DE102011087201A1

DE102011087201A1 - Innenbeölte Welle

Info

Publication number: DE102011087201A1
Application number: DE102011087201A
Authority: DE
Inventors: Andreas Holzloehner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: DE102011087201B4

Abstract

Innenbeölte Welle (1) mit entlang einer Wellenachse der Welle (1) axial versetzten Querbohrungen (3, 4, 5, 6, 7), wobei die Querbohrungen (3, 4, 5´, 6´, 7´) drehrichtungsabhängig auf der Welle (1) angebracht sind, so dass eine Unterstützung des Öldurchflusses bestimmter Querbohrungen (5´, 6´, 7´) entsteht, indem die Querbohrungen (5, 6, 7), deren Öldurchfluss unterstützt werden soll, um einen bestimmten Winkel in Drehrichtung der Welle (1) um die Wellenachse verdreht angeordnet sind und die größte Verdrehung der größten Unterstützung des Öldurchflusses und damit der größten Priorisierung entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine innenbeölte Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Zum Beispiel aus der Schrift DE 35 36 069 A1 ist bekannt, dass rotierende Wellen mit Längsbohrung und mit mindestens einer radial zur Längsbohrung verlaufenden Querbohrung zur Ölversorgung in verschiedenen Bauteilen in Fahrzeugen verwendet werden. Zum Beispiel bei pumpengeschmierten Getrieben sind Wellen, Hauptwellen und Vorgelegewellen, teilweise gebohrt. Diese Wellen werden auch als innenbeölte Wellen bezeichnet. Die Ölübergabestelle von einer definierten Druckkammer in eine gebohrte, innenbeölte Welle ist in der Regel undefiniert und erfolgt z. B. über nicht abgedichtete Deckel. In der Welle ist daher der Druck nicht definiert und der hydrostatische Druckanteil unterliegt dem hydrodynamischen Druckanteil sowie anderen Faktoren wie z. B. Strömungsverlusten. Für die Beölung von Bauteilen auf der Welle, z. B. Losradlagerstellen auf Getriebewellen, sind Querbohrungen vorgesehen. Die Querbohrungen wirken als Minipumpen und sind über die Länge der Welle in einer durch die Wellenachse verlaufenden Schnittebene angeordnet. Sie führen von der Längsbohrung an die Wellenaußenfläche in den Bereich der zu beölenden Bauteile.
Wird nun Öl im Betrieb durch die in der Welle herrschende Rotation und die damit verbundene Schleuderwirkung durch die Welle transportiert, werden die zu beölenden Bauteile über die Querbohrungen mit Öl versorgt. Die Querbohrungen sind in der Regel in bestimmten Abständen auf einer Schnittebene entlang der Welle platziert. Diese Anordnung der Querbohrungen geschieht zumeist auf Grund der einfachen Herstellbarkeit und der damit verbundenen Kostenersparnis. Andere Anordnungen sind aber, wie in 1 der Schrift DE 10 2005 025 931 B4 gezeigt, möglich.
Durch die undefinierte Ölübergabestellen der Querbohrungen ergibt sich das Problem, dass zugeführtes Öl nicht vollständig in die Querbohrungen der Welle eingebracht werden kann. Ein Teil des Öls prallt ab.
Axial am weitesten entfernt von der Ölübergabestelle am Welleneingang ist oftmals eine Querbohrung zur Ölversorgung eines Hauptlagers vorgesehen. Bei Getriebehauptwellen kann dies zum Beispiel das abtriebsseitige Hauptlager der Hauptwelle sein. Diese Lagerstelle hat im Vergleich zu einem Losradlager einen deutlich höheren Ölbedarf zur Kühlung und Schmierung des Lagers. Messungen zeigen aber, dass eben diese am weitesten von der Ölübergabestelle am Welleneingang entfernte Querbohrung am wenigstens Öl zugeteilt bekommt. Insbesondere bei zusätzlicher Längsneigung z. B. bei Steigung, Gefälle oder Getriebeeinbauneigung kann dies zu Problemen führen. In der Schrift DE 41 17 409 A1 wurden zur Abhilfe dieses Problems die der Ölversorgung am Welleneingang am nächsten liegenden Querbohrungen nach innen, zur Wellenachse hin verlängert. Dies wird durch Einsetzen einer Spannhülse umgesetzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine innenbeölte Welle so zu gestalten, dass eine Priorisierung der Ölübergabestellen auf der Welle möglich ist. Priorisierung bedeutet dabei, dass der Öldurchfluss jeder Bohrung in Abhängigkeit der zu beölenden Komponenten bzw. der Position der Ölübergabestelle auf der Welle unterschiedlich stark unterstützt werden soll. Je höher die Priorisierung, desto stärker soll der Durchfluss unterstützt werden.
Die vorliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, durch eine drehrichtungsabhängige Positionierung von Querbohrungen zur Ölübergabe von einer innenbeölten Welle an zu beölende Bauteile durch die Unterstützung der Schwerkraft eine Unterstützung des Öldurchflusses der Querbohrungen zu erreichen. Dabei werden die Querbohrungen so angeordnet, dass die Bohrung, die am stärksten unterstützt bzw. priorisiert werden soll, am weitesten in Drehrichtung in Wirkungsrichtung der Schwerkraft verdreht wird. Damit wirkt hier zusätzlich die Schwerkraft drehrichtungsabhängig zuerst, so dass mehr Öl durch die Querbohrung fließen kann. Der Winkel zwischen der am wenigsten priorisierten Querbohrung und der am stärksten priorisierten und damit am stärksten verdrehten Querbohrung sollte maximal 180° betragen. Damit wird der Öldurchfluss in der Welle unterstützt, so dass das Öl während der Zeit, in der die 180° der Wellenoberfläche ohne Ölbohrungen in Wirkrichtung der Schwerkraft zeigt, unbeeinflusst durch die Welle fließen kann. Sobald anschließend die 180° der Wellenoberfläche mit Querbohrungen in Wirkrichtung der Schwerkraft zeigen, profitiert wieder zuerst die priorisierte Querbohrung vom erhöhten Durchfluss.
Eine Priorisierung von mehreren Querbohrungen ist möglich, indem mehrere Querbohrungen um den gleichen Winkel verdreht angeordnet werden. Speziell zu beölende Bauteile können sich an jeder Stelle auf der Welle befinden. Durch die Position der Querbohrungen auf der Welle kann jede beliebige Querbohrung priorisiert werden indem sie in Drehrichtung nach unten, in Wirkrichtung der Schwerkraft verdreht wird. Der Winkelabstand zwischen den durch die Wellenachse verlaufenden Schnittebenen, auf denen die Querbohrungen platziert sind, sollte kein Teiler von 180° sein.
Durch eine kontinuierlich steigende Priorisierung von der ersten, dem Welleneingang und der Ölzuführungsstelle am nächsten liegenden Querbohrung zur letzten, dem Welleneingang am entferntesten liegenden Querbohrung wird zusätzlich ein Sog in der Längsbohrung der Welle erreicht, der die Beölung positiv beeinflusst. Sollten andere als die am weitesten vom Welleneingang entfernte Querbohrung priorisiert werden, kann durch eine kontinuierlich steigende Priorisierung bis zu dieser Querbohrung eine unterstützende Sogwirkung bis zu mindestens an diese Querbohrung erzielt werden.
Durch diese neue Anordnung der Querbohrungen auf der Welle können außerdem festigkeitstechnische und spannungstechnische Vorteile erzielt werden. Dies sollte bei der Auslegung der Welle und der Positionierung der Querbohrungen mit berücksichtigt werden. Im Weiteren kann sich die Ausgestaltung der Querbohrung auf den Öldurchfluss auswirken. Durch eine Änderung der Querbohrungsdurchmesser oder eine andere Form der Querbohrungen z. B. als Langloch kann der Öldurchfluss zusätzlich beeinflusst werden.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu den folgenden Zeichnungen:
1: Beispielhafte Bohrungsanordnung bei einer innenbeölten Welle nach dem Stand der Technik
2: Erfindungsgemäße Bohrungsanordnung
In 1 wird eine innenbeölte Welle 1 in 3-D-Ansicht und geschnitten dargestellt. Die Welle ist mit einer Längsbohrung 2 versehen, die durch fünf Querbohrungen 3, 4, 5, 6 und 7 mit der Wellenoberfläche verbunden ist. Alle fünf Querbohrungen 3, 4, 5, 6 und 7 liegen in einer Reihe bzw. auf einer Schnittebene der Welle 1. In die Längsbohrung 2 wird zur Beölung von Bauteilen, die auf der Welle 1 angeordnet sind, Öl eingeleitet. Dies wird durch die rotierende Bewegung der Welle 1 über die Querbohrungen 3, 4, 5, 6 und 7 zu den zu beölenden Bauteilen geführt. Dabei wirken die Querbohrungen 3, 4, 5, 6 und 7 wie kleine Minipumpen. Durch die Lage der Querbohrungen 3, 4, 5, 6 und 7 wird die letzte Querbohrung 7 am schlechtesten mit Öl versorgt, da der Einfluss der Schwerkraft auf alle Querbohrungen 3, 4, 5, 6 und 7 gleichzeitig wirkt und somit kein zusätzlicher Sog in der Welle entsteht. Außerdem greift die Querbohrung 7 nur auf eine begrenzte vorhandene Ölmenge zu, da durch den langen Durchflussweg nur eine geringe verfügbare Ölmenge bis zur Querbohrung 7 fließt. Ist an dieser Stelle der Welle 1 ein Bauteil, das besonders viel Öl zur Kühlung bzw. Schmierung benötigt, kann dies zu Problemen führen.
Eine erfindungsgemäße Lösung des Problems wird in 2 dargestellt. In die innenbeölte Welle 1 wird Öl am Welleneingang 9 eingeleitet. Durch eine Längsbohrung 2 fließt das Öl zu den Querbohrungen 3, 4, 5, 6, und 7. Erfindungsgemäß soll eine Priorisierung der Querbohrungen 5, 6 und 7 durchgeführt werden. Dabei erhält die Querbohrung 7 die höchste Priorität, Querbohrung 6 die zweithöchste Priorität und Querbohrung 5 die dritthöchste Priorität. Die Querbohrungen 3 und 4 sollen nicht priorisiert werden. Sie liegen nah dem Welleneingang 9 und werden ausreichend mit Öl versorgt. Querbohrung 7 wird nun gegenüber der ursprünglichen Querbohrungsposition in Drehrichtung 8 nach unten, im Vergleich zu den anderen Querbohrungen am weitesten in Wirkrichtung der Schwerkraft verdreht. Das heißt, die Schnittebene, auf der die Querbohrung 7 liegt, wird samt der Querbohrung 7 in Drehrichtung 8 um die Wellenachse um maximal 180° verdreht. Die verdrehten bzw. priorisierten Querbohrungen werden in der Zeichnung jeweils mit einem Hochkomma gekennzeichnet. Querbohrung 6 wird am zweit weitesten in Drehrichtung 8 nach unten, in Richtung der Schwerkraft verdreht und die Querbohrung 5’ liegt nach dem Priorisierungsvorgang auf einer Schnittebene, die durch die Achse der Welle 1 verläuft, zwischen Querbohrung 6´ und 4. Durch diese Verdrehung unterstützt die Schwerkraft die Öldurchführung in der Welle 1 und die Querbohrung 7´ greift je Umdrehung priorisiert auf die in der Längsbohrung vorhandene Ölmenge zu. Die Querbohrungen 6´ und 5´ werden nach der Querbohrung 7´ in dieser Reihenfolge jeweils nacheinander zeitlich versetzt am stärksten von der Schwerkraft unterstützt und die Querbohrungen 3 und 4 gemeinsam zuletzt.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Längsbohrung
3,: 4, 5, 6, 7 Querbohrung
5´,: 6´, 7´ priorisierte Querbohrungen
8: Drehrichtung
9: Welleneingang

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 3536069 A1 [0002]
DE 102005025931 B4 [0003]
DE 4117409 A1 [0005]

Claims

Innenbeölte Welle (1) mit entlang einer Wellenachse der Welle (1) axial versetzten Querbohrungen (3, 4, 5, 6, 7), dadurch gekennzeichnet, dass die Querbohrungen (3, 4, 5´, 6´, 7´) drehrichtungsabhängig auf der Welle (1) angebracht sind, so dass eine Unterstützung des Öldurchflusses bestimmter Querbohrungen (5´, 6´, 7´) entsteht, indem die Querbohrungen (5, 6, 7), deren Öldurchfluss unterstützt werden soll, um einen bestimmten Winkel in Drehrichtung der Welle (1) um die Wellenachse verdreht angeordnet sind und die größte Verdrehung der größten Unterstützung des Öldurchflusses und damit der größten Priorisierung entspricht.
Innenbeölte Welle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen Schnittebenen der Welle (1), die auf der Wellenachse liegen und durch die am höchsten und am niedrigsten priorisierten Querbohrungen (3, 4, 7´) verlaufen, maximal 180° beträgt.
Innenbeölte Welle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Priorität der Querbohrungen (3, 4, 5, 6, 7) von der ersten zur am höchsten priorisierten Querbohrung (3, 4, 5, 6, 7) ausgehend von der Öleinlassseite (9) der Welle (1) ansteigt und damit bis zur am höchsten priorisierten Querbohrung (3, 4, 5, 6, 7) eine Sogwirkung in der Welle (1) entsteht.
Innenbeölte Welle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von einer Öleinlassseite (9) der Welle (1) axial am weitesten entfernte Querbohrung (7) am höchsten priorisiert ist.
Innenbeölte Welle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Priorität der Querbohrungen (3, 4, 5, 6, 7) von der ersten zur letzten Querbohrung (3, 4, 5, 6, 7) ausgehend von der Öleinlassseite (9) der Welle (1) ansteigt und damit eine Sogwirkung in der Welle (1) entsteht.
Innenbeölte Welle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Priorität mehrerer Querbohrungen (3, 4) gleich hoch ist.
Innenbeölte Welle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel zwischen den auf der Wellenachse liegenden Schnittebenen der Welle (1) auf denen die Querbohrungen (3, 4, 5´, 6´, 7´) platziert sind so gewählt sind, dass sich der bestmögliche Festigkeitswert und die beste Spannungsverteilung für die Welle (1) ergibt.
Innenbeölte Welle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbohrungen (3, 4, 5, 6, 7) unterschiedliche Durchmesser bzw. eine nicht zylindrische Form aufweisen.
Innenbeölte Welle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) Teil eines Getriebes ist.