DE9403308U1 - Ausgleichsgetriebe für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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Description
ANR 17 17 332
2562-11-DE
Die Neuerung betrifft ein Ausgleichsgetriebe mit in einem Getriebegehäuse
gelagerten Differentialkäfig, der über ein Tellerrad mit einem
Antriebsrad einer Getriebeabtriebswelle verbunden ist, wobei im Differentialkäfig
Achswellen gelagert sind.
Mit derartigen Ausgleichsgetrieben wird erreicht, daß Antriebsräder
jeder Achswelle bei Kurvenfahrt trotz unterschiedlicher Drehzahl
schlupffrei abrollen können. Eine Getriebeabtriebswelle oder eine Kardanwelle treibt über ein Antriebskegelrad ein Tellerrad an, das
drehfest mit dem Gehäuse (Differentialkäfig) verbunden ist, in dessen
Innerem Achskegelräder und Ausgleichsräder gelagert sind. Bei Geradeausfahrt sind diese Ausgleichsräder gegenüber dem Käfig in Ruhe, so
daß sich beide Achswellen mit gleicher Drehzahl wie das Tellerrad drehen. Bei Kurvenfahrt tritt eine Drehzahldifferenz zwischen beiden
Achswellen auf. Dabei rotieren die Ausgleichsräder und bewirken, daß die Drehzahlzunahme der einen Achswelle gegenüber der Drehzahl des
Tellerrades genauso groß ist wie die Drehzahlabnahme der anderen Achswelle gegenüber dem Tellerrad.
Ein entsprechendes Ausgleichsgetriebe ist beispielsweise in dem Fachbuch
"Zahnradgetriebe, Grundlagen und Konstruktion der Vorgelege- und Planetenradgetriebe" von Johannes Looman, Springer-Verlag, Berlin
Heidelberg New York 1970 in der Abbildung 7.23. dargestellt. Die Achswellen sind dabei gleitgelagert.
Der Nachteil dieser Gleitlagerung besteht darin, daß aufgrund des erforderlichen Lagerspieles störende Geräusche auftreten. Je nach
verwendetem Fahrzeugtyp kann dies zu unangenehmen "Wummer"- oder
2562-11-DE 2
"BrumnT-Geräuschen führen. Nun kann man zwar ein derartiges Gleitlager
spielfrei einstellen, indem man die Welle mit Hilfe einer Feder und eines Reibkonuses gegen das Gehäuse verspannt. Dabei muß jedoch eine
erhöhte Reibleistung und damit ein erhöhter Verschleiß in Kauf genommen werden.
Es ist daher Aufgabe der Neuerung, die Achswellen in einem Ausgleichsgetriebe
so zu lagern, daß trotz der Spielfreistellung keine erhöhte
Reibung und damit kein erhöhter Verschleiß auftritt.
Neuerungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Achswellen im
Differentialkäfig mit Hilfe eines spielfreien bzw. vorgespannten
Wälzlagers gelagert sind. Durch diese Art der Lagerung werden die eingangs beschriebenen Geräusche wirkungsvoll vermieden.
In Weiterbildung der Neuerung nach Anspruch 2 ist vorgesehen, daß die
Achswellen in einer dünnwandigen Nadelhülse mit gleichmäßiger Wandstärke gelagert sind, deren Laufbahn in wenigstens einem Umfangsabschnitt
im Querschnitt gesehen eine von ihrer Kreisform abweichende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung aufweist, so daß die Achswellen
durch wenigstens eine der Nadeln zwischen der Laufbahnwölbung und dieser gegenüberliegenden Laufbahn radial vorgespannt sind.
Durch diese von der Kreisform abweichende Form läßt sich eine definierte
Vorspannung auf die Welle aufbringen, so daß diese spielfrei gestellt bzw. nur eine geringe Möglichkeit zu einer Eigenbewegung hat
und somit die bisher als äußerst unangenehm empfundenen Geräusche nicht auftreten können. Das heißt, die elastischen Eigenschaften der
Laufbahnwölbungen müssen so abgestimmt sein, daß einerseits eine genügend hohe Vorspannung auf die Achswelle erzielt wird, während
andererseits eine geringe Eigenbewegung der Achswelle durch Anpressen der Laufbahnwölbungen in Richtung Innenwandung des Differentialkäfigs
möglich ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Neuerung gemäß Anspruch 3 läßt sich
diese Vorspannung auch dann erzielen, wenn die Laufbahn der Nadelhülse in wenigstens einem Umfangsabschnitt im Längsschnitt gesehen eine in
2562-11-DE 3
Richtung Lagermittelpunkt weisende elastisch nachgiebige Wölbung aufweist.
Die Größe der auf die Welle aufgebrachten Vorspannung ist durch das
verwendete Material zum Bau der Nadelhülse bzw. deren Wanddicke bestimmt. Je größer die Wanddicke des verwendeten Materials, um so
größer die Vorspannung auf die Achswelle. Die Elastizität der in der Regel verwendeten Stahlwerkstoffe wird auch durch deren Härtung beeinflußt,
das heißt die Vorspannung der Achswelle ist bei einem gehärteten Stahl größer als bei einem ungehärteten. Die Einstellung der
Elastizität ist auch davon abhängig, ah wievielen Stellen ihres Umfangs
die Nadelhülse eine von der Kreisform abweichende Laufbahnwölbung aufweist. Zweckmäßigerweise ist deshalb nach Anspruch 4 vorgesehen,
daß die Laufbahn der Nadelhülse in drei um 120° zueinander versetzten Umfangsabschnitten eine Laufbahnwölbung aufweist. Dadurch wird
erreicht, daß die Welle von allen Seiten gleichmäßig vorgespannt ist, das heißt eine Eigenbewegung nur unter Aufhebung der vorgegebenen
Elastizität der Nadelhülse in den Bereichen der Laufbahnwölbung ausführen kann.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Neuerung nach Anspruch 5 soll
die Nadelhülse an einer Stelle ihres Umfangs einen Schlitz aufweisen.
Dadurch wird die Anpassungsfähigkeit der Hülse an die Geometrie der Aufnahmebohrung verbessert, d. h. eine aufwendige Feinbearbeitung
dieser Aufnahmebohrung kann entfallen.
Nach einem zusätzlich weiteren Merkmal der Neuerung nach Anspruch 6
soll der Käfig an einer Stelle seines Umfangs einen durch einander gegenüberliegende Endflächen gebildeten axial verlaufenden Schlitz
aufweisen. Dadurch wird erreicht, daß sich der Käfig unter federnder Spannung an die Wälzkörper anpreßt und diese gegen die äußere Laufbahn
drückt.
Zur weiteren Erhöhung der Vorspannung des Käfigs soll dieser nach Anspruch 7 zwischen den Endflächen mit einem Federelement versehen
sein.
2562-11-DE 4
Schließlich läßt sich nach einem weiteren Merkmal der Neuerung nach
Anspruch 8 die Vorspannung auf die Achswellen auch derart erzielen, daß zwischen den Nadeln und der inneren Mantelfläche der Nadelhülse
ein Ring eingelegt ist, dessen Laufbahn in wenigstens einem Umfangsabschnitt eine von ihrer Kreisform abweichende elastisch nachgiebige
Laufbahnwölbung aufweist. Die Nadelhülse kann in diesem Fall entweder aus Stahl oder aus Gründen einer verbesserten Dämpfungswirkung aus
einem polyeren Werkstoff hergestellt sein.
Radial vorgespannte Wälzlager, bei denen zumindest eine der Laufbahnen
in wenigstens einem Umfangsabschnitt eine von ihrer Kreisform abweichende
Laufbahnwölbung aufweist, sind bereits seit längerem bekannt. Derartige Nadellager sind beispielsweise im DE-GM 19 78 056, im DE-GM
69 33 767 und in der DE-OS 27 41 057 beschrieben. Keine dieser Vorveröffentlichungen
liefert jedoch einen Hinweis auf eine mögliche Verwendung eines so vorgespannten Nadellagers in einem Ausgleichsgetriebe
zum Vermeiden der sogenannten "Wummer"- bzw. "Brumm"-Geräusche. Ziel
dieser Entwicklungen war es vielmehr, präzise Zentrierungen mittels dieser Wälzlager zu gewährleisten. Solche vorgespannten Nadellager
finden ihre Anwendung beispielsweise als Lenksäulenlager oder zur Lagerung von Wellen in Elektromotoren.
Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
25
25
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Ausgleichsgetriebe für einen Pkw;
Figur 2 einen Querschnitt durch eine Nadelhülse, die zwischen einem Differentialkäfig und einer darin gelagerten Flan-
schwelle angeordnet ist;
Figur 3 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Nadelhülse und
Figur 4 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Nadelhülse mit
einem eingelegten Ring.
2562-11-DE 5
Das in Figur 1 dargestellte Kfz-Ausgleichsgetriebe weist ein Gehäuse
1 auf, in dem ein Differentialkäfig 2 über zwei Kegelrollenlager 3
gelagert ist. Ein Antriebsritzel 4 einer Getriebeabtriebswelle 5
treibt ein Tellerrad 6, das wiederrum den Differentialkäfig 2 in
Bewegung setzt. Der Differentialkäfig 2 ist über Ausgleichsräder 7 und
Treibräder 8 mit je einer Achswelle 9 verbunden, die über Gelenkwellen
10 nicht gezeichnete Räder antreiben.
Die Achswellen 9 sind im Differentialkäfig 2 mit Hilfe eines Nadellagers
11 gelagert, das nach Figur 2 aus einer Nadelhülse 12 und aus Lagernadeln 13 besteht, die durch einen Käfig 14 achsparallel geführt
sind. Der Käfig 14 ist an einer Stelle seines Umfangs mit einem durchgehenden axial verlaufenden Schlitz 15 versehen. Die Nadeln 13 wälzen
auf Laufbahnen 16 und 17 ab, die einerseits von der inneren Mantelfläche
der Hülse 12 und andererseits von einem Teil der Mantelfläche der Achswelle 9 gebildet sind. Die Nadelhülse 12 weist an drei um 120°
zueinander versetzten Umfangsabschnitten Laufbahnwölbungen 18 auf. Die
Laufbahnwölbungen 18 sind in radialer Richtung elastisch nachgiebig, so daß einerseits die Achswellen 9 in drei Umfangsbereichen fest
vorgespannt sind, da die Lagernadeln 13 sowohl an der inneren Laufbahn 17 als auch an der äußeren Laufbahn 16 anliegen, während andererseits
eine Eigenbewegung der Achswellen 9 unter Überwindung der aus den Laufbahnwölbungen 18 herrührenden Elastizität möglich ist.
Mit dieser neuerungsgemäßen Anordnung der Achswellen 4 in einem Kfz-Ausgleichsgetriebe
werden die sogenannten "Wummer"- oder "Brumm"-Geräusche der bisherigen Gleitlagerung wirkungsvoll unterbunden.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Längsschnitt wird die Vorspannung auf
die Achswelle 9 durch die Laufbahnwölbung 18 der Nadelhülse 12 realisiert, deren Scheitelpunkt zweckmäßigerweise in der Mitte angeordnet
ist. Diese Laufbahnwölbung 18 kann sich um den gesamten Umfang der Nadelhülse 12, d. h. um 360° oder nur um einen Teil des Umfangs erstrecken.
Zweckmäßigerweise wird man auch in diesem Fall die Achswelle an drei um 120° versetzten Abschnitten vorspannen.
2562-11-DE 6
Aus Figur 4 ist ersichtlich, daß die Vorspannung auf die Achswelle 9
durch einen Ring 19 ausgeübt wird, der zwischen der inneren Mantelfäche
der Nadelhülse 12 und den Lagernadeln 13 angeordnet ist. Dadurch, daß die Laufbahnen des Ringes 19 in wenigstens einem Umfangsabschnitt
eine von ihrer Kreisform abweichende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung aufweist, ergibt sich an dieser Stelle ein Spalt 20 zwischen
dem Ring 19 und der inneren Mantelfläche der Nadelhülse 12. Je nach Anwendungsfall kann bei dieser Ausführungsvariante die Nadelhülse 12
aus einem Stahlwerkstoff oder aus Gründen einer verbesserten Dämpfung aus einem polymeren Werkstoff gefertigt sein.
2562-11-DE
1 | Gehäuse |
2 | D i fferent i a1käf i g |
3 | Kegelrollenlager |
4 | Antriebsrad |
5 | Getriebeabtriebswelie |
6 | Tellerrad |
7 | Ausgleichsrad |
8 | Treibrad |
9 | Achswelle |
10 | Gelenkwelle |
11 | Nadellager |
12 | Nadelhülse |
13 | Lagernadel |
14 | Käfig |
15 | Schlitz |
16 | Laufbahn |
17 | Laufbahn |
18 | Laufbahnwölbung |
19 | Ring |
20 | Spalt |
Claims (8)
1. Ausgleichsgetriebe mit in einem Getriebegehäuse (1) gelagerten Differentialkäfig (2), der über ein Tellerrad (6) mit einem Antriebsrad
(4) einer Getriebeabtriebswelle (5) verbunden ist, wobei im Differentialkäfig
(2) Achswellen (9) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Achswellen (9) im Differentialkäfig (2) mit Hilfe eines spielfreien
bzw. vorgespannten Wälzlagers (11) gelagert sind.
2. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Achswellen (9) in einer dünnwandigen Nadel hülse (12) mit gleichmäßiger
Wandstärke gelagert sind, deren Laufbahn (16) in wenigstens einem Umfangsabschnitt im Querschnitt gesehen, eine von ihrer Kreisform
abweichende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung (18) aufweist, so daß die Achswellen (9) durch wenigstens eine der Nadeln (13) zwischen
der Laufbahnwölbung (18) und dieser gegenüberliegenden Laufbahn (17)
radial vorgespannt sind.
3. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Achswellen (9) in einer dünnwandigen Nadelhülse (12) mit gleichmäßiger Wandstärke gelagert sind, deren Laufbahn (16) in wenigstens einem
Umfangsabschnitt im Längsschnitt gesehen, eine in Richtung Lagermittelpunkt
weisende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung (18) aufweist, so daß die Achswellen (9) durch wenigstens eine der Nadeln (13) zwischen
der Laufbahnwölbung (12) und dieser gegenüberliegenden Laufbahn
(17) radial vorgespannt sind.
4. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Laufbahn (16) der Nadelhülse (12) in drei um 120° zueinander versetzten Umfangsabschnitten eine Laufbahnwölbung (18) aufweist.
• · · ♦ · ♦ i
2562-11-DE 2
5. Ausgleichsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Nadelhülse (12) an einer Stelle ihres Umfanges einen Schlitz aufweist.
6. Ausgleichsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Käfig (14) an einer Stelle seines Umfanges einen durch einander gegenüberliegende Endflächen gebildeten axial
verlaufenden Schlitz (15) aufweist.
7. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Endflächen des Käfigs (14) durch ein Federelement unter Vorspannung
gehalten sind.
8. Ausgleichsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den Nadeln (13) und der inneren Mantelfläche
der Nadelhülse (12) ein Ring (19) eingelegt ist, dessen Laufbahn in wenigstens einem Umfangsabschnitt eine von ihrer Kreisform
abweichende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung (18) aufweist.
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