DE102016219800A1

DE102016219800A1 - Gleitlageranordnung eines Drehelements auf einem Lagerbolzen, insbesondere eines Planetenrades auf einem Planetenradbolzen eines Planetenradgetriebes

Info

Publication number: DE102016219800A1
Application number: DE102016219800.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Plogmann; Sebastian Pachner; Sven Claus; Markus Soyka
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2017-04-13
Also published as: CN108138838A; WO2017063650A1; EP3362696A1; US20180306247A1; CN108138838B; US10253817B2

Abstract

Gleitlageranordnung eines Drehelements auf einem Lagerbolzen, umfassend einen Lagerbolzen (2), eine auf diesem drehfest angeordnete Lagerhülse (4) mit einer am Außenumfang ausgebildeten ersten radialen Lauffläche (5), und ein auf der Lagerhülse (4) drehgelagertes Drehelement (3), das über eine zweite radiale Lauffläche (6) auf der ersten radialen Lauffläche (5) gleitgelagert ist, wobei an beiden Stirnseiten (10) des Drehelements (3) radial zur Lagerhülse (4) vorspringende Axiallagerscheiben (9) befestigt sind, die gegen axiale Laufflächen der Lagerhülse (4) anlaufen, wobei axiale Flanken der Lagerhülse (4) die axialen Laufflächen (8) für die Axiallagerscheiben (9) bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitlageranordnung eines Drehelements auf einem Lagerelement, umfassend ein Lagerelement, eine auf diesem drehfest angeordnete Lagerhülse mit einer am Außenumfang ausgebildeten ersten radialen Lauffläche, und ein auf der Lagerhülse drehgelagertes Drehelement, das über eine zweite radiale Lauffläche auf der ersten radialen Lauffläche gleitgelagert ist.
Drehlagerungen auf Gleitlagerbasis kommen in unterschiedlichsten Anwendungen zum Einsatz. Ihnen gemein ist stets die Gleitlagerung eines Drehelements, z. B. eines Zahnrads, auf einem Lagerelement, üblicherweise in Form eines Lagerbolzens. Ein Beispiel hierfür ist die Lagerung eines Planetenrades auf einem Planetenradbolzen eines Planetenradgetriebes. Planetenradgetriebe kommen in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen zum Einsatz. Zunehmend werden auch sehr groß dimensionierte Planetenradgetriebe gebaut, beispielsweise für die Verwendung in Windkraftanlagen. Insbesondere bei derartigen Großgetrieben kommt der Langlebigkeit des Getriebes eine zentrale Bedeutung zu, da ein einfacher Austausch von Getriebekomponenten nicht ohne weiteres möglich ist.
Bei einer bekannten Gleitlagerung eines Planetenrades auf einem Lagerbolzen, der an einem Planetenradträger angeordnet ist, ist auf dem Lagerbolzen eine Radiallagerhülse durch Form- und/oder Kraftschluss befestigt. Diese Lagerhülse stellt die erste radiale Lauffläche dar, auf der das Planetenrad über eine zweite radiale Lauffläche gleitgelagert ist. Zumindest die Radiallagerhülse ist kann am Außenumfang mit einer Verschleißschutzschicht vorgesehen sein.
Zur Axiallagerung des axial etwas beweglichen Planetenrades sind üblicherweise zwei Axiallagerscheiben als separate Bauelemente vorgesehen, die zumeist auf ihrer Stirnseite ebenfalls eine Verschleißschutzschicht tragen. Die Axiallagerscheiben sind fest mit dem Planetenträger, beispielsweise über Schraubverbindungen, verbunden. Das Planetenrad läuft mit seinen Stirnflächen gegen die Axiallagerscheiben.
Die Herstellung eines solchen, üblicherweise anwendungsspezifischen respektive anwenderindividuellen Planetenradträgers ist hochkomplex und sehr kostenintensiv. Die Integration einer Gleitlagerlösung der beschriebenen Form bedarf einer geometrischen Modifikation am Planetenradträger, um im Bereich der Anlageschultern die Axiallagerscheibe zu integrieren, was baulich schwer zu realisieren ist, insbesondere im Hinblick auf die Verschraubung der Axiallagerscheiben zur Befestigung derselben.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Gleitlageranordnung anzugeben, die demgegenüber verbessert ist und ohne Modifikation einer Umgebungsstruktur verwendet werden kann.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Gleitlageranordnung der eingangs genannten Art in einer ersten Lösungsalternative erfindungsgemäß vorgesehen, dass an beiden Stirnseiten des Drehelements radial zur Lagerhülse vorspringende Axiallagerscheiben befestigt sind, die gegen axiale Laufflächen der Lagerhülse anlaufen, wobei axiale Flanken der Lagerhülse die axialen Laufflächen für die Axiallagerscheiben bilden.
Erfindungsgemäß werden die Axiallagerscheiben am Drehelement selbst, also beispielsweise dem Planetenrad, angeordnet und nicht, wie bisher zumeist üblich, an einer Umgebungskonstruktion oder dem Lagerbolzen selbst. Die Axiallagerscheiben springen radial gesehen zur Lagerhülse vor, an welcher sie mit ihren inneren Lagerflächen gegen entsprechende axiale Laufflächen anlaufen. Zur Ausbildung dieser axialen Laufflächen dienen die axialen Flanken der Lagerhülse. Die Lagerhülse kann quasi zylindrisch ausgeführt sein, so dass sich ebene Stirnflächen, die die axialen Flanken bilden, ergeben. Alternativ kann die Lagerhülse auch gestuft ausgeführt, das heißt, dass an beiden Hülsenseiten umlaufende Stufen ausgebildet sind, deren axiale Flanken die beiden axialen Laufflächen bilden. Die beiden Axiallagerscheiben laufen mit ihren inneren Scheibenflächen gegen die axialen Flanken der Lagerhülse an.
Durch die Integration der Axiallagerscheiben direkt am Drehelement, also beispielsweise dem Planetenrad, und die Ausbildung der Axiallagerung direkt zur Lagerhülse selbst sind keine Modifikationen an der Umgebungskonstruktion oder dem Lagerelement, also z.B. Dem Lagerbolzen erforderlich. Vielmehr findet die Axial- und Radiallagerung ausschließlich zwischen dem Drehelement und der Lagerhülse statt, wobei der Lagerhülse hier eine Doppelfunktion zukommt, nämlich die der Radiallagerung und der Axiallagerung. Dies hat den Vorteil, dass die Fertigungstoleranzen (Rauheit, Form) im Rahmen der Herstellung wesentlich besser umgesetzt werden können, verglichen mit den bisherigen Ausgestaltungen, bei denen zur Bildung der Radial- und Axiallagerung eine Mehrzahl von Komponenten zusammenwirken.
Da das Drehelement, also beispielsweise das Planetenrad, nicht mehr der Gegenlaufpartner für das Axiallager ist, sind auch keine besonderen Bearbeitungsschritte der Stirnseiten des Drehelements und Ähnliches erforderlich. Auch kann der radiale Bauraum aufgrund der Anordnung der Axiallagerscheiben direkt an dem Drehelement sehr gut genutzt werden, da dort eine hinreichende Wandstärke gegeben ist, um die Axiallagerscheiben beispielsweise durch Verschraubung zu befestigen, verglichen mit einer aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannten Befestigung der Axiallagerscheiben an der dann hinreichend stark zu dimensionierenden Radiallagerhülse. Auch die Montage der Gleitlageranordnung ist deutlich einfacher, da die Axiallagerscheiben zusammen mit der Radiallagerscheibe vormontiert, also am Drehelement befestigt werden können, wonach die Anordnung als vormontierte Einheit auf den Lagerbolzen aufgezogen werden kann.
Alternativ zur Lagerung des Drehelements auf einem Lagerelement wie einem lagerbolzen ist es grundsätzlich auch denkbar, das Drehelement, z.B. in Form einer Welle, in einem Lagerelement, z.B. in einer Lagerbohrung eines Gehäuses, zu lagern. Gemäß einer zweiten erfindungsalternative kann hierzu eine Gleitlageranordnung eines Drehelements in einem Lagerelement vorgesehen sein, umfassend ein Lagerelement, eine in diesem drehfest angeordnete Lagerhülse mit einer am Innenumfang ausgebildeten ersten radialen Lauffläche, und ein in der Lagerhülse drehgelagertes Drehelement, das über eine zweite radiale Lauffläche auf der ersten radialen Lauffläche gleitgelagert ist, wobei sich diese Gleitlageranordnung dadurch auszeichnet, dass am Drehelement radial zur Lagerhülse vorspringende Axiallagerscheiben befestigt sind, die gegen axiale Laufflächen der Lagerhülse anlaufen, wobei axiale Flanken der Lagerhülse die axialen Laufflächen für die Axiallagerscheiben bilden. Hier sind die Axiallagerscheiben auf das innenliegende Drehelement, also z.B. die Welle gesetzt und daran festgelegt. Sie wirken in gleicher Weise wie oben zur ersten Erfindungsalternative mit der außenliegenden, z.B. in der Lagerbohrung des Gehäuseteils angeordneten Lagerhülse zusammen, laufen also axial gegen deren axiale Flanken. Auch hier kann die Lagerhülse kann quasi zylindrisch ausgeführt sein, so dass sich ebene Stirnflächen, die die axialen Flanken bilden, ergeben. Alternativ kann die Lagerhülse auch hier gestuft ausgeführt, das heißt, dass an beiden Hülsenseiten umlaufende Stufen ausgebildet sind, deren axiale Flanken die beiden axialen Laufflächen bilden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die radialen und axialen Laufflächen der Lagerhülse mit einer Gleitbeschichtung oder einer Verschleißschutzbeschichtung gebildet ist. Der Umstand, dass die Lagerhülse ein multifunktionales Bauteil ist, das sowohl die Radiallagerung als auch die Axiallagerung bietet, lässt es mit besonderem Vorteil zu, nur an der Lagerhülse eine Gleit- oder Verschleißschutzbeschichtung vorzusehen, über die die entsprechenden hülsenseitigen Laufflächen gebildet werden. Dies ist eine wesentliche Vereinfachung zum bekannten Stand der Technik, wo unterschiedliche Komponenten entsprechend bearbeitet und beschichtet werden müssen. Als eine solche Verschleißschutzbeschichtung, insbesondere Hartstoffbeschichtung kann beispielsweise eine Kohlenstoffschicht, oft auch DLC-Schicht (DLC = diamond like carbon) genannt, verwendet werden. Sie kann gegebenenfalls auch metallisch dotiert sein, in diesem Fall handelt es sich dann um eine sogenannte MeDLC-Schicht, wobei als Dotierung insbesondere Wolframcarbid (WC) verwendet wird. Weiterhin kann als Hartstoffschicht eine Keramikschicht oder eine keramikähnliche Schicht (nitridkeramisch, oxidkeramisch oder carbidkeramisch, z. B. Siliziumnitrid, Siliziumcarbid bzw. Nitride oder Carbide von Metallen wie Titan, Chrom oder deren Mischphasen verwendet werden. Auch Kombinationsschichten aus Kohlenstoff- und Keramikschichten sind denkbar.
Die Hartstoffschicht sollte eine Vickershärte HV von mindestens 800 HV aufweisen, vorzugsweise sollte die Vickershärte mindestens 1500 HV betragen. Sie ist bevorzugt härter als die zweite radiale Lauffläche, die am Innenumfang des Drehelements und den Axiallagescheiben ausgebildet ist, die ihrerseits eine Härte von maximal 800 HV aufweisen sollte. Bevorzugt weist die erste radiale Lauffläche, also die Hartstoffschicht, eine wenigstens doppelt bis dreifache Härte der Lauffläche des Drehelements auf. Es ist auch denkbar, die zweite radiale Lauffläche zusätzlich mit einer Einlaufschicht zu versehen. Dies könnte bspw. eine Brünierschicht, eine Phosphatschicht und/oder ein kunststoffbasierte Gleitschicht/Gleitlack sein.
Die lagerhülsenseitige Hartstoffschicht wird bevorzugt auf einem Lagerhülsensubstrat mit einer Randhärte von mindesten 50 HRC aufgebracht. Die Dicke der Hartstoffschicht ist bevorzugt kleiner als 20 µm, bevorzugt liegt sie im Bereich zwischen 1–10 µm und insbesondere im Bereich zwischen 2,5–4 µm. Als besonders geeignet hat sich eine harte diamantartige Beschichtung, wie sie unter der Marke „Triondur^®“ aus dem Haus der Anmelderin bekannt ist, z. B. „Triondur^® CX +“.
Um die Gleitlageranordnung auch axial gesehen möglichst kompakt ausbilden zu können, sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Drehelement an seiner Stirnseite gestuft ausgebildet ist, wobei die Axiallagerscheiben in die Stufe eingesetzt sind. Dies bietet die Möglichkeit für einen axial kompakten Aufbau, wobei die am Drehelement vorgesehenen Stufen so ausgelegt sein können, dass die Außenflächen der Axiallagerscheiben bündig mit den Stirnflächen des Drehelements abschließen. Die Lagerhülse ist dementsprechend bemessen, kann also ebenfalls entsprechend kürzer ausgeführt sein, da natürlich aufgrund der Integration der Axiallagerscheiben in die Stirnflächen des Drehelements die hülsenseitig vorgesehenen axialen Laufflächen ebenfalls entsprechend näher zueinander angeordnet sind.
Alternativ zur gestuften Ausbildung des Drehelements kann vorgesehen sein, dass am Drehelement eine Aufnahmenut vorgesehen ist, wobei die Axiallagerscheiben mit einem umlaufenden Axialvorsprung in die Aufnahmenuten eingesetzt sind. Bei dieser Alternative kann ebenfalls axialer Bauraum eingespart werden, da die Axiallagerscheiben insgesamt etwas schmäler ausgelegt werden können, denn infolge des umlaufenden Axialvorsprungs sind sie für eine feste Schraubverbindung in diesem Bereich hinreichend stark dimensioniert. Das Drehelement ist stirnseitig im Laufflächenbereich in seiner Breite nicht reduziert, so dass für eine gute Radiallagerung die hydrodynamisch wirksame Breite nach wie vor groß ist.
Bei den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen weist das Drehelement selbst die zweite radiale Lauffläche auf, es ist also mit seinem Innenumfang auf der ersten radialen Lauffläche der Lagerhülse gelagert, oder umgekehrt im Rahmen der zweiten Alternative mit seinem Außenumfang auf der inneren Lauffläche der außen liegenden Lagerhülse. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung hierzu können auch die Axiallagerscheiben zur Bildung der zweiten radialen Lauffläche des Drehelements genutzt werden. Um dies zu ermöglichen können, wie erfindungsgemäß ferner vorgesehen, die Axiallagerscheiben im Querschnitt T-förmig mit einem Längs- und einem Querschenkel ausgebildet sein, wobei die beiden Längsschenkel über hohlzylindrische Axialflansche gebildet sind, die z.B. bei der ersten Alternative am Innenumfang des Drehelements angeordnet sind und mit ihrem Innenumfang, die zweite radiale Lauffläche bildend, auf der Lagerhülse gleiten. Die Axiallagerscheiben haben hier also eine Doppelfunktion. Zum einen dienen sie natürlich der Axiallagerung, zum anderen aber auch der Radiallagerung, indem sie quasi das Drehelement am Innenumfang auskleiden und mit ihren hohlzylindrischen Axialflanschen respektive deren Innenumfang die drehelementseitige Lauffläche bilden. Sie können mit ihren axialen Flanschen aneinander anstoßen oder leicht beabstandet sein, so dass sie eine umlaufende Ringnut bilden, die als Schmiermittelreservoir dienen kann. Diese Ausgestaltung der Axiallagerscheiben kann sowohl bei einer direkten Befestigung der Scheiben auf den ebenflächigen Stirnflächen des Drehelements vorgesehen sein, aber auch bei Anordnung der Axiallagerscheiben, dann mit dem Querschenkel, in entsprechenden stirnseitigen Stufenausnehmungen des Drehelements, oder mit einem am Querschenkel vorgesehenen umlaufenden Axialvorsprung, der in eine drehelementseitige Aufnahmenut eingesetzt wird. Wiederum ist auch in diesem Fall keine Gleit- oder Verschleißschutzbeschichtung an den Axiallagerscheiben erforderlich, vielmehr ist es auch hier ausreichend, wenn nur die Lagerhülse mit ihren radialen und axialen Laufflächen beschichtet ist. Entsprechendes gilt auch für die zweite Alternative mit innenliegendem Drehelement und außenliegendem feststehenden Lagerelement.
Die Axiallagerscheiben sind, wie bereits beschrieben, bevorzugt über Befestigungsschrauben am Drehelement fixiert, was für alle unterschiedlichen Ausgestaltungen der Axiallagerscheiben gilt. Alternativ ist auch ein Reibschluss (Pressverband) und Stoffschluss (Kleben, Löten, Schweißen) zur Verbindung denkbar.
Um eine Schmierung des Gleitlagerbereichs zu ermöglichen, kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Lagerelement in Form eines Lagerbolzens ausgeführt ist, der wenigstens einen an der Bolzenaußenseite mündenden Schmiermittelkanal aufweist, und dass die Lagerhülse eine am Innenumfang ausgebildete, mit dem radialen Schmiermittelkanal kommunizierende Radialnut und wenigstens eine radial von dieser abzweigende, zum Drehelement offene Durchbrechung aufweist, die in eine am Außenumfang ausgebildete Radialnut übergeht. Diese Kanal- und Nutkonfiguration ermöglicht es, Schmiermittel durch den Lagerbolzen hindurch in den Gleitlagerbereich zu bringen. Das einer Längsbohrung des Lagerbolzens zugeführte Schmiermittel, üblicherweise ein Öl, gelangt über die bolzenseitige Radialbohrung in die am Innenumfang der Lagerhülse ausgebildete Radialnut, wo sich das Schmiermittel verteilt. Diese Radialnut dient gleichzeitig als Schmiermittelreservoir. Von dieser Radialnut zweigt wenigstens eine Durchbrechung ab, die am Außenumfang der Lagerhülse mündet, wobei bevorzugt mehrere solcher Durchbrechungen umfangsmäßig verteilt vorgesehen sind. Hierüber gelangt das Schmiermittel in den direkten Gleitlagerbereich. Um das Schmiermittel im Gleitlagerbereich verteilen zu können, mündet die Durchbrechung bevorzugt in einer Außenumfang ausgebildeten Umfangsnut. Auch diese Umfangsnut dient als Schmiermittelreservoir. Zur axialen Verteilung kann wenigstens eine Axialnut vorgesehen sein, in die das Schmiermittel aus der Umfangsnut kommend gelangt.
Weiterhin kann am Innenumfang des Drehelements oder zwischen den beiden axialen aneinander anschließenden Axialflanschen eine umlaufende Ringnut vorgesehen sein, die mit der offenen Durchbrechung der Lagerhülse kommuniziert. Auch diese Ringnut wird folglich mit Schmiermittel versorgt, sie bildet ebenfalls ein umlaufendes Schmiermittelreservoir, so dass sich insgesamt über die Durchbrechungs- oder Bohrungs- und Nutstruktur ein beachtlich großes Schmiermittelaufnahmevolumen ergibt.
Diese vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen der Kanal- und Nutgeometrien zur Schmiermittelversorgung betreffen die erste Erfindungsalternative. Im Rahmen der zweiten Erfindungsalternative könnte das Schmiermittel über das innenliegende Drehelement zugeführt werden, oder über das außenliegende Lagerelement, also z.B. das Gehäuse etc. In beiden Fällen sind entsprechende Kanäle oder Ring- und Axialnuten an den relevanten Bauteilen vorzusehen, um einen Schmiermittelzufluss zu ermöglichen.
Den Axiallagerscheiben kommt auch im Zusammenhang mit der Schmierung des Gleitlagers eine besondere Bedeutung zu. Denn aufgrund des Umstandes, dass sie sich radial zur Lagerhülse erstrecken und nur mit geringem Abstand zu den radialen Stufenflanken oder dem Drehelement oder zu daran angeordneten Distanzhülsen münden, dienen sie gleichzeitig als Schmiermittelrückhaltescheiben. Denn sie verhindern in gewissem Umfang ein Abfließen des Schmiermittels aus dem Lagerbereich. Dies insbesondere, wenn das Planetenrad dreht, da dann die gegebene Fliehkraft und die Schwerkraft das Ausströmen des Schmiermittels aus den Radial- und Axialgleitlagerbereichen behindert und das Schmiermittel zwangsläufig zu einem großen Teil im Lagerbereich gehalten wird.
Um die Schmierung auch im Axiallagerbereich weiter zu verbessern ist es zweckmäßig, wenn an den axialen Laufflächen der Lagerhülse jeweils wenigstens eine Radialnut mündet. Diese Radialnuten sind ebenfalls schmiermittelgefüllt, ihnen kommt eine vergleichbare Funktion wie der Axialnut im Radiallagerbereich zu. Die Nuten sind bevorzugt versetzt zur Lastzone des Axiallagers angeordnet, wobei die Auslegung der konkreten Positionen für die anliegenden Lasten anwendungs- oder situationsbedingt gewählt wird. Zweckmäßig ist es, wenn der Schmierstoff kurz vor dem konvergenten Spalt zugeführt wird, so dass dann das Schmiermittel im Kontaktbereich vorliegt. Das Schmiermittel muss in jedem Fall durch den Radiallagerbereich fließen, bevor es über die Axiallager abgeführt wird, so dass insgesamt der Schmiermittelfluss optimal genutzt wird.
Wie beschrieben dienen die umlaufenden Nuten etc. an der Lagerhülse und gegebenenfalls am Drehelement als kontaktnahe Schmiermittelreservoirs. Sie werden in jeder Drehstellung, auch nach einem Stillstand, ein Restschmiermittelvolumen enthalten, so dass auch bei „cold climate“-Bedingungen das Schmiermittel in der Nähe des Gleitkontaktes gehalten werden kann. Das Schmiermittel wird im Betrieb warm und dann an das Lager mit seinen unterschiedlichen Bereichen abgegeben, so dass selbst in einem solchen Fall eine Schmierung gewährleistet ist, da auch ein hinreichendes Restschmiermittelvolumen in Gleitkontaktnähe gegeben ist.
Das Drehelement selbst ist wie beschrieben bevorzugt ein Planetenrad, das Teil eines Planetenradgetriebes ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematisierte Darstellungen und zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung, im Schnitt,
2 eine Darstellung entsprechend 1 mit einer Schnittebene, die im Bereich der der Schmiermittelversorgung dienenden Bohrungs- und Nutkonfiguration liegt,
3 eine Stirnansicht der agerhülse mit Darstellung der Radialnut an der axialen Flanke,
4 eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung, und
5 eine Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung.
In den Figuren wird exemplarisch eine Gleitlageranordnung eines Planetenradgetriebes beschrieben, umfassend ein Planetenrad (= Drehelement) und einem Planetenradbolzen (= Lagerbolzen), wobei das Planetenrad auf einer am Planetenradbolzen aufgesetzten Lagerhülse gleitgelagert ist. Der Planetenradbolzen seinerseits ist an einem Planetenradträger angeordnet.
1 zeigt in Form einer Teilansicht einen Ausschnitt aus einem Planetenradgetriebe umfassend eine erfindungsgemäße Gleitlageranordnung. An einem Planetenradträger 1 ist ein einen Lagerbolzen bildender Planetenradbolzen 2 angeordnet, der als Lagerachse für ein ein Drehelement bildendes Planetenrad 3 dient. Auf dem Planetenradbolzen 2 ist eine Lagerhülse 4 gesetzt, die drehfest mit dem Planetenradbolzen 2 verbunden ist. Die Lagerhülse 4 kann beispielsweise, kraft-, form- oder stoffschlüssig am Planetenradbolzen 2 befestigt sein.
Die Lagerhülse 4 dient zum einen der Radiallagerung des Planetenrades 3. Hierzu weist sie eine erste radiale Lauffläche 5 auf, die mit einer Gleit- oder Verschleißschutzbeschichtung versehen ist respektive die über diese Gleit- oder Verschleißschutzbeschichtung gebildet ist. Bevorzugt wird hierfür eine verschleißfeste Hartstoffbeschichtung vorgesehen.
Die Lagerhülse 4 dient neben der Radiallagerung auch der Axiallagerung. Zu diesem Zweck ist sie beidseits jeweils mit einer Stufe 7 versehen, die umläuft und deren axiale Flanken die jeweiligen axialen Laufflächen 8 für die Axiallagerung des Planetenrades 3 bilden. Auch diese axialen Flanken sind mit der entsprechenden Hartstoffbeschichtung belegt.
Die axialen Flanken bzw. Laufflächen 8 dienen als Anlaufflächen für Axiallagerscheiben 9, die erfindungsgemäß am Planetenrad 3 an dessen Stirnseiten 10 angeordnet sind. Hierzu sind am Planetenrad 3 zwei Stufen 11 ausgebildet, in die die beiden Axiallagerscheiben 9 eingesetzt sind. Die Stufen 11 sind derart bemessen, dass die Außenflächen der Axiallagerscheiben 9 bündig mit den Stirnflächen 10 des Planetenrades 3 abschließen. Die Axiallagerscheiben 9 sind über Befestigungsschrauben 12, die in entsprechende Gewindebohrungen am Planetenrad 3 eingeschraubt sind, befestigt. Alternativ ist auch ein Reib- oder Stoffschluss denkbar.
Wie 1 deutlich zeigt, springen die Axiallagerscheiben 9 radial nach innen und greifen in die Stufen 7 der Lagerhülse 4 ein. Ihre innenliegenden Flächen 13 liegen parallel zu den axialen Flanken der Lagerhülse 4, sie laufen gegen die hierüber gebildeten axialen Laufflächen 8 an. Hierüber erfolgt die Axiallagerung des Planetenrades 3 auf dem Planetenradbolzen 2.
Ersichtlich kommt der Lagerhülse 4 eine Doppelfunktion zu, nämlich zum einen die als Radiallagerkomponente, zum anderen als Axiallagerkomponente. Nur die Lagerhülse 4 ist mit der Hartstoffschicht zu belegen, also nur ein einziges Bauteil, was fertigungstechnisch sehr vorteilhaft ist, da damit alle drei Funktionsflächen, nämlich die radiale sowie die beiden axialen Laufflächen, entsprechend verschleißgeschützt sind und die entsprechenden Laufflächen ausgebildet sind. Auch ist eine einfache Montage gegeben, da die Lagerhülse 4 mit dem Planetenrad 3 sowie den Axiallagerscheiben 9 vormontiert werden kann und sodann das Gesamtkonstrukt auf den Planetenradbolzen 2 aufgesetzt werden kann.
Um den Gleitlagerbereich mit Schmiermittel zu versehen, ist am Planetenradbolzen 2 ein zentraler Kanal 14 vorgesehen, von dem eine radiale Bohrung, die einen Schmiermittelkanal 15 bildet, zur Bolzenaußenseite läuft. Am Innenumfang der Lagerhülse 4 ist eine umlaufende Radialnut 16 ausgebildet, von der wenigstens eine, vorzugsweise mehrere zum Planetenrad 3 laufende Bohrungen oder Durchbrechungen 17 abgehen, die an der Außenseite der Lagerhülse 4 münden. Ferner kommuniziert mit der oder den Durchbrechungen 17 eine an der Innenwandung des Planetenrades 3 ausgebildete umlaufende Radialnut 20. Mit dieser Radialnut 20 kommunizieren jeweilige Axialnuten 19, über die das Schmiermittel in der Breite verteilt wird. Das Schmiermittel wird über den zentralen Kanal 14 und den Schmiermittelkanal 15 zugeführt. Es verteilt sich in der ersten Schmiermittelreservoir bildenden Radialnut 16. Über die eine oder die mehreren Durchbrechungen 17 gelangt es in die an der Außenseite der Lagerhülse umlaufende Umfangsnut 18, die optional ist und als zweites Schmiermittelreservoir dienen kann. Aus den Durchbrechungen 17 bzw. den optionalen Radialnuten 18 werden die Axialnuten 19 gespeist. Als drittes Schmiermittelreservoir dient die Radialnut 20 am Planetenrad 3. Auf diese Weise ist für eine ausreichende Schmiermittelversorgung gesorgt. Das Schmiermittel wird auch sehr gut im Gleitbereich gehalten, da ein direkter Abfluss in das Getriebe über die sich radial nach innen erstreckenden Axiallagerscheiben 9 verhindert wird. Aufgrund der Gewichtskraft kann so nie das gesamte Schmieröl aus dem Radial-/Axiallager herauslaufen und ein großer Teil wird im Lager gehalten. Darüber hinaus wird fliehkraftbedingt das Schmiermittel ohnehin radial nach außen gedrängt, so dass es sich schwerpunktmäßig im Bereich der Nuten sammelt.
Um auch eine Schmierung der Axiallagerbereiche vorzunehmen, sind an den axialen Laufflächen 8 der Lagerhülse 4 Radialnuten 21 vorgesehen, wie in 3 gezeigt. Diese sind bevorzugt vor der eigentlichen Lastzone der Axiallagerbereiche angeordnet, so dass das Schmiermittel kurz vor dem konvergenten Spalt zugeführt wird, wodurch der direkte Gleitkontakt geschmiert wird.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung 1, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Gezeigt ist hier das Planetenrad 3 sowie die Lagerhülse 4 und die beiden Axiallagerscheiben 9. Auch hier ist ausschließlich die Lagerhülse 4 an ihren außenliegenden Flächen mit der Verschleißschutzschicht versehen, beispielsweise der Hartstoffschicht.
Zur Befestigung der Axiallagerscheiben 9 weist das Planetenrad an beiden Stirnseiten 10 Aufnahmenuten 22 auf, in die jeweils ein umlaufender Axialvorsprung 23, also eine Art Axialflansch, eingreift. Durch diesen Axialvorsprung 23 werden die Befestigungsschrauben geführt und im Planetenrad 3 verschraubt. Alternativ ist auch ein Reib- oder Stoffschluss denkbar.
Von den Axialvorsprüngen 23 radial nach innen erstrecken sich sodann die verbleibenden Abschnitte der Axiallagerscheiben 9, die parallel entlang der Stirnflächen 10 des Planetenrades 3 in die Stufen 7 an der Lagerhülse 4 laufen. Mit ihren Innenflächen 13 laufen sie auch hier gleitend an den axialen Laufflächen 8 an, worüber die Axiallagerung gegeben ist.
Bei dieser Ausgestaltung kann durch den relativ breit dimensionierten Axialvorsprung 23 einerseits eine sichere Befestigung erreicht werden. Jedoch ermöglicht dieser Axialvorsprung 23 auch die Bildung eines Pressverbands oder einer Lötverbindung. Zum anderen ist hier das Planetenrad 3 in seiner Breite nicht reduziert, da hier keine Stufe ausgebildet ist, so dass eine unbeeinflusste hydrodynamisch wirksame Breite im Radialgleitbereich gegeben ist. Gleichwohl ergibt sich auch hier ein kompakter Aufbau, wobei auch hier die Lagerhülse 4 multifunktional sowohl die Radial- als auch die Axiallagerung bereitstellt.
Die Ausführungen in Bezug auf die Art und Weise der Schmiermittelversorgung gelten identisch auch in Bezug auf die Ausgestaltung gemäß 3.
5 zeigt schließlich eine Ausführungsform einer weiteren Ausgestaltung der Gleitlageranordnung, wobei wiederum für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Gezeigt ist das Planetenrad 3 sowie die Lagerhülse 4, die wiederum über entsprechende Stufen 7 verfügt und hierüber gebildete axiale Laufflächen 8 aufweist. Exemplarisch sind hier zwei unterschiedlich tiefe Stufen gezeigt, worüber dargestellt werden soll, dass die Stufentiefe letztlich beliebig bemessen werden kann. Auch hier ist ausschließlich die Lagerhülse 4 mit der Gleit- oder Verschleißschutzbeschichtung versehen.
Die Axiallagerscheiben 9 sind hier im Querschnitt T-förmig ausgeführt, sie weisen jeweils den eigentlichen, der Axiallagerung dienenden Querschenkel 24 sowie einen von diesem axial abstehenden Längsschenkel 25 auf, der über einen entsprechenden, hohlzylindrischen Axialflansch 26 gebildet ist. Mit diesen beiden Axialflanschen 26 greifen die Axiallagerscheiben 9 in den Innenumfang des Planetenrades 3 ein. Die Innenumfänge der Axialflansche 26 bilden in dieser Ausgestaltung die zweite radiale Lauffläche 27, also die Lauffläche auf Seiten des Drehelements, hier also des Planetenrades 3. Das heißt, dass das Planetenrad 3 über diese Axialflansche 26, die fest mit dem Planetenrad 3 über die Verschraubung der Axiallagerscheiben 9 in den Stirnflächen 10 des Planetenrades 3 verbunden sind, radial gelagert. Den Axiallagerscheiben 9 kommt hier also eine Doppelfunktion zu, nämlich zum einen die der reinen Axiallagerung, zum anderen auch die der Radiallagerung.
Ersichtlich stoßen die Axialflansche 26 nicht direkt aneinander, vielmehr verbleibt ein schmaler Ringspalt, also eine Ringnut, die wiederum als Schmiermittelsammelraum dient. Hier ist also das Planetenrad 3 nicht direkt auf der Lagerhülse 4 gleichgelagert, sondern über die Axialflansche 26. Auch hier gelten die Ausführungen zu der Schmiermittelversorgung über die entsprechenden Bohrungs- und Nutkonfigurationen, wie zu den 1 und 2 beschrieben, gleichermaßen.
Wenngleich nicht näher gezeigt, könnte, entsprechend der zweiten grundsätzlichen Erfindungsalternative, das Drehelement auch in einer Lagerbohrung eines Lagergehäuses o.dgl. gelagert sein. Die Lagerhülse wäre dann in der Lagerbohrung angeordnet. Die grundsätzlichen obigen Erläuterungen gelten auch in Bezug auf eine solche, quasi invertierte Anordnung von Drehelement und Lagerelement.
Bezugszeichenliste

1: Planetenradträger
2: Planetenradbolzen
3: Planetenrad
4: Lagerhülse
5: radiale Lauffläche
6: radiale Lauffläche
7: Stufe
8: axiale Lauffläche
9: Axiallagerscheibe
10: Stirnseite
11: Stufe
12: Befestigungsschraube
13: Fläche
14: Kanal
15: Schmiermittelkanal
16: Radialnut
17: Durchbrechung
18: Umfangsnut
19: Axialnut
20: Radialnut
21: Radialnut
22: Aufnahmenut
23: Axialvorsprung
24: Querschenkel
25: Längsschenkel
26: Axialflansch
27: Lauffläche

Claims

Gleitlageranordnung eines Drehelements auf einem Lagerelement, umfassend ein Lagerelement (2), eine auf diesem drehfest angeordnete Lagerhülse (4) mit einer am Außenumfang ausgebildeten ersten radialen Lauffläche (5), und ein auf der Lagerhülse (4) drehgelagertes Drehelement (3), das über eine zweite radiale Lauffläche (6) auf der ersten radialen Lauffläche (5) gleitgelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Stirnseiten (10) des Drehelements (3) radial zur Lagerhülse (4) vorspringende Axiallagerscheiben (9) befestigt sind, die gegen axiale Laufflächen der Lagerhülse (4) anlaufen, wobei axiale Flanken der Lagerhülse (4) die axialen Laufflächen (8) für die Axiallagerscheiben (9) bilden.
Gleitlageranordnung eines Drehelements in einem Lagerelement, umfassend ein Lagerelement, eine in diesem drehfest angeordnete Lagerhülse (4) mit einer am Innenumfang ausgebildeten ersten radialen Lauffläche (5), und ein in der Lagerhülse (4) drehgelagertes Drehelement (3), das über eine zweite radiale Lauffläche (6) auf der ersten radialen Lauffläche (5) gleitgelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Drehelement (3) radial zur Lagerhülse (4) vorspringende Axiallagerscheiben (9) befestigt sind, die gegen axiale Laufflächen der Lagerhülse (4) anlaufen, wobei axiale Flanken der Lagerhülse (4) die axialen Laufflächen (8) für die Axiallagerscheiben (9) bilden.
Gleitlageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen und axialen Laufflächen (5, 8) der Lagerhülse (4) mit einer Gleit- oder Verschleißschutzbeschichtung gebildet ist.
Gleitlageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen und axialen Laufflächen (5, 8) der Lagerhülse (4) mittels einer Hartstoffbeschichtung gebildet ist.
Gleitlageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (3) an seinen Stirnseiten (10) gestuft (11) ausgebildet oder mit einer Aufnahmenut (22) versehen ist, wobei die Axiallagerscheiben (9) in die Stufen (11) eingesetzt oder mit einem umlaufenden Axialvorsprung (23) in die Aufnahmenuten (22) eingesetzt sind.
Gleitlageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheiben (9) im Querschnitt T-förmig mit einem Längs- und einem Querschenkel (24, 25) ausgebildet sind, wobei die beiden Längsschenkel (25) über hohlzylindrische Axialflansche (26) gebildet sind, die am Innenumfang des Drehelements (3) angeordnet sind und mit ihrem Innenumfang, die zweite radiale Lauffläche bildend, auf der Lagerhülse (4) gleiten.
Gleitlageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheiben (9) über Befestigungsschrauben (12) oder durch Reib- oder Stoffschluss am Drehelement befestigt sind.
Gleitlageranordnung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement ein Lagerbolzen (2) ist, der wenigstens einen an der Bolzenaußenseite mündenden Schmiermittelkanal (15) aufweist, und dass die Lagerhülse eine am Innenumfang ausgebildete, mit dem radialen Schmiermittelkanal (15) kommunizierende Radialnut (16) und wenigstens eine radial von dieser abzweigende, zum Drehelement (3) offene Durchbrechung (17) aufweist, die in eine am Außenumfang ausgebildete Umfangsnut (18) übergeht, mit der gegebenenfalls wenigstens eine Axialnut (19) kommuniziert.
Gleitlageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Innenumfang des Drehelements (3) oder zwischen den beiden axial aneinander anschließenden Axialflanschen (26) eine umlaufende Ringnut (20) vorgesehen ist, die mit der offenen Durchbrechung (17) oder der Axialnut (19) der Lagerhülse(4) kommuniziert.
Gleitlageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den axialen Laufflächen (8) der Lagerhülse (4) jeweils wenigstens eine Radialnut (21) vorgesehen ist.