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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Ölverteilung in einer Getriebekomponente, die
aus mindestens einer Welle mit einer inneren Ölzufuhrbohrung und mehreren
um deren Achse rotierenden Maschinenelementen besteht, welche von der Ölzufuhrbohrung
aus mit Öl
versorgt werden. Die Getriebekomponente ist mindestens eine Welle
eines Getriebes mit Zwangsschmierung, mit einer Ölpumpe, die über die
innere Ölzufuhrbohrung
diverse Maschinenelemente schmiert und kühlt. Das Verfahren ist auf
Getriebe verschiedenster Bestimmung anwendbar, insbesondere ist
an Schaltgetriebe und schaltbare Verteilergetriebe von Kraftfahrzeugen
gedacht. Die auf oder mit der Getriebekomponente rotierenden Maschinenelemente
können
Zahnräder, ganze
Planetengetriebe, Kupplungen, Lager oder dergleichen sein.
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Bei
der Auslegung der Schmierung und Kühlung zwangsgeschmierter Getriebe
sind Versuche nötig,
um empirisch die Ölverteilung
so einzustellen, dass jedes Maschinenelement in jedem Betriebszustand
die erforderliche Ölmenge
erhält.
Das ist besonders schwierig, wenn eines der Maschinenelemente eine
Reibungskupplung ist, weil deren Ölbedarf je nach Betriebszustand
stark schwankt, und so auch die zu den anderen Maschinenelementen
gelangende Ölmenge
stark schwankt. Die Einstellung der Ölverteilung erfolgt dann, nach
Dauerlauf und Untersuchung der einzelnen (teils bei dem Dauerlauf zerstörten) Komponenten,
iterativ durch Optimierung der Spiele und Bohrungsdurchmesser etc,
und durch (Über-)
Dimensionierung der Ölpumpe.
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Diese
bisher geübte
empirische Methode krankt daran, dass so nicht angegeben werden
kann, wieviel Öl
jedes einzelne Maschinenelement tatsächlich zugeteilt bekommt. Die
wirkliche Verteilung des Ölstromes
ist so also nicht messbar und auch nach vielen langen Dauerversuchen
unbekannt.
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Es
ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem
die jedem einzelnen Maschinenelement tatsächlich zugehende Ölmenge, und
somit die Ölverteilung
schnell und einfach messbar ist, sodass die erforderlichen konstruktiven
Anpassungen ohne langwierige Versuche vorgesehen werden können und
die Ölpumpe
richtig dimensioniert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird das
dadurch erreicht, dass bei rotierender Welle die Ölzufuhrbohrung
mit Öl
gespeist und die von den einzelnen Maschinenelementen abgehende Ölmenge gemessen
wird. Das Abgehen des Öles
kann ein Abfließen
oder insbesondere bei rotierenden Teilen ein Abschleudern sein.
Es wird also nicht der eintretende Ölstrom gemessen, was logisch
wäre aber
bei der vorliegenden Aufgabenstellung unmöglich ist, sondern der austretende. Die
Summe der gemessenen Mengen ist die gesamte der Welle zugeführte Ölmenge,
die gemessenen Mengen in Prozent sind der Anteil an der gesamten Ölmenge.
Es kann sich auch um mehrere Wellen handeln, die koaxial sind und
sich verschieden schnell drehen, oder zwei Wellen mit kämmenden Zahnrädern.
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Weiters
kann der Öldruck
in der inneren Ölzufuhrbohrung
und die Leistungsaufnahme der die Ölzufuhrbohrung speisenden Pumpe
gemessen werden (Anspruch 2). Daraus und aus der Summe der abgegangenen Ölmengen
lässt sich
der Druckverlust in der ganzen Getriebekomponente und in den einzelnen
Maschinenelementen errechnen. Die Druckmessung bietet weiter den
Vorteil, dass sie, wenn kontinuierlich, auch die Identifikation
von Schwingungs- und Resonanzerscheinungen möglich macht.
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Wenn
die Ölzufuhrbohrung
von einer von der Welle angetriebenen Ölpumpe mit Öl gespeist wird, wird in Weiterbildung
des Verfahrens der Öldruck
in der inneren Ölzufuhrbohrung
und die Leistungsaufnahme des die Getriebekomponente in Rotation
versetzenden Antriebsmotors gemessen (Anspruch 3). Daraus und aus
der Summe der abgegangenen Ölmengen
lässt sich
die Summe aus den Reibungsverlusten und dem Druckverlust in der
Getriebekomponente errechnen. Wenn dann auch noch die Messungen
bei verschiedenen Drehzahlen der Getriebekomponente durchgeführt werden
(Anspruch 4), und bei verschiedenen Einrückungszuständen einer gegebenenfalls vorhandenen
Kupplung verfügt
man über alle
für die
Optimierung und Auslegung erforderlichen Daten.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Messen der Ölverteilung
in einer Getriebekomponente, wobei diese in einem Gehäuse drehbar
gelagert und mit Öl
versorgt ist und von einem externen Motor angetrieben wird. Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuse aus zwei Lagerschilden
und einem diese verbindenden Mantel besteht, dass in dem Gehäuse mindestens
eine im Wesentlichen achsnormale Trennwand ist, die den Innenraum
in Kammern teilt, wobei jede Kammer den Abgangsbereich eines bestimmten Maschinenelementes
bildet, und dass jede so gebildete Kammer einen Abfluss hat (Anspruch
5). So ist die Getriebekomponente ordentlich gelagert, der Mantel
aber fangt das abgeschleuderte Öl
in den einzelnen durch die Trennwände gebildeten Kammern auf,
und zwar das von jedem Maschinenelement abgeschleuderte separat,
sodass die einzelnen Mengen messbar sind.
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Um
das Gehäuse
auch nach konstruktiven Veränderungen
an der Getriebekomponente, oder überhaupt
mehrfach, nutzen zu können,
ist es praktisch, dass die mindestens eine Trennwand an beliebiger
Stelle in den Mantel einsetzbar ist (Anspruch 6).
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Dazu
ist in Weiterbildung der Erfindung der Mantel ein in einer die Achse
enthaltenden Ebene geteilter Zylinder und die mindestens eine Trennwand eine
Kreisringscheibe, deren Aussenrand dichtend an dem Mantel anliegt
(Anspruch 7). So kann die Scheibe bei geöffnetem Zylinder an die gewünscht Stelle
verschoben werden. Der Innenrand der Kreisringscheibe reicht an
die Welle beziehungsweise an die rotierenden Maschinenelemente heran,
ohne diese indes zu berühren
(Anspruch 8). Die Kreisringscheibe braucht nicht radial getrennt
zu sein, wenn sie bereits beim Zusammenbau der Getriebekomponente
auf die Welle aufgefädelt
wird.
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In
einer besonders nützlichen
Weiterbildung besteht der Mantel und vorzugsweise auch die mindestens
eine Trennwand aus einem durchsichtigen Werkstoff (Anspruch 9).
Das erlaubt es, das Abspritzmuster des Öles und dessen Auftreffen am
Mantel bereits durch Augenschein zu beurteilen. So kann man beispielsweise
erkennen, dass bei einem Planetengetriebe als Maschinenelement,
das abgeschleuderte Öl
auch eine axiale Geschwindigkeitskomponente hat, die durch konstruktive
Maßnahmen
beeinflussbar ist. Die Mengenmessung kann ganz einfach durch Aufstellen
skalierter Messgläser
unter den einzelnen Abflüssen
erfolgen (Anspruch 10).
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Je
nachdem, ob die Getriebekomponente von einer externen Ölpumpe oder
von einer auf oder Je nachdem, ob die Getriebekomponente von einer externen Ölpumpe oder
von einer auf oder an der Getriebekomponente angeordneten Ölpumpe versorgt
werden soll, ist in Weiterbildung der Erfindung entweder eine Ölpumpe von
dem die Getriebekomponente in Rotation versetzenden Antriebsmotor
angetrieben, die mit der inneren Ölzufuhrbohrung leitungsverbunden
ist (Anspruch 11); oder die mit der Getriebekomponente vereinigte Ölpumpe ist über eine
durch ein Lagerschild hindurchgeführte Leitung mit einem Ölreservoir
verbunden, und das nach aussen führende
Ende der inneren Ölzufuhrbohrung
der Welle ist verschlossen. In beiden Fällen kann der in der inneren Ölzufuhrbohrung
herrschende Druck leicht gemessen werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben
und erläutert.
Es stellen dar:
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1:
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Gänze,
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2:
Das erfindungsgemäße Gehäuse mit der
Getriebekomponente.
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In 1 ist
auf einer Grundplatte 1 ein Traggerüst 2 und ein Elektromotor 3 zum
Antrieb der Vorrichtung zu sehen. Der Elektromotor 3 treibt über eine Verbindungswelle 5 eine
Getriebekomponente 6, die aus anhand er 2 zu
beschreibenden Wellen und Maschinenelementen besteht. Eine Bremse
mit Leistungsanzeiger 4 ist nur angedeutet, die Messung
wird in der Regel auf elektrischem Wege erfolgen. Die Getriebekomponente 6 ist
von einem erfindungsgemäß gestalteten
Gehäuse 7 umgeben.
Es ist an beiden Enden von Lagerschilden 8 gebildet, die
an Pratzen 9 am Traggerüst 2 aufgehängt sind.
An Messgeräten sind
noch ein Manometer 10 und Durchflussmesser 11 in
Abflüssen 12 vorgesehen.
Aus diesen Abflüssen 12 strömt während des
Versuches das Öl
zurück in
den Ölsumpf.
Auch die Mengenmessinstrumente 11 sind nur angedeutet,
ebenso gut können
unter den Abflüssen 12 skalierte
Messgläser
aufgestellt sein.
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Anhand
der 2 wird zunächst
die Getriebekomponente 6 beschrieben. Sie besteht aus einer ersten
Welle 20, die über
einen Antriebsflansch 21 vom Elektromotor 3 angetrieben
wird, und aus einer zweiten Welle 22. Die äußeren Enden
der ersten Welle 20 und der zweiten Welle 22 sind
in den Lagerschilden 8,8' in einem ersten Lager 23 und
einem zweiten Lager 24 gelagert. Die beiden Wellen 20,22 sind über ein
Nadellager 25 gegeneinander zentriert. Auf der ersten Welle 20 befindet
sich der Reihe nach von rechts nach links eine Ölpumpe 26, die über eine erste
Stichbohrung 27 Schmieröl
in eine Längsbohrung 28 der
ersten Welle 20 fördert,
eine Kupplung 30, ein Zahnrad 38 und ein Planetengetriebe 45.
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Die
Kupplung 30 umfasst einen aus gegeneinander verdrehbaren
Rampenringen bestehenden Aktuator 31, eine Andruckplatte 33,
einen Kupplungsinnenteil 34, ein Lamellenpaket 35 und
ein Kupplungsaußenteil 36.
Von der Längsbohrung 28 führt eine
zweite Stichbohrung 32 zum Aktuator 31, eine dritte
Stichbohrung 37 zur Kupplung 30 und eine vierte
Stichbohrung 40 zu den Nadellagern 39, auf denen
das Zahnrad 38, weil mit dem Kupplungsaußenteil
drehfest verbunden, drehbar gelagert ist.
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Das
Planetengetriebe 45 besteht aus einem mit der ersten Welle 20 drehfest
verbundenen Planetenträger 46 mit
Planetenrädern 47,
einem mit der zweiten Welle 22 drehfest verbundenen oder
einstückigen
Sonnenrad 48 und aus einem gegebenenfalls gehäusefestem
Hohlrad 49. Das Planetengetriebe 45 erhält das Schmieröl, das die
Längsbohrung 28 am linken
Ende der ersten Welle 20 verlässt und durch das Nadellager 25 hindurch
tritt. Dazu und zur Messung des Druckes in der Längsbohrung 28 ist
am Außenumfang
des Nadellagers 25 ein druckdichter Deckel 50 in
die zweite Welle 22 eingepresst. In diesen Deckel ragt
der nicht rotierende und über
Kugellager 51 zentrierte Manometer durch die Hohlwelle 22 hindurch
in den durch den druckdichten Deckel 50 gebildeten Raum.
So wird der Druck in der Längsbohrung 28,
der im Wesentlichen der von der Ölpumpe 26 erzeugte
Schmieröldruck
minus der Druckverluste ist, gemessen.
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Die
beschriebene Getriebekomponente ist mittels ihrer Lager 23,24 in
den Lagerschilden 8,8' des Gehäuses 7 gelagert, sodass
sie in diesem Gehäuse
rotieren kann. Das Gehäuse
besteht aus den beiden Lagerschilden 8,8' die im Wesentlichen
in achsnormalen Ebenen liegen, und aus einem zylindrischen Mantel 60.
Der Mantel 60 besteht aus einem durchsichtigen Werkstoff,
zum Beispiel aus Plexiglas, und ist in einer horizontalen die Drehachse
enthaltenden Ebene geteilt, was in 2 nicht
zu sehen ist. Im Inneren des zylindrischen Mantels ist eine Anzahl von
Trennwänden
(nur eine ist mit 61 bezeichnet) so angeordnet, dass sich
geeignet abgegrenzte Kammern A bis G bilden.
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Die
Kammern sind in axialer Richtung so abgegrenzt, dass sie nur das
von einem bestimmten Maschinenelement abgeschleuderte Öl auffangen. So
wird beispielsweise in Kammern A und B das Lecköl von der Ölpumpe 26 aufgefangen,
in Kammer C die durch die zweite Stichbohrung 32 zum Aktuator 31 gelangende Ölmenge,
in Kammer D die durch die dritte Stichbohrung 37 in die
Kupplung 30 gelangende Ölmenge,
in Kammer E die durch die vierte Stichbohrung 40 zur Schmierung
des Zahnrades 38 geförderte Ölmenge und
in Kammer G und F die durch das Nadellager 25 zum Planetengetriebe
strömende Ölmenge.
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Die
einzelnen Trennwände 61 sind
horizontal nicht geteilte Kreisringscheiben, deren Innendurchmesser
dem Außendurchmesser
des jeweiligen Maschinenelementes auf der Getriebekomponente 6 angepasst
und dessen Außendurchmesser
von einem O-Ring 62 oder einem dichtendem Filzring umgeben
ist, sodass jede Trennwand noch genau an den zur Bildung einer Kammer
erforderlichen Platz verschiebbar und bei geschlossenem Mantel 60 dort festgehalten
ist. Die Trennwände 61 brauchen
nicht geteilt zu sein, wenn sie beim Zusammenbau der Getriebekomponente 6 in
die Wellen aufgefädelt
werden können.
Die Ölpumpe 26 hat
einen Saugraum 54, der über
eine Leitung 53 in den Sumpf ragt und von dort ansaugt.
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Zur
Ausübung
des Verfahrens in der beschriebenen Vorrichtung wird die Getriebekomponente 6 vom
Elektromotor 3 mit verschiedenen Drehzahlen und unter verschiedenen
Betriebsbedingungen (geöffneter
oder geschlossener Kup-plung 30) betrieben, wobei der Manometer
auch Druckschwankungen beim Übergang
von einer Drehzahl bzw. einer Betriebsbedingung zur anderen anzeigt.
Für die Messung
der Ölverteilung
selbst genügt
es im einfachsten Fall, unter jeden Abfluss 12 ein skaliertes Messglas
zu stellen, sodass das Abfließen
in die Messgläser
gleichzeitig beginnt und gleichzeitig endet. Durch Vergleich der
Menge erhält
man die pro Zeiteinheit jedem einzelnen Maschinenelement zugeführte und
durch Summierung die gesamte Ölmenge.
Durch Messung der Leistungsaufnahme des Elektromotors 3 können weitere
Kenndaten, Wirkungs-grade und sonstige Erkenntnisse gewonnen werden.