DE102010061926A1

DE102010061926A1 - Getriebe

Info

Publication number: DE102010061926A1
Application number: DE102010061926A
Authority: DE
Inventors: Rainer Spies
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: DE102010061926B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (1), umfassend ein Getriebegehäuse (2) aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, wobei im Getriebegehäuse (2) mindestens eine Lageranordnung (3) zur Lagerung eines sich drehenden Maschinenteils (4), insbesondere einer Welle, befestigt ist, wobei die Lageranordnung (3) mindestens einen Lageraußenring (4) und mindestens einen Lagerinnenring (5) umfasst. Um Passungsrost in effizienter Weise zu verhindern und eine präzise axiale Vorspannung einfach einstellen zu können, sieht die Erfindung vor, dass der Lageraußenring (4) im Getriebegehäuse (2) mittelbar durch einen Lagerträger (6) befestigt ist, wobei der Lagerträger (6) mindestens einen Federabschnitt (7) aufweist, der eine radiale und/oder axiale Elastizität des Lageraußenrings (4) relativ zum Getriebegehäuse (2) herstellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, umfassend ein Getriebegehäuse aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, wobei im Getriebegehäuse mindestens eine Lageranordnung zur Lagerung eines sich drehenden Maschinenteils, insbesondere einer Welle, befestigt ist, wobei die Lageranordnung mindestens einen Lageraußenring und mindestens einen Lagerinnenring umfasst.
Es ist bekannt, LKW-Getriebegehäuse aus Aluminium herzustellen, um den Vorteil des geringen Gewichts dieses Materials zu nutzen. Aluminium hat bekanntlich einen wesentlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl; aus dem letztgenannten Material bestehen üblicherweise die Wälzlager, die Getriebewellen und die Zahnräder des Getriebes; der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium ist etwa doppelt so hoch wie derjenige von Stahl bzw. Gusseisen.
Aufgrund der stark unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten ergibt sich ein Problem für die Sitze für die aus Stahl bestehenden Lageraußenringe im Gehäuse. Trotz entsprechender Passung (z. B. N6 oder R6) kann der Lagerring im Betrieb seinen festen Sitz verlieren und beginnen, sich leicht zu drehen bzw. zu kriechen. Hierdurch bildet sich in nachteiliger Weise Passungsrost.
Zur Vermeidung von Passungsrost sind zwar Lösungen bekannt geworden, bei denen der Lageraußenring einen Schlitz aufweist, wobei eine Sicherung des Lagerrings durch Einstecken eines Stifts in das Gehäuse erfolgt. Der Schlitz im Außenring stellt allerdings eine Schwächung des Rings dar, weshalb die genannte Lösung zumeist nicht favorisiert wird.
Engere Passungen (z. B. S6) werden meist vermieden, weil sich hierdurch zum einen Montageprobleme ergeben können. Zum anderen kann es in diesem Falle dann zu Problemen kommen, wenn das Fahrzeug in sehr kalten Regionen eingesetzt wird. Da hier das Aluminium-Gehäuse deutlich stärker schrumpft als das Lager, ist die Gefahr des Berstens gegeben.
Nachteilig ist bei der vorbekannte Lösung mitunter auch das genaue Einstellen einer definierten axialen Lagervorspannung, insbesondere beim Einsatz von Kegelrollenlagern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Getriebe so fortzubilden, dass es in einfacher Weise möglich ist, zuverlässig Passungsrost zu verhindern. Ferner sollen die Montage des Getriebes und insbesondere die Einstellung einer definierten axialen Vorspannung in einfacher Weise möglich sein. Dabei sollen die oben genannten Probleme einer zu starken Presspassung zwischen Gehäusebohrung und Lageraußenring nicht auftreten.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring im Getriebegehäuse mittelbar durch einen Lagerträger befestigt ist, wobei der Lagerträger mindestens einen Federabschnitt aufweist, der eine radiale und/oder axiale Elastizität des Lageraußenrings relativ zum Getriebegehäuse herstellt.
Der Federabschnitt wird dabei bevorzugt durch einen Materialbereich des Lagerträgers gebildet, der im Radialschnitt einen bogenförmigen, insbesondere einen kreisbogenförmigen, Verlauf aufweist. Dieser bogenförmige Verlauf erstreckt sich dabei bevorzugt um mindestens 180° Bogenwinkel.
Der Lagerträgers kann in seinem radial innenliegenden Bereich einen Griffabschnitt, insbesondere einen sich radial erstreckenden Bord mit angrenzender zylindrischer Sitzfläche, aufweisen, der zur Halterung des Lageraußenrings ausgebildet ist.
Alternativ hierzu kann aber auch vorgesehen sein, dass der Lagerträger in seinem radial innenliegenden Bereich als Lageraußenring ausgeformt ist, so dass der Lagerträger samt Lageraußenring als einstückiges Bauteil ausgebildet ist.
Der Lagerträger kann als – in Achsrichtung gesehen – im Wesentlichen kreisförmiges Bauteil ausgebildet sein, das in einem Umfangsbereich durch eine Sekante abgeschnitten ist.
Der Lagerträger ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zweiteilig ausgebildet, wobei ein zweiter Teil ausgebildet ist, die axiale Verformung des ersten Teils zu begrenzen. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das zweite Teil als topfförmiger Ring mit einer Anschlagsfläche für das erste Teil ausgebildet ist.
Der Lagerträger kann ferner zwei radial beabstandete Haltebereiche für zwei Lageraußenringe oder mit zwei Lageraußenringen aufweisen, wobei im Übergangsbereich zwischen den Haltebereichen insbesondere eine Entlastungs-Ausnehmung angeordnet ist.
Die Lageranordnung wird bevorzugt mit Kegelrollenlagern realisiert.
Das Getriebe ist insbesondere ein LKW-Getriebe.
Die vorgeschlagene Lösung stellt also darauf ab, dass der Lageraußenring durch einen Lagerträger abgestützt wird. Der Lagerträger kann für ein Lager oder auch für zwei (oder mehrere) nebeneinander liegende Lager konzipiert sein. Eine bevorzugte Weiterbildung stellt darauf ab, dass die Außenringlaufbahn in den Lagerträger integriert wird.
Bei mittleren und schweren LKW-Getrieben werden an den Hauptlagerstellen meist Kegelrollenlager eingesetzt.
Es ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Lösung auch der Vorteil, dass eine einfachere Montage der Lageranordnung namentlich im Falle des Einsatzes von Kegelrollenlagern möglich ist. Herkömmlich muss aufgrund der Herstelltoleranzen der Kegelrollenlager zumeist ein Vermessen von Welle und Gehäuse erfolgen, danach wird die Lagerung mit Anpass-Scheiben montiert. Hierauf kann beim Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung gegebenenfalls verzichtet werden.
Erreicht wird dies durch die axiale Federeigenschaft des zum Einsatz kommenden Lagerträgers.
Nach dem Umformprozess des Lagerträgers erfolgt eine Wärmebehandlung, damit der Stahl des Lagerträgers federnde Eigenschaften (ähnlich Federstahl) erhält. Der Wärmebehandlungsprozess ist ohnehin erforderlich, um die Laufbahn entsprechend zu konditionieren.
Von der Konstruktion wird der Lagerträger so ausgestaltet, dass nach seinem Einbau in das Getriebe die Lager axial verspannt sind. Aufgrund der axialen Federeigenschaft kann eine Vorspannung leicht realisiert werden. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil der vorgeschlagenen Ausgestaltung dar.
Der Lagerträger wird bevorzugt als Tiefziehbauteil gefertigt, das durch mehrmaliges Umformen produziert wird. Dabei ist es bei entsprechender Ausgestaltung des spanlosen Umformvorgangs auch möglich, eine qualitativ hochwertige Laufbahn ohne Durchführung einer Schleifbearbeitung zu erreichen. Die Wärmebehandlung gewährleistet eine ausreichende Härte der Laufbahn und ansonsten Eigenschaften, die denjenigen von Federstahl ähnlich sind. Als Härteverfahren kann insbesondere das Einsatzhärten in Betracht gezogen werden. Alternativ hierzu hat sich auch das Induktionshärten bewährt.
Durch die fachmännische Ausgestaltung der Radialschnittsform und der Materialstärke des Lagerträgers kann auf die axiale und auch auf die radiale Steifigkeit des Lagerträgers gezielt Einfluss genommen werden.
Hinsichtlich der Radialschnittsform können Einfachwulste (in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen gezeigt), Doppelwulste, Verstärkungswulste oder ähnliche Gestaltungen, gegebenenfalls unter Einbeziehung von Schlitzen, vorgesehen werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 den Radialschnitt durch einen Ausschnitt eines Gehäuses, in dem ein Kegelrollenlager mittels eines Lagerträgers montiert ist,
2 die zu 1 entsprechende Ansicht in Achsrichtung gesehen,
3 den Radialschnitt durch einen Ausschnitt eines Gehäuses, in dem ein alternativ ausgebildetes Kegelrollenlager mittels eines ebenfalls alternativ ausgebildeten Lagerträgers montiert ist,
4 die zu 3 entsprechende Ansicht in Achsrichtung gesehen,
5 den Radialschnitt durch einen Ausschnitt eines Gehäuses, in dem ein weiter alternativ ausgebildetes Kegelrollenlager mittels eines weiter alternativ ausgebildeten Lagerträgers montiert ist,
6 die zu 5 entsprechende Ansicht in Achsrichtung gesehen,
7 den Radialschnitt durch einen Ausschnitt eines Gehäuses, in dem zwei benachbarte Kegelrollenlager mittels eines Lagerträgers montiert sind,
8 die zu 7 entsprechende Ansicht in Achsrichtung gesehen,
9 den Schnitt durch ein Getriebegehäuse eines LKW-Getriebes und
10 den Schnitt durch das Getriebegehäuse eines LKW-Getriebes gemäß einer zu 9 alternativen Ausführungsform.
In 1 und 2 ist ein Ausschnitt aus einem Getriebegehäuse 2 zu sehen, in das eine Lageranordnung 3 in Form eines Kegelrollenlagers eingebaut ist. Das Kegelrollenlager hat in bekannter Weise einen Lageraußenring 5 und einen Lagerinnenring 6. Der Lagerinnenring 6 lagert in seiner Bohrung eine Welle 4, die somit drehbar im Getriebegehäuse 2 gelagert ist.
Der Lageraußenring 5 ist im Getriebegehäuse 2 nicht direkt, d. h. wie zumeist üblich in einer Gehäusebohrung, angeordnet, sondern er ist mittelbar durch einen Lagerträger 7 befestigt. Der Lagerträger 7 hat dabei einen Federabschnitt 8, der sowohl eine radiale als auch eine axiale Elastizität aufweist und somit dafür sorgt, dass der Lageraußenring 5 des Kegelrollenlagers relativ zum Getriebegehäuse 2 in gewissem Umfang elastisch angeordnet ist.
Der Lagerträger 7 weist einen Griffabschnitt 9 auf, der einen sich radial nach innen erstreckenden Bord 10 sowie eine zylindrische Sitzfläche 11 für den Lageraußenring 5 hat.
Der Lagerträger 7 ist über zwei Passstifte 18 im Getriebegehäuse 2 positioniert und mit Schrauben festgelegt. Der Lagerträger 7 hat – gesehen in Achsrichtung (s. 2) – einen kreisförmigen Außenumfang, der allerdings an einer Umfangsstelle (unten) sekantenförmig abgeschnitten ist (Sekante 12). Der sekantenförmig abgeschnittene Teil des Lagerträgers 7 erlaubt, mit einem benachbarten Lagerträger, der entsprechend ausgeführt ist, radial nahe an den Lagerträger 7 heranzurücken und so zwei radial eng benachbarte, parallele Wellen 4 zu lagern.
Die Lösung gemäß den 3 und 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 dadurch, dass hier der radial innenliegende Abschnitt des Lagerträgers 7 selber als Lageraußenring 5 fungiert, d. h. dieser Abschnitt ist gemäß dem gewünschten Kegelwinkel gebogen. Er schließt sich unmittelbar an den Auslauf des Federabschnitts 8 an.
Während sich der Federabschnitt 8 im Ausführungsbeispiel gemäß 1 um ca. 180° Bogenwinkel erstreckt, ist dieser Bogenwinkel bei der Lösung gemäß 3 etwas größer.
Die Lösung gemäß den 5 und 6 unterscheidet sich von den vorstehend diskutierten Ausführungsformen dadurch, dass hier der Lagerträger 7 zweiteilig ausgebildet ist und aus den Teilen 7 und 7' besteht. Bei dem Teil 7 handelt es sich weitgehend unverändert um den vorstehend diskutierten Träger. Allerdings wird dieser nunmehr von einem topfförmig ausgebildeten Ring 7' axial eingefasst (s. 5), der eine axiale Anschlagsfläche 13 für den Lagerträger 7 bildet.
Axiale Anlage des Lagerträgers 7 am zweiten Teil 7' liegt vor, wenn aufgrund der elastischen axialen Verformung des Lagerträgers 7 ein Spiel s überwunden wird. D. h. nach dem Aufbrauchen des Anschlagsspiels s kommt es zu einer wesentlichen Erhöhung der axialen Steifigkeit, die beispielsweise mindestens drei Mal so groß sein kann, wie die axiale Steifigkeit des Lagerträger 7 alleine. Das zweite Teil 7' kann wie das Teil 7 als Tiefziehteil gefertigt werden, es kann aber auch ein Massivteil sein, das beispielsweise durch Drehen hergestellt ist.
Beide Teile 7 und 7' sind hier nicht durch Passstifte zentriert, sondern die Zentrierung erfolgt am Außendurchmesser des Lagerträgers 7, 7'.
Es sei noch erwähnt, dass das Teil 7' – s. 5 – im axialen Endbereich mit einer innenzylindrischen Sitzfläche versehen ist, um hier eine Dichtung 19 aufnehmen zu können. Hiermit kann die Welle 4 abgedichtet werden.
Die Lösung gemäß 5 und 6 kann natürlich analog zu denjenigen gemäß 1 und 2 bzw. 3 und 4 ausgebildet sein, was die Realisierung des Lageraußenrings 5 anbelangt.
Bei der Lösung gemäß 7 und 8 ist vorgesehen, dass zwei benachbarte Wellen 4, die parallel verlaufen, durch jeweilige Lageranordnungen 3 gelagert werden. Die Lageranordnungen 3 werden jetzt jedoch von einem Lagerträger 7 gehalten, der – in axiale Richtung gesehen – die Form einer „Acht” aufweist. Demgemäß hat der Lagerträger 7 einen ersten Haltebereich 14 und einen zweiten Haltebereich 15, die in einem Übergangsbereich 16 ineinander übergehen. Hier kann eine Entlastungs-Ausnehmungn 17 vorgesehen werden.
Es sind hier also zwei Lager in einem Lagerträger 7 untergebracht. Da betriebsbedingte Verformungen axial für beide Lageranordnungen 3 in unterschiedliche Richtungen weisen können, ist die Ausgestaltung der Trägerplattform so definiert, dass eine zumindest teilweise Entkopplung beider Lageraufhängungen gewährleistet ist. Hierzu dient die Entlastungs-Ausnehmung 17, die hier als schlitzförmige Öffnung realisiert ist.
In den 9 und 10 sind zwei Ausführungsformen für ein Getriebe 1 eines LKW zu sehen, die jeweils nach möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ausgebildet ist.
Wie hier dargestellt, befinden sich auf der Motorseite (links) zwei einzelne Lagerträger 7 mit je einer Lageranordnung 3. Hierdurch ist eine vollständige Entkopplung der betriebsbedingten Verformungen möglich. Wie weiter gesehen werden kann, zeigen hier die resultierenden Verzahnungskräfte für die Haupt- und für die Vorgelegewelle in unterschiedliche Richtungen (s. eingetragene Kräfte FA). Dementsprechend ist auch die Verformungsrichtung unterschiedlich.
Gesehen werden kann hier auch, dass die Anbauseite an die Gehäusewand die detaillierte Ausgestaltung der Querschnittsform (d. h. des Radialschnitts) des Lagerträgers 7 mit vorgibt.
In 9 werden vom Lagerträger 7 Kegelrollenlager mit separatem Innen- und Außenring gehalten. Bei der Lösung gemäß 10 fungieren die Lagerträger 7 selber wieder als Lageraußenring.
Bezugszeichenliste

1: Getriebe
2: Getriebegehäuse
3: Lageranordnung
4: sich drehendes Maschinenteil (Welle)
5: Lageraußenring
6: Lagerinnenring
7: Lagerträger
7': zweiter Teil des Lagerträgers
8: Federabschnitt
9: Griffabschnitt
10: Bord
11: zylindrische Sitzfläche
12: Sekante
13: Anschlagsfläche
14: Haltebereich
15: Haltebereich
16: Übergangsbereich
17: Entlastungs-Ausnehmung
18: Passstift
19: Dichtung
s: Spiel

Claims

Getriebe (1), umfassend ein Getriebegehäuse (2) aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, wobei im Getriebegehäuse (2) mindestens eine Lageranordnung (3) zur Lagerung eines sich drehenden Maschinenteils (4), insbesondere einer Welle, befestigt ist, wobei die Lageranordnung (3) mindestens einen Lageraußenring (5) und mindestens einen Lagerinnenring (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (5) im Getriebegehäuse (2) mittelbar durch einen Lagerträger (7) befestigt ist, wobei der Lagerträger (7) mindestens einen Federabschnitt (8) aufweist, der eine radiale und/oder axiale Elastizität des Lageraußenrings (5) relativ zum Getriebegehäuse (2) herstellt.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (8) durch einen Materialbereich des Lagerträgers (7) gebildet wird, der im Radialschnitt einen bogenförmigen, insbesondere einen kreisbogenförmigen, Verlauf aufweist, der sich insbesondere um mindestens 180° Bogenwinkel erstreckt.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträgers (7) in seinem radial innenliegenden Bereich einen Griffabschnitt (9), insbesondere einen sich radial erstreckenden Bord (10) mit angrenzender zylindrischer Sitzfläche (11), aufweist, der zur Halterung des Lageraußenrings (5) ausgebildet ist.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (7) in seinem radial innenliegenden Bereich als Lageraußenring (5) ausgeformt ist, so dass der Lagerträger (7) samt Lageraußenring (5) als einstückiges Bauteil ausgebildet sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (7) als in Achsrichtung gesehen im Wesentlichen kreisförmiges Bauteil ausgebildet ist, das in einem Umfangsbereich durch eine Sekante (12) abgeschnitten ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (7) zweiteilig (7, 7') ausgebildet ist, wobei ein zweiter Teil (7') ausgebildet ist, die axiale Verformung des ersten Teils (7) zu begrenzen.
Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil (7') als topfförmiger Ring mit einer Anschlagsfläche (13) für das erste Teil (7) ausgebildet ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (7) zwei radial beabstandete Haltebereiche (14, 15) für zwei Lageraußenringe (5) oder mit zwei Lageraußenringen (5) aufweist, wobei im Übergangsbereich (16) zwischen den Haltebereichen (14, 15) insbesondere eine Entlastungs-Ausnehmung (17) angeordnet ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung als Kegelrollenlager ausgeführt ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ein LKW-Getriebe ist.