DE19709755A1

DE19709755A1 - Fahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE19709755A1
Application number: DE1997109755
Authority: DE
Inventors: George Marsland; Juliane Moebus; Guenter Rothenhaeusler; Hans Zorell
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: DE19709755C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebe, das selb ständig im Fahrzeug aufgehängt ist, gemäß des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Die Tragkonstruktionen von Fahrzeugen unterliegen durch wechselnde äußere Krafteinwirkungen ständigen Verfor mungen im elastischen Bereich. Dies gilt insbesondere für die Schiffsrumpfkonstruktion von schnellen Fähren, welche einerseits leicht gebaut sind - als Rumpfmaterial wird vor zugsweise Leichtmetall verwendet - und andererseits, be dingt durch die hohen Geschwindigkeiten, hohen Wasserkräf ten ausgesetzt sind.

Bewegungen des Schiffsrumpfes werden auf die Aufhän gungen (Fundamentierung) von Aggregaten übertragen, so daß es zu Relativbewegungen zwischen Lagerpunkten kommt, welche Verspannungen in den Aggregaten hervorrufen können. Außer der Gefahr von Gehäuserissen besteht bei Getrieben das Pro blem von störenden Wellenverlagerungen, die zu einer un gleichmäßigen Lastverteilung über die Zahnbreite der Zahn räder führen, was zu erhöhtem Verschleiß oder gar zum Aus fall des Getriebes durch Zahnbruch führen kann. Insbesonde re eine Verdrehung des Getriebegehäuses um die Querachse, bei im wesentlichen in der Getriebelängsachse ausgerichte ten Wellen, führt zu sehr ungünstigen Belastungsverhältnis sen der Verzahnungen. Je größer der Abstand zwischen sich relativ zueinander bewegenden Auflagepunkten ist, um so größer ist im allgemeinen die absolute Verformung des Ge triebegehäuses, welche die Ursache für die störenden Wel lenverlagerungen ist. Große Getriebe, die für Antriebs drehmomente von über 40 000 Nm ausgelegt sind, mit horizon talem Achsversatz und Gehäusen aus Leichtmetall, sind be sonders von diesem Problem betroffen.

Das Problem der störenden Fundamentverlagerungen durch zusätzliche Aussteifungen des Schiffsrumpfes zu vermeiden, scheitert vermutlich unter anderem an den sehr hohen auf tretenden Kräften und am hohen Gewicht einer solchen Kon struktion.

Bei einer bekannten Lösung gemäß dem Artikel "17 MW- Schiffsgetriebe für mittelschnellaufende Dieselmotoren" in "MTZ Motortechnische Zeitschrift" 35 (1974) 12, Seiten 401 bis 405, wird das Getriebegehäuse an vier achssymmetrisch angeordneten Auflageflächen auf dem Schiffsfundament abge stützt. Dadurch wird bezweckt, daß die Parallelität der Getriebewellen erhalten bleibt, auch wenn sich das Getrie begehäuse bei Fundamentverlagerungen verformt. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß alle wesentlichen Getriebeteile, also das Gehäuse und die Zahnräder mit ihren Wellen und Lagern, symmetrisch gestaltet sein müssen und auch Anforde rungen an eine weitgehende Symmetrie des Schiffskörpers in der Umgebung des Getriebes gestellt sind. Die Verformungen des Getriebegehäuses, welche zu Gehäuserissen führen kön nen, werden bei dieser Lösung nicht verhindert. Darüber hinaus ist diese Lösung auf eine spezielle Antriebsanord nung zugeschnitten, bei der die Antriebsleistung von zwei Motoren mittels eines Getriebes auf einen Propeller zusam mengeführt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, sowohl Gehäuserisse als auch störende Wellenverlagerungen, die zu einer ungleichmäßigen Lastverteilung über die Zahnbreite führen, zu vermeiden. Die Lösung soll leicht im Gewicht, einfach im Aufbau, vielseitig anwendbar und unabhängig von einer bestimmten Schiffskonstruktion oder einer symmetri schen Wellenanordnung sein.

Die Aufgabe wird durch ein Fahrzeuggetriebe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal tungen sind durch die Unteransprüche gegeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Aufhän gung am Getriebegehäuse mittels mindestens eines drehbaren Lagers wird eine statisch bestimmte Aufhängung bezüglich einer räumlichen Achse ermöglicht, so daß bezüglich einer Drehung um diese räumliche Achse keine Torsionsmomente von der Aufhängung im Fahrzeug (Fundament) auf das Getriebege häuse übertragbar sind.

Eine Wellenverlagerung tritt dann auf, wenn das Ge triebegehäuse, in dem die Wellen gelagert sind, sich unter einer äußeren Krafteinwirkung verformt. Torsionsmomente, welche von der Aufhängung im Fahrzeug (Fundament) auf das Getriebegehäuse übertragbar sind, führen zu besonders stö renden Wellenverlagerungen, wenn hierdurch beispielsweise zwei Wellen gegeneinander verkippt werden. Torsionsmomente bezüglich einer Drehung um eine räumliche Achse treten je doch nur dann auf, wenn das Gehäuse bezüglich dieser Dreh achse statisch unbestimmt aufgehängt ist. Eine statisch bestimmte Aufhängung eines Körpers zeichnet sich dadurch aus, daß durch die Aufhängung an sich keine Kräfte oder Momente, die zu einer Verspannung oder Verformung des Kör pers führen, eingeleitet werden. Für eine statisch bestimm te Aufhängung eines Körpers werden genau sechs Lagerwertig keiten entsprechend der sechs Freiheitsgrade eines Körpers benötigt (siehe Dubbel-"Taschenbuch für den Maschinenbau", 16. Auflage, B1.6.2, "Körper im Raum"). Eine erfindungsge mäße statisch bestimmte Aufhängung bezüglich einer räumli chen Achse bedeutet, daß ein Moment um diese Achse nur ein fach abgestützt ist.

Im Zusammenhang mit der Erfindung bedeutet "selbständig aufgehängt", daß das Getriebe auch ohne Anbin dung des An- bzw. Abtriebs definiert am Fahrzeug befestigt ist. Es ist selbstverständlich, daß es eine statisch be stimmte Aufhängung im streng physikalischen Sinn in der Praxis nicht gibt. Ein gelenkiges Lager im erfindungsgemä ßen Sinn ist also auch ein Lager mit relativ geringer Rei bung oder ein elastisches Lager (z. B. Gummigelenk), wel ches einer Bewegung im in Frage kommenden Drehwinkelbereich nur mit relativ geringem Widerstand entgegenwirkt, so daß die Verformung des Getriebegehäuses lediglich gering aus fällt.

Ein Vorteil ergibt sich - insbesondere für ein Getrie be mit horizontalem Achsversatz -, wenn das drehbare Lager mindestens bezüglich der Querachse des Getriebes drehbar ist und das Getriebe bezüglich der Querachse statisch be stimmt aufgehängt ist, so daß bezüglich einer Drehung um die Querachse keine Torsionsmomente von der Aufhängung im Fahrzeug (Fundament) auf das Getriebegehäuse übertragbar sind. Ein Getriebe mit horizontalem Achsversatz weist in Querrichtung eine große Erstreckung - also eine kleine Tor sionssteifigkeit - auf und reagiert besonders empfindlich auf eine Verdrehung um die Querachse, da hierbei die beiden horizontal versetzten Wellen gegeneinander verkippt werden, wodurch es zu der unerwünschten, ungleichmäßigen Belastung über die Zahnbreite der Zahnräder kommen kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn das Getriebe auf einer Seite einer bezüglich der Querachse or thogonalen Schnittebene mittels einer sich im wesentlichen in Getriebelängsrichtung erstreckenden Anschlußplatte be züglich einer Drehung um die Querachse fest eingespannt und auf der anderen Seite durch ein drehbares Lager abgestützt ist. Die sich in Getriebelängsrichtung erstreckende An schlußplatte ist in diesem Fall das Festlager bezüglich einer Drehung um die Querachse und das drehbare Lager das Loslager.

Die Funktion einer bezüglich einer Drehung um die Querachse festen Einspannung (Festlager) kann vorteilhaft auch mittels zweier voneinander in Getriebelängsrichtung beabstandeter, zusammenwirkender Lagerpunkte getragen wer den.

Eine einfache Ausführungsform des drehbaren Lagers ist ein Gelenklager mit einer Drehachse.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn das Lager ein La ger mit zwei Drehachsen - vorzugsweise ein Kardangelenkla ger - oder ein Lager mit drei Drehachsen - vorzugsweise ein Kugelgelenklager - ist. Damit werden an der Lagerstelle keine Momente um die drehbaren Achsen eingeleitet, so daß weitere Verspannungen vermieden werden, die für die eigent liche Funktion nicht erforderlich sind. Die Hauptfunktionen der Lagerung sind die Getriebebefestigung, das Auffangen der Stützmomente aus der Drehmomentübersetzung und ggf. die Übertragung des Propellerschubs auf das Schiffsfundament. Ein Kugelgelenklager weist außerdem den Vorteil der kompak ten Bauform auf. In einigen Anwendungsfällen ist auch die Eigenschaft des Kugelgelenklagers, daß es bei Belastung praktisch nicht einfedert, von Vorteil. Eine solche Einfe derung führt zu einer Veränderung der Lage des Getriebes und kann negative Wirkungen auf An- bzw. Antrieb zur Folge haben.

Der Fachmann kennt weitere Bauformen von Lagern mit minde stens einer Drehachse, wie z. B. Wälzlager.

Eine konstruktiv besonders einfache alternative Lösung für das drehbare Lager ist ein elastisches Lager, wie z. B. ein Gummilager. Streng genommen werden bei einer Verdrehung hierbei Reaktionsmomente erzeugt, die jedoch bei dem in Frage kommenden Drehwinkelbereich von wenigen Graden und bei einer entsprechenden Dimensionierung des elastischen Lagers vernachlässigbar sind.

Ein weiterer Vorteil läßt sich dadurch erzielen, wenn das drehbare Lager zusätzlich ein Axialspiel in Querrich tung aufweist. Somit wird eine Zug- oder Druckspannungsein leitung in Querrichtung in das Gehäuse vermieden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Lager in einem zwischen dem Getriebegehäuse und einem Fun dament im Fahrzeug angeordneten Träger angebracht ist. Da mit ist es möglich, das erfindungsgemäße Prinzip mit nur geringen Anpassungen des Getriebegehäuses oder des Funda mentes auf bereits vorhandene Konstruktionen zu übertragen. Ein weiterer Vorteil läßt sich dadurch erzielen, daß an der dem einen drehbaren Lager 28 gegenüberliegenden Seite eine um die Getriebelängsachse drehbare Lagerung vorgesehen ist, so daß hiervon keine wesentlichen Momente bezüglich einer Drehung um die Längsachse eingeleitet werden können. Sehr einfach läßt sich die um die Getriebelängsachse drehbare Lagerung aus mindestens einem, wenigstens teilweise elasti schen Lager bilden, welches der Verdrehung um die Längsach se in dem in Frage kommenden Drehwinkelbereich nur mit ei nem kleinen Drehmoment entgegenwirkt.

Schließlich lassen sich weitere Vorteile dadurch er zielen, daß für die Anbindung an den Antrieb und/oder den Abtrieb biegeweiche Adapter vorgesehen sind, so daß an die sen Stellen keine großen Kräfte und Biegemomente, welche wiederum zu störenden Wellenverlagerungen führen könnten, eingeleitet werden.

Im folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die bei liegenden Zeichnungen erläutert, wobei

Fig. 1 einen Schnitt durch einen asymmetrischen Schiffsrumpf einer Katamaranfähre mit Schiffsfundament und darauf aufliegendem Ge triebe,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Schiffsfundament mit dem darauf aufliegenden Getriebe und

Fig. 3 einen Schnitt durch ein drehbares Lager, welches zwischen Fundament und Getriebege häuse angeordnet ist,
zeigen.

Mit 1 ist jeweils ein Koordinatensystem bezeichnet, wobei X die Längsachse, Y die Querachse und Z die Hochachse des Fahrzeugs bzw. Getriebes ist. Die Fundamentträger 2, 4 sind fest mit der Schiffsrumpfhülle 8 verbunden. Zwischen den Fundamentträgern ist eine Versteifung 6 angeordnet. Zwischen den Fundamentträgern 2, 4 und dem Getriebegehäu se 12 ist jeweils eine Zwischenplatte 13, 31 angeordnet. Das Getriebegehäuse weist Versteifungsrippen 11, 26 und eine Gehäusedeckelplatte 14 auf. Die Antriebswelle 22 mit Antriebsstirnrad 20 und die Abtriebswelle 17 mit Abtriebs stirnrad 16 sind gestrichelt dargestellt. Das Getriebe ist an der im Getriebegehäuse 12 integrierten Gehäuseanschluß platte 10 mit dem Fundamentträger 4 bzw. der darauf liegen den Zwischenplatte 13 fest verschraubt. Auf diesem Funda mentträger 4 ist das Getriebegehäuse 12 bezüglich einer Drehung um die Querachse Y abgestützt (Festlager). Auf der anderen Seite ist zwischen Fundamentträger 2 und Getriebe gehäuse 12 eine um die Querachse Y drehbare Lagerung 28 vorgesehen, so daß an dieser Stelle keine Momente um die Querachse Y eingeleitet werden können (Loslager). Tritt aufgrund von Verformungen des Schiffsrumpfes 8 nun eine Relativverdrehung der beiden Fundamentträger 2, 4 auf, ver dreht sich dabei die drehbare Lagerung 28. Die unerwünschte Drehverformung des Getriebegehäuses 12 um die Querachse Y, bei der die Antriebswelle 22 und die Abtriebswelle 17 ver kippt werden, so daß die unerwünschte, ungleichmäßige Zahn belastung auftritt, wird durch die erfindungsgemäße Anord nung vermieden. Im Gehäuse werden durch die Relativverdre hung keine Spannungen verursacht, welche zu Gehäuserissen führen können.

In der in Fig. 2 dargestellten Draufsicht sind die antriebsseitige Gehäuseglocke 29 sowie der Abtriebs flansch 18 erkennbar. Die Verbindung zum An- bzw. Abtrieb erfolgt vorteilhaft mittels nicht dargestellter biegewei cher Adapter. Die Antriebswelle 22 mit Antriebsstirnrad 20 sowie die Abtriebswelle 17 mit Abtriebsstirnrad 16 sind gestrichelt schematisch dargestellt. Die Lageranschlußplat te 30 liegt auf der Zwischenplatte 31 auf und ist fest mit dem Fundamentträger 2 verschraubt.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt einer als Kugelgelenklager mit Axialspiel ausgeführten drehbaren Lagerung 28. Der Achsbolzen 36 ist mit der Schraube 38 fest mit dem Getrie begehäuse 12 verbunden. Er trägt den Innenring 40 des Ku gelgelenklagers 40, 42. Axial ist der Innenring 40 auf dem Achsbolzen 36 durch den Distanzring 44 fixiert, wobei ein geringes Axialspiel zwischen Innenring 40, Distanzring 44 und Getriebegehäuse 12 in vorteilhafter Weise von der Auf hängung eingeleitete Zug- bzw. Druckspannungen im Gehäuse verhindert. Der Lageraußenring 42 wird von dem Montage ring 48 in der Lageraufnahme 46 gehalten, welche fest mit der Lageranschlußplatte 30 verbunden ist. Die Verschraubung von Lageraufnahme 46 und Montagering 48 ist nicht darge stellt. Die Lageranschlußplatte 30 liegt auf der Zwischen platte 31 auf und ist fest mit dem Fundamentträger 2 ver schraubt.

Bezugszeichenliste

2

Fundamentträger

4

Fundamentträger

6

Versteifung

8

Schiffsrumpf(hülle)

10

Gehäuseanschlußplatte

11

Versteifungsrippe

12

Getriebegehäuse

13

Zwischenplatte

14

Gehäusedeckelplatte

16

Abtriebsstirnrad

17

Abtriebswelle

18

Abtriebsflansch

20

Antriebsstirnrad

22

Antriebswelle

26

Versteifungsrippe

29

Gehäuseglocke

28

drehbare Lagerung

30

Lageranschlußplatte

31

Zwischenplatte

34

Verschlußdeckel

36

Achsbolzen

38

Schraube

39

Deckel

40

Innenring

42

Außenring

44

Distanzring

46

Lageraufnahme

48

Montagering

Claims

1. Fahrzeuggetriebe, insbesondere Schiffsgetriebe für große Antriebsmomente über 40 000 Nm, das im Fahrzeug auf gehängt ist, mindestens einem in gegenseitigem Eingriff stehenden Stirnradpaar (16, 20) und im wesentlichen in Ge triebelängsrichtung ausgerichteter An- bzw. Abtriebswel le (22, 17) dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängung am Getriebegehäuse (12) mittels mindestens eines drehbaren Lagers (28) derart gestaltet ist, daß das Getriebe bezüglich mindestens einer - einer Drehachse des Lagers entsprechenden - räumlichen Achse statisch bestimmt aufgehängt ist, so daß bezüglich einer Drehung um diese räumliche Achse keine Torsionsmomente von der Aufhängung im Fahrzeug (Fundament (2, 4)) auf das Getriebegehäuse (12) übertragbar sind.

2. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das drehbare Lager (28) min destens bezüglich der Querachse des Getriebes drehbar ist, und das Getriebe bezüglich der Querachse statisch bestimmt aufgehängt ist, so daß bezüglich einer Drehung um die Quer achse keine Torsionsmomente von der Aufhängung im Fahrzeug (Fundament (2, 4)) auf das Getriebegehäuse (12) übertragbar sind.

3. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe auf einer Seite einer bezüglich der Querachse orthogonalen Schnitt ebene mittels einer sich im wesentlichen in Getriebelängs richtung erstreckenden Gehäuseanschlußplatte (10) bezüglich einer Drehung um die Querachse fest eingespannt ist, und auf der anderen Seite durch das drehbare Lager (28) abge stützt ist.

4. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe auf einer Seite einer bezüglich der Querachse orthogonalen Schnitt ebene mittels zweier voneinander in Getriebelängsrichtung beabstandeter, zusammenwirkender Lagerpunkte bezüglich ei ner Drehung um die Querachse fest eingespannt ist und auf der anderen Seite durch das drehbare Lager (28) abgestützt ist.

5. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Lager (28) ein Gelenklager mit einer Drehachse ist.

6. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Lager (28) ein Lager mit zwei Drehachsen, vorzugsweise ein Kardangelenklager, ist.

7. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Lager (28) ein Lager mit drei Drehachsen, vorzugsweise ein Kugelgelenklager (40, 42), ist.

8. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Lager (28) ein wenigstens teilweise elastisches Lager ist, welches der Verdrehung um die Querachse in dem in Frage kommenden Drehwinkelbereich nur mit einem kleinen Drehmo ment entgegenwirkt.

9. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Lager (28) in Richtung der Getriebequerachse ein Axialspiel aufweist.

10. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Lager in einem zwischen dem Getriebegehäuse und einem Fun dament im Fahrzeug angeordneten Träger angebracht ist.

11. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem einen drehbaren Lager (28) gegenüberliegenden Seite eine um die Getriebelängsachse drehbare Lagerung vorgesehen ist.

12. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die um die Getriebelängs achse drehbare Lagerung aus mindestens einem wenigstens teilweise elastischen Lager gebildet ist, welches der Ver drehung um die Längsachse in dem in Frage kommenden Dreh winkelbereich nur mit einem kleinen Drehmoment entgegen wirkt.

13. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anbindung an den Antrieb oder den Abtrieb biegeweiche Adapter vorgesehen sind.