DE1575611C - Lagerung eines auf einer Getriebewelle eines Kraftfahrzeug-Schaltgetriebes frei drehbaren Zahnrades - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Lagerung eines auf einer Getriebewelle eines Kraftfahrzeug-Schaltgetriebes frei drehbaren Zahnrades mittels dünner zylindrischer Wälzkörper mit geringfügig schräggestellten Drehachsen.

Bei den Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben moderner Bauart wird die Vorgelegewelle in jedem eingeschalteten Gang über Zahnräder von der Getriebeeingangswelle angetrieben. Die Zahnräder der Vorgelegewelle kämmen dabei dauernd mit den Zahnrädern der Getriebehauptwelle oder je nach Ausführung auch mit den Zahnrädern der Getriebeeingangswelle, so daß diese unabhängig von der Drehzahl der beiden Wellen umlaufen, und zwar laufen die jeweils nicht mit der Getriebehauptwelle bzw. -eingangswelle gekuppelten Zahnräder mit einer ihrem Übersetzungsverhältnis entsprechenden Relativgeschwindigkeit zur Getriebehauptwelle bzw. -eingangswelle um. Da die auf den Getriebewellen angeordneten Zahnräder unverschieblich, aber frei drehbar gelagert sind, werden sie auch als Losräder bezeichnet.

Es ist bekannt, die Zahnräder unmittelbar auf der Getriebehauptwelle zu lagern. Da es sich hierbei um eine Stahl-auf-Stahl-Gleitpaarung handelt, sind die Reibungsverluste sehr groß, was sich in einer erhöhten Temperatur äußert. Aus diesen Gründen versucht man die Losräder auf Wälzlagern zu lagern. Wegen des Raummangels — die Getriebe sollen so klein wie möglich gehalten werden — wurden deshalb bereits Nadellager, die in radialer Richtung verhältnismäßig niedrig bauen, paarweise zur Lagerung der Losräder vorgesehen. Da die vorgeschlagenen Radial-Nadellager jedoch nur Radialkräfte aufnehmen können, müssen zur Aufnahme des durch die Schrägverzahnung der Zahnräder entstehenden Axialschubes besondere Vorkehrungen getroffen werden. So ist es bekannt, die Seitenflächen des Losrades an Wellenbunden od. dgl, anlaufen zu lassen, d. h. den Axialschub durch eine Gleitlagerung aufzunehmen. Nun bringt eine solche Maßnahme einmal eine höhere Reibung mit sich, zum anderen muß das Losrad sehr genau zwischen den axialen Anlaufflächen eingepaßt werden. Dieses Einpassen bereitet insofern noch Schwierigkeiten, als sich im Betrieb das Losrad erwärmt, wobei es eine Längenausdehnung auch in axialer Richtung erfährt. Diese Längenausdehnung muß also beim Einpassen des Losrades berücksichtigt werden, so daß es bei angestrengtem Betrieb nicht zum Fressen des Losrades kommt. Das axiale Spiel darf andererseits aber wegen der Synchronanordnungen nicht zu groß gehalten werden. Bei Getrieben mit mehreren Losrädern, wie sie bei den modernen PKW-, erst recht jedoch bei den LKW-Getrieben die Regel sind, bereitet dieses Einpassen ganz besonders -. Schwierigkeiten. Hinzu kommt hier noch, daß die Getriebehauptwelle zur Schaffung der axialen Anlaufflächen mehrfach abgesetzt werden muß und daß auf den Absätzen Anlaufringe u. dgl. vorgesehen werden müssen. Außerdem ist es erforderlich, die Stirnseiten der Losräder genau planparallel zu schleifen.

Um diese genannten Nachteile zu mindern, ist es bereits bekanntgeworden, den Axialschub wenigstens eines der Losräder durch beiderseits des Losrades angeordnete Axial-Zylinderrollenlager oder Axial-Nadellager aufzunehmen. Diese Ausführung hat jedoch wieder den Nachteil, daß sie wegen der für jedes Losrad notwendigen zusätzlichen zwei Axiallager einmal erheblich verteuert wird und zum anderen der Platzbedarf bedeutend größer wird. Diese Nachteile können jedoch bei einer modernen Getriebefertigung nicht in Kauf genommen werden.

Es hat sich_ weiterhin bei Lagerungen von Losrädern mit Radial-Nadellagern herausgestellt, daß der geringe Reibungswert dieser Nadellagerkäfige insofern einen Nachteil darstellen kann, als bei unbelastet, mit hohen Drehzahlen umlaufenden Zahnrädern infolge des unvermeidlichen Spiels zwischen den Zahnflanken heulende Geräusche auftreten können. Diese Geräusche können, wie die Praxis gezeigt hat, sofort unterdrückt werden, wenn das Losrad abgebremst wird. Man hat deshalb bereits vorgeschlagen (deutsche Auslegeschrift 1208 124), mindestens einige Fenster oder Taschen des Käfigs geringfügig schräg zur Lagerachse anzustellen, d. h. zu schränken, damit der Käfig abgebremst, also die Reibung erhöht, und so die oben beschriebenen Geräusche vermieden werden. Da jedoch eine schräg zur Lagerachse angestellte Nadel einen Axialschub hervorruft, der den Käfig entlang der Welle wandern läßt, ist es erforderlich, die Taschen abwechselnd nach beiden Seiten schräg zu stellen, und zwar so, daß die durch die einzelnen Nadeln hervorgerufenen Axialschübe sich gegenseitig aufheben. Diese Forderung ist jedoch selbst bei den heutigen Fertigungsmethoden nicht sehr einfach zu erfüllen. Außerdem können mit dieser bekannten Anordnung nur die inneren Axialkräfte aufgenommen werden. Zur Aufnahme der äußeren, d. h. der durch die Verzahnung hervorgerufenen Axialkräfte sind bei dieser Lagerung besondere Axiallager erforderlich. Damit wird die Zahl der Einzelteile der Lagerung erhöht, der Platzbedarf vergrößert und die Lagerung erheblich verteuert.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lagerung zur Geräuschunterdrückung zu schaffen, die bei kleinstem radialem Bauraum ohne zusätzliche Mittel äußere Axialkräfte in beiden Richtungen aufnimmt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, jedes Losrad auf zwei Wälzlagern mit dünnen zylindrischen Wälzkörpern zu lagern, deren Drehachsen zur Aufnahme von Axialkräften einen Doppelkegel mit kleinen Winkeln zu der Drehachse der Lagerung beschreiben.

Durch die dünnen Wälzkörper, deren Drehachsen zur Achse des Lagers unter einem kleinen Winkel geneigt sind, wird die Bauhöhe des Lagers gering gehalten, sie ist nicht größer als die der üblicherweise verwendeten Nadellager. Durch die Neigung der Wälzkörper und die kegeligen Laufbahnen können die Lager auch Axialkräfte aufnehmen. Da ohnehin jeweils zwei Lager für ein Losrad vorgesehen werden müssen, werden die Lager so eingebaut, daß die Drehachsen der Wälzkörper der beiden Lager einen Doppelkegel beschreiben — d. h. also, daß die Lager in sogenannter X- oder O-Anordnung eingebaut werden—, wodurch Axialkräfte in beiden Richtungen aufgenommen werden. Die Anordnung besonderer Axiallager kann somit entfallen. Weiterhin wird durch die Anordnung der zylindrischen Wälzkörper auf den kegeligen Laufbahnen infolge der unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten an beiden Enden der Rolle die Reibung geringfügig erhöht, wodurch das Losrad im unbelasteten Zustand abgebremst und damit die oben geschilderte Geräuschbildung unterbunden wird.

Die erfindungsgemäße Lagerung ist also nicht brei-

ter als die mit den üblichen Nadellagern, irgendwelche besonderen Vorkehrungen für die Aufnahme der Axialkräfte sind jedoch nicht erforderlich, es entfallen also zusätzliche Axiallager oder axiale Anlaufflächen. Weiterhin ist ein genaues Einpassen der Losräder ebenso wie ein vielmaliges Absetzen der Getriebewellen nicht mehr erforderlich. Die axiale Fixierung der Losräder erfolgt zweckmäßigerweise einmal durch einen in die Bohrung des Zahnrades eingesetzten, zwischen beiden Außenringen des Lagers angeordneten Sprengring, zum anderen über die nebeneinander auf der Getriebehauptwelle aufgesetzten Innenringe. „ ·

Nähere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend . an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Von dem Kraftfahrzeug-Schaltgetriebe ist der Einfachheit halber lediglich die obere Hälfte der Getriebeeingangs- und Getriebehauptwelle mit den darauf frei drehbaren Zahnrädern, und zwar im Leerlauf, geschnitten gezeichnet.

In dem Getriebegehäuse 1 sind die Getriebeeingangswelle 2, die Getriebehauptwelle 3 und die Vorgelegewelle 4 mittels Wälzlager gelagert. Die Getriebeeingangswelle 2 trägt ein Zahnrad 5 und die Getriebehauptwelle die Zahnräder 6, 7, 8, 9 und 10, die jeweils frei drehbar auf den jeweiligen Wellen sitzen. Durch die zwischen den einzelnen Zahnrädern angeordneten Synchronanordnungen 11, die jeweils aus einer Nabe 12 mit einer Schiebehülse 13 und den Synchronkegelringen 14 und 15 bestehen, werden beim Schalten der Gänge die entsprechenden Zahnräder und die Getriebewellen formschlüssig miteinander verbunden. Die übrigen nicht gekuppelten Zahnräder, die mit den entsprechenden Zahnrädern der Vorgelegewelle dauernd-kämmen, laufen nun unabhängig von der Drehzahl der Getriebehauptwelle bzw. -eingangswelle mit einer ihrem Übersetzungsverhältnis entsprechenden Relativgeschwindigkeit zu den beiden Wellen um. Zur Vermeidung der Gleitreibung zwischen den Zahnrädern und den Getriebewellen ist jedes Zahnrad über zwei Wälzlager 16 und 17 gelagert. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zur Lagerung der Losräder Wälzlager verwendet, bei denen dünne, zylindrische Wälzkörper 18, ζ. Β. Nadeln, auf flachkegeligen Laufbahnen 19 bzw. 20 der beiden Lagerringe 21 und 22 angeordnet sind. Die Drehachsen der Nadeln 18 sind also nicht parallel zur Lagerachse, sondern unter einem kleinen Winkel geneigt. Dieses Lager wird somit im Gegensatz zu den üblichen Radialnadellagern, bei denen die Drehachsen der Nadeln parallel zur Lagerachse liegen, in die Lage versetzt, neben Radialkräfte auch Axialkräfte aufzunehmen oder, mit anderen Worten, das zu lagernde Teil auch axial zu führen. Da ein Lager nur die Axialkräfte aus einer Richtung aufnehmen kann, werden — da ohnehin meist zwei Nadellager für ein Losrad vorgesehen werden müssen —■- zweckmäßig zwei Lager mit zur Lagerachse geneigten Nadeln so eingebaut, daß die Neigung der Wälzkörper in beiden Lagern entgegengesetzt gerichtet ist, so daß eine in der Wälzlagertechnik als O- oder X-Anordnung bekannte Anordnung entsteht.

Im vorliegenden Beispiel sind die Lager eines Losrades so angeordnet, daß eine O-Anordnung vorliegt. Die Außenringe 21 der beiden Lager sind durch einen in die Bohrung 23 des Zahnrades eingesetzten Sprengring 24 axial fixiert, während die Innenringe 22 der Lager zweier oder mehrerer Losräder sich gegeneinander an einem Wellenbund 25 od. dgl. und einem Sprengring 26 abstützen'. Die erfindungsgemäße Anordnung hat also auch den Vorteil, daß die Welle nicht im Bereich jedes· Losrades mit einem unterschiedlichen Durchmesser ausgeführt, d. h. also nicht mehrmals abgesetzt werden muß.
. Der Sprengring 24 ist ebenso wie die Nut 27 in der Bohrung 23 zweckmäßig mit geneigten Seitenflächen 28 ausgeführt, so daß der Sprengring 24 unabhängig von Toleranzen der .Nutbreite axial in der Nut festsitzt und somit das Zahnrad genau axial fixiert.

Zur Ausführung der Wälzlager selbst ist noch zu sagen, daß'die Lagerringe 21 und 22 zweckmäßig ohne feste Borde ausgeführt, also die kegeligen Laufbahnen 19 und 20 glatt durchgehend ausgebildet sind, was das Schleifen dieser Laufbahnen wesentlich erleichtert. Lediglich am Außenring 21 am weiten Ende der Laufbahn ist eine Nut 29 eingestochen, in die ein geschlossener oder geschlitzter Bordring 30 eingesetzt ist, an dem die Wälzkörper 18 mit ihren Stirnflächen zum Anlauf kommen.

Schließlich ist noch zu erwähnen, daß es ohne weiteres möglich ist, an Stelle eines langen Wälzkörpers zwei oder mehr kürzere Wälzkörper hintereinander anzuordnen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1.'^s Lagerung eines auf einer Getriebewelle eines Kraftfahrzeug-Schaltgetriebes frei drehbaren Zahnrades mittels dünner zylindrischer Wälzkörper mit geringfügig schräggestellten Drehachsen, gekennzeichnetdurch zwei Wälzlager mit dünnen zylindrischen Wälzkörpern, deren Drehachsen zur Aufnahme von Axialkräften einen Doppelkegel mit kleinen Winkeln zu der Drehachse der Lagerung beschreiben.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Außenringe der eine Lagerung bildenden Wälzlager durch einen in eine Nut in der Bohrung des Losrades eingesetzten Sprengring axial fixiert sind.

3. Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kegeligen Laufbahnen der Wälzlager ohne feste seitliche Borde ausgeführt sind.

4. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahnen der Außenringe der Wälzlager am weiten Ende mit je einer Nut versehen sind, in die jeweils ein geschlossener oder offener Bordring eingesetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen