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Die
Erfindung betrifft ein Ausgleichsgetriebe einer Kfz-Antriebsachse,
mit einer Ritzelwelle, die eingangsseitig einen Antriebsflansch
und axial gegenüberliegend
ein mit einem Tellerrad in Eingriff befindliches Antriebsritzel
aufweist und über
ein flanschseitiges Ritzelflanschlager und ein ritzelseitiges Ritzelkopflager
drehbar in einem Differenzialgehäuse
wälzgelagert
ist.
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Bei
einer entfernt von der Antriebseinheit, d.h. dem Antriebsmotor und
einem nachgeschalteten Fahrgetriebe, angeordneten Antriebsachse
wird das Antriebsmoment zumeist über
eine Kardanwelle von dem Fahrgetriebe oder einem Verteilergetriebe
zu dem Ausgleichsgetriebe übertragen
und über
eine Flanschverbindung in dieses eingeleitet. Bei der Antriebsachse
kann es sich um die angetriebene Hinterachse eines Kraftfahrzeuges
mit einer Frontanordnung der Antriebseinheit, um die angetriebene
Vorderachse eines Kraftfahrzeuges mit einer Heckanordnung der Antriebseinheit,
oder um eine der beiden Antriebsachsen eines Kraftfahrzeuges mit
Allradantrieb handeln. In dem Ausgleichsgetriebe einer derartigen
Antriebsachse ist üblicherweise
eine in dem betreffenden Differenzialgehäuse wälzgelagerte Ritzelwelle vorgesehen,
die eingangsseitig einen Antriebsflansch zur Einleitung des Antriebsmomentes
von der Kardanwelle und axial gegenüberliegend ein Antriebsritzel
zur Übertragung
des Antriebsmomentes in das Tellerrad des Ausgleichsgetriebes aufweist. Die
Ritzelwelle ist zumeist rechtwinklig zu den Abtriebswellen des Ausgleichsgetriebes
angeordnet, und das Antriebsritzel steht über eine Kegelradverzahnung
mit dem Tellerrad in Verbindung. Bei einer entsprechenden Anordnung
der Antriebseinheit ist aber auch eine parallele Anordnung der Ritzelwelle zu
den Abtriebswellen möglich,
bei der das Antriebsritzel über
eine Stirnradverzahnung mit dem Tellerrad in Verbindung steht. Das
Ausgleichsgetriebe selbst ist zumeist als Kegelradausgleichsgetriebe
ausgeführt,
kann aber auch als Stirnradausgleichsgetriebe, als Planetenradausgleichsgetriebe,
oder in anderer Weise ausgebildet sein.
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Nach
dem Stand der Technik ist die Ritzelwelle in einer sogenannten angestellten
Lagerung über
zwei axial gegeneinander verspannte Schrägkugellager oder Kegelrollenlager
in dem Differenzialgehäuse
gelagert. Dabei nehmen die Wälzlager,
d.h. das Ritzelkopflager und das Ritzelflanschlager, jeweils Radialkräfte und
einseitig nach innen gerichtete Axialkräfte von der Ritzelwelle auf
und leiten diese in das Differenzialgehäuse ein. Die axiale Verspannung wird
zumeist durch eine flanschseitig auf der Ritzelwelle angeordnete
Schraubmutter erzeugt, mit der der Antriebsflansch auf der Ritzelwelle
axial fixiert wird, wobei der Antriebsflansch mit einem Innenbund unmittelbar
oder mittelbar gegen den Innenlaufring des Ritzelflanschlagers drückt, so
dass die Innenlaufringe beider Wälzlager
gegeneinander gepresst und somit die beiden Wälzlager axial und radial vorgespannt
werden. Durch die Vorspannung wird unter allen Betriebsbedingungen
eine axiale und radiale Spielfreiheit erreicht und insbesondere
unterschiedliche Wärmedehnungen
der in der Regel aus Stahl gefertigten Ritzelwelle und des zumeist
aus einer Leichtmetalllegierung bestehenden Differenzialgehäuses ausgeglichen.
Hierdurch wird ein radiales Schlagen der Ritzelwelle und der mit
dieser verbundenen Kardanwelle vermieden, wodurch eine starke Geräuschentwicklung
und ein vorzeitiger Verschleiß der
Wälzlager
und der Kardangelenke vermieden werden.
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Nachteilig
an dieser bekannten Lagerung ist aber, dass die Vorspannung mit
zunehmender Erwärmung
des Ausgleichsgetriebes zunimmt, was zu erhöhter Lagerreibung und damit
verbunden zu einem verschlechterten Getriebewirkungsgrad des Ausgleichsgetriebes
führt.
Hinzu kommt, dass das Einstellen der korrekten axialen Vorspannkraft
der Wälzlager,
die über
eine Reibwertmessung der Wellenlagerung oder über eine Erfassung der radialen
Bauhöhenänderung
eines Referenzbauteils erfolgen kann, sehr aufwendig, schwierig,
und fehleranfällig
ist.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für ein Ausgleichsgetriebe
der eingangs genannten Art eine verbesserte Lagerung der Ritzelwelle
vorzuschlagen, die neben einem geringeren Lagerreibungswiderstand
kostengünstiger
und einfacher montier- und justierbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung
mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Lagerung der Ritzelwelle
in Form einer Festlager-Loslager-Anordnung
ausgeführt
ist, wobei das Ritzelkopflager das Festlager bildet, axial unverschiebbar
auf der Ritzelwelle und in einer Lagerbohrung des Differenzialgehäuses gelagert
ist, und zur Aufnahme von Radialkräften und aller Axialkräfte als
doppelreihiges Schrägwälzlager ausgebildet
ist, und wobei das Ritzelflanschlager das Loslager bildet und zur
Aufnahme von vorwiegend Radialkräften
als Radialwälzlager
ausgebildet ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebes sind
in den Unteransprüchen
2 bis 10 angegeben.
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Durch
die an sich für
eine Wellenlagerung bekannte Festlager-Loslager-Anordnung wird im
vorliegenden Fall der bei der bisherigen Ausführung der Lagerung übliche hohe
Lagerreibungswiderstand, der durch die Vorspannung der beiden Wälzlager hervorgerufen
wird, vorteilhaft vermieden. Dabei ist das als doppelreihiges Schrägwälzlager
ausgebildete Ritzelkopflager, das bevorzugt als doppelreihiges Schrägkugellager,
als doppelreihiges Schrägzylinderrollenlager,
oder als doppelreihiges Schrägkegelrollenlager
ausgeführt
sein kann, über
entsprechende Lagerbunde und Sicherungselemente axial unverschiebbar
auf der Ritzelwelle und in einer Lagerbohrung des Differenzialgehäuses gelagert
und nimmt somit lokale Radialkräfte
und alle in beiden Axialrichtungen auftretenden Axialkräfte von
der Ritzelwelle auf und leitet diese in das Differenzialgehäuse ein. Das
Ritzelflanschlager ist als Radialwälzlager ausgebildet, kann zwar
auch geringe Axialkräfte
aufnehmen, ist aber im wesentlichen zur Aufnahme lokaler Radialkräfte von
der Ritzelwelle und deren Einleitung in das Differenzialgehäuse bestimmt.
Da vorliegend keine axiale Verspannung der beiden Wälzlager
vorgenommen wird, und eine flanschseitige Axialverschiebung der
Ritzelwelle gegenüber
dem Differenzialgehäuse,
die durch unterschiedliche Wärmedehnungen
hervorgerufen werden kann, durch das Ritzelflanschlager aufgenommen
bzw. ausgeglichen wird, weist die erfindungsgemäße Lagerung den Vorteil eines
deutlich verringerten Lagerreibungswiderstandes und damit das erfindungsgemäße Ausgleichsgetriebe
einen verbesserten Getriebewirkungsgrad auf. Des weiteren ist die
Montage der Ritzelwelle und der Wälzlager nunmehr einfacher und kostengünstiger,
da die bislang übliche
Justierung der Vorspannung der Wälzlager
entfällt.
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Zur
Vermeidung von Radialspiel an dem Ritzelflanschlager ist dieses
zweckmäßig als
vorgespanntes Radialwälzlager
mit radial übermaßigen Wälzkörpern und/oder
Laufringen ausgebildet. Dies führt
bei der erfindungsgemäßen Lagerung
im Gegensatz zu der bisherigen Lagerung bei einer Erwärmung des
Ausgleichsgetriebes aufgrund der stärkeren Ausdehnung des zumeist
in einer Leichtmetalllegierung ausgeführten Differenzialgehäuses vorteilhaft
zu einer Entspannung des Ritzelflanschlagers und damit zu einer
Reduzierung des Lagerreibungswiderstandes der Ritzelwelle.
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Zum
Ausgleich einer Axialverschiebung der Ritzelwelle kann das Ritzelflanschlager
mit einer leichten Presspassung axial verschiebbar an seinem Außenlaufring
in einer Lagerbohrung des Differenzialgehäuses oder an seinem Innenlaufring
auf der Ritzelwelle gelagert sein. Dabei nimmt das Ritzelflanschlager
bedingt durch die leichte Presspassung auch geringe Axialkräfte auf.
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Alternativ
dazu kann das Ritzelflanschlager auch derart ausgebildet sein, dass
die Wälzkörper des
Ritzelflanschlagers zum Ausgleich einer Axialverschiebung der Ritzelwelle
zumindest gegenüber einem
der beiden Laufringe axial verschiebbar sind, so dass der Innenlaufring
und der Außenlaufring
des Ritzelflanschlagers dann axial unverschiebbar auf der Ritzelwelle
und in der äußeren Lagerbohrung
des Differenzialgehäuses
befestigt sein können.
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In
beiden Ausführungen
ist das Ritzelflanschlager bevorzugt als Rillenkugellager mit mehreren mit
den beiden Laufringen in Wälzkontakt
stehenden Wälzkugeln
ausgebildet, da diese Lagerbauart problemlos auch kleinere Axialkräfte aufnehmen
kann.
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Bei
der zweiten Ausführung
des Ritzelflanschlagers kann die axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper gegenüber einem
der Laufringe bei einer Ausbildung als Rillenkugellager dadurch
erzielt werden, dass die Axialkrümmung
der Laufrille des betreffenden Laufringes gegenüber der Krümmung der Wälzkugeln verkleinert ist, d.h.
der axiale Krümmungsradius
der Laufrille größer als
der Krümmungsradius
der Wälzkugeln
ist. Zur Erzielung eines effektiv größeren axialen Krümmungsradius
der betreffenden Laufrille ist es möglich, die Laufrille im Querschnitt
als ein einziges Kreissegment mit größerem Krümmungsradius oder als Polygon
mehrerer derartiger Kreissegmente auszuführen.
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In
besonders einfacher Weise kann die axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper gegenüber einem der
Laufringe des Ritzelflanschlagers aber auch durch die Verwendung
eines Zylinderrollenlagers mit axialbeweglichen Zylinderrollen erreicht
werden, wobei die axiale Beweglichkeit der Zylinderrollen durch entsprechend
axial beabstandete oder ganz fehlende Borde an mindestens einem
der Laufringe erzielbar ist.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen, die beispielhaft zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebes
dienen.
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Hierzu
zeigt:
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1 Eine
erfindungsgemäße Lagerung
einer Ritzelwelle in einem ausschnittsweisen Seitenriss, und
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2 eine
bekannte Lagerung einer Ritzelwelle in einem ausschnittsweisen Seitenriss
(Stand der Technik).
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Ein
Ausgleichsgetriebe 1, 1' einer Kfz-Antriebsachse weist
eine Ritzelwelle 2 mit einem eingangsseitigen Antriebsflansch 3 und
einem axial gegenüberliegend
angeordneten Antriebsritzel 4 auf. Der Antriebsflansch 3,
der zur Einleitung eines Antriebsmomentes eines Antriebsmotors über ein
zumeist als Kardanwelle ausgebildetes Übertragungselement dient, ist
als separates Bauteil ausgebildet und drehfest mit der eigentlichen
Ritzelwelle 2 verbunden. Das Antriebsritzel 4 dient
zur Einleitung des Antriebsmomentes in das eigentliche Differenzialgetriebe
und steht hierzu mit einem Tellerrad 5 des Differenzialgetriebes
in Eingriff. Die Ritzelwelle 2 ist über zwei Wälzlager 6, 7,
nämlich
ein flanschseitiges Ritzelflanschlager 6 und ein ritzelseitiges
Ritzelkopflager 7, in einem Differenzialgehäuse 8 drehbar
gelagert.
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In
einer bekannten Ausführung
des Ausgleichsgetriebes 1' nach 2 sind
die Wälzlager 6, 7 als
Schrägkegellager 9 ausgeführt und
in einer angestellten Lagerung auf der Ritzelwelle 2 angeordnet.
Hierbei sind die Wälzkegel 10 der
Schrägkegellager 9 jeweils
nach außen
angestellt, und die Schrägkegellager 9 axial
gegeneinander verspannt. Durch die Anstellung der Wälzkegel 10 nehmen
die Wälzlager 6, 7 jeweils
nach innen gerichtete Axialkräfte
und lokale Radialkräfte
von der Ritzelwelle 2 auf und leiten diese in das Differenzialgehäuse 8 ein. Die
axiale Lage der Ritzelwelle 2, die für den optimalen Eingriff des
Antriebsritzels 4 in das Tellerrad 5 von Bedeutung
ist, wird über
eine Passscheibe 11 eingestellt, die zwischen dem Lagerbund 12 einer
inneren Lagerbohrung 13 des Differenzialgehäuses 8 und dem
Außenlaufring 14 des
Ritzelkopflagers 7 angeordnet ist. Die axiale Verspannung
der Wälzlager 6, 7 wird über eine
Schraubmutter 15 eingestellt, mittels der der Antriebsflansch 3 axial
auf der Ritzelwelle 2 fixiert ist, wobei der Antriebsflansch 3 über einen
Zylinderbund 16 mit dem Innenlaufring 17 des Ritzelflanschlagers 6 in
Kontakt steht. Flanschseitig ist das Differenzialgehäuse 8 über einen
im Bereich des Zylinderbundes 16 an einem zylindrischen
Gehäuseabschnitt 18 montierten
Wellendichtring 19 nach außen abgedichtet.
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Durch
die axiale Verspannung der beiden Wälzlager 6, 7,
die über
eine zwischen dem Innenlaufring 17 des Ritzelflanschlagers 6 und
einem äußeren Lagerbund 20 der
Ritzelwelle 2 angeordneten Axialspannhülse 21 in die Ritzelwelle 2 eingeleitet und über einen
inneren Lagerbund 22 auf den Innenlaufring 23 des
Ritzelkopflagers 7 übertragen
wird, werden diese sowohl axial als auch radial vorgespannt, so
dass unterschiedliche Wärmedehnungen der
Ritzelwelle 2 und des Differenzialgehäuses 8 elastisch ausgeglichen
werden. Durch die Vorspannung der Wälzlager 6, 7,
die zumeist über
eine aufwändige
und fehleranfällige
Reibwertmessung eingestellt wird, ergibt sich ein relativ hoher
Lagerreibungswiderstand und somit ein entsprechend niedriger Getriebewirkungsgrad
des Ausgleichsgetriebes 1'.
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Im
Unterschied dazu ist in einer erfindungsgemäßen Ausführung des Ausgleichsgetriebes 1 nach 1,
in der zur besseren Übersicht
im wesentlichen nur die Ritzelwelle 2 mit dem Antriebsflansch 3 und
den Wälzlagern 6, 7 abgebildet
ist, die Ritzelwelle 2 in einer Festlager-Loslager-Anordnung
in dem Differenzialgehäuse 8 gelagert.
Dabei ist das Ritzelkopflager 7 vorliegend als doppelreihiges
Schrägkugellager 24 ausgebildet
und als Festlager 25 axial unverschiebbar auf der Ritzelwelle 2 und
in der Lagerbohrung 13 des Differenzialgehäuses 8 befestigt. Das
Ritzelflanschlager 6 ist vorliegend als Rillenkugellager 26 ausgebildet
und als Loslager 27 axial unverschiebbar auf der Ritzelwelle 2 befestigt.
Somit werden vorliegend sämtliche
Axialkräfte
in beiden Axialrichtungen und lokale Radialkräfte von dem Ritzelkopflager 7 aufgenommen
und weitergeleitet, wogegen über
das Ritzelflanschlager 6 im wesentlichen lokale Radialkräfte übertragen
werden. Zur Erzielung einer axialen Verschiebbarkeit an dem Ritzelflanschlager 6,
die zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnungen der Ritzelwelle 2 und
des Differenzialgehäuses 8 erforderlich
ist, kann der Außenlaufring 28 des
Ritzelflanschlagers 6 mit einer leichten Presspassung axialbeweglich
in der äußeren Lagerbohrung 29 des
Differenzialgehäuses 8 sitzen,
oder alternativ dazu können
die vorliegend als Wälzkugeln 30 ausgeführten Wälzkörper 31 des
Ritzelflanschlagers 6 zumindest gegenüber einem der beiden Laufringe 28, 32,
dem Außenlaufring 28 und/oder
dem Innenlaufring 32, axial verschiebbar ausgebildet und
angeordnet sein. Zur Vermeidung von Radialspiel an dem Ritzelflanschlager 6 ist
vorgesehen, dass die Wälzkörper 31 und/oder
die Laufringe 28, 32 zur Bildung einer radialen
Vorspannung radial übermaßig ausgebildet
sind.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lagerung
entfällt
vorteilhaft die Justierung der axialen Verspannung der Wälzlager 6, 7,
so dass nunmehr die Montage der Ritzelwelle 2 in das Differenzialgehäuse 8 einfacher
und kostengünstiger
durchführbar
ist. Des weiteren ist der Lagerreibungswiderstand der Ritzelwelle 2 jetzt
wegen der vergleichsweise geringen Verspannung der Wälzlager 6, 7 deutlich
geringer und somit der Getriebewirkungsgrad des Ausgleichsgetriebes 1 verbessert.
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- 1
- Ausgleichsgetriebe
- 1'
- Ausgleichsgetriebe
- 2
- Ritzelwelle
- 3
- Antriebsflansch
- 4
- Antriebsritzel
- 5
- Tellerrad
- 6
- Wälzlager,
Ritzelflanschlager
- 7
- Wälzlager,
Ritzelkopflager
- 8
- Differenzialgehäuse
- 9
- Schrägkegellager
- 10
- Wälzkegel
- 11
- Passscheibe
- 12
- Lagerbund
- 13
- innere
Lagerbohrung
- 14
- Außenlaufring
- 15
- Schraubmutter
- 16
- Zylinderbund
- 17
- Innenlaufring
- 18
- Gehäuseabschnitt
- 19
- Wellendichtring
- 20
- äußerer Lagerbund
- 21
- Axialspannhülse
- 22
- innerer
Lagerbund
- 23
- Innenlaufring
- 24
- doppelreihiges
Schrägkugellager
- 25
- Festlager
- 26
- Rillenkugellager
- 27
- Loslager
- 28
- Außenlaufring
- 29
- äußere Lagerbohrung
- 30
- Wälzkugel
- 31
- Wälzkörper
- 32
- Innenlaufring