DE102018126461A1

DE102018126461A1 - Vorrichtung zur Lagerung einer Ritzelwelle

Info

Publication number: DE102018126461A1
Application number: DE102018126461.5A
Authority: DE
Inventors: Kivanc Kavzan; Steffen Dittmer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2020-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagerung einer Ritzelwelle (1) an zwei axial zueinander beabstandeten Lagerstellen (3, 4), wovon eine in Tandem-Anordnung ausgebildete ritzelkopfseitige Lagerstelle (3) axial benachbarte wellenseitige Laufbahnen (7, 8) für Wälzkörper (5, 6) aufweist, von denen zumindest eine der in unterschiedlichen Laufbahndurchmessern ausgeführten Laufbahnen (7; 8) in der Ritzelwelle (1) integriert ausgebildet ist, wobei eine Reihe größerer Wälzkörper (5) der Laufbahn (7) mit einem größeren Laufbahndurchmesser zugeordnet sind, wohingegen eine Reihe kleinerer Wälzkörper (6) der Laufbahn (8) mit einem demgegenüber kleineren Laufbahndurchmesser zugeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagerung einer Ritzelwelle an zwei axial zueinander beabstandeten Lagerstellen sowie ein Differentialgetriebe zum Achsantrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer getriebeeingangsseitigen Ritzelwelle, die mit einer solchen Vorrichtung ausgestattet ist.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik. Insbesondere die getriebeeingangsseitige Ritzelwelle eines Differentialgetriebes, das beispielsweise als Vorderachs- oder Rückachsdifferential ausgebildet sein kann, überträgt gewöhnlich eine Antriebsleistung über ein meist als Kegelrad ausgeführtes Ritzel auf zwei koaxiale Achsabschnitte für je ein Fahrzeugrad, um die beiden achsgleichen Räder derart anzutreiben, dass diese in der Kurvenfahrt unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft die Antriebsleistung des Kraftfahrzeuges auf die Fahrbahn aufbringen. Daneben kann die Erfindung auch auf zentraldifferentialallradgetriebene Kraftfahrzeuge oder dergleichen angewendet werden.
Aus der DE 2 132 412 A geht eine Vorrichtung zur Lagerung einer Ritzelwelle eines Differentialgetriebes hervor. Dabei weist der Randbereich der topfförmigen Ritzelwelle einen Flanschabschnitt zur lösbaren Befestigung an einer Antriebswelle auf. Die topfförmige Ritzelwelle besitzt einen zylindrischen Schaftabschnitt, an dessen Außenoberfläche zwei axial beabstandet zueinander angeordnete Laufbahnen für je zugeordnete Lagerstellen einer Wälzlagerung ausgebildet sind. Die beiden Lagerstellen sind relativ eng zueinander axial benachbart und umfassen je eine Reihe von kugelförmigen Wälzkörpern, die neben den wellenseitigen Laufbahnen auch direkt mit gehäuseseitigen Laufbahnen des Getriebegehäuses zusammenwirken. Dabei bilden die beiden Lagerstellen eine O-Anordnung, um neben den im Betrieb auftretenden Radialkräften auch Axialkräfte aufzunehmen. Die wellenseitigen Laufbahnen verlaufen auf gleichen Laufbahndurchmessern und die Wälzkörper sind gleich groß. Dies führt zu einer strengen Lagersymmetrie. Die Belastbarkeit dieser Lageranordnung ist insbesondere auch wegen der eng aneinanderliegenden Kugelreihen stark beschränkt und erfüllt daher nicht die Erfordernisse des modernen Kraftfahrzeugbaus.
Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik gehen daneben auch Ritzelwellenlagerungen der hier interessierenden Art hervor, bei welchen ein höherer Belastungsgrad durch den Einsatz separater mehrreihiger Wälzlager pro Lagerstelle erreicht wird. Die während des Betriebs auftretende Wechselbeanspruchung kann jedoch dazu führen, dass sich insbesondere der ritzelkopfseitige Lagerinnenring des Wälzlagers von der Ritzelwelle löst, also die an dieser Stelle bestehende Presspassung überwindet. Es kommt zu einer unerwünschten Relativbewegung zwischen den Bauteilen, welche zu einem fortschreitenden Verschleiß führt. Es ist bereits versucht worden, dies durch zusätzliche formschlüssig ineinandergreifende Fixiermittel zu unterbinden; diese Maßnahme erfordert jedoch einen zusätzlichen Herstellungsaufwand.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Lagerung einer Ritzelwelle, insbesondere bei einem Differentialgetriebe eines Achsantriebs eines Kraftfahrzeuges, zu schaffen, welche aus wenigen Einzelteilen besteht und sich durch eine hohe Belastbarkeit bei geringer Verschleißneigung auszeichnet.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Lagerung einer Ritzelwelle gemäß Anspruch 1 gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zur Lagerung einer Ritzelwelle zwei axial zueinander beabstandete Lagerstellen vorgesehen sind, wovon eine in Tandem-Anordnung ausgebildete ritzelkopfseitige Lagerstelle mehrere axial benachbarte wellenseitige Laufbahnen für Wälzkörper aufweist, von denen zumindest eine der in unterschiedlichen Laufbahndurchmessern ausgeführten Laufbahnen direkt in der Ritzelwelle integriert ausgebildet ist, wobei eine Reihe größerer Wälzkörper der Laufbahn mit einem größeren Laufbahndurchmesser zugeordnet sind, wohingegen eine Reihe kleinerer Wälzkörper der Laufbahn mit einem demgegenüber kleineren Laufbahndurchmesser zugeordnet sind.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass diese Lageranordnung derart belastungsgerecht konstruiert ist, dass hohe Radial- und Axialkräfte zuverlässig ins Getriebegehäuse abgeleitet werden können, wobei eine hohe Standzeit erreicht wird. Da zumindest ein Lagerinnenring komplett entfällt, ist das vorstehend im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebene Verschleißrisiko im Bereich der ritzelkopfseitigen Lagerstelle gebannt. Durch Entfall des Lagerinnenrings lässt sich die ritzelkopfseitige Lagerstelle zudem näher zur Verzahnung der Ritzelwelle bringen, was zu verbesserten Lagereigenschaften führt. Ferner verkürzt sich die in Radialrichtung verlaufende Toleranzkette seitens der ritzelkopfseitigen Lagerstelle durch Wegfall des Lagerinnenrings entsprechend.
Um eine weiter verbesserte Belastungsoptimierung zu erzielen, wird außerdem vorgeschlagen, dass die Laufbahn mit dem größeren Laufbahndurchmesser in Axialrichtung außenliegend auf der Ritzelwelle angeordnet sein sollte. Mit anderen Worten sind die größeren Wälzkörper dann also benachbart zur Verzahnung platziert, so dass im Zusammenwirken mit dem Zahneingriff des Ritzels eine minimale Biegebeanspruchung der Ritzelwelle auftritt. Denn die Radiallagereigenschaften der größeren Wälzkörper sind besser als die Radiallagereigenschaften der demgegenüber kleineren Wälzkörper.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, dass die den wellenseitigen Laufbahnen gegenüberliegenden gehäuseseitigen Laufbahnen für die Wälzkörper in einem gemeinsamen Lageraußenring mit im Wesentlichen konischer Querschnittsform eingebracht sind. Hierdurch lässt sich in einfacher Weise eine geometrische Anpassung an eine gehäuseseitige zylindrische Senkung vornehmen, die als Lagersitz dient. Die Konizität der Querschnittsform ist im Hinblick auf die Hüllgeometrie zu verstehen. Denn es existieren natürlich von dieser Grundform abweichende Ausnehmungen zur Bildung der Laufbahnen und dergleichen.
Gemäß einer die funktionsgerechte Montage gewährleistenden Maßnahme ist vorgesehen, dass zwischen der inneren Stirnseite des Lageraußenrings und einer hierzu korrespondierenden Anschlagfläche an der zylindrischen Senkung des Getriebegehäuses eine Distanzscheibe eingesetzt ist, welche zur axialen Lagerjustage dient. Um eine funktionsgerechte Montage zu erreichen, lässt sich an dieser Stelle also eine passende Distanzscheibe einsetzen, bevor der Lageraußenring in den Lagersitz eingepresst wird.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass den verschiedenen Reihen von Wälzkörpern je ein separater Wälzlagerkäfig zugeordnet ist. Da die Wälzkörper der unterschiedlichen Reihen auch unterschiedlich groß sind, stellen separate Wälzkörperkäfige eine fertigungstechnisch einfache Lösung für eine korrekte Wälzkörperpositionierung und -führung dar.
Auf der Grundlage der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich ein Abstand X zwischen dem Wälzkörperkäfig als stirnseitig äußerster hervorstehender Punkt der ritzelkopfseitigen Lagerstelle und der Verzahnung des Ritzels zwischen vorzugsweise 0,75 bis 1,25 mm für gängige Lagergrößen erzeugen, um eine optimale Freigängigkeit zwischen Käfigstirnseite und Anbauteilen zu erzielen. Dieser sehr geringe Abstandsbereich begünstigt eine optimale verschleißarme Lagerung der Ritzelwelle über eine lange Standzeit hinweg. Hieraus resultierend lässt sich der Abstand zwischen den Kugelreihen der ritzelkopfseitigen Lagerstelle und der Verzahnung des Ritzels je nach Dimensionierung gegenüber einer klassischen Lösung mit Lagerinnenring zwischen vorzugsweise 1,25 bis 2,5 mm reduzieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung bestehen die Wälzkörper der Tandem-Wälzlagerung aus mindestens zwei axial benachbart zueinander angeordnete Kugelreihen. Durch die Kugelform kann eine gleichzeitige Radial- und Axiallagerung realisiert werden und eine vorzugsweise Doppelausführung der Wälzlagerreihen erzeugt eine hinreichende Belastbarkeit der ritzelkopfseitigen Lagerstelle.
Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die flanschseitige Lagerstelle der Ritzelwellenlagerung ebenfalls als eine Tandem-Wälzlagerung vergleichbarer Art ausgebildet ist. Optional kann hierfür allerdings auch ein Lagerinnenring zum Einsatz kommen, da die flanschseitige Lagerstelle im Vergleich zur ritzelkopfseitigen Lagerstelle weniger verschleißbeansprucht ist. Insoweit kann an dieser Stelle auch auf ein standardisiertes Wälzlager zurückgegriffen werden. Daneben kommt auch eine Kegelrollenlagerung oder dergleichen in Betracht.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung näher dargestellt. Eine einzige Figur zeigt einen Teillängsschnitt durch ein Differentialgetriebe im Bereich der Ritzelwelle.
Gemäß Figur ist eine getriebeeingangsseitige Ritzelwelle 1 eines nur ausschnittsweise dargestellten Differentialgetriebes drehbar relativ zu einem Getriebegehäuse 2 gelagert. Die drehbare Lagerung der Ritzelwelle 1 erfolgt über zwei axial zueinander beabstandete Lagerstellen 3 und 4. Beide Lagerstellen 3 und 4 sind bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer Tandem-Wälzlagerung versehen, die jeweils aus zwei axial benachbart zueinander angeordneten Kugelreihen als Wälzkörper 5 beziehungsweise 6 besteht.
Die ritzelkopfseitige Lagerstelle 3 weist axial benachbarte wellenseitige Laufbahnen 7 und 8 für die hier zugeordneten Reihen von Wälzkörpern 5 beziehungsweise 6 auf. Beide Laufbahnen 7 und 8 sind direkt in die Außenoberfläche der Ritzelwelle 1 eingebracht.
Die außenliegenden kugelförmigen Wälzkörper 5 sind im Durchmesser größer als die demgegenüber innenliegenden kleineren Wälzkörper 6 ausgebildet. Dabei ist die Reihe der größeren Wälzkörper 5 einer Laufbahn 7 mit einem größeren Laufbahndurchmesser zugeordnet als der Laufbahndurchmesser der Reihe mit den kleineren Wälzkörpern 6 auf der zugeordneten Laufbahn 8.
Die den wellenseitigen Laufbahnen 7 und 8 gegenüberliegenden gehäuseseitigen Laufbahnen 9 und 10 für die Wälzkörper 5 beziehungsweise 6 sind in einem gemeinsamen Lageraußenring 11 eingebracht. Der Lageraußenring 11 weist eine im Wesentlichen konische Querschnittsform auf und ist in eine zylindrische Senkung des Getriebegehäuses 2 eingepresst. Zwischen der inneren Stirnseite des Lageraußenrings 11 und einer hierzu korrespondierenden Anschlagfläche 12 der zylindrischen Senkung ist eine Distanzscheibe 13 eingesetzt, welche einer axialen Lagerjustage dient.
Die beiden Reihen von Wälzkörpern 5 und 6 sind mit je zugeordneten separaten Wälzkörperkäfigen 14 beziehungsweise 15 positioniert und geführt. Dabei besteht nur ein geringer Abstand X zwischen dem äußeren Wälzlagerkäfig 14 für die größeren Wälzlager 5 und dem Kegelrad 16 der Ritzelwelle 1. Das Kegelrad 16 steht in an sich bekannter Weise im Zahneingriff mit weiteren Zahnrädern des Differenzialgetriebes, von denen hier ein Zahnrad 17 teilgeschnitten dargestellt ist.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, mehr als zwei Reihen von Wälzkörpern für insbesondere die ritzelkopfseitige Lagerstelle 3 vorzusehen. Anstelle einer Kugelform können auch andere Wälzkörperformen im Rahmen der erfindungsgemäß speziell ausgebildeten Tandem-Anordnung für die ritzelkopfseitige Lagerstelle 3 zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste

1: Ritzelwelle
2: Getriebegehäuse
3: ritzelkopfseitige Lagerstelle
4: flanschseitige Lagerstelle
5: größerer Wälzkörper
6: kleinerer Wälzkörper
7: umfangsgrößere Laufbahn
8: umfangskleinere Laufbahn
9: lageraußenringseitige Laufbahn
10: lageraußenringseitige Laufbahn
11: Lageraußenring
12: Anschlagfläche
13: Distanzscheibe
14: Wälzkörperkäfig
15: Wälzkörperkäfig
16: Kegelrad
17: Zahnrad
X: Abstand zur Verzahnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2132412 A [0003]

Claims

Vorrichtung zur Lagerung einer Ritzelwelle (1) an zwei axial zueinander beabstandeten Lagerstellen (3, 4), wovon eine in Tandem-Anordnung ausgebildete ritzelkopfseitige Lagerstelle (3) axial benachbarte wellenseitige Laufbahnen (7, 8) für Wälzkörper (5, 6) aufweist, von denen zumindest eine der in unterschiedlichen Laufbahndurchmessern ausgeführten Laufbahnen (7; 8) in der Ritzelwelle (1) integriert ausgebildet ist, wobei eine Reihe größerer Wälzkörper (5) der Laufbahn (7) mit einem größeren Laufbahndurchmesser zugeordnet sind, wohingegen eine Reihe kleinerer Wälzkörper (6) der Laufbahn (8) mit einem demgegenüber kleineren Laufbahndurchmesser zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (7) mit dem größeren Laufbahndurchmesser in Axialrichtung außenliegend auf der Ritzelwelle (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den wellenseitigen Laufbahnen (7, 8) gegenüberliegenden gehäuseseitigen Laufbahnen (9, 10) für die Wälzkörper (5, 6) in einem gemeinsamen Lageraußenring (11) mit im wesentlichen konischer Querschnittsform eingebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (11) in eine zylindrische Senkung des Getriebegehäuses (2) eingesetzt ist, wobei eine zwischen der inneren Stirnseite des Lageraußenrings (11) und einer hierzu korrespondierenden Anschlagfläche (12) der zylindrischen Senkung angeordnete Distanzscheibe (13) zur axialen Lagerjustage vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den verschiedenen Reihen von Wälzkörpern (5, 6) je ein separater Wälzkörperkäfig (14, 15) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (X) zwischen dem Wälzkörperkäfig (14) für die größeren Wälzkörper (5) und einer Verzahnung an der Ritzelwelle (1) zwischen 0,75 bis 1,25 Millimeter beträgt, um eine optimale Freigängigkeit zwischen Käfigstirnseite und Anbauteilen zu erzielen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (6, 7) der Tandem-Wälzlagerung aus zumindest zwei axial benachbart zueinander angeordnete Kugelreihen bestehen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine flanschseitige Lagerstelle (4) ebenfalls als eine Tandem-Wälzlagerung oder als eine Kegelrollenlagerung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzelwelle (1) im Bereich der ritzelkopfseitigen Lagerstelle (3) ein stirnseitig angeformtes Kegelrad (5) als Ritzel zur Einbringung einer Antriebsleistung in ein Getriebe aufweist.
Differenzialgetriebe zum Achsantrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer getriebeeingangsseitigen Ritzelwelle (1), die mit einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche in einem Getriebegehäuse (2) gelagert ist.