DE102016205549A1

DE102016205549A1 - Hohlwelle für eine Schmiermittelversorgung eines Schaltgetriebes

Info

Publication number: DE102016205549A1
Application number: DE102016205549.6A
Authority: DE
Inventors: Daniel Löwe; Stefan Simon
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2017-10-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle (10) mit einer Schmiermittelversorgung für ein Schaltgetriebe, wobei eine Innenwandung (14) der Hohlwelle (10) einen Innenraum (12) der Hohlwelle (10) begrenzt, wobei ein Schmiermitteldurchlass (18) der Hohlwelle (14) eine Fluidverbindung (18) vom Innenraum (14) nach außen herstellt, wobei an der Innenwandung (14) eine Fluidwiderstandstruktur (24) durch radiale Erhebung (30) oder Vertiefung (26) ausgebildet ist, die mit wenigstens einem Schmiermitteldurchlass (18) zusammenwirkt. Zudem sind ein Verfahren und ein Schmiedeverfahren zur Herstellung einer solchen Hohlwelle beschrieben

Description

Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle für eine Schmiermittelversorgung eines Schaltgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle sowie ein Schmiedeverfahren zur Herstellung einer Hohlwelle mit einer Fluidwiderstandstruktur.
Eine gattungsgemäße Hohlwelle ist in der DE 10 2008 052 772 A1 offenbart. Innerhalb der Hohlwelle ist ein axial durchgehender Innenraum ausgebildet, der von einer Hohlwelle umschlossen ist. Dabei sind in die Hohlwelle Schmiermitteldurchlässe eingebracht, die den Innenraum der Hohlwelle ausgehend von einer Innenwandung der Hohlwelle nach radial außen verbinden. Dadurch kann ein Schmiermittel in axialer Richtung in die Hohlwelle eingebracht und durch die Schmiermitteldurchlässe nach radial außen geführt und zur Schmierung weiterer Bauteile verwendet werden. Das Schmiermittel wird aufgrund der Rotation der Hohlwelle nach radial außen gedrückt, so dass dieses radial außen an der Innenwandung der Hohlwelle in axialer Richtung entlangläuft und durch die Schmiermitteldurchlässe nach außen abgegeben wird. Dabei fließt das Schmiermittel zu einem Großteil an dem Schmiermitteldurchlass vorbei, wobei der Schmiermitteldurchlass zudem teilweise überströmt wird, so dass eine entsprechende Mindestmenge an Schmiermittel zugeführt werden muss, um eine gleichmäßige und dauerhafte Schmiermittelversorgung zu gewährleisten.
Zudem ist in der WO 05063421 A1 ein Schmiedeverfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers aus einem Rohling offenbart. Dabei ist der Rohling axial fest in einer Aufnahme eingespannt. Der Rohling wird durch die Aufnahme einem Schmiedewerkzeug sowie einem Formwerkzeug zugeführt. Dabei wird durch einen Schmiedeprozess des Schmiedewerkzeuges der Rohling an das Formwerkzeug formschlüssig angeformt, so dass ein zylindrischer Hohlkörper entsteht.
Es ist daher Aufgabe eine Hohlwelle bereit zu stellen, bei der eine verbesserte und gleichmäßigere Schmiermittelversorgung der Schmiermitteldurchlässe über die Innenwandung der Hohlwelle gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Hohlwelle gemäß dem vollständigen Patentanspruch 1. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsvarianten.
Die Hohlwelle ist hierbei für eine Schmiermittelversorgung eines Schaltgetriebes, insbesondere ein Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug, geeignet. Dabei wird ein Innenraum der Hohlwelle, der vorzugsweise axial durchgängig ausgebildet ist, durch eine Innenwandung begrenzt. Dem Innenraum wird hierbei günstigerweise aus einer axialen Richtung bzw. von einem axialen Ende der Hohlwelle ausgehend Schmiermittel in den Innenraum zugeführt. Dieses Schmiermittel wird aufgrund der Rotation der Hohlwelle nach radial außen an die Innenwandung der Hohlwelle gedrückt und läuft daher innerhalb der Hohlwelle an dieser Innenwandung in axialer Richtung entlang. Dabei ist an der Hohlwelle zumindest ein Schmiermitteldurchlass ausgebildet, der eine Fluidverbindung von dem Innenraum nach radial außen herstellt, wobei ein Teil des vorbeiströmenden Schmiermittels durch Schmiermitteldurchlass nach radial außen zur Schmierung weiterer Bauteile, beispielsweise einem Wälzlager oder Anlaufflächen eines Synchronkörpers, geführt wird. Der Schmiermitteldurchlass stellt im Wesentlichen eine Fluidverbindung zwischen einem Innenraum und einem Außenraum, der radial außerhalb der Welle liegt, her. Der Schmiermitteldurchlass kann beispielsweise durch eine Bohrung in radialer Richtung ausgebildet sein.
Dabei ist an der Innenwandung eine Fluidwiderstandstruktur durch zumindest eine radiale Erhebung, insbesondere einen Steg, oder zumindest eine Vertiefung, beispielsweise eine Nut, ausgebildet. Diese Fluidwiderstandstruktur wirkt mit dem Schmiermitteldurchlass zusammen. Die Fluidwiderstandstruktur überhöht hierbei im Wesentlichen einen Flusswiderstand entlang der Axialrichtung der Hohlwelle für das Schmiermittel. Die Fluidwiderstandstruktur ist dabei korrespondierend zu dem Schmiermitteldurchlass angeordnet, insbesondere axial überlappend oder axial benachbart, sodass das Schmiermittel im Wesentlichen länger an oder innerhalb der Fluidwiderstandstruktur und somit dem Schmiermitteldurchlass verbleibt. Auf Grund dessen wird ein verbesserter Zufluss von Schmiermittel zu dem Schmiermitteldurchlass gewährleistet. Die radiale Erhebung oder radiale Vertiefung der Fluidwiderstrandstruktur ist in Bezug auf die benachbarten Bereiche der Hohlwelle zu sehen, insbesondere in Bezug auf eine Stufe einer mehrstufigen Hohlwelle mit einer mehrstufigen Innenwandung. Im Wesentlichen ist die Fluidwiderstandstruktur an der Innenwandung durch eine radiale Erhebung oder eine radiale Vertiefung ausgebildet, wobei die Fluidwiderstandstruktur dabei in Umfangsrichtung teilweise oder vollständig an der Innenwandung umlaufen kann. Eine teilweise umlaufende Fluidwiderstandstruktur ist dabei vorzugsweise in demselben Umfangsabschnitt an der Innenwandung angeordnet wie der zugehörige Schmiermitteldurchlass. Dabei kann eine Fluidwiderstandstruktur gegebenenfalls mit mehreren Schmiermitteldurchlässen zusammenwirken.
Eine derartige Fluidwiderstandstruktur ist insbesondere bei Hohlwellen von Vorteil, deren Innenwandung mehrstufig ausgebildet ist. Dabei weist die Innenwandung mehrere axial zueinander angeordnete Stufen mit verschiedenen Durchmessern auf. Durch derartige mehrstufige Ausführung der Innenwandung kann einerseits ein geringes Gesamtgewicht der Hohlwelle erreicht werden. Jedoch fliest das Schmiermittel aufgrund der Zentrifugalkraft in die radial äußersten Bereiche der Innenwandung. Dabei ist eine Fluidwiderstandstruktur und der zugehörige Schmiermitteldurchlass auf einer inneren Stufe angeordnet, die innerhalb der äußersten Stufe bzw. der Stufe mit größtem Durchmesser ausgebildet ist.
Ebenso kann der Innenraum axial durchgehend an der Hohlwelle ausgebildet sein, oder die Hohlwelle bildet mehrere, vorzugsweise axial zueinander angeordnete Innenräume aus.
Ein Nut oder ein Steg kann hierbei, muss aber nicht zwingend als scharfkantiger Übergang zu verstehen. Gegebenenfalls kann eine entsprechende Nut oder ein entsprechender Steg auch durch weiche Übergänge in Form von Übergangsradien gemeint sein.
In einer Ausführungsvariante ist die Fluidwiderstandstruktur an der Hohlwelle durch ein Fluidreservoir ausgebildet oder begrenzt ein Fluidreservoir zumindest teilweise.
Die Fluidwiderstandstruktur kann beispielsweise durch eine Vertiefung, beispielsweise eine Nut, ausgebildet sein, wodurch die Fluidwiderstandstruktur selbst das Fluidreservoir bildet. Dabei wird das Fluidreservoir durch das an der Innenwandung entlangströmende Schmiermittel zumindest teilweise aufgefüllt, so dass für einen zugehörigen Schmiermitteldurchlass im Wesentlichen ein vergrößerter Aufnahmebereich für Schmiermittel gegeben ist. Dabei ist durch das vergrößerte Aufnahmevolumen bzw. die vergrößerte Aufnahmefläche eine gleichmäßige Schmiermittelversorgung auch bei sparsamer Schmiermittelzufuhr in die Hohlwelle gewährleistet. Ebenso verbleibt bei einem Stillstand der Hohlwelle, beispielsweise bei abgeschaltetem Fahrzeug, zumindest ein Teil des Schmiermittels innerhalb des Fluidreservoirs, welches bei einem Startvorgang für einen Initialschmierung zur Verfügung steht.
In einer anderen Variante ist die Fluidwiderstandstruktur durch eine Erhöhung, beispielsweise einen Steg, ausgeführt. Dabei begrenzt die Fluidwiderstandstruktur das Fluidreservoir zumindest teilweise, günstigerweise axial benachbart zu dem Schmiermitteldurchlass in Umfangsrichtung umlaufend. Das anströmende Schmiermittel muss hierbei im Wesentlichen die Erhöhung, also die Fluidwiderstandstruktur überströmen, so dass der Fluss des Schmiermittels in axialer Richtung zumindest gebremst wird. Der Schmiermitteldurchlass ist dadurch sicher mit Schmiermittel versorgt. Das Fluidreservoir ist günstiger Weise beidseitig oder umfangsseitig durch eine Erhöhung begrenzt, wobei sich die weitere axiale Begrenzung beispielsweise durch einen Übergang von einer Stufe zu einer anderen Stufe der Innenwandung ausgebildet ist. Das Schmiermittel kann hierbei die Fluidstruktur gegebenenfalls direkt überströmen oder muss die Fluidwiderstandstruktur nach radial innen, hinsichtlich der Hohlwelle, soweit mit Schmiermittel auffüllen, dass es diese überströmen kann.
Günstiger Weise ist die Fluidwiderstandstruktur durch eine Vertiefung, insbesondere durch eine Nut, ausgebildet, wobei sich der Schmiermitteldurchlass ausgehend von der Fluidwiderstandstruktur nach radial außen erstreckt.
Dabei bildet die Fluidwiderstandstruktur hierbei das Fluidreservoir aus. Mit anderen Worten überlappen sich die Fluidwiderstandstruktur bzw. das Fluidreservoir mit dem Schmiermitteldurchlass in axialer Richtung. Der Schmiermitteldurchlass ist hierbei im Wesentlichen innerhalb des Fluidreservoirs angeordnet. Ist die Fluidwiderstandstruktur lediglich teilweise umlaufend an der Innenwandung ausgebildet, so überlappen sich die Fluidwiderstandstruktur bzw. das Fluidreservoir mit dem Schmiermitteldurchlass auch in Umfangsrichtung.
Alternativ ist die Fluidwiderstandstruktur durch eine Erhebung ausgebildet, insbesondere durch einen Steg, wobei sich der Schmiermitteldurchlass ausgehend von dem Fluidreservoir oder axial benachbart zu der Fluidwiderstandstruktur nach radial außen erstreckt.
Die Fluidwiderstandstruktur begrenzt hierbei das Fluidreservoir zumindest teilweise. Der Schmiermitteldurchlass ist dabei innerhalb des Fluidreservoirs angeordnet, wobei die Fluidwiderstandstruktur axial benachbart zu dem Schmiermitteldurchlass angeordnet ist. Auch hierbei ist eine entsprechende Initialschmierung bei einem Startvorgang gewährleistet. Mit besonderem Vorteil läuft die Fluidwiderstandstruktur oder das Fluidreservoir teilweise oder auch vollständig an der Innenwandung der Hohlwelle um.
Es wird zudem vorgeschlagen, dass die Fluidwiderstandstruktur oder das Fluidreservoir zumindest teilweise oder vollständig an der Innenwandung der Hohlwelle um den Schmiermitteldurchlass umläuft.
Die Fluidwiderstandstruktur oder das Fluidreservoir ist hierbei quer zur Axialrichtung bzw. um die Axialrichtung herum günstiger Weise vollständig umlaufend ausgeführt. Die Fluidwiderstandstruktur oder das Fluidreservoir kann beispielsweise auch über einen Winkelbereich teilweise an der Innenwandung der Hohlwelle umlaufen.
Eine Hohlwelle mit einer derartigen Fluidwiderstandstruktur kann durch verschiedene Verfahren hergestellt werden. Ein Problem kann insbesondere auftreten, wenn beispielsweise ein materialabtragendes Werkzeug zur Ausbildung einer Nut verwendet werden soll, dieses jedoch aufgrund seiner Abmessungen bei einer vollendeten Welle nicht in eine axiale Versorgungsöffnung der Hohlwelle eingeführt werden kann.
Mit besonderem Vorteil ist der Innenraum der Hohlwelle mehrstufig ausgebildet ist und die Fluidwiderstandstruktur und der zugehörige Schmiermitteldurchlass auf einer inneren Stufe angeordnet, die innerhalb der äußersten Stufe ausgebildet ist.
Das Schmiermittel sammelt sich nach überströmen der inneren Stufen an der Stufe mit größtem Durchmesser. Somit ist es von besonderem Vorteil an den inneren Stufen eine verbesserte Schmiermittelversorgung bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe ist es daher ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Hohlwelle mit einer Fluidwiderstandstruktur bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle mit einer Fluidwiderstandstruktur gemäß dem Patentanspruch 7 gelöst.
Die gemäß dem Verfahren hergestellte Hohlwelle ist dabei günstiger Weise nach zumindest einer der vorherigen Ausführungen oder nach einem der Patentansprüche 1 bis 6 ausgebildet. Dabei wird in die Hohlwelle ein materialabtragendes Werkzeug entlang der Axialrichtung der Hohlwelle, oder durch den Schmiermitteldurchlass in den Innenraum eingebracht. Die Hohlwelle ist dabei mit Vorzug bereits in deren endgültigen Form ausgebildet. Gegebenenfalls kann sich die Hohlwelle auch in einem Zustand zwischen einem Rohling und der endgültigen Form befinden, wobei sich dementsprechend nach dem einbringen der Fluidwiderstandstruktur noch weitere Arbeitsschritte anfügen. Das materialabtragende Werkzeug wird hierbei günstiger Weise in bzw. durch eine Öffnung der Hohlwelle in den Innenraum eingebracht. Dementsprechend wird die Fluidwiderstandstruktur, insbesondere in Form einer Nut, durch Materialabtrag in die Hohlwelle eingebracht. Dabei kann die Fluidwiderstandstruktur bereits durch das Einbringen des Werkszeugs in die Hohlwelle, beispielsweise durch Bohren, hergestellt werden. Alternativ kann die Fluidwiderstandstruktur durch das materialabtragende Werkzeug nach deren einbringen erzeugt werden. Die Fluidwiderstandstruktur kann beispielsweise durch Bohren, Drehen oder Fräsen von Statten erzeugt werden.
Die vorstehende Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 8 gelöst.
Auch hier ist die Hohlwelle vorzugsweise gemäß zumindest einer der vorherigen Ausführungen oder gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 6 ausgebildet. Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle mit einer Fluidwiderstandsstruktur wird ein Rohling von außen durch eine Schmiedewerkzeug materialverformend bearbeitet, wobei innerhalb des Rohlings ein Formwerkzeug, insbesondere ein Dorn, um den der Rohling herum geschmiedet wird, angeordnet ist. Der Rohling formt sich während des Schmiedevorgangs im Wesentlichen an den Dorn und dessen Form an. Dabei wird der Rohling zumindest teilweise in die Endform der Hohlwelle geschmiedet. Die Hohlwelle weist hierbei günstiger Weise eine zumindest zweistufige Innenwand auf. Diese mehrstufige Innenwand hat insbesondere den Vorteil der Gewichtsersparnis. In die teilgefertigte Welle wird nun ein materialabtragendes Werkzeug eingebracht. Durch das Unterbrechen des Schmiedevorgangs kann somit eine weitere Bearbeitung der Innenwandung der Hohlwelle zum Einbringen der Fluidwiderstandstruktur von statten gehen. Das materialabtragende Werkzeug wird dabei günstiger Weise von der noch unvollendeten Endseite der Hohlwelle ausgehend entlang der Axialrichtung in den Innenraum eingebracht. Dementsprechend wird anschließend die Fluidwiderstandstruktur in die Hohlwelle eingebracht. Auch hierbei kann der Materialabtrag beispielsweise durch Bohren, Drehen oder Fräsen hergestellt werden. Nach dem Einbringen der Fluidwiderstandstruktur wird die Hohlwelle mit Hilfe des Schmiedewerkzeuges und gegebenenfalls mit Hilfe des Formwerkzeugs oder auf andere Art und Weise in einem oder in mehreren Arbeitsschritten in deren Endform gefertigt.
Der Schmiedeprozess kann hierbei beispielsweise an einer axialen Endseite oder auch ausgehend von einer Mitte des Rohlings bzw. der herzustellenden Hohlwelle beginnen. Das Einbringen der Fluidwiderstandstruktur durch Materialabtrag geschieht nun bevor die Öffnungen der Hohlwelle durch den Schmiedevorgang im Durchmesser oder in deren Abmeldungen zu klein für das materialabtragende Werkzeug werden.
Die vorstehende Aufgabe wird zudem durch ein Schmiedeverfahren zur Herstellung einer Hohlwelle mit einer Fluidwiderstandstruktur gemäß dem Patentanspruch 9 gelöst.
Die Hohlwelle ist dabei günstiger Weise gemäß zumindest einer der vorherigen Ausführungen oder gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 6 ausgebildet. Dabei wird ein Rohling von außen durch ein Schmiedewerkzeug materialverformend bearbeitet und innerhalb des Rohlings ist ein axial verschiebbares Formwerkzeug, insbesondere ein Dorn, axial unbeweglich gegenüber dem Rohling angeordnet. Der Rohling wird dabei während des Schmiedevorgangs durch das Schmiedewerkzeug an das Formwerkzeug formschlüssig angeformt bzw. um dieses herum geformt. Das Formwerkzeug legt hierbei im Wesentlichen die Struktur der Innenwandung bzw. des Innenraums der Hohlwelle fest.
Insbesondere kann durch das Formwerkzeug eine mehrstufige Innenwandung erzeugt werden. Dafür ist das Formwerkzeug günstiger Weise ebenfalls mehrstufig, also mit mehreren radial zueinander angeordneten Stufen ausgebildet. In einer anderen Ausführungsvariante kann das Formwerkzeug während des Herstellungsprozesses auch mehrfach während des Schmiedevorgangs ausgetauscht werden.
Das Formwerkzeug wird im Weiteren dann axial relativ zu dem Rohling bewegt, so dass zwischen dem Formwerkzeug und dem Rohling ein Freiraum entsteht, der durch den weiteren Schmiedeprozess teilweise mit Material gefüllt wird, so dass an der Innenwandung der Hohlwelle eine Fluidwiderstandstruktur, insbesondere ein Fluidreservoir ausgebildet wird.
Durch die axiale Verschiebung des Formwerkzeugs gegenüber dem Rohling wird ein Freiraum innerhalb der Hohlwelle freigegeben, der durch den voranschreitenden Schmiedeprozess durch Materialverdrängung an dem Rohling mit Material gefüllt wird. Dabei ist die Kontur, insbesondere mögliche Radien die entlang der Innenwandung erzeugt werden kann, auch von der Relativanordnung des Rohlings, des Formwerkzeugs sowie des Schmiedewerkzeugs zueinander abhängig. Die Fluidwiderstandstruktur ist dabei nach einer der obigen Ausführungsvarianten ausgebildet.
Im Vergleich mit den materialabtragenden Erzeugungsvarianten sind hierbei jedoch nicht derart scharfe Übergänge möglich. Im Wesentlichen ist die Fluidwiderstandstruktur durch kontinuierliche Übergangsradien geprägt.
Die Hohlwelle sowie die Verfahren bzw. das Schmiedeverfahren zur Herstellung der Hohlwelle soll im Weiteren beispielhaft anhand mehrerer Figuren hergestellt werden. Es zeigen:
1 eine Hohlwelle mit einer mehrstufigen Innenwandung und einem mehrstufigem Innenraum;
2 ein Teilausschnitt einer Hohlwelle im Längsschnitt;
3 einen Teilausschnitt einer Hohlwelle im Längsschnitt in einer zweiten Ausgestaltung;
4 einen Teilausschnitt einer Hohlwelle im Längsschnitt in einer dritten Ausgestaltung;
5 einen Teilausschnitt einer Hohlwelle im Längsschnitt in einer vierten Ausgestaltung;
6 einen Teilausschnitt einer Hohlwelle im Längsschnitt in einer fünften Ausgestaltung;
7 einen Teilausschnitt einer Hohlwelle im Längsschnitt in einer sechsten Ausgestaltung;
8 die Hohlwelle aus 7 in einem zweiten Längsschnitt;
9 einen Teilausschnitt einer Hohlwelle im Längsschnitt in einer siebten Ausgestaltung,
10 ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Herstellung einer Hohlwelle in einer ersten Ausgestaltung,
11 ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Herstellung einer Hohlwelle in einer zweiten Ausgestaltung, und
12 ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Herstellung einer Hohlwelle in einer dritten Ausgestaltung.
In 1 ist eine Hohlwelle 10 mit einem Innenraum 12 dargestellt. Der Innenraum 12 ist hierbei durch eine Innenwandung 14 nach radial außen begrenzt. Dabei wird an dem axialen Ende der Hohlwelle 10 dem Innenraum 12 an entsprechenden Versorgungsöffnungen 16 Schmiermittel eingebracht. Das Schmiermittel fließt aufgrund der Rotationsbewegung der Hohlwelle 10 radial außen an der Innenwandung 14 entlang. Dabei überströmt dies mehrere Schmiermitteldurchlässe 18 entlang der Axialrichtung der Hohlwelle 10. Die Hohlwelle 10 bzw. die Innenwandung 14 ist hierbei stufenförmig mit mehreren Stufen 20 ausgebildet. Dabei fließt das Schmiermittel entlang der ersten Stufe 20a über die zweite Stufe 20b hin zur dritten Stufe 20c und sammelt sich an der radial äußersten Stufe der Innenwandung 14, hier der Stufe 20c. Die erste Stufe 20a weist hierbei den geringsten Durchmesser auf, der zur zweiten Stufe 20b und zur dritten Stufe 20c jeweils weiter ansteigt. Dabei bildet die dritte Stufe 20c hierbei die äußersten Stufe 20c bzw. die Stufe mit größtem Durchmesser, wobei die erste Stufe 20a und die zweite Stufe 20b einen geringeren Durchmesser als die dritte Stufe 20c aufweisen und somit als innere Stufen 20a und 20b bezeichnet werden. Das Schmiermittel überströmt hierbei wie bereits erwähnt mehrere Schmiermitteldurchlässe 18. Dabei wird stets ein Teil des Schmiermittels nach radial außen über die Schmiermitteldurchlässe 18 zu weiteren Bauteilen, die an oder radial außerhalb der Hohlwelle angeordnet sind, befördert. Ein jeweiliger Schmiermitteldurchlass 18 stellt hierbei eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum 12 und einem radial äußeren Raum 22 her.
In den weiteren Figuren sind entsprechende Fluidwiderstandstrukturen 24 dargestellt, die mit einem jeweiligen Schmiermitteldurchlass 18 zusammenwirken und an einer entsprechenden Hohlwelle, wie der in 1 gezeigten Hohlwelle 10, ausgeführt sind.
Dabei zeigt die 2 eine Hohlwelle 10, die symmetrisch um eine Rotationsachse A ausgebildet ist. Dabei ist eine Fluidwiderstandstruktur 24 an der Innenwandung 14 der zweiten Stufe 20b ausgebildet. Die Fluidwiderstandstruktur 24 ist hierbei durch eine Vertiefung 26 bzw. eine Nut 26 ausgebildet, wobei die Fluidwiderstandstruktur 24 bzw. die Vertiefung 26 ein Fluidreservoir 28 ausbilden. Der Schmiermitteldurchfluss 18 und die Fluidwiderstandstruktur 24 stehen dabei miteinander in Wirkverbindung und sind an der inneren Stufe 20b angeordnet.
Die Fluidwiderstandstruktur 24 ist hierbei beispielsweise durch einen materialabtragenden Prozess, insbesondere durch einen Drehprozess durch Materialentfernung erzeugt. Dabei ist die Fluidwiderstandstruktur 24 an der Hohlwelle, insbesondere an der Innenwandung 14 gegenüber der Axialrichtung A vollständig umlaufend ausgebildet. Die Fluidwiderstandstruktur kann gegebenenfalls auch lediglich teilweise an der Hohlwelle umlaufend ausgebildet sein, insbesondere um einen Umlaufwinkel zwischen 10 und 359 Grad.
Das Schmiermittel strömt hierbei entlang der ersten Stufe 20a zu der zweiten Stufe 20b. Dabei überströmt ein Teil des Schmiermittels die Fluidwiderstandstruktur 24 und ein anderer Teil verbleibt innerhalb der Fluidwiderstandstruktur 24. Das Schmiermittel, welches die Fluidwiderstandstruktur 24 überströmt, kann hier bei der dritten Stufe 20d zufließen und gegebenenfalls weitere Schmiermitteldurchlässe mit Schmiermittel versorgen. Das innerhalb der des Fluidreservoirs 28 aufgefangene Schmiermittel wird hierbei für die für den Schmiermitteldurchlass 18 bereitgestellt. Dabei führt der Schmiermitteldurchlass 18 ausgehend von der Fluidwiderstandstruktur 24 bzw. des Fluidreservoir 28 oder der Vertiefung 26 eine Fluidverbindung 18 zwischen dem Innenraum und dem äußeren Raum 22 dar. Hierdurch ist eine verbesserte Versorgung des Schmiermitteldurchlasses 18 mit Schmiermittel gewährleistet. Der Schmiermitteldurchlass ist hierbei durch eine Bohrung 18 in radialer Richtung ausgebildet.
3 zeigt eine weitere Variante der Fluidwiderstandstruktur 24. Dabei ist die Fluidwiderstandstruktur 24 bzw. das Fluidreservoir 28 oder die Vertiefung 26 hierbei direkt während des Schmiedens der Hohlwelle 10 eingebracht. Hierbei ist beispielhaft ein Schmiedewerkzeug 32 und ein Formwerkzeug 34 dargestellt. Das Formwerkzeug 34 ist hierbei in Form eines Dorns ausgebildet. Das Formwerkzeug 32 ist hierbei mehrstufig ausgeführt.
Dabei ist zur Verdeutlichung des Herstellungsverfahrens der Dorn einmal in strichpunktierter Form 32a in einer ersten Position sowie mit durchgezogener Linie 34b in einer zweiten Position dargestellt. Selbiges gilt für das Schmiedewerkzeug 32. Dabei wird die Hohlwelle 10 durch das Schmiedewerkzeug 32a, welches den Rohling entlang der Außenkontur des Rohlings R bearbeitet, geformt. Während des Schmiedeprozesses formt sich der ursprüngliche Rohling R an das Formwerkzeug 34a an.
Mit axial fortschreitendem Schmiedeprozess, insbesondere dem axialen Fortschreiten des Schmiedewerkzeugs 32b an dem Rohling R bzw. der teilgefertigten Hohlwelle 10 wird das Formwerkzeug 34 in die Position 34b axial zu dem Rohling verschoben. Dadurch entsteht ein Freiraum F zwischen der Hohlwelle 10 bzw. dem Rohling R und dem Formwerkzeug 34b durch das fortschreitende Schmieden wird ein Anteil des Materials des Rohlings R wieder in den Freiraum F geführt bzw. verdrängt. Dabei wird die Innenwandung 14 des Rohlings R zunächst von der ersten Stufe 20a auf die zweite Stufe 20b aufgeweitet, wobei durch das axiale Verschieben des Formwerkzeugs 34b und den nun freigegebenen Freiraum F ein Zurückfließen bzw. Einfließen von Material zur Erzeugung der Fluidwiderstandstruktur 24 ermöglicht wird.
Die Fluidwiderstandstruktur 24 ist hierbei durch eine radiale Erhebung oder radiale Erhöhung 30, insbesondere durch einen Steg 30, dargestellt. Dabei wird das Fluidreservoir 28 einerseits von der Fluidwiderstandstruktur 24 und andererseits von dem Übergang 21a der Stufe 20a auf die Stufe 20b in axialer Richtung begrenzt. Das Fluidreservoir 28 ist hierbei ebenso in Umfangsrichtung vollständig umlaufend ausgebildet. Man erkennt, dass die Erhebung der Fluidwiderstandstruktur 24 durch relativ große Radien bestimmt ist, die eine fließende Kontur der Innenwandung 14 bereitstellt, wobei bei der Hohlwelle 10 der 2 eine vergleichsweise scharfe Abgrenzung durch den materialabtragenden Werkzeugeinsatz möglich ist. Hierdurch kann der Fluss des Schmiermittels ebenso beeinflusst werden. Der Schmiermitteldurchlass 18 verläuft hierbei an der Innenwandung 14 von dem Fluidreservoir 28 ausgehend nach radial außen. Dabei ist der Schmiermitteldurchlass 18 axial benachbart zu der Fluidwiderstandstruktur 24 angeordnet, wobei der Schmiermitteldurchlass 18 das Fluidreservoir 28 axial überlappt. Auch hierbei wird das Fluidreservoir 28 zumindest teilweise mit Schmiermittel aufgefüllt, welches dem Schmiermitteldurchlass 18 zur Versorgung bereitsteht. Ebenso wird durch das Fluidreservoir 28 eine Initialschmierung bereitgestellt.
In 4 ist eine weitere Variante der Fluidwiderstandstruktur gemäß der 3 gezeigt. Hierbei ist das Fluidreservoir 28 durch Materialabtrag in die Innenwandung der Hohlwelle eingebracht. Die Fluidwiderstandstruktur 24 ist hierbei an der Stufe 20b durch eine Erhebung 30 bzw. einen Steg 30 ausgebildet. Die Erhebung 30 ist hierbei gegenüber den benachbarten Anteilen der Stufe 20b ausgebildet. Man erkennt, dass bei der mechanischen Bearbeitung eine wesentlich steilere Flanke bzw. ein wesentlich steilerer Anstieg der Fluidwiderstandstruktur 24 möglich ist, der den Schmiermittelfluss in axialer Richtung effektiver abbremst. Die Fluidwiderstandstruktur 24 in 4 kann beispielswiese über ein materialabtragendes Werkzeug 36 in die Hohlwelle 10 eingebracht werden. Dies kann beispielsweise durch ein Drehwerkzeug 36, insbesondere einen Drehmeißel 36 geschehen.
In 5 ist eine weitere Fluidwiderstandstruktur 24 einer Hohlwelle 10 gezeigt, hergestellt durch Umformprozesse während des Schmiedens der Hohlwelle. Dabei ist die Fluidwiderstandstruktur in Form einer Stauwand 30a ausgebildet, die gemäß der vorliegenden Ausführungen durch den Umform- bzw. Schmiedeprozess hergestellt werden kann. Man erkennt, dass die Fluidwiderstandstruktur 24, 30 hierbei durch weiche Übergangsradien ausgebildet ist. Das Fluidreservoir 28 ist hierbei etwas breiter ausgebildet als in 3, so dass eine größere Menge an Schmiermittel für den Schmiermitteldurchlass vorgehalten werden kann. Dabei fließt ein Schmiermittel entlang der Stufe 20a über den Übergang 21a in das Fluidreservoir 28. Sobald dieses Schmiermittel aufgeführt ist kann überflüssiges Schmiermittel über den Übergang 21b weiter zur Stufe 20c fließen.
Wiederum mit Bezug zu 4 ist auszuführen, dass zum Einbringen der Fluidwiderstandstruktur 24 in die Innenwandung 14 der Hohlwelle 10 es beispielsweise von Vorteil sein kann, wenn die Hohlwelle 10 aus dem Rohling R lediglich zum Teil geschmiedet ist, dann die Fluidwiderstandstruktur 24 eingebracht wird, und anschließend die Hohlwelle 10 in deren Endform geschmiedet wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das in die Hohlwelle 10 einzubringende Werkzeug zu groß ist, um durch eine der vorhandenen Öffnungen, insbesondere der Versorgungsöffnung 16 sowie einen Schmiermitteldurchlass 18, zu gelangen. Dabei ist in 1 beispielhaft eine strichpunktierte Markierung 38 eingebracht. Die Hohlwelle wird dementsprechend von einem axialen Ende aus geschmiedet, hierbei in der Figur von links aus gesehen, bis zu dem der Markierung 38. Anschließend wird das Werkzeug, insbesondere das materialabtragende Werkzeug 36 eingebracht, die Fluidwiderstandstruktur 24 in den Innenraum eingebracht und anschließend die Hohlwelle zu Ende geschmiedet. Gegebenenfalls kann die Hohlwelle 10 auch von einer etwaigen Mitte des Rohlings R einseitig nach axial außen geschmiedet werden, wobei die Fluidwiderstandstruktur 24 eingebracht wird, bevor die andere axiale Seite der Hohlwelle 10 hergestellt wird.
6 zeigt eine weitere Variante einer Fluidwiderstandstruktur 24 an einer Hohlwelle 10. Dabei ist ein Schmiermitteldurchlass an einem axialen Ende der Hohlwelle angeordnet. Insbesondere auf der radial inneren Stufe bzw. der Stufe 20 mit dem geringsten Durchmesser. Die Fluidwiderstandstruktur 24 wird hierbei durch ein materialabtragendes Werkzeug 36, insbesondere ein Bohrer oder ein Fräser während des Werkzeugs 36 direkt erzeugt. Die Fluidwiderstandstruktur 24 ist hierbei als Vertiefung, insbesondere als Fluidreservoir 28 ausgebildet.
In der Zusammenschau der 7, 8 und 9 ist eine weitere Variante dargestellt. Dabei ist die Fluidwiderstandstruktur 24 an den Schmiermitteldurchlass 18 umlaufend ausgebildet, insbesondere teilweise umlaufend entlang der Innenwandung 14 der Hohlwelle 10. Hierfür wird beispielsweise ein materialabtragendes Werkzeug 36 durch den Schmiermitteldurchlass 18 eingebracht und das Material der Fluidwiderstandstruktur 24, hierbei als Vertiefung 26 oder Nut 26 sowie als Fluidreservoir 28, ausgebildet, abgetragen. Der Materialabtrag kann hierbei zylinderförmig, gezeigt in 7, oder auch kegelförmig, dargestellt in 9, ausgebildet sein.
In den 10, 11 und 12 sind zudem Ablaufschemata für die erläuterten Herstellungsverfahren dargestellt. Dabei wird gemäß 10 in einem ersten Schritt 50 ein Werkzeug in die Hohlwelle 10 eingebracht. Das Einbringen kann hierbei beispielsweise durch eine Versorgungsöffnung 16 oder einen Schmiermitteldurchlass 18 erfolgen. Dieses materialabtragende Werkzeug 36 wird gemäß Schritt 52 verwendet, um innerhalb der Hohlwelle 10 die Fluidwiderstandstruktur 24 durch Materialabtrag an der Innenwandung 14 zu erzeugen. Diese Verfahren kann an einer vollständig gefertigten oder an einer zum Teil gefertigten Hohlwelle ausgeführt werden.
Gemäß 11 wird bei einem weiteren Herstellungsverfahren nach Schritt 70 ein Rohling R in eine Zwischenform geschmiedet. In diese Zwischenform wird gemäß Schritt 72 entsprechend ein materialabtragendes Werkzeug 36 eingebracht, insbesondere nach einer der zuvor erläuterten Varianten. Anschließend wird nach Schritt 74 die Fluidwiderstandstruktur 24 durch materialabtrag innerhalb der Hohlwelle 10 erzeugt. Im Weiteren kann die Zwischenform durch weitere Bearbeitung, insbesondere durch Schmieden, zu der endgültigen Hohlwelle 10 gefertigt werden. Ebenso kann der Rohling nach Schritt 74 auch in eine zweite Zwischenform gebracht werden, wobei die weiteren Schritte wieder bei Schritt 70 beginnen.
In 12 ist noch ein weiteres Verfahren beschrieben. Dabei wird ein Rohling R nach Schritt 90 schmiedend bearbeitet, wobei der Rohling R insbesondere durch ein Schmiedewerkzeug 32 um ein Formwerkzeug 34, welches den Innenraum definiert, herum geschmiedet wird. Gemäß Schritt 92 wird das Formwerkzeug relativ zu dem Rohling in axialer Richtung verschoben und anschließend nach Schritt 94 das Schmieden fortgesetzt. Durch den erzeugten Freiraum zwischen dem Rohling R und dem Formwerkzeug 34 wird durch den weiteren Schmiedevorgang eine Fluidwiderstandstruktur 24 erzeugt. Dabei kann die relative Verschiebung des Formwerkzeugs 34 in axialer Richtung gegenüber dem Rohling R auch mehrfach bewirkt werden, sodass die Schritte 90 und 92 mehrfach nacheinander ausgeführt werden. Gegebenenfalls kann auch eine kontinuierliche axiale Verschiebung des Formwerkzeugs 34 gegenüber des Rohlings R während des Schmiedeprozesses von Vorteil sein. Nach einem oder nach mehreren Wiederholungen der Schritte 90 und 92 wird die Hohlwelle 10 gemäß Schritt 94 in deren Endform gebracht.
Die weiteren Ausführungen dieser Schrift zu den verschiedenen Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle 10 sind auch für die 10, 11 und 12 heranzuziehen. Bei den Ablaufdiagrammen zu den Herstellungsverfahren können zudem noch weitere Schritte zwischengeschaltet sein, die bei der Herstellung einer Hohlwelle 10 üblich sind.
Bezugszeichenliste

10: Hohlwelle
12: Innenraum
14: Innenwandung
16: Versorgungsöffnung
18: Schmiermitteldurchlass / Fluidverbindung / Bohrung
20: Stufe
20a: erste Stufe
20b: zweite Stufe
20c: dritte Stufe
21, a, b: Übergang
22: äußerer Raum
24: Fluidwiderstandstruktur
26: Vertiefung / Nut
28: Fluidreservoir
30: Erhebung / Steg
30a: Stauwand
32: Schmiedewerkzeug
34: Formwerkzeug / Dorn
36: Materialabtragendes Werkzeug
38: Markierung
A: Axialrichtung
F: Freiraum
R: Rohling

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008052772 A1 [0002]
WO 05063421 A1 [0003]

Claims

Hohlwelle (10) mit einer Schmiermittelversorgung für ein Schaltgetriebe, wobei eine Innenwandung (14) der Hohlwelle (10) einen Innenraum (12) der Hohlwelle (10) begrenzt, wobei ein Schmiermitteldurchlass (18) der Hohlwelle (14) eine Fluidverbindung (18) vom Innenraum (14) nach außen herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwandung (14) eine Fluidwiderstandstruktur (24) durch radiale Erhebung (30) oder Vertiefung (26) ausgebildet ist, die mit wenigstens einem Schmiermitteldurchlass (18) zusammenwirkt.
Hohlwelle (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidwiderstandstruktur (24) an der Hohlwelle (10) durch ein Fluidreservoir (26) ausbildet ist oder ein Fluidreservoir (28) zumindest teilweise begrenzt.
Hohlwelle (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidwiderstandstruktur (24) durch eine Vertiefung (26) ausgebildet ist, wobei sich der Schmiermitteldurchlass ausgehend von der Fluidwiderstandstruktur (24) nach radial außen erstreckt.
Hohlwelle (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidwiderstandstruktur (24) durch eine Erhebung (30) ausgebildet ist, wobei sich der Schmiermitteldurchlass (18) ausgehend von dem Fluidreservoir (28) oder axial benachbart zu der Fluidwiderstandstruktur (14) nach radial außen erstreckt.
Hohlwelle (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidwiderstandstruktur (24) oder das Fluidreservoir (28) zumindest teilweise oder vollständig an der Innenwandung (14) der Hohlwelle (10) umläuft.
Hohlwelle (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidwiderstandstruktur (24) oder das Fluidreservoir (28) zumindest teilweise oder vollständig an der Innenwandung der Hohlwelle um den Schmiermitteldurchlass (18) umläuft.
Hohlwelle (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum der Hohlwelle (10) mehrstufig ausgebildet ist und die Fluidwiderstandstruktur (24) und der zugehörige Schmiermitteldurchlass (18) auf einer inneren Stufe (20a, 20b) angeordnet ist, die innerhalb der äußersten Stufe (20c) ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle (10) insbesondere nach einem der Ansprüche 1–7, wobei – ein materialabtragendes Werkzeug (36) entlang der Axialrichtung (A) der Hohlwelle (10) oder durch den Schmiermitteldurchlass (18) in den Innenraum (12) eingebracht wird und – die Fluidwiderstandstruktur (14) durch Materialabtrag in die Hohlwelle (10) eingebracht wird.
Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle (10) nach einem der Ansprüche 1–7, wobei – ein Rohling (R) von außen durch ein Schmiedewerkzeug (32) materialverformend bearbeitet, wobei innerhalb des Rohlings (R) ein Formwerkzeug (34), um den der Rohling (R) herum geschmiedet wird, angeordnet ist, – dabei wird der Rohling (R) zumindest teilweise in die Endform der Hohlwelle (10) geschmiedet wird, wobei anschließend – ein materialabtragendes Werkzeug (36) von dem noch unvollendeten Ende der Hohlwelle (10) ausgehend entlang der Axialrichtung (A) in dessen Innenraum (12) eingebracht wird und – die Fluidwiderstandstruktur (24) materialabtragend in die Hohlwelle (10) eingebracht wird, wobei – die Hohlwelle (10) nach Einbringen der Fluidwiderstandstruktur (24) oder des Fluidreservoirs (28) in deren Endform geschmiedet wird.
Schmiedeverfahren zur Herstellung einer Hohlwelle (10) nach einem der Ansprüche 1–6, wobei – ein Rohling (R) von außen durch ein Schmiedewerkzeug (32) materialverformend bearbeitet und innerhalb des Rohlings (R) ein axial verschiebbares Formwerkzeug (34) axial fest angeordnet wird, wobei – der Rohling (R) durch das Schmiedewerkzeug (32) an das Formwerkzeug (34) herum geformt wird, wobei – das Formwerkzeug (34) im Weiteren axial relativ zu dem Rohling (R) bewegt wird, sodass zwischen dem Formwerkzeug (34) und dem Rohling (R) ein Freiraum (F) entsteht, der durch den weiteren Schmiedeprozess teilweise mit Material gefüllt wird, sodass an der Innenwandung (14) der Hohlwelle (10) eine Fluidwiderstandstruktur (24) ausgebildet wird.