WO2005008089A1 - Lagereinheit für eine ritzelwelle mit wärmedehnungsausgleich - Google Patents

Lagereinheit für eine ritzelwelle mit wärmedehnungsausgleich Download PDF

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Hartmut Nied
Wolfgang Oetken
Ulrich Scholz
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a bearing unit for a gear transmission with at least one transmission shaft, which is arranged via at least one roller bearing and a roller bearing receiving bushing within a transmission housing, wherein the bearing bush is mounted in the axial direction to a rotational axis via an axial bearing surface on the transmission housing.
  • the invention has for its object to form a bearing bush and to arrange so that the entire bearing assembly of a shaft is easy to assemble and displacement of the shaft is compensated in the axial direction due to thermal expansion.
  • the bearing bush has a plurality of bearing surfaces for all rolling bearings of the transmission shaft.
  • the advantage essential to the invention is achieved that when heating the bearing bush, the entire transmission shaft according to Extension of Lagerb Chse is moved. Since the bearing bush is mounted in the axial direction over only one axial bearing surface, the extension of at least a portion of the bearing bush in the axial direction corresponding to the positioning of the axial bearing surface takes place only in one direction.
  • the entire gear shaft can be stored with a corresponding channel geometry via two bearings in the bearing bush, so that the entire bearing unit can be installed as a unit consisting of gear shaft, roller bearing and bushing simply in the gear housing.
  • the bearing unit is installed from one side into the gearbox.
  • the gearbox should be sealed in one place only.
  • the bearing bush is connected at least in the axial direction to the axis of rotation indirectly via at least one bearing part with the transmission housing.
  • the use of a bearing part allows advantageously influencing the temperature-induced axial displacement of the transmission shaft.
  • the thermal expansion in the axial direction can be adjusted insofar as the bearing part has a different thermal expansion coefficient than the bearing bush or the gear housing.
  • the combination of light metal housings with bearing bushes made of light metal and bearing parts made of iron material has proven to be very beneficial.
  • This embodiment of the bushing is particularly advantageous in gear shafts, which are designed as bevel gear shafts and engage in a ring gear.
  • a compensation of the thermal expansion in the axial direction is achieved, which reduces a shift in the toothing between bevel and ring gear to a minimum.
  • bearing part and bushing and proportionate to the respective lengths can be the ratio of the respective length expansions set and reduce the amount of displacement in the teeth to a minimum.
  • the bearing bush is mounted in such a way in the gear housing, that in case of operational heating, the bearing surfaces are displaced in the axial direction relative to the gear housing in the gear housing. This ensures that the temperature-induced expansion of the transmission housing is compensated in the opposite direction.
  • the gear housing expands when heated in the axial direction to the outside.
  • the mounted in the gearbox bearing bush also shifts to the outside.
  • the bearing bush expands inwards, so that a compensation of the expansions in the axial direction is achieved here.
  • the values necessary for determining the ratio can be determined by experiments. With such a ratio, the shift in the toothing at the operating temperature can be calculated very well. The efficiency and the noise are significantly optimized.
  • the expansion of the ring gear in the axial direction can also be considered, for example, in a combination of bevel gear and ring gear with respect to the tooth engagement point.
  • the inventive design of the bearing bush, the respective components attributable thermal expansion in the axial direction structurally or constructively separated, so that the displacement of the meshing is easier to calculate.
  • the gear shaft is mounted on the fly in the bearing unit and all rolling bearings are arranged in the axial direction with respect to the axial bearing surface of the bearing bush on one side. Due to the one-sided storage of Lagerb axes in the axial direction, the opposite longitudinal expansion of transmission housing and bearing bush according to the invention a. In the area in which the bearing bush is movably mounted in the axial direction, it is fixed directly in the transmission housing in the radial direction and indirectly in the gearbox housing when a bearing part is used.
  • the bearing bush has an external thread and is bolted via a corresponding internal thread on the bearing part or on the transmission housing with this oil-tight.
  • the bearing bush is located in the axial direction with an end face on the Bearing part. The force is transmitted to the bearing part via the end face.
  • the bearing bush has a radially aligned outer mating surface and the mating surface distributed over the circumference at least in a partial region has a recess which extends over an entire axial length of the mating surface.
  • the bearing bush distributed over the circumference at least a pair of oil holes or oil passages extending in the radial direction, the oil holes are respectively arranged in front of and behind the bearing surface, which is assigned to the designed as Ritzelflantscher roller bearings.
  • the lubricant conveyed through the partial area in the axial direction is conveyed inwards towards the roller bearing.
  • the bearing surface of the bearing is not interrupted by the oil wells in an advantageous manner.
  • the bearing bush in the region of the oil holes has at least one recess, wherein the recess between the gear housing or the bearing part and the bearing bush forms a volume for receiving oil, the at least one Oil hole is in flow connection.
  • an oil reservoir is subsequently formed in the axial direction on the subregion.
  • the bearing bush has a trained as a thrust bearing bearing shoulder for the rolling bearing and the bearing shoulder distributed over the inner circumference has at least one extending in the axial direction breakthrough.
  • the breakthrough ensures that the roller bearing is supplied with oil or lubricant via the oil hole and that the oil passes from the outer roller bearing to the inner roller bearing.
  • the rolling bearings are mounted on two adjacent bearing surfaces of the gear shaft and the bearing surfaces or bearings have a distance of 3 to 30 mm, in particular 7 mm.
  • the space of storage of the gear shaft is reduced to a minimum.
  • the forces in the radial direction are transmitted via the mating surface and the forces in the axial direction via the bearing part to the transmission housing. Due to the small distance between the rolling bearings and the short length of the transmission shaft between the rolling bearings, the thermally induced expansion in the axial direction is correspondingly low.
  • the gear housing and the bearing bush is formed of a light metal alloy and the bearing part of a ferrous material. This ensures that the fit between the bearing bush and the gear housing due to the same temperature-induced expansion of the bearing bush and the gear housing only within the for Fit tolerances tolerated and accordingly safe and secure.
  • the adjustment of the fit is simplified by the fact that little or no different material-related parameters are taken into account.
  • the rolling bearings are arranged as a tapered roller bearing in the X or O arrangement and the transmission shaft receives a drive bevel gear or is designed as a bevel gear shaft.
  • the bushing according to the invention can be preassembled with the rolling bearings and the bevel gear shaft and install quickly and easily.
  • the mounted on the material identical fit bearing bush has with the it has the advantage of transferring larger forces and accommodating two rolling bearings, and, with the corresponding measures for oil delivery, advantages which are outstandingly suitable for the use of a bevel gear shaft.
  • FIG. 1 is a sectional view of a bearing unit with a bearing bushing within a transmission housing.
  • Fig. 2 is a sectional view of a bushing
  • FIG. 3 is a plan view of a bearing bush according to FIG. 2
  • a gear shaft 3 is formed as a bevel gear shaft with a drive bevel gear 3.1 and rotated within a bearing unit 2 about a rotation axis 4.
  • the drive bevel gear 3.1 meshes a ring gear 11 which rotates about a Tellerradsuit 11.1 about a crown gear 12.
  • the crown wheel axis intersects the axis of rotation 4 at an angle ⁇ of less than 90 °.
  • the bevel gear shaft 3 is mounted in a bearing bushing 2.1 via two roller bearings 2a, 2b designed as tapered roller bearings.
  • the rolling bearing 2b is referred to as Ritzelflantscher.
  • the bearing bush 2.1 has two radial bearing surfaces 2.1a, 2.1b and two thrust bearings 2.4, 2.6 formed as a bearing shoulder.
  • the rolling bearings 2a, 2b have a spacing of 7 mm. In non-illustrated embodiments, the distance between the rolling bearings 2a, 2b between 3 and 30 mm.
  • the bearing bush 2.1 is mounted in the radial direction via a mating surface 7 in a gear housing 1 and in a bearing part 2.2.
  • the bearing bushing 2.1 is supported via an axial bearing surface 2.3.
  • the bearing bush 2.1 is screwed in the axial direction via an external thread 5 with a bearing part 2.2.
  • the bearing part 2.2 is designed as a bearing cap and has a corresponding internal thread 6.
  • the bearing cap 2.2 is attached to the transmission housing 1 via a plurality of bolts 13. A bolt 13 is exemplified.
  • the position of the drive bevel gear 3.1 to the ring gear 11 is fixed in the cold temperature state in the axial direction via a spacer 1.1.
  • spacer 1.1 is provided between the gear housing 1 and the bearing cap 2.2 to the spacer 1.1 around a sealant 14 in the form of a disc seal.
  • the drive bevel gear is guided in the preassembled bearing unit 2, the spacer ring 3.2 pressed against the bearing inner ring of the pinion flange 2b and bolted to the transmission housing 1 after assembly of the sealant 14 of the bearing cap 2.2.
  • the bearing bush 2.1, the rolling bearings 2a, 2b, the gear shaft 3 and thus also the drive bevel gear 3.1 are moved in the direction of the ring gear 11, resting against the axial bearing surface 2.3.
  • a compensation of the oriented in the opposite direction housing expansion is created in the axial direction. This reduces the displacement in the teeth of the drive bevel gear 3.1 to the ring gear 11. The noise is reduced, reduces wear and increases the efficiency.
  • the bearing bush 2.1 is screwed oil-tight over a shown in Figure 2 external thread 5 with the bearing cap 2.2.
  • In the axial direction of the bearing cap 2.2 is adjacent to an external thread 5 adjacent axial bearing surface 2.3 of the bearing bush 2.1.
  • the bearing forces are transmitted in the axial direction on the bearing cap 2.2.
  • the bearing bushing 2.1 is supported by the axial bearing surface 2.3 on the bearing part 2.2 during heating and axial expansion.
  • the bearing bush 2.1 distributed over the circumference at intervals of 120 ° recesses 8, 8 ', 8'', which have a reduced diameter 8.1 relative to an outer diameter 7.1 of the mating surface.
  • the recesses 8, 8 ', 8'' is formed over an entire axial length 7.2 of the mating surface 7 between the bearing bush 2.1 and the transmission housing 1 a kind of lubricant channel, so that the gear oil penetrates towards bearing cap 2.2 in the bearing unit 2.
  • the oil is guided by the recess 10 in each case via a pair of oil holes 9a, 9b in front of and behind the tapered roller bearing 2b.
  • the oil hole 9a extends directly in the region of the recess 10.
  • the oil hole 9b extends in a subsequent to the recess 10 region of the bearing bush 2.1, adjacent to the axial bearing surface 2.3.
  • the bearing surface 2.1b is provided for the tapered roller bearing 2b. That by the
  • Oil holes 9a, 9b flowing oil is fed from both sides to the tapered roller bearing 2b.
  • an inner radius 2.4a of the axial bearing 2.4 in the area of the apertures 2.5, 2.5 ', 2.5 is larger than the diameter of the bearing surface 2. 1b.
  • the material-identical fit between the gear housing 1 and bearing bushing 2.1 is maintained when heating the gearbox, since the thermal expansion coefficients are identical. It is to be chosen so close fit that the bearing bush 2.1 for Assembly can be easily inserted into the transmission housing 1. Due to the inherent more warming bushing 2.1 or bearing unit 2, the passing game is further reduced and the radial support of the drive bevel gear 3.1 further improved.
  • the play and wear-free fit at operating temperature is much more resilient compared to a non-uniform material fit. This creates the possibility to store two tapered roller bearings 2a, 2b in the bearing bush 2.1 and to reduce the distance between the tapered roller bearings 2a, 2b to a minimum and thus save installation space and weight.
  • a separate Ol representative for lubricating the tapered roller bearings 2a, 2b is not necessary by the oil guide according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagereinheit (2) für eine mit zwei Wälzlagern (2a, 2b) fliegend gelagerte Getriebewelle (3) mit einem Antriebskegelrad (3.1). Die Getriebewelle (3) ist über eine Lagerbuchse (2.1) im Getriebegehäuse (1) gelagert. Die Lagerbuchse (2.1) ist in axialer Richtung einseitig gelagert, sodass sie sich beim Erwärmen in Richtung des Antriebskegelrads (3.1) ausdehnen kann. Das Getriebegehäuse (1) dagegen dehnt sich in axialer Richtung in die entgegengesetzte, vom Antriebskegelrad (3.1) wegweisende Richtung aus. Die zwei Wälzlager (2a, 2b) sind in Bezug auf die axiale Fixierung der Lagerbuchse (2.1) auf der Seite des Antriebskegelrads (3.1) angeordnet.

Description

LAGEREINHEIT FÜR EINE RITZELWELLE MIT WARMEDEHNUNGSAUSGLEICH
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagereinheit für ein Zahnradgetriebe mit mindestens einer Getriebewelle, die über zumindest ein Wälzlager und eine das Wälzlager aufnehmende Lagerbuchse innerhalb eines Getriebegehäuses angeordnet ist, wobei die Lagerbuchse in axialer Richtung zu einer Drehachse über eine axiale Lagerfläche am Getriebegehäuse gelagert ist.
Es ist bereits eine -Antriebswelle eines Achsgetriebes eines Kraftfahrzeuges in einem Achsgehäuse mit zwei unter O-Anordnung in den Richtungen der Lagerachse gegeneinander versetzten Kegelrollenlagern aus der DE 198 08 566 Cl bekannt. Eines der beiden Kegelrollenlager ist über einen vom Achsgehäuse getrennten Gehäuseeinsatz im Achsgehäuse gelagert. Das Achsgehäuse ist aus Leichtmetall und der Gehäuseeinsatz aus Stahl oder Eisenguss gebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerbuchse derart auszubilden und anzuordnen, dass die gesamte Lageranordnung einer Welle einfach zu montieren ist und eine Verschiebung der Welle in axialer Richtung aufgrund von Wärmeausdehnung kompensiert wird.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Lagerbuchse mehrere Lagerflächen für alle Wälzlager der Getriebewelle aufweist. Hierdurch wird der erfindungswesentliche Vorteil erreicht, dass bei Erwärmung der Lagerbuchse die gesamte Getriebewelle entsprechend der Ausdehnung der Lagerb chse verschoben wird. Da die Lagerbuchse in axialer Richtung über nur eine axiale Lagerfläche gelagert ist, erfolgt die Ausdehnung zumindest eines Teils der Lagerbuchse in axialer Richtung entsprechend der Positionierung der axialen Lagerfläche nur in eine Richtung.
Durch die alle Wälzlager aufnehmende Lagerbuchse kann die gesamte Getriebewelle mit einer entsprechenden Kanalgeometrie über zwei Wälzlager in der Lagerbuchse gelagert werden, sodass sich die gesamte Lagereinheit als Einheit bestehend aus Getriebewelle, Wälzlager und Lagerbuchse einfach in das Getriebegehäuse einbauen lässt . Die Lagereinheit wird von einer Seite in das Getriebegehäuse eingebaut. Das Getriebegehäuse ist entsprechend an nur einer Stelle abzudichten.
Hierzu ist es vorteilhaft, dass die Lagerbuchse zumindest in axialer Richtung zur Drehachse mittelbar über zumindest ein Lagerteil mit dem Getriebegehäuse verbunden ist. Der Einsatz eines Lagerteils ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Beeinflussung der temperaturbedingten axialen Verschiebung der Getriebewelle. Durch das Lagerteil lässt sich die Wärmeausdehnung in axialer Richtung insoweit einstellen, als das Lagerteil einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als die Lagerbuchse oder das Getriebegehäuse. Bei konventionellen Lagerabmessungen im Kraftfahrzeugbereich hat sich die Kombination von Leichtmetallgehäusen mit Lagerbuchsen aus Leichtmetall und Lagerteilen aus Eisenwerkstoff als sehr vorteilhaft erwiesen.
Diese Ausbildungsweise der Lagerbuchse ist vor allem bei Getriebewellen vorteilhaft, die als Kegelradwellen ausgebildet sind und in ein Tellerrad eingreifen. Es wird ein Ausgleich der wärmebedingten Ausdehnung in axialer Richtung erreicht, der eine Verschiebung in der Verzahnung zwischen Kegel- und Tellerrad auf ein Mindestmaß reduziert. In Abhängigkeit der Materialwahl von Getriebegehäuse, Lagerteil und Lagerbuchse und anteilig der jeweiligen Baulängen lässt sich das Verhältnis der jeweiligen Längenausdehnungen festlegen und das Maß der Verschiebung in der Verzahnung auf ein Minimum reduzieren.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, dass die Lagerbuchse derart im Getriebegehäuse gelagert ist, dass bei betriebsbedingter Erwärmung die Lagerflächen in axialer Richtung relativ zum Getriebegehäuse in das Getriebegehäuse verschoben werden. Dadurch wird erreicht, dass die temperaturbedingte Ausdehnung des Getriebegehäuses in die entgegengesetzte Richtung kompensiert wird. Das Getriebegehäuse dehnt sich bei Erwärmung auch in axialer Richtung nach außen aus. Damit verschiebt sich die im Getriebegehäuse gelagerte Lagerbuchse ebenfalls nach außen. Gleichzeitig dehnt sich die Lagerbuchse aber nach innen aus, sodass hier eine Kompensation der Ausdehnungen in axialer Richtung erreicht wird.
Die zum Ermitteln des Verhältnisses notwendigen Werte lassen sich durch Versuche ermitteln. Mit einem solchen Verhältnis lässt sich die bei Betriebstemperatur einstellende Verschiebung in der Verzahnung sehr gut berechnen. Der Wirkungsgrad und die Geräuschentwicklung werden deutlich optimiert.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass bezüglich eines auf der Drehachse innerhalb des Getriebegehäuses fiktiven Fixpunkts ein Abstand zwischen der Lagerbuchse und dem Fixpunkt in Abhängigkeit einer bestimmten Betriebstemperatur mit einer konkreten Werkstoffauswahl für zumindest das Getriebegehäuse, das Lagerteil und die Lagerbuchse festlegbar ist . Die vorstehend beschriebene absolute Verschiebung der Lagerbuchse mit dem Getriebegehäuse nach außen und die relative Verschiebung der Lagerb chse zum Getriebegehäuse entgegengesetzt nach innen bewirkt erfindungsgemäß einen konstanten Abstand. Durch entsprechende Werksto fauswahl bei gegebener Geometrie lässt sich ebenso wie im umgekehrten Fall, dass die Werkstoffauswahl festgelegt ist, ein bestimmter Abstand einstellen, der bei Betriebstemperatur die bestmögliche Position im Zahneingriff bewirkt.
Ebenso wie die temperaturbedingten Ausdehnungen der Lagereinheit und des Getriebegehäuses lässt sich beispielsweise bei einer Kombination von Kegelrad und Tellerrad hinsichtlich des Zahneingriffspunktes die Ausdehnung des Tellerrades in axialer Richtung ebenfalls berücksichtigen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Lagerbuchse wird die den jeweiligen Bauteilen zuzurechnende Wärmeausdehnung in axialer Richtung baulich beziehungsweise konstruktiv getrennt, sodass die Verschiebung des Zahneingriffs einfacher berechenbar ist.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es vorteilhaft, dass die Getriebewelle fliegend in der Lagereinheit gelagert ist und alle Wälzlager in axialer Richtung mit Bezug zur axialen Lagerfläche der Lagerbuchse auf einer Seite angeordnet sind. Durch die einseitige Lagerung der Lagerb chse in axialer Richtung stellt sich die erfindungsgemäße entgegengesetzte Längenausdehnung von Getriebegehäuse und Lagerbuchse ein. In dem Bereich, in dem die Lagerbuchse in axialer Richtung beweglich gelagert ist, ist sie in radialer Richtung unmittelbar im Getriebegehäuse und beim Einsatz eines Lagerteils mittelbar über dieses im Getriebegehäuse fixiert .
Hierzu ist es vorteilhaft, dass die Lagerbuchse ein Außengewinde aufweist und über ein korrespondierendes Innengewinde am Lagerteil oder am Getriebegehäuse mit diesem öldicht verschraubt ist. Dadurch wird eine einfach montierbare Verbindung geschaffen, bei der die Kräfte von der Lagerbuchse auf das Lagerteil übertragen werden. Die Lagerbuchse liegt hierzu in axialer Richtung mit einer Stirnfläche an dem Lagerteil an. Über die Stirnfläche wird die Kraft auf das Lagerteil übertragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass die Lagerbuchse eine in radialer Richtung ausgerichtete äußere Passfläche aufweist und die Passfläche über den Umfang verteilt mindestens in einem Teilbereich eine Ausnehmung aufweist, die sich über eine gesamte axiale Länge der Passfläche erstreckt. Dadurch ist gewährleistet, dass die einseitige Lageranordnung der Getriebewelle die nötige Schmiermittelversorgung erfährt. Die Reduzierung des Durchmessers in Teilbereichen bildet eine Art Schmiermittelkanal in axialer Richtung zwischen der Lagerbuchse und dem Getriebegehäuse. Ferner ist beim Einsatz von zwei Wälzlagern innerhalb einer Lagerb chse dafür gesorgt, dass das zwischen dem ersten Wälzlager und dem Lagerteil angeordnete Wälzlager mit Schmiermittel versorgt werden kann. Die Größe des Teilbereichs und die Differenz zum Außendurchmesser der Passfläche ist an die jeweiligen Parameter anzupassen.
Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass die Lagerbuchse über den Umfang verteilt mindestens ein Paar Ölbohrungen oder Ölkanäle aufweist, die in radialer Richtung verlaufen, wobei die Ölbohrungen jeweils vor und hinter der Lagerfläche angeordnet sind, die dem als Ritzelflanschlager ausgebildeten Wälzlager zugeordnet ist. Dadurch wird das durch den Teilbereich in axialer Richtung geförderte Schmiermittel zum Wälzlager hin nach innen gefördert. Die Lagerfläche des Wälzlagers wird in vorteilhafter Weise durch die Ölbohrungen nicht unterbrochen.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass die Lagerbuchse im Bereich der Ölbohrungen zumindest eine Ausnehmung aufweist, wobei die Ausnehmung zwischen dem Getriebegehäuse oder dem Lagerteil und der Lagerbuchse ein Volumen zur Aufnahme von Öl bildet, das zumindest mit einer Ölbohrung in Durchflussverbindung steht . Hierdurch wird in axialer Richtung an den Teilbereich anschließend ein Ölreservoir gebildet. Durch dieses Ölreservoir werden Öldruckdifferenzen gepuffert und die Schmierung der Wälzlager von allen Seiten gewährleistet.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass die Lagerbuchse eine als Axiallager ausgebildete Lagerschulter für das Wälzlager aufweist und die Lagerschulter über den Innenumfang verteilt mindestens einen in axialer Richtung verlaufenden Durchbruch aufweist. Durch den Durchbruch ist gewährleistet, dass das Wälzlager über die Ölbohrung mit Öl oder Schmierstoff versorgt wird und dass das Öl vom äußeren Wälzlager zum inneren Wälzlager gelangt.
Vorteilhaft ist es ferner, dass die Wälzlager auf zwei benachbarten Lagerflächen der Getriebewelle gelagert sind und die Lagerflächen oder die Wälzlager einen Abstand von 3 bis 30 mm, im Besonderen 7 mm aufweisen. Dadurch wird der Bauraum der Lagerung der Getriebewelle auf ein Minimum reduziert. Die Kräfte in radialer Richtung werden über die Passfläche und die Kräfte in axialer Richtung über das Lagerteil auf das Getriebegehäuse übertragen. Durch den geringen Abstand zwischen den Wälzlagern und die geringe Länge der Getriebewelle zwischen den Wälzlagern ist die thermisch bedingte Ausdehnung in axialer Richtung entsprechend gering.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass das Getriebegehäuse und die Lagerbuchse aus einer Leichtmetalllegierung und das Lagerteil aus einem Eisenwerkstoff gebildet ist. Hierdurch wird erreicht, dass die Passung zwischen der Lagerbuchse und dem Getriebegehäuse aufgrund der gleichen temperaturbedingten Ausdehnung der Lagerbuchse und des Getriebegehäuses nur innerhalb der für die Passung zulässigen Toleranzen variiert und entsprechend sicher und fest sitzt. Die Einstellung der Passung wird dadurch vereinfacht, dass keine oder nur geringe unterschiedliche werkstoffbezogene Parameter zu berücksichtigen sind.
Die Verwendung von Eisenwerkstoff für das Lagerteil hat Vorteile für die vom Wärmeausdehnungskoeffizienten abhängige Justierung des Zahneingriffspunktes.
Die nur in zulässigen Grenzen von der Temperatur abhängige Passung gleicher Werkstoffe erlaubt höhere, über die Passung zu übertragende Lagerkräfte. Es besteht die Möglichkeit, eine Passung zu wählen, mit der sich die Lagerbuchse einfach in das Getriebegehäuse einführen lässt. Durch die prinzipbedingte stärkere Erwärmung der Lagereinheit gegenüber dem Getriebegehäuse wird das Passungsspiel verringert und die radiale Abstützung der Lagerung des Antriebskegelrades verbessert .
Die Ausführung zweier auf Passung gefügter Bauteile aus Werkstoffen mit sehr unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten führt bei engen Passungen je nach Temperaturbereich zu Toleranzen, die nicht mehr im Zulässigkeitsbereich liegen. Auf Dauer führt dies im Zusammenhang mit der an den Passflächen erzeugten Reibung zu einem Spiel innerhalb der Passung und zu einem frühzeitigen Verschleiß der Lagerflächen und der Verzahnungen.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass die Wälzlager als Kegelrollenlager in X- oder in O-Anordnung angeordnet sind und die Getriebewelle ein Antriebskegelrad aufnimmt oder als Kegelradwelle ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Lagerbuchse lässt sich mit den Wälzlagern und der Kegelradwelle vormontieren und schnell und einfach einbauen. Die über die materialidentische Passung gelagerte Lagerbuchse weist mit dem darauf aufbauenden Vorteil, größere Kräfte zu übertragen und zwei Wälzlager aufzunehmen, und mit den entsprechenden Maßnahmen zur Olförderung Vorteile auf, die für den Einsatz einer Kegelradwelle hervorragend geeignet sind.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Lagereinheit mit einer Lagerbuchse innerhalb eines Getriebegehäuses;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Lagerbuchse;
Fig. 3 eine Draufsicht einer Lagerbuchse gemäß Figur 2.
Gemäß Figur 1 ist eine Getriebewelle 3 als Kegelradwelle mit einem Antriebskegelrad 3.1 ausgebildet und rotiert innerhalb einer Lagereinheit 2 um eine Drehachse 4. Das Antriebskegelrad 3.1 kämmt ein Tellerrad 11, das über eine Tellerradaufnahme 11.1 um eine Tellerradachse 12 rotiert. Die Tellerradachse schneidet die Drehachse 4 in einem Winkel α von weniger als 90°.
Die Kegelradwelle 3 ist über zwei als Kegelrollenlager ausgebildete Wälzlager 2a, 2b in einer Lagerbuchse 2.1 gelagert. Das Wälzlager 2b wird als Ritzelflanschlager bezeichnet. Zur Wellenlagerung weist die Lagerbuchse 2.1 zwei radiale Lagerflächen 2.1a, 2.1b und zwei als Lagerschulter ausgebildete Axiallager 2.4, 2.6 auf. Die Wälzlager 2a, 2b weisen einen Abstand von 7 mm auf. In nicht dargestellten Ausführungsformen beträgt der Abstand der Wälzlager 2a, 2b zwischen 3 und 30 mm. Die Lagerbuchse 2.1 ist in radialer Richtung über eine Passfläche 7 in einem Getriebegehäuse 1 und in einem Lagerteil 2.2 gelagert. Zum Getriebegehäuse 1 hin ist die Lagerbuchse 2.1 über eine axiale Lagerfläche 2.3 abgestützt. Zudem ist die Lagerbuchse 2.1 in axialer Richtung über ein Außengewinde 5 mit einem Lagerteil 2.2 verschraubt. Das Lagerteil 2.2 ist als Lagerdeckel ausgebildet und weist ein entsprechendes Innengewinde 6 auf. Der Lagerdeckel 2.2 ist über mehrere Bolzen 13 am Getriebegehäuse 1 befestigt. Ein Bolzen 13 ist beispielhaft dargestellt.
Die Position des Antriebskegelrads 3.1 zum Tellerrad 11 wird in kaltem Temperaturzustand in axialer Richtung über eine Distanzscheibe 1.1 festgelegt. Neben der Distanzscheibe 1.1 ist zwischen dem Getriebegehäuse 1 und dem Lagerdeckel 2.2 um die Distanzscheibe 1.1 herum ein Dichtmittel 14 in Form einer Scheibendichtung vorgesehen. Eine weitere Justierung der Lagereinheit 2 erfolgt über einen Distanzring 3.2, der die Position des Ritzelflanschlagers 2b zur Getriebewelle 3 einstellt .
Nach dem Aufpressen des Lagerinnenrings des Ritzelflanschlagers 2b auf den Schaft der Getriebewelle 3 wird das Antriebskegelrad in die vormontierte Lagereinheit 2 geführt, der Distanzring 3.2 mit dem Lagerinnenring des Ritzelflanschlagers 2b aufgepresst und nach der Montage des Dichtmittels 14 der Lagerdeckel 2.2 am Getriebegehäuse 1 verschraubt .
Bei Erwärmung des Getriebegehäuses 1 und der gesamten Lagereinheit 2 im Betriebszustand dehnt sich das Getriebegehäuse 1 und das Lagerteil 2.2 in axialer Richtung entgegengesetzt zum Tellerrad 11 aus. Die Lagerbuchse 2.1 dagegen dehnt sich durch die einseitige axiale Lagerung in Richtung Tellerrad 11 aus. Ein axialer Abstand 16 zwischen einem auf der Drehachse 4 innerhalb des Getriebegehäuses 1 fiktiven Fixpunkt 15 und der Lagerbuchse 2.1 nimmt mit zunehmender Betriebstemperatur ab.
An der axialen Lagerfläche 2.3 anliegend werden die Lagerbuchse 2.1, die Wälzlager 2a, 2b, die Getriebewelle 3 und somit auch das Antriebskegelrad 3.1 in Richtung Tellerrad 11 bewegt. Somit wird in axialer Richtung ein Ausgleich der in die entgegengesetzte Richtung orientierten Gehäusedehnung geschaffen. Dadurch verkleinert sich die Verschiebung in der Verzahnung vom Antriebskegelrad 3.1 zum Tellerrad 11. Die Geräuschbildung wird gemindert, der Verschleiß reduziert und der Wirkungsgrad erhöht.
Die Lagerbuchse 2.1 ist über ein in Figur 2 dargestelltes Außengewinde 5 mit dem Lagerdeckel 2.2 öldicht verschraubt. In axialer Richtung liegt der Lagerdeckel 2.2 an einer zum Außengewinde 5 benachbarten axialen Lagerfläche 2.3 der Lagerbuchse 2.1 an. Über die axiale Lagerfläche 2.3 werden die Lagerkräfte in axialer Richtung auf den Lagerdeckel 2.2 übertragen. Zudem stützt sich die Lagerbuchse 2.1 bei Erwärmung und axialer Ausdehnung über die axiale Lagerfläche 2.3 am Lagerteil 2.2 ab. Dadurch wird der erfindungsgemäße Vorteil erreicht, dass der Zahneingriffspunkt zwischen dem Tellerrad 11 und dem Antriebskegelrad 3.1 konstant bleibt .
Wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, weist die Lagerbuchse 2.1 über den Umfang verteilt in Abständen von 120° Ausnehmungen 8, 8', 8'' auf, die gegenüber einem Außendurchmesser 7.1 der Passfläche 7 einen reduzierten Durchmesser 8.1 aufweisen. Durch die Ausnehmungen 8, 8', 8'' wird über eine gesamte axiale Länge 7.2 der Passfläche 7 zwischen der Lagerbuchse 2.1 und dem Getriebegehäuse 1 eine Art Schmiermittelkanal gebildet, damit das Getriebeöl in Richtung Lagerdeckel 2.2 in die Lagereinheit 2 eindringt. An die Ausnehmungen 8, 8', 8'' schließt jeweils eine Ausnehmung 10 an, die ein gewisses Olvolumen aufnimmt. Das Öl wird von der Ausnehmung 10 jeweils über ein Paar Ölbohrungen 9a, 9b vor und hinter das Kegelrollenlager 2b geführt. Die Ölbohrung 9a verläuft direkt im Bereich der Ausnehmung 10. Die Ölbohrung 9b verläuft in einem an die Ausnehmung 10 anschließenden Bereich der Lagerbuchse 2.1, benachbart zur axialen Lagerfläche 2.3.
Zwischen den Ölbohrungen 9a, 9b ist die Lagerfläche 2.1b für das Kegelrollenlager 2b vorgesehen. Das durch die
Ölbohrungen 9a, 9b fließende Öl wird von beiden Seiten an das Kegelrollenlager 2b geführt.
Damit das Öl besser dem Kegelrollenlager 2a zugeführt werden kann, weist das -Axiallager 2.4 im Bereich der Ausnehmungen 8, 8', 8'' jeweils einen
Durchbruch 2.5, 2.5', 2.5'' auf, in dem das Axiallager 2.4 unterbrochen ist. Zum besseren Fördern von Öl ist ein Innenradius 2.4a des Axiallagers 2.4 im Bereich der Durchbrüche 2.5, 2.5', 2.5'' größer als der Durchmesser der Lagerfläche 2. lb .
Um die beiden Kegelrollenlager 2a, 2b herum entsteht somit ein stetig fließender Ölstrom, der durch das rotierende Antriebskegelrad 3.1 gefördert wird. Der stetig fließende Ölstrom wird dadurch verbessert, dass der Abstand der beiden Kegelrollenlager 2a, 2b und beider entsprechender Lagerflächen 3a, 3b auf der Kegelradwelle 3 erfindungsgemäß sehr reduziert ausgebildet ist.
Die materialidentische Passung zwischen Getriebegehäuse 1 und Lagerbuchse 2.1 bleibt bei Erwärmung des Getriebes erhalten, da die Wärmeausdehnungskoeffizienten identisch sind. Es ist eine so enge Passung zu wählen, dass sich die Lagerbuchse 2.1 zur Montage problemlos in das Getriebegehäuse 1 einführen lässt . Durch die prinzipbedingte sich stärker erwärmende Lagerbuchse 2.1 beziehungsweise Lagereinheit 2 wird das Passspiel weiter verringert und die radiale Abstützung des Antriebskegelrads 3.1 weiter verbessert.
Die bei Betriebstemperatur spiel- und verschleißfreie Passung ist gegenüber einer nicht materialeinheitlichen Passung wesentlich belastbarer. Dadurch ist die Möglichkeit geschaffen, zwei Kegelrollenlager 2a, 2b in der Lagerbuchse 2.1 zu lagern und den Abstand zwischen den Kegelrollenlagern 2a, 2b auf ein Minimum zu reduzieren und somit Bauraum sowie Gewicht einzusparen. Eine separate Olförderung zum Schmieren der Kegelrollenlager 2a, 2b ist durch die erfindungsgemäße Ölführung nicht notwendig.

Claims

Patentansprüche
Lagereinheit
(2) für ein Zahnradgetriebe mit mindestens einer Getriebewelle (3), die über zumindest ein Wälzlager (2a) und eine das Wälzlager (2a) aufnehmende Lagerbuchse (2.1) innerhalb eines Getriebegehäuses (1) angeordnet ist, wobei die Lagerbuchse (2.1) in axialer Richtung zu einer Drehachse (4) über eine axiale Lagerfläche (2.
3) am Getriebegehäuse (1) gelagert ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lagerbuchse (2.1) mehrere
Lagerflächen (2.1a, 2.1b) für alle Wälzlager (2a, 2b) der Getriebewelle (3) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lagerbuchse (2.1) zumindest in axialer Richtung zur Drehachse (4) mittelbar über zumindest ein
Lagerteil (2.2) mit dem Getriebegehäuse (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lagerbuchse (2.1) derart im Getriebegehäuse (1) gelagert ist, dass bei betriebsbedingter Erwärmung die
Lagerflächen (2.1a, 2.1b) in axialer Richtung relativ zum
Getriebegehäuse (1) in das Getriebegehäuse (1) verschoben werden. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bezüglich eines auf der Drehachse
(4) innerhalb des Getriebegehäuses (1) fiktiven Fixpunkts (15) ein Abstand (16) zwischen der Lagerbuchse (2.1) und dem Fixpunkt (15) in Abhängigkeit einer bestimmten Betriebstemperatur mit einer konkreten Werkstoffauswahl für zumindest das Getriebegehäuse (1), das Lagerteil (2.2) und die Lagerbuchse (2.1) festlegbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Getriebewelle (3) fliegend in der Lagereinheit (2) gelagert ist und alle Wälzlager (2a, 2b) in axialer Richtung mit Bezug zur axialen Lagerfläche (2.3) der Lagerbuchse (2.1) auf einer Seite angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lagerbuchse (2.1) ein Außengewinde
(5) aufweist und über ein korrespondierendes Innengewinde
(6) am Lagerteil (2.2) oder am Getriebegehäuse (1) mit diesem öldicht verschraubt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lagerbuchse (2.1) eine in radialer Richtung ausgerichtete äußere Passfläche (7) aufweist und die Passfläche (7) über den Umfang verteilt mindestens in einem Teilbereich eine Ausnehmung (8) aufweist, die sich über eine gesamte axiale Länge (7.2) der Passfläche
(7) erstreckt .
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lagerbuchse (2.1) über den Umfang verteilt mindestens ein Paar Ölbohrungen (9a, 9b) oder Ölkanäle aufweist, die in radialer Richtung verlaufen, wobei die Ölbohrungen (9a, 9b) jeweils vor und hinter der Lagerfläche (2.1b) angeordnet sind, die dem als Ritzelflanschlager ausgebildeten Wälzlager (2b) zugeordnet ist .
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lagerbuchse (2.1) im Bereich der Ölbohrungen (9a, 9b) zumindest eine Ausnehmung (10) aufweist, wobei die Ausnehmung (10) zwischen dem Getriebegehäuse (1) oder dem Lagerteil (2.2) und der Lagerbuchse (2.1) ein Volumen zur Aufnahme von Öl bildet, das zumindest mit einer Ölbohrung (9a, 9b) in Durchflussverbindung steht.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lagerbuchse (2.1) eine als Axiallager ausgebildete Lagerschulter (2.4) für das Wälzlager (2b) aufweist und die Lagerschulter (2.4) über den Innenumfang verteilt mindestens einen in axialer Richtung verlaufenden Durchbruch (2.5) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Getriebegehäuse (1) und die Lagerbuchse (2.1) aus einer Leichtmetalllegierung und das Lagerteil (2.2) aus einem Eisenwerkstoff gebildet ist .
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