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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einem 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 einen
nicht zu vernachlässigenden Längenunterschied
bei Temperaturänderungen
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 Getriebewellen ein
temperaturabhängiges Lagerspiel
entsteht.
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Diese
Längenunterschiede
durch Wärmedehnung
lassen sich auf verschiedene Weise kompensieren, z. B. durch Federlagerung
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.
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Letztgenannte
Ausgleichselemente sind schon bekannt, eine mögliche Ausführung ist in
US 2 859 033 dargestellt.
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Bei
Getriebelagern ist es vorteilhaft, für die niedrigen Temperaturen
beim Kaltstart sogar ein größeres Lagerspiel
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 gewährleis ten.
Dieses Einstellen des Lagerspiels läßt sich durch ein überkompensierendes
Wärmedehnungsausgleichselement
erzielen.
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Ein
solches Ausgleichselement besteht, wie im Oberbegriff 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 Wärmeausdehnungsrings
vermittelt. Dieses Material ist hinreichend plastisch, so dass es
durch die Einfassung in den Hohlraum verformt und geführt werden
kann. Die Wärmeausdehnung
des den Hohlraum beinhalteten Maschinenteils ist im Vergleich zu
der des Wärmeausdehnungsrings
klein, so dass sich die Hohlraumquerschnittsfläche in erster Ordnung nicht
verändert, und
die Volumenausdehnung sich voll auf die Längenausdehnung des Materials
auswirkt, und damit die relative Längenausdehnung ca. das Dreifache
der des ungeführten
Materials ist.
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Eine
gattungsbildende Anordnung mit einem Wärmedehnungsausgleichselement
ist beispielsweise aus der
DE
195 34 004 A1 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 verschiebt ihn relativ zu seinem
Sitz, entweder im Gehäuse
oder auf der Welle. Es ist deshalb bei den bisher bekannten Konstruktionsprinzipien
notwendig, die Passung des jeweiligen zu verschiebenden Bauteiles,
Lagerinnen- oder Lageraußenring,
als Schiebesitz zu gestalten. Diese Passungen waren bisher meist
Presspassungen, die sich in der Praxis bewährt haben. Schiebesitze haben
demgegenüber bislang
folgende Nachteile:
- – Der Lageraußenring
kann im Gehäuse
verkippen. Bei Anordnung auf dem Lagerinnenring ist dies bis zu
einem gewissen Umfang auch dort gegeben.
- – Der
Lagerring mit einem Schiebesitz kann sich verdrehen, 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.
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Schließlich ist
in der
EP 0 668 448
A1 ein Getriebe offenbart, das ein Gehäuse und eine Welle umfasst,
welche unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten
aufweisen. Die Welle wird über
ein Kegelrollenlager im Gehäuse
gelagert. Um Längenunterschiede,
welche durch Wärmedehnung
entstehen, zu kompensieren, ist ein Wärmedehnungsausgleichselement
vorgesehen. Das Wärmedehnungsausgleichselement
ist derart zwischen dem Gehäuse
und einem Lageraußenring
des Kegelrollenlagers angeordnet, dass bei einem Wärmedehnungsausgleich
der Lageraußenring
des Kugefrollenlagers relativ zum Gehäuse bewegt wird. Diese axiale
Relativbewegung kann aufgrund von Reibungseffekten zwischen Lageraußenring
und Gehäuse
nur ruckartig erfolgen.
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Die
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit einem Wärmedehnungsausgleichselement
anzugeben, bei der die Probleme bisheriger Lösungen überwunden werden und insbesondere
die Passungen des Lageraußen-
und des Lagerinnenringes bei dessen Verwendung gegenüber einer
Konstruktion ohne Wärmeelement
nicht verändert
werden müssen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Wärmedehnungsausgleichselement
mit den Merkmalen von Anspruch 1. Ausgestaltungen sind Gegenstand
von Unteransprüchen.
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Die
prinzipielle Lösung
besteht darin, in dem vorhanden Lagersystem aus Kegelrollenlagern
zur Lagerung von Wellen in einem Getriebegehäuse, ein Kegelrollenlager durch
ein zwei Zylinderrollenlager zu ersetzen, bei dem die axiale Lage
des Innenringes zum Außenring
durch ein das Wärmedehnungsausgleichselement über ein
axial wirkendes Rollenlager verschoben wird. Die axiale Relativbewegung,
die durch das Wärmedehnungsausgleichselement
eingeleitet wird, soll in den Wälzkörpern stattfinden,
da hier die geringsten Reibungskräfte herrschen.
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Eines
der Zylinderrollenlager nimmt die radiale Lagerung der Welle vor,
während
das andere Zylinderrollenlager der axialen Lagerung dient.
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Wärmedehnungsausgleichselement
für ein Getriebe
eines Kraftfahrzeuges mit Bauteilen, die aus Materialien bestehen,
die unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten
aufweisen, mit wenigstens einer Welle, die in einem Getriebegehäuse 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 lagernde Rollenlager einwirkt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Lager der Eingangswelle im Getriebegehäuse durch zwei Zylinderrollenlager
ersetzt, die die Eingangswelle einerseits radial und andererseits
axial lagern. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ersetzen die beiden
Zylinderrollenlager 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.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das axial wirkende
Zylinderrollenlager durch ein axial wirkendes Axialkegelrollenlager
ersetzt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführung
weist das Wärmedehnungsausgleichselement
in der Eingangswelle angeordnet auf. In einer weiteren Ausführung ist
das Wärmedehnungsausgleichselement im
Getriebegehäuse
angeordnet.
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Eine
vorteilhafte Ausführung
zeigt die Lauffläche
des Lagerinnenringes 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 Ausführung
zeigt einen Lagerring, der in einem Bauteil für zwei Zylinderrollenlager
Laufflächen bildet.
Auch das abtriebsseitige Ende einer Getriebewelle kann durch eine
entsprechende Lagerung mit zwei Zylinderrollenlagern gelagert und
abgestützt werden,
wenn dafür
der erforderliche Bauraum zur Verfügung steht.
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Die
Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 Anordnung
des Wärmedehnungsausgleichselements
für die
Lagerung einer Eingangswelle im Gehäuse;
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2 Anordnung
des Wärmedehnungsausgleichselements
zwischen Eingangswelle und Hauptwelle und
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3 eine
geänderte
Ausführung
nach 2.
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Die 1 zeigt
in einem Getriebegehäuse 2 eines
Getriebes 1 die Anordnung eines Wärmedehnungsausgleichselements 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 Zylinderrollenlager 12 radial gelagert. Das Zylinderrollenlager 12 liegt
mit seinem Lageraußenring 14 fest
im Gehäuse 2 und
mit seinem 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 Synchronisiereinrichtung 20 ist
ebenfalls geeignet, in einer zweiten Schaltstellung 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 Kegelrollenlager 26 sowohl
radial als auch axial gelagert. Das Wärmedehnungsausgleichselement 4 drückt mit
dem Kolben 8 auf ein zweites Zylinderrollenlager 28,
das in axialer Richtung wirkt. Dieses Zylinderrollenlager 28 drückt seinerseits
auf eine in axialer Richtung ausgerichtete Lagerlauffläche 30, die
fest mit dem Lagerinnenring 16 des Zylinderrollenlagers 12 verbunden
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 Eingangswelle 10 gebildet,
so kann auch die Lagerlauffläche
für das Rollenlager 28 von
der Eingangswelle gebildet werden.
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Dadurch,
daß der
Lageraußenring 14 fest
im Gehäuse 2 angeordnet
ist, befindet sich das Wärmedehnungsausgleichse lement 4 in
einem Bauteil, das fest mit dem Lageraußenring 14 verbunden
ist. In 1 ist dies das Getriebegehäuse 2.
Der Lageraußenring 14 wird
somit durch das Wärmedehnungsausgleichselement 4 relativ
zum Lagerinnenring 16 verstellt. Die relative Axialbewegung
findet dabei zwischen den Rollen 32 des Zylinderrollenlagers 12 und dem
Lageraußenring 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 Lageraußenring 14.
Es ist auch eine Anordnung der Borde am Lageraußenring 14 ebenso
möglich.
Auch eine bezogen auf die Rollen 32 diagonale Anordnung
der Borde einerseits am Lageraußenring 14 und
anderseits am Lagerinnenring 16 ist möglich, wobei darauf geachtet
werden muß, daß genügend axiales
Spiel für
die Rollen vorhanden ist.
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Die 2 zeigt
in einem Getriebegehäuse 2 eines
Getriebes 1 die Anordnung eines Wärmedehnungsausgleichselements 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 Eingangswelle 10 des
Getriebes 1 ist in dem Gehäuse 2 durch ein Kegelrollenlager 38 radial
und axial gelagert. Auf der Eingangswelle 10 ist das Zahnrad 18 drehbar
gelagert und kann mit einer Synchronisiereinrichtung 20 drehfest
mit der Eingangswelle 10 verbunden werden. Die Synchronisiereinrichtung 20 ist
ebenfalls geeignet, in einer zweiten Schaltstellung 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 Rollen 41 an
einem Lageraußenring
an, der in Form einer Lager lauffläche 42 an der Innenseite
der Eingangswelle 10 ausgebildet ist. Das Zylinderrollenlager 40 liegt
mit seinen Rollen 41 auch an einem Lagerinnenring an, der
in Form einer Lagerlauffläche 44 an
der Oberfläche
der Hauptwelle 24 ausgebildet ist. Das Wärmedehnungsausgleichselement 4 drückt mit dem
Kolben 8 auf ein zweites Zylinderrollenlager 28, das
in axialer Richtung wirkt. Dieses Zylinderrollenlager 28 drückt seinerseits
auf eine in axialer Richtung ausgerichtete Lagerlauffläche 46,
die an einer ringförmigen
Hülse 48 ausgebildet
ist, die wiederum mit der Hauptwelle 24 verbunden ist.
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Dadurch,
daß die
Lagerlauffläche 42 fest
in der Eingangswelle 10 angeordnet ist, befindet sich das
Wärmedehnungsausgleichselement 4 in
einem Bauteil, das fest mit der Lagerlauffläche 42 als Lageraußenring
verbunden ist. In 2 ist dies die Eingangswelle 10.
Die Lagerlauffläche 42 als
Lageraußenring
wird somit durch das Wärmedehnungsausgleichselement 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 Lagerlauffläche 44 statt. Befinden sich
Borde 50 und 52 an der Hülse 48 bzw. an der
Lagerlauffläche 44,
so bewegen sich die Rollen 41 nur relativ zur Lagerlauffläche 42.
Es ist auch eine Anbringung der Borde an der Lagerlauffläche 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 Lagerlauffläche 44 bzw.
der Hülse 48 ist
möglich,
wobei auch hier darauf geachtet werden muß, daß genügend axiales Spiel für die Rollen
vorhanden ist.
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Die 3 zeigt
eine veränderte
Ausführung der
Anordnung nach 2.
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In
einem Getriebegehäuse 2 eines
Getriebes 1 die Anordnung eines Wärmedehnungsausgleichselements 4,
das zwischen der Getriebeeingangswelle 10 und einem Kolben 56 in
der Eingangswelle 10 des Getriebes liegt. Das Wärmedehnungsausgleichselement 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 Eingangswelle 10 mit
einem Zylinderrollenlager 40 radial gelagert. Das Zylinderrollenlager 40 liegt
mit seinen Rollen 41 an einem Lageraußenring an, der in Form einer
Lagerlauffläche 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 Hauptwelle 24 angeordnet
ist. Das Wärmedehnungsausgleichselement 4 drückt mit
dem Kolben 56 auf ein Axialkegelrollenlager 54,
das in axialer Richtung wirkt. Dieses Axialkegelrollenlager 54 drückt seinerseits
auf eine Lagerlauffläche 46,
die an einer ringförmigen
Hülse 48 ausgebildet
ist, die wiederum mit der Hauptwelle 24 verbunden ist.
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Bei
einer unterschiedlichen Wärmedehnung der
Bauteile des Getriebes aus unterschiedlichen Materialien gleich
das beschriebene Wärmedehnungsausgleichselement
ein entstehendes 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.
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- 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
- Axialkegelrollenlagaer
- 56
- Kolben
- 58
- Lagerinnenring