DE102011087201B4

DE102011087201B4 - Inside oiled shaft

Info

Publication number: DE102011087201B4
Application number: DE102011087201.9A
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: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: DE102011087201A1

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, 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.Internally oiled shaft (1) with along a shaft axis of the shaft (1) axially offset transverse bores (3, 4, 5, 6, 7), wherein the transverse bores (3, 4, 5 ', 6', 7 ') depending on the direction of rotation on the shaft (1) are mounted so that an assistance of the oil flow of certain transverse bores (5 ', 6', 7 ') is formed by the transverse bores (5, 6, 7) whose oil flow is to be supported by a certain angle in the direction of rotation of Shaft (1) are arranged rotated about the shaft axis and the largest rotation corresponds to the largest support of the oil flow and thus the largest prioritization, characterized in that the angles between the lying on the shaft axis cutting planes of the shaft (1) on which the transverse bores (3 , 4, 5 ', 6', 7 ') are chosen so that the best possible strength value and the best stress distribution for the shaft (1) results.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine innenbeölte Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to an internally lubricated shaft according to the preamble of claim 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.For example from the Scriptures DE 35 36 069 A1 It is known that rotary shafts are used with longitudinal bore and with at least one radially extending to the longitudinal bore transverse bore for oil supply in various components in vehicles. For example, in pump-lubricated gears, shafts, main shafts and countershafts are partially drilled. These waves are also referred to as internally oiled waves. The oil transfer point of a defined pressure chamber in a drilled, internally oiled shaft is usually undefined and takes place for. B. over unsealed lid. In the wave, therefore, the pressure is not defined and the hydrostatic pressure component is subject to the hydrodynamic pressure component and other factors such. B. flow losses. For the lubrication of components on the shaft, z. B. idler bearings on gear shafts, transverse bores are provided. The transverse bores act as minipumps and are arranged over the length of the shaft in a plane passing through the shaft axis cutting plane. They lead from the longitudinal bore to the shaft outer surface in the area of the components to be oiled.

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.If, during operation, oil is transported through the shaft by the rotation prevailing in the shaft and the associated centrifugal effect, the components to be oiled are supplied with oil via the transverse bores. The transverse bores are usually placed at intervals along a section plane along the shaft. This arrangement of the transverse bores is usually due to the ease of manufacture and the associated cost savings. Other arrangements are, however, as in 1 the writing DE 10 2005 025 931 B4 shown, possible.

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.The undefined oil transfer points of the transverse bores results in the problem that supplied oil can not be completely introduced into the transverse bores of the shaft. Part of the oil bounces off.

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.Axial furthest away from the oil transfer point on the shaft input is often provided a transverse bore for oil supply to a main bearing. In the case of transmission main shafts, this can be, for example, the main shaft on the output side of the main shaft. This bearing has in comparison to a loose wheel bearing a much higher oil requirements for cooling and lubrication of the bearing. Measurements show, however, that it is precisely this oil which reaches the furthest from the oil transfer point at the shaft entrance, which receives at least oil. In particular, with additional longitudinal inclination z. As in slope, slope or gear installation, this can lead to problems. In Scripture DE 41 17 409 A1 To remedy this problem, the oil wells at the shaft entrance closest to the transverse bores were extended inwards towards the shaft axis. This is implemented by inserting a clamping sleeve.

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.The present invention has for its object to make an internally oiled shaft so that a prioritization of oil transfer points on the shaft is possible. Prioritization means that the oil flow of each hole should be supported to different degrees depending on the components to be oiled or the position of the oil transfer point on the shaft. The higher the prioritization, the stronger the flow should be supported.

Die vorliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.The present object is solved by the features of claim 1. Further embodiments and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims.

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.According to the invention it is proposed, by a rotational direction-dependent positioning of transverse bores for oil transfer from an internally lubricated shaft to be oiled components by the support of gravity to achieve support of the oil flow of the transverse bores. In this case, the transverse bores are arranged so that the bore, which is to be supported or prioritized, is twisted furthest in the direction of rotation in the direction of gravity. In addition, gravity acts in this way first depending on the direction of rotation, so that more oil can flow through the transverse bore. The angle between the least prioritized transverse bore and the most prioritized and thus the most twisted transverse bore should be a maximum of 180 °. This assists oil flow in the shaft so that the oil can flow through the shaft unaffected during the time that the 180 ° of the shaft surface is in the direction of gravity without oil wells. As soon as the 180 ° of the shaft surface with transverse bores in the effective direction of gravity subsequently show, the prioritized transverse bore benefits again from the increased flow.

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.A prioritization of multiple transverse bores is possible by arranging several transverse bores rotated by the same angle. Special components to be oiled can be located anywhere on the shaft. Due to the position of the transverse bores on the shaft, any transverse bore can be prioritized by turning it downwards in the direction of rotation, in the effective direction of gravity. The angular distance between the cutting planes passing through the shaft axis on which the transverse bores are placed should not be a divisor of 180 °.

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.Through a continuously increasing prioritization of the first, the shaft input and the oil feed point closest transverse hole to the last, the shaft input farthest transverse bore a suction in the longitudinal bore of the shaft is additionally achieved, which positively influences the oiling. If transverse bores are to be prioritized other than the furthest from the shaft input, a supportive suction effect up to at least this transverse bore can be achieved by continuously increasing prioritization up to this transverse bore.

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.By this new arrangement of the transverse bores on the shaft also strength engineering and voltage technology advantages can be achieved. This should be taken into account when designing the shaft and positioning the cross holes. Furthermore, the design of the transverse bore can affect the oil flow. By changing the transverse bore diameter or another shape of the transverse bores z. B. as a slot, the oil flow can be additionally influenced.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu den folgenden Zeichnungen:Further details emerge from the following description of the following drawings:

1: Beispielhafte Bohrungsanordnung bei einer innenbeölten Welle nach dem Stand der Technik 1 : Exemplary bore arrangement in an internally oiled shaft according to the prior art

2: Erfindungsgemäße Bohrungsanordnung 2 : Inventive bore arrangement

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.In 1 becomes an internally oiled wave 1 shown in 3-D view and cut. The shaft is with a longitudinal bore 2 provided by five transverse holes 3 . 4 . 5 . 6 and 7 connected to the shaft surface. All five cross holes 3 . 4 . 5 . 6 and 7 lie in a row or on a cutting plane of the shaft 1 , In the longitudinal bore 2 Used for lubrication of components on the shaft 1 are arranged, oil introduced. This is due to the rotating motion of the shaft 1 over the cross holes 3 . 4 . 5 . 6 and 7 led to the components to be oiled. The transverse bores act here 3 . 4 . 5 . 6 and 7 like little minipumps. Due to the location of the cross holes 3 . 4 . 5 . 6 and 7 becomes the last cross hole 7 Worst supplied with oil because of the influence of gravity on all cross holes 3 . 4 . 5 . 6 and 7 works simultaneously and thus no additional suction in the wave arises. In addition, the transverse bore engages 7 only to a limited amount of oil available, since the long flow path only a small amount of oil available to the cross hole 7 flows. Is at this point the wave 1 A component that requires extra oil for cooling or lubrication can cause problems.

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.An inventive solution to the problem is in 2 shown. Into the oiled shaft 1 oil is at the shaft entrance 9 initiated. Through a longitudinal bore 2 the oil flows to the cross holes 3 . 4 . 5 . 6 , and 7 , According to the invention, a prioritization of the transverse bores 5 . 6 and 7 be performed. This gives the transverse bore 7 the highest priority, cross hole 6 the second highest priority and cross hole 5 the third highest priority. The cross holes 3 and 4 should not be prioritized. They lie close to the wave entrance 9 and are supplied with enough oil. cross hole 7 will now be opposite to the original cross hole position in the direction of rotation 8th down, twisted the furthest in the direction of gravity compared to the other cross holes. That is, the cutting plane on which the transverse bore 7 lies, is complete with the cross hole 7 in the direction of rotation 8th rotated about the shaft axis by a maximum of 180 °. The twisted or prioritized transverse bores are each marked with a comma in the drawing. cross hole 6 becomes second furthest in the direction of rotation 8th down, twisted in the direction of gravity and the transverse bore 5 ' is after the prioritization process on a cutting plane passing through the axis of the shaft 1 runs, between transverse bore 6 ' and 4 , By this rotation, the gravity supports the oil passage in the shaft 1 and the transverse bore 7 ' Accesses the amount of oil present in the longitudinal bore per revolution prioritized. The cross holes 6 ' and 5 ' be after the cross hole 7 ' in this order, one after the other, the most heavily supported by gravity and the transverse holes 3 and 4 last together.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Wellewave
22: Längsbohrunglongitudinal bore
3, 4, 5, 6, 73, 4, 5, 6, 7: Querbohrungcross hole
5', 6', 7'5 ', 6', 7 ': priorisierte Querbohrungenprioritized cross bores
88th: Drehrichtungdirection of rotation
99: Welleneingangwave input

Claims

Internally oiled shaft ( 1 ) along a shaft axis of the shaft ( 1 ) axially offset transverse bores ( 3 . 4 . 5 . 6 . 7 ), whereby the transverse bores ( 3 . 4 . 5 ' . 6 ' . 7 ' ) Depending on the direction of rotation on the shaft ( 1 ), so that support for the oil flow of certain transverse bores ( 5 ' . 6 ' . 7 ' ) is created by the transverse bores ( 5 . 6 . 7 ), whose oil flow is to be supported, by a certain angle in the direction of rotation of the shaft ( 1 ) are arranged rotated about the shaft axis and the largest rotation corresponds to the largest support of the oil flow and thus the largest prioritization, characterized in that the angles between the cutting planes of the shaft lying on the shaft axis ( 1 ) on which the transverse bores ( 3 . 4 . 5 ' . 6 ' . 7 ' ) are chosen so that the best possible strength value and the best stress distribution for the shaft ( 1 ).

Internally oiled shaft ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the angle between cutting planes of the shaft ( 1 ) lying on the shaft axis and through the highest and lowest prioritized cross bores ( 3 . 4 . 7 ' ), maximum 180 °.

Internally oiled shaft ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the priority of the transverse bores ( 3 . 4 . 5 . 6 . 7 ) from the first to the highest priority cross-hole ( 3 . 4 . 5 . 6 . 7 ) starting from the oil inlet side ( 9 ) the wave ( 1 ) and thus up to the highest priority cross-hole ( 3 . 4 . 5 . 6 . 7 ) a suction effect in the wave ( 1 ) arises.

Internally oiled shaft ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the from an oil inlet side ( 9 ) the wave ( 1 ) axially farthest transverse bore ( 7 ) is the highest priority.

Internally oiled shaft ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the priority of the transverse bores ( 3 . 4 . 5 . 6 . 7 ) from the first to the last transverse bore ( 3 . 4 . 5 . 6 . 7 ) starting from the oil inlet side ( 9 ) the wave ( 1 ) and thus a suction effect in the wave ( 1 ) arises.

Internally oiled shaft ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the priority of a plurality of transverse bores ( 3 . 4 ) is the same.

Internally oiled shaft ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the transverse bores ( 3 . 4 . 5 . 6 . 7 ) have different diameters or a non-cylindrical shape.

Internally oiled shaft ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft ( 1 ) Is part of a transmission.