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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. Abtriebszahnräder 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 hineinreichenden 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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Ein ähnlicher 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 Kraftschluss 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 A 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 A 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 hohlen Schaft und Ölbohrungen ausgebildet.
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Aus der
DE 666 159 A und der
US 3541 885 A sind weiterhin Getriebe mit Hohlwellen bekannt, die durch hohle Dehnschrauben durchsetzt sind, welche radiale Öffnungen zum Ableiten von Öl aus dem Inneren der Schraube in die Hohlwelle hinein aufweisen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeuggetriebe mit einer hohlen Welle, bei der auf dieser Welle sitzende Lagerstellen aus dem Welleninneren heraus mit Öl versorgt werden, weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Erfindungsgemäß 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 Bohrungen 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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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass zwischen einer Innenseite einer Mantelwand der hohlen Welle und einer Außenseite der Mantelwand der Dehnschraube ein Ölraum ausgebildet ist. Die Bohrungen in der Mantelwand der Dehnschraube können 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.
