DE4234664A1 - Fahrzeugachse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugachse.

Der einwandfreie Betrieb vieler Fahrzeuge, insbesondere Schwerfahrzeuge erfordert einen großen Fahrzeugantriebsmechanismus, der notwendiger Weise beträchtlichen Raum einnimmt. Bei Passagierfahrzeugen, wie z. B. Bussen wird hierdurch die Aufhängung, der Passagierraum und die Fahrzeugdynamik eingeschränkt. Die Platzbe­ schränkungen des Fahrzeuges bedingen, daß das Getriebe näher an der Achse angeordnet wird. Da jedoch die meisten Fahrzeuge konventionelle Achsen verwen­ den, ist es äußerst schwierig, Getriebe und Achse näher beieinander anzuordnen.

Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems besteht darin, die Antriebswelle zu kürzen. Wegen physischer Begrenzungen bei den gegenwärtigen Antriebswellen, kann die Antriebswelle jedoch nicht zu stark gekürzt werden. Auch reduziert eine kürzere Antriebswelle den Aufhängeweg und beeinflußt nachteilig den Lauf des Fahrzeuges.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Antriebswelle in einem Winkel anzuordnen, so daß die Länge der Antriebswelle dieselbe bleiben kann, der Abstand zwischen dem Getriebe und der Achse jedoch gekürzt werden kann. Wenige Hersteller haben jedoch die Fähigkeit, große Getriebe mit einem schräg verlaufenden Wellenwinkel herzustel­ len. Außerdem ist es sehr teuer, ein neues Getriebe zu entwickeln im Vergleich mit vorhandenen kommerziell verfügbaren Getrieben.

Es besteht daher ein Bedarf für eine kompakte Fahrzeugachsenanordnung mit erhöh­ ter Flexibilität hinsichtlich dem Ritzel-Winkel und dessen Position, die in vielen Fahrzeugtypen verwendbar ist.

Diesem Bedarf trägt die Fahrzeugachsenanordnung nach der Erfindung Rechnung, bei der eine doppelte Reduzier-Technik benutzt wird, um die Drehzahl der zugehörigen Getriebeübersetzungen zu reduzieren. Diese doppelte Reduzier-Technik erleichtert die Verwendung eines schrägen Ritzel-Winkels, was einen kompakten Einbau und höhere Flexibilität hinsichtlich Ritzel-Winkel und Position ermöglicht.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Fahrzeugachsenanordnung mit einem Paar Ausgangswellen mit einer ersten Drehachse, einer Eingangswelle mit einer zweiten Drehachse, die in einem schrägen Winkel zur ersten Drehachse des Paares der Ausgangswellen angeordnet ist, sowie einer Zwischenwelle mit einer dritten Drehachse, die in einem Winkel ausgerichtet ist, der quer zur ersten Dreh­ achse dieses Paares von Ausgangswellen liegt.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Fahrzeugachsen­ anordnung eine Eingangswelle mit einer Schulter, die an einem ersten Lager eines ersten Paares von Kegelrollenlagern der Eingangswelle anliegt, um zu verhindern, daß eine von einer Ritzel-Mutter ausgeübte Spannkraft eine vorgegebene Vorspannkraft auf das erste Paar von Kegelrollenlagern beeinflußt.

Nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Fahrzeugachsenanord­ nung ein Paar von Ausgangswellen, eine Eingangswelle mit wenigsten einem Kegel­ rollenlager, eine Zwischenwelle mit wenigstens einem Kegelrollenlager, und einem einteiligen Lagerkäfig zum Abstützen von wenigstens einem Kegelrollenlager sowohl der Eingangswelle als auch der Zwischenwelle.

Nach einem vierten Aspekt der Erfindung umfaßt eine Fahrzeugachsenanordnung eine Eingangswelle mit einem Kegelrollenlager und einem einheitlichen Lagergehäuse zum Abstützen des Kegelrollenlagers, wobei das einheitliche Lagergehäuse im Inneren eines Achsgehäuses befestigt ist.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 im Schnitt eine Fahrzeugachsenanordnung nach der Erfindung zeigt,

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform der Fahrzeugachsenanordnung im Schnitt.

In Fig. 1 ist eine Fahrzeugachsenanordnung 10 dargestellt mit einem ersten Zahn­ radsatz mit Kegelrädern 12, 14 die mit einem zweiten Zahnradsatz zusammenwirken, der Hypoid-Räder 16 und 18 aufweist, um eine doppelte Reduzierung zu erreichen. In Fig. 1 treibt das Kegelrad 12 das Kegelrad 14 an, um eine erste Reduzierung zu erreichen und das Hypoid-Zahnrad 16 treibt das Hypoid-Zahnrad 18 an, um eine zweite Reduzierung zu erreichen. Da das zweite Zahnrad 14 des ersten Zahnrad­ satzes und das erste Zahnrad 16 des zweiten Zahnradsatzes fest auf derselben Welle 26 sitzen, werden die Zahnräder 14 und 16 mit derselben Drehzahl angetrieben.

Durch die doppelte Reduzierung wird somit schrittweise oder stufenweise die Dreh­ zahl der Übersetzungen von allen Zahnrädern 12, 14, 16 und 18 reduziert. Das erste Reduzierverhältnis (bzw. Drehzahlverhältnis) beträgt etwa 1 : 1,12 zwischen den Zahnrädern 12 und 14 und etwa 1 : 3,54 zwischen den Zahnrädern 16 und 18, was zu einem gesamten Übersetzungsverhältnis von etwa 1 : 3,96 zwischen den Zahnrä­ dern 12 und 18 führt. Das gesamte Übersetzungsverhältnis kann jedoch entspre­ chend den Fahrzeug-Anforderungen eingestellt werden, mit einem typischen Gesamt­ bereich zwischen 2,9 bis herauf zu 9.

Die Erfindung erfordert spezielle Komponenten nur für die erste Reduzierung, wäh­ rend vorhandene Komponenten für die zweite Reduzierung benutzt werden. Die erste Reduzierung wird erreicht mit den Kegelrädern 12 und 14, die kleiner sind, leichter herzustellen und billiger als hypoid-verzahnte Räder, die mit schrägen Winkeln hergestellt werden. Die Verwendung einer kleinen ersten Reduzierung erlaubt die Verwendung von kleineren primären Zahnrädern 12 und 14 für den abgewinkelten Getriebesatz. Die zweite Reduzierung, die vorhandene größere Zahnräder benutzt, erzeugt das gewünschte End-Übersetzungsverhältnis, das mit einer einzigen Reduzie­ rung nicht erreicht wird, es sei denn für die einzige Reduzierung werden sehr große Zahnräder verwendet, die wesentlich teurer und schwieriger mit schrägen Winkeln herzustellen sind. Ferner ist der Winkel und die Anordnung des kleineren primären Zahnradsatzes wesentlich flexibler bei einer Konstruktion mit Doppelreduzierung als bei einer Konstruktion mit einer einzigen Reduzierung, die einen größeren Getriebe­ satz verwendet.

Die Fahrzeugachsenanordnung nach Fig. 1 hat ein Paar Ausgangswellen 20 und 22 mit einer ersten Drehachse, eine Eingangswelle oder ein Eingangsritzel 24 mit einer zweiten Drehachse, die in einem schrägen Winkel zu ersten Drehachsen des Paares der Ausgangswellen 20 und 22 verläuft, sowie mit einer Zwischenwelle 26 mit einer dritten Drehachse, die in einem Winkel ausgerichtet ist, der senkrecht zur ersten Drehachse des Paares der Ausgangswellen 20 und 22 verläuft. In den Fig. 1 und 2 beträgt der Winkel zwischen der Eingangswelle 24 und der Zwischenwelle 26 etwa 27 Grad. Demzufolge beträgt in Fig. 1 der Winkel zwischen der Ausgangswelle 20 und der Eingangswelle 24 etwa 63 Grad. Der Winkel zwischen der Eingangswelle 24 und der Zwischenwelle 26 kann eingestellt werden entsprechend den Erfordernissen des jeweiligen Fahrzeuges, in das die Fahrzeugachse 10 eingebaut wird, obwohl dieser Winkel typisch zwischen 0 Grad und 90 Grad liegen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Eingangswelle 24 ein erstes Ende 28 und ein zweites Ende 30, wobei das erste Zahnrad 12 des ersten Zahnradsatzes zwischen den beiden Enden 28 und 30 liegt. Das erste Zahnrad 12 ist außerdem zwischen einem Paar Kegelrollenlagern 32 und 34 angeordnet. Ein Vorlast-Ein­ stellring 33 erlaubt die Einstellung einer Vorbelastungskraft auf die Lager 32 und 34.

Vorzugsweise ist der Vorlast-Einstellring 33 an einer Außenseite eines Gehäuses 39 angeschraubt, wobei seine Gewindegänge in das Gewinde eines Lagergehäuses 38 in Fig. 1 bzw. 38′ in Fig. 2 eingreifen. Das Anschrauben des Vorlast-Einstellringes 33 am Gehäuse 39 ermöglicht es, die Vorbelastung einzustellen. Der Vorlast-Einstell­ ring 33 sollte ausbaubar sein, so daß die Fahrzeugachse 10 relativ leicht in das Gehäuse eingebaut werden kann. Sobald die Fahrzeugachsenanordnung 10 in das Gehäuse 39 eingebaut ist, wird eine Dichtung 37 um oder über den Vorlast-Einstell­ ring 33 angebracht, um eine Abdichtung zu bilden. Die Dichtungsanordnung 37 kann eine beliebige kommerziell verfügbare Standard-Dichtung sein.

Nachdem die Vorspannkraft eingestellt ist, wird ein Joch 35 auf das erste Ende 28 aufgekeilt zur Drehung mit diesem. Eine Ritzelmutter 36 wird auf das erste Ende 28 der Eingangswelle 34 aufgeschraubt, um das Joch 35 zu halten und eine Spannkraft auszuüben. Eine Schulter 40 ist am Lager 32 ausgebildet, um zu verhindern, daß die Spannkraft, die von der Ritzelmutter 36 ausgeübt wird, die Vorspannkraft auf die Kegelrollenlager 32 und 34 beeinflußt. Die Schulter 40 der Eingangswelle 24 trennt die Ritzel-Vorlast von der Spannkraft, die von der Ritzel-Mutter 36 ausgeübt wird, um zu verhindern, daß die Spannkraft zwischen dem Lager 32 und dem Lager 34 über­ tragen wird. Dies erlaubt eine bessere Einstellung und Kontrolle der Vorbelastung des Lagers 32.

In den Fig. 1 und 2 hat die Zwischenwelle 26 ein erstes Ende 46, ein zweites Ende 48 und ein Distanzstück 50 liegt zwischen beiden und ist zwischen einem zweiten Paar von Kegelrollenlagern 42 und 44 angeordnet. Das Distanzstück 50 stellt den Abstand zwischen den Lagern 42 und 44 ein. Ein größeres Distanzstück 50 würde zu einer niedrigeren Vorbelastung führen, da weniger Kraft dann zwischen den Lagern 42 und 44 übertragen würde, während ein kleineres Distanzstück zu einer höheren Vorbelastung führen würde. Das erste Ende 16 der Zwischenwelle 26 ist auf das zweite Zahnrad 14 des ersten Zahnradsatzes aufgekeilt bzw. durch Keilver­ zahnung verbunden. Das zweite Ende 48 bildet das erste Zahnrad 16 des zweiten Zahnradsatzes.

Die Fahrzeugachsenanordnung kann am Achsgehäuse 39 durch jede beliebig ge­ eignete Methode montiert werden. Beispielsweise in Fig. 1 können der erste und der zweite Zahnradsatz in das Gehäuse 39 eingebaut werden durch Einbau des Lagerge­ häuses 38 in das Achsgehäuse 39 mit beliebig geeigneten Mitteln einschließlich Schrauben 41. In Fig. 1 ist das Lager 32 in einem separaten Lagergehäuse 43 eingebaut und das letztere ist am Gehäuse 39 mittels zusätzlicher Mittel, z. B. Schrauben 45 befestigt. Da die Schrauben 41 innen im Gehäuse 39 bei der Aus­ führungsform nach Fig. 1 liegen, werden eine Lekage und Dichtungsbruch an der Verbundsstelle eliminiert, da hier keine äußere Naht mehr vorhanden ist. Als Folge hiervon haben Gegendrehmomente, die während des Fahrzeugbetriebes auftreten, nur einen vernachlässigbaren Effekt auf die Achsen-Abdichtung.

Alternativ können bei der Ausführungsform nach Fig. 2 alle Kegelrollenlager 32, 34, 42 und 44 in dem einzigen einteiligen Lagergehäuse 38′ eingebaut werden und dieses einteilige Lagergehäuse 38′ kann dann am Achsgehäuse 39 befestigt werden. Da das Lagergehäuse 38′ einteilig ausgebildet ist, kann das Achsgehäuse 39 einen separaten Deckel 49 haben, der direkt am Lagergehäuse 38′ durch geeignete Mittel z. B. Schrauben 51 befestigt werden kann. Mit dem Deckel 49 sind dann die beiden Getriebesätze in Fig. 2 vollständig umschlossen.

In Fig. 1 ist eine Differential-Baugruppe 56 vorgesehen, die aus vier Zahnrädern 58, 60, 62 und 64 gebildet ist. Einstellringe 52 und 54, die am Differential 56 mittels Lagern 66 und 68 angebracht sind, haben einen doppelten Zweck. Zunächst positio­ nieren die Einstellringe 52 und 54 das zweite Zahnrad des zweiten Zahnradsatzes. Sobald das Zahnrad 18 richtig positioniert ist, können die Einstellringe 52 und 54 angezogen werden, um eine Vorlast auf die Lager 66 und 68 auszuüben. Das Zahn­ rad 18 wird dann durch das Zahnrad 16 angetrieben, das in einem Schulter-Lager gelagert ist, welches zwischen dem Differential 56 und der Zwischenwelle 26 angeordnet ist.

Die Verwendung einer doppelten Reduzier-Technik bzw. Untersetzungs-Technik nach der Erfindung, bei der die erste Reduzierung in einem abgewinkelten Getriebesatz erfolgt, erlaubt genügend Flexibilität zur Anpassung an eine große Vielzahl von Einbauerfordernissen ohne Kosten zu verursachen für Konstruktion und Einbau unterschiedlicher Zahnradsätze für jeweils unterschiedliche Getriebeuntersetzungs-An­ forderungen. Die Position und der Winkel des ersten Zahnradsatzes bestehend aus den Zahnrädern 12 und 14, kann daher relativ einfach variiert werden, wodurch mehr Übersetzungsverhältnisse mit weniger neuen Zahnradsätzen ermöglicht werden.

Die Erfindung schafft somit eine Fahrzeugachsenanordnung, die eine doppelte Reduzier-Technik oder Untersetzungs-Technik verwendet wobei vorhandene Zahnrad­ übersetzungen, die bereits handelsüblich verfügbar sind, in Verbindung mit variablen Eingangs-Übersetzungsverhältnissen verwendet werden. Die erste Reduzierung wird erreicht mit einer Winkelverbindung zwischen der Eingangswelle und der Zwischen­ welle, wobei die Übersetzungsverhältnisse variiert werden können. Die zweite Reduzierung wird erreicht durch einen Zahnradsatz zwischen der Zwischenwelle und den Ausgangswellen.

Claims (10)

1. Fahrzeugachse (10), gekennzeichnet durch
ein Paar Ausgangswellen (20, 22) mit einer ersten Drehachse;
eine Eingangswelle (24) mit einer zweiten Drehachse, die in einem schrägen Winkel zur ersten Drehachse des Paares der Ausgangswellen (20, 22) ausge­ richtet ist;
und durch eine Zwischenwelle (26) mit einer dritten Drehachse, die in einem senkrechten Winkel zur ersten Drehachse des Paares der Ausgangswellen (20, 22) verläuft.

2. Fahrzeugachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs­ welle (24) in einem ersten Winkel von 27 Grad zur Zwischenwelle (26) ausge­ richtet ist sowie in einem zweiten Winkel von 63 Grad zu einer des Paares der Ausgangswellen (20, 22).

3. Fahrzeugachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Zahnrad­ satz mit einem Zahnrad (12) und einem zweiten Zahnrad (14), daß das erste Zahnrad (12) an der Eingangswelle (24) und das zweite Zahnrad (14) an der Zwischenwelle (26) befestigt ist.

4. Fahrzeugachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Zahn­ radsatz mit einem ersten Zahnrad (16) und einem zweiten Zahnrad (18), und daß das erste Zahnrad (16) an der Zwischenwelle (26) befestigt ist und das zweite Zahnrad (18) mit dem ersten Zahnrad (16) zusammenwirkt.

5. Fahrzeugachse (10), gekennzeichnet durch eine Eingangswelle (24) mit einer Schulter (40), einem ersten Lager (32) eines ersten Paares von Kegelrollen­ lagern auf der Eingangswelle (24), das an der Schulter (40) anliegt, durch welch letztere verhindert wird, daß eine von einer Ritzel-Mutter (36) ausge­ übte Spannkraft eine vorgegebene Vorspannkraft auf das erste Paar von Kegelrollenlagern beeinflußt.

6. Fahrzeugachse nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Achsgehäuse (39), das die Eingangswelle (24) enthält, einen Vorlast-Einstellring (33) zum Voreinstellen der Vorlastkraft, welcher am Achsgehäuse (39) befestigt ist und an einem äußeren Laufring des ersten Lagers (32) anliegt.

7. Fahrzeugachse nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Paar Ausgangs­ wellen (20, 22), eine Zwischenwelle (26) mit einem zweiten Paar Kegelrollen­ lagern und einem Distanzstück (50) zwischen einem ersten Lager (42) und einem zweiten Lager (44) des zweiten Paares von Kegelrollenlagern, und daß durch das Distanzstück (50) ein Abstand zwischen dem ersten Lager (42) und dem zweiten Lager (44) einstellbar ist.

8. Fahrzeugachse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs­ welle ein Joch (35) aufweist, das auf ein erstes Ende der Eingangswelle zur Drehung mit dieser aufgekeilt ist, und daß das Joch (35) auf diese Eingangs­ welle aufgekeilt wird nach der Einstellung der Vorlastkraft, und daß durch die Schulter (40) eine Beeinflussung der Vorlastkraft verhindert wird wenn das Joch (35) auf das erste Ende der Eingangswelle aufgebracht wird.

9. Fahrzeugachse (10), gekennzeichnet durch ein Paar Ausgangswellen (20, 22), eine Eingangswelle (24) mit wenigstens einem Kegelrollenlager (34), eine Zwischenwelle (26) mit wenigstens einem Kegelrollenlager (42), sowie durch ein einteiliges Lagergehäuse (38′) zum Abstützen von wenigstens einem Kegelrollenlager (34) der Eingangswelle (24) und wenigstens einem Kegelrol­ lenlager (42) der Zwischenwelle (26).

10. Fahrzeugachse (10), gekennzeichnet durch eine Eingangswelle (24) mit einem Kegelrollenlager (34), einem einteiligen Lagergehäuse (38′) zum Abstützen des Kegelrollenlagers (34) der Eingangswelle (24), und daß das einteilige Lagerge­ häuse (38′) im Inneren des Achsgehäuses (39) befestigt ist.