Winkelgetriebe mit Leistungsverzweigung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Winkelgetriebe mit einem Gehäuse mit einer ersten Achse Ai für Lagerungsmittel und einer zweiten Achse A2 für Lagerungsmittel, die die erste Achse Ai senkrecht schneidet, einer im Gehäuse gelagerten Eingangswelle, die ein Eingangstellerrad trägt und auf der ersten Achse Ai liegt, einer Ausgangswelle, die ein Ausgangszahnrad trägt und auf der zweiten Achse A2 liegt. Winkelgetriebe sind im Bereich von Kraftfahrzeugen, Landmaschinen und Werkzeugmaschinen vielfältig einsetzbar, um nur einige Anwendungsbeispiele zu nennen. Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik sind sie bei Fahrzeugen mit quer eingebautem Frontmotor erforderlich, die mit einem Allradantrieb ausgestattet sind. Solche Fahrzeugvarianten sind in der Regel von Grundmodellen hergeleitet, die nur Frontantrieb aufweisen. Hierbei schließt das Winkelgetriebe unmittelbar an ein Differentialgetriebe der Vorderachse an, wobei eine feste Kopplung der Eingangswelle des Winkelgetriebes mit dem Differentialkorb des Differentialgetriebes vorgesehen ist. Hierbei ist die Eingangswelle des Winkelgetriebes als Hohlwelle ausgebildet, durch die eine der Seitenwellen des Differentialgetriebes zum Vorderachsantrieb hindurchgeführt ist.
Der in dieser Weise zwischen dem Vorderachsdifferential und einer Antriebsgelenkwelle hinter bzw. unter dem Verbrennungsmotor unterzubringende Winkeltrieb ist naturgemäß in seinem Bauraum stark eingeschränkt. Aufgrund zunehmender Verwendung von Dieselmotoren mit hohem Drehmoment erreichen bisher verwendete Winkeltriebe ihre Leistungsgrenze, d. h. bei entsprechenden Testläufen mit maximalem Drehmoment werden die geforderten Lebensdauern nicht mehr erreicht. Der Möglichkeit einer Vergrößerung des Winkelgetriebes steht der begrenzte Bauraum entgegen. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß das übertragbare Drehmoment bei Winkelgetrieben in erster Linie vom Tellerraddurchmesser bestimmt wird, der hier nicht vergrößert werden kann.
Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Winkelgetriebe, insbesondere für die genannte bevorzugte Verwendung, vorgeschlagen werden, das eine erhöhte Drehmomentkapazität bei gegebenem Bauraum insbesondere bei beschränktem Durchmesser aufweist.
Hierfür wird ein Winkelgetriebe mit den Merkmalen vorgeschlagen: ein im Gehäuse gelagertes Gegentellerrad, das auf der ersten Achse Ai liegt und bezüglich der zweiten Achse A2 symmetrisch zum Eingangstellerrad angeordnet und ausgebildet ist (Großräder) , zumindest ein im Gehäuse gelagertes Zwischenzahnrad, das auf einer radial zur ersten Achse Ai in einer Ebene mit der zweiten Achse A2 liegenden Achse A3, A4 angeordnet ist und mit gleichartiger Verzahnung wie das Ausgangszahnrad ausgebildet ist (Kleinräder) , das Gegentellerrad ist gegenüber dem Eingangstellerrad unabhängig drehbar gelagert,
das Eingangstellerrad und das Gegentellerrad (Großräder) sind jeweils gleichzeitig mit dem Ausgangszahnrad und dem zumindest einen Zwischenzahnrad (Kleinräder) im Verzahnungseingriff.
Mit den hiermit benannten Mitteln erfolgt eine Leistungsverzweigung im Winkelgetriebe, die aufgrund des doppelten Zahneingriffs am Ausgangszahnrad durch Eingangstellerrad einerseits und Gegentellerrad andererseits zur Halbierung der Zahnkräfte an ersterem führt. Eingangstellerrad und Gegentellerrad, die sich in ihrer Gestaltung im wesentlichen entsprechen, sind im wesentlichen gleich hoch belastet. Durch gleichzeitigen Eingriff mit dem Ausgangszahnrad und dem zumindest einen Zwischenzahnrad werden deren Zahnkräfte zumindest halbiert.
Durch Halbierung bzw. Drittelung der Zahnkräfte bei gegebenem Tellerraddurchmesser kann somit bei unveränderter Verzahnungsform und gleicher Zahnfestigkeit das übertragbare Drehmoment idealerweise verdoppelt werden. Hiermit ist für den Bereich des Winkelgetriebes die durch die Verwendung von drehmomentstarken Dieselmotoren geschaffene Problematik vollständig gelöst. Mit der Erfindung sind anstelle eines großen Tellerrades am Differentialkorb kleinere Tellerräder als Eingangszahnrad und Gegenzahnrad möglich.
Unabhängig vom hier genannten bevorzugten Anwendungsfall kann ein leistungsverzweigter Winkeltrieb der genannten Art auch in Kombination mit einem Hinterachsdifferential zur Anwendung kommen. Hierbei kann der Drehmomentfluß bei antreibender Vorwärtsfahrt von der bisher als Ausgangswelle bezeichnete Welle zur bisher als Eingangswelle bezeichneten Welle erfolgen. Dies gilt auch für andere Anwendungen.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform geht dahin, daß ein einzelnes Zwischenzahnrad koaxial zum Ausgangszahnrad auf der zweiten Achse A2 gelagert ist; eine andere Ausführungsform geht dahin, daß mehrere, insbesondere zwei Zwischenzahnräder mit ihren radialen Achsen A3, A4 mit der zweiten Achse A2 untereinander gleiche Teilungswinkel bilden.
Weiter wird vorgeschlagen, daß die Eingangswelle eine Hohlwelle ist, durch die eine Durchgangswelle durchsteckbar ist; daß die Eingangswelle zweifach im Gehäuse gelagert ist, daß Eingangstellerrad und Gegentellerrad fliegend auf der Eingangswelle im Gehäuse gelagert sind; daß das Gegentellerrad über ein Radiallager auf der Eingangswelle gelagert ist; daß sich das Gegentellerrad über ein Axiallager auf der Eingangswelle axial abstützt; daß die Ausgangswelle einfach im Gehäuse gelagert ist; daß das zumindest eine Zwischenzahnrad auf einem feststehenden Gehäusezapfen drehbar gelagert ist. Es ist weiter möglich, daß das Eingangstellerrad und das Gegentellerrad Kronenräder sind und das Ausgangszahnrad und das zumindest eine Zwischenzahnrad grad- oder schrägverzahnte zylindrische Stirnräder sind. Die Verzahnungen können auch als Spiralverzahnung oder als Schrägradverzahnung am Eingangstellerrad und Gegentellerrad und entsprechend als spiralige oder gerade oder schräge Verzahnung am Ausgangszahnrad bzw. den Zwischenzahnrädern ausgeführt werden. Weitere Möglichkeiten bestehen darin, daß die Eingangswelle axial schwimmend im Gehäuse gelagert ist, und daß eine Steckhülse in dem Zapfenende der Eingangswelle zur Verbindung mit einer Ausgangswelle eines Differentials angeordnet ist.
Durch die Abstützung des Eingangstellerrades und des Gegentellerrades auf der Eingangswelle wird das Gehäuse von Axialkräften in Richtung der ersten Achse Ax völlig freigehalten. Wird die Verzahnungsform von Kronenrädern und geraden Stirnrädern
gewählt, so ist auch die Ausgangswelle von Kräften in Richtung der Achse A2 vollkommen freigehalten. Das Ausgangszahnrad ist durch den doppelten Eingriff mit dem Eingangstellerrad und dem Gegentellerrad zwischen diesen selbst zentriert gehalten, so daß an der Ausgangswelle ebenfalls keine Radiallagerkräfte auftreten. Das Gehäuse ist also im Verhältnis zu einfachen Winkelgetrieben bekannter Art stark entlastet, so daß gegebenenfalls hier Materialeinsparungen möglich sind. Die Zahnradgestaltung von Tellerrädern als Kronenräder und Zwischen- und Ausgangsrädern als gerade Ritzel führt auch zu einer vereinfachten Montageart, da die Ritzel radial zu den Kronenrädern wandern können, ohne daß sich der Eingriff verändert. Die Anforderungen an die Genauigkeit der Axiallage des Ausgangsrades und der Zwischenräder in Bezug auf die Achsen A2, A3, A4 ist damit reduziert.
Durch die vorgenannten Maßnahmen, die zu einer Entlastung des
Gehäuses führen, wird zugleich eine akustische Abkopplung der
Wellen bzw. der Zahnräder vom Gehäuse bewirkt. Dies ist ein günstiger Nebeneffekt, der sich ohne besonderen Aufwand bei dem erfindungsgemäßen Winkelgetriebe einstellt.
Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben. Hierin zeigen
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Getriebe im Schnitt durch die Eingangswelle und die Ausgangswelle in einer ersten Ausführung;
Figur 2 das Getriebe nach Figur 1 im Schnitt senkrecht zur Eingangswelle durch die Ausgangswelle;
Figur 3 ein erfindungsgemäßes Getriebe im Schnitt durch die Eingangswelle und die Ausgangswelle in einer zweiten Ausführung;
Figur 4 das Getriebe nach Figur 3 im Schnitt senkrecht zur Eingangswelle durch die Ausgangswelle.
Die Figuren 1 und 2 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gehäuse 11 eines Winkelgetriebes umfaßt eine Flanschhülse 12 mit einem Anschraubflansch 13 mit einer ersten Achse Ai, mit dem das Winkelgetriebe z.B. an einem Differentialgetriebe angeflanscht werden kann, sowie einen Deckel 14 gegenüberliegend zum Anschraubflansch 13. Am Getriebegehäuse 11 ist ein Gehäusestutzen 15 angeformt, dessen Achse A2 radial zur Achse Ai der Flanschhülse 12 ausgerichtet ist. Im Getriebegehäuse ist eine Eingangswelle 16 mit der Achse Ai, die ein Eingangstellerrad 19 trägt, über zwei Kugellager 17, 18 fliegend gelagert. Das Eingangstellerrad sitzt auf einer Sitzfläche 21 der Eingangswelle 16 und stützt sich an einem Bund 22 axial ab, mit dem es verschweißt ist. Symmetrisch zum Eingangstellerrad 19 bezüglich der Achse A2 liegt ein Gegentellerrad 20 gleicher Verzahnungsform und gleicher Größe. Das Gegentellerrad 20 ist über ein Radiallager 23 frei drehbar auf der Eingangswelle 16 gelagert und stützt sich über ein Axiallager 24, eine Scheibe 25 und einen Sicherungsring 26 auf der Eingangswelle 16 ab. Eingangstellerrad 19 und Gegentellerrad 20 sind als Kronräder ausgebildet. Beide kämmen mit einem Ausgangszahnrad 27, das einstückig an einem Ausgangswellenzapfen 28 ausgebildet ist. Dieses Ausgangszahnrad 27 ist als gerades Stirnrad ausgeführt. Der Ausgangswellenzapfen 28 ist über ein Kugellager 29 in dem Hülsenansatz 15 gelagert. Ebenso wie das Ausgangszahnrad 27 mit Eingangstellerrad 19 und Gegentellerrad 20 im Eingriff sind, gilt dies für zwei Zwischenzahnräder 31, 32, die ebenfalls zur ersten Achse Ai radial ausgerichtete Achsen A3, A4
haben, die in der gleichen Ebene liegen, wie die zweite Achse A2. Die Zwischenzahnräder 31, 32 laufen mittels Nadellagern 49, 50 auf Drehzapfen 33, 34, die in einer Trägerkonstruktion 35 gelagert sind, die in das Gehäuse 11 mittels Schrauben 36, 37 eingeschraubt ist. Auf dem Ende des Wellenzapfens 28 ist ein Anschlußflansch 38 mittels einer Scheibe 40 und einer Schraube •41 befestigt; Wellenzapfen 28 und Anschlußflansch 38 greifen über eine Wellenverzahnung 39 ineinander. Die Eingangswelle 16 ist über eine Dichtung 42 gegenüber dem Anschraubflansch 13 und über eine Dichtung 43 gegenüber dem Deckel 14 abgedichtet. Weiterhin ist die Ausgangswelle 28 über eine Dichtung 44 gegenüber dem Hülsenansatz 15 abgedichtet. Die Eingangswelle 16 ist als Hohlwelle ausgebildet und wird von einer Durchgangswelle 45 durchsetzt. Die Durchgangswelle 45 ist mittels einer Dichtung 46 gegenüber der Eingangswelle 16 abgedichtet. Das über die Eingangswelle 16 eingeleitete Drehmoment verteilt sich über die Zwischenzahnräder 31, 32 auf die beiden Tellerräder 19, 20 vollkommen gleichmäßig. Die Zahnkräfte an den Tellerrädern 19, 20 werden als innere Kräfte innerhalb der Konstruktion von der Eingangswelle 16 aufgenommen. Das Gehäuse 11 bleibt völlig frei von axialer Belastung in Richtung der Achse Ai durch die Eingangswelle 16. Die auf der Eingangswelle 16 fliegend gelagerten Tellerräder 19, 20 sind weiterhin durch die symmetrische Anordnung der Zahnräder 27, 31, 32 zentriert gehalten, so daß auch keine Radialkräfte nennenswerter Art von der Eingangswelle 16 auf das Gehäuse 11 gelangen. Das Ausgangszahnrad 27 ist zwischen den Tellerrädern 19, 20 zentriert, so daß auf den Wellenzapfen 28 keine Biegekräfte ausgeübt werden. Durch die Zahnform (gradverzahntes Ritzel) und den doppelten Zahneingriff mit den Tellerrädern 19, 20 werden auch keine Axialkräfte auf das Ausgangszahnrad 27 und auf die Lagerung des Ausgangswellenzapfens 28 ausgeübt.
Die Figuren 3 und 4 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gehäuse 51 eines Winkelgetriebes ist: mit einer Flanschhül-
se 52 verschraubt, die einen Anschraubflansch 53 mit einer ersten Achse Ax aufweist, mit dem das Winkelgetriebe z.B. an einem Differentialgetriebe angeflanscht werden kann, sowie mit einem Deckel 54 gegenüberliegend zum Flansch 52. Am Getriebegehäuse 51 ist ein Gehäusestutzen 55 angeformt, dessen Achse A2 radial zur Achse Ai ausgerichtet ist. Im ringförmigen Getriebegehäuse 51 ist eine Nabe 87 über eine einzelne radiale Speiche 88 koaxial zur Achse Ai gehalten. In dieser Nabe 87 ist eine Eingangswelle 56 mit der Achse Ai über ein Radiallager 57 gelagert. Die Eingangswelle 56 trägt auf einer Seite der Lagerstelle ein Eingangstellerrad 59, das auf einer Sitzfläche 61 der Eingangswelle 56 sitzt und sich an einem Bund 62 axial abstützt, mit dem es verschweißt ist. Symmetrisch zum Eingangstellerrad 59 liegt auf der anderen Seite der Lagerstelle ein Gegentellerrad 60 gleicher Verzahnungsform und gleicher Größe. Das Gegentellerrad 60 ist über ein Radiallager 63 frei drehbar auf der Eingangswelle 56 gelagert und stützt sich über ein Axiallager 64, eine Scheibe 65 und einen Sicherungsring 66 auf der Eingangswelle ab. Eingangstellerrad 59 und Gegentellerrad 60 sind als Kronräder ausgebildet. Beide kämmen mit einem Ausgangszahnrad 67, das einstückig an einem Ausgangswellenzapfen 68 ausgebildet ist. Dieses Ausgangszahnrad 67 ist als gerades Stirnrad ausgeführt. Der Ausgangswellenzapfen 68 ist über ein Kugellager 69 in dem Hülsenansatz 55 gelagert. Ebenso wie das Ausgangszahnrad 67 mit Eingangstellerrad 59 und Gegentellerrad 60 im Eingriff sind, gilt dies für zwei Zwischenzahnräder 71, 72, die ebenfalls zur ersten Achse Ai radial ausgerichtete Achsen A3, A4 haben, die in der gleichen Ebene liegen, wie die zweite Achse A2. Die Zwischenzahnräder 71, 72 laufen auf Drehzapfen 73, 74, die radial außen im Gehäuse 51 und radial innen in der Nabe 83 gelagert sind. Die Drehzapfen sind durch Sicherungsringe 95, 96 gesichert und durch O-Ringe 97, 98 abgedichtet. Die Zwischenzahnräder 71, 72 sind auf Nadellagern 89, 90 gelagert. Die Eingangswelle 56 ist mit einer Steckhülse 99 über eine Wellenverzahnung 100
verbunden. Die Eingangswelle 56 mit der Steckhülse 99 ist als Hohlwelle ausgebildet und wird von einer Durchgangswelle 85 durchsetzt. Die Eingangswelle ist über eine Dichtung 83 gegenüber dem Deckel 54 abgedichtet, die Durchgangswelle 85 mittels einer Dichtung 86 gegenüber der Eingangswelle 56. Auf dem Ende der Ausgangswelle 68 ist ein Anschlußflansch 78 mittels einer Scheibe 80 und einer Schraube 81 befestigt. Wellenzapfen 68 und Anschlußflansch 78 sind über eine Wellenverzahnung 79 drehgesichert. Weiterhin ist die Ausgangswelle 68 über eine Dichtung 84 gegenüber dem Stutzen 55 abgedichtet. Das über die Eingangswelle 56 eingeleitete Drehmoment verteilt sich über die Zwischenzahnräder 71, 72 auf die beiden Tellerräder 59, 60 vollkommen gleichmäßig. Die Zahnkräfte an den Tellerrädern 59, 60 bleiben als innere Kräfte innerhalb der Eingangswelle gefangen und halten das ringförmige Gehäuse 51 völlig frei von axialer Belastung in Richtung der Achse Ax . Die axial schwimmend gelagerte Eingangswelle 56 ist weiterhin durch die symmetrische Anordnung der Zahnräder 67, 71, 72 zentriert gehalten, so daß auch keine Radialkräfte nennenswerter Art von der Eingangswelle 56 auf das Gehäuse 51 gelangen. Das Ausgangszahnrad 67 ist zwischen den Tellerrädern 59, 60 zentriert, so daß auf den Wellenzapfen 68 keine Biegekräfte kommen. Durch die Zahnform (gradverzahntes Ritzel) und den doppelten Zahneingriff mit den Tellerrädern 59, 60 werden auch hier in Richtung der Achse A2 keine Axialkräfte auf das Ausgangszahnrad 67 und auf das Lager 69 des Ausgangswellenzapfens 28 ausgeübt.
Bezugszeichenliste
11, 51 Gehäuse
12, 52 Flanschhülse
13, 53 Flansch
14, 54 Deckel
15, 55 Stutzen
16, 56 Eingangswelle
17, 57 Lager 18 Lager
19, 59 Eingangstellerrad 0, 60 Gegentellerrad 1, 61 Sitz 2, 62 Bund 3, 63 Radiallager 4, 64 Axiallager 5, 65 Scheibe 6, 66 Sicherungsring 7, 67 Ausgangszahnrad 8, 68 Wellenzapfen 9, 69 Lager 0, 70
, 71 Zwischenzahnrad , 72 Zwischenzahnrad , 73 Zapfen , 74 Zapfen
Zapfenträger
, 78 . Anschlußflansch , 79 Verzahnung , 80 Scheibe , 81 Schraube
Dichtung , 83 Dichtung , 84 Dichtung , 85 Durchgangswelle , 86 Dichtung
87 Nabe
88 Speiche , 89 Nadellager , 90 Nadellager
91 Bohrung
92 Bohrung
93 Ansenkung
94 Ansenkung
95 Sicherungsring
96 Sicherungsring
97 O-Ring
98 O-Ring
99 Steckhülse
100 Verzahnung
101 Außenring