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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung insbesondere zur Radialkraftabstützung in einem Getriebe eines Fahrzeuges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2006 031 788 A1 ist ein Automatikgetriebe in Planetenbauweise mit einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle bekannt. Das Automatikgetriebe weist z. B. antriebsseitig einen Drehmomentwandler als Anfahrelement auf. Ferner sind mehrerer axial hintereinander angeordnete Planetenrads-ätze und mehrere Schaltelemente vorgesehen, durch deren Betätigung mehrere Gangstufen realisierbar sind.
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Insbesondere bei 8-Gang-Automatikgetriebe mit hydraulischen Impulsspeicher und Lamellenseparierung bei den antriebsseitigen Schaltelementen ergibt sich das Problem, dass bei einer aktivierten Motor-Start-Stopp-Funktion für den Betriebspunkt Motor aus und Fahrzeug steht die Belaglamellen der Schaltelemente sowie das Hohlrad des zugeordneten Planetenradsatzes durch die Schwerkraft nach unten bewegt werden. Bei dem Betriebspunkt Motorstart werden die Schaltelemente über den hydraulischen Impulsspeicher im Stillstand in ihrer versetzten Lage geschlossen. Durch den Versatz ergeben sich beim anschließenden Losfahren des Fahrzeuges Zentrierkräfte in den Schaltelementen sowie in dem zugeordneten Planetenradsatz, welche auf die zugeordneten Lagerstellen an einer auf der Antriebswelle gelagerten Hohlwelle wirken. Diese resultierenden Auslenkungen an der zentralen Antriebswelle bewirken an den Lagerstellen unerwünscht hohen Verschleiß, sodass dadurch die Lebensdauer reduziert wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lageranordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der die Belastungen an den Lagerstellen reduziert und die Lebensdauer erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
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Somit wird eine Lageranordnung insbesondere zur Radialkraftabstützung in einem Getriebe, vorzugsweise in einem Automatikgetriebe eines Fahrzeuges, vorgeschlagen, welches eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle sowie zumindest einen Planetenradsatz und zumindest ein dem Planetenradsatz zugeordnetes Schaltelement umfasst, wobei zur Radialkraftabstützung zumindest eine Hohlwelle vorgesehen ist, die auf der koaxialen Antriebswelle des Getriebes gelagert ist.
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Um insbesondere die auftretenden Zentrierkräfte an den Lagerstellen zu reduzieren, ist vorgesehen, dass die Hohlwelle über ein erstes abtriebsseitiges Radiallager auf einer gehäusefesten Leitradwelle oder einer gehäusefesten Nabe gelagert ist und dass die Hohlwelle über ein zweites abtriebsseitiges Radiallager auf der Antriebswelle gelagert ist.
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Insbesondere durch die gehäuseseitige Abstützung der Hohlwelle auf der Leitradwelle oder der Nabe durch das erste Lager werden die auftretenden Radialkräfte in das Gehäuse eingeleitet, sodass die Antriebswelle dadurch entlastet ist und eine statische Abstützung realisiert wird. Somit können die in den unteren Gängen und auch in den oberen Gängen sowie im Rückwärtsgang auftretenden hohen Kräfte statisch übertragen werden. Hierdurch wird eine geringere Auslenkung der zentralen Antriebswelle erreicht, wodurch die entsprechenden Lagerstellen entlastet werden. Zudem treten keinerlei Reibleistungen an dem ersten Radiallager auf, da zwischen der Hohlwelle und der Leitradwelle oder der gehäusefesten Nabe keine Differenzdrehzahl auftreten. Somit werden Schäden durch Mischreibung verhindert und es treten auch keine Schäden aufgrund erhöhter Hertz'schen Pressung auf.
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Das erste und das zweite Radiallager der Hohlwelle können sowohl als Wälzlager oder auch als Gleitlager ausgeführt werden. Die axiale Positionierung der Lager erfolgt über eine geringere Toleranzkette. Darüber hinaus entfallen die sonst üblicherweise erforderlichen Bearbeitungen der Lagerstellen auf der Antriebswelle.
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Beispielsweise kann der Lagerinnenring des ersten Lagers einteilig mit der Leitradwelle oder der gehäusefest Nabe ausgeführt sein oder mit der Leitradwelle bzw. der Nabe einteilig verschweißt werden. Bei dieser Ausführung kann zum Einhalten der geforderten Härte- und Oberflächengüte eine Präzisionshülse mit der geforderten Härte-und Oberflächengüte auf dem Lagerinnenring aufgebracht werden. Dies hat den Vorteil, dass der Lagerinnenring an sich aus dem gleichen Rohmaterial wie die Leitwelle oder die Nabe gefertigt sein kann. Es ist auch denkbar, dass der Lagerinnenring des ersten Radiallagers als separates Bauteil mit der Leitradwelle oder der Nabe verbunden, zum Beispiel eingepresst wird, wobei dann der Lagerring aus einem Material gefertigt sein kann, welches die geforderte Härt- und Oberflächengüte sicherstellt.
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Im Rahmen einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass insbesondere bei Getrieben mit höheren Belastung beispielsweise mit längeren Antriebswellen vorgesehen ist, dass ein zusätzliches Stützlager radial zwischen der Leitradwelle oder der Nabe einerseits und der Antriebswelle andererseits vorgesehen ist.
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Um bei dem zusätzlichen Stützlager sicherzustellen, dass dieses erst bei auftretenden höheren Belastungen Z. B. bei höheren Drehzahlen zum Einsatz kommt, wird das Radialspiel des Stützlagers entsprechend groß gewählt. Als Radialspiel können beispielsweise Werte zwischen 70 bis 120 µm verwendet werden. Da das zusätzliche Stützlager bevorzugt bei größeren Drehzahlen zum Einsatz kommt, ist es besonders von Vorteil dieses Stützlager als Gleitlager auszuführen.
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Die erfindungsgemäße Lageranordnung kann bevorzugt bei einem Automatikgetriebe beispielsweise mit acht Gangstufen eingesetzt werden, welches vorzugsweise eine Motor-Start-Stopp-Funktion aufweist, da nach dem Start erhöhte Kräfte von radial außen nach radial innen auf die Hohlwelle und damit auf die zentrale Antriebswelle wirken.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Lageranordnung eines Getriebes;
- 2 eine vergrößerte Teilansicht einer ersten Ausführung eines ersten Radiallagers der erfindungsgemäßen Lageranordnung;
- 3 eine vergrößerte Teilansicht einer zweiten Ausführung des ersten Radiallagers der erfindungsgemäßen Lageranordnung;
- 4 eine vergrößerte Teilansicht einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lageranordnung; und
- 5 eine weitere schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Lageranordnung in dem Getriebe.
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In den 1 bis 5 sind verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Lageranordnung zur Radialkraftabstützung in einem Getriebe mit einer Antriebswelle AN und einer Abtriebswelle AB beispielhaft dargestellt, wobei die Lageranordnung exemplarisch anhand eines z.B. 8-Gang-Automatikgetriebes mit mehreren Schaltelementen A, B und mehreren Planetenradsätzen RS ausschnittsweise gezeigt ist.
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Die erfindungsgemäße Lageranordnung zur Radialkraftabstützung umfasst zumindest eine Hohlwelle HW, die eine zentrale koaxial, innerhalb der Hohlwelle HW angeordnete Antriebswelle AN des Getriebes umgibt. Die Hohlwelle HW ist erfindungsgemäß über ein erstes, abtriebsseitiges Radiallager 1 auf einer gehäusefesten Leitradwelle LW gelagert, wenn das Getriebe einen Drehmomentwandler aufweist. Ansonsten ist die Hohlwelle HW auf einer gehäusefesten Nabe oder dergleichen gehäuseseitig gelagert. Abtriebsseitig ist die Hohlwelle HW über ein zweites abtriebsseitiges Radiallager 2 auf der Antriebswelle AN gelagert, wie dies beispielsweise in den 1 und 5 gezeigt ist. Auf diese Weise wird ein radiales koaxiales Lagerkonzept der gangabhängig stehenden oder drehenden Hohlwelle im Kraftflussbereich des Planetenradsatzes RS und der Schaltelemente A, B realisiert.
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Demzufolge ist die Hohlwelle HW über das erste Radiallager 1, bevorzugt ein Wälzlager, radial nach innen auf der feststehenden Stützwelle bzw. Leitradwelle LW gelagert und an dem zweiten, axial gegenüber dem ersten verschobenen Radiallager 2, bevorzugt ein Gleitlager, radial nach innen auf der drehenden zentralen Antriebswelle AN gelagert, wobei über diese beiden Radiallager 1, 2 die Radialkräfte bzw. Zentrierkräfte von der Hohlwelle HW von außen nach innen abgeleitet werden. Neben diesen beiden Radiallagern 1, 2 ist zudem vorgesehen, dass das erste Schaltelement A mit einem Innenlamellenträger 9 mit der Hohlwelle HW als Krafteinleitungsstelle drehfest verbunden ist. Zudem ist das zweite Schaltelement B mit einem Innenlamellenträger 10 über einen Planetenradträger PT des zugeordneten Planetenradsatzes RS und einem zugeordneten weiteren vierten Radiallager 5, bevorzugt ein Gleitlager, auf der Hohlwelle HW als weitere Krafteinleitungsstellen abgestützt. Darüber hinaus ist zur Radialkraftabstützung ein Sonnenrad SR des Planetenradsatzes RS mit der Hohlwelle HW drehfest als weitere Krafteinleitungsstelle verbunden.
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Bei der vorgeschlagenen Lageranordnung werden die normalerweise drei erforderlichen Lagern auf nur zwei Radiallager 1, 2 reduziert, in dem eines von normalerweise zwei Lagern zwischen Hohlwelle HW und zentraler Antriebswelle AN entfällt sowie ein Lager zwischen der zentralen Antriebswelle AN und der Leitradwelle LW ersetzt wird durch ein Lager zwischen Hohlwelle HW und der Leitradwelle LW, über welches sich die Hohlwelle HW direkt an der feststehenden Leitradwelle LW im Gehäuse abstürzt anstelle über den Umweg über die drehende Antriebswelle AN, wobei nur noch eine radiale Schmierbohrung in der Antriebswelle AN zur Ölschmierungszuführung für das erste Lager 1 zwischen der Hohlwelle HW und der Leitradwelle LW und dem zweiten Lager 2 zwischen der Hohlwelle HW und der zentralen Antriebswelle AN benötigt wird, anstelle der sonst erforderlichen drei separaten radialen Schmierölbohrungen.
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In den 2 und 3 sind verschiedene mögliche Ausführungen des ersten Radiallagers 1 vergrößert dargestellt. Unabhängig von den Ausführungen kann das erste Radiallager 1 sowohl als Wälzlager oder auch als Gleitlager ausgeführt werden, wobei in den 2 und 3 eine Wälzlagerdarstellung gewählt ist. Der Lagerinnenring 4 des ersten Radiallagers 1 zwischen der Hohlwelle HW und der feststehenden Leitradwelle LW kann als separates Bauteil ausgeführt sein und in die feststehende Leitradwelle LW integriert und somit mit dieser befestigt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, dass der Lagerinnenring 4 aus einem anderen Material als die Leitradwelle LW gefertigt ist, so dass als Material für den Lagerinnenring 4 ein Material mit ausreichender Härte-und Oberflächengüte ausgewählt werden kann, wie dies beispielsweise in 2 dargestellt ist. 3 zeigt eine Ausführung, bei der der Lagerinnenring 4 aus dem gleichen Rohmaterial gefertigt ist, wie die Leitradwelle LW. Beispielsweise kann der Lagerinnenring 4 mit einer gehärteten Präzisionshülse die geforderte Härte-und Oberflächengüte realisieren.
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Um insbesondere bei längeren Antriebswellen AN des Getriebes eine unerwünscht hohe Auslenkung der Antriebswelle AN zu verhindern, ist vorgesehen, dass ein zusätzliches drittes Stützlager 3 radial zwischen der Leitradwelle LW oder der Nabe und der Antriebswelle AN vorgesehen ist, wie dies beispielsweise aus 4 ersichtlich ist. Hochdrehzahluntersuchungen beispielsweise in der sechsten Gangstufe des Getriebes haben gezeigt, dass die Antriebswelle AN im Bereich des Stützlagers 3 entsprechend abgestützt werden muss, um unerwünschte Auslenkungen zu vermeiden, die bei hohen Drehzahlen auftreten.
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Das als Gleitlager ausgeführte Stützlager 3 weist ein entsprechendes Radialspiel von beispielsweise 73 bis 118 µm auf, um dadurch Mischreibung beim Andrehen an der Antriebswelle AN möglichst zu vermeiden. Untersuchungen haben gezeigt, dass erst ab der sechsten Gangstufe bei Umdrehungen >6000 Umdrehungen/min eine Abstützung der Antriebswelle AN erforderlich wird, um Auslenkungen zu vermeiden. Aufgrund der hohen Drehzahlen ergeben sich durch die Verwendung einer Gleitlagerbuchse als Stützlager 3 erhebliche Vorteile gegenüber Wälzlagern bzw. Nadellagern.
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In 5 ist eine weitere schematische Ansicht der vorgeschlagenen Lageanordnung in dem Gehäuse 11 des Getriebes gezeigt, wobei aus dieser Ansicht deutlich wird, dass die Antriebswelle AN drehmomentwandlerseitig über ein fünftes Lager 6, bevorzugt ein Gleitlager, radial in der Leitradwelle LW gelagert ist. Abtriebsseitig ist die Antriebswelle AN über ein sechstes Lager 7, bevorzugt ein Gleitlager, radial in oder auf der Abtriebswelle AB gelagert. Die Abtriebswelle AB ist über zwei gehäuseseitige Lager 8, bevorzugt Wälzlager, in dem Gehäuse 11 gelagert.
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In axialer Richtung betrachtet ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung folgende Reihenfolge der Lagerstellen in dem ausschnittsweise dargestellten Getriebe. Von der Antriebseite ausgehend sind das drehmomentwandlerseitige fünfte Radiallager 6 der Antriebswelle AN, die erste Radialkraft-Einleitungsstelle von dem ersten Schaltelement A, das erste antriebsseitige Radiallager 1 der Hohlwelle HW mit dem zum Beispiel radial innen angeordneten dritten Stützlager 3 der Hohlwelle HW, das vierte Radiallager 5 zum Abstützen des zweiten Schaltelements B mit der zweiten Radialkraft-Einleitungsstelle, das zweite abtriebsseitige Radiallager 2 der Hohlwelle HW und die gehäuseseitigen Lager 8 der Abtriebswelle AB angeordnet. Die in den Figuren dargestellte axiale Anordnungsposition der Lagerstellen kann je nach Einsatzbereich variieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes antriebsseitiges Radiallager der Hohlwelle
- 2
- zweites abtriebsseitiges Radiallager der Hohlwelle
- 3
- drittes Stützlager der Hohlwelle
- 4
- Lagerinnenring des ersten Radiallagers
- 5
- viertes Radiallager
- 6
- drehmomentwandlerseitiges, fünftes Radiallager der Antriebswelle
- 7
- abtriebsseitiges, sechstes Radiallager der Antriebswelle
- 8
- zwei gehäuseseitige Lager der Abtriebswelle
- 9
- Innenlamellenträger des ersten Schaltelements
- 10
- Innenlamellenträger des zweiten Schaltelements
- 11
- Gehäuse
- A
- erstes Schaltelement
- B
- zweites Schaltelement
- LW
- Leitradwelle
- AN
- Antriebswelle
- AB
- Abtriebswelle
- HW
- Hohlwelle
- RS
- Planetenradsatz
- PT
- Planetenradträger
- SR
- Sonnenrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006031788 A1 [0002]
