DE19808566C1 - Lagerung einer Antriebswelle eines Achsgetriebes - Google Patents
Lagerung einer Antriebswelle eines AchsgetriebesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerung nach dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche Lagerung ist in dem DE-Katalog "Einbaubeispiele für
INA-Wälzlager", 1974, 5.94/95 gezeigt. Bei dieser Lagerung
befinden sich zwei Kegelrollenlager axial versetzt zueinander
in O-Anordnung. Die Lagerinnenringe der Kegelrollenlager nehmen
die Antriebswelle auf, während die Lageraußenringe in jeweils
einem Gehäuseeinsatz im Achsgehäuse angeordnet sind. Die beiden
Gehäuseeinsätze weisen jeweils einen Ringflansch auf, wobei der
Ringflansch des gehäuseinneren - d. h. des der Kegelritzel-
Tellerrad-Verzahnung näher stehenden - Gehäuseeinsatzes mit dem
Achsgehäuse verschraubt ist.
Bei der Verwendung von Leichtmetall als Werkstoff für das
Achsgehäuse und Stahl als Werkstoff für die Antriebswelle und
die Gehäuseeinsätze entstehen bei der betriebsbedingten
Erwärmung durch das unterschiedliche Wärmeausdehnungsverhalten
von Stahl und Leichtmetall Durchmesserdifferenzen zwischen den
sich stärker ausdehnenden Lageraugen im Achsgehäuse und den
sich geringer ausdehnenden Gehäuseeinsätzen. Da sich zusätzlich
über die Länge der Antriebswelle aus zuvor genannten Gründen
das Achsgehäuse stärker ausdehnt als die Antriebswelle,
entstehen Spannungen zwischen den axialen Stützflächen der
beiden Gehäuseeinsätze bzw. der beiden Lager. Diese führen zu
einer Veränderung der Lagervorspannung und insbesondere durch
zusätzliche Spannungen aus den hohen Kräften an der
Kegelritzel-Tellerrad-Verzahnung zum Fließen des
Achsgehäusewerkstoffes im Bereich der beiden Lageraugen. Diese
Formveränderungen durch das Fließen führen im Zusammenhang mit
den anfangs beschriebenen Durchmesserdifferenzen zwischen den
Lageraugen des Achsgehäuses und den Gehäuseeinsätzen zu einem
Spiel zwischen den Gehäuseeinsätzen und dem Achsgehäuse.
Insbesondere das Spiel des im Gegensatz zum gehäuseinneren
Gehäuseeinsatz nicht mit dem Achsgehäuse verschraubten
gehäuseäußeren Gehäuseeinsatzes kann Kippbewegungen der
Antriebswelle ermöglichen, die zu Laufgeräuschen führen und die
Lebensdauer des Achsgetriebes verkürzen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist im wesentlichen
darin zu sehen, eine Lagerung der eingangs genannten Art zu
schaffen, die die Verwendung von Leichtmetall als Werkstoff für
das Achsgehäuse ohne das Auftreten der beschriebenen Nachteile
ermöglicht.
Die erläuterte Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit den
kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 in vorteilhafter
Weise gelöst.
Ein Vorteil der Erfindung ist, daß infolge der Anordnung
ausschließlich des gehäuseäußeren Kegelrollenlagers unmittelbar
im Achsgehäuse aus Leichtmetall die axiale Längung des
Achsgehäuses zwangsläufig zu einer Aufweitung des
Lageraußenringes dieses Kegelrollenlagers führt. Diese
Aufweitung des Lageraußenringes kompensiert oder überschreitet
erfindungsgemäß die wärmebedingte Aufweitung des Achsgehäuses
im Bereich des dem gehäuseäußeren Kegelrollenlagers
zugeordnetem Lagerauges. Dazu sind bei der erfindungsgemäßen
Lagerung einer Antriebswelle eines Achsgetriebes die Maße und
Werkstoffe des Achsgetriebes so zueinander in ein Verhältnis
gesetzt, daß eine annähernd konstante Lagervorspannung gezielt
über einem möglichst weiten Temperaturbereich aufrecht erhalten
bleibt, weil die bei Temperaturerhöhung schwindende Überdeckung
des Preßsitzes zwischen dem Kegelrollenlager am gehäuseäußeren
Wellenende der Antriebswelle und dem diesem Kegelrollenlager
zugeordneten Lagerauge und die dadurch bedingte
Lageraußenringaufweitung dadurch ausgeglichen wird, daß die
Längenänderungsdifferenz zwischen Antriebswelle und Achsgehäuse
zwischen der Stützfläche des Ringflansches und der Stützfläche
des Lageraußenringes des Lagers am gehäuseäußeren Wellenende so
kalkuliert ist, daß sie den der Lageraußenringaufweitung
entsprechenden Axialweg des gehäuseäußeren Kegelrollenlagers
gerade kompensiert oder nur geringfügig überschreitet.
Gegenstand nach Patentanspruch 2 ist eine Ausführungsform der
Lagerung nach der Erfindung, bei der ein Preßsitz zwischen dem
Lageraußenring des gehäuseäußeren Kegelrollenlagers und dem
zugehörigen Lagerauge des Achsgehäuses bis zu einer Temperatur
von 70°C bis 80°C aufrecht erhalten bleibt.
Patentanspruch 3 stellt eine Ausführungsform der Lagerung nach
der Erfindung dar, die den fertigungstechnischen Vorteil einer
separaten Bearbeitung von dem Einsatz und dem Achsgehäuse mit
dem Vorteil einer einfachen Montage und Demontage kombiniert.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer in der Zeichnung
schematisch dargestellten Ausführungsform näher beschrieben.
Eine Antriebswelle 4 eines Achsantriebes eines Kraftfahrzeuges
ist an ihrem gehäuseinneren Wellenende 21 durch ein
Kegelrollenlager 1 und an ihrem gehäuseäußeren Wellenende 22
durch ein Kegelrollenlager 2 in einem Achsgehäuse 3 aus
Leichtmetall gelagert, wobei das Kegelrollenlager 1 in einen
Einsatz 5 aus Stahl oder Eisenguß eingesetzt ist, während das
Kegelrollenlager 2 mit Preßsitz in ein Lagerauge 20 des
Achsgehäuses 3 eingesetzt ist. Die Kegelrollenlager 1 und 2
sind zueinander in bekannter O-Anordnung ausgerichtet.
Der Lagerinnenring 6 des Kegelrollenlagers 1 ist axial in
Richtung eines koaxial und bewegungsfest zum gehäuseinneren
Wellenende 21 der Antriebswelle 4 angeordneten Ritzels 7 an
einem Absatz der Antriebswelle 4 abgestützt, während der
Lageraußenring 8 des Kegelrollenlagers 1 in der
entgegengesetzten Richtung am Einsatz 5 abgestützt ist.
Der Lagerinnenring 9 des Kegelrollenlagers 2 ist axial in
Richtung des gehäuseäußeren Wellenendes 22 der Antriebswelle 4
an einem nicht gezeigten mit der Antriebswelle 4
schraubbeweglich verbundenen Gewindeeinstellring unter
Zwischenfügung einer Nabe 10 eines drehfest auf der
Antriebswelle 4 sitzenden Antriebsflansches und in der
entgegengesetzten Richtung mittels eines Distanzringes 23 an
einem Absatz der Antriebswelle 4 abgestützt, wohingegen der
Lageraußenring 11 desselben Lagers 2 axial in Richtung des
Ritzels 7 am Achsgehäuse 3 abgestützt ist.
Der Einsatz 5 ist radial in einem Lagerauge 26 des Achsgehäuses
3 abgestützt, welches dem Ritzel 7 benachbart ist. Der Einsatz
5 weist an seinem Außenumfang einen Ringflansch 12 auf, der mit
dem gehäuseinneren Ende 15 des Lagerhalses 14 verschraubt ist.
Die sich aus den Kräften an der Kegelritzel-Tellerrad-
Verzahnung ergebende Resultierende 17 der Lagerkraft im axialen
Bereich des Ringflansches 12 wird in den Gehäuseeinsatz 5
eingeleitet. Durch den im Verhältnis zum Kegelrollenlager 1
großen Durchmesser des Ringflansches 12 verteilt sich die
eingeleitete Kraft auf eine größere Fläche im Achsgehäuse 3 und
verringert damit die Gefahr einer plastischen Verformung des
Achsgehäuses 3.
Im folgenden bedeuten:
L: der Abstand zwischen der ersten Stützfläche 24 des Achsgehäuses 3 am Lageraußenring 11 des Kegelrollenlagers 2 und einer zweiten Stützfläche 19 des Achsgehäuses 3 an der axialen Stützfläche 25 des Ringflansches 12 des Einsatzes 5,
ΔL: die Längendehnungsdifferenz zwischen Achsgehäuse 3 und Antriebswelle 4 auf der Länge L,
αG: der Wärmeausdehnungskoeffizient des Achsgehäusewerkstoffes,
αL: der Wärmeausdehnungskoeffizient des Antriebswellen- und des Einsatzwerkstoffes,
ΔtG: die Temperaturdifferenz zwischen
der Temperatur am Achsgehäuse 3, bei der die Überdeckung des Preßsitzes zwischen dem Lageraußenring 11 und dem Lagerauge 20 gegen Null geht und
der Ausgangstemperatur,
ΔtL: die Temperaturdifferenz zwischen
der mittleren Temperatur der Antriebswelle 4 und des Kegelrollenlagers 2, bei der die Überdeckung des Preßsitzes zwischen dem Lageraußenring 11 und dem Lagerauge 20 gegen Null geht und
der Ausgangstemperatur,
ΔdL: die Durchmesserdifferenz des Außendurchmessers des Lageraußenringes 11 des Kegelrollenlagers 2 zwischen dem entspannten und dem eingebauten Zustand,
ΔdG: die Durchmesserdifferenz des Innendurchmessers des Lagerauges 20 für das Kegelrollenlager 2 zwischen dem entspannten Zustand und dem eingebauten Zustand des Kegelrollenlagers 2 sowie
γ: der Winkel, der zwischen der Wälzfläche des Lageraußenringes 11 des Kegelrollenlagers 2 und der Lagerachse der Antriebswelle 4 eingeschlossen wird.
L: der Abstand zwischen der ersten Stützfläche 24 des Achsgehäuses 3 am Lageraußenring 11 des Kegelrollenlagers 2 und einer zweiten Stützfläche 19 des Achsgehäuses 3 an der axialen Stützfläche 25 des Ringflansches 12 des Einsatzes 5,
ΔL: die Längendehnungsdifferenz zwischen Achsgehäuse 3 und Antriebswelle 4 auf der Länge L,
αG: der Wärmeausdehnungskoeffizient des Achsgehäusewerkstoffes,
αL: der Wärmeausdehnungskoeffizient des Antriebswellen- und des Einsatzwerkstoffes,
ΔtG: die Temperaturdifferenz zwischen
der Temperatur am Achsgehäuse 3, bei der die Überdeckung des Preßsitzes zwischen dem Lageraußenring 11 und dem Lagerauge 20 gegen Null geht und
der Ausgangstemperatur,
ΔtL: die Temperaturdifferenz zwischen
der mittleren Temperatur der Antriebswelle 4 und des Kegelrollenlagers 2, bei der die Überdeckung des Preßsitzes zwischen dem Lageraußenring 11 und dem Lagerauge 20 gegen Null geht und
der Ausgangstemperatur,
ΔdL: die Durchmesserdifferenz des Außendurchmessers des Lageraußenringes 11 des Kegelrollenlagers 2 zwischen dem entspannten und dem eingebauten Zustand,
ΔdG: die Durchmesserdifferenz des Innendurchmessers des Lagerauges 20 für das Kegelrollenlager 2 zwischen dem entspannten Zustand und dem eingebauten Zustand des Kegelrollenlagers 2 sowie
γ: der Winkel, der zwischen der Wälzfläche des Lageraußenringes 11 des Kegelrollenlagers 2 und der Lagerachse der Antriebswelle 4 eingeschlossen wird.
Das Achsgehäuse 3 ist im Bereich des Lagerauges 20 so
dimensioniert, daß der Betrag der Durchmesserdifferenz ΔdL
mindestens ebenso groß ist, wie der Betrag der
Durchmesserdifferenz ΔdG.
Die in der Zeichnung mit L gekennzeichnete Länge weist bei
Erwärmung eine Längendehnungsdifferenz ΔL zwischen der
Absolutlängung L . αG . ΔtG des Achsgehäuses 3 und der
Absolutlängung L . αL . ΔtL der Antriebswelle 4 auf.
Diese Längenänderungsdifferenz ΔL ist konstruktiv dahingehend
ermittelt, daß sie unter weitestgehender Beibehaltung der
gegebenen Lagervorspannung die temperaturbedingte Aufweitung
des Außenringes 11 des Kegelrollenlagers 2 kompensiert. Es gilt
die Gleichung
bis zum vollständigen Abbau des Preßsitzes des Lageraußenringes
11 im zugehörigen Lagerauge 20. Somit bleibt in dem bei
üblichen Fahrbedingungen auftretenden Temperaturbereich ein
Preßsitz aufrechterhalten und die Lagervorspannung auf
konstantem Niveau mit der vorteilhaften Auswirkung auf den
Zahneingriff.
Claims (4)
1. Lagerung einer Antriebswelle (4) eines Achsgetriebes eines
Kraftfahrzeuges in einem Achsgehäuse (3), mit zwei unter O-
Anordnung in den Richtungen der Lagerachse (13-13) gegeneinander
versetzten Kegelrollenlagern (1 und 2), und bei der jeweils bezüg
lich der von der O-Anordnung weg weisenden Richtung der Lagerachse
(13-13) der Lagerinnenring (6) des einen, dem gehäuseinneren Welle
nende (21) der Antriebswelle (4) - zugeordneten Lagers (1) gegenüber
einer bewegungsfesten Axiallagerfläche der Antriebswelle (4) - da
gegen der Lagerinnenring (9) des anderen, dem gehäuseäußeren Welle
nende (22) der Antriebswelle (4) zugeordneten Lagers (2) gegenüber
dem Wellenende (22) abstützbar ist,
wobei der Lageraußenring (8) des dem gehäuseinneren Wellenende (21)
der Antriebswelle (4) zugeordneten Lagers (1) durch einen ringför
migen Gehäuseeinsatz (5) sowohl radial nach außen als auch in der
auf die O-Anordnung hin weisenden Richtung der Lagerachse (13-13)
gegenüber dem Achsgehäuse (3) abgestützt und der Gehäuseeinsatz (5)
als ein vom Achsgehäuse (3) getrenntes Bauteil sowohl konzentrisch
zur Lagerachse (13-13) ausgerichtet ist als auch an seinem Außenum
fang einen Ringflansch (12) aufweist, und daß der Ringflansch (12)
und die Kegelrollen (18) des durch den Gehäuseeinsatz (5) abge
stützten Lagers (1) derart in einem Bereich (16) der Lagerachse
(13-13) angeordnet sind, daß die Resultierende (17) der Lagerkraft
im axialen Bereich des Ringflansches (12) in den Gehäuseeinsatz (5)
eingeleitet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Achsgehäuse (3) aus Leichtmetall besteht und
daß die radiale Abstützung des Lageraußenringes (11) des dem gehäu seäußeren Wellenende (22) zugeordneten Lagers (2) unmittelbar in einem Lagerauge (20) des Achsgehäuses (3) erfolgt und
daß
ein Winkel γ, der zwischen der Wälzfläche des Lageraußenringes (11) des dem gehäuseäußeren Wellenende (22) der Antriebswelle (4) zugeordneten Lagers (2) und der Lagerachse (13-13) der Antriebswel le (4) eingeschlossen wird,
ein Abstand L zwischen
einer ersten axialen Stützfläche (24) des Achsgehäuses (3) für den Lageraußenring (11) des dem gehäuseäußeren Wellenende (22) der Antriebswelle (4) zugeordneten Lagers (2) und
einer zweiten Stützfläche (19) des Achsgehäuses (3) für den Ringflansch (12),
ein dem Werkstoff des Achsgehäuses (3) angehörige erste Wärmeaus dehnungskoeffizient αG,
ein dem Werkstoff der Antriebswelle (4) und des Einsatzes (5) ange hörige zweite Wärmeausdehnungskoeffizient αL,
eine Temperaturdifferenz ΔtG zwischen
der Temperatur des Achsgehäuses (3), bei der der Preßsitz zwi schen dem Lagerauge (20) des Achsgehäuses (3) und dem dem ge häuseäußeren Wellenende (22) der Antriebswelle (4) zugeordneten Lager (2) gegen Null geht und
der Ausgangstemperatur sowie
eine Temperaturdifferenz ΔtL zwischen
der mittleren Temperatur der Antriebswelle (4) und des dem ge häuseäußeren Wellenende (22) der Antriebswelle (4) zugeordneten Lagers (2) bei der der Preßsitz zwischen diesem Lager (2) und dem Lagerauge (20) des Achsgehäuses (3) gegen Null geht und
der Ausgangstemperatur sowie
eine Durchmesserdifferenz ΔdL zwischen dem Außendurchmesser des La geraußenringes (11) im entspannten Zustand und dem Außendurch messer des Lageraußenringes (11) im eingebauten Zustand bei Raumtemperatur
im Verhältnis
zueinander stehen.
daß das Achsgehäuse (3) aus Leichtmetall besteht und
daß die radiale Abstützung des Lageraußenringes (11) des dem gehäu seäußeren Wellenende (22) zugeordneten Lagers (2) unmittelbar in einem Lagerauge (20) des Achsgehäuses (3) erfolgt und
daß
ein Winkel γ, der zwischen der Wälzfläche des Lageraußenringes (11) des dem gehäuseäußeren Wellenende (22) der Antriebswelle (4) zugeordneten Lagers (2) und der Lagerachse (13-13) der Antriebswel le (4) eingeschlossen wird,
ein Abstand L zwischen
einer ersten axialen Stützfläche (24) des Achsgehäuses (3) für den Lageraußenring (11) des dem gehäuseäußeren Wellenende (22) der Antriebswelle (4) zugeordneten Lagers (2) und
einer zweiten Stützfläche (19) des Achsgehäuses (3) für den Ringflansch (12),
ein dem Werkstoff des Achsgehäuses (3) angehörige erste Wärmeaus dehnungskoeffizient αG,
ein dem Werkstoff der Antriebswelle (4) und des Einsatzes (5) ange hörige zweite Wärmeausdehnungskoeffizient αL,
eine Temperaturdifferenz ΔtG zwischen
der Temperatur des Achsgehäuses (3), bei der der Preßsitz zwi schen dem Lagerauge (20) des Achsgehäuses (3) und dem dem ge häuseäußeren Wellenende (22) der Antriebswelle (4) zugeordneten Lager (2) gegen Null geht und
der Ausgangstemperatur sowie
eine Temperaturdifferenz ΔtL zwischen
der mittleren Temperatur der Antriebswelle (4) und des dem ge häuseäußeren Wellenende (22) der Antriebswelle (4) zugeordneten Lagers (2) bei der der Preßsitz zwischen diesem Lager (2) und dem Lagerauge (20) des Achsgehäuses (3) gegen Null geht und
der Ausgangstemperatur sowie
eine Durchmesserdifferenz ΔdL zwischen dem Außendurchmesser des La geraußenringes (11) im entspannten Zustand und dem Außendurch messer des Lageraußenringes (11) im eingebauten Zustand bei Raumtemperatur
im Verhältnis
zueinander stehen.
2. Lagerung nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lageraußenring (11) des dem gehäuseäußeren Wellenende (22)
der Antriebswelle (4) zugeordneten Lagers (2) mit Preßsitz in das
Lagerauge (20) des Achsgehäuses (3) eingesetzt ist, wobei der Be
trag der Durchmesserdifferenz ΔdL im Mittel größer oder gleich dem
Betrag einer Durchmesserdifferenz ΔdG des Innendurchmessers des La
gerauges (20) zwischen dem Innendurchmesser im entspannten Zustand
und dem Innendurchmesser bei eingebautem Lager (2) ist.
3. Lagerung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Achsgehäuse (3) einen von der Antriebswelle (4) durchsetz
ten Lagerhals (14) für die Abstützung der Lager (1 und 2) aufweist,
und daß der Ringflansch (12) an dem gehäuseinneren Ende (15) des
Lagerhalses (14) lösbar befestigt ist.
4. Lagerung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lageraußenring (8) des dem gehäuseinneren Wellenende (21)
zugeordneten Lagers (1) einteilig mit dem Einsatz (5) ausgeführt
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998108566 DE19808566C1 (de) | 1998-02-28 | 1998-02-28 | Lagerung einer Antriebswelle eines Achsgetriebes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1998108566 DE19808566C1 (de) | 1998-02-28 | 1998-02-28 | Lagerung einer Antriebswelle eines Achsgetriebes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19808566C1 true DE19808566C1 (de) | 1999-07-15 |
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ID=7859270
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DE1998108566 Expired - Fee Related DE19808566C1 (de) | 1998-02-28 | 1998-02-28 | Lagerung einer Antriebswelle eines Achsgetriebes |
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DE (1) | DE19808566C1 (de) |
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