DE29820977U1

DE29820977U1 - Stufengetriebe

Info

Publication number: DE29820977U1
Application number: DE29820977U
Authority: DE
Original assignee: Getrag Getriebe und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer GmbH and Co
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 1998-01-24
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2008-11-25

Description

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elde» ri &eegr;: 23. November 1998

2201G100 AW-km
GETRAG

Getriebe- und Zahnradfabrik
Hermann Hagenmeyer GmbH & Cie.
Solitudeallee 24

71636 Ludwigsburg

Stufengetriebe

Die Erfindung betrifft ein Stufengetriebe mit mindestens einer Abtriebswelle, mit einem auf der Abtriebswelle sitzenden Abtriebs-Zahnrad und mit einem Differential/ dessen Eingang von einem Differential-Zahnrad gebildet wird, wobei das Abtriebs-Zahnrad mit dem Differential-Zahnrad über eine Verzahnung kämmt.

Ein Stufengetriebe der vorstehend genannten Art ist allgemein bekannt, bspw. aus der DE 41 36 455 C2.

Bei Stufengetrieben für Kraftfahrzeuge ist es allgemein üblich, diese in Vorgelegebauart oder mit mehreren Abtriebswellen bzw. Zwischenwellen auszuführen. Bei diesen Stufengetrieben sitzt an einem freien Ende der Abtriebswelle (oder Abtriebswellen) ein Abtriebs-Zahnrad, das mit einem Differential-Zahnrad kämmt. Das durch diesen Radsatz dargestellte Übersetzungsverhältnis wird in der Fachsprache auch als Achsübersetzung der Endabtriebsstufe bezeichnet.

Unabhängig davon, ob das Getriebe nur über eine Abtriebswelle mit einem Abtriebs-Zahnrad und daher nur eine Achsübersetzung der Endabtriebsstufe verfügt oder ob jeweils deren zwei vorgesehen sind, ist der Durchmesser des Abtriebs-Zahnrades bzw. der Abtriebs-Zahnräder üblicherweise wesentlich kleiner als der Durchmesser des Differential-Zahnrades.

Das Differential-Zahnrad (früher auch als "Kegeltellerrad" eines Ausgleichsgetriebes bezeichnet) ist mit einem umlaufenden Käfig des Differentials verschraubt, der mit den eingangsseitigen Ausgleichskegelrädern fest verbunden sind, während die ausgangsseitigen Kegelräder in ihm drehbar gelagert sind. Die Ausgangs-Kegelräder sind wiederum drehfest mit den Radantriebswellen verbunden, die ebenfalls in dem Käfig des Differentials gelagert sowie im Differentialgehäuse sind.

Es ist darüber hinaus allgemein bekannt, bei Stufengetrieben der hier interessierenden Art Schrägverzahnungen vorzusehen, die aufgrund ihrer größeren Zahnfläche (Überdeckung) wesentlich laufruhiger sind als Geradverzahnungen.

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Wenn nun jedoch zwischen dem Abtriebs-Zahnrad und dem Differential-Zahnrad eine derartige Schrägverzahnung vorgesehen ist, so hat dies folgenden Nachteil: Eine Schrägverzahnung bringt im Gegensatz zu einer Geradverzahnung grundsätzlich eine axiale Kraftkomponente mit sich, die mit zusätzlichen Maßnahmen beherrscht werden müssen, da die aneinanderliegenden Zahnflächen zur Rotationsachse des Zahnrades geneigt sind. Wenn nun aber das Differential-Zahnrad einen relativ großen Durchmesser hat, so überträgt sich die infolge der Schrägverzahnung auftretende Axialkraft über den relativ großen Hebelarm von der Schrägverzahnung des Differential-Zahnrades zu dessen Achse, die bei üblichen Differentialen mit der Achse der Radantriebswellen zusammenfällt. Dies wiederum führt über die Lager des Differentialgehäuses im Getriebegehäuse zu einer erheblichen mechanischen Belastung dieser Gehäuse.

Da im modernen Fahrzeugbau stets der Wunsch besteht, die Komponenten und Baugruppen möglichst leicht auszubilden, ist es bekannt, auch im Getriebebau leichte Werkstoffe einzusetzen, insbesondere Aluminium und/oder Magnesium enthaltende Legierungen. Diese Leichtbauwerkstoffe sind jedoch mechanisch nicht so stabil wie herkömmliche Werkstoffe, bspw. Grauguß.

Da andererseits der Trend im Fahrzeugbau unverändert zu immer höheren Leistungen und damit immer höheren Drehmomenten geht, bedeutet dies, daß auch die erwähnten Axialkräfte bzw. Biegemomente im Bereich des Differentials immer höher werden. Wenn andererseits aus Gewichtsgründen weniger stabile Werkstoffe eingesetzt werden, führt dies unvermeidlich zu Zielkonflikten.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Stufengetriebe der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die erwähnten Belastungen im Bereich des Differentials vermieden oder zumindest deutlich vermindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verzahnung als Pfeilverzahnung ausgebildet ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Bei einer Pfeilverzahnung handelt es sich bekanntlich um eine solche, bei der auf einem Zahnkranz nebeneinander zwei Schrägverzahnungen mit entgegengesetzt gleichem Anstellwinkel relativ zur Umfangsrichtung angeordnet sind. Bei einer Pfeilverzahnung treten folglich keine resultierenden Axialkräfte auf, weil sich die Einzel-Axialkräfte der zwei Einzelverzahnungen gerade gegenseitig aufheben.

Pfeilverzahnungen, die in der Fachwelt auch als "Doppelschrägverzahnungen¹¹ bezeichnet werden, sind in der Fachwelt bekannt (vgl. DE-Buch von G. Niemann und H. Winter "Maschinenelemente", Band II, 2. Auflage, Seiten 7, 292, Springer-Verlag 1985). Es ist auch bereits an sich bekannt, derartige Verzahnungen in Kraftfahrzeuggetrieben einzusetzen (DE 42 16 402 Al), jedoch nur in Verbindung mit Planetengetrieben, bei denen die Pfeilverzahnung zwischen Sonnenrad, Planetenrädern und Hohlrad eingesetzt wird, um die Laufruhe des Getriebes zu erhöhen.

Demgegenüber betrifft die vorliegende Erfindung ausschließlich die Anwendung einer Pfeilverzahnung im Bereich des Differential-Zahnrades, also im Bereich einer speziellen Verzahnung, bei der aufgrund konstruktiver Besonderheiten die bei großen Zahnraddurchmessern auftretenden Hebelwirkungen eine besonders nachteilige Auswirkung haben können.

Obwohl es für Differential-Zahnräder bekannt ist, dort Geradverzahnungen oder Schrägverzahnungen einzusetzen, die an Stirnrädern oder an Kegelrädern angeordnet sein können, ist eine Pfeilverzahnung an dieser Stelle noch nicht bekannt geworden, obwohl Differentiale bzw. Ausgleichsgetriebe mit zu den ältesten Getriebeformen überhaupt gehören.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hat das Differential-Zahnrad einen Durchmesser, der wesentlich größer als der Durchmesser des Abtriebs-Zahnrades ist, vorzugsweise liegt das Verhältnis der Durchmesser zwischen 2 und 8, insbesondere zwischen 3 und 4.

Ferner wurde bereits erwähnt, daß die Erfindung mit besonderem Vorteil bei solchen Differentialen eingesetzt werden kann, die in einem Gehäuse gelagert sind, das aus einer Aluminium und/oder Magnesium enthaltenden Legierung besteht.

Schließlich eignet sich die Erfindung in besonderem Maße für solche Getriebe mit integriertem oder mit hochgeschaltetem Differentialgetriebe, die für die Übertragung eines Motordrehmomentes von mehr als 300 Nm, vorzugsweise mehr als 400 Nm, und dessen Transformation ausgelegt sind.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Getriebeschema für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Getriebes, von der Seite her gesehen; und

Fig. 2 eine Seitenansicht, in der Ebene II-II von Fig. 1.

In den Figuren bezeichnet 10 insgesamt in Form eines Getriebeschemas ein Mehrgang-Stufengetriebe, wie es vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug eingesetzt werden soll, und das im dargestellten Beispiel sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang hat.

Das Getriebe 10 weist eine Antriebswelle 11 auf, der Antriebsenergie über eine nicht dargestellte Kupplung von einem ebenfalls nicht dargestellten Motor zugeführt wird, wie mit einem Pfeil 12 angedeutet.

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Parallel zur Antriebswelle 11 sind eine erste Zwischenwelle 13 sowie eine zweite Zwischenwelle 14 angeordnet, die als Abtriebswellen für die Radsätze des Getriebes 10 wirken. Radantriebswellen 15 erstrecken sich am Getriebeausgang ebenfalls parallel zu den zuvor genannten Wellen 11, 13 und 14. An den Radantriebswellen 15 wird über die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeuges die Abtriebsenergie abgenommen, wie mit Pfeilen 16 angedeutet.

Die Anordnung und Wirkungsweise der Radsätze auf den Wellen 11, 13 und 14 ist an sich bekannt und soll daher im vorliegenden Rahmen nicht näher beschrieben werden. Alle dazu erforderlichen Einzelheiten finden sich in der bereits eingangs erwähnten DE 41 36 455 C2.

Von den Zwischenwellen oder Abtriebswellen 13, 14 wird Drehmoment über Zahnräder 20 bzw. 21 abgenommen, die beide mit einem Zahnrad 22 kämmen (vgl. Fig. 2). Die Übersetzungen der Zahnräder 20/22 und 21/22 werden in der Fachsprache auch als Achsübersetzung der Endabtriebsstufe bezeichnet.

Das Zahnrad 22 ist als Differential-Zahnrad eingesetzt. Es läuft auf den Radantriebswellen 15 und ist Teil eines herkömmlichen Differentials 25. Das Differential 25, das integriert oder nachgeschaltet sein kann, hat ein Gehäuse 26, das in Fig. 1 nur schematisch angedeutet ist. Das Gehäuse des Getriebes 10 ist in Fig. 1 insgesamt mit 28 bezeichnet. Die Gehäuse 26 und 28 bestehen vorzugsweise aus einem Leichtbauwerkstoff, insbesondere aus einer Aluminium und/oder Magnesium enthaltenden Legierung. Im Getriebegehäuse 28 sind Lager 27 für das Differentialgehäuse 26 und für die Radantriebswellen 15 vorgesehen. Die

Funktionsweise des Differentials 25 ist im übrigen von herkömmlicher Art.

Wie man aus den Darstellungen gemäß Fig. 1 und 2 deutlich erkennen kann, ist das Zahnrad 22 mit seinem Durchmesser D wesentlich größer als die mit ihm kämmenden Zahnräder 20 und 21, deren Durchmesser nur d_x bzw. d₂ betragen. Das Verhältnis der Durchmesser D/d des Zahnrades 22 und der Zahnräder 20, 21 liegt vorzugsweise zwischen 2 und 8, insbesondere zwischen 3 und 4.

Da das als Differential-Zahnrad wirkende Zahnrad 22 einen relativ großen Durchmesser D hat, wirkt der halbe Durchmesser, nämlieh der Radius R als Hebelarm hinsichtlich aller Axialkräfte, die im Bereich der Verzahnung eingeleitet werden.

In den Figuren sind die Umfangsverzahnungen der Zahnräder 20, 21 und 22 mit 31, 32 und 33 bezeichnet.

Wenn die Verzahnungen 31/33 und 32/33 nach dem Stand der Technik als übliche Schrägverzahnungen ausgeführt wären, würden die an den Schrägverzahnungen auftretenden Axialkräfte über den Hebelarm R ein Biegemoment ausüben, das sich z.B. auf die Lager 27 im Gehäuse 28 auswirken würde. Wenn das Gehäuse 28 aus Gewichtsgründen aus einem Leichtbauwerkstoff, insbesondere einer Aluminium und/oder Magnesium enthaltenden Legierung, ausgeführt ist, kann dies bei hohen Belastungen zu Verformungen führen, da eine solche Legierung weniger fest ist als z.B. herkömmlicher Grauguß.

Um Derartiges zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Verzahnungen 31, 32 und 33 als Pfeilverzahnungen auszubilden.

Bei einer Pfeilverzahnung, wie sie an sich in dem eingangs erwähnten Lehrbuch von Niemann "Maschinenelemente" beschrieben ist, befinden sich zwei Einzel-Schrägverzahnungen axial nebeneinander, die spiegelbildlich den gleichen Schrägwinkel haben, so daß sich die Axialkräfte aufheben. Die beiden schrägen Einzelverzahnungen können dabei im axialen Abstand zueinander angeordnet sein, um bei ihrer Herstellung einen Werkzeugauslauf zu ermöglichen, wenn die beiden Verzahnungen auf einem gemeinsamen Zahnkörper angeordnet sind. Es ist aber auch bekannt, ein pfeilverzahntes Zahnrad aus zwei Zahnhälften zusammenzusetzen, die zuvor jeweils einzeln mit einer Schrägverzahnung versehen wurden, so daß kein Spalt zwischen den beiden Einzelverzahnungen vorgesehen werden muß.

Wenn das Getriebe 10 für hohe Leistungen und damit für hohe Drehmomente im Bereich von mehr als 300 Nm, vorzugsweise mehr als 400 Nm und deren Transformation ausgelegt ist, so können diese Drehmomente in vorteilhafter Weise über das Differential 25 geleitet werden, auch wenn die Gehäuse 26 und 28 des Differentials 25 bzw. des Getriebes 10 aus einem relativ weichen Werkstoff besteht, ohne daß Verformungen infolge von Biegemomenten befürchtet werden müssen.

Claims

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1. Stufengetriebe mit mindestens einer Abtriebswelle (13, 14), mit einem auf der Abtriebswelle (13, 14) sitzenden Abtriebs-Zahnrad (20, 21) und mit einem Differential (25), dessen Eingang von einem Differential-Zahnrad (22) gebildet wird, wobei das Abtriebs-Zahnrad (20, 21) mit dem Differential-Zahnrad (22) über eine Verzahnung (31/33, 32/33) kämmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung als Pfeilverzahnung ausgebildet ist.

2. Stufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differential-Zahnrad (22) einen Durchmesser (D) hat, der wesentlich größer als der Durchmesser (d_x, d₂) des Abtriebs-Zahnrades (20, 21) ist.

3. Stufengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Durchmesser (D/d) des Differential-Zahnrades (22) und des Abtriebs-Zahnrades (20, 21) zwischen 2 und 8, vorzugsweise zwischen 3 und 4, liegt.

4. Stufengetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Differential (25) in einem Gehäuse (28) gelagert ist und daß das Gehäuse (28) aus einer Aluminium und/oder Magnesium enthaltenden Legierung besteht.

5. Stufengetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es für die Übertragung eines Motordrehmomentes von mehr als 300 Nm, vorzugsweise mehr als 400 Nm, und dessen Transformation ausgelegt ist.