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Die Erfindung betrifft eine Welle für ein Fahrzeuggetriebe.
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Entsprechende Wellen für ein Fahrzeuggetriebe sind aus dem Stand der Technik dem Grunde nach bekannt. So sind Wellen bekannt, welche getrennte Fluidkanäle zur Durchführung von Fluiden aufweisen, wobei hierzu die Welle einen aus wenigstens zwei Teilbauteilen gebauten Aufbau aufweisen. Auch ist im Stand der Technik bekannt, bei einer Welle einen sich axial erstreckenden Längsabschnitt des eines ein Hochdruckfluid führenden Kanals an einem radial zur Drehachse weiter außen liegenden Bereich im Vergleich zu einem sich axial erstreckenden Längsabschnitt eines ein Niederdruckfluid führenden Kanals anzuordnen bzw. auszubilden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Welle für ein Fahrzeuggetriebe anzugeben, welche insbesondere auf einfache und schnelle sowie kostengünstige Weise herstellbar ist und im bestimmungsgemäßen Betrieb der Welle in einem die Welle aufnehmenden Gesamtsystems, d. h. in einem Fahrzeuggetriebes, einen hohen Wirkungsgrad des Gesamtsystems ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch eine Welle für ein Fahrzeuggetriebe gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen der Welle. Auch wird die Aufgabe durch ein Fahrzeuggetriebe, insbesondere eines elektrisch antreibbaren, Fahrzeugs gemäß Anspruch 15 gelöst.
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Die Erfindung betrifft eine Welle für ein Fahrzeuggetriebe, umfassend wenigstens einen Hochdruckfluidkanal zur Durchleitung eines Hochdruckfluids und wenigstens einen von dem Hochdruckfluidkanal getrennt verlaufenden Niederdruckfluidkanal zur Durchleitung eines Niederdruckfluids. Wenn vorliegend von einer Welle gesprochen wird, so umfasst dies optional auch ein als Achse zu bezeichnendes Maschinenelement, welche zum Verbau in einem Fahrzeuggetriebe vorgesehen ist. Damit kann mit dem Begriff Welle ein Körper beschrieben werden, der im bestimmungsgemäßen und sich drehenden Betrieb ein Drehmoment überträgt (eigentlicher Begriff Welle) oder der dabei kein Drehmoment überträgt (Achse). Die Welle kann beispielsweise als Bestandteil des Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Auch kann die Welle in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen.
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Die Welle weist ferner wenigstens zwei Druckfluidkanäle bzw. Kanäle umfassende Druckfluidkanalstrukturen auf. Dabei sind die wenigstens zwei Druckfluidkanäle voneinander getrennt, d. h., dass ein in einem ersten Druckfluidkanal geführtes Fluid während dessen Durchführung durch die Welle nicht mit dem in einem zweiten Druckfluidkanal geführten Fluids in Kontakt tritt bzw. sich nicht mit einem eben solchen vermischt. Damit ist die Welle so ausgebildet, dass ein in einem Hochdruckfluidkanal geführtes Hochdruckfluid die Welle räumlich getrennt von einem in einem Niederdruckfluidkanal geführten Niederdruckfluid durchströmt.
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Das in dem Hochdruckfluidkanal strömende Hochdruckfluid weist im bestimmungsgemäßen Betrieb der Welle einen höheren Druck auf als das im Niederdruckfluidkanal strömende bzw. transportierte Niederdruckfluid. Die unterschiedlichen Drücke des durch die Welle geführten Druckfluids können beispielsweise dazu genutzt werden, um mit den jeweiligen Druckfluiden unterschiedliche Funktionen zu erfüllen. So kann beispielsweise ein Niederdruckfluid als Schmiermittel und ein Hochdruckfluid als Steuerungsmittel zum druckgestützten Betätigen eines Elements der Getriebestruktur verwendet werden. Letzteres Fluid kann neben der druckgestützten Steuerungsfunktion zusätzlich eine Schmierfunktion innehaben. Ferner weist der wenigstens eine Hochdruckfluidkanal eine an einer Mantelfläche der Welle ausgebildete Hochdruckfluidzuführöffnung zur Zuführung eines Hochdruckfluids von einer Getriebestruktur zu der Welle und einen sich axial bzgl. einer Rotationsachse der Welle erstreckenden Längshochdruckfluidkanalabschnitt auf. Auch weist der wenigstens eine Niederdruckfluidkanal eine an der Mantelfläche der Welle ausgebildete Niederdruckfluidzuführöffnung zur Zuführung eines Niederdruckfluids von einer Getriebestruktur zu der Welle und einen sich axial bzgl. einer Rotationsachse der Welle erstreckenden Längsniederdruckfluidkanalabschnitt auf. Mit anderen Worten kann von der Getriebestruktur und damit von außerhalb der Welle ein Hochdruckfluid über die Hochdruckfluidzuführöffnung dem Hochdruckfluidkanal und ein Niederdruckfluid über die Niederdruckfluidzuführöffnung dem Niederdruckfluidkanal zugeführt werden.
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Das Hochdruckfluid kann innerhalb der Welle in einem Druckbereich von ca. Druckbereich 0,3 bar bis 20 bar vorliegen. Das Niederdruckfluid kann beispielsweise in einem Druckbereich von unter 5,0 bar, bevorzugt weniger als 3,0 bar, besonders bevorzugt kleiner 2,0 bar, höchst bevorzugt kleiner oder gleich 1,0 bar, innerhalb der Welle vorliegen.
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Dabei weist der Längsniederdruckfluidkanalabschnitt im Vergleich zu dem Längshochdruckfluidkanalabschnitt eine radial äußere Position bezüglich der Rotationsachse der Welle auf. Mit anderen Worten ist der Längsniederdruckfluidkanalabschnitt an einer radial weiter außen verlaufenden Position als der Längshochdruckfluidkanalabschnitt angeordnet oder ausgebildet. Damit weist der Längsniederdruckfluidkanalabschnitt einen größeren Abstand von der Rotationsachse der Welle auf als der Längshochdruckfluidkanalabschnitt. Da die Zuführung des Niederdruckfluid von einer äußeren Umfangsfläche der Welle erfolgt und zugleich der Längsniederdruckfluidkanalabschnitt an einem radial äußeren Bereich, insbesondere in einer radial außen liegenden Hälfte innerhalb der Quererstreckung, der Welle verläuft, hat das durch den Niederdruckfluidkanal geführte Niederdruckfluid nur eine geringe radiale Bewegung während des Durchlaufens des Niederdruckfluidkanals auszuführen. Dies ermöglicht das Niederdruckfluid mit einem geringen Druck durch die Welle zu führen und mit dieser Druckreduktion für die Förderung des Niederdruckfluid einen insgesamt hohen Wirkungsgrad für das die Welle umfasste Gesamtsystem zu erreichen. Aufgrund von während der Drehbewegung der Welle auf das in ihr geführte Druckfluid wirkenden Fliehkräfte (Zentrifugalkraft/Zentripetalkraft), ist es vorteilhaft, die Welle derart auszulegen, dass die Fliehkrafteinflüsse auf das Niederdruckfluid möglichst gering sind. Allgemein kann dieser Effekt auch als Fliehfluiddruck bzw. Zentrifugaldruck bezeichnet werden. Dies wird mit der Anordnung des Niederdruckfluidkanals möglichst nahe an dem Zuführ- und Abführort des Niederdruckfluid an der Welle erreicht. Damit wird die radiale Bewegungskomponente des Niederdruckfluids während des Durchlaufens der Welle minimal, sodass ebenso der Anteil des Drucks des Niederdruckfluids der zur Überwindung von der Förderung entgegenstehenden fliehkraftbedingten Kräften minimal ist. Als Druckfluid kann beispielsweise ein Öl oder Wasser, insbesondere ein Motorenöl verwendet werden.
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Zwar wirkt sich die Fliehkraft verstärkt auf das in dem relativ zum Niederdruckfluidkanal weiter im Zentrum der Welle angeordneten bzw. verlaufenden Hochdruckfluids, welches in dem Hochdruckfluidkanal strömt, jedoch ist dies in einer Betrachtung des Wirkungsgrads des Gesamtsystems weniger nachteilig, da der Druck des Hochdruckfluids, insbesondere aufgrund einer etwaigen Drucksteuerungsfunktion des Hochdruckfluids, bereits höher liegt und damit die Überwindung der Fliehkräfte ausführbar ist.
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Es ist möglich, dass der wenigstens eine Hochdruckfluidkanal und der wenigstens eine Niederdruckfluidkanal durch Wandungen gebildet wird, welche zumindest überwiegend, bevorzugt vollständig, durch einen einstückigen Grundkörper der Welle ausgebildet werden. In einer optionalen Ausführungsform kann der Längshochdruckfluidkanalabschnitt und/oder der Längsniederdruckfluidkanalabschnitt durch Wandungen gebildet werden, welche zumindest überwiegend, bevorzugt vollständig, durch einen einstückigen Grundkörper der Welle ausgebildet werden. Grundsätzlich können die aus dem einstückigen Grundkörper der Welle gebildeten Wandungen zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, etwaige quer zur Längsachse verlaufende Abschnitte des Hochdruckfluidkanals und/oder des Niederdruckfluidkanals ausbilden.
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Die Ausbildung des Hochdruckfluidkanals und/oder des Längshochdruckfluidkanalabschnitts kann beispielsweise durch Wandungen des einstückig ausgebildeten Grundkörpers der Welle erfolgen. Wenigstens ein Druckfluidkanal kann beispielsweise diesen endseitig und/oder stirnseitig verschließende Stopfen umfassen, welche als separate Bauteile zusätzlich zu den Wandungen des einstückigen Grundkörpers den Hochdruckfluidkanal bzw. den Längshochdruckfluidkanalabschnitt mit begrenzen oder definieren. Beispielsweise können Wandungen des einstückigen Grundkörpers sämtliche Hoch- und/oder Niederdruckfluidkanäle, zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt gänzlich (mit Ausnahme etwaiger Stopfen), bilden bzw. definieren. Ein Stopfen kann beispielsweise dort eingesetzt werden, wo zur Ausbildung eines Längshochdruckfluidkanalabschnitts zunächst vermittels eines spannenden Fertigungsverfahrens eine Ausnehmung in den Grundkörper eingebracht wird und diese Ausnehmung zur Ausbildung des gezielten Volumens für den Längshochdruckfluidkanalabschnitt durch Einbringung und/oder Anordnung von Stopfen zur Erlangung der Zielgeometrie eingegrenzt wird.
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Es ist möglich, dass eine Haupterstreckungsachse des Längshochdruckfluidkanalabschnitts und eine Haupterstreckungsachse des Längsniederruckfluidkanalabschnitts parallel zueinander ausgerichtet sind. Dies ermöglicht eine kompakte und/oder einfach zu fertigende Variante der Welle, da die beiden Längsfluidkanalabschnitte beispielsweise durch zwei, eine gleiche Ausrichtung aufweisende Bohrprozesse ausgebildet werden kann. Beispielsweise weisen die Haupterstreckungsachse des Längshochdruckfluidkanalabschnitt und die Haupterstreckungsachse des Längsniederdruckfluidkanalabschnitts eine im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Ausrichtung aus. D. h., dass die Haupterstreckungsachse des Längshochdruckfluidkanalabschnitts und die Haupterstreckungsachse des Längsniederdruckfluidkanalabschnitts einen Winkel von nicht mehr als 20°, bevorzugt 10°, besonders bevorzugt 5°, zueinander einschließen oder höchst bevorzugt exakt parallel zueinander verlaufend ausgerichtet sind.
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Es ist möglich, dass die minimale axiale Länge des Längshochdruckfluidkanalabschnitts kürzer als die minimale axiale Länge des Längsniederdruckfluidkanalabschnitts ist. Bevorzugt entspricht die minimale axiale Länge des Längshochdruckfluidkanalabschnitts beispielsweise maximal 90 %, bevorzugt maximal 60 %, besonders bevorzugt maximal 50 %, höchst bevorzugt maximal 35 %, der minimalen axialen Länge des Längsniederdruckfluidkanalabschnitts. Als minimale axiale Länge des Längshochdruckfluidkanalabschnitts und des Längsniederdruckfluidkanalabschnitts ist die axiale Länge zu verstehen, welche sich zwischen einem Druckfluid zu der Welle zuführenden Zuführort zu dem diesem nächstgelegenen, Druckfluid von der Welle abführenden Abgabeort der Welle erstreckt. Es ist möglich, dass ein Druckfluidkanal mehrere Zu- und/oder Abflüsse aufweist, wobei als minimale axiale Länge hierbei die Länge zu verstehen ist, welche sich für ein minimales axiales Durchströmen des Druckfluids innerhalb der Welle ergibt. Die minimale axiale Länge des Längshochdruckfluidkanalabschnitts kann beispielsweise mindestens 10 %, bevorzugt mindestens 25 %, besonders bevorzugt mindestens 40 %, höchst bevorzugt mindestens 43 %, der minimalen axialen Länge des Längsniederdruckfluidkanalabschnitts entsprechen und dies vorzugsweise alternativ oder zusätzlich zu den vorgenannten Maximalwerten der minimalen axialen Länge.
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Es ist möglich, dass die minimale axiale Länge eines ersten Längsniederdruckfluidkanalabschnitts kürzer als die minimale axiale Länge eines zweiten Längsniederdruckfluidkanalabschnitts ist. Mit anderen Worten können unterschiedlich lange Längsniederdruckfluidkanalabschnitte innerhalb der Welle ausgebildet sein. Diese können dazu dienen das durch die jeweiligen Längsniederdruckkanalabschnitte geführte Niederdruckfluid an, in axialer Richtung zur Rotationsachse unterschiedlichen Zuführpunkten der Welle zuzuführen und/oder an, in axialer Richtung zur Rotationsachse unterschiedlichen Abgabepunkte von der Welle an benachbarte Getriebestrukturen abzugeben.
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Es ist möglich, dass die Welle (a) wenigstens einen, insbesondere geradlinigen, radial verlaufenden Querzuleitungsabschnitt des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals und/oder (b) wenigstens einen, insbesondere geradlinigen, radial verlaufenden Querzuleitungsabschnitt des wenigstens einen Niederdruckfluidkanals und/oder (c) wenigstens einen, insbesondere geradlinigen, radial verlaufenden Querableitungsabschnitt des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals und/oder (d) wenigstens einen, insbesondere geradlinigen, radial verlaufenden Querableitungsabschnitt des wenigstens einen Niederdruckfluidkanals aufweist. Der Querzuleitungsabschnitt und/oder der Querableitungsabschnitt können einen oder mehrere, insbesondere symmetrisch angeordnete oder ausgebildete Zuführ- bzw. Abführbohrungen umfassen. So kann beispielsweise ein wenigstens einem Längshochdruckkanalabschnitt über mehrere radial den Grundkörper der Welle durchdringende Querzuleitungsabschnitte (z. B. Querzuleitungsbohrungen) Druckfluid zugeführt und/oder über mehrere radial den Grundkörper der Welle durchdringende Querableitungsabschnitte (z. B. Querableitungsbohrungen) Druckfluid abgeführt werden. Dabei können die mehreren radial angeordneten Querzuleitungsabschnitte und/oder Querableitungsabschnitte radiärsymmetrisch bzw. radialsymmetrisch innerhalb der Welle ausgebildet sein. Beispielsweise weist ein erster Querzuleitungsabschnitt und/oder Querableitungsabschnitt einen Winkel zu einem unmittelbar benachbarten zweiten Querzuleitungsabschnitt bzw. Querableitungsabschnitt auf, der identisch ist zu dem Winkel des zweiten Querzuleitungsabschnitts bzw. Querableitungsabschnitts zu einem dem zweiten Querzuleitungsabschnitt bzw. Querableitungsabschnitt ferner benachbarten dritten Querzuleitungsabschnitts bzw. Querableitungsabschnitts.
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Die Abschnitte des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals und/oder des wenigstens einen Niederdruckfluidkanals können beispielsweise zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, durch ein spanabhebendes Verfahren (z. B. Bohren, Fräsen) und/oder durch ein chemisch oder thermisch abtragendes Verfahren (z. B. funkenerosives Abtragen nach DIN 8580) in den Grundkörper der Welle eingebracht worden sein. Alternativ kann wenigstens ein Hochdruckfluidkanal und/oder wenigstens ein Niederdruckfluidkanal zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt vollständig, durch ein urformendes Verfahren, z. B. Gießen, in den Grundkörper der Welle eingebracht worden sein.
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Es ist möglich, dass eine Haupterstreckungsebene des wenigstens einen Querzuleitungsabschnitts des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals, insbesondere sämtliche Querzuleitungsabschnitte des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals, und eine Haupterstreckungsebene des wenigstens einen Querzuleitungsabschnitts des wenigstens einen Niederdruckfluidkanals, insbesondere sämtliche Querzuleitungsabschnitte des wenigstens einen Niederdruckfluidkanals, parallel zueinander ausgerichtet sind. Als Haupterstreckungsebene wird vorzugweise eine gerade Ebene beschrieben, innerhalb welcher der wenigstens eine Querzuleitungsabschnitt verläuft. Beispielsweise ist die wenigstens eine Haupterstreckungsebene eines Querzuleitungsabschnitts, insbesondere sämtliche Haupterstreckungsebenen sämtlicher Querzuleitungsabschnitte, senkrecht zur Rotationsachse der Welle verlaufend angeordnet oder ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann beispielsweise (a) die Haupterstreckungsebene des wenigstens einen Querzuleitungsabschnitts des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals und/oder die Haupterstreckungsebene wenigstens eines Querzuleitungsabschnitts des wenigstens einen Niederdruckfluidkanals und (b) die Haupterstreckungsebene des wenigstens einen Querableitungsabschnitts des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals und/oder die Haupterstreckungsebene des wenigstens einen Querableitungsabschnitts des Niederdruckfluidkanals parallel zueinander ausgerichtet sein. Durch einen zueinander parallel ausgerichteten Verlauf der Haupterstreckungsebenen der Querzu- und Querableitungsabschnitte kann ein einfach zu fertigender Aufbau erreicht werden, da die Bohrwerkzeuge zur Erzeugung der Querzu- und Querableitungsabschnitte gleichartig auszurichten sind.
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Es ist möglich, dass (a) stromauf der Hochdruckfluidzuführöffnung eine, insbesondere wenigstens zwei Hochdruckfluidzuführöffnungen miteinander verbindende, Ringnut oder Sichelnut an der Welle und/oder (b) stromauf der wenigstens einen Niederdruckfluidzuführöffnung eine, insbesondere wenigstens zwei Niederdruckfluidzuführöffnungen miteinander verbindende, Ringnut oder Sichelnut an der Welle ausgebildet ist bzw. sind. Die Ringnut oder Sichelnut ermöglicht im Übergabebereich des Druckfluids zwischen einer Getriebestruktur und der Welle eine Übergabe bzw. Überleitung von Druckfluid im rotierenden Zustand der Welle mit geringeren Druckverlusten bzw. mit einem geringeren Strömungswiderstand. Die Ringnut kann sich beispielsweise, insbesondere mit einer konstanten oder sich ändernden Tiefe, um den gesamten Querumfang der Welle erstrecken. Eine Sichelnut grenzt sich dadurch von einer Ringnut ab, dass die Sichelnut sich nur abschnittsweise um den Querumfang der Welle erstreckt und hierbei zusätzlich eine unterschiedliche Tiefe aufweist. Dabei kann die Sichelnut im Querschnitt zur Rotationsachse der Welle betrachtet eine sichelartige Form bilden.
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Die angrenzende Getriebekomponente, welche eine Zuführstruktur zur Überleitung des Druckfluids an die Fluidzuführöffnungen der Welle und/oder an die stromauf der Fluidzuführöffnungen vorgesehene(n) Ringnut(en) und/oder Sichelnut(en) kann beispielsweise alternativ oder zusätzlich zu der Welle wenigstens eine Ringnut oder Sichelnut aufweisen bzw. eine solche dort ausgebildet sein. Insbesondere, wenn sowohl die Welle als auch die Getriebekomponente jeweils eine Ring- oder Sichelnut aufweisen, kann eine Übergabe an Druckfluid bei geringen Druckverlusten erfolgen.
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Es ist möglich, dass im Querschnitt betrachtet, (a) zwischen wenigstens zwei, insbesondere jeweils geradlinig, radial verlaufenden Querzuleitungsabschnitten des Hochdruckfluidkanals und/oder (b) zwischen wenigstens zwei, insbesondere jeweils geradlinig, radial verlaufenden Querableitungsabschnitten des Hochdruckfluidkanals wenigstens ein, bevorzugt genau ein, Längsniederdruckfluidkanalabschnitt verläuft. Damit kann ein kompakter Aufbau einer die Hoch- und Niederdruckfluidkanäle aufweisenden Welle erreicht werden. Bevorzugt ist zwischen zwei, insbesondere unmittelbar zueinander, benachbarten Querzuleitungsabschnitten des Hochdruckfluidkanals und/oder zwischen zwei, insbesondere unmittelbar zueinander, benachbarten Querableitungsabschnitten des Hochdruckfluidkanals wenigstens ein, insbesondere exakt bzw. genau ein, Längsniederdruckfluidkanalabschnitt verlaufend angeordnet. Es ist auch möglich zwischen einem ersten Querab- oder Querzuleitungsabschnitt des Hochdruckfluidkanals und einem zweiten, unmittelbar von dem ersten benachbart angeordneten Querab- oder Querzuleitungsabschnitt des Hochdruckfluidkanals wenigstens ein Längsniederdruckfluidkanal und dem zweiten Querab- oder Querzuleitungsabschnitt des Hochdruckfluidkanals und einem zu dem dritten, unmittelbar von dem zweiten benachbart angeordneten Querab- oder Querzuleitungsabschnitt des Hochdruckfluidkanals kein Längsniederdruckfluidkanal angeordnet ist. Damit kann es ermöglicht werden, eine symmetrische und bzgl. Unwuchten unkritische, mit Hoch- und Niederdruckfluidkanälen ausgestattete Welle zu erreichen. Bevorzugt sind die Querab- und/oder Querzuleitungsabschnitte des Hochdruckfluidkanals radiärsymmetrisch bzw. mit regelmäßigen oder identischen Winkelabständen zueinander über die Welle verteilt.
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Der Längshochdruckfluidkanalabschnitt zur Ableitung eines Teils des Hochdruckfluids kann beispielsweise mit wenigstens einem Querableitungsabschnitt des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals und zur Ableitung eines weiteren Teils des Hochdruckfluids mit einem Hochdruckfluid in axialer Richtung aus der Welle austretenlassenden Austrittsöffnung verbunden sein. Mit anderen Worten ist die Welle derart ausgebildet, dass diese nicht nur über die Querableitungsabschnitte und damit an Druckfluidabgabeorten an der Mantelfläche der Welle Druckfluid an eine Getriebestruktur abgibt, sondern zusätzlich über wenigstens einen an der Stirnseite der Welle angeordneten Abgabeort. Hierzu kann ein, z. B. an einer Stirnseite der Welle angeordneter, Stopfen derart (bzgl. Dichtigkeit) ausgelegt sein, dass dieser im bestimmungsgemäßen Betrieb der Welle einen definierten Volumenstrom an innerhalb des Hochdruckfluidkanals geführten Hochdruckfluids aus der Welle, insbesondere an der Stirnseite der Welle, austreten lässt. Beispielsweise kann die Dichtigkeit des Stopfens derart ausgelegt sein, dass dieser nach Überschreiten eines definierten Druckwertes des innerhalb des Hochdruckfluidkanals geführten Hochdruckfluids dieses, zusätzlich zu dem Austreten über die Querableitungsabschnitte, an der Stirnseite der Welle austreten lässt.
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Der Längshochdruckfluidkanalabschnitt kann beispielsweise als zentrale Ausnehmung, insbesondere als eine koaxial zu der Rotationsachse der Welle verlaufende zentrale Ausnehmung, eines die Welle ausbildenden Grundkörpers ausgebildet sein. Diese Ausnehmung kann beispielsweise an wenigstens einer Stirnseite zum zumindest phasenweisen fluiddichten Abschluss mit einem Abschlussmittel (z. B. einem Stopfen) verschlossen oder verschließbar sein. Optional kann die Ausnehmung an beiden Stirnseiten jeweils mit einem Abschlussmittel verschlossen oder verschließbar sein.
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Der Längsniederdruckfluidkanalabschnitt kann beispielsweise zur Ableitung des Niederdruckfluids mit wenigstens einem Querableitungsabschnitt verbunden sein und sich in einen, insbesondere im bestimmungsgemäßen Betrieb der Welle unverschlossenen, einen größeren axialen Abstand als ein Querableitungsabschnitt zu dem Querzuleitungsabschnitt aufweisenden Kanalbereich erstrecken. Aufgrund der, im bestimmungsgemäßen Betrieb der Welle auf das in dem Niederdruckfluidkanal geführte Niederdruckfluid einwirkenden Fliehkräfte können diese bereits an dem Querableitungsabschnitt vollständig aus der Welle austreten. Damit wird Verschluss eines über den Querableitungsabschnitt hinausgehenden Kanalabschnitts für den Längsniederdruckfluidkanal entbehrlich. Mit anderen Worten kann ein Verschlussmittel (z. B. ein Stopfen) für den Niederdruckfluidkanal an wenigstens einem Ende des Längsniederdruckfluidkanals eingespart werden, da im bestimmungsgemäßen Betrieb kein oder nur eine geringfügige Menge an Niederdruckfluid an dieser Stelle aus dem Längsniederdruckfluidkanal austritt.
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Der Kanalbereich kann beispielsweise zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, im Zuge einer spanabhebenden Bearbeitung, insbesondere einer bohrenden Bearbeitung zur Ausbildung des Längsniederdruckfluidkanalabschnitts erzeugt worden sein. Mit anderen Worten wird eine, insbesondere in die Stirnfläche der Welle erfolgende, Bohrung zur Bildung des Längsniederdruckkanals zumindest abschnittsweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt gänzlich, in den die Welle bildenden Grundkörper eingebracht. Diese Bohrung erfolgt beispielsweise zur Ausbildung einer Sacklochbohrung, wobei der Eintrittsbereich des Bohrers in die Welle nach der Ausbildung Längsniederdruckkanals nicht verschlossen wird, sodass ein zwangsläufig während der Bohrung des Längsniederdruckkanals gebildeter Kanalabschnitt im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Welle offenbleibt.
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Neben der Welle betrifft die Erfindung auch Fahrzeuggetriebe, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, umfassend eine hierin beschriebene Welle.
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Sämtliche Vorteile, Einzelheiten, Ausführungen und/oder Merkmale der erfindungsgemäßen Welle sind auf das erfindungsgemäße Fahrzeuggetriebe anzuwenden und umgekehrt.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Welle im Längsschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Welle gemäß Schnittlinie II-II aus 1;
- 3 eine schematische Schnittdarstellung einer in einem Fahrzeuggetriebe verbauten Welle gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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In 1 ist eine Welle 1 für ein Fahrzeuggetriebe, insbesondere ein Fahrzeuggetriebe, gezeigt. Das die Welle 1 umfassende Getriebe kann beispielsweise in einem, bevorzugt ausschließlich, elektrisch oder verbrennungsmotorisch antreibbaren Fahrzeug verwendet werden. Die Einbausituation einer entsprechenden oder ähnlichen erfindungsgemäßen Welle 1 in ein Fahrzeuggetriebe ist in 3 dargestellt.
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Die Welle 1 ist über wenigstens ein Axiallager 31 und über wenigstens ein Radiallager 32 an einer Getriebestruktur abgestützt bzw. an dieser drehbar gelagert. Das Axiallager 31 begrenzt hierbei die axiale und das Radiallager 32 die radiale Bewegbarkeit der Welle 1 jeweils relativ zu der Getriebestruktur. Ferner kann zwischen der Welle 1 und der Getriebestruktur, insbesondere im Bereich oder an der Mantelfläche 4 der Welle 1 wenigstens ein Dichtmittel 33 angeordnet oder ausgebildet sein, welches eine axiale Bewegung eines Druckfluids begrenzt oder kanalisiert. Das oder die Dichtmittel 33 kann bzw. können beispielsweise als Ringdichtungen ausgebildet sein.
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Die Welle umfasst wenigstens einen Hochdruckfluidkanal 2 zur Durchleitung eines Hochdruckfluids und wenigstens einen von dem Hochdruckfluidkanal 2 getrennt verlaufenden Niederdruckfluidkanal 3 zur Durchleitung eines Niederdruckfluids durch die Welle 1. Ein den Strömungsverlauf 30 eines den Hochdruckfluidkanal 2 durchströmenden Hochdruckfluids sowie ein Strömungsverlauf 30 des den Niederdruckfluidkanal 3 durchströmenden Niederdruckfluids ist in der 3 schematisch als gepunktete und mit die Strömungsrichtung anzeigenden Pfeilen versehene Linien dargestellt. Ferner ist in 3 der Strömungsverlauf 29 des Niederdruckfluids in dem wenigstens einen Niederdruckfluidkanal 9, 9`, ebenfalls als mit Pfeilspitzen versehene Punktlinien, ersichtlich. Hierbei ist, insbesondere in der Zusammenschau mit der den Querschnitt der Welle 1 zeigenden 2 erkennbar, dass der Strömungsverlauf 30 des Hochdruckfluidkanals 2 nicht in der Schnittebene der 2 liegt, sondern um diese versetzt ist. D. h. die in 3 dargestellten Kreuzungspunkte der Strömungsverläufe 29, 30 ergeben sich durch eine Betrachtung der Strömungsverläufe 29, 30 als in die Zeichnungsebene projizierte Linien. Mit anderen Worten können die die Welle 1 durchströmenden Strömungsverläufe 29, 30 des Niederdruck- und Hochdruckfluids kreuzen, insbesondere bezüglich einer Projektion dieser in eine entlang zur Rotationsachse 6 verlaufenden Projektionsebene, vgl. 3.
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Der wenigstens eine Hochdruckfluidkanal 2 weist eine an der Mantelfläche 4 der Welle 1 ausgebildete Hochdruckfluidzuführöffnung 5 zur Zuführung eines Hochdruckfluids und einen sich axial bzgl. einer Rotationsachse 6 der Welle 1 erstreckenden Längshochdruckfluidkanalabschnitt 7 auf. Ferner weist der wenigstens eine Niederdruckfluidkanal 3 eine an der Mantelfläche 4 der Welle 1 ausgebildete Niederdruckfluidzuführöffnung 8 zur Zuführung eines Niederdruckfluids und einen sich axial bzgl. einer Rotationsachse 6 der Welle 1 erstreckenden Längsniederdruckfluidkanalabschnitt 9 auf. Hierbei ist der Längsniederdruckfluidkanalabschnitt 9 im Vergleich zu dem Längshochdruckfluidkanalabschnitt 7 an einer radial äußeren Position bezüglich der Rotationsachse 6 der Welle 1 platziert. Mit anderen Worten ist der Abstand 34 zwischen dem Längsniederdruckfluidkanalabschnitt 9 und der Rotationsachse 6 größer als der Abstand zwischen dem Längshochdruckfluidkanalabschnitts 7 und der Rotationsachse 6. In der in den Figuren dargestellten Ausführungsform ist der Längshochdruckfluidkanalabschnitt 7 nicht von der Rotationsachse 6 beabstandet, sondern fällt mit dieser zusammen bzw. ist koaxial zu dieser platziert.
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Der wenigstens eine Hochdruckfluidkanal 2 und der wenigstens eine Niederdruckfluidkanal 3 kann durch Wandungen gebildet sein, welche zumindest überwiegend, bevorzugt vollständig, durch einen einstückigen Grundkörper 10 der Welle 1 ausgebildet werden. Aus 1 ist deutlich ersichtlich, dass der wellenseitige Förderkanal des Hochdruckfluids und des Niederdruckfluids, mit Ausnahme der eine zentrale Ausnehmung verschließenden Abschlussmittel 35, 35`, ausschließlich durch Wandungen eines einstückig ausgebildeten Grundkörpers 10 der Welle 1 gebildet werden.
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Eine Haupterstreckungsachse 11 des Längshochdruckfluidkanalabschnitts 7 und eine Haupterstreckungsachse 12 des Längsniederruckfluidkanalabschnitts 9 können parallel zueinander ausgerichtet sein. In den dargestellten Ausführungsformen fällt die Haupterstreckungsachse 11 des Längshochdruckfluidkanalabschnitts 7 mit der Rotationsachse 6 zusammen.
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Die minimale axiale Länge 13 des Längshochdruckfluidkanalabschnitts 7 kann beispielsweise kürzer als die minimale axiale Länge 14 des Längsniederdruckfluidkanalabschnitts 9 ausgeführt sein. Hierbei ist die minimale axiale Länge 13, 14 jeweils als die Strecke zu verstehen, welche das Druckfluid in den jeweiligen Längsfluidkanalabschnitten 7, 9 durchtritt, beginnend von einer Zuführung 36 in den Längsfluidkanalabschnitt 7,9 und endend an einer Abführung 37 aus dem Längsfluidkanalabschnitt 7, 9. Hierbei kann die Zuführung 36 als der Ort definiert sein, welcher einen Übertritt des Druckfluids von einem Querzuleitungsabschnitt 16, 16` in einen Längshochdruckfluidkanal 7 bzw. von einem Querzuleitungsabschnitt 18, 18` in den Längsniederdruckfluidkanal 9, 9` ermöglicht. Analog kann die Abführung 37 als der Ort definiert sein, welcher einen Übertritt des Druckfluids von dem Längshochdruckfluidkanal 7 in einen Querableitungsabschnitt 17, 17` bzw. von einem Längsniederdruckfluidkanal 9 in einen Querableitungsabschnitt 19, 19` ermöglicht. Beispielsweise entspricht die minimale axiale Länge 13 des Längshochdruckfluidkanalabschnitts 7 maximal 90 %, bevorzugt maximal 60 %, besonders bevorzugt maximal 50 %, höchst bevorzugt maximal 35 %, der minimalen axialen Länge 14 des Längsniederdruckfluidkanalabschnitts 9.
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Die minimale axiale Länge 14 eines ersten Längsniederdruckfluidkanalabschnitts 9 kann beispielsweise kürzer als die minimale axiale Länge 15 eines zweiten Längsniederdruckfluidkanalabschnitts 9` ausgebildet sein. So weist der in 3 oben dargestellte Längsniederdruckfluidkanalabschnitt 9 eine geringere minimale axiale Länge 14 auf als der weiter unten dargestellte Längsniederdruckfluidkanalabschnitt 9` mit seiner Länge 15.
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Die Welle kann beispielsweise (a) wenigstens einen, insbesondere geradlinigen, radial verlaufenden Querzuleitungsabschnitt 16, 16` des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals 2 und/oder (b) wenigstens einen, insbesondere geradlinigen, radial verlaufenden Querzuleitungsabschnitt 18, 18` des wenigstens einen Niederdruckfluidkanals 3 und/oder (c) wenigstens einen, insbesondere geradlinigen, radial verlaufenden Querableitungsabschnitt 17, 17` des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals 2 und/oder (d) wenigstens einen, insbesondere geradlinigen, radial verlaufenden Querableitungsabschnitt 19, 19` des wenigstens einen Niederdruckfluidkanals 3 aufweisen. Dabei kann beispielsweise (i) eine Haupterstreckungsebene 20 des wenigstens einen Querzuleitungsabschnitts 16 des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals 2, insbesondere sämtlicher Querzuleitungsabschnitte 16, 16' des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals 2, und (ii) eine Haupterstreckungsebene 21 des wenigstens einen Querzuleitungsabschnitts 18, 18` des wenigstens einen Niederdruckfluidkanals 3, insbesondere sämtliche Querzuleitungsabschnitte 18, 18` des wenigstens einen Niederdruckfluidkanals 3, parallel zueinander ausgerichtet sein. Optional kann Zusätzlich (iii) die Haupterstreckungsebene 20, 21 des wenigstens einen Querzuleitungsabschnitts 16, 16`, 18, 18` des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals 2 und/oder des wenigstens einen Niederdruckfluidkanals 3 und (iv) die Haupterstreckungsebene 22, 23 des wenigstens einen Querableitungsabschnitts 17, 17`, 19, 19` des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals 2 und/oder des wenigstens einen Niederdruckfluidkanals 3 parallel zueinander ausgerichtet sein.
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Es ist möglich, dass (a) stromauf der Hochdruckfluidzuführöffnung 5 eine, insbesondere wenigstens zwei Hochdruckfluidzuführöffnungen 5 miteinander verbindende, Ringnut 24 oder Sichelnut an der Welle 1 und/oder (b) stromauf der wenigstens einen Niederdruckfluidzuführöffnung 8 eine, insbesondere wenigstens zwei Niederdruckfluidzuführöffnungen 8 miteinander verbindende, Ringnut 24 oder Sichelnut an der Welle 1 ausgebildet ist bzw. sind.
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Im Querschnitt betrachtet - vgl. 2 - kann beispielsweise zwischen wenigstens zwei, insbesondere jeweils geradlinig, radial verlaufenden Querzuleitungsabschnitten 16, 16` des Hochdruckfluidkanals 2 und/oder zwischen wenigstens zwei, insbesondere jeweils geradlinig, radial verlaufenden Querableitungsabschnitten 17, 17` (nicht dargestellt) des Hochdruckfluidkanals 2 wenigstens ein, bevorzugt genau ein, Längsniederdruckfluidkanalabschnitt 9 verlaufen. Dies ermöglicht einen kompakten und bzgl. etwaiger Unwuchten unkritischen Aufbau der Welle 1.
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Der Längshochdruckfluidkanalabschnitt 7 kann beispielsweise zur Ableitung eines Teils des Hochdruckfluids mit wenigstens einem Querableitungsabschnitt 17, 17` des wenigstens einen Hochdruckfluidkanals 2 und zur Ableitung eines weiteren Teils des Hochdruckfluids mit einem Hochdruckfluid in axialer Richtung aus der Welle 1 austretenlassenden Austrittsöffnung 25 verbunden sein. So kann beispielsweise ein einen Innenraum der Welle 1 bildender Bereich des Hochdruckfluidkanals 2 vermittels Abschlussmittel 35, 35` verschlossen oder zumindest räumlich begrenzt sein, wobei wenigstens ein Abschlussmittel 35, 35` derart mit dem Grundkörper 10 verbunden ist, dass ein Teil des Hochdruckfluids über das Abschlussmittel 35, 35` und/oder eine Kontaktstelle des Abschlussmittels 35, 35` mit dem Grundkörper 10 überwinden bzw. dort hindurchtreten kann. So kann beispielsweise in der in 3 gezeigten Ausführungsform über das auf der Seite des Radiallagers angeordneten Abschlussmittels 35 ein Teil des im Hochdruckfluidkanal 2 geführten Hochdruckfluids aus der Welle 1 austreten und nach einer Umlenkung an der Getriebestruktur zur Schmierung des wenigstens einen Radiallagers 32 eingesetzt werden.
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Der Längshochdruckfluidkanalabschnitt 7 kann beispielsweise als zentrale Ausnehmung, insbesondere als eine koaxial zu der Rotationsachse 6 der Welle 1 verlaufende zentrale Ausnehmung, eines die Welle 1 ausbildenden Grundkörpers 10 ausgebildet sein und diese Ausnehmung an wenigstens einer Stirnseite 26, 27 zu deren fluiddichten Abschluss oder zumindest hinsichtlich des Erreichens einer vordefinierten Dichtigkeit mit einem Abschlussmitteln 35, 35` verschließen.
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Der Längsniederdruckfluidkanalabschnitt 9 kann beispielsweise zur Ableitung des Niederdruckfluids mit wenigstens einem Querableitungsabschnitt 19, 19` verbunden sein und sich bis in einen, insbesondere im bestimmungsgemäßen Betrieb der Welle 1 unverschlossenen, einen größeren axialen Abstand als ein Querableitungsabschnitt 19, 19` zu dem Querzuleitungsabschnitt 18 aufweisenden Kanalbereich 28 erstrecken. Als unverschlossener Zustand kann verstanden werden, dass kein Abdichtelement in oder an dem Kanalbereich 28 angeordnet oder ausgebildet ist. Optional kann ein Lagerelement zur Lagerung der Welle 1 an einer Getriebestruktur sich an das unverschlossene freie Ende des Kanalbereichs 28 im montierten Zustand der Welle 1 anschließen. Wie in 3 dargestellt, kann ein Axiallager 31 sich an das freie Ende des Kanalbereichs 28 anschließen oder zumindest in dessen Nahbereich angeordnet sein.
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Der Kanalbereich 28 kann beispielsweise zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, im Zuge einer spanabhebenden Bearbeitung an dem Grundkörper 10 der Welle 1, insbesondere einer bohrenden Bearbeitung zur Ausbildung des Längsniederdruckfluidkanalabschnitts 9 erzeugt worden sein. Mit anderen Worten kann durch eine stirnseitige Bohrung in den die Welle 1 bildenden Grundkörper 10 zunächst der Kanalbereich 28 und bei Fortschreiten des Bohrprozesses der Längsniederdruckfluidkanalabschnitt 9, 9` gebohrt werden. Dabei kann im bestimmungsgemäßen Betrieb der Welle 1 auf einen Verschluss des Kanalabschnitts 28 verzichtet werden.
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Die hierin beschriebene Welle kann beispielsweise als Bauteil bzw. als Bestandteil eines Fahrzeuggetriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuggetriebes, eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Hochdruckfluidkanal
- 3
- Niederdruckfluidkanal
- 4
- Mantelfläche
- 5
- Hochdruckfluidzuführöffnung
- 6
- Rotationsachse
- 7
- Längshochdruckfluidkanalabschnitt
- 8
- Niederdruckfluidzuführöffnung
- 9, 9`
- Längsniederdruckfluidkanalabschnitt
- 10
- Grundkörper von 1
- 11
- Haupterstreckungsachse von 7
- 12
- Haupterstreckungsachse von 9, 9`
- 13
- minimale axiale Länge von 7
- 14
- minimale axiale Länge von 9
- 15
- minimale axiale Länge eines weiteren Längsniederdruckfluidkanalabschnitts 9`
- 16, 16`
- Querzuleitungsabschnitt von 2
- 17, 17`
- Querableitungsabschnitt von 2
- 18, 18`
- Querzuleitungsabschnitt von 3
- 19, 19`
- Querableitungsabschnitt von 3
- 20
- Haupterstreckungsebene von 16, 16`
- 21
- Haupterstreckungsebene von 18, 18`
- 22
- Haupterstreckungsebene von 17, 17`
- 23
- Haupterstreckungsebene von 19, 19`
- 24
- Ringnut
- 25
- Austrittsöffnung
- 26
- Stirnseite einer Ausnehmung von 10
- 27
- Stirnseite einer Ausnehmung von 10
- 28
- Kanalbereich
- 29
- Strömungsverlauf von Niederdruckfluid
- 30
- Strömungsverlauf von Hochdruckfluid
- 31
- Axiallager
- 32
- Radiallager
- 33
- Dichtmittel
- 34
- Abstand zwischen 6 und 9
- 35, 35`
- Abschlussmittel
- 36
- Zuführung von 9
- 37
- Abführung von 11
