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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebe mit einem Förderrad zur Schmierölversorgung.
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Aus der
DE 10 2016 212 369 A1 ist ein Fahrzeuggetriebe mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle und mit eine Förderrad zur Schmierölversorgung bekannt. Das Förderrad ist auf der Abtriebswelle des Fahrzeuggetriebes befestigt. Das Förderrad bewerkstelligt die Schmierölversorgung eines Abtriebswellenlagers insbesondere dann, wenn eine über die Antriebswelle antreibbare primäre Schmiereinrichtung nicht angetrieben wird. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass die Schmierölversorgung durch das Förderrad in bestimmten Betriebsphasen nicht ausreichend ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeuggetriebe mit einer verbesserten Schmierölversorgung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeuggetriebe mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird ein Fahrzeuggetriebe mit einem Förderrad zur Schmierölversorgung vorgeschlagen, wobei das Förderrad auf einer Abtriebswelle des Fahrzeuggetriebes angeordnet ist und von der Abtriebswelle angetrieben wird. Auf der Abtriebswelle angeordnet bedeutet, dass das Förderrad zumindest im Wesentlichen konzentrisch zu der Abtriebswelle angeordnet ist. Die Abtriebswelle kann durch eine zentrale Öffnung in dem Förderrad hindurchgeführt sein. Das von der Abtriebswelle rotierend angetriebene Förderrad taucht zumindest im Bereich seines Außenumfangs in einen Ölsumpf in dem Fahrzeuggetriebe ein und fördert Öl aus dem Ölsumpf zumindest zu einer Lagerstelle in dem Fahrzeuggetriebe. Dadurch ist, unabhängig von der Drehzahl einer Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes, eine Schmierölversorgung der Lagerstelle sichergestellt, wenn die Abtriebswelle rotiert. Das Förderrad pumpt somit Öl von einer unten im Ölsumpf angeordneten Ölzulauföffnung zu einem im oberen Bereich des Förderrades angeordneten Ölablauf, von wo das Öl zu zumindest einer Lagerstelle fließt. Das Förderrad kann daher auch als Pumpenrad bezeichnet werden. Bei der genannten Lagerstelle handelt es sich vorzugsweise um ein Abtriebswellenlager, mit dem die Abtriebswelle in einem Getriebegehäuse des Fahrzeuggetriebes gelagert ist.
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In bestimmten Betriebsphasen steht die Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes still und ist von der Abtriebswelle abgekoppelt, obwohl sich das Fahrzeug bewegt. Beispielsweise wenn das Fahrzeug abgeschleppt wird. Bei Stillstand der Antriebswelle ist auch eine von der Antriebswelle antreibbare Schmiereinrichtung des Fahrzeuggetriebes außer Betrieb. Die von der Antriebswelle abgekoppelte Abtriebswelle wird beim Abschleppen des Fahrzeugs von der Abtriebsseite her angetrieben. Um Schäden an einem Abtriebswellenlager zu vermeiden, muss dieses daher auch beim Abschleppen mit Schmieröl versorgt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Förderrad so in dem Fahrzeuggetriebe gelagert, dass es von Kippbewegungen der Abtriebswelle entkoppelt ist. Das bedeutet, dass das Förderrad zwar von der rotierenden Abtriebswelle angetrieben wird, aber die genannten Kippbewegungen der Abtriebswelle nicht auf das Förderrad übertragen werden. Die Abtriebswelle ist mittels zumindest eines Abtriebswellenlagers in einem Getriebegehäuse gelagert, beispielsweise mittels einer Wälzlagerung. In dem Abtriebswellenlager ist ein gewisses Spiel vorhanden und erforderlich, wodurch Kippbewegungen der Abtriebswelle gegenüber der Lagerung und dem Getriebegehäuse auftreten. Die Kippbewegungen werden im Betrieb durch Kräfte und Lastmomente auf die Abtriebswelle verursacht. Ein starr mit der Abtriebswelle verbundenes Förderrad macht die beschriebenen Kippbewegungen zwangsläufig mit. Bereits minimale Kippbewegungen im Bereich der Rotationsachse der Abtriebswelle bewirken mit steigendem radialem Abstand zu der Rotationsachse signifikante Bewegungen am Außenumfang des Förderrades. Folglich sind relativ große Abstände in axialer und radialer Richtung zwischen dem starr auf der Abtriebswelle befestigten Förderrad und benachbarten Bauteilen des Fahrzeuggetriebes erforderlich, um Kollisionen des Förderrades mit benachbarten Bauteilen zu vermeiden.
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Im Bereich des Außenumfangs des Förderrads sind Ausnehmungen bzw. Taschen zur Aufnahme des zu fördernden Öls angeordnet. Es hat sich in der Praxis nun herausgestellt, dass die erforderlichen großen Abstände zu einer nicht ausreichenden Pumpleistung des Förderrades führen, weil Öl durch die relativ großen Spalte am Außenumfang des Förderrades aus den Ausnehmungen entweicht bevor es zu der dafür vorgesehenen Ölaustrittsstelle gefördert wurde. Insbesondere bei hohen Drehzahlen bewirkt ein hoher Druck in den Ausnehmungen zur Aufnahme des Öls, dass ein erheblicher Anteil des aus dem Ölsumpf mitgenommenen Öls aus den Ausnehmungen des Förderrades ausströmt und durch die Spalte mit den genannten großen Abständen entweicht.
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Die erfindungsgemäße Entkopplung des Förderrades ermöglicht es nun die genannten Abstände zwischen dem Förderrad und den benachbarten Bauteilen zu verringern ohne Kollisionen zu verursachen. Dadurch kann die Pumpleistung des Förderrades deutlich erhöht werden, weil die beschriebenen Spaltleckagen erheblich reduziert werden. Die Lagerstellen können so im gesamten Drehzahlbereich ausreichend mit Öl versorgt werden.
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Die genannte Entkoppelung des Förderrades von der Abtriebswelle kann dadurch erreicht werden, dass das Förderrad über eine spielbehaftete formschlüssige Verbindung mit der Abtriebswelle verbunden ist. Mit anderen Worten kann hier von einer schwimmenden Lagerung des Förderrades auf der Abtriebswelle gesprochen werden. In der Verbindung zwischen der Abtriebswelle und dem Förderrad ist dabei so viel axiales und radiales Spiel vorgesehen, dass sich das rotierende Förderrad im Betrieb unabhängig von Kippbewegungen der Abtriebswelle selbst zentrieren kann. Das radiale und das axiale Spiel sind so bemessen, dass dem Förderrad ausreichend Bewegungsraum bleibt, um von den Kippbewegungen der Abtriebswelle entkoppelt zu sein.
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In einer Ausführung der Erfindung ist ein Mitnahmeelement starr auf der Abtriebswelle befestigt und das Förderrad ist über die spielbehaftete formschlüssige Verbindung mit dem Mitnahmeelement verbunden. Das Mitnahmeelement kann insbesondere ringförmig oder scheibenförmig ausgeführt sein und beispielsweise als Zwischenring bezeichnet werden. Das Mitnahmeelement nimmt das Förderrad bei der Rotation der Abtriebswelle mit. Auf diese Weise wird das Förderrad zuverlässig angetrieben, sobald die Abtriebswelle rotiert. Das Mitnahmeelement kann separat von der Abtriebswelle hergestellt und dann fest mit der Abtriebswelle verbunden, beispielsweise verschraubt, werden. Das separat gefertigte Mitnahmeelement ermöglicht eine einfachere Konstruktion und Herstellung der Abtriebswelle und einen einfacheren Zusammenbau des Fahrzeuggetriebes.
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Das Mitnahmeelement kann gemäß einer Ausführung zumindest eine Bohrung aufweisen, wobei zumindest ein starr mit dem Förderrad verbundener Stift in die Bohrung hineinragt. Zwischen dem zumindest einen Stift und der zugeordneten Bohrung ist ausreichend Spiel vorhanden, um das Förderrad von den Kippbewegungen der Abtriebswelle zu entkoppeln. Vorzugsweise sind mehrere Bohrungen in dem Mitnahmeelement und entsprechend viele Stifte über den Umfang des Förderrades verteilt angeordnet. Durch den Formschluß zwischen den Stiften und den Bohrungen wird das Förderrad zuverlässig von der rotierenden Abtriebswelle angetrieben.
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Gemäß einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass das Förderrad Ausnehmungen zur Aufnahme von Schmieröl aufweist, wobei die Ausnehmungen jeweils mindestens eine Entlüftungsbohrung aufweisen. Die Entlüftungsbohrungen können einen Luftdruckanstieg in den Ausnehmungen geringhalten, wodurch das Öl leichter in die mit dem Förderrad rotierenden Ausnehmungen gelangen kann. Ein Luftdruckanstieg in den Ausnehmungen ist durch die Rotation insbesondere bei hohen Drehzahlen zu bemerken. Durch diese Maßnahme kann die Pumpleistung des Förderrades weiter gesteigert werden.
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Im Hinblick auf eine kompakte Bauweise und einen einfachen Aufbau des Fahrzeuggetriebes kann vorgesehen sein, dass das Förderrad in einer Vertiefung in einem Abtriebsdeckel des Fahrzeuggetriebes angeordnet ist. Die Form der Vertiefung kann der Außenkontur des Förderrades angepasst sein. Beispielsweise weist die Vertiefung dabei eine geometrisch ähnliche Form auf wie die Außenkontur des Förderrades, an der die Ausnehmungen zur Aufnahme des Öls angeordnet sind. Insbesondere kann der Abtriebsdeckel eine zylinderförmige Vertiefung aufweisen, in welcher das Förderrad mit einer ebenfalls zylinderförmigen Außenkontur angeordnet ist. Die Vertiefung bildet damit eine Ringwand aus, innerhalb derer sich das Förderrad bewegt. Im Betrieb bildet sich in dem Spalt zwischen der Außenkontur des Förderrades und der Ringwand ein hydrostatischer Schmierfilm, der Verschleiß und ein Fressen der Bauteile verhindert.
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Ein Abtriebsdeckel ist der Teil des Fahrzeuggetriebes, der ein Getriebegehäuse des Fahrzeuggetriebes abtriebsseitig abschließt und in dem die Abtriebswelle gelagert ist. Die Anordnung des Förderrades unmittelbar in dem Abtriebsdeckel ermöglicht eine einfache und kompakte Bauweise.
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Im Folgenden werden die Erfindung und deren Vorteile anhand der in den anliegenden Figuren abgebildeten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines mit einem erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebe ausgestatteten Antriebsstrangs;
- 2 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebe in einer Schnittdarstellung in einer ersten Schnittebene in radialer Blickrichtung;
- 3 einen weiteren Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebe in einer Schnittdarstellung in einer zweiten Schnittebene in radialer Blickrichtung und
- 4 einen weiteren Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebe in einer Schnittebene in axialer Blickrichtung.
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Der in der 1 gezeigte Antriebsstrang wird durch einen Antriebsmotor 13, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, angetrieben. Eine Motorabtriebswelle 14 des Antriebsmotors 13 ist mit einer Antriebswelle 2 des Fahrzeuggetriebes 1 verbunden. Zwischen der Motorabtriebswelle 14 und der Antriebswelle 2 des Fahrzeuggetriebes 1 kann in einigen Ausführungsbeispielen auch eine Anfahrkupplung angeordnet sein.
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In einem Getriebegehäuse 5 des Fahrzeuggetriebes 1 sind zur Realisierung verschiedener Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 miteinander zusammenwirkende Getriebeelemente 4 angeordnet. Diese Getriebeelemente 4 sind der Übersichtlichkeit halber in 1 lediglich als ein Rechteck dargestellt. Die Abtriebswelle 3 ist mittels eines Abtriebswellenlagers 6 in dem Getriebegehäuse 5 gelagert.
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Die Abtriebswelle 3 treibt über ein Achsgetriebe 15 eine Radachse 16 des Fahrzeugs, vorliegend eines Schienenfahrzeugs an. Auf der Radachse 16 sind zwei Schienenräder 17 und 18 befestigt, mit denen das Schienenfahrzeug auf Schienen rollt und angetrieben wird.
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Das Fahrzeuggetriebe 1 umfasst eine Schaltkupplung 7, mit der eine Triebverbindung zwischen den Getriebeelementen 4 und der Abtriebswelle 3 wahlweise herstellbar oder trennbar ist. Die in der 1 symbolisch dargestellte Schaltkupplung 7 weist drei Schaltstellungen auf und ist in einer neutralen mittleren Schaltstellung dargestellt. In dieser neutralen Schaltstellung ist die Triebverbindung unterbrochen, d.h. getrennt. In den beiden anderen Schaltstellungen ist eine Triebverbindung zwischen den Getriebeelementen 4 und der Abtriebswelle 3 hergestellt.
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Eine Schmiereinrichtung 22 ist auf der Antriebsseite des Fahrzeuggetriebes 1 angeordnet. Die Schmiereinrichtung 22 ist als Druckschmiereinrichtung ausgeführt und umfasst eine Ölpumpe 19, die über die Antriebswelle 2 antreibbar ist. Die Ölpumpe 19 kann entweder direkt von der Antriebswelle 2 oder über eine weitere Welle in dem Fahrzeuggetriebe 1 angetrieben werden. Die Ölpumpe 19 saugt durch eine Saugleitung 20 Schmieröl aus dem Ölsumpf 10 und fördert es über Druckleitungen 21 zu verschiedenen Schmierstellen in dem Fahrzeuggetriebe 1. Es gibt Betriebsphasen, in denen die Antriebswelle 2 stillsteht, das Fahrzeug fährt und die Abtriebswelle 3 rotiert. Dies ist beispielsweise beim Abschleppen des Fahrzeugs der Fall. Die Triebverbindung zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 ist in einer solchen Betriebsphase getrennt. Bei Stillstand der Antriebswelle 2 ist die von der Antriebswelle 2 antreibbare Schmiereinrichtung 22 außer Betrieb. Die rotierende Abtriebswelle 3 bzw. deren Abtriebswellenlager 6 müssen aber weiterhin mit Schmieröl versorgt werden, um Schäden an dem Abtriebswellenlager 6 zu vermeiden. Diese Schmierölversorgung wird durch ein Förderrad 8 bewirkt.
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Das Förderrad 8 ist auf der Abtriebswelle 3 angeordnet. Mit dem Förderrad 8 kann das Abtriebswellenlager 6 zumindest zeitweise mit Schmieröl aus einem Ölsumpf 10 versorgt werden. Der Ölsumpf 10 bildet an seiner Oberfläche in dem Getriebegehäuse 5 einen Ölpegel 9 aus. Der Ölpegel 9 wird so eingestellt, dass zumindest der Außenumfang des Förderrades 8 in den Ölsumpf 10 eintaucht, sodass bei Rotation des Förderrades 8 Schmieröl aus dem Ölsumpf 10 mitgenommen, d.h. gefördert wird. Dreht sich die Abtriebswelle 3, dann fördert das mit der Abtriebswelle 3 rotierende Förderrad 8 Schmieröl nach oben, von wo es zu dem Abtriebswellenlager 6 gelangt.
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In der 2 ist ein Ausschnitt der oberen Hälfte aus dem erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebe gezeigt. Die 3 und die 4 zeigen jeweils einen anderen Ausschnitt des selben Fahrzeuggetriebes in einer anderen Schnittebene, sodass alle im Folgenden beschriebenen Elemente der Erfindung in zumindest einer der genannten Figuren dargestellt sind. Die Abtriebswelle 3 ist mittels eines Abtriebswellenlagers 6 rotierbar um die Rotationsachse 30 in einem Abtriebsdeckel 34 des Getriebegehäuses 5 gelagert. Der Abtriebsdeckel 34 ist Teil des mehrteiligen Getriebegehäuses 5. Der Abtriebsdeckel 34 schließt das Getriebegehäuse 5 abtriebsseitig ab. Das Abtriebswellenlager 6 ist vorliegend als doppelreihiges Rollenlager ausgeführt. Das Abtriebswellenlager 6 stützt sich über eine Lagerbuchse 29 in dem Abtriebsdeckel 34 ab. Außerhalb des Getriebegehäuses 5 ist ein Abtriebsflansch 24 auf der Abtriebswelle 6 befestigt. Innerhalb des Getriebegehäuses 5 erstreckt sich ein Innenflansch 23 der Abtriebswelle 3 in radialer Richtung. Die Richtungsangaben axial und radial in diesem Dokument beziehen sich auf die Rotationsachse 30 der Abtriebswelle 3, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
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An dem Innenflansch 23 ist ein Mitnahmeelement 11 in Form eines Zwischenringes festgeschraubt. Im radial äußeren Bereich des Mitnahmeelementes 11 sind Bohrungen 26 angeordnet, in die Stifte 25 in axialer Richtung hineinragen. Die Stifte 25 sind fest mit dem Förderrad 8 verbunden. Das Förderrad 8 ist in einer Vertiefung 27 des Abtriebsdeckels 34 angeordnet. Das Förderrad 8 wird mit einem gewissen Spiel in seiner Position gehalten durch die formschlüssige Verbindung zwischen den Stiften 25 und den Bohrungen 26. Das Spiel in radialer Richtung zwischen den Stiften 25 und der Bohrungswand in den Bohrungen 26 kann wenige zehntel Millimeter betragen. Vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,3 Millimeter. In axialer Richtung kann das Förderrad 8 ebenfalls ein Spiel von wenigen zehntel Millimetern bewegen. Das axiale Spiel kann vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,5 Millimetern betragen. Das axiale Spiel des Förderrads 8 kann auf der einen Seite durch eine Fläche in der Vertiefung 27 und auf der gegenüberliegenden Seite durch eine Stirnfläche des Mitnahmelements 11 begrenzt sein. Das radiale und das axiale Spiel sind so bemessen, dass dem Förderrad 8 ausreichend Bewegungsraum bleibt, um von den Kippbewegungen der Abtriebswelle 3 entkoppelt zu sein.
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Im Fahrbetrieb bildet sich in den Spalten zwischen dem Förderrad 8 und den benachbarten Bauteilen ein Ölfilm, wodurch Verschleiß und ein Fressen der Bauteile vermieden wird. Das rotierende Förderrad 8 schwimmt im Betrieb quasi in dem für die Entkopplung von der Abtriebswelle 3 auf dem Ölfilm innerhalb des beschriebenen Spiels in radialer und axialer Richtung.
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Insbesondere in 4 ist sichtbar, wie die Ausnehmungen 12 zur Aufnahme des zu fördernden Öls am Außenumfang des Förderrads 8 angeordnet sind. Zwischen den Ausnehmungen 12 ist jeweils ein Steg 31 angeordnet, der die einzelnen Ausnehmungen 12 in Umfangsrichtung voneinander abgrenzt.
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Im unteren Bereich des Förderrads 8 ist eine Zulauföffnung 32 angeordnet, durch die das Schmieröl in dem Ölsumpf 10 den Ausnehmungen 12 am Förderrad 8 zugeleitet wird. Im oberen Bereich befindet sich ein Abstreifer 33, der nahe an den Außenumfang des Förderrads 8 heranreicht. Der Abstreifer 33 verbessert die Pumpwirkung des rotierenden Förderrads 8, indem er das aus den Ausnehmungen 12 austretende Öl zu einem Ölablauf leitet. Von dort aus fließt das Öl zu der bzw. den Lagerstellen.
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Eine weitere Verbesserung der Pumpwirkung stellen Entlüftungsbohrungen 28 dar, die an den Ausnehmungen 12 angeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeweils eine Entlüftungsbohrung 28 an jeder Ausnehmung 12 angeordnet. Die Entlüfungsbohrungen 28 verlaufen in axialer Richtung von der jeweiligen Ausnehmung 12 und münden in den Innenraum des Fahrzeuggetriebes 1. Die Entlüftungsbohrungen 12 bewirken, dass das Öl aus der Zulauföffnung 32 leichter in die rotierenden Ausnehmungen 12 gelangt, weil dabei ein Luftdruckanstieg in den Ausnehmungen geringgehalten wird. Die Entlüftungsbohrungen 28 tragen demnach ebenfalls zu einer Erhöhung der Pumpleistung bei.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeuggetriebe
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Abtriebswelle
- 4
- Getriebeelemente
- 5
- Getriebegehäuse
- 6
- Abtriebswellenlager
- 7
- Schaltkupplung
- 8
- Förderrad
- 9
- Ölpegel
- 10
- Ölsumpf
- 11
- Mitnahmeelement
- 12
- Ausnehmungen
- 13
- Antriebsmotor
- 14
- Motorabtriebswelle
- 15
- Achsgetriebe
- 16
- Radachse
- 17
- Schienenrad
- 18
- Schienenrad
- 19
- Ölpumpe
- 20
- Saugleitung
- 21
- Druckleitung
- 22
- Schmiereinrichtung
- 23
- Innenflansch
- 24
- Abtriebsflansch
- 25
- Stift
- 26
- Bohrung
- 27
- Vertiefung
- 28
- Entlüftungsbohrung
- 29
- Lagerbuchse
- 30
- Rotationsachse
- 31
- Steg
- 32
- Zulauföffnung
- 33
- Abstreifer
- 34
- Abtriebsdeckel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016212369 A1 [0002]
