DE3619754C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schmiervorrichtung für die Lageranordnungen zweier miteinander kämmende Zahnräder tragender und parallel sowie vertikal zueinander versetzt in einem Gehäuse angeordneter Wellen, wobei die Lageranordnungen in einer von den jeweiligen Wellenenden durchragten Rückwand des Gehäuses angeordnet sind, die mit einem außen auf das Gehäuse aufgesetzten Getriebedeckel ein abgeschlossenes, teilweise mit Schmiermittel gefülltes und die Zahnräder aufnehmendes Getriebegehäuse bildet.

Eine derartige Schmiervorrichtung ist z. B. für ein sog. Roots-Gebläse erwünscht, das häufig als Aufladeeinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine dient, da es in diesem Fall besonders darauf ankommt, die Lageranordnungen möglichst wartungsfrei und mit großer Lebensdauer mit Schmiermittel zu versorgen.

Ein derartiges Roots-Gebläse hat zwei nach zykloiden Umrissen laufende Drehkolben bzw. Rotoren, die in einem Gehäuse in entgegengesetzten Richtungen mit einem Phasenunterschied von 90° gedreht werden, um eine Pump- oder Verdichterwirkung zu erzeugen. Die Wellen der beiden Rotoren sind mittels zweier miteinander kämmender Zahnräder antriebsmäßig gekoppelt, damit ein synchroner Lauf der beiden Wellen sichergestellt ist. Der Raum, in dem die Zahnräder untergebracht sind, enthält einen Schmiermittel-Ölsumpf, in dem das Schmiermittel zur Schmierung der Lageranordnungen der Zahnräder vorrätig gehalten wird. Zwischen den Wellenenden und der Rückwand des Gehäuses sind regelmäßig Öldichtungen vorgesehen, die verhindern, daß Schmiermittel in die eigentliche Arbeits- oder Verdichterkammer des Gebläses sickert. Zweckmäßigerweise wird das Schmiermittel nur in einer etwa einem Viertel des Volumens des Getriebegehäuses entsprechenden Menge in dieses eingebracht, um die Verlustleistung des Antriebs des Gebläses möglichst klein zu halten.

Wenn ein derartiges Roots-Gebläse als Aufladevorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine Anwendung findet, wird das Gebläse üblicherweise vertikal angeordnet, so daß die beiden Wellen vertikal zueinander versetzt im Gehäuse angebracht sind. In diesem Fall taucht lediglich ein Teil des unteren Zahnrades in den Ölsumpf des Getriebegehäuses ein. Das Schmiermittel wird aus dem Sumpf durch die Zähne des unteren Zahnrades hochgeschaufelt und auf die Zähne des oberen Zahnrades übertragen, so daß die kämmenden Zahnflächen ausreichend geschmiert werden. Das Schmiermittel kann auch das Lager und ggf. die Öldichtung für die untere Rotorwelle hinreichend schmieren, weil diese Stellen dem Ölsumpf noch verhältnismäßig nahe liegen. Es hat sich allerdings als schwierig erwiesen, die Schmierung der oberen Lageranordnung sicherzustellen. Denn die vom unteren Zahnrad auf das obere Zahnrad übertragbare Schmiermittelmenge ist nicht zuletzt deshalb relativ beschränkt, weil das Schmiermittel durch die verhältnismäßig große Drehzahl der Zahnräder radial nach außen weggeschleudert wird, bevor es die zur Schmierung der oberen Lageranordnung erforderliche Höhe erreicht hat. Dies kann zu einem frühzeitigen Ausfall der Lageranordnung und auch der Öldichtung für die obere Rotorwelle führen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schmiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die eine wirksame Schmierung auch der oberen Lageranordnung sicherstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Rückwand des Gehäuses zumindest ein Schmiermittelkanal ausgebildet wird, der einen zum Getriebegehäuse offenen Einlaß und einen tieferliegenden Auslaß im Bereich der dem Zahnrad abgewandten Seite der Lageranordnung aufweist, wobei zur Begünstigung der Zufuhr von durch die Zahnräder nach oben gefördertem Schmiermittel zum Einlaß an der Innenseite des Getriebedeckels zwei sich auf die Zahnräder zu erstreckende, bogenförmige Führungsrippen mit einem sich im wesentlichen im Bereich der Verzahnungs-Fußkreise der Zahnräder erstreckenden Profil vorgesehen sind, von denen sich jede vom jeweils unteren zum oberen Teil des zugeordneten Zahnrades in dessen Drehrichtung erstreckt. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß selbst eine verhältnismäßig kleine, vom unteren Zahnrad mitgenommene Schmiermittelmenge mit geringsten Verlusten in den Kämmeingriffsbereich der Zahnräder geleitet und von dort ebenfalls mit sehr geringen Abspritzverlusten weiter nach oben transportiert wird, von wo es unter Einwirkung der Schwerkraft in den Einlaß des Getriebegehäuses strömen kann. Bei dieser Art der Schmiermittelführung ist insbesondere dafür gesorgt, daß das von den Zahnrädern geführte Schmiermittel seitwärts nicht weggeschleudert wird. Von besonderem Vorteil ist hierbei, daß die Mittel zur Lösung der Aufgabe herstellungstechnisch einfach bereitgestellt werden können, indem die Führungsrippen an den Getriebedeckel einstückig angeformt werden. Die Rippen müssen lediglich eine verhältnismäßig geringe Höhe aufweisen, so daß der Herstellungsprozeß des Getriebedeckels nicht verkompliziert wird.

Durch die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 gelingt es, nicht nur die Lageranordnung, sondern auch die der oberen Welle zugeordnete Dichtung zu schmieren, die insbesondere bei der Anwendung der Schmiervorrichtung für das eingangs beschriebene Roots-Gebläse von Kraftfahrzeug- Brennkraftmaschinen erforderlich ist, um den eigentlichen Arbeitsraum des Verdichters vom Getriebe abzuschirmen.

Wenn die Führungsrippen geringfügig radial innerhalb des jeweiligen Fußkreises der Verzahnung des zugeordneten Zahnrades liegen, können die beim Schmiermitteltransport auftretenden Schmiermittelverluste weiter minimiert werden.

Die Weiterildung gemäß Patentanspruch 4 schafft Verbesserungen der Schmiermittelübergabe im Kämmeingriffspunkt der beiden übereinanderliegenden Zahnräder.

Der am Innenumfang der Seitenwand des Getriebedeckels ausgebildete Damm gemäß Patentanspruch 5 trägt zusätzlich zur Verbesserung der Schmiermittelversorgung der oberen Lageranordnung bei, wobei auch diese Weiterbildung nach wie vor die Möglichkeit offen hält, den Damm einstückig mit dem Getriebedeckel z. B. in einem Urformprozeß herzustellen, was der Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens der Schmiervorrichtung zugutekommt.

Aus den Dokumenten DE-GM 69 11 180 und DE-GM 19 95 321 ist es grundsätzlich bekannt, bei Tauch- bzw. Spritzschmierungen zusätzliche Führungen und Kanäle sowie Staurippen vorzusehen, um hochgeschleudertes Öl an bestimmte Stellen zu lenken. Im Falle der Schmiervorrichtung gemäß DE-GM 19 95 321 ist eine das in den Ölsumpf eintauchende Zahnrad ringförmig umgebende Führung vorgesehen, die das Zahnrad nicht nur radial von außen, sondern auch an den beiden Seitenflächen einfaßt. Hierdurch wird in erster Linie die zentrifugale Abschleuderung des Öls verhindert, damit das Schmiermittel wirksam an dem Eingriffspunkt der Zahnräder gelangt. Eine Schmierung des Lagers für das obere Zahnrad ist in dieser Druckschrift nicht angesprochen.

Aus dem DE-GM 69 11 180 ist es lediglich bekannt, über einen Gehäusekanal das von den Getriebezahnrädern hochgeschleuderte Öl in einen neben dem eigentlichen Getriebegehäuse befindlichen Raum zu leiten. Spezielle Mittel zur Führung des hochgeschleuderten Öls an den Einlaß dieses Kanals sind in dieser Druckschrift nicht offenbart.

Nachstehend ist anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt durch ein Roots-Gebläse mit einer Ausführungsform der Schmiervorrichtung;

Fig. 2 eine schematische, abgebrochene Perspektivdarstel­ lung von zwei zusammenwirkenden Drehkolben (Rotoren) des Roots-Gebläses;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Öldichtung;

Fig. 4 den Schnitt nach der Linie IV-IV in der Fig. 1;

Fig. 5 eine Frontansicht des Getriebedeckels mit den Füh­ rungsrippen;

Fig. 6 den Schnitt nach der Linie VI-VI in der Fig. 5.

Der Erfindungsgegenstand wird in seiner Anwendung auf ein als Auflader in einem Kraftfahrzeugmotor zum Einsatz gelan­ gendes Roots-Gebläse beschrieben.

Das in Fig. 1 gezeigte Roots-Gebläse umfaßt ein in üblicher Weise ausgebildetes Gehäuse 10 mit einem Zylinder 12, mit einer rückwärtigen Platte oder Rückwand 14, 24 und mit einer (nicht gezeigten) Frontwand. Die innerhalb des Gehäuses 10 abgegrenzte Arbeitskammer enthält in bekannter Weise zwei miteinander zusammenwirkende Rotoren 16 und 18, die mit ge­ ringem Abstand von der Innenwand des Zylinders 12 umlau­ fen. Wie die Fig. 2 zeigt, sind die doppelflügeligen Roto­ ren 16, 18 nach Zykloiden ausgebildet und jeweils auf einer Welle 20 bzw. 22 mit einem Phasen- oder Winkelunterschied von 90° befestigt. Das (in Fig. 1) linke Ende jeder Welle 20, 22 ist in der Frontwand des Gehäuses mittels einer (nicht gezeigten) geeigneten Lageranordnung drehbar aufge­ nommen. Die Wellen 20, 22 erstrecken sich durch die Gehäuse­ rückwand 14, in der sie in Lageranordnungen 28 und 30, welche innerhalb von Naben 24 und 26 der Rückwand 14 gehalten sind, drehbar ge­ führt sind.

Ein Paar von Zahnrädern 36, 38 ist an den (in Fig. 1) rech­ ten Enden der Wellen 20, 22 mit Hilfe von Schrauben 32, 33 derart befestigt, daß die Phasendifferenz zwischen den Ro­ toren 16, 18 gleich 90° ist. Die beiden Zahnräder 36, 38 sind einander identisch, so daß die Drehung des einen zu einer Drehung des anderen in entgegengesetzter Richtung, jedoch mit gleicher Drehzahl führt. Die eine der beiden Wellen 20, 22 dient als antreibende Welle, die andere ist die getriebene Welle. Das linke Ende der Antriebswelle kann durch eine (nicht gezeigte) Elektromagnetkupplung mit der Abtriebswelle des Motors in üblicher Weise verbunden sein.

Mit Abstand zu den Lageranordnungen 28, 30 und (in Fig. 1) links von diesen sind um die Wellen 20, 22 herum Öldichtun­ gen 40 und 42 angeordnet, die verhindern, daß das Schmier­ mittel, das die Lageranordnungen geschmiert hat, in den Ar­ beitsraum des Gebläses sickert. Die Öldichtungen 40, 42 weisen eine übliche Ausbildung auf und umfassen eine Haupt­ lippe 44, eine Hilfslippe 46, ein elastisches Band 48 und einen Metallring 50, wie Fig. 3 zeigt. Das Band 48 zwingt die Hauptlippe 44 zu einer dichten Anlage an der Außenflä­ che der jeweiligen Welle 20 und 22, um hier eine Abdichtung zu bewirken. Die Hilfslippe 46 dient dazu, einen Zutritt von im Arbeitsraum erzeugten Verschmutzungen, z. B. Staub und Partikeln, zur Hauptlippe 44 zu unterbinden. Wie Fig. 1 zeigt, haben die Öldichtungen 40, 42 einen axialen Abstand zu ihren zugeordneten Lageranordnungen 28 und 30, so daß dazwischen Ringräume 52 und 54 abgegrenzt werden.

Wie die Fig. 4 zeigt, ist die Nabe 24 an der Rückwand 14 des Gehäuses 10 mit einem Paar von geneigten, radialen Schmierka­ nälen 56 und 58 versehen, von denen jeder einen in den Ring­ raum 52 mündenden Auslaß 60 sowie einen an der Außenumfangs­ fläche der Nabe 24 offenen Einlaß 62 hat, der mit Schmiermittel gespeist werden kann. Da der Einlaß 62 auf einer höheren Ebene liegt als der Auslaß 60, fließt das in den Einlaß 62 eingetretene Schmiermittel in den Kanälen 56, 58 abwärts und in den Ringraum 52, so daß sowohl die Lageranordnung 28 wie auch die Öldichtung 40 geschmiert wer­ den. Nach der Schmierung dieser Bauteile fließt das Schmier­ mittel durch den Ringspalt zwischen dem äußeren und inneren Laufring der Lageranordnung. Gleichartige Schmierkanäle sind in der unteren Nabe 26 ausgebildet. Wenngleich bei der ge­ zeigten Ausführungsform für jede Nabe 24, 26 zwei Kanäle vorgesehen sind, so ist ersichtlich auch nur ein Kanal aus­ reichend, um das angestrebte Ziel zu erreichen.

Die Rückwand 14 des Gehäuses ist mit einem vertikalen Entlüftungskanal 64 versehen, wie Fig. 1 zeigt, der sich quer über die Hilfs­ lippe 46 der jeweiligen Öldichtungen 40, 42 erstreckt und zur Umgebung offen ist. Dieser Entlüftungskanal 64 dient dazu, vom Arbeitsraum her durchsickernde, komprimierte Luft abzuführen.

An der Rückwand 14 ist ein Getriebedeckel 68 befestigt, der einen umschlossenen Raum 70, welcher als Getriebege­ häuse dient und in dem ein Ölsumpf gebildet wird, abgrenzt. Zwischen dem Getriebedeckel 68 und der Rückwand 14 ist ein den Raum 70 abdichtender O-Ring 66 angeordnet. Der Getriebe­ deckel 68, die Rückwand 14 und der Zylinder 12 können mitein­ ander durch (nicht gezeigte) Schraubenbolzen fest verbunden werden, die in im Zylinder 12 ausgebildete Gewindebohrungen eingeschraubt werden. In das Getriebegehäuse 70 wird eine gewisse Menge an Schmiermittel, z. B. etwa 0,1 l, eingebracht, um einen Ölsumpf 74 zu bilden. Am unteren Scheitel des Getriebedec­ kels 68 ist eine Ablaßschraube 72 vorhanden.

Der Getriebedeckel 68 ist, wie die Fig. 5 und 6 zeigen, zur Aufnahme der Zahnräder 36, 38 ausgebildet und weist eine Stirnwand 76 sowie eine Seitenwand 78 auf. Wie die Fig. 5 am besten erkennen läßt, sind an der Stirnwand 76 mit die­ ser einstückige, bogenförmige Führungsrippen 80 und 82 ausge­ staltet, die einwärts ragen und eine Schmiermittel Füh­ rungseinrichtung bilden. Die Führungsrippen 80, 82 beginnen am unteren Punkt der jeweiligen Zahnräder 36, 38 und erstrec­ ken sich in deren Drehrichtung bis zum oberen Scheitel der Zahnräder. Die beiden Führungsrippen haben ein solches Pro­ fil, daß sie sich geringfügig radial einwärts vom Fußkreis 84 der jeweiligen Zahnräder 36, 38 erstrecken. Die Fig. 1 läßt erkennen, daß die Führungsrippen 80, 82 in den Raum 70 in Richtung zu den Zahnrädern 36, 38 vorspringen, jedoch enden sie mit geringem Abstand von etwa 2,5 mm von diesen.

Eine Schmierung der verschiedenen sich bewegenden Teile er­ folgt in der folgenden Weise.

Die Lageranordnung 30 und die Öldichtung 42, die der unte­ ren Welle 22 zugeordnet sind, werden problemlos geschmiert, weil sie teilweise in das den Ölsumpf 74 bildende Schmier­ mittel eintauchen. Gleicherweise werden auch die miteinan­ der kämmenden Zahnräder 36 und 38 ausreichend geschmiert, weil das untere Zahnrad 38 in den Ölsumpf 74 zum Teil ein­ taucht.

Das im Ölsumpf 74 befindliche Schmiermittel muß zum oberen Bereich des Getriebegehäuses 70 überführt werden, um eine Schmierung der Lageranordnung 28 und der Öldichtung 40, die der oberen Rotorwelle 20 zugeordnet sind, zu gewährleisten, und das geschieht in der folgenden Weise.

Da die Zahnräder 36, 38 umlaufen, wird das Schmiermittel aus dem Ölsumpf 74 zuerst durch die Zähne des unteren Zahn­ rades 38 hochgeschaufelt und zu dessen oberem Scheitel ge­ fördert, ohne nach der rechten Seite (in Fig. 1) weggespritzt zu werden. Dies beruht auf dem Vorhandensein der Führungsrippe 82, die sich längs des Zahnrades 38 in dessen Drehrich­ tung erstreckt und dazu dient, das vom Zahnrad 38 mitgeführ­ te Schmiermittel an ihr entlang nach oben zu lei­ ten. Ein Teil des zum oberen Scheitel des unteren Zahnrades 38 geförderten Schmiermittels wird dann auf die Zähne des oberen Zahnrades 36 am Eingriffspunkt übertragen und auf Grund des Vorhandenseins der oberen Führungsrippe 80 zum Scheitel des oberen Zahnrades 36 geführt. Von hier fließt das Schmiermittel dann längs des Außenumfangs der Nabe 24 der Rückwand 14 abwärts, wie der Pfeil 86 in Fig. 1 andeutet, und ein Teil des Schmiermittels wird durch die Kanäle 56, 58 in den Ringraum 52 geführt, so daß die der oberen Welle 20 zugeordnete Öldichtung 40 in ausreichender Weise ge­ schmiert wird. Anschließend fließt das Schmiermittel nach Schmierung dieser Öldichtung 40 aus dem Ringraum 52 in den Spalt zwischen dem äußeren und inneren Laufring der Lageran­ ordnung 28, um deren Bauteile zu schmieren, worauf das Schmiermittel abwärts und zurück in den Ölsumpf 74 fließt.

Die der oberen Rotorwelle 20 zugeordnete Öldichtung 40 sowie die Lageranordnung 28 werden somit, obwohl die Schmiermittelmenge im Ölsumpf 74 auf einem Minimum gehalten wird, in ausreichen­ der Weise geschmiert. Eine verbesserte Schmierung der obe­ ren Öldichtung 40 trägt dazu bei, das Auftreten eines vor­ zeitigen Verschleißes sowie einer funktionellen Verschlech­ terung dieser Dichtung zu vermeiden, und ermöglicht der Öldichtung 40, mit optimaler Abdichtwirkung und Zuverlässig­ keit über eine lange Betriebszeit zu arbeiten. Es besteht somit schwerlich die Möglichkeit für eine Schmiermittel­ leckage, so daß die drehende Maschine über einen längeren Zeitraum betrieben werden kann, ohne daß es erforderlich ist, das Schmiermittel, wenn es einmal eingefüllt ist, zu ergänzen und zu untersuchen. Das stellt einen besonderen Vorteil im Fall eines Roots-Gebläses dar, das als Auflader bei einem Kraftfahrzeugmotor zum Einsatz kommt.

Wie die Fig. 5 und 6 zeigen, wird der mittige Teil 88 der Seitenwand 78 des Getriebedeckels 68, der unterhalb der obe­ ren Führungsrippe 80 angeordnet ist, vorzugsweise so ausge­ staltet, daß er sich einwärts (in Fig. 5 nach links) aus­ buchtet, während dem oberen Teil der unteren Führungsrippe 82 ein solcher Verlauf gegeben wird, daß er in den mittigen Teil stetig eingeht. Durch diese Anordnung fließt das vom un­ teren Zahnrad 38 mitgeführte Schmiermittel in der Richtung des sinusförmigen Pfeils 90 in Fig. 5 und es wird glatter und ruhiger auf die Zähne des oberen Zahn­ rades 36 übertragen, wodurch die Strömungsmenge des aufwärts gerichteten Schmiermittelflusses weiter vergrößert wird.

Am Innenumfang der Seitenwand 78 des Getriebedeckels 68 kann ferner ein waagerecht verlaufendes, dammartiges Ab­ sperrelement 92 in einer solchen Winkellage ausgebildet wer­ den, daß es sich mit geringem Abstand vor dem Einlaß eines der Kanäle 58, 60 mit Bezug zur Drehrichtung des oberen Zahnrades 36 befindet. Dieses Absperrelement 92 dient dazu, die laminare Strömung des längs des Innenumfangs der Seiten­ wand 78 fließenden Schmiermittels zu blockieren und dieses zum Einlaß des Schmierkanals hin zu lenken.

Claims (5)

1. Schmiervorrichtung für die Lageranordnungen zweier miteinander kämmende Zahnräder tragender und parallel sowie vertikal zueinander versetzt in einem Gehäuse ange­ ordneter Wellen, wobei die Lageranordnungen in einer von den jeweiligen Wellenenden durchragten Rückwand des Ge­ häuses angeordnet sind, die mit einem außen auf das Gehäuse aufgesetzten Getriebedeckel ein abgeschlossenes, teil­ weise mit Schmiermittel gefülltes, die Zahnräder auf­ nehmendes Getriebegehäuse bildet, gekennzeichnet durch zumindest einen in der Rückwand (24) ausgebildeten Schmier­ kanal (56, 58), der einen zum Getriebegehäuse (70) offenen Einlaß (62) und einen tieferliegenden Auslaß (60) im Be­ reich der dem Zahnrad (36) abgewandten Seite der Lager­ anordnung (28) aufweist, wobei zur Begünstigung der Zufuhr von durch die Zahnräder nach oben gefördertem Schmiermittel zum Einlaß (62) an der Innenseite des Getriebedeckels (68) zwei sich auf die Zahnräder (36, 38) zu erstreckende, bogenförmige Führungsrippen (80, 82) mit einem sich im wesentlichen im Bereich der Verzahnungs-Fußkreise der Zahnräder erstreckenden Profil vorgesehen sind, von denen sich jede vom jeweils unteren zum oberen Teil des zugeordneten Zahnrades (36, 38) in dessen Drehrichtung erstreckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (60) des Schmierkanals (56, 58) zwischen der Lageranordnung (28) und einer die obere Welle (20) umgebenden Dichtung (40) in der Rückwand (24) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungsrippen (80, 82) geringfügig radial innerhalb des jeweiligen Fußkreises (84) der Ver­ zahnung des zugeordneten Zahnrades liegen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Getriebedeckel (68) eine die Führungsrippen (80, 82) tragende Stirnwand (76) sowie eine Seitenwand (78) hat, die in einem mittleren Abschnitt zwischen den Führungsrippen (80, 82) ein zum Kämmeingriffs­ punkt der Zahnräder hin vorspringendes Teil (88) hat, das stetig in den oberen Teil der unteren Führungsrippe (82) übergeht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch einen das längs des Innenumfangs der Seiten­ wand (78) des Getriebedeckels (68) fließende Schmiermittel zum Schmiermittelkanal (56) lenkenden, am Innenumfang der Seitenwand ausgebildeten Damm (92), der nahe dem Ein­ laß (62) angeordnet ist.