-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Reduzierung
von Rasselgeräuschen in Stufengetrieben mit zwei Vorgelegewellen,
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Bekannt
aus dem Stand der Technik sind Stufengetriebe mit zwei Vorgelegewellen
und einer zentralen Hauptwelle. Auf der Hauptwelle rotierbar angeordnete
Hauptwellenräder werden von den Zahnrädern der
Vorgelegewellen angetrieben. Die Hauptwellenräder werden
nur beim Betrieb in der zugehörigen Gangstufe drehfest
mit der Hauptwelle verbunden. In den anderen Betriebsphasen rotieren die
Hauptwellenräder lose auf der Hauptwelle. Die Hauptwellenräder
werden deshalb auch Losräder genannt.
-
Zum
Zwecke eines Lastausgleichs zwischen den Kraftflüssen über
die beiden Vorgelegewellen ist die Hauptwelle bei derartigen Getrieben
schwimmend, d. h. mit Radialspiel, gelagert. Die Losräder sind
auf der schwimmend gelagerten Hauptwelle allenfalls in axialer Richtung
fixiert, nicht jedoch in radialer Richtung. In radialer Richtung
sind die Losräder in den Verzahnungen der mit dem jeweiligen
Losrad kämmenden Vorgelegewellenräder geführt
und gelagert. Auf diese Weise ist ein optimaler Lastausgleich erreichbar.
-
Die
Losräder der momentan nicht eingelegten Gangstufen befinden
sich im lastfreien Zustand und schwimmen innerhalb des Zahnspiels,
d. h. sie haben Spiel in radialer Richtung und in Umfangsrichtung
gegenüber der Hauptwelle und gegenüber den Zahnrädern
der Vorgelegewellen.
-
Durch
das Spiel der Losräder im lastfreien Zustand entsteht jedoch
ein unangenehmes Rasselgeräusch im Betrieb, weil die Zahnräder
Beschleunigungen in Umfangsrichtung und in radialer Richtung erfahren,
angeregt durch Fer tigungsungenauigkeiten und durch Drehschwingungen
vom An- und/oder Abtrieb. Durch diese Beschleunigungen werden die Losräder
in dem beschriebenen Bewegungsspielraum derart bewegt, dass sie
an den anliegenden Bauteilen anschlagen. Beispielsweise schlagen
die Zahnflanken der miteinander im Eingriff stehenden Zähne
im Rahmen ihres Zahnflankenspiels gegeneinander, wodurch das Rasselgeräusch
der nicht unter Last mitlaufenden Gangstufen hauptsächlich
verursacht wird.
-
Zur
Reduzierung von Rasselgeräuschen in Stufengetrieben mit
zwei Vorgelegewellen sind bereits Lösungen vorgeschlagen
worden. So ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 057 126 A1 eine
Einrichtung zur Reduzierung der Axialbewegung der Losräder
bei einem Getriebe mit zwei Vorgelegewellen bekannt, wobei eine
auf der Hauptwelle angeordnete Anpresseinrichtung zumindest eines
der Losräder in axialer Richtung gegen eine Anlaufscheibe drückt.
Durch eine derartige axiale Verspannung der Losräder sollen
unerwünschte Rasselgeräusche vermieden werden.
Bei einer Anpresseinrichtung gemäß
DE 10 2004 057 126 A1 entsteht
im Betrieb Gleitreibung zwischen der Anpresseinrichtung und dem
Losrad. Die Gleitreibung erhöht die Reibungsverluste des
Getriebes und bewirkt Verschleiß.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stufengetriebe
mit zwei Vorgelegewellen bereitzustellen, das einen Betrieb mit
niedrigem Geräuschpegel und geringen Reibungsverlusten
ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche
1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den
jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Eine
erste Ausführung der beanspruchten Erfindung umfasst eine
Einrichtung zur Reduzierung von Rasselgeräuschen in Stufengetrieben
mit einer Hauptwelle und zwei Vorgelegewellen. Die Einrichtung weist
um die Hauptwelle rotierbare Losräder auf, die mit radialem
Spiel gegenüber der Hauptwelle gelagert sind. Zum Einlegen
eines Ganges wird jeweils ein Losrad drehfest mit der Hauptwelle
verbunden. Erfindungsgemäß ist zumindest ein Losrad
des Stufengetriebes mittels zumindest eines Wälzlagers
auf der Hauptwelle gelagert, wobei das Wälzlager gegenüber
der Hauptwelle radiales Spiel aufweist, und wobei das Wälzlager
durch ein in axialer Richtung wirkendes elastisches Element gegenüber
der Hauptwelle verspannt ist. Das Wälzlager wird also von
dem elastischen Element in axialer Richtung gegen die Hauptwelle
gedrückt, ohne jedoch die radiale Beweglichkeit vollständig
zu verhindern.
-
Eine
zweite Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich
von der ersten Ausführungsform dadurch, dass das Wälzlager
anstatt auf der Hauptwelle auf einem gehäusefesten Teil
des Stufengetriebes mit radialem Spiel gelagert ist, wobei das Wälzlager
durch ein in axialer Richtung wirkendes elastisches Element gegen
das gehäusefeste Teil gedrückt und verspannt wird.
-
Bei
beiden beschriebenen Ausführungsformen werden Bewegungen
und Schwingungen der Losräder in radialer Richtung durch
die mechanische Verspannung des elastischen Elementes gedämpft bzw.
gebremst, so dass die nicht im Kraftfluss liegenden Losräder
zumindest nicht mehr so stark an den benachbarten Elementen anschlagen
und die Geräuschbildung deutlich reduziert ist. Der für
den eingangs beschriebenen Lastausgleich erforderliche radiale Bewegungsspielraum
ist trotzdem vorhanden.
-
Die
Rotationsbewegung des Losrades wird durch die axiale Verspannung
des elastischen Elementes nicht beeinflusst oder gebremst, weil
das elastische Element an einem der Lagerringe des Wälzlagers
angreift und die axiale Verspannung über das Wälzlager
nicht auf das Losrad übertragen wird. Es werden also nur
Bewegungen des Losrades in radialer Richtung gedämpft bzw.
gebremst. Deshalb entsteht deutlich weniger Gleitreibung und damit
weniger Reibungsverluste im Getriebe als bei der beschriebenen Lösung
aus dem Stand der Technik, bei der auch die Rotationsbewegung des
Losrades durch die axiale Verspannung einer Gleitreibung unterworfen
ist.
-
Bei
beiden vorgenannten Ausführungsformen kann das elastische
Element direkt an einem der Lagerringe des Wälzlagers anliegen.
Es können zwischen dem elastischen Element und dem Wälzlager aber
auch Distanzringe oder Reibringe angeordnet sein. Auch zwischen
dem Wälzlager und der Hauptwelle bzw. dem gehäusefesten
Teil können Zwischenelemente angeordnet sein. So können
beispielsweise die radialen Bewegungen des Losrades durch Reibringe
zwischen dem Wälzlager und dem elastischen Element beeinflusst
werden, indem durch gezielte Material- und Oberflächenauswahl
bei den Reibringen ein ganz bestimmter Reibungskoeffizient zwischen
dem Reibring und dem elastischen Element bzw. dem Wälzlager
verwirklicht wird.
-
Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass von dem Wälzlager keine Axialkraft übertragen
wird. Das Wälzlager wird beispielsweise so gelagert, dass
der dem Losrad zugeordnete Lagerring des Wälzlagers axial
beweglich, z. B. mit einer Spielpassung, gegenüber dem
Losrad gelagert ist. So überträgt das Wälzlager
keine Axialkräfte, welche die axiale Verspannung beeinflussen,
von dem Loslager auf die Hauptwelle.
-
Die
Lagerung des Wälzlagers kann auch mit einem Rollenlager
derart verwirklicht werden, dass keine Axialkräfte übertragen
werden. Dazu wird beispielsweise ein Rollenlager verwendet, das
nur einem Lagerring aufweist, wobei der eine Lagerring auf der Hauptwelle
angeordnet ist und die Wälzkörper des Wälzlagers
direkt auf der Oberfläche in der zentralen Bohrung des
Losrades abrollen. So ist das Losrad gegenüber den Wälzkörpern
und damit gegenüber der Hauptwelle in axialer Richtung
nicht festgelegt. Auf diese Weise bleibt die axiale Verspannkraft
des elastischen Elementes frei und unbeeinflusst von anderen Axialkräften.
-
Das
Losrad stützt sich in axialer Richtung gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung zwischen zwei axialfest auf der
Hauptwelle angeordneten Anlaufscheiben ab. Auf diese Weise werden
beispielsweise Axialkräfte, die beim Betrieb von schrägverzahnten
Stirnrädern oder beim Einschalten des zugehörigen
Ganges auftreten, direkt über die Anschlagscheiben auf
die Hauptwelle übertragen, ohne die axiale Verspannkraft
des elastischen Elementes an dem Wälzlager zu beeinflussen.
Insbesondere in Verbindung mit der oben beschriebenen, axialkraftfreien
Lagerung am Wälzlager gemäß Anspruch
3 kann diese vorteilhafte Wirkung ausnützt werden. Mit der
gleich bleibenden, berechenbaren und voreinstellbaren axialen Verspannkraft
kann eine gleich bleibende Dämpfung der Bewegungen in radialer Richtung
gewährleistet werden.
-
Bei
der Einrichtung nach Anspruch 1 ist es möglich, das Wälzlager
und das elastische Element in axialer Richtung gegenüber
der Hauptwelle an denselben Anlaufscheiben abzustützen,
an denen sich auch das Losrad in axialer Richtung abstützt.
Es ist jedoch auch möglich, zur axialen Abstützung
des Wälzlagers und des elastischen Elementes eine oder zwei
weitere Anlaufscheiben auf der Hauptwelle axialfest anzuordnen.
-
Das
elastische Element kann mit seiner axialen Verspannkraft entweder
am Lagerinnenring oder am Lageraußenring des Wälzlagers
angreifen. Vorzugsweise greift das elastische Element an dem Lagerring
des Wälzlagers an, welcher der Hauptwelle oder dem gehäusefesten
Teil zugeordnet ist. Das elastische Element ist also vorzugsweise
nicht auf dem Losrad angeordnet, sondern, bei der Ausführung
gemäß Anspruch 1, an dem auf der Hauptwelle sitzenden
Lagerinnenring oder, bei der Ausführung nach Anspruch 2,
an dem Lagerring, der dem gehäusefesten Teil zugeordnet
ist.
-
Das
elastische Element ist bevorzugt als Tellerfeder oder als Tellerfederpaket
ausgebildet. Es können jedoch auch andere elastische oder
federnde Elemente wie z. B. Schraubenfedern, Wellfedern, Blattfedern
oder Ringe aus elastischem Werkstoff verwendet werden.
-
Die
erfindungsgemäße Einrichtung ist in allen Gangstufen
eines Stufengetriebes anwendbar, also bei Vor- und Rückwärtsgängen.
Sie kann jedoch auch nur in einzelnen Gangstufen angewendet werden.
-
Die
vorliegende Erfindung umfasst des Weiteren ein Stufengetriebe mit
einer Einrichtung zur Reduzierung von Rasselgeräuschen
gemäß einem der vorgenannten Ansprüche.
-
Schließlich
wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
ein Stufengetriebe beansprucht, bei dem die Einrichtung zur Reduzierung
von Rasselgeräuschen nur in der Rückwärtsgangstufe
vorgesehen ist. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt,
dass die Rasselgeräusche in allen Gangstufen durch diese
Maßnahme wesentlich verringert werden. Dies ist darauf
zurückzuführen, dass die Rasselgeräusche
in allen Gangstufen hauptsächlich durch Schwingungen in
der Rückwärtsgangstufe angeregt werden. Durch
die erfindungsgemäße Reduzierung der Schwingungen
der Losräder und der Rasselgeräusche in der Rückwärtsgangstufe
reduzieren sich die Rasselgeräusche des gesamten Stufengetriebes, weil
auch die Vorwärtsgangstufen durch die verringerte Anregung
aus der Rückwärtsgangstufe deutlich weniger zum
Rasseln neigen. So ist mit geringem konstruktivem Aufwand eine Reduzierung
der störenden Rasselgeräusche des gesamten Getriebes
erreichbar.
-
Der
Vorteil der nur in der Rückwärtsgangstufe eingesetzten
Maßnahmen zur Reduzierung der Rasselgeräusche
ist auch deshalb sehr groß, weil ein Fahrzeuggetriebe überwiegend
in einem der Vorwärtsgänge betrieben wird, während
die Rückwärtsgangstufe ohne Last mitläuft
und bei einem herkömmlichen Getriebe Rasselgeräusche
verursacht. Gerade in diesen zeitlich überwie genden Betriebsphasen
kommen die Vorteile der vorliegenden Erfindung zum tragen.
-
Zwei
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren
dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Schnittansicht des Bereiches der Rückwärtsgangstufe
eines Stufengetriebes mit einer ersten Ausführungsform
der Erfindung und
-
2 eine
schematische Schnittansicht des Bereiches der Rückwärtsgangstufe
eines Stufengetriebes mit einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
-
Die
Ausführung gemäß 1 weist
ein Losrad 3 für den Rückwärtsgang
auf, welches rotierbar um die Hauptwelle 1 und deren Mittelachse 2 angeordnet
ist. Das Losrad 3 wird im lastfreien Zustand, d. h. bei
nicht eingelegtem Rückwärtsgang, von der Vorgelegewelle 19 über
ein Zwischenrad 17 angetrieben. Das Zwischenrad 17 bewirkt
die für den Rückwärtsgang notwendige
Drehrichtungsumkehr. Die Vorgelegewellenverzahnung 18 kämmt
dazu mit einer Stirnverzahnung des Zwischenrades 17. Die Stirnverzahnung
des Zwischenrades 17 steht wiederum im Eingriff mit der
Stirnverzahnung 16 des Losrades 3. Das Zwischenrad 17 liegt
in der gezeigten Darstellung außerhalb der Zeichnungsebene
und wird größtenteils von der Vorgelegewellenverzahnung 18 und
dem Losrad 3 verdeckt.
-
Zum
Einlegen des Rückwärtsganges wird das Losrad 3 durch
Verschieben der Schiebemuffe 13 in Richtung des Losrades 3 drehfest
mit der Hauptwelle 1 verbunden. Dabei greift die Außenverzahnung 14 der
Schiebemuffe 13 in die Innenverzahnung 15 des
Losrades 3 ein. Über die Innenverzahnung 21 der
Schiebemuffe 13 ist die Schiebemuffe drehfest und axial
verschiebbar mit der Hauptwelle 1 verbunden.
-
Das
Losrad 3 stützt sich in axialer Richtung über
einen Zwischenring 9 an den axialfest mit der Hauptwelle 1 verbundenen
Anschlagscheiben 7 und 8 ab. Der Zwischenring 9 ist
durch einen Sicherungsring 10 im Bereich der Bohrung des
Losrades 3 befestigt.
-
In
radialer Richtung ist das Losrad 3 durch das Wälzlager 4 auf
der Hauptwelle 1 gelagert. Zwischen dem Wälzlager 4 und
der Hauptwelle 1 besteht ein Spiel 6 in radialer
Richtung, welches radiale Bewegungen zwischen dem Losrad 3 und
der Hauptwelle 1 erlaubt. Die radialen Bewegungen werden
allerdings gedämpft durch die mechanische Verspannung,
welche von dem elastischen Element in Form einer Tellerfeder 5 zwischen
der Hauptwelle 1 und dem Innenring 4a des Wälzlagers 4 erzeugt
wird.
-
Das
radiale Spiel 6 zwischen dem Losrad 3 und der
Hauptwelle 1, sowie die schwimmende Lagerung der Hauptwelle 1 haben
zur Folge, dass die Mittelachsen der Hauptwelle und des Losrades
nicht immer exakt koaxial zueinander liegen. Das Losrad 3 rotiert
jedoch auch dann um die Hauptwelle 1, wenn die Mittelachsen
der beiden Teile nicht koaxial zueinander liegen.
-
Das
Wälzlager 4 ermöglicht die Rotation des Losrades 3 um
die Hauptwelle 1 mit minimalen Reibungsverlusten und sorgt
gleichzeitig, durch die Verspannung mit der Hauptwelle 1,
für eine Dämpfung der radialen Bewegungen zwischen
der Hauptwelle 1 und dem Losrad 3.
-
Die
Tellerfeder 5 stützt sich in axialer Richtung über
eine axialfest mit der Hauptwelle 1 verbundene Anschlagscheibe 11 ab.
Eine weitere axialfest mit der Hauptwelle 1 verbundene
Anschlagscheibe 12 stützt den Innenring 4a des
Wälzlagers 4 gegen den Druck der Tellerfeder 5 in
axialer Richtung ab. Das Wälzlager 4 ist mit einer
Spielpassung in die Bohrung 22 des Losrades 3 eingebaut,
sodass zwischen dem Lageraußenring 4b und dem
Losrad 3 allenfalls unerhebliche Axialkräfte übertragen
werden.
-
Die
Anschlagscheiben 7, 8, 11 und 12 sind axialfest
in jeweils einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut auf der Hauptwelle 1 angeordnet.
Es sind auch Ausführungen möglich, bei denen nur
zwei Anschlagscheiben benötigt werden, um sowohl das Losrad 3 als
auch die Tellerfeder 5 und das Wälzlager 4 in
axialer Richtung zu fixieren bzw. abzustützen.
-
In 2 ist
eine Ausführungsform gemäß dem Patentanspruch 2 abgebildet.
Das Losrad 3 wird in einem gehäusefesten Teil 23 radial
gelagert. Die grundlegende Anordnung von Hauptwelle 1,
Schiebemuffe 13, Losrad 3, Zwischenrad 17 und
Vorgelegewelle 19 ist gleich wie in 1. Deshalb
sind gleiche Teile mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet und
hier nicht näher beschrieben.
-
Auch
die axiale Lagerung des Losrades 3 gegenüber der
Hauptwelle 1 durch die zwei Anschlagscheiben 7 und 8 ist
gleich ausgeführt, wie es in der vorhergehenden Beschreibung
zu der 1 beschrieben ist.
-
Die
Ausgestaltung der radialen Lagerung des Losrades 3 gemäß 2 unterscheidet
sich von der Ausführungsform in 1. Gemäß 2 ist
das Wälzlager 4 auf der zylinderförmigen
Außenfläche 27 der Nabe des Losrades 3 gelagert.
Die Außenfläche 27 der Nabe des Losrades 3 ist
dazu teilweise spanend bearbeitet, um eine geeignete Oberfläche
für den Lagersitz des Wälzlagers 4 zu
erhalten. Der Lagerinnenring 4c des Wälzlagers 4 ist
mit einer Spielpassung auf der Außenfläche 27 angeordnet,
sodass allenfalls unwesentliche Axialkräfte von dem Losrad 3 auf
das Wälzlager 4 übertragen werden.
-
Der
Lageraußenring 4d des Wälzlagers 4 ist mit
radialem Spiel 6 in dem Getriebegehäuse 23 gelagert.
In axialer Richtung stützt sich der Lageraußenring 4d auf
der einen Seite über einen Zwischenring 25 und
auf der anderen Seite über einen Zwischenring 24,
eine Tellerfeder 5 und eine Anschlagscheibe 26 gegenüber
dem Getriebegehäuse 23 ab. Die Tellerfeder 5 verspannt
den Lageraußenring 4d axial gegenüber
dem Getriebegehäuse 23, wodurch Bewegungen und
Schwingungen, die im Rahmen des radialen Spiels 6 möglich
sind, gedämpft werden.
-
Das
Wälzlager 4 ermöglicht die Rotation des Losrades 3 um
die Hauptwelle 1 mit minimalen Reibungsverlusten und sorgt
gleichzeitig, durch die Verspannung mit dem Getriebegehäuse 23,
für eine Dämpfung der radialen Bewegungen des
Losrades 3. Dadurch werden die Rasselgeräusche
deutlich reduziert.
-
Die
Anschlagscheibe 26 ist als Sicherungsring bzw. Seegerring
ausgebildet und in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut im
Getriebegehäuse axial fest angeordnet. Durch die Wahl der
Eigenschaften der Oberflächen der Zwischenscheiben 24 und 25 kann
die Dämpfung der radialen Bewegungen zwischen dem Losrad 3 und
dem Getriebegehäuse 23 beeinflusst werden, weil
die Oberflächen der Zwischenscheiben 24 und 25 bei
radialen Bewegungen des Wälzlagers 4 als Reibflächen
gegenüber dem Lageraußenring 4d wirken.
-
Eine
andere Möglichkeit, um die Stärke der Dämpfung
der radialen Bewegungen zwischen dem Losrad 3 und dem Getriebegehäuse 23 zu
beeinflussen, besteht in der Dimensionierung der Tellerfeder 5 und
in der Wahl ihrer Federkennlinie.
-
Bei
den beschriebenen Ausführungsformen ist es auch möglich,
beiderseits des Wälzlagers 4 jeweils eine oder
mehrere Tellerfedern anzuordnen. Auch dadurch kann die Dämpfung
der radialen Bewegungen zwischen dem Losrad 3 und der Hauptwelle 1 bzw.
dem Getriebegehäuse 23 beeinflusst werden.
-
- 1
- Hauptwelle
- 2
- Mittelachse
- 3
- Losrad
- 4
- Wälzlager
- 5
- Tellerfeder
- 6
- Spiel
- 7
- Anschlagscheibe
- 8
- Anschlagscheibe
- 9
- Zwischenring
- 10
- Sicherungsring
- 11
- Anschlagscheibe
- 12
- Anschlagscheibe
- 13
- Schiebemuffe
- 14
- Außenverzahnung
- 15
- Innenverzahnung
- 16
- Verzahnung
- 17
- Zwischenrad
- 18
- Verzahnung
- 19
- Vorgelegewelle
- 20
- Mittelachse
- 21
- Verzahnung
- 22
- Bohrung
- 23
- Getriebegehäuse
- 24
- Zwischenring
- 25
- Zwischenring
- 26
- Anschlagscheibe
- 27
- Außenfläche
-
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 102004057126
A1 [0006, 0006]