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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 (
DE 3942764 A1 ) 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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Bezugszeichenliste
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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
