DE102020107630A1

DE102020107630A1 - Zahnrad-lager-baueinheit und getriebeanordnung mit einer solchen zahnrad-lager-baueinheit

Info

Publication number: DE102020107630A1
Application number: DE102020107630.4A
Authority: DE
Inventors: Christoph Chatenay; Torsten Tietgen
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2021-09-23
Also published as: DE112021001747A5; WO2021185901A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnrad-Lager-Baueinheit für eine Getriebeanordnung, umfassend: ein Modulgehäuse (3, 3') mit Verbindungsmitteln (8), eine Welle (25, 25'), die mittels eines ersten Wälzlagers (17) und eines zweiten Wälzlagers (21, 21') in dem Modulgehäuse (3, 3') um eine Längsachse (A, A') drehbar gelagert und gegenüber diesem unter axialer Vorspannung der zwei Wälzlager (17, 21, 21') axial abgestützt ist, ein Zahnrad (27, 27'), das mit der Welle (25, 25') verbunden ist und mit einem Getrieberad (32) der Getriebeanordnung (1) antriebsmäßig verbindbar ist, wobei das Modulgehäuse (3, 3') einen Gehäusematerial-Ausdehnungskoeffizienten und die Welle (25, 25') einen Wellenmaterial-Ausdehnungskoeffizienten aufweist, die von einem arithmetischen Mittelwert der beiden Ausdehnungskoeffizienten jeweils um weniger als 7,5% abweichen. Die Erfindung betrifft ferner eine Getriebeanordnung mit einer solchen Zahnrad-Lager-Baueinheit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnrad-Lager-Baueinheit für eine Getriebeanordnung. Getriebeanordnungen werden in Antriebssträngen als Drehzahl-Drehmoment-Wandler eingesetzt und weisen Wellen auf, die über mechanische Verbindungsmittel miteinander antriebsverbunden sind. Die Wellen sind mit mittels Lagern, insbesondere Wälzlagern, in einem Getriebegehäuse drehbar gelagert. Zur korrekten Positionierung der Wellen beziehungsweise der mechanischen Verbindungsmittel zueinander, können die Wellen mit zumindest zwei Lagern gelagert sein, die gegeneinander vorgespannt sein können.
Aus der DE 29 37 470 A1 ist ein Zahnradlager für ein Automatikgetriebe bekannt. Eine Welle, die ein Ritzel aufweist, ist mittels zweier in X-Anordnung angeordneten Wälzlager in einem Gehäuse gelagert. Das Gehäuse weist ein erstes Element und ein zweites Element auf, die mittels Schrauben miteinander verbunden sind. Durch Anziehen der Schrauben kann die auf die beiden Wälzlager einwirkende Vorspannkraft eingestellt werden.
Aus der DE 103 12 348 A1 ist ein Differentialgetriebe bekannt. Eine Welle, die ein Ritzel aufweist, ist mittels zweier in O-Anordnung angeordneten Wälzlager in einem ersten Gehäuseelement drehbar gelagert. Das Gehäuseelement ist mit einem zweiten Gehäuseelement des Differentialgetriebes fest verbunden. Über eine Wellenmutter kann die auf die beiden Wälzlager einwirkende Vorspannkraft eingestellt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnrad-Lager-Baueinheit und eine Getriebeanordnung mit einer solchen Zahnrad-Lager-Baueinheit vorzuschlagen, die einen erhöhten Wirkungsgrad bei gleichzeitiger im Wesentlichen gleichbleibender Lagerlebensdauer ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zahnrad-Lager-Baueinheit für eine Getriebeanordnung, umfassend ein Modulgehäuse mit Verbindungsmitteln zum Verbinden des Modulgehäuses mit einem Getriebegehäuse, eine Welle, die mittels eines ersten Wälzlager und eines zweiten Wälzlagers in dem Modulgehäuse um eine Längsachse drehbar gelagert und gegen das Modulgehäuse unter axialer Vorspannung der zwei Wälzlager axial abgestützt ist, ein Zahnrad, das mit der Welle verbunden ist und mit einem weiteren Zahnrad der Getriebeanordnung antriebsmäßig verbindbar ist, wobei das Modulgehäuse einen Gehäusematerial-Ausdehnungskoeffizienten und die Welle einen Wellenmaterial-Ausdehnungskoeffizienten aufweist, die von einem arithmetischen Mittelwert der beiden Ausdehnungskoeffizienten jeweils um weniger als 7,5%, insbesondere um weniger als 5%, abweichen.
Die Wärmeausdehnungskoeffizienten beziehen sich dabei insbesondere auf eine Raumtemperatur von 20° C.
Unter Baueinheit wird vorliegend insbesondere eine vormontierbare, funktionsfähige Einheit mit unverlierbaren Teilen verstanden. Die Zahnrad-Lager-Baueinheit kann auch als Zahnrad-Lager-Modul bezeichnet werden. Die Zahnrad-Lager-Baueinheit lässt sich als vormontierte Baueinheit gut handhaben und kann mittels einer definierten Schnittstelle einfach mit der Getriebeanordnung verbunden werden. Hierfür kann das Zahnrad mit einem weiteren Zahnrad der Getriebeanordnung antriebsmäßig verbunden werden, das auch als Getrieberad bezeichnet werden kann. Anschließend können die Zahnrad-Lager-Baueinheit und ein Gehäuse der Getriebeanordnung über die Verbindungsmittel des Modulgehäuses miteinander verbunden werden. Die Verbindung zwischen dem Modulgehäuse und dem Gehäuse der Getriebeanordnung kann dabei über übliche formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindungen, wie beispielsweise Schraubverbindung, und/oder stoffschlüssige Verbindungen, wie beispielsweise Schweißverbindung, erfolgen.
Getriebeanordnungen werden über einen großen Temperaturbereich betrieben. So sind bei einem Kaltstart Temperaturen von bis zu minus 40° C denkbar, während sich bei Dauerbetrieb beispielsweise Temperaturen von bis zu 120 °C einstellen können. Die Montage einer Getriebeanordnung erfolgt in der Regel bei Raumtemperaturen von ca. 20 °C. Durch die geringe Abweichung der Ausdehnungskoeffizienten des Gehäusematerials und des Wellenmaterials der Zahnrad-Lager-Baueinheit um weniger als 7,5 % ist bei einer Änderung der Betriebstemperatur der Unterschied der Längenänderung von Modulgehäuse und Welle ebenfalls gering, sodass die auf die Wälzlager einwirkende Vorspannkraft durch die Änderung der Betriebstemperatur sich ebenfalls nur geringfügig ändert. Bei der Auslegung der während der Montage einzustellenden Vorspannkraft zur Erzielung einer optimalen Lagerlebensdauer können somit kleinere Schwankungsbreiten der Vorspannkraft über den Lebenszyklus der Getriebeanordnung berücksichtigt werden. Somit kann während der Montage eine vergleichsweise geringe Vorspannkraft der Wälzlager vorgesehen werden. Hierdurch werden die Reibungsverluste in den Wälzlagern bei Betrieb der Getriebeanordnung reduziert und somit der Wirkungsgrad der Getriebeanordnung erhöht.
Insbesondere können der Gehäusematerial-Ausdehnungskoeffizienten und der Wellenmaterial-Ausdehnungskoeffizienten in einem Temperaturbereich zwischen 20°C und 100°C von einem arithmetischen Mittelwert der beiden Ausdehnungskoeffizienten jeweils um weniger als 7,5%, insbesondere um weniger als 5%, abweichen. Insbesondere können der Gehäusematerial-Ausdehnungskoeffizienten und der Wellenmaterial-Ausdehnungskoeffizienten in einem Temperaturbereich zwischen -40°C und +20°C von einem arithmetischen Mittelwert der beiden Ausdehnungskoeffizienten jeweils um weniger als 7,5%, insbesondere um weniger als 5%, abweichen. Darüber hinaus können der Gehäusematerial-Ausdehnungskoeffizienten und der Wellenmaterial-Ausdehnungskoeffizienten in einem Temperaturbereich zwischen -40°C und 100°C von einem arithmetischen Mittelwert der beiden Ausdehnungskoeffizienten jeweils um weniger als 7,5%, insbesondere um weniger als 5%, abweichen.
Ferner können in einer möglichen Ausführungsform der Gehäusematerial-Ausdehnungskoeffizienten (αG) und der Wellenmaterial-Ausdehnungskoeffizienten (αW) jeweils einen Wert zwischen 10 und 15, jeweils in 10^-6 K^-1, insbesondere zwischen 10 · 10^-6 K^-1 und 13 · 10^-6 K^-1, aufweisen.
Die Welle und das Modulgehäuse können jeweils aus einem Eisenwerkstoff hergestellt sein. Insbesondere können die Welle und das Modulgehäuse aus dem gleichen Eisenwerkstoff hergestellt sein.
Die Zahnrad-Lager-Baueinheit kann ein Stützelement und ein Spannelement umfassen, die beide mit dem Modulgehäuse oder der Welle verbunden sind, wobei das erste Wälzlager und das zweite Wälzlager axial zwischen dem Stützelement und dem Spannelement angeordnet sind und von dem Spannelement axial gegeneinander vorgespannt sind. Das Spannelement ist insbesondere drehfest und axial fest mit dem Stützelement verbunden, was eine mittelbare Verbindung über das Modulgehäuse oder die Welle mit umfassen soll. Die feste Verbindung zwischen dem Spannelement und dem Stützelement kann als stoffschlüssige Verbindung, insbesondere mittels Laserstrahlschweißen, und/oder durch kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Schrumpfscheiben, und/oder durch formschlüssiges Verbinden, insbesondere durch Stifte, ausgestaltet sein.
Zwischen dem Spannelement und dem einen von dem Modulgehäuse und der Welle, mit dem das Spannelement im fertigmontierten Zustand fest verbunden ist, kann eine Zylinderflächenpaarung gebildet sein. Die Zylinderflächenpaarung kann bei der Montage der Zahnrad-Lager-Baueinheit eine Führungsfunktion haben.
Ein Innenring des ersten Wälzlagers und ein Innenring des zweiten Wälzlagers können auf der Welle sitzen, ein Außenring des ersten Wälzlagers kann in dem Modulgehäuse sitzen, und ein Außenring des zweiten Wälzlagers kann in dem Modulgehäuse oder dem Spannelement sitzen.
Das Zahnrad kann beispielsweise eine Gerad-, Schräg- oder Evolventen- oder Hypoidverzahnung aufweisen, ohne hierauf eingeschränkt zu sein. Die Art des Zahnrads kann beliebig gewählt werden und beispielsweise als Stirnrad-, Kegelrad- oder Kronenrad ausgestaltet sein. Das Zahnrad kann ein primär antreibendes Rad beziehungsweise ein Ritzel sein.
Das Modulgehäuse kann in einer möglichen Ausführungsform als topfförmiges oder zylindrisches Gehäuseelement ausgestaltet sein. Insbesondere kann sich die Welle durch eine Öffnung im Bodenabschnitt des topfförmigen Modulgehäuses und/oder durch eine dem Bodenabschnitt axial gegenüberliegende Öffnung erstrecken.
Das Zahnrad kann axial zwischen dem ersten Wälzlager und dem zweiten Wälzlager angeordnet sein. Hierbei kann das Modulgehäuse eine Öffnung aufweisen, wobei das Zahnrad durch die Öffnung hindurch mit dem Getrieberad antriebsmäßig verbindbar ist. Alternativ kann das Zahnrad außerhalb des Bereichs zwischen dem ersten Wälzlager und dem zweiten Wälzlager angeordnet sein, wobei es auch hier denkbar ist, dass das Modulgehäuse eine Öffnung aufweist und das Zahnrad durch die Öffnung hindurch mit dem Getrieberad antriebsmäßig verbindbar ist.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann das Modulgehäuse hülsenförmig ausgestaltet sein. Das Zahnrad kann dabei außerhalb des Bereichs zwischen dem ersten Wälzlager und dem zweiten Wälzlager angeordnet sein. Alternativ kann das Zahnrad axial zwischen dem ersten Wälzlager und dem zweiten Wälzlager angeordnet sein. In den beiden zuvor genannten Fällen kann das Modulgehäuse eine Öffnung aufweisen, wobei das Zahnrad durch die Öffnung hindurch mit dem Getrieberad antriebsmäßig verbindbar ist.
Das erste Wälzlager und das zweite Wälzlager können in X-Anordnung zueinander angeordnet sein, wobei der Außenring des zweiten Wälzlagers in Richtung des Kraftflusses der axialen Verspannung zwischen dem Spannelement und Wälzkörpern des zweiten Wälzlagers angeordnet ist. Das Spannelement kann bei X-Anordnung der beiden Wälzlager eine nach radial innen gerichtete Fügefläche mit einem Innendurchmesser aufweisen, die komplementär zu einer Fügefläche eines Aufnahmeabsatzes der Welle ausgestaltet ist.
Alternativ ist es auch möglich, dass das erste Wälzlager und das zweite Wälzlager in O-Anordnung zueinander angeordnet sind, wobei der Innenring des zweiten Wälzlagers in Richtung des Kraftflusses der axialen Verspannung zwischen dem Spannelement und Wälzkörpern des zweiten Wälzlagers angeordnet ist. Das Spannelement kann bei O-Anordnung der beiden Wälzlager eine nach radial außen gerichtete Fügefläche mit einem Außendurchmesser aufweisen, die komplementär zu einer Fügefläche eines Schweißabschnitts des Modulgehäuses ausgestaltet ist.
Die Aufgabe wird ferner durch eine Getriebeanordnung für ein Antriebsstrang gelöst, umfassend: eine Zahnrad-Lager-Baueinheit in einer zuvor genannten Ausführungsform, ein Getriebegehäuse, mit dem das Modulgehäuse der Zahnrad-Lager-Baueinheit fest verbunden ist, und ein in dem Getriebegehäuse gelagertes Getrieberad, das mit dem Zahnrad der Zahnrad-Lager-Baueinheit antriebsverbunden ist.
Es versteht sich, dass alle im Zusammenhang mit der Zahnrad-Lager-Baueinheit genannten Merkmale auf die Getriebeanordnung übertragbar sind. Die Vorteile der Zahnrad-Lager-Baueinheit gelten dementsprechend für die genannte Getriebeanordnung analog, sodass an dieser Stelle abkürzend auf die voranstehenden Äußerungen verwiesen wird. Ein darüber hinausgehende Vorteil ergibt sich für die Getriebeanordnung dadurch, dass durch die Montage der Zahnrad-Lager-Baueinheit an dem Getriebegehäuse keine Auswirkung auf die Lagervorspannung des ersten Wälzlagers des zweiten Wälzlagers hat.
Die Aufgabe wird darüber hinaus durch ein Verfahren zur Montage einer Zahnrad-Lager-Baueinheit, insbesondere einer Zahnrad-Lager-Baueinheit nach einer der zuvor genannten Ausführungsformen, gelöst, umfassend die Schritte: Aufnehmen einer Welle in einem Modulgehäuse mittels eines ersten Wälzlagers und eines zweiten Wälzlagers, wobei die Welle über das erste Wälzlager in eine erste Richtung der Welle gegen das Modulgehäuse axial abgestützt wird; Positionieren eines Spannelements auf dem zweiten Lager, wobei das Spannelement relativ zur Welle und zum Modulgehäuse axialkraftfrei bewegt wird, bis das Spannelement gegen das zweite Wälzlager axial abgestützt ist, Aufbringen einer Axialkraft auf das Spannelement, sodass das erste und das zweite Wälzlager axial vorgespannt werden, und Fügen des Spannelements mit einem von dem Modulgehäuse und der Welle unter Aufbringen der Axialkraft.
Als axialkraftfreie Bewegung des Spannelementes bis zum Kontakt mit dem zweiten Wälzlager soll insbesondere eine Bewegung verstanden werden, die im Wesentlichen ohne Aufbringung von Axialkraft erfolgt. Dies soll eine für die Aufsetzbewegung gegebenenfalls nötige geringe Axialkraft mit umfassen, die beispielsweise kleiner als 1 %, insbesondere kleiner als 0,5 %, der auf das Spannelement zum Verspannen des ersten und des zweiten Wälzlagers aufzubringenden Axialkraft sein kann.
Durch das Fügen des Spannelements mit dem Gehäuse beziehungsweise der Welle unter Aufbringung der Axialkraft können Setzerscheinungen, die insbesondere beim Einstellen der axialen Vorspannkraft mittels Verschraubungen auftreten, reduziert beziehungsweise eliminiert werden. Darüber hinaus wirkt die aufgebrachte Axialkraft weitgehend unmittelbar auf die Wälzlager ein, ohne dabei relevante Reibwiderstände überwinden zu müssen. Bei der Auslegung der während der Montage einzustellenden Vorspannkraft zur Erzielung einer optimalen Lagelebensdauer können somit kleinere Schwankungsbreiten der Vorspannkraft bei der Montage berücksichtigt werden. Somit kann während der Montage eine geringere Vorspannkraft der Wälzlager vorgesehen werden. Hierdurch werden die Reibungsverluste in den Wälzlagern bei Betrieb der Getriebeanordnung reduziert und somit der Wirkungsgrad der Getriebeanordnung erhöht.
In einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens kann ein Sollwert der auf das erste Wälzlager und das zweite Wälzlager wirkenden Vorspannkraft vor dem Aufbringen der Axialkraft ermittelt werden. Der Sollwert kann beispielsweise auf maximal 4,0 kN, insbesondere maximal 3,0 kN, festgelegt werden. Nachfolgend kann die Axialkraft bis zu dem ermittelten Sollwert aufgebracht werden.
Das Fügen kann durch stoffschlüssiges Verbinden, insbesondere mittels Laserstrahlschweißen, oder/durch kraftschlüssiges Verbinden, insbesondere durch Schrumpfscheiben, und/oder durch formschlüssiges Verbinden, insbesondere durch Stifte, erfolgen.
Vor dem Aufbringen einer Axialkraft auf das Spannelement kann die Welle um die Längsachse rotiert werden, bis ein gemessenes Schleppmoment der Welle einen konstanten Wert annimmt. Somit wird sichergestellt, dass sich die Wälzlager gesetzt haben und spielfrei zueinander angeordnet sind, bevor die Axialkraft aufgebracht wird.
Die Axialkraft kann beispielsweise mittels eines Federpaketes auf das Spannelement aufgebracht werden, wobei andere Möglichkeiten wie eine hydraulische oder pneumatische Axialkrafterzeugung auch denkbar sind. Das Federpaket kann dabei eine relativ geringe Federsteifigkeit aufweisen, sodass der notwendige Federweg zum Einstellen der angestrebten Axialkraft gegenüber der Summe der maximal zu berücksichtigen Toleranzen in axialer Richtung ein Vielfaches beträgt, insbesondere das Fünffache, das Zehnfache oder das Hundertfache. Hierdurch wird es zu dem ermöglicht, die auf das Spannelement einwirkende Axialkraft sehr genau einzustellen. Alternativ oder zusätzlich zu der Erfassung des Federweges kann die Axialkraft beispielsweise mittels einer Kraftmessdose direkt erfasst werden.
Nachfolgend werden anhand der Zeichnungsfiguren bevorzugte Ausführungsbeispiele erläutert. Hierin zeigt

1 eine erfindungsgemäße Zahnrad-Lager-Baueinheit in einer ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht;
2 die Zahnrad-Lager-Baueinheit aus 1 in einer Schnittdarstellung entlang der Längsachse der Welle;
3 die Zahnrad-Lager-Baueinheit aus 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung;
4 eine erfindungsgemäße Zahnrad-Lager-Baueinheit in einer zweiten Ausführungsform im Halblängsschnitt,
5 eine Schnittdarstellung einer Getriebeanordnung mit einer erfindungsgemäßen Zahnrad-Lager-Baueinheit in einer dritten Ausführungsform, und
6 eine Schnittdarstellung einer Montagevorrichtung, insbesondere für eine erfindungsgemäße Zahnrad-Lager-Baueinheit, und
7 ein Flussdiagramm eines Montageverfahrens für eine Zahnrad-Lager-Baueinheit.

In den 1 bis 3, die nachfolgend gemeinsam beschrieben werden, ist eine erfindungsgemäße Zahnrad-Lager-Baueinheit 2 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Die Zahnrad-Lager-Baueinheit 2 umfasst eine Welle 25 mit einem Antriebsabschnitt 26, über den die Welle 25 mit einer Antriebseinheit antriebsmäßig verbindbar ist. Der Antriebsabschnitt 26 kann beispielsweise als Steckverzahnung ausgeführt sein. Die Welle 25 umfasst zudem ein Zahnrad 27 mit einer Kegelverzahnung, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Zahnrad 27 ist in die Welle 25 integriert und axial zwischen einem ersten Lager 17 und einem zweiten Lager 21, die gemeinsam die Welle 25 um eine Längsachse A drehbar lagern, angeordnet. Alternativ ist es auch denkbar, dass das Zahnrad schaltbar auf der Welle gelagert ist. Das Zahnrad 27 kann als Ritzel gestaltet sein, wobei die Einheit in diesem Fall auch als Ritzel-Lager-Baueinheit bezeichnet werden kann.
Das erste Lager 17 ist als Kegelrollenlager und das zweite Lager 21 ist als Schrägkugellager ausgestaltet. Das erste Lager 17 sitzt mit dem Lagerinnenring 18 auf der Welle 25 und mit dem Lageraußenring 19 in einem Lagersitz 9 eines Modulgehäuses 3. Der Lagersitz 9 wird dabei durch ein Stützelement 16 axial begrenzt. Der Lageraußenring 19 ist in axialer Anlage mit dem Stützelement 16. Das Stützelement 16 ist im vorliegenden Fall in das Modulgehäuse 3 integriert. Es ist allerdings auch möglich, dass das Stützelement 16 ein separates Bauteil ist, das mit dem Modulgehäuse 3 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
Das zweite Lager 21 sitzt mit dem Lagerinnenring 22 auf der Welle 25 und mit dem Lageraußenring 23 in einem Lagersitz 10 des Modulgehäuses 3. Der Lagersitz 10 wird dabei axial von einer Schulter des Spannelementes 11 begrenzt.
Das erste Lager 17 und das zweite Lager 21 sind in X-Anordnung zueinander angeordnet. Das Spannelement 11 ist unter axialer Vorspannung zu dem ersten Lager 17 und dem zweiten Lager 21 angeordnet, wobei das Spannelement 11, insbesondere die Schulter des Spannelements 11, in axialer Anlage zu dem Lageraußenring 23 des zweiten Lagers 21 angeordnet ist. Es ergibt sich somit ein geschlossener Vorspannkraftverlauf.
Die Vorspannkraft wird von dem Spannelement 11 auf den Lageraußenring 23 des zweiten Lagers 21, auf die Wälzkörper 24, auf den Lagerinnenring 22, auf die Welle 25 übertragen. Von der Welle 25 wird die axiale Vorspannung auf den Lagerinnenring 18 des ersten Lagers 17 übertragen, von dort auf die Wälzkörper 20 und auf den Lageraußenring 19. Der Lageraußenring 19 stützt sich in axialer Richtung an dem Stützelement 16 des Modulgehäuses 3 ab, sodass die Vorspannkraft auf das Modulgehäuse 3 übertragen wird. Um den Vorspannkraftverlauf zu schließen, sind das Spannelement 11 und das Modulgehäuse 3 unter Vorspannung miteinander gefügt.
Das Spannelement 11 weist hierzu einen Positionsabsatz 12 auf, der in einer Aufnahmeaussparung 5 des Modulgehäuses 3 sitzt. Das Spannelement 11 weist an einer äußeren Umfangsfläche des Positionsabsatz 12 eine Fügefläche 13 auf, die einer Fügefläche 7 gegenüberliegt, die das Modulgehäuse 3 an einem Verbindungsabschnitt 6 aufweist. Die Fügefläche 13 des Spannelementes 11 und die Fügefläche 7 des Modulgehäuses 3 sind komplementär zueinander ausgeführt, sodass in einem vormontierten Zustand vor dem Verbinden des Spannelements 11 mit dem Modulgehäuse 3 das Spannelement 11 und das Modulgehäuse 3 in axialer Richtung entlang der Längsachse A relativ zueinander verschiebbar angeordnet sind. Hierbei können das Spannelement 11 und das Modulgehäuse 3 im Wesentlichen axialkraftfrei zueinander bewegt werden.
Die Fügefläche 13 des Spannelementes 11 und die Fügefläche 7 des Modulgehäuses 3 sind vorliegend jeweils kreiszylindrisch ausgestaltet. Alternativ ist jedoch auch möglich, dass die Fügefläche 13 des Spannelements 11 und die Fügefläche 7 des Modulgehäuses 3 eine allgemeine Zylinderform aufweisen, wobei die Grundfläche beispielsweise ein Polygon sein könnte.
Die Fügefläche 13 des Spannelementes 11 und die Fügefläche 7 des Modulgehäuses 3 bilden einen umlaufenden Fügebereich in dem eine Fügenaht 43 ausgebildet ist. Die Fügenaht 43 ist im vorliegenden Fall als Schweißnaht ausgebildet, die mittels Laserschweißen hergestellt wurde. Alternativ dazu kann die Fügenaht als jede weitere stoffschlüssige Verbindung ausgestaltet sein. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass das Modulgehäuses 3 und das Spannelement 11 durch eine kraftschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind, sodass ein Kraftschluss in dem Fügebereich wirkt. Das Spannelement 11 weist radial innenliegend eine Öffnung auf, durch die sich die Welle 25 hindurch erstreckt. Zwischen dem Spannelement 11 und der Welle 25 ist ein Dichtelement 15 in Form eines Radialwellendichtrings angeordnet.
Das Modulgehäuse 3 ist topfförmig ausgestaltet und weist eine Öffnung 4 auf, durch die das Zahnrad 27 hindurch mit einem weiteren Getrieberad antriebsmäßig verbindbar ist. Das Zahnrad 27 ist dabei in axialer Richtung zwischen dem ersten Lager 17 und dem zweiten Lager 21 angeordnet. Wie insbesondere in 2 zu erkennen ist, ist das topfförmige Modulgehäuses 3 in einem an das erste Lager 17 angrenzenden Bodenbereich offen gestaltet. Alternativ ist es allerdings auch möglich, dass der Bodenbereich des Modulgehäuses 3 geschlossen ausgestaltet ist, beispielsweise durch ein Deckelelement.
Das Modulgehäuse 3 weist einen nach radial außen stehenden Verbindungsabschnitt 8 auf, der über Verbindungsmittel, im vorliegenden Fall nicht dargestellte Schrauben, mit einem Getriebegehäuse einer Getriebeanordnung verbindbar ist. Die Zahnrad-Lager-Baueinheit 2 kann somit als eine Baueinheit vormontiert und nachfolgend an einer Getriebeanordnung befestigt werden.
Das Modulgehäuse 3 weist einen Gehäusematerial-Wärmeausdehnungskoeffizienten und die Welle einen Wellenmaterial-Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, die bei Raumtemperatur von einem arithmetischen Mittelwert der beiden Ausdehnungskoeffizienten jeweils um weniger als 7,5%, insbesondere um weniger als 5%, abweichen. Insbesondere weichen die beiden Ausdehnungskoeffizienten bei wenigstens einer Temperatur in einem Temperaturbereich zwischen 20°C und +100°C von einem arithmetischen Mittelwert der beiden Ausdehnungskoeffizienten jeweils um weniger als 7,5%, insbesondere um weniger als 5%, ab. Die beiden Ausdehnungskoeffizienten können insbesondere bei wenigstens einer Temperatur in einem Temperaturbereich zwischen -40°C und +20°C, vorzugweise über den gesamten Temperaturbereich, von einem arithmetischen Mittelwert der beiden Ausdehnungskoeffizienten jeweils um weniger als 7,5%, insbesondere um weniger als 5%, abweichen. Die beiden Ausdehnungskoeffizienten können insbesondere in dem Temperaturbereich zwischen -40°C und +100°C von einem arithmetischen Mittelwert der beiden Ausdehnungskoeffizienten jeweils um weniger als 7,5%, insbesondere um weniger als 5%, abweichen. Das Modulgehäuse 3 und die Welle 25 sind vorliegend jeweils aus einem Stahlwerkstoff hergestellt, ohne darauf beschränkt zu sein.
Die Änderung der auf das erste Lager 17 und das zweite Lager 21 wirkenden Vorspannkraft bedingt durch Änderung der Betriebstemperatur kann somit gering gehalten werden. Die Nenn-Vorspannung kann daher klein gewählt werden, sodass die Verlustleistung in den Lagern in allen Betriebspunkten verringert wird.
Im vorliegenden Fall weist das Spannelement 11 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der bei Raumtemperatur von einem arithmetischen Mittelwert des Gehäusematerial-Wärmeausdehnungskoeffizienten und des Wellenmaterial-Wärmeausdehnungskoeffizienten um weniger als 7,5%, insbesondere um weniger als 5%, abweicht. Darüber hinaus weicht der Wärmeausdehnungskoeffizient des Spannelementes 11 insbesondere bei wenigstens einer Temperatur in einem Temperaturbereich zwischen -40°C und +20°C, vorzugsweise über den gesamten Temperaturbereich, von einem arithmetischen Mittelwert des Gehäusematerial-Wärmeausdehnungskoeffizienten und des Wellenmaterial-Wärmeausdehnungskoeffizienten um weniger als 7,5%, insbesondere um weniger als 5%, ab. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Spannelementes 11 kann insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen -40°C und +100°C von einem arithmetischen Mittelwert des Gehäusematerial-Wärmeausdehnungskoeffizienten und des Wellenmaterial-Wärmeausdehnungskoeffizienten um weniger als 7,5%, insbesondere um weniger als 5%, abweichen.
Da die axiale Erstreckung des Spannelementes 11 entlang des Vorspannkraftverlaufes klein gegenüber der axialen Erstreckung des Modulgehäuses 3 beziehungsweise der Welle 25 ist, ist auch die temperaturbedingte Änderung der wirkenden Vorspannkraft aufgrund des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Spannelementes 11 gering. Es ist somit grundsätzlich denkbar, dass der Wärmeausdehnungskoeffizienten beziehungsweise das Material des Spannelementes 11 frei gewählt wird.
In 4 ist eine erfindungsgemäße Zahnrad-Lager-Baueinheit 2' in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Diese entspricht weitgehend der obigen Ausführungsform gemäß den 1 bis 3, auf deren Beschreibung hinsichtlich der Gemeinsamkeiten insofern verwiesen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten der Zahnrad-Lager-Baueinheit mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den 1 bis 3. Die Zahnrad-Lager-Baueinheit 2' gemäß 4 unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 dargestellten Zahnrad-Lager-Baueinheit 2 im Wesentlichen in der O-Anordnung des ersten Lagers 17' und des zweiten Lagers 21' sowie der hülsenförmigen Ausgestaltung des Modulgehäuses 3'.
Die Zahnrad-Lager-Baueinheit 2' umfasst eine Welle 25' mit einem Antriebsabschnitt 26', über den die Welle 25' mit einer Antriebseinheit antriebsmäßig verbindbar ist. Die Welle 25' umfasst zudem ein Zahnrad 27' mit einer Kegelverzahnung, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Zahnrad 27' ist in die Welle 25' integriert und außerhalb eines Bereichs axial zwischen dem ersten Lager 17' und dem zweiten Lager 21', die die Welle 25' gemeinsam um die Längsachse A' lagern, angeordnet.
Das erste Lager 17' und das zweite Lager 21' sind jeweils als Kegelrollenlager ausgestaltet. Das erste Lager 17' sitzt mit dem Lagerinnenring 18 auf der Welle 25' und mit dem Lageraußenring 19 in einem Lagersitz 9' eines Modulgehäuses 3'. Der Lagersitz 9' wird dabei in Richtung des zweiten Lagers 21' durch eine Schulter des Modulgehäuses 3' axial begrenzt, sodass der Lageraußenring 19 in axialer Anlage mit dem Modulgehäuse 3' ist. Der Lagerinnenring 18 stützt sich in axialer Richtung an einem Stützelement 16' ab, dass im vorliegenden Fall in die Welle 25' integriert ist. Es ist allerdings auch möglich, dass das Stützelement 16' ein separates Bauteil ist, das mit der Welle 25' kraft-, form- oder stoffschlüssig verbunden ist.
Das zweite Lager 21' ist als Kegelrollenlager ausgestaltet und sitzt mit dem Lagerinnenring 22' auf der Welle 25' und mit dem Lageraußenring 23' in einem Lagersitz 10' des Modulgehäuses 3'. Der Lagersitz 1 0' wird dabei axial von einer Schulter des Modulgehäuses 3' begrenzt, sodass der Lageraußenring 23' in axialer Anlage mit dem Modulgehäuse 3' angeordnet ist.
Das erste Lager 17' und das zweite Lager 21' sind dabei in O-Anordnung zueinander angeordnet. Ein zylindrisches beziehungsweise hülsenförmige Spannelement 1 1' sitzt auf einem Aufnahmeabschnitt 34 der Welle 25' und ist unter axialer Vorspannung zu dem ersten Lager 17' und dem zweiten Lager 21' angeordnet. Es ergibt sich somit ein geschlossener Vorspannkraftverlauf. Die Vorspannkraft wird von dem Spannelement 11' auf den Lagerinnenring 22' des zweiten Lagers 21', auf die Wälzkörper 24', auf den Lageraußenring 23', auf das Modulgehäuses 3' übertragen. Von dem Modulgehäuses 3' wird die axiale Vorspannung auf den Lageraußenring 19 des ersten Lagers 17' übertragen, von dort auf die Wälzkörper 20 und auf den Lagerinnenring 18. Der Lagerinnenring 18 stützt sich in axialer Richtung an dem Stützelement 16' ab, sodass die Vorspannkraft auf die Welle 25' übertragen wird. Um den Vorspannkraftverlauf zu schlie-ßen, sind das Spannelement 11' und die Welle 25' unter Vorspannung miteinander gefügt.
Das Spannelement 11' weist eine radial innenliegende Fügefläche 13' auf, die einer radial außenliegenden Fügefläche 35 gegenüberliegt, die der Aufnahmeabsatz 34 der Welle 25' aufweist. Die Fügefläche 13' das Spannelementes 11' und die Fügefläche 35 der Welle 25' sind komplementär zueinander ausgeführt, sodass in einem vormontierten Zustand vor dem Verbinden des Spannelements 11' mit der Welle 25' das Spannelement 11' und die Welle 25' entlang der Längsachse A relativ zueinander verschiebbar angeordnet sind.
Die Fügefläche 13' des Spannelementes 11' und die Fügefläche 35 der Welle 25' bilden somit einen umlaufenden, axial ausgerichteten Fügebereich in dem nach dem Fügen der beiden Teile eine Fügenaht 44 ausgebildet ist. Die Fügenaht 44 ist im vorliegenden Fall als Schweißnaht ausgebildet, die mittels Laserschweißen hergestellt wurde. Alternativ dazu kann die Fügenaht als jede weitere stoffschlüssige Verbindung ausgestaltet sein, die eine Übertragung der notwendigen Axialkräfte ermöglicht. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass das Spannelement 11' und die Welle 25' durch eine kraftschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind, sodass ein Kraftschluss in dem Fügebereich wirkt.
Das Modulgehäuse 3', die Welle 25' und das Spannelement 11' weisen in der zweiten Ausführungsform die gleichen Materialien wie die in 1 beschriebene erste Ausführungsform auf. Bezüglich der Wärmeausdehnungskoeffizienten wird daher explizit auf die dortigen Ausführungen verwiesen.
In 5 wird eine Getriebeanordnung 1 mit einer erfindungsgemäßen Zahnrad-Lager-Baueinheit 2" in einer dritten Ausführungsform dargestellt. Die Zahnrad-Lager-Baueinheit 2" unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 dargestellten Zahnrad-Lager-Baueinheit 2 im Wesentlichen durch die Anordnung und Ausgestaltung des zweiten Lagers 21' und des Spannelements 11". Gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten der Zahnrad-Lager-Baueinheit sind mit einander entsprechenden Bezugszeichen versehen. Für die Gemeinsamkeiten wird daher an dieser Stelle auf die Ausführungen zu den 1 bis 3 verwiesen.
Das zweite Lager 21' ist als Kegelrollenlager ausgestaltet und sitzt mit dem Lagerinnenring 22' auf der Welle 25 und mit dem Lageraußenring 23' in einem Lagersitz 14 des Spannelement 11". Der Lageraußenring 23' ist in axialer Anlage mit einer Schulter des Spannelements 11' angeordnet. In der dritten Ausführungsform der Zahnrad-Lager-Baueinheit 2' sind das erste Lager 17 und das zweite Lager 21' unter Vorspannung in X-Anordnung zueinander angeordnet.
Die Vorspannkraft wird von dem Spannelement 11" auf den Lageraußenring 23' des zweiten Lagers 21', auf die Wälzkörper 24', auf den Lagerinnenring 22', auf die Welle 25 übertragen. Von der Welle 25 wird die axiale Vorspannung auf den Lagerinnenring 18 des ersten Lagers 17 übertragen, von dort auf die Wälzkörper 20 und auf den Lageraußenring 19. Der Lageraußenring 19 stützt sich in axialer Richtung an dem Stützelement 16 des Modulgehäuses 3 ab, sodass die Vorspannkraft auf das Modulgehäuse 3 übertragen wird. Um den Vorspannkraftverlauf zu schließen, sind das Spannelement 11 und das Modulgehäuse 3 unter Vorspannung miteinander gefügt.
Das Modulgehäuse 3, die Welle 25 und das Spannelement 11" weisen in der dritten Ausführungsform die gleichen Materialien wie die in 1 beschriebene erste Ausführungsform auf. Bezüglich der Wärmeausdehnungskoeffizienten wird daher explizit auf die dortigen Ausführungen verwiesen.
Die Getriebeanordnung 1 umfasst ein Differential 31, das eine auf die Welle 25 wirkende Eingangsleistung auf zwei Ausgangswellen verteilt und mit der Zahnrad-Lager-Baueinheit 2" antriebsverbunden ist. Hierfür ist das Zahnrad 27 mit einem Tellerrad 32 des Differentials 31 in Eingriff. Das Differential 31 umfasst neben dem Tellerrad 32 ein damit verbundenes Differentialgehäuse 33, das mit zwei Wälzlagern 29, 30 in einem Getriebegehäuse 28 der Getriebeanordnung 1 gelagert ist. Das Differential 31 umfasst zudem einen Differentialbolzen, Ausgleichsräder sowie Seitenwellenräder, die jeweils in 5 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.
Die Zahnrad-Lager-Baueinheit 2" ist durch nicht dargestellte Schrauben, die sich durch eine Öffnung des Verbindungsabschnitts 8 erstrecken, mit dem Getriebegehäuse 28 fest verbunden. Es versteht sich, dass aufgrund des modularen Aufbaus der Zahnrad-Lager-Baueinheit die dritte Ausführungsform der Zahnrad-Lager-Baueinheit 2" durch die erste Ausführungsform der Zahnrad-Lager-Baueinheit 2 beziehungsweise die zweite Ausführungsform der Zahnrad-Lager-Baueinheit 2' ausgetauscht werden kann.
In 6 ist eine Montagevorrichtung 36 für eine erfindungsgemäße Zahnrad-Lager-Baueinheit 2 dargestellt. Die Montagevorrichtung 36 umfasst eine Grundplatte 37 in der ein Axiallager 38 aufgenommen ist. Das Modulgehäuse 3 liegt mit dem Verbindungsabschnitt 8 auf dem Axiallager 38 auf und wird so axial abgestützt. Die Welle 25 sitzt in dem Modulgehäuse 3 und ist mittels eines ersten Wälzlagers 17 und eines zweiten Wälzlagers 21 drehbar gelagert und in einer ersten Richtung gegen das Modulgehäuse 3 axial abgestützt. Auf dem Außenring 23 des zweiten Wälzlagers 21 liegt das Spannelement 11 auf. Das Spannelement 11 wird von einer Druckplatte 39 axial beaufschlagt, sodass das erste und das zweite Wälzlager 17, 21 axial vorgespannt werden. Die auf die Druckplatte 39 wirkende Axialkraft wird über ein Federpaket 41 aufgebracht. Die Federsteifigkeit des Federpakets 41 ist relativ gering gehalten, sodass der notwendige Federweg zur Einstellung der gewünschten Verspannkraft ein Vielfaches der maximalen Toleranzensumme in axialer Richtung der Zahnrad-Lager-Baueinheit 2 ist. Das Federpaket 41 kann eine oder mehrere Federn umfassen. Die Federn des Federpaketes 41 sind dabei insbesondere als Schraubenfedern ausgebildet.
Zwischen dem Federpaket 41 und der Druckplatte 39 ist ein weiteres Axiallager 40 angeordnet. Die Zahnrad-Lager-Baueinheit 2 kann somit in der Montagevorrichtung 36 frei um ihre Längsachse A rotiert werden.
Die Montagevorrichtung 36 umfasst eine Laserschweißvorrichtung 42. Ein Laserstrahl 45 der Laserschweißvorrichtung 42, der in 6 als gestrichelte Linie angedeutet ist, ist auf einen zwischen der Fügefläche 7 des Gehäusemoduls 3 und der Fügefläche 13 des Spannelements 11 gebildeten Fügespalt gerichtet, sodass bei Rotation der Zahnrad-Lager-Baueinheit 2 in der Montagevorrichtung 36 eine umlaufende Fügenaht zwischen der Fügefläche 7 des Gehäusemoduls 3 und der Fügefläche 13 das Spannelement 11 erzeugt wird. Der Fügespalt kann beispielsweise kleiner als 0,2 Millimeter sein. Das Spannelement 11 und das Modulgehäuse 3 werden dabei unter Vorspannung gefügt, sodass nach dem Fügen die Axialkraft der Druckplatte 39 abgebaut werden kann und die beiden Wälzlager 17, 21 weiterhin mit der aufgebrachten Vorspannkraft vorgespannt bleiben. Dabei kommt es nur zu geringen beziehungsweise keinen Setzerscheinungen, sodass die auf die beiden Wälzlager 17, 21 wirkende axiale Vorspannkraft dauerhaft konstant bleibt.
In 7 wird ein Verfahren zur Montage eine Zahnrad-Lager-Baueinheit 2 anhand eines Flussdiagramms dargestellt. In einem ersten Schritt V10 erfolgt ein Aufnehmen der Welle 25 in dem Modulgehäuse 3 mittels eines ersten Wälzlagers 17 und eines zweiten Wälzlagers 21, wobei die Welle 25 über das erste Wälzlager 17 in eine erste Richtung der Welle 25 gegen das Modulgehäuse 3 axial abgestützt wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt V20 erfolgt ein Positionieren des Spannelements 11 auf dem zweiten Lager. Das Spannelement 11 wird dabei relativ zur Welle 25 und zum Modulgehäuse 3 axialkraftfrei bewegt, bis das Spannelement 11 gegen das zweite Wälzlager 21 axial abgestützt ist.
In einem optionalen Verfahrensschritt V30 wird ein Sollwert der auf das erste Wälzlager 17 und das zweite Wälzlager 21 wirkenden Vorspannkraft ermittelt. Der Sollwert kann dabei insbesondere auf maximal 4,0 kN, insbesondere auf maximal 3,0 kN, festgelegt werden.
In einem weiteren optionalen Verfahrensschritt V40 kann auf das Spannelement 11 die Welle 25 um die Längsachse A rotiert werden, bis ein gemessenes Schleppmoment der Welle 25 einen konstanten Wert annimmt. Hiermit kann sichergestellt werden, dass sich das erste Wälzlager das zweite Wälzlager gesetzt haben, sodass die Bauteile der Zahnrad-Lager-Baueinheit 2 feste Positionen einnehmen und axialspielfrei zueinander angeordnet sind.
Nachfolgend erfolgt in einem Verfahrensschritt V50 das Aufbringen einer Axialkraft auf das Spannelement 11, sodass das erste Wälzlager 17 und das zweite Wälzlager 21 axial vorgespannt werden. Das Aufbringen der Axialkraft erfolgt insbesondere bis zu dem in Verfahrensschritt V30 ermittelten Sollwert. Die Axialkraft kann insbesondere mittels eines Federpakets auf das Spannelement 11 aufgebracht werden.
In einem abschließenden Verfahrensschritt V60 erfolgt ein Fügen des Spannelements 11 mit einem von dem Modulgehäuse 3 und der Welle 25 unter Aufbringen der Axialkraft beziehungsweise Beibehaltung der aufgebrachten Axialkraft. Das Fügen kann insbesondere durch stoffschlüssiges Verbinden, insbesondere mittels Laserstrahlschweißen, durch kraftschlüssiges Verbinden, insbesondere durch Schrumpfscheiben, und/oder durch formschlüssiges Verbinden, insbesondere durch Stifte, erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Getriebeanordnung
2: Zahnrad-Lager-Baueinheit
3: Modulgehäuse
4: Öffnung
5: Aufnahmeaussparung
6: Verbindungsabschnitt
7: Fügefläche
8: Verbindungsabschnitt
9: Lagersitz
10: Lagersitz
11: Spannelement
12: Positionsabsatz
13: Fügefläche
14: Lagersitz
15: Dichtelement
16: Stützelement
17: Lager
18: Innenring
19: Außenring
20: Wälzkörper
21: Lager
22: Innenring
23: Außenring
24: Wälzkörper
25: Welle
26: Antriebsabschnitt
27: Zahnrad
28: Getriebegehäuse
29: Lager
30: Lager
31: Differential
32: Tellerrad
33: Differentialgehäuse
34: Aufnahmeabsatz
35: Fügefläche
36: Montagevorrichtung
37: Grundplatte
38: Axiallager
39: Druckelement
40: Axiallager
41: Federpaket
42: Laserschweißvorrichtung
43: Fügenaht
44: Fügenaht
45: Laserstrahl
A: Längsachse
V: Verfahrensschritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2937470 A1 [0002]
DE 10312348 A1 [0003]

Claims

Zahnrad-Lager-Baueinheit für eine Getriebeanordnung, umfassend ein Modulgehäuse (3, 3') mit Verbindungsmitteln (8) zum Verbinden des Modulgehäuses (3, 3') mit einem Getriebegehäuse (28) der Getriebeanordnung (1), eine Welle (25, 25'), die mittels eines ersten Wälzlagers (17) und eines zweiten Wälzlagers (21, 21') in dem Modulgehäuse (3, 3') um eine Längsachse (A, A') drehbar gelagert und gegenüber diesem unter axialer Vorspannung der zwei Wälzlager (17, 21, 21') axial abgestützt ist, ein Zahnrad (27, 27'), das mit der Welle (25, 25') verbunden ist und mit einem Getrieberad (32) der Getriebeanordnung (1) antriebsmäßig verbindbar ist, wobei das Modulgehäuse (3, 3') einen Gehäusematerial-Ausdehnungskoeffizienten und die Welle (25, 25') einen Wellenmaterial-Ausdehnungskoeffizienten aufweist, die von einem arithmetischen Mittelwert der beiden Ausdehnungskoeffizienten jeweils um weniger als 7,5% abweichen.
Zahnrad-Lager-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusematerial-Ausdehnungskoeffizient und der Wellennmaterial-Ausdehnungskoeffizient jeweils einen Wert zwischen 10 • 10^-6 K^-1 und 15 · 10^-6 K^-1, insbesondere 13, 3' · 10^-6 K^-1, aufweisen.
Zahnrad-Lager-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Stützelement (16, 16'), das mit einem von dem Modulgehäuse (3, 3') oder der Welle (25, 25') verbunden ist, insbesondere einteilig gestaltet ist, ein Spannelement (11, 11', 11''), das an dem einen von dem Modulgehäuse (3, 3') oder der Welle (25, 25') befestigt ist, wobei das erste Wälzlager (17) und das zweite Wälzlager (21, 21') axial zwischen dem Stützelement (16, 16') und dem Spannelement (11, 11', 11") angeordnet sind und von dem Spannelement (11, 11', 11") axial vorgespannt sind.
Zahnrad-Lager-Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spannelement (11, 11', 11") und dem einen von dem Modulgehäuse (3, 3') und der Welle (25, 25') eine Zylinderflächenpaarung gebildet ist.
Zahnrad-Lager-Baueinheit nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenring (18) des ersten Wälzlagers (17) und ein Innenring (22, 22') des zweiten Wälzlagers (21, 21') auf der Welle (25, 25') sitzen, dass ein Außenring (19) des ersten Wälzlagers (17) in dem Modulgehäuse (3, 3') sitzt, und dass ein Außenring (23, 23') des zweiten Wälzlagers (21, 21') in dem Modulgehäuse (3, 3') oder dem Spannelement (11, 11', 11") sitzt.
Zahnrad-Lager-Baueinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wälzlager (17) und das zweite Wälzlager (21, 21') in X-Anordnung zueinander angeordnet sind, wobei das Spannelement (11, 11', 11") den Außenring (24, 24') des zweiten Wälzlagers (21, 21') beaufschlagt. (1 bis 3 und 5)
Zahnrad-Lager-Baueinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wälzlager (17) und das zweite Wälzlager (21, 21') in O-Anordnung zueinander angeordnet sind, wobei das Spannelement (11, 11', 11") den Innenring (22, 22') des zweiten Wälzlagers (21, 21') beaufschlagt. (4)
Zahnrad-Lager-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (3, 3') als topfförmiges Gehäuseelement ausgestaltet ist, das eine Öffnung (4) aufweist, wobei das Zahnrad (27, 27') durch die Öffnung (4) hindurch mit dem Getrieberad (32) antriebsmäßig verbindbar ist, und dass das Spannelement (11, 11") insbesondere deckelförmig ausgestaltet ist. (1 bis 3 und 5)
Zahnrad-Lager-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (27, 27') axial zwischen dem ersten Wälzlager (17) und dem zweiten Wälzlager (21, 21') angeordnet ist. (1 bis 3 und 5)
Getriebeanordnung für einen Antriebstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend: eine Zahnrad-Lager-Baueinheit (2, 2', 2") nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ein Getriebegehäuse (28), mit dem das Modulgehäuse (3, 3') der Zahnrad-Lager-Baueinheit (2, 2', 2") fest verbunden ist, und ein in dem Getriebegehäuse (28) drehbar gelagertes Getrieberad (32), das mit dem Zahnrad (27, 27') der Zahnrad-Lager-Baueinheit (2, 2', 2") antriebsverbunden ist.
Verfahren zur Montage einer Zahnrad-Lager-Baueinheit, umfassend die Schritte: Aufnehmen (V10) einer Welle (25, 25') in einem Modulgehäuse (3, 3') mittels eines ersten Wälzlagers (17) und eines zweiten Wälzlagers (21, 21'), wobei die Welle (25, 25') über das erste Wälzlager (17) in eine erste Richtung der Welle (25, 25') gegen das Modulgehäuse (3, 3') axial abgestützt wird, Positionieren (V20) eines Spannelements (11, 11', 11'') auf dem zweiten Wälzlager (21), wobei das Spannelement (11, 11', 11") relativ zur Welle (25, 25') und zum Modulgehäuse (3, 3') axialkraftfrei bewegt wird, bis das Spannelement (11, 11', 11") gegen das zweite Wälzlager (21, 21') axial abgestützt ist, Aufbringen (V50) einer Axialkraft auf das Spannelement (11, 11', 11"), sodass das erste und das zweite Wälzlager (17, 21, 21') axial vorgespannt werden, und Fügen (V60) des Spannelements (11, 11', 11") mit einem von dem Modulgehäuse (3, 3') und der Welle (25, 25') unter Aufbringen der Axialkraft.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Ermitteln (V30) eines Sollwerts der auf das erste Wälzlager (17) und das zweite Wälzlager (21, 21') wirkenden Vorspannkraft vor dem Aufbringen (V50) der Axialkraft, wobei das Aufbringen (V50) der Axialkraft bis zu dem ermittelten Sollwert erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen (V60) durch stoffschlüssiges Verbinden, insbesondere mittels Laserstrahlschweißen, durch kraftschlüssiges Verbinden, insbesondere durch Schrumpfscheiben, und/oder durch formschlüssiges Verbinden, insbesondere durch Stifte, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch Rotieren (V40) der Welle (25, 25') um die Längsachse (A, A') vor dem Aufbringen der Axialkraft (V50) auf das Spannelement (11, 11', 11"), bis ein gemessenes Schleppmoment der Welle (25, 25') einen konstanten Wert annimmt.