WO2002053942A1 - Winkelgetriebe mit ringgehäuse - Google Patents

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Hans-Peter Nett
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Gkn Automotive Gmbh
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    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/02—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H1/20—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving more than two intermeshing members
    • F16H1/22—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving more than two intermeshing members with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H1/222—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving more than two intermeshing members with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with non-parallel axes
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Definitions

  • the invention relates to an angular gear with a gear housing with a first axis Ai for bearing means and a second axis A 2 for bearing means, which is aligned radially to the first axis Ai.
  • Angular gears can be used in a variety of ways in the field of motor vehicles, agricultural machinery and machine tools, to name just a few application examples.
  • they are required for vehicles with a transversely installed front engine that are equipped with all-wheel drive.
  • Such vehicle variants are usually derived from basic models that only have front-wheel drive.
  • the bevel gear connects directly to a differential gear of the front axle, a fixed coupling of the input shaft of the bevel gear being provided with the differential cage of the differential gear.
  • the input shaft of the angular gear is designed as a hollow shaft through which one of the side shafts of the differential gear for the front axle drive is passed.
  • the angular drive to be accommodated in this way between the front axle differential and a drive joint shaft behind or under the internal combustion engine is naturally in its Space very limited. Due to the increasing use of diesel engines with high torque, previously used angular drives reach their performance limits, ie the required service lives are no longer achieved with corresponding test runs with maximum torque. The limited installation space stands in the way of the possibility of enlarging the angular gear.
  • the housing comprises an outer ring that forms two opposing ring flanges perpendicular to the axis Ai, and a hub body that is coaxial to the outer ring and is connected to the outer ring via at least one radial spoke, the hub body forms one Bearing point for an input shaft, the housing forms a sleeve body attached to the outside of the outer ring, the sleeve body forms a bearing point for an output shaft.
  • the housing can be closed with appropriate simple ring covers or, if necessary, screwed directly to a differential gear with the open housing ring on one side.
  • an input dial wheel is fixedly arranged on the input shaft and a counter gear wheel is mounted relatively rotatably, that the output shaft carries an output gearwheel which is in meshing engagement with the input dial wheel and counter gear wheel, and that at least a bearing journal, which is aligned radially to the axis Ai, at least one intermediate gear is arranged, which is in meshing engagement with the input dial gear and the counter-gear gear.
  • three radial spokes can be used instead of a single radial spoke between the ring body and the hub body of the housing.
  • the counter wheel on the input shaft can be mounted in such a way that the tooth forces on the input dial wheel and counter wheel are absorbed as internal forces within the input shaft.
  • a single input dial wheel can be arranged on the input shaft, which is mounted in the hub body.
  • This input dial wheel can be in meshing engagement with the output gear alone to form a simple angular gear.
  • the input shaft on the opposite side to the input dial wheel is supported on the hub body via an axial bearing in such a way that the tooth forces of the input dial wheel are guided axially via the input shaft by the hub body.
  • the hub body is preferably connected to the ring body by a plurality of evenly distributed spokes.
  • the housing cover can be kept free of bearing forces, or the ring housing can be connected directly to other assemblies.
  • the input shaft can essentially be limited to the length of the annular housing part, in which case an adaptation to special installation conditions can be made by inserting a plug-in sleeve into the input shaft. It is also possible to use covers with flange sleeves of different lengths to adapt to special installation conditions.
  • the basic module of the housing with the outer ring and hub body and possibly also the wheels can be the same for a wide variety of applications.
  • the angular gear according to the invention thus forms a modular construction element that can be easily adapted to different applications with the same belt shape. In this case, the same basic body of the housing and, if appropriate, the same gear assemblies can always be used.
  • Figure 1 shows a transmission according to the invention in section through the input shaft and the output shaft
  • Figure 2 shows the transmission of Figure 1 in section perpendicular to the input shaft through the output shaft.
  • a housing 51 of an angular gear is screwed to a flange sleeve 52, which has a screw-on flange 53 with a first axis Ai, with which the angular gear can be flange-mounted, for example, on a differential gear, and with a cover 54 opposite the flange 52 Molded housing socket 55, the axis A 2 is aligned radially to the axis Ai.
  • a hub 87 is held coaxially to the axis Ai via a single radial spoke 88.
  • An input shaft 56 with the axis Ai is supported in this hub 87 via a radial bearing 57.
  • the input shaft 56 On one side of the bearing, the input shaft 56 carries an input dial wheel 59 which sits on a seat 61 of the input shaft and is axially supported on a collar 62 to which it is welded.
  • a counter-gear 60 On the other side of the bearing, a counter-gear 60 of the same toothing shape and size is located symmetrically to the input dial wheel 59.
  • the counter wheel 60 is freely rotatably supported on the input shaft 56 via a radial bearing 63 and is supported on the input shaft via an axial bearing 64, a washer 65 and a locking ring 66.
  • Input dial wheel 59 and counter dial gear 60 are designed as crown wheels. Both mesh with an output gear 67, which is integrally formed on an output shaft journal 68. This output gear 67 is designed as a straight spur gear.
  • the output shaft journal 68 is supported in the sleeve extension 55 via a ball bearing 69.
  • the output gear 67 engages with the input dial 59 and counter-gear 60, this applies to two intermediate gears 71, 72, which also have axially aligned axes A 3 , A 4 to the first axis A x , which lie in the same plane as that second axis A 2 .
  • the intermediate gears 71, 72 run on pivots 73, 74 which radially outside in Housing 51 and radially inside are stored in the hub 87.
  • the pivots are secured by locking rings 95, 96 and sealed by O-rings 97, 98.
  • the intermediate gears 71, 72 are mounted on needle bearings 89, 90.
  • the input shaft 56 is connected to a socket 99 via a shaft toothing 100.
  • the input shaft 56 with the socket 99 is designed as a hollow shaft and is penetrated by a through shaft 85.
  • the .input shaft is sealed with a seal 83 from the cover 54, the through shaft 85 with a seal 86 from the input shaft 56.
  • a connecting flange 78 is fastened by means of a washer 80 and a screw 81.
  • Shaft journal 68 and connecting flange 78 are secured against rotation via shaft teeth 79.
  • the output shaft 68 is sealed off from the cover 54 by a seal 84.
  • the torque introduced via the input shaft 56 is distributed completely evenly over the intermediate gears 71, 72 between the two ring gears 59, 60.
  • the tooth forces on the ring gears 59, 60 remain trapped as internal forces within the input shaft and keep the annular housing 51 completely free of axial loads in the direction of the axis Ai.
  • the axially floating input shaft 56 is also kept centered by the symmetrical arrangement of the gears 67, 71, 72, so that no significant radial forces from the input shaft 56 reach the housing 51.
  • the output gear 67 is centered between the ring gears 59, 60 so that there are no bending forces on the shaft journal 68.

Abstract

Der Erfindung betrifft ein Winkelgetriebe mit einem Getriebegehäuse (51) mit einer ersten Achse A1 für Lagerungsmittel und einer zweiten Achse A2 für Lagerungsmittel, die radial zur ersten Achse A1 ausgerichtet ist. Das Getriebegehäuse (51) umfaßt einen Außenring (101), der zwei sich gegenüberliegende senkrecht zur Achse A1 liegende Ringflansche bildet, sowie einen Nabenkörper (83), der koaxial zum Außenring (101) liegt und über zumindest radiale Speiche (84) mit dem Außenring (101) verbunden ist. Der Nabenkörper (83) bildet eine Lagerstelle für eine Eingangswelle (56). Das Gehäuse (51) bildet einen am Außenring (101) außen angesetzten Hülsenkörper (55). Der Hülsenkörper (55) bildet eine Lagerstelle für eine Ausgangswelle (68).

Description

Winkelgetriebe mit Ringgehäuse
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Winkelgetriebe mit einem Getriebegehäuse mit einer ersten Achse Ai für Lagerungsmittel und einer zweiten Achse A2 für Lagerungsmittel, die radial zur ersten Achse Ai ausgerichtet ist.
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.
Aufgrund der beschränkten Einbauverhältnisse ist es das Bestreben, Winkelgetriebe dieser Art möglichst kurzbauend und kompakt auszugestalten, wobei in Anpassung an die geforderte Drehmomentkapazität eine einfache Bestückung mit entsprechenden Rädersätzen möglich sein soll.
Die Lösung hierfür besteht darin, daß das Gehäuse einen Außenring umfaßt, der zwei sich gegenüberliegende senkrecht zur Achse Ai liegende Ringflansche bildet, sowie einen Nabenkörper, der koaxial zum Außenring liegt und über zumindest eine radiale Speiche mit dem Außenring verbunden ist, der Nabenkörper bildet eine Lagerstelle für eine Eingangswelle, das Gehäuse bildet einen am Außenring außen angesetzten Hülsenkörper, der Hülsenkörper bildet eine Lagerstelle für eine Ausgangswelle.
Das Gehäuse kann hierbei mit entsprechenden einfachen Ringdek- keln verschlossen werden, bzw. auf einer Seite gegebenenfalls unmittelbar mit dem offenen Gehäusering an ein Differentialgetriebe angeschraubt werden.
In günstiger Ausführung ist vorgesehen, daß auf der Eingangswelle ein Eingangstellerrad fest angeordnet und ein Gegentellerrad relativ drehbar gelagert sind, daß die Ausgangswelle ein Ausgangszahnrad trägt, das mit Eingangstellerrad und Gegentellerrad im Verzahnungseingriff ist, und daß auf zumindest einem Lagerzapfen, der radial zur Achse Ai ausgerichtet ist, zumindest ein Zwischenzahnrad angeordnet ist, das mit dem Ein- gangstellerrad und dem Gegentellerrad im Verzahnungseingriff ist.
Hiermit wird ein Winkelgetriebe mit einer Leistungsverzweigung geschaffen, das die Anzahl der Zahneingriffe durch die Verwendung von zumindest einem Zwischenzahnrad und einem dem Eingangstellerrad entsprechenden Gegentellerrad am AusgangsZahnrad verdoppelt und am Eingangstellerrad zumindest verdoppelt, so daß die Zahnkräfte bei vorgegebenem Drehmoment wesentlich reduziert, nämlich am Ausgangszahnrad halbiert und am Eingangstellerrad zumindest halbiert werden und die Lebensdauer hierdurch außerordentlich gesteigert werden kann.
Wenn in bevorzugter Ausgestaltung zwei Zwischenräder mit ihren Lagerzapfenachsen A3, A4 und die Achse A2 der Ausgangswelle gleiche Teilungswinkel bilden, können in den entstehenden Freiräumen anstelle einer einzigen radialen Speiche zwischen Ringkörper und Nabenkörper des Gehäuses drei radiale Speichen verwendet werden.
Die Lagerung des Gegentellerrades auf der Eingangswelle kann so vorgenommen werden, daß die Zahnkräfte an Eingangstellerrad und Gegentellerrad als innere Kräfte innerhalb der Eingangswelle aufgefangen werden.
In alternativer Ausgestaltung kann ein einzelnes Eingangstellerrad auf der Eingangswelle angeordnet sein, die im Nabenkörper gelagert ist. Dieses Eingangstellerrad kann zur Bildung eines einfachen Winkelgetriebes alleine mit dem Ausgangszahnrad im Verzahnungseingriff sein. Hierbei kann sich die Eingangswelle auf der Gegenseite zum Eingangstellerrad über ein Axiallager so am Nabenkörper abstützen, daß die Zahnkräfte des Eingangstellerrades axial über die Eingangswelle geführt vom Nabenkörper aufgefangen werden. Der Nabenkörper ist hierbei bevorzugt durch mehrere gleichmäßig umfangsverteilte Speichen mit dem Ringkörper zu verbinden.
In beiden Ausgestaltungsformen können die Gehäusedeckel frei von Lagerkräften gehalten werden, bzw. es kann eine unmittelbare Verbindung des Ringehäuses mit anderen Baugruppen erfolgen.
Die Eingangswelle kann im wesentlichen auf die Länge des ringförmigen Gehäuseteils begrenzt werden, wobei dann eine Anpassung an spezielle Einbauverhältnisse durch Einstecken einer Steckhülse in die Eingangswelle erfolgen kann. Ebenso ist die Verwendung von Deckeln mit Flanschhülsen verschiedener Länge zur Anpassung an spezielle Einbauverhältnisse möglich. Das Grundmodul des Gehäuses mit Außenring und Nabenkörper und gegebenenfalls auch die Räderbestückung können für die verschiedensten Einsatzfälle gleich sein. Das erfindungsgemäße Winkelgetriebe bildet somit ein modulartig aufgebautes Konstruktionselement, das bei gleicher Gurndgestalt einfach an verschiedene Anwendungsfälle angepaßt werden kann. Hierbei kann immer der gleiche Gehäusegrundkörper und gegebenenfalls gleiche Zahnradbestückungen verwendet werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend beschrieben. Hierin zeigen
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Getriebe im Schnitt durch die Eingangswelle und die Ausgangswelle; Figur 2 das Getriebe nach Figur 1 im Schnitt senkrecht zur Eingangswelle durch die Ausgangswelle.
Die Figuren 1 und 2 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gehäuse 51 eines Winkelgetriebes ist mit einer Flanschhülse 52 verschraubt, die einen Anschraubflansch 53 mit einer ersten Achse Ai 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 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 Ax 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 87 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 Deckel 54 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 Ai. 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 keine Axialkräfte in Richtung der Achse A2 auf das Ausgangszahnrad 67 und auf das Lager 69 des Ausgangswellenzapfens 68 ausgeübt. Winkelgetriebe mit Ringgehäuse
Bezugszeichenliste
51 Gehäuse
52 Flanschhülse
53 Flansch
54 Deckel
55 Stutzen
56 Eingangswelle
57 Lager
58
59 Eingangstellerrad
60 Gegenteilerrad
61 Sitz
62 Bund
63 Radiallager
64 Axiallager
65 Scheibe
66 Sicherungsring
67 Ausgangsrad
68 Wellenzapfen
69 Lager 78 Anschlußflansch
79 Verzahnung
80 Scheibe
81 Schraube
82
83 Dichtung
8 . Dichtung
85 Durchgangs elle
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 Ringkörper
102 Zwischenhülse

Claims

Winkelgetriebe mit RinggehäusePatentansprüche
1. Winkelgetriebe mit einem Getriebegehäuse (51). mit einer ersten Achse Ai für Lagerungsmittel und einer zweiten Achse A2 für Lagerungsmittel, die radial zur ersten Achse Ai ausgerichtet ist, das Getriebegehäuse (51) umfaßt einen Außenring (101) , der zwei sich gegenüberliegende senkrecht zur Achse Ai liegende Ringflansche bildet, sowie einen Nabenkörper (87), der koaxial zum Außenring (101) liegt und über zumindest radiale Speiche (88) mit dem Außenring (101) verbunden ist, der Nabenkörper (87) bildet eine Lagerstelle für eine Eingangswelle (56) , das Gehäuse (51) bildet einen am Außenring (101) außen angesetzten Hülsenkörper (55), der Hülsenkörper (55) bildet eine Lagerstelle für eine Ausgangswelle (68).
2. Winkelgetriebe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der Eingangswelle (56) ein Eingangstellerrad (59) fest angeordnet und ein Gegentellerrad (60) relativ drehbar gelagert sind, daß die Ausgangswelle (68) ein Ausgangszahnrad (67) trägt, das mit Eingangstellerrad (59) und Gegentellerrad (60) im Verzahnungseingriff ist, und daß auf zumindest einem Lagerzapfen (73, 74), der radial zur Achse Ai ausgerichtet ist, zumindest ein Zwischenzahnrad (71, 72) angeordnet ist, das mit dem Eingangstellerrad (59) und dem Gegentellerrad (60) im Verzahnungseingriff ist.
3. Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere, insbesondere zwei weitere Lagerzapfen (73, 74) im Gehäuse (51) angeordnet sind, die Zwischenzahnräder (71, 72) tragen und die mit ihren Achsen A3, A4 und mit der zweiten Achse A2 untereinander gleiche Teilungswinkel bilden.
4. Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Eingangstellerrad (59) und das Gegentellerrad (60) Kronradverzahnungen tragen und daß das Ausgangszahnrad (67) und die Zwischenzahnräder (71, 72) gradverzahnte oder schrägverzahnte Zylinderritzel sind. Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere, insbesondere zwei oder drei radiale Speichen (88) in gleichmäßiger Winkelteilung zwischen dem Außenring (101) und dem Nabenkörper (87) vorgesehen sind.
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