbereich sowie zumindest einen sich von diesem Hülsenbereich aus radial nach innen erstre- ckenden Abstützschenkel aufweist, wobei der Abstützschenkel in die Nut eingreift. Die Erfindung betrifft auch ein CVT-Getriebe mit einem derartigen Wälzlager.

Hintergrund der Erfindung Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene gattungsgemäße Ausführungen eines solchen Wälzlagers bekannt. EP 1 908 972 B1 offenbart zum Beispiel eine Ent- kopplungsvorrichtung für eine Lagerung einer Welle eines CVT-Getriebes. Zwischen dem Lageraußenring und dem Gehäuse des sind Radialwellenfedern angeordnet, die unter elastischer Verformung eine begrenzte relative Radialbewegung zwischen der Innenfläche der Außenfläche zulassen. Alternativ ist eine Radialwellfeder bildende Federhülse mit insgesamt U-förmigem Querschnitt aufgesetzt, deren insgesamt achsparallel verlaufender Boden radial ausgebuchtet ist und wahlweise Schlitze aufweist.

DE 10 2012 209 459 A1 offenbart ein Lager, das für einen Einsatz in einem CVT- Getriebe vorgesehen ist. Das Wälzlager weist einen Lageraußenring und eine radial außerhalb des Lageraußenringes angeordnete Schale auf. Die Schale umgreift den Lageraußenring und liegt mit sich radial erstreckenden Seitenwangen an zwei Axial- flächen des Lageraußenrings an. Die Seitenwangen sind formschlüssig am Lageraußenring festgelegt. Die Schale dient der akustischen Entkopplung.

Ein Nachteil dieser bekannten Ausführungen ist, dass beim Einsatz in einem CVT- Getriebe mit Kette Schwingungen nicht ausreichend gedämpft sind, die Montage aufwendig ist und die Wälzlager zu kosten intensiv sind.

Beschreibung der Erfindung Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und eine verbesserte Schwingungsreduzierung sowie eine Verminderung von Kettengeräuschen zu erzielen.

Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Eine Nut und ein Abstützschenkel des Isolationselements sind derart aufeinander abgestimmt, dass radiale Endflächen des Abstützschenkels zumindest an zwei gegenüberliegenden ersten Bereichen der Nut den Nutgrund berühren und zumindest an zwei anderen gegenüberliegenden zweiten Bereichen zum Nutgrund beabstandet sind. Der Nutgrund verläuft an tiefster Stelle Nut um die Rotationsachse. Dazu ist beispielsweise die Nut im Grund unrund bzw. der Verlauf des Nutgrundes um die Rotationsachse weicht von einer Kreisbahn ab. Der Verlauf des innen zur Rotationsachse gewandten Randes (der radialen Endflächen) der Abstützschenkel um die Rotationsachse folgt dabei weiter einer Kreislinie um die Rotationsachse. Die Nut weist vor- zugsweise sich an der Rotationsachse radial einander gegenüberliegende erste Bereiche auf, in denen der Abstand des Nutgrundes zur Rotationsachse größer ist als der dazu um die Rotationsachse versetzten zweiten Bereichen, in denen der Abstand des Nutgrundes zur Rotationsachse kleiner ist. Dabei sind die ersten Bereiche in Um- fangsrichtung um die Rotationsachse vorzugsweise um 90° oder mehr bzw. weniger gegenüber den zweiten Bereichen verdreht versetzt. Es ergibt sich im Querschnitt des jeweiligen Wälzlagers betrachtet z.B. ein ovaler oder elliptischer Verlauf des Nutgrundes um die Rotationsachse. Deshalb und weil Endflächen der Abstützschenkel dagegen auf einer Kreislinie (bzw. Zylinderfläche) um die Rotationsachse verlaufen ergibt sich zwischen den radialen Endflächen des Abstützschenkels und dem Nutgrund radial auf Höhe des zweiten Bereiches beispielsweise ein sichelförmiger Spalt (Leerraum) zwischen den Endflächen und dem Nutgrund. Dadurch ist das Isolationselement in Abhängigkeit von den radialen Abmessungen des sichelförmigen Spalts radial nachgiebig. Alternativ kann der Verlauf des Nutgrundes im Wesentlichen einer Kreisbahn/Zylinderfläche folgen, aber dann partiell im zweiten Bereich in umfangsgerichtete linien- oder bogenförmige Abflachungen übergehen, durch die kreisabschnittförmige oder sichelförmige Spalte zwischen dem Nutgrund und den Endflächen entstehe . Die größte radiale Abmessung des Spalts entspricht im eingebauten und unbelasteten Zustand des Wälzlagers vorzugsweise etwa der Hälfte des lichten inneren Durchmessers des Isolationselements, gemessen zwischen den Endflächen der Abstützschenkel, abzüglich eines kürzesten Abstands des Nutgrundes zur Rotationsachse in dem zweiten Bereich.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sich im eingebauten Zustand des Wälzlagers zwei unterschiedlich elastische Bereiche des Isolierelements ergeben. In Richtung des ersten Bereiches reagiert das Isolationselement im eingebauten Zustand elastisch härter, also steifer, da die Abstützschenkel im Nutgrund abgestützt sind. Im zweiten Bereich ist das Isolationselement elastisch weicher, also weniger steif, da der Spalt zwischen den Schenkeln und dem Nutgrund radial-elastisches Nachgeben möglich macht. Dazu wird das Wälzlager mit Bezug auf das Rotationszentrum so rich- tungsorientiert eingebaut, dass die sich radial einander gegenüberliegenden ersten Bereiche in die radiale Hauptbelastungsrichtung des Wälzlagers ausgerichtet werden. In diesem Fall ist das Wälzlager also so ausgerichtet, dass das Wälzlager in Richtungen der Hauptbelastungen vollständig sicher über den Lageraußenring und an dem Isolierelement radial abgestützt ist, da in diesem Bereich die Abstützschenkel am Nutgrund anliegen. Die zweiten Bereiche sind dadurch in Richtung von Anregungskräften ausgerichtet, die während des Betriebs auf das Wälzlager einwirken. Zwischen dem Nutgrund des Lageraußenrings und den Abstützschenkeln verbleibt an dieser Stelle zunächst der Spalt, der sich in Abhängigkeit von den Belastungen verändern kann. Der Vorteil der Erfindung liegt deshalb auch darin, dass das Wälzlager zur Lagerung einer Antriebswelle und/oder einer Abtriebswelle eines CVT-Getriebes eingesetzt werden kann. In diesem Falle ist die Hauptbelastungsrichtung die Kettenzugrich- tung und die Anregungskräfte ergeben sich z.B. durch Aufschlagimpulse der Zapfen der Kette auf die Kegelflächen der Kegelräderpaare des CVT - Getriebes. In Ketten- zugrichtung ergibt sich damit ein steiferes Verhalten des Isolationselements als in die anderen Richtungen. Dadurch werden die radialen Anregungskräfte vom Lageraußen- ring besser entkoppelt und es wird somit eine bessere Geräusch- und Schwingungsdämpfung erreicht.

Die sichere AbStützung des Isolationselements ergibt sich in zwei der Nuten. Jede der Nut ist axial endseitig des Lageraußenrings ausgebildet. Das Isolationselement weist dementsprechend zwei Schenkel auf, von denen jeder in jeweils eine der Nuten eingreift. Außerdem kann das Isolationselement über die Abstützschenkel axial in den Nuten des Lageraußenrings eingespannt werden, so dass axiales Aufbiegen oder Aufweiten der Abstützschenkel unter Last verhindert ist. Vorteilhaft ist es auch, wenn sich die Abstützschenkel in den Nuten zumindest im ersten und/oder zweiten Bereich relativ zum Lageraußenring verspannen. Dadurch werden die Abstützschenkel, und somit das Isolationselement, in axialer Richtung und radialer Richtung gesichert. Die Abstützschenkel sind aufeinander zu oder voneinander weg verspannt und gehen vorzugsweise eine kraft-, Stoff- und/ oder formschlüssige Verbindung mit der Oberfläche des Lageraußenrings ein. Dadurch wird eine schnelle und einfache Montage er- möglicht und sicherer Halt und sicheres Handling beim Transport und bei der Montage gewährleistet. Die formschlüssigen Verbindungen sind entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung mit Hilfe von Schnappnasen ausgeführt, die in die Nut eingreifen.

Die Lagerinnenringe und der Lageraußenringe sind üblicherweise aus Stahl herge- stellt. Das Isolationselement ist bevorzugt aus Metall, z.B. aus einer Stahl- oder Aluminiumlegierung. Die genannten Materialien eignen sich gut zur effizienten Geräuschentkopplung und tragen trotzdem hohe Lasten. Denkbar ist auch die Verwendung von Kunststoff als alleiniger Werkstoff für das Isolationselement oder in Kombination mit den anderen vorgenannten Werkstoffen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Abstützschenkel radial relativ kurz sind, also ca. 80% vom Gesamtdurchmesser des Wälzlagers oder 10% bis 25% der axialen Breite des Wälzlagers entsprechen. Dadurch wird die durch das Wälzlager beanspruchte radiale Bauhöhe so gering wie möglich gehalten und die radiale Steifigkeit optimiert.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Isolationselement mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig, aufgebaut ist. Dadurch kann zwischen den jeweiligen Enden der Reifenteile ein Luftspalt verbleiben und die Dämpfungswirkung unterstützen. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Isolationselement und dem Lageraußenring zumindest ein Dämpfungselement aus einem Elastomer oder aus Gummiwerkstoff angeordnet ist. Auch das trägt vorteilhaft zusätzlich zur Dämpfung bei.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein CVT-Getriebe mit zumindest einem erfindungsgemäßen Wälzlager, wobei der Lagerinnenring des Wälzlagers auf einer Antriebs- oder eine Abtriebswelle sitzt. Die auch als Kegelscheibenumschlingungsgetriebe bezeich- neten CVT-Getriebe weisen zwei Kegelscheibenpaare auf. Diese Scheibenpaare werden von einem Zugmittel in Form eines Riemens oder einer Ketten umschlungen. Die Übersetzung des Getriebes wird durch Veränderung des Abstandes zwischen den Kegelscheibenpaaren verändert. Metallische Ketten werden insbesondere zur Übertragung von höheren Drehmomenten von 300 Nm und mehr verwendet. Es sind in mehreren Reihen nebeneinander angeordnete Laschen mittels Zapfen zu einer Kette zusammengefasst. Durch den Kontakt der Stirnflächen der Zapfen mit den Kegelflächen der Kegelscheiben entsteht Haftreibung zwischen der Kette und den Kegelscheiben. Wenn die Stirnflächen der Zapfen bei umlaufender Kette auf die Kegelflächen treffen, entstehen Aufschlagimpulse. Die dadurch angeregten Schwingungen werden als Körperschall durch die Struktur des CVT-Getriebes über dessen Lagerung an der Fahrzeugstruktur hörbar oder spürbar in das Fahrzeuginnere weitergeleitet. Wie anfangs schon beschrieben wurde, können mittels der Erfindung in Lagerstellen von CVT-Getrieben besonders effektiv akustische Schwingungen gedämpft/ entkoppelt/ isoliert werden.

Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bauteile und Elemente sind in den verschiedenen Darstellungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Darstellungen sind nicht maßstäblich. Figur 1 zeigt eine eine Frontalansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers 1.

Figur 2 zeigt einen Längsschnitt entlang Rotationsachse 17 auf Höhe der Linie II - II des in Fig. 1 dargestellten Wälzlagers 1. Figur 3 zeigt einen Längsschnitt entlang der Rotationsachse auf Höhe der Linie III - III des in Fig. 1 dargestellten Wälzlagers 1.

Figur 4 zeigt eine Seitenansicht des Wälzlagers 1 und Figur 5 einen Querschnitt durch das in Figur 4 dargestellte Wälzlager 1 entlang der Linie V - V.

Figur 6 zeigt eine Seitenansicht des Lageraußenrings 3 des in den Figur 1 und 6 dargestellten Wälzlagers 1 und Figur 7 einen Querschnitt durch den Lageraußenring 3 auf Höhe der Nut 8 entlang der Linie VII - VII nach Figur 6. Figur 8 zeigt ein CVT-Getriebe, das nicht vollständig und vereinfacht symbolisiert dargestellt ist

Mit den Figuren 1, 2 und 3 ist das Wälzlager 1 dargestellt. Das Wälzlager 1 weist einen Lagerinnenring 2 sowie einen den Lagerinnenring 2 umgebenden Lageraußen- ring 3 auf. Symmetrieachse der Lagerringe 2 und 3 ist die Rotationsachse 17. Mehrere als Kugeln ausgeführte Wälzkörper 4 sind radial zwischen dem Lagerinnenring 2 und dem Lageraußenring 3 in einem Wälzkörperkäfig 5 um die Rotationsachse 17 verteilt angeordnet. Figuren 1, 5 und 7: Die Linie II und die zur Linie II senkrechte Linie III verlaufen durch ein Rotationszentrum 6 des Wälzlagers 1 , das auf der Rotationsachse 17 liegt. Figuren 2, 3, 5, 6 und 7: Der Lageraußenring 3 ist an der Außenfläche 7 mit zwei Nuten 8 versehen. Jede Nut 8 weist zwei sich radial erstreckende Nutwände 9 und einen an deren radial inneren Enden befindlichen Nutgrund 10 auf. Figuren 1, 2, 3, 4 und 5: Ein zum Schall- und Schwingungsdämpfen vorgesehenes Isolationselement 11 greift in die Nuten 8 des Lageraußenrings 3 ein. Das Isolationselement 11 ist zweiteilig, aus zwei separaten Halbschalen 11a und 11 b zusammengesetzt und im zusammengesetzten Zustand ringförmig ausgestaltet. Die Halbschalen 11a und 11b sind im Wesentlichen gleich aufgebaut und bilden, vorbehaltlich der Schlitze 18, zusammen einen Reifen, der den Lageraußenring 3 radial von außen umschließt.

Figuren 2 und 3: Das Isolationselement 11 besteht aus einem Hülsenbereich 12 sowie aus zwei sich radial nach innen erstreckenden Abstützschenkeln 13. Die Abstütz- schenke! 13 greifen dabei in die Nut 8 des Wälzlagers 1 ein. Das Isolationselement 11 ist im Querschnitt betrachtet U-förmig mit stirnseitig seitlich der Abstützschenkel 13 axial abstehenden Verlängerungsabschnitten/Absätzen 15 gestaltet. Das Isolationselement 11 weist zudem eine konvexe, ballige Form in dem Hülsenbereich 12 auf. Der Hülsenbereich 12 befindet sich mit Abstand radial gegenüber der zylindrischen Au- ßenoberfläche 7 des Lageraußenrings 3, erstreckt sich axial gleichgerichtet mit der Rotationsachse 17 und verläuft entlang des Umfangs des Lageraußenrings 3, vorbehaltlich möglicher Schlitze 18, umlaufend, so dass der Hülsenbereich 12 die Außen- umfangsseite des Lageraußenrings 3 von radial außen umgibt. Der Hülsenbereich 12 weist die gleiche axiale Breite, wie der Lageraußenring 3 an seiner breitesten Stelle auf, kann alternativ aber auch breiter oder schmaler als der Lageraußenring sein.

Die Abstützschenkel 13 erstrecken sich in radialer Richtung nach innen, wobei die beiden Abstützschenkel 13 im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und im Wesentlichen die gleiche Länge in radialer Richtung nach innen aufweisen. Die Abstütz- schenke! 13 sind in einen scheibenförmigen Grundabschnitt sowie eine daran integral anschließende Schnappnase aufgeteilt. Durch die Schnappnasen entsteht an jedem Abstützschenkel 13 ein axialer Absatz. Der Abstützschenkel 13 weist seinen Absatz an einer Seite auf, die mit der Stirnseite des Lageraußenrings 3 gleich gerichtet ist und an einem Nutsteg 16 in axialer Richtung abgestützt ist. Die beiden um die Rotationsachse 17 umlaufenden Nutstege 16 sind axial endseitig des Lageraußenrings 3 an dessen Stirnseite ausgebildet. Die Abstützschenkei 13 sind formschlüssig und/oder kraftschlüssig im Lageraußenring 3 eingespannt und somit in die Nuten 8 eingerastet/ eingeschnappt. Die beiden Abstützschenkel 13 weisen axial eine geringere Wandstärke/ -dicke auf als der Hülsenbereich 12 des Isolationselements 11 in radiale Richtung.

Figuren 2, 3, 5 und 7: Mithilfe den Darstellungen der Figuren 2 und 3 werden die Unterschiede aufgezeigt, welche sich durch einen lageorientierten Einbau des Wälz- lagers 1 für die Form der Nut 8 und/oder die Form der Abstützschenkel 13 ergeben. Die Unterschiede sind durch die in den Figuren 5 und 7 gezeigte besondere erfindungsgemäße Geometrie der Nut 8 im Zusammenwirken mit dem Isolationselement 11 begründet. Figuren 5 und 7: Der Umriss der außenzylindrischen Fläche des Lageraußenrings 3 ist im Querschnitt durch einen Kreis mit dem Radius R beschrieben. Der Umriss der Nut 8 im Nutgrund 10 um die Rotationsachse 17 kann im Querschnitt als oval oder ellipsenförmig angesehen werden, da dieser durch zwei große Halbachsen der Längen ai und a ₂ und zwei kleine Halbachse der Längen bi und b ₂ beschrieben werden kann. Die Abstände ai bzw. a ₂ stehen für den radialen Abstand des Nutgrundes 10 von der Rotationsachse 17 jeweils im Bild in vertikale Richtung. Die zu den vertikalen Halbachsen rechtwinklig verlaufenden Halbachsen mit den Maßen bi und b ₂ bezeichnen jeweils den Abstand des Nutgrundes 10 von der Rotationsachse 17 in horizontaler Richtung. Die Strecken ai bzw. a ₂ sind jeweils länger als die jeweilige Strecke bi und b ₂ . Die Längen der Strecken ai und a ₂ können gleich groß sein oder sich voneinander unterscheiden. Die Längen der Strecken bi und b ₂ können gleich groß sein oder sich voneinander unterscheiden. Es ergeben sich gemäß der Darstellung in Figur 7:

- die Tiefe der Nut 8 an flachster Stelle Tai = R - ai bzw. Ta ₂ = R - a ₂ ;

- die Tiefe der Nut 8 an tiefster Stelle Tbi = R - bi bzw. Tb ₂ = R - b ₂ ;

- ai und a ₂ sind jeweils > als bi und b ₂ ;

- Tbi und Tb ₂ sind jeweils > als Tai und Ta ₂ ; wobei die flachsten Stellen Tai bzw. Ta ₂ der Nut 8 in den Darstellungen der Figuren 1 und 7 im Bild oben und unten jeweils im Schnittpunkt mit der Linie II liegen und die tiefsten Stellen Tb ₁ und Tb ₂ der Nut 8 im Bild links und rechts auf der Linie III. Dabei ist die flachste Stelle im jeweiligen ersten Bereich mit dem Abstand ai bzw. a ₂ des Nutgrundes 8a zur Rotationsachse 17 beschrieben. Die tiefste Stelle im jeweiligen zweiten Bereich ist durch den jeweiligen Abstand bi bzw. b ₂ beschrieben.

Daraus ergibt sich, dass, wie in Figur 2 dargestellt ist, die radialen Endflächen 14 der Abstützschenkel 13 den Nutgrund 10 innerhalb der Nut 8 berühren. Im Bereich des Absatzes 15 besteht somit kein Kontakt zwischen dem Abstützschenkel 13 und dem Nutsteg 16 der Nut 8. Zwischen dem jeweiligen Absatz 15 und dem gegenüberliegenden Nutsteg 16 ist jeweils ein als O-Ring ausgeführtes elastisches Dämpfungselement 35 angeordnet. Dem entgegen sind die radialen Endflächen 14 der Abstützschenkel 13 in der Darstellung nach Figur 3 zum Nutgrund 10 der Nut 8 beabstandet.

Das Isolationselement 11 ist als ein metallischer Verbund, nämlich aus einer Stahloder einer Aluminiumlegierung ausgebildet.

Alternativ zur oben beschriebenen Ausführung ist die Tiefe der Nut konstant und die Höhe der Abstützschenkel nicht konstant, so dass die radialen Endflächen der Abstützschenkel und der Nutgrund der Nut nur an vorbestimmten Bereichen in Kontakt stehen.

Figur 8: zeigt ein CVT - Getriebe 19, in dem eine Kegelscheibe 20a eines Kegel- scheibenpaares 20 mit einer Antriebswelle 21 verbunden ist und mit einem Zahnradpaar 22 einer Vorgelegestufe wirkverbunden ist. Eine weitere Kegelscheibe 20b des Kegelscheibenpaares 20 sitzt rotationsfest aber verschiebbar auf der Antriebswelle 21. Die Antriebswelle 21 ist an einer Lagerstelle 23 und einer Lagerstelle 24 rotierbar in einem Gehäuse 29 des Getriebes 19 gelagert. Ein weiteres Kegelscheibenpaar 25 ist mit Abstand zu dem Kegelscheibenpaar 20 angeordnet. Um die Kegelscheibenpaare 20 und 25 läuft eine Kette 34 um. Eine Kegelscheibe 25a des Kegelscheibenpaares 25 ist mit einer Abtriebswelle 26 des Getriebes 19 verbunden. Die andere Kegelscheibe 25b des Kegelscheibenpaares 25 sitzt rotationsfest aber verschiebbar auf der Abtriebswelle 26. Die Abtriebswelle ist an einer Lagerstelle 27 und an einer Lagerstelle 28 in dem Gehäuse 29 gelagert. Ein Zahnrad 31 des Zahnradpaares 22 sitzt auf der Getriebewelle 21 und steht mit einem Zahnrad 30 im Zahneingriff. Die Welle 32 des Zahnrads 30 ist an einer Lagerstelle 33 rotierbar in dem Gehäuse 29 gelagert. In we- nigstens einer der einfach oder mehrfach mit Wälzlagern belegten Lagerstellen 23, 27, 28, 29 oder 33 ist mindestens ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1 verbaut.

Jeweils ein Wälzlager 1 ist z.B. zur Lagerung der Antriebswelle 21 des CVT-Getriebes in die Lagerstellen 23 und 24 eingesetzt. Das jeweilige in Figur 1 dargestellte Wälzla- ger 1 ist dabei so ausgerichtet, dass die jeweilige Linie II in die in Figur 8 mit den Pfeilen symbolisierte Kettenzugrichtung und somit in Krafthauptwirkrichtung gerichtet verläuft. Dadurch ist das Wälzlager so eingebaut, dass die jeweilige Linie III in Richtung einer Anregungskraft, also in diesem Fall senkrecht zur Bildebene, gerichtet ist.

Bezugszeichenliste