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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Reduzierung von Rasselgeräuschen in Stufengetrieben mit zwei Vorgelegewellen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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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.
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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.
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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.
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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 Fertigungsungenauigkeiten 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.
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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.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 038 193 A1 ist ein Gruppengetriebe mit einer oder mehreren Vorgelegewellen bekannt. Zur Lagerung einer Zwischenwelle kann ein Wälzlager vorgesehen sein, welches bis zu einer definierten radialen Auslenkung keine Radialkräfte abstützt. Dabei ist der Lagerinnenring axial gegenüber der jeweiligen Welle abgestützt und der Lageraußenring axial gegenüber einem Außenkörper abgestützt. Der Lageraußenring weißt radial nach außen ein Spiel auf.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stufengetriebe mit zwei Vorgelegewellen bereitzustellen, das einen Betrieb mit niedrigem Geräuschpegel und geringen Reibungsverlusten ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die vorliegende Erfindung umfasst des Weiteren ein Stufengetriebe mit einer Einrichtung zur Reduzierung von Rasselgeräuschen gemäß einem der vorgenannten Ansprüche.
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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.
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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 überwiegenden Betriebsphasen kommen die Vorteile der vorliegenden Erfindung zum tragen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 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