DE4342814A1 - Lagervorrichtung zur Steuerung der Wellenzentrierung bei einem manuell schaltbaren Getriebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft manuell schaltbare Ge­ triebe von Kraftfahrzeugen, genauer gesagt Einrichtungen zum Aufrechterhalten des Wellenabstandes und des Mittenabstandes von miteinander kämmenden Zahnrädern sowie deren Ausrichtung in Langwellen-Getrieben.

Herkömmlich ausgebildete manuell schaltbare Getriebe be­ sitzen Zahnräder, mit denen in einem Antriebszug für ein Kraftfahrzeug mehrere Drehmomentverhältnisse eingestellt werden können. Diese Getriebe weisen typischerweise zwei oder mehr Wellen, wie beispielsweise eine Hauptwelle und mindestens eine Gegenwelle, auf. Zahnräder zur Zuführung von Drehmoment sind drehbar um die Hauptwellenachse montiert. Ferner sind Zahnräder drehbar um die Gegenwellenachse mon­ tiert. Da die Zahl der möglichen Drehmomentverhältnisse an­ gestiegen ist, weisen viele Getriebe, die fünf Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang aufweisen, vergrößerte Wellenlängen auf, um eine höhere Anzahl von Zahnrädern aufzunehmen.

Anfangs wurden diese langen Wellen nur über ihre Enden gela­ gert. Unter den Zahnradbelastungen, die während des Kämmens der Zahnräder auftreten, neigen diese Wellen dazu, sich tor­ sionsmäßig zu verformen und zu verbiegen. Diese Verformung und Verbiegung wirkt sich nachteilig auf den Eingriff der Zahnräder aus. Das trägt zum Verschleiß der Zahnräder, der Ineffizienz des Zahnradeingriffs und der Geräuschentwicklung bei. Um dieses Problem zu lösen, besitzen einige Getriebe des Standes der Technik ein am Getriebegehäuse zwischen den Endlagern der Welle montiertes Lager, um für eine zusätz­ liche Wellenabstützung zu sorgen und somit Verformungen zu reduzieren sowie die Wellen zu stabilisieren. Einige dieser Lager sind in den US-PS′en 46 28 768, 22 27 589 und 18 87 560 beschrieben.

Die Verwendung eines solchen Mittellagers macht jedoch eine genaue Ausrichtung zwischen den Endlagern der Welle und dem Mittellager erforderlich. Dies erfordert wiederum genaue Be­ arbeitungstoleranzen sowie ein unpraktisches, idealisiertes Getriebegehäuse. In der Praxis können sich Wellen, die durch ein festes Mittellager gelagert sind, und die zugehörigen Zahnräder bei hohen Drehzahlen aufgrund einer ungenauen Aus­ richtung selbst zerstören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes manuell schaltbares Getriebe zu schaffen, das ein wellenmon­ tiertes Lager besitzt, das einen konstanten Abstand zwischen rotierenden Wellen auf rechterhält.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines verbesser­ ten manuell schaltbaren Getriebes, das ein zwischen Wel­ lenendlagern angeordnetes Lager besitzt, das den Mittenab­ stand von benachbarten Wellen und entsprechenden kämmenden Zahnrädern aufrechterhält und hierdurch die Lebensdauer der Welle verlängert sowie Zahnradgeräusche reduziert.

Ferner soll erfindungsgemäß ein verbessertes manuell schalt­ bares Getriebe zur Verfügung gestellt werden, das ein zwischen Wellenendlagern angeordnetes wellenmontiertes Lager aufweist, mit dem drei Lagerausrichtungsprobleme bei Lang­ wellen-Getrieben vermieden werden können.

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe besitzt ein ma­ nuell schaltbares Getriebe, das Drehmoment in einer Richtung zwischen einem Antriebselement und einem angetriebenen Ele­ ment übertragen kann, eine Hauptwelle und eine Gegenwelle. Die Hauptwelle kann mit dem Antriebselement in Verbindung gebracht werden, und die Hauptwelle und Gegenwelle besitzen versetzte Achsen.

Ein Getriebegehäuse mit axial beabstandeten Lagereinheiten dient zur Montage der Hauptwelle und der Gegenwelle. Mitein­ ander kämmende Zahnräder, die an der Hauptwelle und der Ge­ genwelle montiert sind, sind wahlweise miteinander in Ein­ griff bringbar, um Drehmomentübertragungswege zu erstellen.

Ein Lager, das eine erste und zweite Lageröffnung besitzt, ist an der Hauptwelle und an der Gegenwelle zwischen den axial beabstandeten Lagereinheiten montiert. Die Hauptwelle und die Gegenwelle erstrecken sich jeweils durch eine Lager­ öffnung im Lager und sind auf diese Weise zwischen den Enden der Hauptwelle und der Gegenwelle gelagert. Ein solches La­ ger dient zur Aufrechterhaltung des Mittenabstandes der mit­ einander kämmenden Zahnräder auf der Hauptwelle und der Ge­ genwelle trotz der in Querrichtung zur Hauptwelle oder Ge­ genwelle wirkenden Zahntrennkräfte der Zahnräder.

Das Lager kann unabhängig von Bearbeitungsvorgängen im Ge­ häuse in speziellen Spannvorrichtungen bearbeitet werden. Die Lagerelemente der Hauptwelle und der Gegenwelle können als Teil eines Untermontagevorganges während des Zusammen­ baues des Getriebes in den Lagern vormontiert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu­ tert. Es zeigen:

die Fig. 1A und 1B Seitenschnittansichten eines erfindungs­ gemäß ausgebildeten manuell schaltbaren Getriebes;

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1, in dem ein Lager dargestellt ist, das zum Aufrechterhalten des Mittenabstandes zwischen einer Hauptwelle und einer Ge­ genwelle sowie entsprechender daran mon­ tierter miteinander kämmender Zahnräder dient; und

Fig. 3 einen Schnitt durch das Lager entlang Linie 3-3 in Fig. 2.

Die Fig. 1A und 1B zeigen ein verbessertes manuell schaltbares Getriebe für ein Kraftfahrzeug, das erfindungs­ gemäß ausgebildet ist. Das Getriebe wird zur Übertragung von Drehmoment zwischen einem Antriebselement und einem ange­ triebenen Element im Antriebszug eines Fahrzeuges verwendet. Wie hiernach im Detail beschrieben wird, besitzt das verbes­ serte Getriebe ein wellenmontiertes Mittellager, das zur Aufrechterhaltung des Getriebewellenabstandes dient und auf diese Weise Zahnradgeräusche reduziert sowie die Haltbarkeit des Getriebes verbessert. Das wellenmontierte Mittellager wird hier in Verbindung mit einem manuell schaltbaren Ge­ triebe beschrieben, das fünf Vorwärtsgänge und einen Rück­ wärtsgang aufweist. Es kann jedoch bei jedem beliebigen ma­ nuell schaltbaren Getriebe Verwendung finden, bei dem ein Wellenlager zwischen Endlagern erforderlich ist.

In Fig. 1A ist eine Drehmomenteingangswelle 10 dargestellt, die bei 12 eine Keilnutverzahnung besitzt, um eine Antriebs­ verbindung zwischen der Welle 10 und der Nabe einer Kupplungsscheibe zu ermöglichen, die einen Teil einer vom Fahrzeuglenker betätigten neutralen Kupplungs- und Schwungradeinheit bildet. Die Kurbelwelle des Motors ist über die aus der neutralen Kupplung und dem Schwungrad be­ stehende Einheit mit der Welle 10 verbunden.

Eine in Fig. 1B gezeigte angetriebene Welle 14 ist bei 16 mit einer Keilnutverzahnung versehen, um eine Antriebsver­ bindung mit einem Antriebsjoch zu ermöglichen, das einen Teil einer Universalgelenkverbindung zwischen der Welle 14 und der Antriebswelle bildet. Drehmoment wird auf die Fahr­ zeugräder über die Antriebswelle und das Differential sowie den Achsmechanismus übertragen.

Das Getriebe der Fig. 1 besitzt ein Gußgehäuse 18, das einen glockenförmigen Kupplungsgehäuseabschnitt 20 aufweist, der an seinem Umfang 22 mit dem Motorblock einer Brennkraft­ maschine des Fahrzeuges verbolzt oder hieran anderweitig be­ festigt sein kann.

Das Gehäuse 18 ist über Bolzen 24 an einem Ende eines be­ nachbarten Gehäuseabschnittes 26 befestigt, der Abschnitte des nachfolgend beschriebenen Getriebes sowie die angetrie­ bene Welle 14 umgibt. Die Gehäuseabschnitte 18 und 26 bilden eine Gehäuseeinheit.

Ein Drehmomenteingangszahnrad 28 ist mit der Drehmomentein­ gangswelle 10 verbunden oder hiermit einstückig ausgebildet. Es ist über konische Rollen aufweisende Lager 30 in einer Lageröffnung 32 gelagert, die im vorderen Wandabschnitt des Getriebegehäuses 18 ausgebildet ist.

Eine Getriebehauptwelle 36 erstreckt sich durch die Gehäuse­ abschnitte 18 und 26 in koaxialer Anordnung zur Achse der Drehmomenteingangswelle 10. Sie ist über das Lager 38 in der Lageröffnung 40, die im Eingangszahnrad 28 ausgebildet ist, gelagert. An der Außenseite des Getriebes ist sie über ein konische Rollen aufweisendes Lager 42 gelagert, das in einer Lageröffnung 44 der Endwand 46 für den Getriebegehäuseab­ schnitt 26 aufgenommen ist.

Die Hauptwelle 36 ist ziemlich lang, da an ihr ein Zahnrad 48 für einen zweiten Gang, ein Zahnrad 50 für einen dritten Gang und ein Zahnrad für einen fünften Gang oder ein Over­ drive-Zahnrad 52 befestigt sind. Drehbar an der rechten Seite der Hauptwelle 36 ist ein Zahnrad 54 für einen ersten Gang und ein Zahnrad 56 für einen Rückwärtsgang gelagert, wie in Fig. 1B gezeigt. Die Hauptwelle 36 ist wesentlichen Biege- und Torsionsverformungskräften ausgesetzt. Ohne ein Zwischenlager wäre die Biege- und Torsionsverformung der Hauptwelle infolge dieser Kräfte von der Länge der Welle ab­ hängig.

Eine Gegenwelle 58 ist parallel zur Hauptwelle 36 endgela­ gert. Die Gegenwelle 58 ist ebenfalls relativ lang, da sie Zahnräder trägt, die die Zahnräder der Hauptwelle 36 ver­ vollständigen. Sie ist am linken Ende durch konische Rollen aufweisende Lager 60 gelagert, die in einer Lageröffnung 62 angeordnet sind, welche in der Lagerwand 34 des Getriebes angeordnet ist. Das rechte Ende der Gegenwelle 58 ist über ein konische Rollen aufweisendes Lager 64 in der rechten La­ gerwand 46 des Gehäuseabschnittes 26 gelagert. Ein Eingangs­ zahnrad 66 ist bei 68 über eine Keilnutverzahnung mit der Gegenwelle 58 verbunden. Es kämmt mit dem Drehmomentein­ gangszahnrad 28.

Ein Overdrive-Zahnrad 70 ist über ein Lager 72 an der Gegen­ welle 58 gelagert. Ein Zahnrad 74 für einen dritten Gang ist über ein Lager 76 an der Gegenwelle 58 gelagert. Ein Zahnrad 78 für einen zweiten Gang ist über ein Lager 80 an der Ge­ genwelle 58 gelagert.

Ein Zahnrad 82 für einen ersten Gang ist an der Gegenwelle 58 ausgebildet oder direkt hiermit verbunden. Es kämmt kon­ tinuierlich mit dem Zahnrad 54 für den ersten Gang. In ent­ sprechender Weise kämmt ein Zahnrad 78 kontinuierlich mit dem Zahnrad 48 für den zweiten Gang.

Ein Zahnrad 84 für einen Rückwärtsgang ist an der Gegenwelle 58 ausgebildet oder hiermit einstückig verbunden. Diese Zahnradanordnung für den Rückwärtsgang vergrößert des weite­ ren die Länge der Gegenwelle 58. Das Zahnrad 84 für den Rückwärtsgang kämmt kontinuierlich mit einem Ritzel 86 für den Rückwärtsgang, das über ein Lager 90 drehbar an einer Stummelwelle 88 gelagert ist. Die Stummelwelle 88 ist in Öffnungen 92 und 93 endgelagert, die in Lagerwänden ausge­ bildet sind, welche einen Teil des Gehäuseabschnittes 26 um­ fassen.

In Fig. 1B ist das Ritzel 86 für den Rückwärtsgang außer­ halb seiner Position in Winkellage zu den Positionen der Hauptwelle und der Gegenwelle gezeigt. Dies ist aus Klar­ heitsgründen erfolgt. Tatsächlich kämmt das Ritzel 86 mit dem Zahnrad 56 für den Rückwärtsgang, das an der Hauptwelle gelagert ist.

Eine erste und Rückwärtssynchronisierkupplungsnabe 94 ist bei 36 durch eine Keilnutverzahnung an der Hauptwelle 36 be­ festigt. Eine Synchronisierkupplungsnabe 98 für den vierten und fünften Gang ist über eine Keilnutverzahnung bei 100 am linken Ende der Hauptwelle 36 befestigt.

An der Kupplungsnabe 98 ist eine Synchronisierkonus­ kupplungsfläche 102 ausgebildet, die mit einem Synchroni­ siersperring 104 in Eingriff treten kann. Die Nabe 98 trägt Kupplungszähne 106, die axial in bezug auf die Zähne 108 des Synchronisiersperringes ausgerichtet sind. Diese Zähne 108 und die Zähne 106 der Synchronisierkupplung sind mit Innen­ kupplungszähnen 110 in Eingriff bringbar, die in der Synchronisierkupplungshülse 112 ausgebildet sind. Das Ein­ gangszahnrad 28 trägt Außenkupplungszähne 114, die mit In­ nenkupplungszähnen 110 der Synchronisierhülse 112 kämmen. Wenn die Hülse 112 nach rechts verschoben wird, bildet die Synchronisierhülse eine Antriebsverbindung zwischen dem Ein­ gangszahnrad 28 und der Synchronisierkupplungsnabe 98, so daß auf diese Weise eine direkte Antriebsverbindung zwischen der Eingangswelle 10 und der Hauptwelle 36 hergestellt wird.

Eine Schubstange 116 tritt mit dem Sperring 104 in Eingriff, wenn die Hülse 112 nach rechts verschoben wird. Der Synchronkörper 118 erzeugt eine Sperringeingriffskraft, wenn die Synchronisierkupplungshülse 112 nach rechts verschoben wird. Wenn die Synchronisierhülse 112 nach links verschoben wird, wird das Zahnrad 28 mit der Synchronisiernabe 98 außer Eingriff gebracht, so daß der Drehmomentübertragungsweg während des 4. Ganges unterbrochen wird.

Eine Synchronisierkupplungsnabe 120 ist am Zahnrad 70 für den 5. Gang ausgebildet. Eine Synchronisierkupplungshülse 122, die Innenkupplungszähne besitzt, kämmt mit den Außen­ zähnen der Nabe 120. Ein Synchronisiersperring 124 ist mit einer Konusfläche ausgebildet, die mit der Konusfläche 126 der Synchronisierkupplung, welche auf der Nabe des Eingangs­ zahnrades 66 ausgebildet ist, in Eingriff steht. Schubstan­ gen 128 stehen mit dem Sperring 124 in Eingriff und üben eine Kupplungseingriffskraft in Axialrichtung nach links aus, wenn die Hülse 122 nach links verschoben wird. Hier­ durch wird eine Antriebsverbindung zwischen dem Eingangs­ zahnrad 66 und der Gegenwelle 58 hergestellt. Die Antriebs­ verbindung wird über Außenkupplungszähne 130, die auf der Nabe des Zahnrades 66 ausgebildet sind und mit den Innen­ zähnen der Kupplungshülse 122 in Eingriff treten, herge­ stellt, nachdem die Kupplungshülsenzähne die Sperringzähne des Sperringes 124 passiert haben. Die auf den Sperring 124 einwirkende Eingriffskraft der Synchronisierkupplung wird durch eine federbelastete Anschlagkugel 132 aufgebaut.

Die 2-3-Synchronisierkupplungsnabe 134 ist bei 136 über eine Keilnutverzahnung an der Gegenwelle 158 befestigt, wie in Fig. 1A gezeigt. Sie ist benachbart zu den konischen Synchronisierkupplungselementen 138 und 140 angeordnet, die vom Zahnrad 74 für den dritten Gang und vom Zahnrad 78 für den zweiten Gang getragen werden. Eine 2-3-Synchronisier­ kupplungshülse 142 ist gleitend auf der Nabe 134 gelagert, wobei letztere mit Innenkupplungszähnen versehen ist, die mit den Synchronisierkupplungszähnen 144 und 146 in Eingriff stehen, welche an den Zahnrädern 74 und 78 ausgebildet sind. Wie im Falle der in Verbindung mit dem Eingangszahnrad 28 und dem Overdrive-Zahnrad 52 beschriebenen Synchronisier­ kupplungskonstruktion umfaßt die 2-3-Synchronisierkupplungs­ einheit ein Paar von Sperringen, wie bei 148 und 150 ge­ zeigt, die Innenkonuskupplungsflächen besitzen, welche mit Außenkonuskupplungsflächen an den Naben der Zahnräder 74 und 78 in Eingriff treten, wenn die Hülse 142 verschoben wird.

Eine erste und Rückwärtssynchronisierkupplungsnabe 54 ist bei 152 über eine Keilnutverbindung an der Hauptwelle 36 be­ festigt. Die erste und Rückwärtssynchronisierkupplungshülse 154 ist gleitend an der Nabe 94 angeordnet. Wenn sie nach rechts verschoben wird, treten ihre Innenzähne 156 mit den Außenzähnen 158 am Zahnrad 56 für den Rückwärtsgang in Ein­ griff. Wenn die Hülse 154 nach links verschoben wird, treten ihre Innenzähne mit den Außenzähnen 160 am Zahnrad 54 für den ersten Gang in Eingriff. Der Sperring 162 stellt in üblicher Weise Synchronismus zwischen der Gegenwelle 36 und dem Zahnrad 54 für den ersten Gang her, wenn die Hülse 154 nach links verschoben wird.

Ein Lager 166 in der Form eines Gurtes besitzt zwei Lager­ öffnungen 168 und 170. Das Lager 166 ist am besten in Fig. 2 zu erkennen. Die Gegenwelle 58 erstreckt sich durch die Lageröffnung 168, während sich die Hauptwelle 36 durch die Öffnung 170 erstreckt. Die Hauptwelle 36 ist im Lagergurt 166 über das Zwischenlager 172 gelagert, während die Gegen­ welle 58 in der Öffnung 168 über das Zwischenlager 174 gela­ gert ist. Vorzugsweise sind die Lager 172, 174 Rollenlager. Der Lagergurt 166 bildet einen Widerstand gegenüber einer Trennung der Achsen der Hauptwelle 36 und der Gegenwelle 58 und wirkt somit der Neigung von radialen Trennkraftkomponen­ ten des Zahneingriffes entgegen, die die Gegenwelle und die Hauptwelle verbiegen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das Lager 166 eine einstückig hergestellte Konstruktion, bei dem der gewünschte Mittenab­ stand der Wellen während der Herstellung der Lageröffnungen 168, 170 gesteuert wird. Vorzugsweise besteht das Lager 166 aus Aluminium.

Es dient zum Aufrechterhalten des Mittenabstandes der mit­ einander kämmenden Zahnräder auf der Hauptwelle 36 und der Gegenwelle 58 und reduziert auf diese Weise Zahnradge­ räusche. Des weiteren beseitigt das Lager 166 Ausrichtungs­ probleme, die bei Getrieben auftreten, die ein Mittellager besitzen, das im Getriebegehäuse montiert oder am Getriebe­ gehäuse ausgebildet ist.

Claims (8)

1. Zahnradgetriebe, mit dem Drehmoment zwischen einem An­ triebselement und einem angetriebenen Element übertra­ gen werden kann, gekennzeichnet durch:
eine Hauptwelle (36) und eine Gegenwelle (58), wobei die Hauptwelle mit dem Antriebselement verbindbar ist und die Hauptwelle (36) und die Gegenwelle (58) ver­ setzte Achsen besitzen;
ein Getriebegehäuse (18) mit axial beabstandeten La­ gereinheiten;
miteinander kämmende Zahnräder auf der Hauptwelle und der Gegenwelle, die Drehmomentübertragungswege vor­ sehen;
wobei das Lager unabhängig vom Gehäuse (18) und relativ dazu frei beweglich ist; und
ein Lager (166) mit einer ersten und zweiten Lager­ öffnung (168, 170), wobei sich die Hauptwelle und die Gegenwelle durch die Öffnungen (168, 170) erstrecken und von dem Lager zwischen den Enden der Hauptwelle und der Gegenwelle gelagert werden, wodurch der Mittenab­ stand zwischen der Hauptwelle und der Gegenwelle sowie der Mittenabstand zwischen den miteinander kämmenden Zahnrädern trotz der in Querrichtung hierzu wirkenden Zahntrennkräfte der Zahnräder aufrechterhalten wird.

2. Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hauptwelle (36) an einem Ende mit dem An­ triebselement und am anderen Ende mit dem angetriebenen Element verbindbar ist.

3. Zahnradgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zahnräder an der Hauptwelle (36) drehbar an der Hauptwelle (36) gelagert sind und daß Synchroni­ sierkupplungseinrichtungen die Zahnräder der Hauptwelle mit der Hauptwelle (36) verbinden.

4. Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hauptwelle (36) an einem Ende mit dem An­ triebselement und die Gegenwelle am anderen Ende mit dem angetriebenen Element verbindbar ist.

5. Zahnradgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (166) eine ein­ stückige Konstruktion ist.

6. Zahnradgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Lager (166) Rollenlager (172, 174) umfaßt, die in den Lageröffnungen (168, 170) montiert sind.

7. Zahnradgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Lager (166) aus Aluminiumlegierungsmate­ rial besteht.

8. Zahnradgetriebe, mit dem Drehmoment zwischen einem An­ triebselement und einem angetriebenen Element übertra­ gen werden kann, gekennzeichnet durch:
eine Hauptwelle (36) und eine Gegenwelle (58), wobei die Hauptwelle mit dem Antriebselement verbindbar ist und Hauptwelle und Gegenwelle versetzte Achsen besit­ zen;
ein Getriebegehäuse (18), das axial beabstandete La­ gereinheiten aufweist;
miteinander kämmende Zahnräder an der Hauptwelle und der Gegenwelle, die Drehmomentübertragungswege vor­ sehen;
ein einstückiges Lager (166) mit einer ersten und zwei­ ten Lageröffnung (168, 170); und
in den Lageröffnungen montierte Rollenlager (172, 174), wobei sich die Hauptwelle (36) und die Gegenwelle (58) durch die Rollenlager erstrecken und von dem Lager zwischen den Enden der Hauptwelle und der Gegenwelle gelagert werden, wodurch die Mittendistanz zwischen der Hauptwelle und der Gegenwelle sowie die Mittendistanz zwischen den miteinander kämmenden Zahnrädern trotz der in Querrichtung hierzu wirkenden Zahntrennkräfte der Zahnräder aufrechterhalten wird.