DE19833910A1

DE19833910A1 - Wärmedehnungsausgleich

Info

Publication number: DE19833910A1
Application number: DE19833910A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Hoerburger; Hermann Lanz; Walter Mueller; Friedrich Schreiner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2000-02-03
Anticipated expiration: 2018-07-29
Also published as: DE19833910B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Wärmedehnungsausgleichselement (4) für ein Getriebe (1) eines Kraftfahrzeuges mit Bauteilen (2, 10, 24), die aus Materialien bestehen, die unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen. Eine Welle (10, 24) ist in einem aus zwei Rollenlagern gebildeten Lager gelagert, von dem das eine Rollenlager (12, 40) eine radiale Lagerung der Welle (10, 24) und das andere Rollenlager (28) eine axiale Lagerung der Welle (10, 24) übernimmt und das Wärmedehnungsausgleichselement (4) auf das axial lagernde Rollenlager (28) einwirkt. Die Welle kann eine Eingangswelle (10) des Getriebes (1) sein oder eine Hauptwelle (24), die in der Eingangswelle (10) gelagert ist. Dann übernimmt das eine Rollenlager (40) eine radiale Lagerung der Hauptwelle (24) in der Eingangswelle (10) und das andere Rollenlager (28) eine axiale Lagerung der Hauptwelle (24) in der Eingangswelle (10). Das Wärmedehnungsausgleichselement (4) wirkt auf das axial lagernde Rollenlager (28) ein.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit ei nem Wärmedehnungsausgleichselement nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Solche Ausgleichselemente werden bei Maschinen benötigt, die aus Maschinenteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten zusammengesetzt sind und diese Teile wegen ihrer Größe ei nen nicht zu vernachlässigenden Längenunterschied bei Tem peraturänderungen ergeben. Eine solche Problematik tritt z. B. im Getriebebau 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 Getriebewel len ein temperaturabhängiges 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 Län genausdehnung ca. das Dreifache der des ungeführten Materi- als ist.

Eine gattungsbildende Anordnung mit einem Wärmedeh nungsausgleichselement ist beispielsweise aus der DE 195 34 004 bekanntgeworden. Eine derartige Anordnung weist noch den Nachteil auf, daß der Lageraußenring sich einseitig setzte. Das Wärmedehnungsausgleichselement wirkt auf den Lageraußenring bzw. auf den Lagerinnenring und ver schiebt ihn relativ zu seinem Sitz, entweder im Gehäuse oder auf der Welle. Es ist deshalb bei den bisher bekannten Konstruktionsprinzipien notwendig, die Passung des jeweili gen zu verschiebenden Bauteiles, Lagerinnen- oder Lagerau ßenring, als Schiebesitz zu gestalten. Diese Passungen wa ren bisher meist Presspassungen, die sich in der Praxis bewährt haben. Schiebesitze haben demgegenüber bislang fol gende Nachteile:

- Der Lageraußenring kann im Gehäuse verkippen. Bei An ordnung auf dem Lagerinnenring ist dies bis zu einem gewissen Umfang auch dort gegeben.
- Der Lagerring mit einem Schiebesitz kann sich verdre hen, wodurch es zu Passungsrost kommen kann.
- Bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Gehäuse und Lageraußenring wird das radiale Spiel des Lageraußenrings mit zunehmender Temperatur immer größer. Die Folge sind Schäden in der Verzahnung der Zahnräder durch falschen Achsabstand.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anord nung mit einem Wärmedehnungsausgleichselement anzugeben, bei der die Probleme bisheriger Lösungen überwunden werden und insbesondere die Passungen des Lageraußen- und des La gerinnenringes bei dessen Verwendung gegenüber einer Kon struktion ohne Wärmeelement nicht verändert werden müssen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Wärmedehnungsaus gleichselement mit den Merkmalen von Anspruch 1. Ausgestal tungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die prinzipielle Lösung besteht darin, in dem vorhan den Lagersystem aus Kegelrollenlagern zur Lagerung von Wel len in einem Getriebegehäuse, ein Kegelrollenlager durch ein zwei Zylinderrollenlager zu ersetzen, bei dem die axia le Lage des Innenringes zum Außenring durch ein das Wärme dehnungsausgleichselement über ein axial wirkendes Rollen lager verschoben wird. Die axiale Relativbewegung, die durch das Wärmedehnungsausgleichselement eingeleitet wird, soll in den Wälzkörpern stattfinden, da hier die geringsten Reibungskräfte herrschen.

Eines der Zylinderrollenlager nimmt die radiale Lage rung der Welle vor, während das andere Zylinderrollenlager der axialen Lagerung dient. Wärmedehnungsausgleichselement für ein Getriebe eines Kraftfahrzeuges mit Bauteilen, die aus Materialien beste hen, die unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten auf weisen, mit wenigstens einer Welle, die in einem Getriebe gehäuse in wenigstens einem Lager radial und axial gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Lager ein aus zwei Rollenlagern gebildetes Lager ist, von dem das eine Rollenlager eine radiale Lagerung der Welle und das andere Rollenlager eine axiale Lagerung der Welle übernimmt und das Wärmedehnungsausgleichselement auf das axial la gernde Rollenlager einwirkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Lager der Eingangswelle im Getriebegehäuse durch zwei Zylinder rollenlager ersetzt, die die Eingangswelle einerseits radi al und andererseits axial lagern. In einer weiteren bevor zugten Ausführungsform ersetzen die beiden Zylinderrollen lager das Zapfenlager eines Getriebes, bei dem die Hauptwelle innerhalb der Eingangswelle gelagert ist und das eine Rollenlager eine radiale Lagerung der Hauptwelle in der Eingangswelle und das andere Rollenlager eine axiale Lagerung der Hauptwelle in der Eingangswelle übernimmt und das Wärmedehnungsausgleichselement auf das axial lagernde Rollenlager einwirkt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das axial wirkende Zylinderrollenlager durch ein axial wirken des Axialkegelrollenlager ersetzt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung weist das Wärmedeh nungsausgleichselement in der Eingangswelle angeordnet auf. In einer weiteren Ausführung ist das Wärmedehnungsaus gleichselement im Getriebegehäuse angeordnet.

Eine vorteilhafte Ausführung zeigt die Lauffläche des Lage rinnenringes des radial wirkenden Rollenlagers direkt durch die gelagerte Welle ausgebildet oder die Lauffläche des Lageraußenringes des radial wirkenden Rollenlagers direkt durch die Eingangswelle ausgebildet. Die Ausbildung des Lagerinnenringes kann sowohl auf der Eingangswelle als auch auf der Hauptwelle vorgesehen sein. Eine vorteilhafte Aus führung zeigt einen Lagerring, der in einem Bauteil für zwei Zylinderrollenlager Laufflächen bildet. Auch das ab triebsseitige Ende einer Getriebewelle kann durch eine ent sprechende Lagerung mit zwei Zylinderrollenlagern gelagert und abgestützt werden, wenn dafür der erforderliche Bauraum zur Verfügung steht.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläu tert.

Es zeigen:

Fig. 1 Anordnung des Wärmedehnungsausgleichsele ments für die Lagerung einer Eingangswelle im Gehäuse;

Fig. 2 Anordnung des Wärmedehnungsausgleichsele ments zwischen Eingangswelle und Hauptwelle und

Fig. 3 eine geänderte Ausführung nach Fig. 2.

Die Fig. 1 zeigt in einem Getriebegehäuse 2 eines Ge triebes 1 die Anordnung eines Wärmedehnungsausgleichsele ments 4, das in einer Aussparung 6 des Getriebegehäuses 2 liegt. Das Wärmedehnungsausgleichselement wirkt auf einen Kolben 8 in axialer Richtung ein. Die Eingangswelle 10 des Getriebes 1 ist in dem Gehäuse 2 durch ein Zylinderrollen lager 12 radial gelagert. Das Zylinderrollenlager 12 liegt mit seinem Lageraußenring 14 fest im Gehäuse 2 und mit sei nem Lagerinnenring 16 fest auf der Eingangswelle 10. Auf der Eingangswelle 10 ist das Zahnrad 18 drehbar gelagert und kann mit einer Synchronisiereinrichtung 20 drehfest mit der Eingangswelle 10 verbunden werden. Die Synchroni siereinrichtung 20 ist ebenfalls geeignet, in einer zweiten Schaltstellung die Eingangswelle 10 mit einem Zahnrad 22 drehfest zu verbinden, das auf der Hauptwelle 24 des Ge triebes 1 drehbar gelagert ist. Die Hauptwelle 24 ist in nerhalb der Eingangswelle 10 mit einem Kegelrollenlager 26 sowohl radial als auch axial gelagert. Das Wärmedehnungs ausgleichselement 4 drückt mit dem Kolben 8 auf ein zweites Zylinderrollenlager 28, das in axialer Richtung wirkt. Die ses Zylinderrollenlager 28 drückt seinerseits auf eine in axialer Richtung ausgerichtete Lagerlauffläche 30, die fest mit dem Lagerinnenring 16 des Zylinderrollenlagers 12 ver bunden ist. Der Lagerinnenring 16 bildet somit in einem Bauteil Laufflächen für beide Rollenlager 12 und 28. Wird die Lagerlauffläche des Lagerinnenringes von Rollenlager 12 in einer hier nicht gezeigten Form direkt durch die Ein gangswelle 10 gebildet, so kann auch die Lagerlauffläche für das Rollenlager 28 von der Eingangswelle gebildet wer den.

Dadurch, daß der Lageraußenring 14 fest im Gehäuse 2 angeordnet ist, befindet sich das Wärmedehnungsausgleichs element 4 in einem Bauteil, das fest mit dem Lageraußen ring 14 verbunden ist. In Fig. 1 ist dies das Getriebege häuse 2. Der Lageraußenring 14 wird somit durch das Wärme dehnungsausgleichselement 4 relativ zum Lagerinnenring 16 verstellt. Die relative Axialbewegung findet dabei zwischen den Rollen 32 des Zylinderrollenlagers 12 und dem Lagerau ßenring 14 oder den Rollen 32 und dem Lagerinnenring 16 statt. Befinden sich Borde 34 und 36 am Lagerinnenring 16, so bewegen sich die Rollen 32 nur relativ zum Lageraußen ring 14. Es ist auch eine Anordnung der Borde am Lagerau ßenring 14 ebenso möglich. Auch eine bezogen auf die Rol len 32 diagonale Anordnung der Borde einerseits am Lagerau ßenring 14 und anderseits am Lagerinnenring 16 ist möglich, wobei darauf geachtet werden muß, daß genügend axiales Spiel für die Rollen vorhanden ist.

Die Fig. 2 zeigt in einem Getriebegehäuse 2 eines Ge triebes 1 die Anordnung eines Wärmedehnungsausgleichsele ments 4, das in einer Aussparung 6 der Eingangswelle 10 des Getriebes liegt. Das Wärmedehnungsausgleichselement 4 wirkt auf einen Kolben 8 in axialer Richtung ein. Die Eingangs welle 10 des Getriebes 1 ist in dem Gehäuse 2 durch ein Kegelrollenlager 38 radial und axial gelagert. Auf der Ein gangswelle 10 ist das Zahnrad 18 drehbar gelagert und kann mit einer Synchronisiereinrichtung 20 drehfest mit der Ein gangswelle 10 verbunden werden. Die Synchronisiereinrich tung 20 ist ebenfalls geeignet, in einer zweiten Schalt stellung die Eingangswelle 10 mit einem Zahnrad 22 drehfest zu verbinden, das auf der Hauptwelle 24 des Getriebes 1 drehbar gelagert ist. Die Hauptwelle 24 ist innerhalb der Eingangswelle 10 mit einem Zylinderrollenlager 40 radial gelagert. Das Zylinderrollenlager 40 liegt mit seinen Rol len 41 an einem Lageraußenring an, der in Form einer Lager lauffläche 42 an der Innenseite der Eingangswelle 10 ausge bildet ist. Das Zylinderrollenlager 40 liegt mit seinen Rollen 41 auch an einem Lagerinnenring an, der in Form ei ner Lagerlauffläche 44 an der Oberfläche der Hauptwelle 24 ausgebildet ist. Das Wärmedehnungsausgleichselement 4 drückt mit dem Kolben 8 auf ein zweites Zylinderrollenla ger 28, das in axialer Richtung wirkt. Dieses Zylinderrol lenlager 28 drückt seinerseits auf eine in axialer Richtung ausgerichtete Lagerlauffläche 46, die an einer ringförmigen Hülse 48 ausgebildet ist, die wiederum mit der Hauptwel le 24 verbunden ist.

Dadurch, daß die Lagerlauffläche 42 fest in der Ein gangswelle 10 angeordnet ist, befindet sich das Wärmedeh nungsausgleichselement 4 in einem Bauteil, das fest mit der Lagerlauffläche 42 als Lageraußenring verbunden ist. In Fig. 2 ist dies die Eingangswelle 10. Die Lagerlaufflä che 42 als Lageraußenring wird somit durch das Wärmedeh nungsausgleichselement 4 relativ zur Lagerlauffläche 44 als Lagerinnenring verstellt. Die relative Axialbewegung findet dabei zwischen den Rollen 41 des Zylinderrollenlagers 40 und der Lagerlauffläche 42 oder den Rollen 41 und der La gerlauffläche 44 statt. Befinden sich Borde 50 und 52 an der Hülse 48 bzw. an der Lagerlauffläche 44, 50 bewegen sich die Rollen 41 nur relativ zur Lagerlauffläche 42. Es ist auch eine Anbringung der Borde an der Lagerlaufflä che 42 in der Eingangswelle 10 möglich. Auch eine bezogen auf die Rollen 41 diagonale Anordnung der Borde einerseits an der Lagerlauffläche 42 und anderseits an der Lagerlauf fläche 44 bzw. der Hülse 48 ist möglich, wobei auch hier darauf geachtet werden muß, daß genügend axiales Spiel für die Rollen vorhanden ist.

Die Fig. 3 zeigt eine veränderte Ausführung der Anord nung nach Fig. 2.

In einem Getriebegehäuse 2 eines Getriebes 1 die An ordnung eines Wärmedehnungsausgleichselements 4, das zwi schen der Getriebeeingangswelle 10 und einem Kolben 56 in der Eingangswelle 10 des Getriebes liegt. Das Wärmedeh nungsausgleichselement 4 wirkt auf den Kolben 56 in axialer Richtung ein. Die Eingangswelle 10 des Getriebes 1 ist in dem Gehäuse 2 durch ein Kegelrollenlager 38 radial und axial gelagert. Die Hauptwelle 24 ist innerhalb der Ein gangswelle 10 mit einem Zylinderrollenlager 40 radial gela gert. Das Zylinderrollenlager 40 liegt mit seinen Rollen 41 an einem Lageraußenring an, der in Form einer Lagerlaufflä che 42 an der Innenseite der Eingangswelle 10 ausgebildet ist. Das Zylinderrollenlager 40 liegt mit seinen Rollen 41 auch an einem Lagerinnenring 58 an, der auf der Hauptwel le 24 angeordnet ist. Das Wärmedehnungsausgleichselement 4 drückt mit dem Kolben 56 auf ein Axialkegelrollenlager 54, das in axialer Richtung wirkt. Dieses Axialkegelrollenla ger 54 drückt seinerseits auf eine Lagerlauffläche 46, die an einer ringförmigen Hülse 48 ausgebildet ist, die wieder um mit der Hauptwelle 24 verbunden ist.

Bei einer unterschiedlichen Wärmedehnung der Bauteile des Getriebes aus unterschiedlichen Materialien gleich das beschriebene Wärmedehnungsausgleichselement ein entstehen des Spiel aus und vermeidet Verzahnungsbeschädigungen im Getriebe. Es können im Getriebe die gleichen Passungen für die Sitze der Lager verwendet werden, die auch in einem Getriebe ohne Wärmedehnungsausgleichselemente verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1

Getriebe

2

Getriebegehäuse

4

Wärmedehnungsausgleichselement

6

Aussparung

8

Kolben

10

Eingangswelle

12

Zylinderrollenlager

14

Lageraußenring

16

Lagerinnenring

18

Zahnrad

20

Synchronisiereinrichtung

22

Zahnrad

24

Hauptwelle

26

Kegelrollenlager

28

Zylinderrollenlager

30

Lagerlauffläche

32

Rolle

34

Bord

36

Bord

38

Kegelrollenlager

40

Zylinderrollenlager

42

Lagerlauffläche

44

Lagerlauffläche

46

Lagerlauffläche

48

Hülse

50

Bord

52

Bord

54

Axialkegelrollenlager

56

Kolben

58

Lagerinnenring

Claims

1. Anordnung mit einem Wärmedehnungsausgleichsele ment (4) für ein Getriebe (1) eines Kraftfahrzeuges mit Bauteilen (2, 10, 24), die aus Materialien bestehen, die unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen, mit wenigstens einer Welle (10, 24), die in wenigstens einem Lager (12, 28, 40) radial und axial gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Lager (12, 28, 40) ein aus zwei Rollenlagern gebildetes Lager ist, von dem das eine Rollenlager (12, 40) eine ra diale Lagerung der Welle (10, 24) und das andere Rollenla ger (28) eine axiale Lagerung der Welle (10, 24) übernimmt und das Wärmedehnungsausgleichselement (4) auf das axial lagernde Rollenlager (28) einwirkt.

2. Anordnung mit einem Wärmedehnungsausgleichsele ment (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die eine Welle eine Eingangswelle (10) ist und eine zweite Welle als eine Hauptwelle (24) in der Ein gangswelle (10) gelagert ist und das Lager zwischen Ein gangswelle (10) und Hauptwelle (24) ein aus zwei Rollenla gern (28, 40) gebildetes Lager ist, von dem das eine Rol lenlager (40) eine radiale Lagerung der Hauptwelle (24) in der Eingangswelle (10) und das andere Rollenlager (28) eine axiale Lagerung der Hauptwelle (24) in der Eingangswel le (10) übernimmt und das Wärmedehnungsausgleichsele ment (4) auf das axial lagernde Rollenlager (28) einwirkt.

3. Anordnung mit einem Wärmedehnungsausgleichsele ment (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß das axial wirkende Rollenlager ein Axialke gelrollenlager (54) ist.

4. Anordnung mit einem Wärmedehnungsausgleichsele ment (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Wärmedehnungsausgleichselement (4) im Getriebegehäuse (2) angeordnet ist.

5. Anordnung mit einem Wärmedehnungsausgleichsele ment (4) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Wärmedehnungsausgleichsele ment (4) in der Eingangswelle (10) angeordnet ist.

6. Anordnung mit einem Wärmedehnungsausgleichsele ment (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Lauffläche (44) des Lagerinnenringes (16) des radial wirkenden Rollenla gers (12, 40) direkt durch die gelagerte Welle (10, 24) gebildet ist.

7. Anordnung mit einem Wärmedehnungsausgleichsele ment (4) nach Anspruch 2, 4, 5 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Lauffläche (42) des Lageraußenringes des radial wirkenden Rollenlagers (40) direkt durch die Eingangswelle (10) gebildet ist.

8. Anordnung mit einem Wärmedehnungsausgleichsele ment (4) nach Anspruch 1, 4 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Lagerring (16) in einem Bauteil für zwei Zylinderrollenlager (12, 28) Laufflächen bildet.