DE19534004A1

DE19534004A1 - Wärmedehnungsausgleichselement

Info

Publication number: DE19534004A1
Application number: DE1995134004
Authority: DE
Inventors: Hermann Lanz; Bernd Schepperle
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 1997-03-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmedehnungsaus gleichselement nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Solche Ausgleichselemente werden bei Maschinen benötigt, die aus Maschinenteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen mit deut lich verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten zusammen gesetzt sind, und diese Teile wegen ihrer Größe einen nicht zu vernachlässigenden Längenunterschied bei Temperaturände rungen ergeben. Eine solche Problematik tritt z. B. im Ge triebebau auf, für den Fall, daß Getriebewellen und Gehäuse aus unterschiedlichem Material gefertigt sind, z. B. Wellen aus Stahl und Gehäuse aus Leichtmetallen wie Aluminium oder Magnesium, und damit bei langen Getriebewellen ein tempera turabhängiges Lagerspiel entsteht.

Diese Längenunterschiede durch Wärmedehnung lassen sich auf verschiedene Weise kompensieren, z. B. durch Fe derlagerung der Wellen, durch einen Ausgleichsspalt, der von einem keilförmigen Wärmeausdehnungsstift eingestellt wird, und Ausgleichselemente, die ein Material mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten beinhalten, so daß sie auch bei relativ geringer Baugröße große Stellängen aufweisen. Letztgenannte Ausgleichselemente sind schon bekannt, eine mögliche Ausführung ist in US-PS 2 859 033 dargestellt.

Bei Getriebelagern ist es vorteilhaft, für die niedri gen Temperaturen beim Kaltstart sogar ein größeres Lager spiel zuzulassen, um eine leicht gängige Schaltbarkeit zu gewährleisten, solange das Getriebeöl höher viskos ist und die Schleppmomente größer sind. Bei Betriebstemperaturen soll das Lagerspiel hingegen nicht mehr vorhanden sein und eine Vorspannkraft auf dem Wellenlager lasten, um einen guten Lauf und eine geringe Abnutzung zu gewährleisten.

Dieses Einstellen des Lagerspiels läßt sich durch ein über kompensierendes Wärmedehnungsausgleichselement erzielen.

Ein solches Ausgleichselement besteht, wie im Oberbe griff von Anspruch 1 ausgeführt, aus einem ringförmigen Hohlraum, einem darinliegenden Wärmeausdehnungsring aus Material mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten, z. B. einem Polymer, und einem ringförmigen Kolben, der in dem Hohlraum gleitet und die Wärmedehnung des Wärmeausdehnungs rings vermittelt. Dieses Material ist hinreichend pla stisch, so daß es durch die Einfassung in den Hohlraum ver formt und geführt werden kann. Die Wärmeausdehnung des den Hohlraum beinhalteten Maschinenteils ist im Vergleich zu der des Wärmeausdehnungsrings klein, so daß sich die Hohl raumquerschnittsfläche in erster Ordnung nicht verändert, und die Volumenausdehnung sich voll auf die Längenausdeh nung des Materials auswirkt, und damit die relative Längen ausdehnung ca. das Dreifache der des ungeführten Materials ist. Zwischen Hohlraumgrenzfläche und ringförmigem Kolben befindet sich ein Spalt.

Probleme solcher Ausgleichselemente sind, einerseits die Ausdehnung des Hohlraums durch Temperatur oder Druck einwirkung, die die vollen Nutzung der Volumenänderung des Wärmedehnungsrings als Längenänderung verringert, anderer seits die Extrusion des Materials des Wärmeausdehnungsrings in den Kolbenspalt. Dieses Problem verschärft sich, wenn sich der Spalt in Folge Kraft- oder Wärmeeinwirkung vergrö ßert.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Hohlraumvolumen vergrößerung, die Spaltvergrößerung und Spaltextrusion zu verhindern. Die Vermeidung der Hohlraum- und Spaltvergröße rung wird nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 4 durch die jeweils kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und 4 gelöst. In vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung wer den diese Probleme nach dem Oberbegriff von Anspruch 2, 3, 5 und 9 durch die jeweils kennzeichnenden Merkmale von An spruch 2, 3, 5 und 9 gelöst. Die Vermeidung der Spaltextru sion wird nach dem Oberbegriff von Anspruch 6 und 7 durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 6 und 7 gelöst. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Problem der Spaltextrusion nach dem Oberbegriff von An spruch 8 durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 8 gelöst.

In Zeichnungen sind fünf Ausführungsbeispiele der Er findung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil-Querschnitt durch eine Wellenla gerung mit einer Ausgestaltung der Erfin dung, bei der ein Hohlraum 1.1 durch einen Einstich 1.2 in eine Anschlußplatte 1.3 rea lisiert ist;

Fig. 2 eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Hohlraum 1.1 von einem Abstich 1.4 in einer Anschlußplatte 1.3 und einem Fassungs ring 4 umschlossen wird;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Hohlraum durch einen zusammengesetzten Fassungsring 3 und 4 umschlossen ist;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Hohlraum durch einen Fassungsring 3.1 aus einem Stück umschlossen ist und der Wärmeausdehnungs ring 1 abgerundete Kanten hat und

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Hohlraum durch einen Fassungsring 3.1 aus einem Stück um schlossen ist, und der Kolben 2 angeschrägte Kanten 9 hat.

Ein Ring 1 aus einem Material mit hohem Wärmeausdeh nungskoeffizienten wird durch einen Einstich 1.2 in die Anschlußplatte 1.3 eines Getriebegehäuses umfaßt. Das Mate rial des Ring 1 ist hinreichend plastisch und elastisch, z. B. Viton®, so daß sich die Volumenausdehnung infolge der Führung durch die Umfassung in einer axialen Längenausdeh nung äußert, die eine Verschiebung des ringförmigen Kol bens 2 bewirkt. Der ringförmige Kolben 2 drückt wiederum auf ein hier nicht dargestelltes Widerlager von Maschinen teilen.

In einer Abwandlung dieser Ausgestaltung der Erfindung kann der Hohlraum 1.1 durch einen Abstich 1.4 in der An schlußplatte 1.3 und einen Fassungsring, z. B. ohne Be schränkung der Allgemeinheit inneren Fassungsring 4, gebil det werden.

Um bei Temperaturänderung ein Festfressen oder lose Führung des Kolben 2 zu vermeiden, wird dieser vorteilhaf terweise aus dem gleichen Material oder einem Material mit vergleichbarem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt, wie das den Hohlraum umschließende Maschinenteil.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Ring 1 durch einen aus zwei Komponenten 3, 4 zusammen gesetzten Fassungsring geführt. Diese Komponenten, ein äu ßerer 3 und ein innerer 4 Fassungsring, sind durch eine Preßpassung miteinander verbunden, beispielsweise an Kon taktstellen 5 auf der Hohlzylindermantelaußenfläche des inneren Fassungsrings 3 oder an der Kontaktstelle 8 der Hohlzylindermantelinnenfläche des äußeren Fassungsrings 4. Durch die Verpressung der beiden Ringe miteinander wird eine Aufweitung des eingeschlossenen Hohlraums unter Druck einwirkung von innen vermieden.

Wird der Fassungsring 3.1 aus einem Stück gefertigt, können fertigungsbedingt abgerundete Kanten 10 auftreten, die das Volumen des Hohlraums verringern. Ebenso können abgerundete Kanten bei Ein- oder Abstich in die Anschluß platte zustande kommen.

Diesen abgerundeten Kanten 10 des einteiligen Fas sungsrings 3.1 werden ebenso abgerundete oder angeschrägte Kanten des Rings 1 gegenübergestellt, um eine Spannungs überhöhung in diesem Randbereich von Ring 1 zu vermeiden. Dadurch wird die Extrusion des Materials von Ring 1 in die Kolbenspalte 6 und 7 vermieden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt der ringförmige Kolben 2 an seinen Kanten 9 auf der dem Hohlraum zugewandten Seite Kantenbrüche, die den durch die abgerundeten Kanten 10 des Fassungsrings hervorgerufenen Volumenverlust des Hohlraums, der den Ring 1 aufnimmt, aus gleichen. Dadurch wird die Spannungsüberhöhung in dem Ring 1 vermieden und eine Extrusion des Materials des Rings 1 in die Spalte 6 und 7 verhindert.

Bezugszeichenliste

1 Ring
1.1 Hohlraum
1.2 Einstich
1.3 Anschlußplatte
1.4 Abstich in der Anschlußplatte
2 Kolben
3 äußerer Fassungsring
3.1 einteiliger Fassungsring
4 innerer Fassungsring
5 Kontaktstelle
6 Spalt
7 Spalt
8 Kontaktstelle
9 Kantenbruch an Kolben
10 abgerundete Kanten

Claims

1. Wärmedehnungsausgleichselement, das Abstandsände rungen zwischen Maschinenteilen mit unterschiedlichen Wär medehnungskoeffizienten infolge Temperaturänderung aus gleicht und aus folgenden Komponenten besteht: einem Ring (1) aus einem Material mit hohem Wärmeausdehnungskoef fizienten, einem ringförmigen Hohlraum (1.1) in einem der Maschinenteile und einem ringförmigen Kolben (2), der in dem ringförmigen Hohlraum (1.1) gleitet und die Wärmedeh nung des Rings (1) in axialer Richtung vermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (1.1) mit Ring (1) und ringförmigem Kolben (2) in einer Anschlußplat te (1.3) angeordnet sind.

2. Wärmedehnungsdehnungsausgleichselement nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (1.1) durch einen Einstich (1.2) in der Anschluß platte (1.3) gebildet wird.

3. Wärmedehnungsausgleichselement nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Hohl raum (1.1) sich zwischen einem Abstich (1.4) in der An schlußplatte (1.3) und einem Fassungsring (4) befindet.

4. Wärmedehnungsausgleichselement, das Abstandsände rungen zwischen Maschinenteilen mit unterschiedlichen Wär medehnungskoeffizienten infolge Temperaturänderung aus gleicht und aus folgenden Komponenten besteht: einem Ring (1) aus einem Material mit hohem Wärmeausdehnungskoef fizienten, einem ringförmigen Hohlraum (1.1) in einem der Maschinenteile und einem ringförmigen Kolben (2), der in dem ringförmigen Hohlraum (1.1) gleitet und die Wärmedeh nung des Rings (1) in axialer Richtung vermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum sich zwi schen einem äußeren Fassungsring (3) und einem inneren Fas sungsring (4) befindet und diese miteinander verpreßt sind.

5. Wärmedehnungsausgleichselement nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß der äußere Fas sungsring (3) und innere Fassungsring (4) an Kontaktstel len (5) auf der Hohlzylindermantelaußenfläche des inneren Fassungsrings (3) oder an Kontaktstellen (8) auf der Hohl zylindermantelinnenfläche des äußeren Fassungsrings (4) verpreßt sind.

6. Wärmedehnungsausgleichselement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1) an seinen Außenkanten (10) abgerundet oder abge schrägt ist.

7. Wärmedehnungsausgleichselement nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kolben (2) abgerundet oder angeschrägt ist.

8. Wärmedehnungsausgleichselement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrun dung oder Abschrägung von Ring (1) oder ringförmigem Kol ben (2) von gleicher Größe wie die Abrundung des Hohl raums (1.1) ist.

9. Wärmedehnungsausgleichselement nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das den Hohlraum (1.1) umschließende Maschinenteil und der darin gleitende Kolben (2) aus dem gleichen Werkstoff sind.