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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebe mit einer hohlen Welle und
einer darin verlaufenden Dehnschraube nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 sowie eine hohle Dehnschraube nach dem Patentanspruch 12.
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In
Fahrzeugschaltgetrieben sind deren Hauptwellen mit Getriebeelementen,
etwa An- bzw. Abtriebeszahnräder und Lager für
Synchronkörper von Synchronisiereinrichtungen ausgestattet.
Diese Elemente sind in axialer Reihenfolge nebeneinander auf der
Welle angeordnet und bilden ein Wellenpaket, das auf der Welle axial
verspannt ist. Zum axialen Verspannen derartiger Wellenpakete können Vollschaftdehnschrauben
verwendet werden. Außerhalb der Fahrzeuggetriebetechnik
sind auch hohle Dehnschrauben bekannt. Dehnschrauben werden im Allgemeinen
in temperaturbelasteten Maschinen eingesetzt.
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So
ist aus der
DD 266 620
A1 eine Stiftschraube bekannt, die aus einem hohlen Dehnschaft mit
einem Gewindeansatz für eine Stiftschraubenmutter besteht. Über
die Länge des Gewindebereiches hinaus ist die Stiftschraube
mit mehreren bis in die zentrische Bohrung des Dehnschaftes hineinreichende
achsparallelen Schlitzen versehen. Diese hinsichtlich Temperatur
hochbelastbaren Stiftschrauben finden Verwendung zur Herstellung
kraftschlüssiger Verbindungen, vorzugsweise als Teilfugenschrauben
für Turbinengehäuse.
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Aus
der
DE 198 31 772
A1 ist eine Nockenwelle bekannt, die einen Spannstab aufweist,
auf dem eine Anzahl von Nocken-, Lager- und Distanzelementen abwechselnd
angeordnet und axial verspannt sind. Der Spannstab weist dazu an
beiden Enden Gewindeabschnitte auf, auf die jeweils ein als Gewindemutter
oder Gewindehülse ausgebildetes Spannelement aufschraubbar
ist.
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Einen ähnlichen
Aufbau einer Nockenwelle ist in der
DE 198 37 385 A1 beschrieben. Dort sind die
Elemente der Nockenwelle, wie die Nocken, Zwischenstücke,
Ketten- und Zahnriemenräder über axialen Kraftschuss
mit Formschlusssicherung verbunden. Die axiale Verspannung erfolgt über
ein zentral angeordnetes Zugelement.
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Die
DE 36 03 938 A1 beschreibt
einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine und einen zugehörigen
Schmierölkreislauf. Die Lagerböcke für
die Steuerwelle sind mittels Schraubenbolzen befestigt. Jeder Schraubenbolzen
ist als Dehnschraube mit einem etwa auf den Gewindekerndurchmesser
abgestellten Schaft ausgebildet. Im montierten Zustand des Lagers
begrenzen Durchgangsbohrungen und der Schaft des Schraubenbolzens
einen Ringraum. Bei drehender Steuerwelle kann Schmieröl
aus einem Querkanal in den Ringraum eintreten. Von dem Ringraum
zweigen Zulaufkanäle ab, die zur Ölversorgung
von Spielausgleichselementen dienen. In einem entgegen gesetzten
Endbereich des Ringraumes zweigen Ölabspritzbohrungen ab,
die Schmieröl auf die Gleitbahnen der Nocken abspritzen.
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Eine
andere Art von Schmierölversorgung für die Gleitlagerstellen
einer Nockenwelle ist in der
JP
2005-315170 gezeigt. Dazu ist eine hohlzylindrische Schraube
mit einer Querbohrung versehen, über die Schmieröl
hindurch treten kann. Der hohlzylindrische Abschnitt der Schraube
bildet dabei einen Ölkanal.
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In
der
JP 2000-274222 ist
eine hohle Schraube gezeigt, die zur Befestigung eines Flansches
an einem Motorgehäuse dient, an dem ein Ölfiltergehäuse
befestigt ist. Um das Öl zwischen Motorgehäuse und Ölfiltergehäuse
hin- und herfördern zu können, weist der Flansch
einen Ausströmkanal für das Öl aus dem
Motorgehäuse auf. Als Rückströmkanal
für das Öl aus dem Ölfiltergehäuse
heraus in das Motorgehäuse hinein dient eine hohle Schraube.
Der hohlzylindrische Abschnitt der Schraube bildet dabei den Rückströmkanal. Über
eine radiale Querbohrung kann das Öl aus dem Ölfiltergehäuse
in den hohlzylindrischen Abschnitt im Inneren der Schraube einströmen.
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Aus
der
US 2,567,482 ist
eine gattungsgemäße hohle Welle und eine darin
verlaufende Dehnschraube zum axialen Verspannen der Getriebeelemente
auf der Welle bekannt. Die hohle Welle ist einstückig mit
einem Zahnrad ausgebildet. Auf dieser hohlen Welle sind weitere
Zahnräder mittels Kegelsitzverbindungen gehalten. Zur Sicherstellung
einer drehfesten Verbindung sind die Zahnräder über
die Kegelsitzverbindungen mittels der axial verlaufenden Dehnschraube
verspannt. Dazu weist die Dehnschraube einen Dehnschraubenkopf und
einen gegenüberliegenden Gewindeabschnitt auf, der in eine separate
Mutter eingreift. Nachteilig ist es jedoch, dass ein Beölen
von Lagerstellen aus dem Welleninneren heraus nicht vorgesehen ist.
Insbesondere würde die dort gezeigte Dehnschraube keine Schmierung
aus dem Inneren der Welle heraus zulassen. Diese Dehnschraube ist
aus Vollmaterial hergestellt, d. h. massiv und ohne hohlem Schaft
und Ölbohrungen ausgebildet.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeuggetriebe mit einer
hohlen Welle bereitzustellen, bei der auf dieser Welle sitzende
Lagerstellen aus dem Welleninneren heraus mit Öl versorgt
werden.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruches
12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 weist die Dehnschraube
einen hohlen Schaft mit Öffnungen zum radialen Abschleudern von Öl
aus dem Inneren der Dehnschraube in die hohle Welle hinein auf.
Das Innere der hohlen Welle ist über gesonderte Ölkanäle
mit den zu ölenden Maschinenelementen, wie bspw. die Lagerstellen
für Synchronkörper von Synchronisiereinrichtungen
des Fahrzeuggetriebes verbunden. Über diese Ölkanäle kann
das sich in der hohlen Welle befindliche Öl zu den Lagerstellen
gelangen. Indem eine sich in axialer Richtung erstreckende hohle
Dehnschraube in die hohle Welle eingesetzt wird, kann an einem dem Dehnschraubenkopf
gegenüberliegenden stirnseitigen Ende der Dehnschraube
das Öl über eine zentrale axiale Bohrung in einfacher
Weise zugeführt werden.
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Innerhalb
der hohlen Dehnschraube kann sich das Öl über
die axiale Ersteckung der Dehnschraube verteilen. Das Öl
wird dann an einer Vielzahl von geeigneten Stellen an die Innenwand
der hohlen Welle abgegeben. Das Öl wird durch Zentrifugalkraft
aus dem Inneren der hohlen Dehnschraube aufgrund einer mit der Welle
mitdrehenden Rotationsbewegung der Dehnschraube über die Öffnungen nach
außen abgeschleudert.
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Für
die Erfindung wesentlich ist es folglich, dass eine axial bzw. längsseitig
hohl gebohrte Dehnschraube eingesetzt wird, welche mit radialen
Bohrungen am Umfang des Schaftes der Dehnschraube versehen ist.
Mit Hilfe der Dehnschraube kann ein Wellenpaket axial verspannt
werden. Gleichzeitig ist ein Beölen der auf der Welle sitzenden
Lager aus dem Welleninneren heraus möglich. Dies setzt
voraus, dass auch die Welle ebenfalls mit geeigneten radialen Beölungsbohrungen
versehen ist. Durch die Drehung der Welle gemeinsam mit der Dehnschraube
wird das Öl aus der Dehnschraube hinausgeschleudert und
kann das Öl in die in Strömungsrichtung dahinter
liegenden radialen Ölkanäle der Welle gelangen,
wodurch eine Versorgung der darüber liegenden Lager gewährleistet
ist.
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Ein
Vorteil besteht darin, dass ein einziges Bauteil, nämlich
die Dehnschraube, sowohl für das Verspannen der auf der
Welle zu befestigenden Wellenpakete, als auch für die Verteilung
von Öl an die Lagerstellen des Wellenpaketes, die aus dem
Inneren der Welle heraus mit Öl versorgt werden müssen, ausgebildet
ist. Gleichzeitig wird eine Verlängerung der Dehnlänge der
Schrauben, bei gleichzeitiger Beölung und höherer
Vorspannkraft einer Welle von Innen möglich.
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Die Öffnungen
können als radiale Bohrungen in der Mantelwand des hohlen
Schaftes der Dehnschraube ausgebildet sein. Im Allgemeinen können die
erfindungsgemäßen Öffnungen jegliche
Form, Größe und Gestalt aufweisen. Nicht nur die
Größe, sondern auch die Anzahl und Verteilung
der Öffnungen in der Mantelwand der hohlen Dehnschraube kann
in Abhängigkeit des gewünschten Ölflusses und
in Abhängigkeit der Dehneigenschaften der Dehnschraube
gewählt werden. So können Spannungs- und Steifigkeitsverhältnisse
für die Dehnschraube nicht nur über die Materialart,
ihren geometrischen Querschnitt und die Länge eingestellt
werden, sondern auch über die Anzahl und Größe
der Perforationen im Dehnschaft der Dehnschraube. Aus Festigkeits-
und fertigungstechnischen Gründen werden die Perforationen
d. h. die Öffnungen vorzugsweise in Form von kreisförmigen
Bohrungen in den Schaft der Dehnschraube eingebracht.
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Vorzugsweise
sind in der Mantelwand des hohlen Schaftes der Dehnschraube eine
Vielzahl von axial beabstandeten Bohrungen vorgesehen. Durch eine
Mehrzahl von axial beabstandeten Bohrungen wird sichergestellt,
dass in die Dehnschraube eingeleitetes Öl nicht ausschließlich
oder überwiegend über die nächstgelegene
Bohrung nach außen abgeschleudert wird, sondern über
jede der Bohrungen nur ein Teil der Ölmenge nach außen
abgeschleudert wird. Dazu ist der Durchmesser jeder einzelnen Bohrung
deutlich kleiner als der Innendurchmesser der hohlen Dehnschraube
gewählt. Dadurch ergibt sich eine möglichst gleichmäßige
Verteilung des abgeschleuderten Öls über die axiale
Erstreckung der Welle.
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Die
Bohrungen können in einem gleichmäßigen
Abstand voneinander angeordnet sein. Insbesondere können
die jeweiligen Lagen der Bohrungen in der Mantelwand der Dehnschraube
den Lager entsprechender Bohrung in der Mantelwand der hohlen Welle
zugeordnet sein. Ein gleichmäßiger Abstand der
Bohrungen gewährleistet auch eine über die axiale
Erstreckung der Dehnschraube gleichmäßige Dehncharakteristik.
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Im
Hinblick auf fertigungstechnische Aspekte wird vorgeschlagen, die
Bohrungen als Durchgangsbohrungen auszubilden, welche die Mantelwand
des hohlen Schaftes der Dehnschraube entlang eines Durchmessers
der Dehnschraube durchdringen. So können durch Bohren der
Dehnschraube in einem Bohrvorgang fertigungstechnisch je Bohrhub
zwei Bohrungen eingebracht werden.
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In
einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen,
dass zwischen einer Innenseite einer Mantelwand der hohlen Welle
und einer Außenseite der Mantelwand der Dehnschraube eine Ölraum
ausgebildet ist. Die Bohrungen in der Mantelwand der Dehnschraube
könnten fluchtend mit den Ölkanälen in
der Mantelwand der Welle angeordnet werden. Erfindungsgemäß ist
jedoch vorgesehen, zwischen Welle und Dehnschraube einen Ölraum vorzusehen.
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Der Ölraum
bildet einen Ausgleichsraum für das Öl, so dass
sich aus der Dehnschraube austretendes Öl im Inneren der
Welle gleichmäßig verteilen kann, bevor es in
die Ölkanäle der Welle eintritt. Dazu werden in
vorteilhafter Weise die Bohrungen der Dehnschraube nicht fluchtend,
sondern versetzt zu den Ölkanälen der Welle angeordnet.
Dies bedeutet, dass Öl welches radial aus den Bohrungen
der Dehnschraube austritt, zunächst in eine axiale Richtung umgelenkt
wird, ehe es nach einer weiteren Umlenkung wieder in radialer Richtung über
die Ölkanäle die Welle verlassen und zu den Lagersitzen
gelangen kann.
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Zur
Bildung des Ausgleichsraumes kann der Ölraum durch eine
Durchmessererweiterung an der Innenseite der Mantelwand der hohlen
Welle gebildet werden. Die Innenwand der hohlen Welle weist insofern
einen Rücksprung gegenüber den Innenwandabschnitten
an den beiden gegenüberliegenden enden der Welle auf. Dadurch
wird der Innendurchmesser in einem mittleren Bereich der hohlen
Welle gegenüber den Enden vergrößert
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Ein
erfindungsgemäßer Ölraum kann sich über
die wesentliche Länge der hohlen Welle erstrecken. Die
axiale Länge des Ölraumes sollte jedoch an die
Anzahl und Lage der Bohrungen in der Dehnschraube und die Ölkanäle
in der Welle angepasst sein. Dies bedeutet, dass alle Bohrungen
und Ölkanäle einen Zugang zu dem Ölraum
aufweisen sollten.
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In
allen erfindungsgemäßen diesbezüglichen Varianten
kann der Ölraum zur Verteilung des aus den Öffnungen
der hohlen Dehnschraube austretenden Öles zu radialen Ölkanälen
der Welle ausgebildet sein.
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In
allen Ausgestaltungen kann die hohle Dehnschraube an einem Ende,
das einem Dehnschraubenkopf gegenüberliegt, einen Außengewindeabschnitt
aufweisen, der zum axialen Verspannen der Getriebeelemente auf der
Welle in ein Innengewinde der hohlen Welle eingreift. Der Außengewindeabschnitt
ist dabei an der Außenseite der Mantelwand der Dehnschraube
eingebracht. Das stirnseitige Ende der Dehnschraube im Bereich des
Außengewindeabschnitts ist offen ausgebildet, so dass über diese
Stirnseite von außen Öl in die hohle Dehnschraube
eingeleitet werden kann. Dazu ist auch die korrespondierende Innengewindebohrung
in der Welle zum einleiten von Öl offen ausgebildet. Dadurch,
dass das Innengewinde unmittelbar an der Welle selbst ausgebildet
ist, können gesonderte Muttern für das Spannen
der Dehnschraube entfallen. Das von außen an die Welle
herangeführte Öl kann drehachsnah von der seitlichen
Stirnfläche in die Welle und unmittelbar von dort in die
hohle Dehnschraube eingeleitet werden.
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Nachfolgend
ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten
Figur beschrieben.
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Die
Figur zeigt eine Schnittansicht einer Welle eines Fahrzeuggetriebes
mit einer konkreten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
hohlen Dehnschraube mit radialen Ölbohrungen.
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Gemäß der
Figur ist eine Welle 1 eines Fahrzeuggetriebes einteilig
mit einer Schnecke 3 ausgebildet. Die Welle 1 weist
einen hohlen gestuften Schaftabschnitt 5 zur Aufnahme von
Getriebeelementen 7 auf. An einer dem Schaftabschnitt 5 gegenüberliegenden
Seite der Schnecke 3 ist ein Wellenabsatz 9 angeformt.
Der Wellenabsatz 9 trägt den Innenring eines ersten
Kegelrollenlagers 11, welches die Welle 1 gemeinsam
mit einem zweiten Kegelrollenlager 13 in einer angestellten
X-Anordnung in einem nicht dargestellten Gehäuse des Fahrzeuggetriebes
lagert.
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Als
Getriebeelemente 7 sind nacheinander mehrere Zahnräder 7a,
Lager 7b für Synchronkörper von Synchronisiereinrichtungen
und der Innenring des zweiten Kegelrollenlagers 13 gegen
eine Stirnseite 15 der Schnecke 3 auf den gestuften
Schaftabschnitt 5 aufgeschoben. Das durch die Getriebeelemente 7 gebildete
Wellenpaket wird durch eine Dehnschraube 21 mit der Welle 1 verspannt.
Die Dehnschraube 21 weist einen Schraubenkopf 19 mit einem
daran anschließenden hohlen Schaft 25 auf. Dessen
Schaftende ist mit einem Außengewindeabschnitt 23 versehen.
Zum Einschrauben der Dehnschraube 21 in einen Ringbund 32 der
Welle 1, und damit zum Verspannen der Getriebeelemente 7 auf der
Welle 1, trägt der Dehnschraubenkopf 19 einen Innensechskant 27 für
ein Sechskantschlüssel-Werkzeug. Der Schraubenkopf 19 drückt
dabei gegen die äußere Stirnseite des Innenrings
des zweiten Kegelrollenlagers 13, der wiederum die Getriebeelemente 7 gegen
die Stirnseite 15 der Welle 1 verspannt. Das Innengewinde 31 ist
offen gestaltet, so dass Öl über einen offenen
Innengewindekanal 33 in den hohlen Schaft 25 der
Dehnschraube 21 eingeleitet werden kann.
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Der
hohle Schaft 25 der Dehnschraube 21 ist dünnwandig
ausgebildet und trägt eine Vielzahl von radial angeordneten
Bohrungen 29. Die Bohrungen 29 durchsetzen die
Mantelwand des hohlen Schaftes 25 vollständig.
Im Getriebebetrieb wird daher Öl aufgrund von Zentrifugalkraft
aus dem Inneren der rotierenden Dehnschraube 21 radial
nach außen in einen ringförmigen Ölraum 35 geführt.
Der Ölraum 35 wird im Wesentlichen durch einen
Rücksprung bzw. eine Aussparung in der Welle 1 gebildet.
Dieser Rücksprung erstreckt sich axial über einen
Großteil der gesamten Dehnlänge der Dehnschraube 21.
Der ringförmige Ölraum 35 ist dabei in Axialrichtung
begrenzt durch den ersten Ringbund 32 sowie durch einen
zweiten Ringbund 36, durch den die Dehnschraube 21 – über
einen Ringspalt 38 beabstandet – geführt
ist. Der Ringspalt 38 ist durch eine öldicht gestaltete
Dichtfläche zwischen dem Schraubenkopf 19 und
dem Innenring des zweiten Kegelrollenlagers 13 nach außen
abgeschlossen. Aus dem Ölraum 35 führen Ölkanäle 37 durch
die Mantelwand des Schaftabschnitts 5 der Welle 1 zu
den Lagern 7b.
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- 1
- Welle
- 3
- Schnecke
- 5
- Schaftabschnitt,
- 7
- Getriebeelemente
- 7a
- Zahnräder
- 7b
- Lager
- 9
- Wellenabsatz
- 11
- erstes
Kegelrollenlager
- 13
- zweites
Kegelrollenlager
- 15
- Stirnseite
- 17
- Mantelfläche
- 19
- Dehnschraubenkopf
- 21
- Dehnschraube
- 23
- Außengewindeabschnitt
- 25
- hohler
Schaft
- 27
- Innensechskant
- 29
- Bohrungen
- 31
- Innengewinde
- 32
- erster
Ringbund
- 33
- Innengewindekanal
- 35
- Ölraum
- 36
- zweiter
Ringbund
- 37
- Ölkanäle
- 38
- Ringspalt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DD 266620
A1 [0003]
- - DE 19831772 A1 [0004]
- - DE 19837385 A1 [0005]
- - DE 3603938 A1 [0006]
- - JP 2005-315170 [0007]
- - JP 2000-274222 [0008]
- - US 2567482 [0009]