DE2843268A1 - Vorrichtung zum umwaelzen von oel im inneren einer hohlwelle, die in einem oelbad laeuft - Google Patents

Description

Anwaltsakte:-P + G 361 3 AUTOMOBILES M. BEEtIET -S.A. Kennwort: "Umlaufschmierung™ Xyon, Frankreich

Vorrichtung zum Umwälzen von öl im Inneren einer Hohlwelle, die in einem Ölbad läuft

Bie Erf indung betrifft eine Vorrichtung zum Umwälzen vom Öl im · Inneren einer Hohlwelle oder einer hohlen Achse, die in einem Ölbad umläuft.

!1

Es ist bekannt, daß die Schmierung gewisser mechanischer Elemente vom Fahrzeuggetrieben oder dergleichen eine Jhirchdringumg des Inneren einer' hohlen, drehbaren Welle axt öl erfordert. In Hinblick darauf, daß die Zentrifugalkräfte, die bei der Drehbewegung der Achse oder Meile entstehen, dem Eindringen von öl in das Innere aer Achse oder felle entgegenwirken, läßt sich eine der- ■ · artige Schmierung mit den herkömmlichen Mitteln des Ölbades und der spritzschmierung in einem Gehäuse schwer bewerkstelligen, und erfordert die Anwendung von auf dem öl lastendem Druck.

Da sowohl der Durchsatz sowie die Anzahl der auf diese Meise zu schmierenden Stellen hoch sind, kann es zweckmäßig sein, eine Druckschiiiieranlage mit einer Speisepumpe sowie mit Verteilerkanälen vorzusehen. Handelt es sich hingegen ua ein einzelnes, zu schmierendes Element, ist es vorteilhaft, eine kompaktere Einrichtung zum Sicherstellen der Schmierung vorzusehen.

Hierbei gibt es Systeme verhältnismäßig geringen Elatzbedarfs mit eingebauten, volumetrisch arbeitenden Pumpen (Flügelrad— pumper ETt aufeinander ^gestimmtes Profilen_s Zahnradpumpen, Kolbenpumpen und sonstige). Biese Systeme weisen zahlreiche !aeh_ teile auf. Ferner umfassen sie Teile, die aneinander reiben, einem Verschleiß ausgesetzt sind und in Bezug auf die Betriebsbedingungen sehr empfindlich sind, indem sie Äusrichtungsmängel sowie die Anwesenheit von VerschaautZungen im Öl kaum auszugleichen

909815/0952

— 2 —

vermögen. Damit diese Systeme einwandfrei arbeiten können, ungeachtet des Drehsinns der Hohlwelle, muß man ferner im allgemeinen Ventile (insbesondere Rückschlagventile) vorsehen, die die gesamte Apparatur zusätzlich kompliziert machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart zu gestalten, daß sie die Umwälzung von öl durch das Innere einer drehenden Hohlwelle erlaubt, ohne daß Einzelteile verwendet werden, die mechanisch aufeinander reiben, daß die Vorrichtung ferner frei von Verschleiß ist und selbst bei .Anwendung von verschmutztem Öl noch einwandfrei arbeiten kann.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung derart zu gestalten, daß sie ungeachtet des Drehsinns der Hohlwelle, ohne Klappenventil auskommt.

Eine solche Vorrichtung zum Hindurchführen von öl in das Innere einer um ihre eigene Achse drehbar gelagerten Hohlwelle weist gemäß der Erfindung die folgenden Merkmale auf:

- Einen feststehenden Stator, der zu der Hohlwelle, die durch ihn hindurchgeführt ist, koaxial angeordnet ist, und der einerseits eine erste Seitenwand aufweist, deren Zentralbohrung einen Durchmesser hat, welcher gegenüber dem Außendurchmesser der Hohlwelle auf dieser Höhe wesentlich größer ist, um eine Aussparung zwischen der genannten Seitenwand und der Hohlwelle zu definieren, und andererseits eine massive Seitenwand, deren Zentralbohrung, einen nur geringfügig größeren Durchmesser als der Außendurchmesser dieser Hohlwelle auf dieser Höhe aufweist;

- eine ringförmige Querwand, die dem Trennen dient, die im Bereich der Welle angeordnet ist, und die das Innere des festen Stators einerseits in eine ringförmige Saugkammer unterteilt, die nach der Seite der erstgenannten Seitenwand liegt, und andererseits in eine ringförmige Druckkammer, die nach der Seite der zweitgenannten, massiven Seitenwand des Stators zu liegt, wobei die beiden Kammern miteinander über einen Raum in Verbindung stehen, der zwischen dem Umfang der Trennwand und der zylindrischen Innenfläche des Stators gebildet ist;

909815/0952

- einem Rotor, der mit der Welle fest verbunden bzw. einteilig ist und der im Inneren der Saugkammer umläuft;

- einem Durchgang, der in der Hohlwelle den hohlen Innenraum der Welle mit einer Öffnung verbindet, die am Mantel der Hohlwelle in das Innere der Druckkammer einmündet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Trennwand einteilig oder wenigstens fest verbunden mit dem Stator und umfaßt eine Zentralbohrung von einem Durchmesser, der nur geringfügig größer als der Außendurchmesser der Hohlwelle auf diesem Niveau ist.

Gemäß einöm weiteren Gedanken der Erfindung besteht der -^otor aus einer Scheibe, die mit radial verlaufenden Kanälen ausgestattet ist, die entweder in das Fleisch dieser Scheibe gebohrt sein können oder aus Flügeln bestehen können, und die eine Öffnung aufweist, welche mit der Ausnehmung der erstgenannten Seitenwand des Stators ausgerichtet ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die zwischen der drehenden Hohlwelle und den festen Elementen der Vorrichtung vorgesehenen Spiele, insbesondere zwischen dem Stator und der Trennwand, genügend groß gewählt, daß keine Reibung Metall auf Metall zwischen den einzelnen Teilen stattfinden kann, und zwar auch dann nicht, wenn eine mangelhafte Ausrichtung vorliegt.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher·erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung und aufgeschnitten.

Die Figuren 1a und 1b zeigen zwei Bauarten des Rotors der Vorrichtung.

Figur 2 ist eine axiale Schni.ttansicht der Vorrichtung. .

Die Figuren 3 und 4- sind zwei Ansichten, die die theoretischen Bedingungen des Arbeitens der Vorrichtung veranschaulichen.

Figur 5 ist eine Teilschnittansicht eines Getriebes, das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist.

Figur 6 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeugs, dessen Differential mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet ist.

909815/0952

Figur 7 ist eine Teilansicht im Schnitt dieses Differentials.

Aus den Figuren 1 und 2 erkennt man eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die mit einer drehbar gelagerten Welle 1 ausgestattet ist. -^iese Vorrichtung umfaßt im wesentlichen einen Stator 2, der einteilig mit einem festen Element ist, das im Bereich der Welle 1 angeordnet ist sowie einen Rotor 3» der mit der Welle 1 einteilig ist.

Stator 2 ist im wesentlichen koaxial zur Welle 1 angeordnet und umfaßt einerseits eine. Seitenwand 4- mit einer Zentralbohrung 5, deren Durchmesser wesentlich größer ist, als der ^Außendurchmesser der Welle 1 in diesem Bereich, und andererseits eine volle und ebene Seitenwand6, deren Zentralbohrung 7 einen Durchmesser aufweist , welcher nur geringfügig größer als der Außendurchmesser von Welle 1 in diesem Bereich ist. Seitenwand 4- des Stator ist zum Zwecke der Montage abnehmbar. £ine ringförmige Aussparung 8 ist in der Bohrung 5 dieser Wand durch die Welle 1 begrenzt. Stator 2 ist außerdem fest verbunden mit einer ringförmigen, .. ebenen Querwand 9> die sich im Inneren befindet und eine Trennung herbeiführt, und deren Zentralbohrung 10 einen geringfügig größeren Durchmesser: als der Außendurchmesser der Welle 1 auf dieser. Höhe aufweist. Diese Trennwand 9 begrenzt im Inneren des festen Stators 2 einerseits eine ringförmige Ansaugkammer 11, die auf der Seite der Seitenwand 4- liegt, und andererseits eine: ringförmige Druckkammer 12, die auf der Seite der massiven Wand des Statois liegt. Die beiden Kammern 11 und 12 stehen durch einen Raum miteinander in Verbindung, der definiert wird durch den Umfang der Trennwand 9 und die innere zylindrische Fläche 13 cles Stators. Wand 9 ist ferner mit dem Stator über Flügel 9 a verbunden, die sich in radialer Richtung ins Innere der Druckkammer 12 hinein erstrecken. Wie man erkennt, berührt die Welle 1 in keiner weise die festen Elemente der Vorrichtung: Das zwischen Welle und den Bohrungen 7 und 10 jeweils vorgesehene Spiel der Wand 6 und der Trennwand 9 ist genügend groß, daß niemals eine Reibung Metall auf Metall stattfindet, selbst im Falle einer gewissen Nichtausrichtung.

909815/0952

Bot or 3 testetet; aus einer Scheibe 14, die mit in Bezug auf die Welle 1 radial laufenden Kanälen ausgerüstet ist. Dieser Rotor 3 iomfaJB* einne ©fffnmng 15, die mit der Ausnehmung 8 von Wand 4 fludnfretfc (slate auch die figuren 1a und 1b).

Welle H ist selmlieiBlich mit einer Radialbohrung 16 versehen, die einerseits In den Hohlraum 17 der Welle 1 und andererseits, am fen Welle 1, in die Druckkammer 12 einmundet.

©esEhriebene Einrichtung ist beispielsweise im Inneren eines Gehäuses angeordnet und vollständig in Schmieröl eingetaucht.

Die Arbeitsweise geht wie folgt vor sich:

Sobald, die Meile 1 in Umdrehung versetzt wird, hat die Zentrifugalkraft, <äie auf «aas in jedem Radialkanal eingeschlossene ölvolumen

das Bestreben,, öl zum Umfang der Saugkammer 11 hin zu wad Öl über die Öffnung 15 der ringförmigen Aussparung 8

Bas'geförderte öl dringt in Kammer 12 durch den zwischen den lürmfamg vom fend 8 und der Innenfläche des Stators begrenzten Saum (ein, so daß diese Kammer 12 unter Druck gesetzt wird*

Me Zentrifugalkraft, die auf das in Radialbohrung 16 von Welle 1 eimgesieM-Osseue ¹Olvolumen einwirkt, hat die Neigung, das in Kammer 12 entlialtene 'öl zurückzudrängen. Dabei ist gedoch die Anordnung so ge-feroffsen ₃ daB diese Zentrifugalkräfte geringer sind als die Öldnruckkrafte in Kammer 12. Das in Kammer 12 · enthaltene Öl wird

daher In die Äussp.'arung 17 durch die Radialbohrung 16 gefördert.

Bie Arbeitsbedingungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind durch die unten wiedergegebene theoretische Untersuchung genau präzisiert (siehe figuren 3 und 4). Zu dieser Untersuchung werden die folgenden 'Größen-verwandtJ.,■·· . ■■ . . ü und E2 sind jeweils die minimalen und maximalen Strahlen des ©1 volumens., an welclaem die Zentrifugalkräfte am Inneren eines Radialka-nales der Scheibe 14 angreifen.

H 3 istt der A-ußenstrahl von Welle 1 auf der Höhe der D_rUckkamer ist der Strafol der Ausnehmung 17 der Welle 1.

909815/0952
- 6 -

— JgS. —

a ist die volumetrische Masse des Öles.

w ist die Winkelgeschwindigkeit der Welle 1.

S₄ ist der Querschnitt einer Ölsäule 18 eines Kanales der

Scheibe 14.
dR. ist die Dicke eines Elementes 19, das in einem Abstand R_A

Ά. ■£!■

von der Achse 20 der Welle 1 in der ölsäule 18 angeordnet ist und dm-, ist seine Masse.

S_ß ist der Querschnitt einer ölsäule 21 der Radlalbohrung dR-g ist die Dicke eines Elementes 22, das in einem Abstand R-g von der Achse in der Ölsäule 21 angeordnet ist, wobei

dm-n seine Masse igt.»

di¹· ist die Zentrifugalkraft^, die auf Element 19 einwirkt. dFg ist die Zentrifugalkraft _r die auf Element 22 einwirkt.

Diese Zentrifugalkräfte können durch die folgenden Gleichungen bestimmt, werden: '

^dFA "

Auf dem höchsten Punkt von Säule 14 ist der Druck der folgende:

no

a.w².S_A.R_A.dS = a.w²^Rg£ -Rl². 2 2

R1

Auf dem Gipfel von Säule 21 ist der Druck der folgende:

PI und P 4 sind jeweils die. Drücke, oberhalb der Säule 18. und unterhalb der Säule 21. Der Ölumlauf gestaltet sich in gewünschter Weise, wenn die folgende Bedingung herrscht:

R2² - R1²>R3² -R4²

- 7 909815/0952

Bei Ladungsverlusten ist der verbleibende Druck unterhalb der Säule 21, das heißt in <ler Aussparung 17, der folgende:

PA = £g_ (R2² - R1² - R3² + m²) + P1

erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich in mechanischen Getrieben anwenden, und zwar dann, wenn gewisse Stellen eine radiale Einführung von öl in die Wellen benötigen. Es kann sich hierbei zum Beispiel um die folgenden Stellen handeln:

- Lager zwischen Steuerwelle und Hauptwelle.

- Kegelradlager.

- Anordnung mehrerer Kegelrollenlager, wobei die Kegellagerung geschmiert und gekühlt werden muß.

Das letztgenannte Beispiel ist in ^igur 5 ausgeführt. Hierbei ist eine Vorrichtung 23 gemäß der Erfindung im Bereich des -^ndes einer hohlen Steuerwelle 24 angeordnet, um dieser durch eine Radialbohrung 25 Öl zuzuführen und hierdurch ein Lager 26 zu schmieren.

Die Vorrichtung läßt sich ferner besonders gut bei der Schmierung eines Differentials 27 für ein Fahrzeug vorsehen, das mit mehreren Antriebsmotoren 28 und 29 ausgerüstet ist (siehe Figur 6). Es ist in der Praxis schwierig, öl ins Innere des Gehäuses 30 des Differentials zu verbringen (siehe Figur 7)₅ und zwar infolge der großen Drehgeschwindigkeit. Die Vorrichtung 31 gemäß der Erfindung übernimmt diese Schmierung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat hauptsächlich den Vorteil, daß sie keine aufeinander reibenden Teile aufweist, so daß sie selbst unter den folgenden Bedingungen noch einwandfrei zu arbeiten vermag:

- Nicht genaues: Ausrichten zwischen der drehenden Welle und dem festen Stator;

- Schmierung mit mehr oder minder verschmutztem öl;

- Umlauf der Welle in zwei verschiedenen Drehrichtungen.

- 8 909815/0952

40

e e r j te

Claims (5)

1. P-. ATENTANS -P RÜCHE

   Vorrichtung zum Umwälzen einer Flüssigkeit im Inneren einer um ihre eigene Achse drehenden Welle, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:·

   a) Einen festen Stator, der eine Seitenwand mit einer Zentralbohrung aufweist, die einen wesentlich größeren Durchmesser als der Außendurchmesser der Hohlwelle in diesem Bereich hat, um eine Aussparung zwischen der genannten Seitenwand und der Welle zu definieren, und andererseits eine massive Seitenwand, deren Zentralbohrung einen nur geringfügig größeren Durchmesser als der Außendurchmesser der Hohlwelle in diesem Bereich aufweist;

   b) eine ringförmige Trennwand, die sich im Bereich der Hohlwelle befindet und die im Inneren des festen Stators einerseits eine ringförmige Saugkammer begrenzt, die nach der Seite der erstgenannten Seitenwand des Stators angeordnet ist, und andererseits eine ringförmige Druckkammer, die nach der Seite der zweitgenannten, massiven Wand des Stators zu liegt, wobei die beiden Kammern miteinander über einen Raum in Verbindung stehen, der durch den Umfang der Trennwand und der inneren zylindrischen Fläche des Stators begrenzt ist;

   c) einen Rotor, der mit der Welle fest verbunden ist, und der im Inneren der Saugkammer rotiert;

   d) einen Durchgang, der in der Hohlwelle den hohlen Innen-% raum der Welle mit einer Öffnung verbindet, die am Umfang der Welle in das Innere der Druckkammer einmündet.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand mit dem Stator einteilig bzw. mit diesem fest verbunden ist und eine zentrale Bohrung aufweist, die geringfügig größer als als der Außendurchmesser der Hohlwelle auf dieser Höhe ist.

   -9 909815/0952
3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der drehenden Welle und den festen Elementen der Vorrichtung vorgesehenen Spiele genügend groß sind, damit keine Reibung Metall auf Metall zwischen diesen Elementen eintritt, und zwar selbst im Falle geringfügiger Nichtausrichtung.
4. 4-, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet , daß der Rotor aus einer Scheibe besteht, die einerseits in Bezug auf die Hohlwelle radial angeordnete, innere Kanäle und andererseits eine Öffnung aufweist, die gegen die Ausnehmung der erstgenannten Seitenwand des Stators ausgerichtet angeordnet ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

   R2² - R1² y R3² - m²,

   wobei R1, R2, R3 und R4- die Strahlen sind, "gemessen von der Achse der Hohlwelle bis zu den jeweiligen, folgenden Punktent

   - Das Ende oberhalb der Flüssigkeitssäule, die in einem Radialkanal des Rotors angeordnet-ist;

   - das Ende unterhalb derselben Flüssigkeitssäule;

   - das Ende oberhalb der Flüssigkeitssäule, die., in. dem Burchgang der Hohlwelle angeordnet ist; -. ..-_■;.

   - das Ende unterhalb dieser letztgenannten Flüssigkeits-

   v säule.

   909815/0952