DE4000042A1

DE4000042A1 - Wechselgetriebe fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4000042A1
Application number: DE4000042A
Authority: DE
Inventors: Josef Bader
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1989-01-21
Filing date: 1990-01-03
Publication date: 1990-07-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein solches modernes Getriebe ist zum Beispiel aus der DE-PS 34 17 699 bekannt, bei dem in vorteilhafter Weise die Wellen gegeneinander und im Getriebegehäuse über fünf Kegelrollenlager eingespannt sind. Die unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem Getriebegehäuse und den Wellen wird nach dieser Schrift über ein sogenanntes Wärmedehnungs-Kompensationsglied ausgeglichen. Es ist mindestens eine Getriebewelle als Teleskopwelle mit zwei teleskopartig axial gegeneinander verschiebbaren Teilen ausgebildet, und das Wärmeausdehnungs-Kompensationsglied ist zwischen diesen Teilen angeordnet. Diese Lösung ist fertigungstechnisch sehr aufwendig, und auch die Montage eines solchen Getriebes ist infolge der notwendigen Einstellarbeiten für die Kegelrollenlager kompliziert, weil jedes Getriebe aufgrund der unvermeidbaren Fertigungstoleranzen einzeln ausgemessen werden muß.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Wechselgetriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 so weiterzuentwickeln, daß neben der Berücksichtigung von unterschiedlichen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten ein solches Getriebe auch leichter montierbar ist und daß vor allem Einstellfehler, die zu Lagerausfällen führen können, vermieden werden.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 erfüllt.

Mit einem Zylinderrollenlager als Zapfenlager zwischen Abtriebs- und Antriebswelle gibt es keine Einstellfehler an dieser für die Wellenlagerung wichtigen aber auch empfindlichen Stelle, weil dieses Lager nur die radiale Abstützung übernimmt. Infolge der axialen und gefederten Abstützung über eine Abstützbüchse entfällt die Ausmessung jedes Getriebes während der Montage, da die Federvorspannung den Lagerverband auf das vorhandene Istmaß einstellt. Über die federnde Abstützbuchse werden nicht nur die Einbautoleranzen aufgenommen, sondern auch noch die unterschiedliche Ausdehnung, die sich infolge des unterschiedlichen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten vom Gehäuse und den Wellen ergibt. Denn bei einem heißen Getriebe entsteht ein Axialspiel verbunden mit einer Tragzahlverschlechterung und bei tieferen Temperaturen entstehen gefährliche Vorspannungssteigerungen. Es entfallen jegliche sonst notwendige Einstellmaßnahmen für Kegelrollenlager zwischen der Abtriebs- und der Antriebswelle. Die Wirkung der unterschiedlichen Wärmeausdehnungs- Koeffizienten und der Ausgleich der Fertigungstoleranzen wird in der Vorgelegewelle in einfacher aber wirkungsvoller Weise über nur eine mit einem Kegelrollenlager zusammenwirkende federnde Abstützbüchse erzielt. Auch bei der Vorgelegewelle sind keine Ausmeßarbeiten zur Einstellung nötig, da durch die Federvorspannung alle praktisch möglichen Toleranzen von der federnden Abstützbuchse aufgenommen werden.

Bei axial wirkenden Momentspitzen erfolgt die Begrenzung des Federweges über ein Blockmaß. Die Feder kann auf Nenn- Moment ausgelegt werden, so daß sich bei den Kegelrollenlagern die Lastverteilung verbessert und der Reibungsverlust nur unwesentlich verändert. Eine besonders einfache Abstützbuchse ist erzielbar, wenn diese mit einer mittig angeordneten Kugel ausgeführt ist, die in eine Kugelkalotte in der Stirnseite des Lagerzapfens eingreift. In vorteilhafter Weise können zur Verringerung der Reibung, die aus der Differenzdrehzahl beider Wellen herrührt, Kugel und/oder Kugelkalotte mit Gleitbelägen versehen sein. Zur Vereinfachung der Montage kann die Abstützbuchse abgesetzt, also mit einem Schaft und einem Bund vorgesehen werden, wobei die Feder sowohl innen in einer Bohrung wie auch außen untergebracht sein kann. Die Drehsicherung ist zweckmäßiger Weise am Bund angeordnet und kann z.B. als vorstehender Zahn, der in eine entsprechende Ausnehmung innerhalb der Antriebswelle eingreift, ausgeführt sein. Besonders einfach, z.B. als Umformteil, läßt sich auch die Abstützbuchse auf der Vorgelegewelle herstellen. Da die axiale Relativbewegung zwischen dieser Buchse und der Vorgelegewelle gering ist, kann über einen Durchzug am Boden die Mitnahmeeinrichtung in Verbindung mit einer axialen Nut an der Stirnseite der Vorgelegewelle sehr einfach angeordnet werden.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Zeichnungen und einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausschnitt eines Wechselgetriebes mit drei Wellen;

Fig. 2 die radiale und axiale Abstützung der Abtriebswelle in der Antriebswelle;

Fig. 3 Kegelrollenlager mit Abstützbüchse an der Vorgelegewelle.

In dem Wechselgetriebe nach Fig. 1 sind die drei Wellen, Antriebswelle 1, Abtriebswelle 2 und Vorgelegewelle 3 über Kegelrollenlager 5 im Getriebegehäuse 4 eingespannt. Die Abtriebswelle 2 ist in der Antriebswelle 1 gelagert. Zur radialen Abstützung ist dazu ein Zylinderrollenlager 6 angeordnet, was keinerlei Einstellprobleme verursacht. Auch die in Achsrichtung wirkende Verschiebung, die sich zwischen dem Gehäuse 4 und den Wellen 1, 2, 3 infolge der unterschiedlich wirkenden Wärmeausdehnungs-Koeffizienten ergibt, wird über ein Zylinderrollenlager 6 oder ein vergleichbares Lager ausgeglichen. Dazu kommt noch, daß ein solches Lager auf das Schmieröl im Gegensatz zum Kegelrollenlager 5 keine Förderwirkung ausübt und deshalb auch nicht leergepumpt wird. Da aber neben dem geeigneten Lagerspiel auch die Lagerschmierung einen hohen Einfluß auf einen evtl. Lagerausfall hat, wird allein durch den Einsatz dieses Lagers 6 mit sehr einfachen Mitteln eine positive Wirkung in Richtung der Erfüllung der Aufgabenstellung erzielt. Im übrigen können noch den Abfluß des Schmieröls hemmende Einrichtungen eingespart werden, wie sie bei Kegelrollenlagern 5 üblich sind, wenn diese als Zapfenlager zwischen zwei Wellen angeordnet werden. In diesem Beispiel nach Fig. 1 ist die Antriebswelle 1 noch einteilig mit einem Zahnrad 12 verbunden, und auf der Abtriebswelle 2 sind drehbar Zahnräder 25 gelagert, die über Schaltkupplungen 26 wahlweise mit dieser Abtriebswelle gekuppelt werden. Auf der Vorgelegewelle 3 sind noch Zahnräder 31, 32 angeordnet, die entweder einteilig mit der Vorgelegewelle ausgeführt sind - Zahnräder 31 - oder auf dieser befestigt sind - Zahnräder 32. Die axialen Differenzen, die aus den Toleranzen der Bauteile herrühren, und die axial wirkenden Verschiebungen infolge der unterschiedlich wirkenden Wärmeausdehnungs-Koeffizienten werden im Bereich der Antriebs- und Abtriebswelle 1, 2 allein über eine in der Antriebswelle 1 federnd (Feder 71) angeordnete Abstützbüchse 7 ausgeglichen. In diesem Ausführungsbeispiel ist diese Abstützbuchse 7 zweiteilig ausgeführt mit einem Schaft 72, in dessen Bohrung 73 eine Feder 71 gelagert ist. Der Bund 74, der mit dem Schaft 72 nur funktionsmäßig verbunden ist, hat in Richtung auf die Abtriebswelle 2 zu eine mittig angeordnete Kugelkalotte 75 zur Aufnahme einer Kugel 76, die in vorteilhafter Weise in dieser gehalten ist. Auch die Abtriebswelle 2 hat am Zapfen 21 stirnseitig eine Kugelkalotte 23, in die die Kugel der federnden Abstützbüchse 7 eingreift. Am Bund 74 ist noch eine Drehsicherung 77 angeordnet, um sicherzustellen, daß die Differenzdrehzahl zwischen der An- und der Abtriebswelle 1, 2 ausschließlich an der Kugel 76 und den beiden Kugelkalotten 75 und 23 wirken, die in vorteilhafter Weise noch mit einer Gleitschicht 78 versehen sein können. An der Vorgelegewelle 3 erfolgt der Längenausgleich infolge von Fertigungstoleranzen und unterschiedlich wirkenden Längenausgleichs-Koeffizienten ausschließlich über eine Abstützbuchse 8, auf der eines der Kegelrollenlager 50 axial und radial fest angeordnet ist. Die topfförmige Abstützbuchse 8 ist auf einen Lagerzapfen 33 über einen Gleitsitz am Innendurchmesser 82 angeordnet. Die topfförmige Abstützbuchse 8 hat noch eine nach radial außen gerichtete Zarge 83, die bis zum Außendurchmesser der Vorgelegewelle 3 reicht und an der das Kegelrollenlager 50 anliegt. Zwischen der Abstützbuchse 8 und der Vorgelegewelle 3 ist eine in einer Bohrung 34 der Vorgelegewelle 3 angeordnete Feder 81 so vorgespannt, daß sowohl die Fertigungstoleranzen im Bereich der Vorgelegewelle wie auch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten in diesem Bereich ausgeglichen werden. Axial wirkende Momentspitzen werden dabei über die Anlage der Zarge 83 an dem Bund 35 der Vorgelegewelle 3 abgefangen, so daß bei der Bemessung der Federvorspannung diese Momentspitzen nicht berücksichtigt werden müssen - Blockmaß 35. Zwischen dem Boden 84 - siehe auch Fig. 3 - der Abstützbuchse 8 und der Stirnseite 36 des Lagerzapfens 33 ist noch eine Mitnahmeeinrichtung, z.B. als Durchzug 85 am Boden der Abstützbuchse und einer axialen Nut 37 an der Stirnseite des Lagerzapfens 33, angeordnet. Die in den Fig. 2 und 3 etwas besser dargestellten Abstützbuchsen 7 und 8 entsprechen denen nach Fig. 1. Gleiche Teile sind auch in den Fig. 2 und 3 gleich gekennzeichnet.

In Fig. 2 ist die Abstützbuchse 7 in bezug auf den Schaft 72 und den Bund 74 im Gegensatz zu Fig. 1 einteilig ausgeführt. Die Drehsicherung 77 ist in Form eines Zahnes 770, der an dem Bund 74 angeformt ist, und durch eine Nut 13 in der Antriebswelle 1, in die dieser Zahn eingreift, ausgestaltet.

Der Ausgleich der Maße in Achsrichtung infolge von Fertigungstoleranzen und unterschiedlich wirkenden Wärmeausdehnungs-Koeffizienten zwischen dem Gehäuse, z. B. aus Alu, und den Wellen, aus Stahl, wirkt wie folgt: Das Stichmaß 41 (Fig. 1), das infolge Fertigungstoleranzen von Getriebegehäuse zu Getriebegehäuse geringfügig unterschiedlich und für die äußeren Lagerringe 51 verbindlich ist, wird auch für die inneren Lagerringe 52 infolge Federvorspannung der Feder 71, die zwischen der Eingangswelle 1 und der Abstützbuchse 7 angeordnet ist, eingehalten. Über diese Federvorspannung wird also das normale Lagerspiel in beiden Kegelrollenlagern 5 eingehalten, auch wenn sich durch Fertigungstoleranzen bei den axialen Stichmaßen der Antriebs- und Abtriebswelle 1 und 2 zusätzliche Verschiebungen ergeben sollten. Dabei ist die Federvorspannung so bemessen, daß auch die größere Längendehnung des Getriebegehäuses 4 gegenüber der Längendehnung der Antriebs- und Abtriebswelle 1, 2 bei höheren Getriebetemperaturen mitberücksichtigt wird. Eine zu große Vorspannung mit der Folge einer plastischen Verformung der Getriebewand und gleichzeitig eine zu große Pressung am Stirnbund des Zapfenlagers wird mit der Federvorspannung verhindert. Denn diese Maßnahmen wurden bisher oft als Ausgleich für die größere Wärmeausdehnung, z.B. eines Getriebegehäuses 4, angewendet. Die Qualität der Lagerung am Zylinderrollenlager 6 wird durch diese axiale Verschiebung gar nicht beeinträchtigt, da es keine axialen Kräfte überträgt. In ähnlicher Weise wirkt auch die über eine Feder 81 abgestützte Abstützbuchse 8 an der Vorgelegewelle 3, nur daß hier eines der Kegelrollenlager 50 direkt auf dem Mantel 86 der Abstützbuchse 8 angeordnet ist und die Feder 81 zwischen dieser und der Vorgelegewelle wirkt. Das zweite Kegelrollenlager wird deshalb von Fertigungstoleranzen sowie von unterschiedlichen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten gar nicht betroffen. Aber auch das Lagerspiel bzw. die Pressung des Kegelrollenlagers 50, das auf der Abstützbuchse 8 angeordnet ist, wird nicht beeinflußt, weil alle Längendifferenzen über die Federvorspannung aufgenommen werden.

Der Federweg 79, 89 zwischen der Abstützbuchse 7, 8 und der zugeordneten Welle 1, 2, 3 ist begrenzt über Anschläge, so daß axial wirkende Momentspitzen über ein Blockmaß - einen Block - aufgenommen werden.

- Bund 74 mit Blockmaß 11 von der Antriebswelle 1 (Fig. 2)
- Zarge 83 mit Blockmaß 35 an der Vorgelegewelle 3 (Fig. 3)

Bezugszeichen:

  1 Antriebswelle
11 Blockmaß/Block
12 Zahnrad
13 Nut
  2 Abtriebswelle
21 Zapfen
22 Stirnseite
23 Kugelkalotte
25 Zahnräder
26 Schaltkupplungen
  3 Vorgelegewelle
31 Zahnräder
32 Zahnräder
33 Lagerzapfen
34 Bohrung
35 Bund/Stirnbund/Blockmaß
36 Stirnseite
37 axiale Nut
  4 Getriebegehäuse
41 Stichmaß
  5 Kegelrollenlager
50 Kegelrollenlager
51 äußerer Lagerring
52 innerer Lagering
  6 Zylinderrollenlager
  7 Abstützbuchse
71 Feder
72 Schaft
73 Bohrung
74 Bund
75 Kugelkalotte
76 Kugel
77 Drehsicherung
770 Zahn
78 Gleitschicht
79 Federweg
  8 Abstützbuchse
81 Feder
82 Innendurchmesser
83 Zarge
84 Boden
85 Durchzug
86 Mantel
89 Federweg

Claims

1. Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge mit je einer Eingangs- (1), Ausgangs- (2) und Vorgelegewelle (3) sowie mit fünf vorrangig als Kegelrollenlager ausgeführte Lager (5, 50) zum radialen und axialen Einspannen der Wellen (1, 2, 3) im Getriebegehäuse (4) und zur Lagerung und Abstützung der Ausgangswelle (2) in der Eingangswelle (1) sowie mit Einrichtungen (7, 8) zum Längenausgleich bei unterschiedlich wirkenden Wärmeausdehnungs-Koeffizienten zwischen den Bauteilen des Getriebes vorrangig des Getriebegehäuses (4) und der Wellen (1, 2, 3), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Abtriebs- (2) und Antriebswelle (1) ein Zylinderrollenlager (6) zur radialen Abstützung angeordnet ist und die axiale Abstützung über eine verdrehgesicherte (Drehsicherung 77) und gefederte (Feder 71) angeordnete Abstützbuchse (7) erfolgt und daß zumindest ein Kegelrollenlager (50) der Vorgelegewelle (3) axial und radial fest auf einer mit der Welle (3) drehsicher axial federnd (Feder 81) verschiebbar und radial fest angeordneten Abstützbuchse (8) angeordnet ist.

2. Wechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Federweg (79, 89) zwischen der Abstützbuchse (7, 8) und den jeweils zugeordneten Wellen (1, 3) begrenzt ist und axial wirkende Momentspitzen über einen Block (11, 35) aufgenommen werden.

3. Wechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützbuchse (7) zwischen der Ein- (1) und der Ausgangswelle (2) in der Eingangswelle (1) als federnd (Feder 71) gelagerte Büchse (7) mit einer mittig gefangenen Kugel (76) angeordnet ist.

4. Wechselgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Büchse (7) vorstehende Kugel (76) mit einer im Zapfen (21) der Abtriebswelle (2) angeordneten Kugelkalotte (23) zusammenwirkt und daß die Kugel (76) und/oder die Kugelkalotte (75) der Abstützbüchse (7) sowie die Kugelkalotte (23) der Abtriebswelle (2) gleitstoffbeschichtet sind.

5. Wechselgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (7) mit einem Schaft (72) und einem Bund (74) ausgebildet ist, wobei die Kugel (76) und die Drehsicherung (77) im Bereich des Bundes (74) und die zwischen Antriebswelle (1) und Büchse (7) angeordnete Feder (71) auf dem Schaft oder innerhalb desselben in einer Bohrung (73) angeordnet ist.

6. Wechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Lagerzapfen (33) der Vorgelegewelle (3) eine topfförmige Abstützbuchse (8) mit den Innendurchmesser (82) im Gleitsitz angeordnet ist, die Abstützbuchse (8) noch einen nach radial außen gerichtete bis zum Wellendurchmesser reichende Zarge (83) aufweist und am Boden (84) eine mit der Stirnseite (36) des Lagerzapfens (33) zusammenwirkende Drehsicherung (axiale Nut 37, Durchzug 85) zwischen der Welle (3) und der Abstützbuchse (8) angeordnet ist, daß das Kegelrollenlager (50) dreh- und axialfest auf dem Mantel (86) der Abstützbuchse (8) befestigt und daß der Innenring (52) des Kegelrollenlagers (50) mit einer Stirnseite an der Zarge (83) anliegt und daß in einer zentralen Bohrung (34) im Zapfen (33) eine Druckfeder (81) angeordnet ist, die über den Boden (84) der Abstützbuchse (8) diese und das Kegelrollenlager (50) nach axial außen drückt.

7. Wechselgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Federweg und die Federvorspannung der Druckfeder (81) auf die unterschiedliche Wärmeausdehnung der Bauteile, z.B. des Getriebegehäuses (4) und der Vorgelegewelle (3), ausgelegt ist.

8. Wechselgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Federweg und die Federvorspannung der Druckfeder (81) auf die bei der Fertigung auftretenden sich summierenden Toleranzen der Bauteile (Gehäuse 4, Welle 3) und der rückstellenden Kräfte ausgelegt ist.