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Die Erfindung betrifft eine Schmiermittelleitschale nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Getriebe mit einer entsprechenden Schmiermittelleitschale.
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Schmiermittelleitschalen verschiedener Konstellationen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Leitschalen dienen der Bevorratung von Schmiermittel an Stellen, an denen es aus dem Schmiermittelsumpf heraus selbst nicht bereitgestellt werden kann oder soll. Damit wird Schmiermittel und Kühlmittel an kritischen Stellen zur Verfügung gestellt, ohne vermeidbare Verluste durch zu starkes Eintauchen und Pantschen von rotierenden Bauteilen im Schmiermittelsumpf in Kauf nehmen zu müssen. Als Schmiermittel kommt insbesondere Öl in Betracht. Von besonderer Bedeutung ist die Versorgung derjenigen Stellen der rotierenden Bauteile, an denen eine ausreichende Schmierung und Kühlung von entscheidender Bedeutung ist. Dies sind beispielsweise die Bereiche des Zahneingriffs bei ineinandergreifenden Zahnrädern einer Übersetzungsstufe. Wenn Teile eines an der Übersetzungsstufe beteiligten Zahnrades in den Schmiermittelsumpf eintauchen, wird das Schmiermittel von den Zähnen mittransportiert und durch die Rotation des Zahnrades tangential von diesem abgeschleudert.
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So ist beispielgebend aus der
DE 10 2015 215 788 A1 eine Schmiermittelleitschale für ein Getriebe mit einem Oberflächenbereich bekannt, der sich in Richtung von wenigstens einem in der Schmiermittelleitschale aufzunehmenden und rotierenden Bauteil des Getriebes erstreckt. Der Oberflächenbereich bildet wenigstens einen Abschnitt aus, in dem das wenigstens eine, rotierende Bauteil des Getriebes aufgenommen ist. In einzelnen Abschnitten befinden sich Öffnungen, durch die Schmiermittel hindurchtreten kann. Die rotierenden Bauteile nehmen das durchtretende Schmiermittel an der Öffnung auf und transportieren es mit ihrer Außenverzahnung weiter.
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Ist die Form der Öffnung nicht passend zu der zugehörigen Verzahnung des Bauteils in einem Abschnitt, können Nachteile in der Schmiermittelförderung und gegebenenfalls auch ungewollte Geräusche und Vibrationen entstehen sowie zusätzliche Verluste. Ist die Öffnung ungünstig gestaltet, kommt es zu einem Pulsieren des Schmiermittels innerhalb der Öffnung sowie in dem die Öffnung umgebenden Nahbereich, was Nachteile in der Schmiermittelförderung sowie Vibrationen und auch zusätzliche Verluste durch die durch ungleichmäßige Bewegung hervorgerufenen Schleppmomente und zusätzlichen Wärmeeinträge bedingt.
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Das Pulsieren entsteht durch den Wechsel von Zahn und Zahnlücke in Kombination mit einer ungünstigen Schmiermittelöffnungsgeometrie. Bei einer zu kleinen Schmiermitteleinlassöffnung in der Drehrichtung des rotierenden Bauteils, also in Rotationsrichtung des rotierenden Bauteils bezogen auf die Schmiermittelleitschale, wird Schmiermittel angesaugt bzw. es kann Schmiermittel in die Zahnlücke eintreten, wenn sich die Zahnlücke über der Öffnung befindet. Wenn sich jedoch der Zahn über der Öffnung befindet, kommt der Schmiermittelstrom zum Stehen oder es wird sogar etwas Schmiermittel wieder durch die Öffnung aus der Mulde herausgedrückt. Bei einer zu großen Schmiermitteleinlassöffnung in der Drehrichtung des rotierenden Bauteils erfolgt keine hierdurch gesteigerte Förderung des Schmiermittels, da die Zahnlücke sich nur einmal mit Schmiermittel füllen kann, es entstehen jedoch durch das Eingreifen der Verzahnung in das Schmiermittel in der Öffnung ungewünschte Pantschverluste.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schmiermittelleitschale zu verbessern und die Zufuhr an Schmiermittel in Abhängigkeit von unterschiedlichen Fahrzuständen zu beeinflussen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schmiermittelleitschale mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Getriebe, das eine derartige Schmiermittelschale aufweist. Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Eine Schmiermittelleitschale für ein Getriebe weist einen Oberflächenbereich auf, der wenigstens einen Abschnitt ausbildet, in dem wenigstens ein mit einer Außenverzahnung versehenes, rotierendes Bauteil des Getriebes vorgesehen ist. Die Schmiermittelleitschale besteht im Wesentlichen aus zwei Oberflächenbereichen, von denen sich der erste Oberflächenbereich in dem Getriebegehäuse in Richtung der Gehäusewand erstreckt und an der Gehäusewand befestigt ist. Der zweite Oberflächenbereich der Schmiermittelleitschale ist auf der dem ersten Oberflächenbereich gegenüberliegenden, rückwärtigen Seite der Schmiermittelleitschale vorgesehen und richtet sich zu den in der Schmiermittelleitschale aufgenommenen Bauteilen. Für einzelne der aufgenommenen Bauteile sind jeweils einzelne Abschnitte in diesem zweiten Oberflächenbereich vorgesehen. Dadurch, dass die aufgenommenen Bauteile vorwiegend unterschiedliche Dimensionen aufweisen, bildet sich eine Anzahl von Abschnitten in Abhängigkeit der Anzahl der aufgenommenen Bauteile aus. In diesem zweiten Oberflächenbereich formt der jeweilige Abschnitt eine Mulde aus, in der das rotierende Bauteil aufgenommen und in die Schmiermittel zur Schmierung und Kühlung des rotierenden Bauteils gelangen kann. In der Mulde, in der das rotierende Bauteil aufgenommen ist, ist eine Öffnung zum Austausch des Schmiermittels mit dem umgebenden Schmiermittelreservoir in dem Getriebegehäuse vorgesehen, insbesondere zum Durchtritt des Schmiermittels in die Mulde hinein.
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Erfindungsgemäß ist die Form der Öffnung zum Austausch des Schmiermittels in Abhängigkeit von der Außenverzahnung des rotierenden Bauteils ausgebildet. Zur Vermeidung des Pulsierens des Schmiermittels soll durch die Rotation der Außenverzahnung in der Mulde des jeweiligen Abschnitts ein gleichmäßiger Schmiermittelförderstrom in die Schmiermittelleitschale entstehen, wozu vorzugsweise die Form und Größe der Öffnung in Abhängigkeit von der durch die Außenverzahnung des rotierenden Bauteils generierten Schmiermittelfördermenge in der Mulde ausgebildet ist. Tritt gleichmäßig Schmiermittel durch die vorgegebene Öffnung in eine Zahnlücke ein und trifft nicht auf die die Zahnlücke eingrenzenden Zahnspitzen, so kann der gleichmäßige Schmiermittelförderstrom erzeugt werden. Somit ist vorzugsweise die Form und Größe der Öffnung in Rotationsrichtung des rotierenden Bauteils in Abhängigkeit von der Zahnteilung der Außenverzahnung am Kopfkreis des rotierenden Bauteils ausgebildet.
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Die Länge der Öffnung in Umfangsrichtung bzw. in Rotationsrichtung des rotierenden Bauteils ist in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform so ausgebildet, dass das Volumen des Hohlraums hinter der die Öffnung überstreichenden Zahnlücke gleich dem Volumen der die Öffnung überstreichenden Zähne der Außenverzahnung ist. Das das Schmiermittel aufnehmende Volumen des Hohlraums hinter der Zahnlücke entspricht jeweils dem Volumen eines halben Zahnes der Verzahnung, welcher jeweils auf der Seite der Zahnlücke an diese angrenzt. Ein Pulsen des in die Schmiermittelleitschale eintretenden Schmiermittels kann dadurch gemindert oder gar vermieden werden und die Strömung des Schmiermittels wird optimiert.
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Ab einer bestimmten Drehzahl des rotierenden Bauteils hat das Schmiermittel nicht mehr genügend Zeit, den sich in der Zahnlücke bildenden Hohlraum komplett mit Schmiermittel auszufüllen. Dadurch entsteht ein Ungleichgewicht zwischen dem Volumen der die Zahnlücke überstreichenden Zähne und dem Schmiermittelvolumen, das sich in dem Hohlraum hinter der Zahnlücke ansammelt. Das Fördervolumen an Schmiermittel pro Zahnlücke sinkt somit.
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Wenn der Hauptbetriebsbereich des Getriebes in einem Drehzahlbereich liegt, der eine derart bedingte Senkung des Fördervolumens zur Folge hat, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Breite der Öffnung in Richtung der Drehachse des rotierenden Bauteils angepasst werden. Dazu ist die Öffnung so ausgebildet und in Richtung der Drehachse quer zur Rotationsrichtung des rotierenden Bauteils so verbreitert, dass in einem bevorzugten Drehzahlbereich als dem Hauptbetriebsbereich des rotierenden Bauteils von der Außenverzahnung ein vorgegebener Schmiermittelförderstrom durch die Öffnung hindurch erzeugt wird, der das fehlende Fördervolumen ausgleicht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Öffnung an der Seite der Mulde ausgebildet ist, an der die Förderung des Schmiermittels durch die Außenverzahnung des Bauteils beginnt. Dies begünstigt bei einer Schrägverzahnung als Außenverzahnung des rotierenden Bauteils, dass der spitze Winkel der Schrägverzahnung das Schmiermittel in die Mulde in der Schmiermittelleitschale hineinzieht. Ein Herausdrücken des Schmiermittels aus der Mulde kann vermieden oder verhindert werden. Die Öffnung sollte sich vorzugsweise auch nicht bis zu der anderen Seite der Mulde erstrecken, die näher zur Ausgangsseite des Getriebes liegt, damit Schmiermittel dort nicht wieder aus der Mulde herausgedrückt wird.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Schmiermittelleitschale können die in dem Getriebe auftretenden Verluste, Geräusche und Vibrationen positiv beeinflusst werden. Durch angepasste Öffnungen in der Schmiermittelschale wird das Pantschen der rotierenden Bauteile im Schmiermittel verringert, was zu weniger Schmiermittelverschleiß, geringerer Wärmeentwicklung und einer erhöhten Lebensdauer insbesondere der Verzahnung führt. Das Schleppmoment im Getriebe fällt geringer aus, der Wirkungsgrad von Getriebe und Schmiermittelförderung verbessert sich. Auf den Einsatz zusätzlicher Mechanik kann bei den erfindungsgemäßen Maßnahmen verzichtet werden, was sich positiv auf das Ausfallrisiko des Getriebes auswirkt.
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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematisierte Fahrzeugdarstellung
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2 eine Schmiermittelleitschale in Draufsicht
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3 einen Ausschnitt aus der Schmiermittelleitschale mit rotierendem Bauteil
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4 eine Seitenansicht eines rotierenden Bauteils
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5 einen Ausschnitt der Verzahnung
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Die 1 zeigt eine schematische Fahrzeugdarstellung eines Kraftfahrzeugs 2, das einen Antriebsmotor 4, ein Getriebe 6 und eine zwischen Antriebsmotor 4 und Getriebe 6 angeordnete Kupplung 8 aufweist. Das Getriebe 6 ist über eine Antriebswelle 10 und ein Differential 12 mit den beiden Hinterrädern 14 verbunden. Durch das Getriebe 6 verläuft eine Mittelachse 16, die sich in Fahrtrichtung 18 des Kraftfahrzeugs 2 erstreckt.
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Die 2 zeigt eine innerhalb des hier nicht gezeigten Getriebes 6 vorgesehene Schmiermittelleitschale 22, von der ein in Richtung von in der Schmiermittelleitschale 22 aufzunehmenden und hier nicht gezeigten rotierenden Bauteilen gerichteter Oberflächenbereich 24 und ein in Richtung des umgebenden und hier ebenfalls nicht gezeigten Getriebegehäuses gerichteter Oberflächenbereich 26 dargestellt ist. Der in Richtung der rotierenden Bauteile gerichtete Oberflächenbereich 24 ist in mehrere Abschnitte 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40 aufgeteilt. Die Mulden in den Abschnitten 28 bis 40 weisen unterschiedliche Durchmesser auf und sind für die Aufnahme von rotierenden Bauteilen mit unterschiedlichen Durchmessern vorgesehen. So ist beispielsweise der Abschnitt 32 vorgesehen zu Aufnahme eines Zahnrades mit großem Durchmesser, während der Abschnitt 38 zur Aufnahme eines Zahnrades mit gegenüber dem Zahnrad in Abschnitt 32 kleinerem Durchmesser vorgesehen ist. Der Abschnitt 40 eignet sich zur Aufnahme von mehreren nebeneinander angeordneten Bauteilen, die einen ähnlichen Durchmesser aufweisen. Dies können beispielsweise Zahnräder von Gangstufen mit einem hohen Übersetzungsverhältnis sein, wie beispielsweise der 1. Gangstufe und der Rückwärtsgangstufe. Der Abschnitt 28 liegt in Fahrtrichtung 18 vorn in Richtung der Eingangsseite 58 des Getriebes 6, während der Abschnitt 40 in Fahrtrichtung 18 hinten in Richtung der Ausgangsseite 60 des Getriebes 6 vorgesehen ist.
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Zwischen den einzelnen Abschnitten 28 bis 40 bilden sich bei den Übergängen von einem Abschnitt in den benachbarten Abschnitt Kanten 52 aus, die begründet sind durch die unterschiedlichen Durchmesser der Mulden der Abschnitte.
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Seitlich der Mulden zur Aufnahme der rotierenden Bauteile sind Flächen 42 und 44 vorgesehen, von denen die eine Fläche 42 auf der Eintrittsseite 46 des rotierenden Bauteils an die jeweilige Mulde angrenzt, während die Fläche 44 an die jeweilige Mulde auf der Austrittsseite 48 des rotierenden Bauteils aus der Mulde angrenzt. Auf der Austrittsseite 48 sind die Flächen 44 umgeben von Begrenzungsvorrichtungen 50, die in Form von Wänden die den einzelnen Abschnitten 28 bis 40 zugehörigen Flächen 44 voneinander abgrenzen.
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Angrenzend an die Fläche 42 ist auf der Oberfläche 24 eine freie Fläche 54 vorgesehen, die sich entlang des Abschnittes 40 ausdehnt. Die Fläche 54 wird begrenzt durch einen geschlossenen Volumenkörper 56, der die Kontur der Oberfläche 24 im weiteren Verlauf auf einer Seite des Abschnittes 40 darstellt.
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Im Bodenbereich der Abschnitte 30, 32, 36, 38 und 40 sind Eintrittsöffnungen 62, 64, 66, 68 und 70 für Schmiermittel vorgesehen. Durch diese Eintrittsöffnungen 62, 64, 66, 68 und 70 gelangt Schmiermittel in die Abschnitte 30, 32, 36, 38 und 40 und gewährleistet die Vermeidung von Überhitzung und Verschleiß der beteiligten Bauteile beispielsweise durch Erwärmen durch Verzahnungsreibungsverluste. Die in den Abschnitten 30, 32, 36, 38 und 40 angeordneten Bauteile, insbesondere Zahnräder, transportieren durch ihre Schrägverzahnung das Schmiermittel in der Zeichnungsebene nach links, bis es am Rand der Schmiermittelleitschale 22 wieder in das umgebende Schmiermittelreservoir übertritt.
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Die 3 zeigt in einer Ansicht schräg von unten einen Ausschnitt aus der Schmiermittelleitschale 22, bei der nur beispielshaft ein Abschnitt 36 mit seiner Mulde 72 gezeigt ist. In der Mulde 72 rotiert um seine Drehachse 20 ein Zahnrad 74 als rotierendes Bauteil, das eine Schrägverzahnung als Außenverzahnung 76 aufweist. Die Zähne 78 und Zahnlücken 80 der Außenverzahnung 76 streifen in Rotationsrichtung 82 über die Öffnung 66 und transportieren dabei Schmiermittel, das von außen durch die Öffnung 66 in die Mulde 72 eindringt, in der Zeichnungsebene der 3 von rechts nach links.
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In einer Seitenansicht zeigt die 4 ein Zahnrad 74, das in der Mulde 72 angeordnet ist. Die beiden Zähne 78 bilden zwischen sich eine Zahnlücke 80, die in der gezeigten Darstellung unmittelbar vor der Öffnung 66 liegt. Vergrößert dargestellt ist in 5 das sich mit Schmiermittel füllende Volumen 84 hinter der Zahnlücke 80 gezeigt, dessen Volumen im Zeitpunkt des Überstreichens der Öffnung 66 gleich groß ist wie das Volumen der beiden Zahnhälften 86 und 88.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Antriebsmotor
- 6
- Getriebe
- 8
- Kupplung
- 10
- Antriebswelle
- 12
- Differential
- 14
- Hinterrad
- 16
- Mittelachse
- 18
- Fahrtrichtung
- 20
- Drehachse
- 22
- Schmiermittelleitschale
- 24
- Oberflächenbereich
- 26
- Oberflächenbereich
- 28
- Abschnitt
- 30
- Abschnitt
- 32
- Abschnitt
- 34
- Abschnitt
- 36
- Abschnitt
- 38
- Abschnitt
- 40
- Abschnitt
- 42
- Fläche
- 44
- Fläche
- 46
- Eintrittsseite
- 48
- Austrittsseite
- 50
- Begrenzungsvorrichtung
- 52
- Kante
- 54
- Fläche
- 56
- Volumenkörper
- 58
- Eingangsseite
- 60
- Ausgangsseite
- 62
- Eintrittsöffnung
- 64
- Eintrittsöffnung
- 66
- Eintrittsöffnung
- 68
- Eintrittsöffnung
- 70
- Eintrittsöffnung
- 72
- Mulde
- 74
- Zahnrad
- 76
- Außenverzahnung
- 78
- Zahn
- 80
- Zahnlücke
- 82
- Rotationsrichtung
- 84
- Volumen
- 86
- Zahnhälfte
- 88
- Zahnhälfte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015215788 A1 [0003]
