DE102017217397A1

DE102017217397A1 - Lageranordnung, die mit einem Wälzlager und einem Scherenzahnrad ausgestattet ist, insbesondere für eine Ausgleichswelle

Info

Publication number: DE102017217397A1
Application number: DE102017217397.1A
Authority: DE
Inventors: Bruno Montboeuf; Nicolas Tronquoy; Philippe Walter
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-04-04
Also published as: US20190101182A1; US11035434B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lageranordnung (1), die eine rotierende Welle (2), ein Wälzlager (3) und ein Scherenzahnrad (4) aufweist. Die Lageranordnung (1) weist des Weiteren ein axiales Haltemittel für das Scherenzahnrad (4) auf dem Wälzlager (3) auf, wobei eine Sicherungsscheibe (32) in einer Nut (31) eines massiven Außenrings (5) des Wälzlagers (3) angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lageranordnung, welche ein Wälzlager und ein Scherenzahnrad aufweist. Die Lageranordnung ist insbesondere zum Einsatz mit einer Ausgleichswelle geeignet, die dazu gedacht ist, in einem Kraftfahrzeug verwendet zu werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Verbrennungsmotoren sind häufig mit Ausgleichswellensystemen ausgestattet, die dazu geeignet sind, variierende Belastungen auf Kurbelwellen zu kompensieren. Da Ausgleichswellen exzentrische Ausgleichsmassen haben, die schwere Belastungen erzeugen, wird die Rotation von Ausgleichswellen erlaubt, indem Wälzlager in Trägern des Verbrennungsmotors befestigt sind.
Eine Ausgleichswelle kann durch ein Zahnrad angetrieben werden. Es ist insbesondere gut bekannt, ein Scherenzahnrad für eine Ausgleichswelle vorzusehen, um ein Zahnspiel zwischen antreibenden und folgenden Zahnrädern aufgrund von Drehgeschwindigkeitsvariationen zu verhindern.
Das Scherenzahnrad weist im Allgemeinen ein Hauptzahnrad, ein Hilfszahnrad und eine Scherenfeder auf, die in einem Hohlraum untergebracht ist, der zwischen dem Haupt- und dem Hilfszahnrad definiert ist, um die Menge an Zahnspiel zu verringern.
Das Scherenzahnrad wird durch ein Wälzlager getragen, wobei das Hauptzahnrad auf eine äußere zylindrische Fläche eines massiven Außenrings des Wälzlagers eingepresst ist, während das Hilfszahnrad mit einer Spielpassung auf der zylindrischen Fläche befestigt ist. Ein Innenring des Wälzlagers ist auf einem Abschnitt der Ausgleichswelle befestigt.
Grundsätzlich weist der Außenring einen axialen blockierenden Flansch auf, um das Hilfszahnrad hilfsweise zu halten. Jedoch bedeutet ein massiver Ring, der mit einer solchen zylindrischen Fläche und einem Flansch versehen ist, ein Schleifverfahren an dem Außenringdurchmesser, um das Befestigungsverfahren zu optimieren. Des Weiteren ist ein solcher massiver Ring relativ teuer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist wünschenswert, einen massiven Außenring für ein Wälzlager bereitzustellen, der einfach herzustellen ist, reduziertes Material und Herstellungskosten hat und geeignet ist, um ein Scherenzahnrad zu tragen.
Zu diesem Zweck bezieht sich die Erfindung auf eine Lageranordnung, welche eine rotierende Welle und ein Wälzlager hat, das einen Innenring, der auf der rotierenden Welle befestigt ist, einen massiven Außenring und zumindest eine Reihe von Wälzkörpern hat, die radial zwischen dem Innen- und dem Außenring untergebracht sind. Die Lageranordnung weist des Weiteren ein Scherenzahnrad auf, das ein Hauptzahnrad, das auf einer äußeren zylindrischen Fläche des massiven Außenrings eingepresst ist, ein Hilfszahnrad, das mit einer Spielpassung auf der äußeren zylindrischen Fläche befestigt ist, und eine Scherenfeder hat, die zwischen dem Haupt- und dem Hilfszahnrad angeordnet ist. Ein axiales Haltemittel ist des Weiteren zwischen dem Außenring des Wälzlagers und dem Scherenzahnrad vorgesehen, wobei das Hilfszahnrad axial zwischen dem axialen Haltemittel und dem Hauptzahnrad blockiert ist.
Gemäß der Erfindung besteht das axiale Haltemittel aus der Kombination einer ringförmigen radialen Nut, die an dem massiven Außenring vorgesehen ist, und einer Sicherungsscheibe, die in der Nut befestigt ist. Die ringförmige radiale Nut ist an einem axialen Ende der äußeren zylindrischen Fläche und axial gegenüberliegend zu dem Hauptzahnrad angeordnet, und ist umfänglich radial offen zu der äußeren zylindrischen Fläche. Die Sicherungsscheibe ist ringförmig und weist einen radialen äußeren Abschnitt und einen im Wesentlichen konischen inneren Abschnitt mit mehreren Zungen auf, die sich von dem radialen äußeren Abschnitt nach innen erstrecken. Der im Wesentlichen konische innere Abschnitt der Sicherungsscheibe ist in der ringförmigen Nut befestigt, wobei sich der radiale äußere Abschnitt radial über die Nut hinaus erstreckt, um einen axialen Anschlag für das Hilfszahnrad zu bilden.
Dank der Erfindung ist die ringförmige Nut einfach an einer geschliffenen äußeren zylindrischen Fläche des massiven Außenrings herzustellen. Ein Verfahren, das einen spitzenlosen Schleifschritt aufweist, kann erreicht werden, welches kostengünstig ist. Des Weiteren wird nur eine begrenzte Menge an Material entfernt, um die Nut herzustellen. Es reduziert die Herstellungs- und Materialkosten des Rings.
Die Sicherungsscheibe ist mit einem elastisch verformbaren inneren Abschnitt mit mehreren Zungen versehen. Des Weiteren hat dieser Abschnitt eine im Wesentlichen konische Form. Dann ist der innere Abschnitt der Sicherungsscheibe einfach axial in der ringförmigen Nut befestigbar.
Die konische Form des inneren Abschnitts ist geeignet, um zwischen Kanten, die durch die ringförmige Nut definiert sind, axial blockiert zu werden. Des Weiteren können die Zungen mit einer scharfen unteren Kante in den Boden der ringförmigen Nut greifen, um eine axiale Verschiebung zu verhindern. Die Sicherungsscheibe ist dann sicher mit dem Außenring fixiert.
Der äußere Abschnitt der Sicherungsscheibe ist ringförmig und erstreckt sich radial über die Kanten der ringförmigen Nut hinaus, um mit dem Hilfszahnrad des Scherenzahnrads zusammenzuwirken. Dann wird der Zahnradkörper, der mit Spielpassung auf dem Außenring befestigt ist, axial gehalten.
Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung, die vorteilhaft aber nicht obligatorisch sind, kann ein solches Herstellungsverfahren eines Lagerrings ein oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten:

- Die Wälzkörper sind Kugeln.
- Zwei axial benachbarte Reihen von Wälzkörpern sind radial zwischen dem Innen- und dem Außenring des Wälzlagers angeordnet.
- Die Wälzkörper sind umfänglich durch einen Käfig gehalten.
- Die ringförmige Nut ist eine Fuge, die axial an einer vorderen Fläche und radial an der äußeren zylindrischen Fläche des massiven Außenrings offen ist, und weist einen radialen Abschnitt auf, der sich in der Fuge erstreckt, der in Anschlag gegen ein inneres Ende des im Wesentlichen konischen Abschnitts der Sicherungsscheibe ist, wobei der radiale Abschnitt durch eine plastische Verformung der vorderen Fläche gebildet ist.
- Der radiale Abschnitt weist eine äußere geneigte Fläche auf, um die Einführung des im Wesentlichen konischen inneren Abschnitts der Sicherungsscheibe in die Fuge zu vereinfachen.
- Die rotierende Welle ist eine Ausgleichswelle.

Figurenliste
Die Erfindung wird nun im Zusammenhang mit den angehängten Figuren, als illustrative Beispiele, erklärt, ohne den Gegenstand der Erfindung zu beschränken. In den angehängten Figuren:

1 ist eine Schnittansicht einer Lageranordnung gemäß der Erfindung,
2 ist eine Schnittansicht in einem größeren Maßstab, die ein Detail A von 1 zeigt, und
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Sicherungsscheibe gemäß der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG MANCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Lageranordnung 1 ist in 1 dargestellt, insbesondere zur Verwendung mit einer Ausgleichswelle in einem Kolbenmotor eines Kraftfahrzeugs, wobei die Welle eine exzentrische gewichtete Welle ist, die Schwingungen in dem Motor versetzt.
Die Anordnung 1 weist eine gestufte rotierende Welle 2, hier eine Ausgleichswelle, ein Wälzlager 3, hier ein doppelreihiges Kugellager, und ein Scherenzahnrad 4 auf. Die Welle 2, das Lager 3 und das Scherenzahnrad 4 sind an einer gemeinsamen Längsachse X1 zentriert.
Im Folgenden, um die spezifische Identifizierung der Anordnung 1 für diese Figuren und für die folgenden zu vereinfachen, sind die Adjektive „radial“ und „axial“ und die Adverbien „radial verlaufend“ und „axial verlaufend“ relativ zu der Achse X1 definiert. Somit ist ein axialer Abschnitt oder Teil parallel zu der Achse X1, während ein radialer Abschnitt oder Teil senkrecht zu der Achse X1 ist.
Das Lager 3 mit der Mittelachse X1 weist einen Außenring 5, einen Innenring 6, zwei Reihen von Wälzkörpern 7 und 8 auf, hier Kugeln, die in parallelen Ebenen angeordnet sind, die jeweils durch Käfige 9 und 10 gehalten sind. Die Ringe 5, 6 sind koaxial mit der Mittelachse X1 in dem normalen Betriebsmodus.
Der Außenring 5 weist eine äußere zylindrische Fläche 11, eine Bohrung 12, in der zwei konkave Laufbahnen für die Kugeln 7, 8 gebildet sind, und zwei vordere Flächen 13, 14 auf.
Der Innenring 6 weist eine äußere zylindrische Fläche 15, in der zwei konkave Laufbahnen für die Kugeln 7, 8 gebildet sind, eine Bohrung 16 und zwei vordere Flächen 17, 18 auf.
Die Ringe 5, 6 sind massiv. Ein „massiver Ring“ ist als ein Ring zu verstehen, der durch maschinelles Herstellen mit Entfernung von Material, insbesondere durch Schleifen, aus einem Metallrohrmaterial, Rohschmieden und/oder gewalzten Rohlingen erhalten wird.
Alternativ kann das Wälzlager 3 andere Arten von Wälzkörpern als Kugeln, beispielsweise Rollen oder Nadeln, aufweisen. Alternativ kann das Wälzlager 3 nur eine Reihe von Wälzkörpern aufweisen.
Die rotierende Welle 2 mit der Mittelachse X1 ist gestuft. Die Welle 2 weist eine äußere zylindrische Fläche 19 auf, auf der die Bohrung 16 des Innenrings 6 des Lagers 3 eingepresst ist. Die Fläche 19 ist axial zwischen einer Nut 20, in der ein Ring 21 vorgesehen ist, um den Innenring 6 in einer ersten axialen Richtung axial zu blockieren, und einer Schulter 22, um den Innenring 6 in einer zweiten axialen Richtung axial zu blockieren, definiert. Das Wälzlager 3 ist dann sicher an der rotierenden Welle 2 fixiert.
Das Scherenzahnrad 4 ist radial gegenüberliegend zu der rotierenden Welle 2 bezüglich des Wälzlagers 3 angeordnet. Das Scherenzahnrad ist an einer äußeren zylindrischen Fläche 11 des Außenrings 5 des Wälzlagers 3 befestigt.
Das Scherenzahnrad 4 weist ein Hauptzahnrad 23 auf, das mit äußeren Zähnen 24 und einer Innenbohrung 25, die auf der äußeren zylindrischen Fläche 11 des Außenrings 5 eingepresst ist, versehen ist. Das Scherenzahnrad 4 weist auch ein Hilfszahnrad 26 auf, das mit äußeren Zähnen 27 und einer Innenbohrung 28, die mit einer Spielpassung auf der äußeren zylindrischen Fläche 11 des Außenrings 5 befestigt ist, versehen ist, wobei das Hilfszahnrad 26 axial benachbart zu dem Hauptzahnrad 23 ist. Ein Hohlraum 29 ist zwischen dem Haupt- und dem Hilfszahnrad 23, 26 definiert, in dem eine Scherenfeder 30 untergebracht ist.
Gemäß der Erfindung ist des Weiteren ein axiales Haltemittel zwischen dem Außenring 5 des Wälzlagers 3 und dem Scherenzahnrad 4 vorgesehen, um das frei befestigte Hilfszahnrad 26 zwischen dem axialen Haltemittel und dem Hauptzahnrad 23 axial zu blockieren.
Das axiale Haltemittel besteht aus der Kombination einer ringförmigen radialen Nut 31, die an dem Außenring 5 vorgesehen ist, und einer Sicherungsscheibe 32, die in der Nut 31 befestigt ist.
Die ringförmige radiale Nut 31 ist an der äußeren zylindrischen Fläche 11 des Außenrings 5, an der axialen Seite der vorderen Fläche 13, angeordnet und ist axial gegenüberliegend zu dem Hauptzahnrad 23.
In der vorliegenden Ausführungsform besteht die Nut 31 aus einer Fuge und ist radial zu der äußeren zylindrischen Fläche 11 und axial zu der vorderen Fläche 13 offen.
Die Nut 31 weist einen radialen Abschnitt 33 auf, der sich in der Fuge erstreckt, wobei der radiale Abschnitt 33 durch plastische Verformung der vorderen Fläche 13 gebildet ist.
Die Sicherungsscheibe 32 ist ringförmig und weist einen radialen äußeren Abschnitt 34 und einen im Wesentlichen konischen inneren Abschnitt 35 mit mehreren Zungen auf, die sich von dem radialen äußeren Abschnitt 34 nach innen erstrecken.
Der im Wesentlichen konische innere Abschnitt 35 der Sicherungsscheibe 32 ist in der ringförmigen Nut 31 des Außenrings 5 befestigt. Genauer sind die Zungen axial zwischen Kanten der Nut 31 angeordnet. Vorteilhafterweise werden die Zungen zuerst in der Fuge 31 angeordnet, um den äußeren radialen Abschnitt 34 gegen eine Kante der Fuge 31 zu kontaktieren. Dann wird die vordere Fläche 13 des Außenrings 5 bis zu einem Kontakt mit dem freien Ende der Zungen plastisch verformt. Ein ringförmiger radialer Abschnitt 33 wird dann in Anschlag gegen die Zungen gebildet, um eine Verschiebung in einer Richtung zu verhindern. Ein Spiel wird dann zwischen dem inneren konischen Abschnitt 35 der Sicherungsscheibe und den Kanten der ringförmigen Nut 31 verhindert.
Alternativ ist die Nut 31 mit zwei Kanten vorgeformt und die Zungen werden durch axiale Einführung in die Nut elastisch verformt. Vorteilhafterweise ist die Kante der Nut 31 an der axialen Seite der Einführung mit einer geneigten Fläche 36 versehen, um die Einführung der Sicherungsscheibe 32 zu vereinfachen.
Vorteilhafterweise können die Zungen mit einer scharfen unteren Kante in den Boden der ringförmigen Nut 31 greifen, um eine axiale Verschiebung zu verhindern.
Die Sicherungsscheibe 32 ist dann sicher mit dem Außenring 5 fixiert.
Der radiale äußere Abschnitt 34 der Sicherungsscheibe 32 erstreckt sich radial über die Nut 31 hinaus, um einen axialen Anschlag für das Hilfszahnrad 26 zu bilden. Das frei befestigte Hilfszahnrad 26 wird dann axial in einer ersten axialen Richtung durch den axialen Abschnitt 34 der Sicherungsscheibe 32, die sicher mit dem Außenring 5 des Wälzlagers 3 fixiert ist, und in einer zweiten axialen Richtung durch das Hauptzahnrad 23, das auf die äußere zylindrische Fläche 11 des Außenrings 5 eingepresst ist, blockiert.
Repräsentative, nicht beschränkende Beispiele der vorliegenden Erfindung wurden oben im Detail mit Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben. Diese detaillierte Beschreibung ist lediglich dazu gedacht, einem Fachmann weitere Details zum Durchführen bevorzugter Aspekte der vorliegenden Lehren zu lehren und ist nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken. Des Weiteren kann jedes der zusätzlichen Merkmale und oben beschriebenen Lehren separat oder in Zusammenhang mit anderen Merkmalen und Lehren verwendet werden, um verbesserte Lageranordnungen bereitzustellen.
Des Weiteren können verschiedene Merkmale der oben beschriebenen repräsentativen Beispiele sowie der verschiedenen unabhängigen und abhängigen Ansprüche unten auf Arten kombiniert werden, die nicht spezifisch und explizit aufgezählt sind, um zusätzliche nützliche Ausführungsformen der vorliegenden Lehren bereitzustellen.

Claims

Lageranordnung (1), welche aufweist: - eine rotierende Welle (2), - ein Wälzlager (3), das einen Innenring (6), der auf der rotierenden Welle (2) befestigt ist, einen massiven Außenring (5) und zumindest eine Reihe von Wälzkörpern (7, 8) aufweist, die radial zwischen dem Innenring (6) und dem Außenring (5) untergebracht sind, - ein Scherenzahnrad (4), das ein Hauptzahnrad (23), das auf eine äußere zylindrische Fläche (11) des massiven Außenrings (5) eingepresst ist, ein Hilfszahnrad (26), das mit einer Spielpassung auf der äußeren zylindrischen Fläche (11) befestigt ist, und eine Scherenfeder (30) aufweist, die zwischen dem Hauptzahnrad (23) und dem Hilfszahnrad (26) angeordnet ist, und - ein axiales Haltemittel, das zwischen dem Außenring (5) des Wälzlagers (3) und dem Scherenzahnrad (4) vorgesehen ist, wobei das Hilfszahnrad (26) axial zwischen dem axialen Haltemittel und dem Hauptzahnrad (23) blockiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Haltemittel aus der Kombination besteht: - einer ringförmigen radialen Nut (31), die an einem axialen Ende der äußeren zylindrischen Fläche (11) und axial gegenüberliegend zu dem Hauptzahnrad (23) angeordnet ist und umfänglich radial zu der äußeren zylindrischen Fläche (11) offen ist, und - einer ringförmigen Sicherungsscheibe (32), die einen radialen äußeren Abschnitt (34) und einen im Wesentlichen konischen inneren Abschnitt (35) mit mehreren Zungen aufweist, die sich von dem radialen äußeren Abschnitt (34) nach innen erstrecken, wobei der im Wesentlichen konische innere Abschnitt (35) in der ringförmigen Nut (31) befestigt ist, wobei der radiale äußere Abschnitt (34) sich radial über die Nut (31) hinaus erstreckt, um einen axialen Anschlag für das Hilfszahnrad (26) zu bilden.
Lageranordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Wälzkörper Kugeln sind (7, 8) sind.
Lageranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 2 axial benachbarte Reihen von Wälzkörpern (7, 8) radial zwischen dem Innenring (6) und dem Außenring (5) des Wälzlagers (3) angeordnet sind.
Lageranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wälzkörper (7, 8) umfänglich durch einen Käfig (9, 10) gehalten sind.
Lageranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ringförmige Nut (31) eine Fuge ist, die axial an einer vorderen Fläche (13) und radial an der äußeren zylindrischen Fläche (11) des massiven Außenrings (5) offen ist, und einen radialen Abschnitt (33) aufweist, der sich in der Fuge erstreckt, der in Anschlag gegen ein inneres Ende des im Wesentlichen konischen Abschnitts (35) der Sicherungsscheibe (32) ist, wobei der radiale Abschnitt (33) durch plastische Verformung der vorderen Fläche (13) gebildet ist.
Lageranordnung gemäß Anspruch 5, wobei der radiale Abschnitt (33) eine äußere geneigte Fläche (36) aufweist, um die Einführung des im Wesentlichen konischen inneren Abschnitts (35) der Sicherungsscheibe (32) in die Fuge (31) zu vereinfachen.
Lageranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die rotierende Welle (2) eine Ausgleichswelle ist.