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Die Erfindung betrifft eine Wellenanordnung für ein Fahrzeuggetriebe, wobei die Wellenanordnung eine Getriebewelle sowie eine Lagereinrichtung zur Lagerung der Getriebewelle aufweist. Die Lagereinrichtung umfasst einen Innenring, wobei der Innenring eine Innenlaufbahn aufweist, und einen Außenring, wobei der Außenring eine Außenlaufbahn aufweist, sowie eine Mehrzahl von Kugeln, wobei die Kugeln zwischen dem Außenring und dem Innenring abwälzend angeordnet sind und/oder auf der Innenlaufbahn und der Außenlaufbahn abwälzen. Die Lagereinrichtung ist als eine Dreipunktlagereinrichtung ausgebildet.
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Wälzkörperlager sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Mit Blick auf die Wälzkörper wird zwischen Rollenwälzlagern und Kugelwälzlagern unterschieden. Bei den Kugelwälzlagern sind die Laufbahnen oftmals rillenförmig ausgebildet und weisen dementsprechend einen Krümmungsradius auf, der größer als der Radius der Kugeln als Wälzkörper ausgebildet ist. Eine Sonderbauform bildet das sogenannte Dreipunktlager, wobei die Drucklinien bei dem Wälzkörperlager die Laufbahnen an drei Punkten durchstoßen.
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In der Druckschrift
EP 1067 312 H1, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, wird ein Schaltgetriebe vorgeschlagen, wobei eine Eingangswelle des Schaltgetriebes über eine Lagereinrichtung gelagert ist. Aus der Beschreibung ergibt sich, dass die Lagereinrichtung als eine Dreipunktlagereinrichtung ausgebildet sein kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wellenanordnung für ein Fahrzeuggetriebe vorzuschlagen, welche anwendungsgerecht ausgelegt ist. Diese Aufgabe wird durch eine Wellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Wellenanordnung, welche für ein Fahrzeuggetriebe geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Fahrzeuggetriebe ist besonders bevorzugt als ein manuelles Getriebe oder Schaltgetriebe für einen PKW, LKW oder ein Nutzfahrzeug ausgebildet.
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Die Wellenanordnung weist eine Getriebewelle auf. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Getriebewelle als eine Eingangswelle in das Fahrzeuggetriebe ausgebildet. Insbesondere ist die Getriebewelle, im Speziellen die Eingangswelle, zwischen einem Verbrennungsmotor und dem Fahrzeuggetriebe, beispielsweise im Momentenweg des Antriebsdrehmoments hinter einer Kupplung und/oder Torsionsdämpfungseinrichtung, angeordnet. Die Erfindung kann aber auch für alle anderen Wellen in den genannten Getrieben Verwendung finden.
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Die Wellenanordnung weist eine Lagereinrichtung zur Lagerung der Getriebewelle, insbesondere gegenüber einem Gehäuse des Fahrzeuggetriebes auf. Die Lagereinrichtung kann die ausschließliche Lagerung der Getriebewelle relativ zu dem Gehäuse bilden, alternativ hierzu weist die Wellenanordnung noch mindestens eine weitere Lagereinrichtung auf.
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Die Lagereinrichtung umfasst einen Innenring mit einer Innenlaufbahn. In einer sehr allgemeinen Ausprägung der Erfindung kann der Innenring ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Ferner weist die Lagereinrichtung einen Außenring auf, wobei der Außenring eine Außenlaufbahn bildet. In der allgemeinen Ausprägung der Erfindung kann der Außenring ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Innenring und Außenring sind vorzugsweise koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet. Insbesondere definieren der Innenring und/oder der Außenring eine Hauptachse der Lagereinrichtung und/oder der Wellenanordnung.
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Die Lagereinrichtung weist eine Mehrzahl von Kugeln auf, welche in der Lagereinrichtung die Funktion von Wälzkörpern einnehmen. Die Kugeln sind zwischen dem Außenring und dem Innenring abwälzend angeordnet. Vorzugsweise sind die Kugeln einreihig in der Lagereinrichtung angeordnet. Optional ergänzend weist die Lagereinrichtung einen Käfig zur Beabstandung und/oder Führung der Kugeln zwischen den Ringen auf.
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Es ist vorgesehen, dass die Lagereinrichtung als eine Dreipunktlagereinrichtung ausgebildet ist. Insbesondere im Lastfall kontaktiert die Kugel die Ringe in Dreipunkten, vorzugsweise ausschließlich in drei Punkten. Bei einer genauen Betrachtung wird erkannt, dass die Punkte im Lastfall aufgrund der Hertzschen Pressung in Druckbereiche entarten oder sich entsprechend vergrößern.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Außenlaufbahn ein Rillenprofil und die Innenlaufbahn ein gotisches Profil aufweisen. In einem Längsschnitt entlang der Hauptachse ist das Rillenprofil insbesondere teilkreisförmig, insbesondere teilkreisbogenförmig ausgebildet. Das gotische Profil weist zwei Profilabschnitte auf, welche vorzugsweise jeweils teilkreisförmig, insbesondere teilkreisbogenförmig ausgebildet sind. Die Profilabschnitte weisen keinen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt auf, sodass die Profilabschnitte im realen oder gedachten Schnittpunkt gemeinsam einen Eckbereich bilden. Der Eckbereich ist insbesondere mathematisch betrachtet nicht differenzierbar ausgebildet. Bei abgewandelten Ausführungsformen kann auch vorgesehen sein, dass der Eckbereich aus fertigungstechnischen Gründen gerundet ausgebildet ist.
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Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass durch eine derart ausgebildete Dreipunktlagereinrichtung eine sehr kompakte und trotzdem zuverlässige Lagerung für die Getriebewelle bereitgestellt werden kann. Bei gleichem Bauraum ermöglichen Sie eine höhere Tragfähigkeit.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das gotische Profil in dem Längsschnitt zwei Innenlaufbahnabschnitte als die Profilabschnitte auf, wobei jeder der Innenlaufbahnabschnitte einen Krümmungsradius aufweist, der größer als der Radius der Kugeln ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die Radien der zwei Innenlaufbahnabschnitte gleich ausgebildet. Auf diese Weise wird eine symmetrische Einleitung von Kräften in den Innenring sichergestellt.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Krümmungsmittelpunkt der Innenlaufbahnabschnitte gegenüber einer Mittelpunktlinie der Kugeln verschoben. Die Mittelpunktlinie der Kugel wird durch eine Kreislinie gebildet, welche durch die Mittelpunkte der Kugeln verläuft.
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Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung sind die Innenlaufbahnabschnitte in Bezug auf die Kugeln schmiegend ausgebildet. Vorzugsweise weist die Schmiegung einen Wert zwischen 101 % und 105 % auf. Bei einer Schmiegung wird der Radius der Kugeln als 100 % angenommen, sodass in Bezug auf diese 100 % der Radius der Innenlaufbahnabschnitte größer 101 % und/oder kleiner 105 % liegt.
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Zudem ist es bevorzugt, dass die Drucklinien durch den Innenring jeweils einen Druckwinkel zwischen >15 Grad und <35 Grad einnehmen. Der Druckwinkel wird dabei in Bezug auf eine Radialebene zu der Hauptachse der Lagereinrichtung gemessen. Die Winkelangaben sind als Betrag zu verstehen. Insbesondere sind die Druckwinkelangaben als Nenndruckwinkel zu verstehen, welche für die unbelastete Lagereinrichtung gelten, bei dem die Kugeln die Laufbahnen spannungsfrei berühren. Bei beiden Innenlaufbahnabschnitten sind die Druckwinkel vorzugsweise gleich gewählt. damit werden radiale Kräfte symmetrisch in den Innenring eingeleitet.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung ist der Krümmungsradius des Rillenprofils im Außenring gegenüber dem Radius der Kugeln ebenfalls schmiegend gewählt, wobei die Schmiegung einen Wert größer als 104 % und/oder kleiner als 112 % einnimmt.
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Bei einer konstruktiven Realisierung ist es zudem bevorzugt, dass die Lagereinrichtung ein Radiallagerspiel zwischen 10 µm und 100 µm aufweist.
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In einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist der Innenring und/oder der Außenring ungeteilt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Ringe besonders hoch belastbar sind. Das Befüllen der Ringe mit Kugeln wird beispielsweise durch einen Axialversatz der Ringe zueinander umgesetzt, sodass an einem Umfangsbereich ein vergrößerter Abstand zwischen den Ringen eingestellt wird, und in diesem Umfangsbereich die Kugeln eingefüllt werden können. Nach dem Einfüllen der Kugeln wird beispielsweise durch ein axiales Aufschieben ein Käfig, insbesondere ein Schnappkäfig, montiert, sodass die Kugeln zueinander gleichmäßig beabstandet sind.
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Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Lagereinrichtung als eine Festlagerung eingebaut. Insbesondere ist der Innenring verschiebefest auf der Getriebewelle und der Außenring verschiebefest in dem Gehäuse angeordnet.
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Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung umfasst die Wellenanordnung eine zweite Lagereinrichtung, welche beispielsweise als eine Rollenlagereinrichtung, insbesondere als ein Nadellager oder Zylinderrollenlager, ausgebildet ist, wobei die zweite Lagereinrichtung als eine Loslagerung eingebaut ist. Vorzugsweise ist der Innenring der zweiten Lagereinrichtung verschiebefest auf der Getriebewelle montiert und der Außenring axial verschiebbar in dem Gehäuse aufgenommen. Alternativ hierzu ist die zweite Lagereinrichtung als eine weitere Lagereinrichtung, insbesondere Dreipunktlagereinrichtung, ausgebildet, wie diese zuvor beschrieben wurde. Auf diese Weise wird die Getriebewelle in eine Fest- Loslagerung gelagert.
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In einer anderen Wellenanordnung ist die Lagereinrichtung als eine Loslagerung ausgebildet und die zweite Lagereinrichtung ist als eine Festlagerung ausgebildet, so dass ebenfalls eine Fest-Loslagerung gebildet ist.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Lagereinrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 die Lagereinrichtung in der 1 mit mehr Details;
- 3 eine Wellenanordnung mit der Lagereinrichtung als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung entlang einer Hauptachse H eine Lagereinrichtung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Lagereinrichtung 1 dient dazu, eine Getriebewelle 2 gegenüber einem Gehäuse 3 eines Fahrzeuggetriebes 4 zu lagern (3).
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Die Lagereinrichtung 1 weist einen Innenring 5 sowie einen Außenring 6 auf. Der Innenring 5 und der Außenring 6 sind koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptachse H arrangiert. Zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 6 sind eine Mehrzahl von Kugeln 7 als Wälzkörper angeordnet. Optional können die Kugeln 7 durch einen nicht dargestellten Käfig, insbesondere Schnappkäfig, voneinander beabstandet sein. Der Innenring 5 weist eine Innenlaufbahn 8, der Außenring 6 weist eine Außenlaufbahn 9 auf. Die Innenlaufbahn 8 weist in dem gezeigten Längsschnitt ein gotisches Profil auf. Das gotische Profil umfasst einen ersten Innenlaufbahnabschnitt 10a, und eine zweiten Innenlaufbahnabschnitt 10b, welche jeweils einen Profilabschnitt des gotischen Profils bilden. Das gotische Profil ist beispielsweise durch einen Schleifprozess hergestellt. Die Innenlaufbahnabschnitte 10a,b sind jeweils teilkreisförmig ausgebildet und weisen den gleichen Krümmungsradius auf. Die Krümmungsmittelpunkte sind jedoch versetzt zueinander angeordnet, sodass sich ein Eckbereich 11 zwischen den Innenlaufbahnabschnitten 10a,b ausbildet.
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Die Außenlaufbahn 9 ist in dem gezeigten Längsschnitt als ein Rillenprofil ausgebildet und weist einen einheitlichen Krümmungsradius auf. Während in der 1 die Lagereinrichtung 1 und insbesondere die Innenlaufbahn 8 und die Außenlaufbahn 9 stark schematisiert dargestellt worden, ist in der 2 die gleiche Lagereinrichtung 1 dargestellt, wobei jedoch die jeweiligen Krümmungsradien realitätsnaher dargestellt sind.
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Aus der 2 ergibt sich, dass die Kugel 7 einen Kugelradius R aufweist. Die Außenlaufbahn 9 mit dem Rillenprofil weist einen Radius Ra, wobei der Radius Ra größer als der Radius R ausgebildet ist. Genauer betrachtet ist der Radius Ra zwischen 104 % und 112 % des Radius R ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine Schmiegung zwischen dem Außenring 6, insbesondere der Außenlaufbahn 9 und der Kugel 7.
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Die Innenlaufbahnabschnitte 10a,b weisen jeweils einen Krümmungsradius Rix bzw. Rix auf. Die Krümmungsradien Rix, Riy sind jeweils größer als der Kugelradius R ausgebildet. Insbesondere gilt, dass die Radien Rix, Riy 101 % bis zu 105 % dem Kugelradius R entsprechen. Damit ergibt sich eine Schmiegung zwischen dem Innenring 5 insbesondere dem Innenlaufbahnabschnitten 10a,b und der Kugel 7. Durch die Positionierung der Krümmungsmittelpunkte ergeben sich Drucklinien 12a, 12b, 12c, welche die Laufbahnen 8, 9 durchdringen und dort Punkte 13a, b, c definieren. Die Drucklinie 12a weist einen Druckwinkel alpha a zwischen 15 Grad und 35 Grad auf. Der Punkt 13a ist der Durchdringungspunkt der Drucklinie 12a durch den Laufbahnabschnitt 10a. Symmetrisch dazu ist die Drucklinie 12b mit einem Druckwinkel alpha b zwischen >15 Grad und <35 Grad ausgestattet und durchdringt den zweiten Innenlaufbahnabschnitt an dem Punkt 13b. Die Druckwinkel alpha a und alpha b werden betragsmäßig in Bezug auf eine Radialebene R zu der Hauptachse H gemessen.
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Die Drucklinie 12c durchdringt die Außenlaufbahn 9 an dem Punkt 13c und weist einen Druckwinkel von 0 Grad auf. Insbesondere liegt die Drucklinie 13 c in der Radialebene R, welche durch einen Mittelpunkt M der Kugel 7 bzw. durch eine Mittelpunktlinie verläuft, welche durch die Mehrzahl der Mittelpunkte M der Kugeln 7 gebildet ist.
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Bei einem Einbau der Lagereinrichtung 1 in das Fahrzeuggetriebe 4 in der 3 wird ein Radiallagerspiel von 10 Mikrometern bis 100 Mikrometern eingestellt.
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In der 3 ist in einer Blockdarstellung ein Fahrzeug 14 mit einem Verbrennungsmotor 15, welches ein Antriebsmoment über eine Kupplung 16 und optional ergänzend einem Torsionsdämpfer an eine Eingangswelle 17 als die Getriebewelle 2 abgibt. Die Eingangswelle 17 bildet einen Eingang in das Fahrzeuggetriebe 4, welches als ein manuelles Getriebe ausgebildet ist. Die Eingangswelle 17 ist über eine Fest-Loslagerung gelagert, wobei die Lagereinrichtung 1 eine Loslagerung und eine weitere Lagereinrichtung 18 eine Festlagerung bildet.
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Die Lagereinrichtung 1, die Getriebewelle 2, das Gehäuse 3 und optional ergänzend die weitere Lagereinrichtung 18 bilden eine Wellenanordnung 19 für das Fahrzeuggetriebe 4. Die Wellenanordnung 19 ist insbesondere als eine Hauptwellenlagerung ausgebildet. Zwischen den Lagereinrichtung 1 und 19 können Festräder und/oder Losräder des Fahrzeuggetriebes 4 angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lagereinrichtung
- 2
- Getriebewelle
- 3
- Gehäuse
- 4
- Fahrzeuggetriebe
- 5
- Innenring
- 6
- Außenring
- 7
- Kugeln
- 8
- Innenlaufbahn
- 9
- Außenlaufbahn
- 10a,b
- Innenlaufbahnabschnitte
- 11
- Eckbereich
- 12a, b, c
- Drucklinien
- 13a, b, c
- Punkte
- 14
- Fahrzeug
- 15
- Verbrennungsmotor
- 16
- Kupplung
- 17
- Eingangswelle
- 18
- weitere Lagereinrichtung / Hauptwellenlagerung
- 19
- Wellenanordnung
- H
- Hauptachse
- M
- Mittelpunktlinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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