DE19648212A1

DE19648212A1 - Kühlflüssigkeitsfördersystem in einer Fahrzeugachse

Info

Publication number: DE19648212A1
Application number: DE1996148212
Authority: DE
Inventors: Hermann Maier; Ulrich Solka
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 1998-05-28
Also published as: ITMI972401A1; IT1295875B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlflüssigkeits fördersystem in einer Fahrzeugachse. Bei Fahrzeugantriebs achsen mit im Radkopf integrierten Ölbadbremsen kann die Abwärme beim Bremsen eine lokale Überhitzung der Achse ver ursachen. Dies führt zu einer thermischen Zersetzung des Öls und damit zu einer vorzeitigen Alterung. Es ist daher sinnvoll, die Abwärme der Bremsen über die gesamte Achse zu verteilen, um durch die hohen Wärmekapazität der gesamten Achse Leistungsspitzen der Abwärme zeitlich zu verteilen und die gesamte Oberfläche des Achsbrückengehäuses als Kühlfläche zu nutzen. Dies geschieht effektiv durch eine aktive Kühlmittelzirkulation. Vorteilhaft dient Öl als Kühlmittel. Bei Lamellenbremsen kann die Schleuderwirkung der sich drehenden Lamellen und des zugehörigen Lamellen trägers als Förderpumpe ausgenutzt werden. Das Kühlmittel wird dabei in sinnvoll ausgebildeten Kanälen des Lamellen trägers oder damit verbundenen Bauteilen durch die Zentri fugalkraft beschleunigt. Derartige flüssigkeitsgekühlte Lamellenbremsen werden auf dem Gebiet der Antriebstechnik häufig verwendet. Bevorzugt werden sie in schweren Nutz fahrzeugen, wie beispielsweise Radlader, eingesetzt. Dort werden sie in extremen Einsatzbedingungen hoch belastet. Bei einem Radlader in der Betriebsart "Laden" werden die Bremsen häufig bei voller Motorleistung betätigt. Bei einer derartigen Belastung überschreitet das Kühlmittel bei unzu reichendem Durchsatz seine Grenztemperatur. Ein aktives Kühlflüssigkeitsfördersystem ist in diesem Fall unabding bar. Kühlflüssigkeitsfördersysteme sind bekannt, die euro päischen Patentschriften 0 466 745 und 0 466 746 beschrei ben zwei Formen der aktiven Kühlmittelzirkulation, die un ter anderem auch die Schleuderwirkung der Lamellenbremse ausnutzt. Nachteil der Kühlflüssigkeitsfördersysteme beider Schriften ist, daß der Kühlmitteldurchsatz und damit die Kühlleistung durch den Zulauf zu dem Lamellenträger be grenzt ist. Zudem tritt in dem System nach der Schrift 0 466 745 eine Vermischen von warmem und kaltem Kühlmittel durch die Kurzschlußbohrung 47 auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühl flüssigkeitsfördersystem in einer Fahrzeugachse zu schaf fen, bei dem der Kühlkreislauf vollkommen geschlossen ist und keine Vermischung von warmem und kaltem Kühlmittel au ßerhalb des Kühlmittelsumpfs möglich ist und das eine hohe Kühlleistung durch eine hohe Förderleistung von Kühlmittel erzielt.

Diese Aufgabe wird mit einem, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden gattungsgemäßen Kühlflüssigkeitsfördersystem gelöst. Der entscheidende Un terschied zum oben genannten Stand der Technik ist dabei, daß der gesamte Zulauf zum Lamellenträger bis hin zu den Kühlmittelkanälen gasdicht ausgebildet ist und Zulauf an einem Saugrohr beginnt, das in den Kühlmittelsumpf in der Mitte des Achsbrückengehäuses eintaucht. Durch die Schleu derwirkung des Lamellenträgers, der Bremslamellen oder des Verbundes aus Lamellenträger und Bremslamellen bildet sich ein Unterdruck im Zulauf aus, durch den das Kühlmittel aus dem Kühlmittelsumpf abgesaugt wird. Je höher die Zentrifu genwirkung des Lamellenträgers, der Bremslamellen oder des Verbundes aus Lamellenträger und Bremslamellen beim schnel leren Fahren des Fahrzeugs wird, desto höher wird der Un terdruck im Ansaugrohr und desto höher wird Durchfluß im Ansaugrohr. Bei dem nicht gasdicht ausgebildeten, oben an geführten Stand der Technik zieht die Lamellenbremsen-Zen trifuge Luft, kann damit keinen Unterdruck aufbauen und der Kühlmitteldurchsatz ist damit durch den Kühlmittel zu lauf begrenzt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Zulauf zum Lamellenträger als Bohrung in einem Na benträger ausgebildet. Diese Bohrung ist an der der Achs mitte zugewandten Innenseite des Nabenträgers mit einem Saugrohr verbunden, das im inneren Hohlraum des Achsbrüc kengehäuses verläuft und bei der Achsmitte tief in den Kühlflüssigkeitssumpf eintaucht. Das Abzapfen der Kühlflüs sigkeit an der axialen Mitte der Achse hat zum Vorteil, daß auch bei einer Schrägstellung des Fahrzeuges und damit Ver kippung der Achse bei hinreichendem Kühlflüssigkeitsstand das Saugrohr nicht trocken gelegt wird. Auf der Seite des Lamellenträgers mündet die Bohrung im Nabenträger in einem Ringraum zwischen Naben- und Lamellenträger. Der Rücklauf des Kühlflüssigkeitsfördersystems ist als Ringraum zwischen Nabenträger und Antriebswelle gestaltet. Dabei sind der Ringraum zwischen Naben- und Lamellenträger und der Ring raum zwischen Nabenträger und Antriebswelle gegeneinander abgedichtet.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Er findung ist der Zulauf zum Lamellenträger als ein Ringraum zwischen Nabenträger und Antriebswelle ausgebildet, der an der der Achsmitte zugewandten Innenseite des Nabenträgers zum inneren Hohlraum des Achsbrückengehäuses hin mit einem Dichtungsring abgedichtet ist, so daß dieser Ringraum bei niedrigem Kühlflüssigkeitsstand keine Luft ziehen kann. Dieser Ringraum ist über eine Bohrung im Nabenträger mit einem Saugrohr verbunden, das wie in der obigen Ausgestal tung der Erfindung im inneren Hohlraum des Achsbrückenge häuses verläuft und bei der Achsmitte tief in den Kühlflüs sigkeitssumpf eintaucht. Der Rücklauf der Kühlflüssigkeit ist als weitere Bohrung im Nabenträger gestaltet, die ge genüber dem Ringraum zwischen Naben- und Lamellenträger verschlossen ist.

Vorzugsweise befinden sich die Kühlflüssigkeitskanäle zur Zentrifugalbeschleunigung im Lamellenträger. Diese Ka näle können sich aber auch in einem eigenem Bauteil, das mit der Achswelle oder dem Lamellenträger verbunden ist und an die Lamellenbremse thermisch angekoppelt ist, unterge bracht sein. Dieses Bauteil könnte beispielsweise ein Ring sein, der vorzugsweise in den Lamellenträger eingepreßt ist. Diese Kanäle können aber auch in einem Verbund aus Lamellenträger oder Bremslamellen und einem Ring gebildet werden.

Vorzugsweise besitzt der Zulauf zum Lamellenträger einen kleineren Querschnitt als der Ablauf. Dies ist insbe sondere für den Fall vorteilhaft, in dem die Lamellenbremse zusammen mit einem Planetengetriebe in einem Radkopf unter gebracht ist. Denn im Falle eines nicht hinreichend dimen sionierten Ablaufes füllt sich der Radkopf mit Kühlflüssig keit auf. Die Planschverluste nehmen dabei stark zu und die Kühlflüssigkeit heizt sich dadurch auch ohne Bremsbetäti gung schon erheblich auf. Beim wiederholten starken Bremsen erhitzt sich die Kühlflüssigkeit dann so stark, daß sie sich thermisch zersetzt und unbrauchbar wird.

Vorteilhafterweise sind der Ringraum zwischen Naben- und Lamellenträger und der Ringraum zwischen Nabenträger und Antriebswelle mittels einer axialen Spaltdichtung ge geneinander abgedichtet. Bei einer derartigen Spaltdichtung besitzt die Verbindung zwischen den beiden Ringräumen einen sehr niedrigen Durchfluß-Querschnitt, so daß infolge der Viskosität der Kühlflüssigkeit und der daraus resultieren den inneren Reibung der Durchfluß durch diesen Spalt so gut wie Null ist. Eine axiale Spaltdichtung ist einer radialen Spaltdichtung vorzuziehen, da sie nicht durch den Anlauf bei radialem Ausweichen der Achswelle durch Reibung und Verschleiß beeinträchtig wird.

Vorzugsweise ist der Ringraum zwischen Nabenträger und Antriebswelle an der der Achsmitte zugewandten Innenseite des Nabenträgers zum inneren Hohlraum des Achsbrückengehäu ses hin mit einem Rechteck-Nutring abgedichtet. Dieser ist widerstandsfähig und erfordert keine gesonderte Bearbeitung der Antriebswelle.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Tauchrohr in die Bohrung im Nabenträger eingepreßt oder eingeklebt. Dies ist kostengünstig herzustellen und einfach zu montieren.

Vorzugsweise wird beim einem Kühlflüssigkeitsfördersy stem, das Kühlflüssigkeit aus einem Hohlraum im Achsbrüc kengehäuse in einen Hohlraum in einem Radkopf fördert, der maximale Kühlflüssigkeitsstand im Radkopf durch geeignete Höhenlage des Rückflusses begrenzt. Auf diese Weise werden ein Auffüllen des Radkopfes mit Kühlflüssigkeit und die daraus resultierenden, oben beschriebenen Nachteile verhin dert.

Vorzugsweise wird das Kühlflüssigkeitsfördersystem bei Lamellenbremsen eingesetzt, die sich zusammen mit einem Planetengetriebe in einem Radkopf befinden. Das Kühlflüs sigkeitsfördersystem dient dabei unter anderem auch zur Kühlung des Planetengetriebes.

In Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Achsbrücke mit Antriebswelle, Radkopf, Planetengetriebe und Mehrscheiben-Ölbad-Lamellenbremse, eine zur Antriebswellenseele parallele Bohrung als Zulauf eines Kühlflüssigkeitsfördersystems und einen Ringraum zwischen Nabenträger und Antriebswelle als dessen Ablauf;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Achsbrücke mit Antriebswelle, Radkopf, Planetengetriebe und Mehrscheiben-Ölbad-Lamellenbremse, einen Ringraum zwischen Nabenträger und Antriebs welle als Zulauf eines Kühlflüssigkeitsför dersystems und eine zur Antriebswellenseele parallele Bohrung als dessen Ablauf;

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 1.

In einer Fahrzeugachse 1 ist eine Antriebswelle 2 mit einem Lamellenträger 3 verbunden, auf dem Bremslamellen 4 befestigt sind. Der Lamellenträger 3 ist Bestandteil einer Mehrscheiben-Ölbad-Lamellenbremse 5, die ebenso wie ein Planetengetriebe 6 in einem Radkopf 7 untergebracht sind. In dem Planetengetriebe 6 treibt ein Sonnenrad 8 Planeten räder 9, die sich auf einem bezüglich des Fahrzeuges fest stehenden Hohlrad 10 abrollen, das drehfest mit einem Hohl radträger 11 und darüber mit einem Nabenträger 12 verbunden ist, der wiederum mit dem Achsbrückengehäuse 13 verschraubt ist. Der Abtrieb des Planetengetriebes erfolgt über einen Planetenträger 14, der mit der Radnabe 15 verschraubt ist. Die Abwärme der Mehrscheiben-Ölbad-Lamellenbremse 5 wird mittels eines Kühlflüssigkeitsfördersystems auf die gesamte Fahrzeugachse 1 verteilt.

In einer konstruktiven Ausgestaltung des Kühlflüssig keitsfördersystems wird die Kühlflüssigkeit von einem Tauchrohr 16 aus einem Kühlflüssigkeitssumpf abgesaugt. Das Tauchrohr 16 verläuft im Innenraum des Achsbrückengehäuses 13 der Fahrzeugachse 1 und ist mit einer Bohrung 17 im Na benträger 12 verbunden, die parallel zur Seele der An triebswelle 2 verläuft. Diese Bohrung 17 mündet in einen konischen Ringraum 18 zwischen Lamellenträger 3 und Naben träger 12. Der Lamellenträger 3 bildet einen Verbund mit einem Ring 19, der mit dem Lamellenträger verschraubt ist.

Dieser Ring 19 ist mit seinem Außendurchmesser in einer Eindrehung 20 an einem Bund 21 des Lamellenträgers 3 zen triert. Dem konischen Ringraum 18 liegt der Einlaufspalt 22 des Verbunds aus Lamellenträger 3 und Ring 19 gegenüber.

Zwischen dem ruhenden Nabenträger 12 und dem sich drehenden Verbund aus Lamellenträger 3 und Ring 19 liegt ein axialer Spalt, der aufgrund seiner geringen Abmessungen und der Viskosität der Kühlflüssigkeit keine Leckage darstellt. Der axial verlaufende Einlaufspalt 22 geht in einem radial ver laufenden Förderspalt 23 zwischen dem Lamellenträger 3 und dem Ring 19 über, der die Förderwirkung der Kühlflüssigkeit durch seine innere Struktur hervorruft. Im einfachsten Fall kann diese innere Struktur durch eine Unterteilung dieses Förderspalts 23 durch radial verlaufende Stege als Fördere lemente bestehen. Die im Förderspalt 23 radial nach außen beschleunigte Kühlflüssigkeit tritt durch radiale Kanäle 24 in dem Bund 21 des Lamellenträgers 3 durch diesen durch und strömt die Bremslamellen 4 zu ihrer Kühlung an. Die Kühl flüssigkeit sammelt sich zunächst im Radkopf 7 im Hohlraum zwischen Hohlradträger 11 und Radnabe 15. Von dort aus wird sie durch eine schräge Bohrung 25 im Hohlradträger 11 und eine radiale Bohrung 26 im Nabenträger 12 einem Ringraum 27 zwischen Antriebswelle 2 und Nabenträger 12 zugeführt, der den Abfluß des Kühlflüssigkeitskreislauf aus dem Radkopf 7 bildet. Dieser Ringraum 27 ist gegen den konischen Ringraum 18 zwischen Lamellenträger 3 und Nabenträger 12, der Teil des Zuflusses zum Radkopf 7 ist, mittels einer axiale Spaltdichtung 28 abgedichtet.

In einer in Fig. 2 dargestellten technischen Variante dieser konstruktiven Ausgestaltung des Kühlflüssigkeitsför dersystems mündet das Tauchrohr 16 in einer Bohrung 29, die wiederum in einem Ringraum 30 zwischen Antriebswelle 2 und Nabenträger 12 mündet, der an dem, dem Innenraum des Achs brückengehäuses 13 zugewandten Ende des Nabenträgers 12 mit einem als rechteckförmigen Nutenring ausgebildeten Dich tungsring 31 gegen diesen Innenraum des Achsbrückengehäuses 13 abgedichtet ist. Dieser Ringraum 30 zwischen Antriebs welle 2 und Nabenträger 12 geht unmittelbar in den koni schen Ringraum 18 zwischen Lamellenträger 3 und Nabenträger 12 über. Der weitere Weg der Kühlflüssigkeit durch den La mellenträger 3 bis zum Auffangen der Kühlflüssigkeit im Radkopf 7 im Hohlraum zwischen Hohlradträger 11 und Radnabe 15 erfolgt identisch wie in der oben beschriebenen Ausge staltung der Erfindung. Von diesem Hohlraum zwischen Hohl radträger 11 und Radnabe 15 führt eine schräge Bohrung 25 im Hohlradträger 11 und anschließend eine radiale Bohrung 32 im Nabenträger 12 in eine zur Seele der Antriebswelle 2 parallele Sacklochbohrung 33 im Nabenträger, die den Abfluß des Kühlflüssigkeitskreislauf aus dem Radkopf 7 bildet.

Beide Varianten des Kühlflüssigkeitsfördersystems bil den einen geschlossenen, weitgehend gasdichten Kreislauf, der eine klare Trennung zwischen warmer und kalter Kühl flüssigkeit ermöglicht und infolge der Saugwirkung durch Unterdruck beim Zulauf einen hohen Kühlflüssigkeitsdurch satz und damit eine hohe Kühlleistung bietet.

Bezugszeichenliste

1

Fahrzeugachse

2

Antriebswelle

3

Lamellenträger

4

Bremslamellen

5

Mehrscheiben-Ölbad-Lamellenbremse

6

Planetengetriebe

7

Radkopf

8

Sonnenrad

9

Planetenräder

10

Hohlrad

11

Hohlradträger

12

Nabenträger

13

Achsbrückengehäuse

14

Planetenträger

15

Radnabe

16

Tauchrohr

17

Bohrung

18

Ringraum

19

Ring

20

Eindrehung

21

Bund

22

Einlaufspalt

23

Förderspalt

24

radiale Kanäle

25

schräge Bohrung

26

radiale Bohrung

27

Ringraum

28

axiale Spaltdichtung

29

Bohrung

30

Ringraum

31

Dichtungsring

32

radiale Bohrung

33

Sacklochbohrung.

Claims

1. Kühlflüssigkeitsfördersystem in einer Fahrzeugachse (1), bei dem ein mit einer Antriebswelle (2) verbundener Lamellenträger (3) oder der Verbund aus einem Lamellenträ ger (3) und Bremslamellen (4) geeignet ausgebildete Kühl flüssigkeitskanäle besitzt und bei seiner Drehung durch die Zentrifugalbeschleunigung der Kühlflüssigkeit eine Pump- und Förderwirkung erzielt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlflüssigkeitsfördersy stem einen geschlossenen Zirkulationskreislauf besitzt und der Zulauf zum Lamellenträger (3) gasdicht ausgebildet ist und in einen Kühlflüssigkeitssumpf eintaucht, so daß sich bei der Pumpwirkung des drehenden Lamellenträgers (3) ein Unterdruck in dem Zulauf ausbilden kann und dadurch Kühl flüssigkeit aus dem Kühlflüssigkeitssumpf abgesaugt und dem Lamellenträger (3) zugeführt wird.

2. Kühlflüssigkeitsfördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf zum Lamellenträger (3) als Bohrung (17) in einem Nabenträger (12) mit sich zur Fahrzeugachsmitte hin an schließendem Tauchrohr (16) ausgebildet ist, die auf der Seite des Lamellenträgers (3) in einem Ringraum (18) zwi schen Naben- (12) und Lamellenträger (3) mündet, und der Rücklauf als ein Ringraum (27) zwischen Nabenträger (12) und Antriebswelle (2) gestaltet ist, wobei der Ringraum (18) zwischen Naben- (12) und Lamellenträger (3) und der Ringraum (27) zwischen Nabenträger (12) und Antriebswelle (2) gegeneinander abgedichtet sind.

3. Kühlflüssigkeitsfördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf zum Lamellenträger (3) als ein Ringraum (30) zwischen Nabenträger (12) und Antriebswelle (2) ausgebildet ist, der am inneren Ende des Nabenträgers (12) zum Innen raum der Fahrzeugachse (1) mit einem Dichtungsring (31) abgedichtet ist und über eine Bohrung (29) im Nabenträger (12) mit einem Tauchrohr (16) verbunden ist, und der Rück lauf als weitere Bohrung (33) im Nabenträger (12) gestaltet ist, die gegenüber dem Ringraum (18) zwischen Naben- (12) und Lamellenträger (3) verschlossen ist.

4. Kühlflüssigkeitsfördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeitskanäle zur Zentrifugalbeschleunigung sich in einem Verbund aus Lamellenträger (3) und/oder Bremslamellen (4) und einem Ring (19) befinden und/oder in einem eingepreßten Ring (19) untergebracht sind.

5. Kühlflüssigkeitsfördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf zum Lamellenträger (3) einen kleineren Quer schnitt besitzt als der Rücklauf.

6. Kühlflüssigkeitsfördersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (18) zwischen Naben- (12) und Lamellenträger (3) und der Ringraum (27) zwischen Nabenträger (12) und Antriebswelle (2) mittels einer axialen Spaltdichtung (28) gegeneinander abgedichtet sind.

7. Kühlflüssigkeitsfördersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (30) zwischen Nabenträger (12) und Antriebs welle (2) am inneren Ende des Nabenträgers (12) zum Innen raum der Fahrzeugachse (1) mit einem Rechteck-Nutring abge dichtet ist.

8. Kühlflüssigkeitsfördersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (16) in die Bohrung (17 oder 29) im Nabenträ ger (12) eingepreßt oder eingeklebt ist.

9. Kühlflüssigkeitsfördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlflüssigkeitsfördersystem Kühlflüssigkeit aus einem Hohlraum im Achsbrückengehäuse (13) in einen Hohlraum in einem Radkopf (7) fördert und der maximale Kühlflüssig keitsstand im Radkopf (7) durch geeignete Höhenlage des Rückflusses begrenzt wird.

10. Kühlflüssigkeitsfördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlflüssigkeitsfördersystem sich zusammen mit einem Planetengetriebe (6) in einem Radkopf (7) befindet und un ter anderem zur Kühlung des Planetengetriebes (6) dient.