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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schmiervorrichtung mindestens
eines Zahnrads eines Schaltgetriebes.
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Die
Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Vorrichtungen zur Schmierung
durch Schwerkraft, bei denen die Zahnräder des Schaltgetriebes und
ein Rad eines Differentials, das diesem Schaltgetriebe zugeordnet
ist, in einem Gehäuse
so angeordnet sind, dass ein Schmieröl, das im unteren Teil des
Gehäuses
vorhanden ist, vom Differentialrad bei seiner Drehung zu einem Reservoir
zur vorübergehenden
Lagerung geschickt wird, das sich auf einer höheren Ebene des Gehäuses befindet,
von wo das Öl
durch Schwerkraft fließt,
um die Zahnräder
zu benetzen. Die Schmierung durch Schwerkraft hat den Vorteil, die
Antriebskraftverluste der Zahnräder
des Schaltgetriebes zu verringern, da im Prinzip genau die notwendige Ölmenge verwendet
wird, um diese Zahnräder
zu schmieren. Diese Schmiervorrichtungen verbessern also den Wirkungsgrad
des Schaltgetriebes und reduzieren den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs,
das mit diesem Schaltgetriebe ausgestattet ist, sowie folglich seine
Schadstoffausstöße. Beispiele
dieser Art von Vorrichtung sind in
US-A-3,529,698 und
FR-A-2 751 726 angegeben.
US-A-3 529 698 wird
als nächstliegender
Stand der Technik angesehen.
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Um
optimal zu sein, muss die Schmierung durch Schwerkraft eine gute
Versorgung des Reservoirs zur vorübergehenden Lagerung gewährleisten. In
diesem Sinne enthalten die Vorrichtungen der
US-A-3,529,698 und der
FR-A-2 751 726 im
oberen Bereich ihres Gehäuses
Führungsflächen zum
Inneren des Reservoirs zur vorübergehenden
Lagerung des Öls,
das durch Zentrifugierung vom oberen Abschnitt ihres Differentialrads
gespritzt wird. Der einwandfreie Betrieb dieser Vorrichtungen erfordert aber,
dass die Umfangszahnung des Rads bei dessen Drehung eine ausreichende
Menge Öl
mitnimmt, um über
das Reservoir zur vorübergehenden
Speicherung die benetzten Zahnräder
korrekt zu schmieren. Bei einer geringen Drehgeschwindigkeit des
Differentialrads, oder wenn der Ölpegel
im Gehäuse
in Höhe
des unteren Abschnitts des Rads abnimmt, zum Beispiel bei bestimmten Übergangsdrehgeschwindigkeiten
des Betriebs der Zahnräder,
erweist die Versorgung des Reservoirs sich aber im Allgemeinen als
unzureichend, selbst wenn das vom höchsten Abschnitt der Zahnung
gespritzte Öl
wirksam aufgefangen wird, es sei denn, es wird in dem Gehäuse ein Ölüberschuss
vorgesehen, der eine negative Wirkung auf den Wirkungsgrad des Schaltgetriebes
hat.
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Schmiervorrichtung
durch Schwerkraft mindestens eines Zahnrads eines Schaltgetriebes
vorzuschlagen, die, während
sie den Wirkungsgrad des Schaltgetriebes optimiert, die Gefahren
der unzureichenden Versorgung des Reservoirs zur vorübergehenden
Lagerung begrenzt, unabhängig
von den Betriebszwängen,
die insbesondere mit dem Ölpegel
in der Vorrichtung und/oder mit der Drehgeschwindigkeit der verschiedenen
beweglichen Organe der Vorrichtung verbunden sind.
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Zu
diesem Zweck hat die Erfindung eine Schmiervorrichtung mindestens
eines Zahnrads eines Schaltgetriebes zum Gegenstand, die aufweist:
- – ein
Gehäuse,
in dem ein Schmiermittel zirkuliert, und in dem das oder die zu
schmierenden Zahnräder
und ein an seinem Umfang gezahntes Rad, insbesondere ein Differentialrad,
angeordnet sind, wobei dieses Gehäuse eine Bodenzone begrenzt, die
im Betrieb permanent Schmiermittel enthält, in das ein unterer Abschnitt
der Zahnung des Rads eingetaucht ist,
- – ein
Reservoir zur vorübergehenden
Lagerung von Schmiermittel, das geeignet ist, um durch Schwerkraft
das Schmiermittel, das es enthält,
zu verteilen, um das oder die Zahnräder zu bespritzen, und
- – Mittel
zur Führung
von Schmiermittel zum Reservoir, die geeignet sind, um das Reservoir
mit Schmiermittel zu versorgen, das aus der Bodenzone kommt, wenn
das Rad in Drehung versetzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungsmittel eine
Rinne zum Pumpen von Schmiermittel aufweisen, die in dem Gehäuse so eingesetzt
und blockiert ist, dass sie sich hauptsächlich entlang eines Abschnitts
der Zahnung erstreckt, wobei ein Längsende der Rinne in der Bodenzone
mündet,
während
ihr entgegengesetztes Längsende
mit dem Reservoir verbunden ist.
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Erfindungsgemäß wird das
in der Bodenzone des Gehäuses
enthaltene Schmiermittel wirksam bis zum Reservoir zur vorübergehenden
Lagerung geschickt, indem es mittels der Rinne gepumpt wird. Diese
Pumpwirkung wird durch Zusammenwirkung der Rinne mit dem Rad erhalten,
dessen Zahnung beim Drehantrieb des Rads innerhalb und entlang der
Rinne von der Bodenzone kommendes Schmiermittel bewegt, wobei dieses
Schmiermittel zwischen einerseits den benachbarten Zähnen der
Zahnung und andererseits der Wand der Rinne gefangen ist. Diese
Schmiermittelbewegung bewirkt durch Ansaugen einen Anstieg von Schmiermittel
in der Rinne bis zum oberen Ende dieser Rinne, das mit dem Reservoir
verbunden ist. Um diese Pumpwirkung zu verstärken, ist die Rinne im Gehäuse so nahe
wie möglich
an die Zahnung aufgesetzt und blockiert. Auf diese Weise führt selbst
bei geringer Drehgeschwindigkeit des Rads, oder selbst wenn der
Pegel an am Boden des Gehäuses
vorhandenen Schmiermittel einem Betriebsminimum entspricht, die
Rinne wirksam eine ausreichende Schmiermittelmenge, um das Reservoir
zur vorübergehenden
Lagerung angemessen zu versorgen.
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Gemäß anderen
vorteilhaften Merkmalen dieser Vorrichtung, einzeln gesehen oder
gemäß allen
technisch möglichen
Kombinationen:
- – ist die Rinne entlang ihrer
Länge im
Querschnitt im Wesentlichen komplementär zur Zahnung angeglichen;
- – hat
der Querschnitt der Rinne global die Form eines U, dessen Vertiefung
den Querschnitt der Zahnung aufnimmt, wobei die gegenüberliegenden
Wände dieser
U-Form einen Abstand einer Größe im Wesentlichen
gleich der axialen Abmessung der Zahnung und eine Höhe ausgehend
von der zentralen Wand der U-Form größer als die radiale Abmessung
der Zahnung haben;
- – umfasst
das Gehäuse
eine Kupplungsglocke, in der das oder mindestens eines der Zahnräder drehend
montiert ist, und einen Differentialdeckel, der einen Abschnitt
der Zahnung umhüllt
und auf die Kupplungsglocke aufgesetzt ist, wobei die Rinne zwischen
diesen Zahnungsabschnitt und den Differentialdeckel eingefügt ist;
- – ist
die Rinne mit Einsteckelementen zur Befestigung am Gehäuse versehen,
die geeignet sind, um durch Form-Komplementarität mit Aufnahmezonen zusammenzuwirken,
die im Gehäuse
ausgebildet sind;
- – ist
die Rinne auf die Kupplungsglocke aufgesetzt und dort blockiert,
während
der Differentialdeckel ist mit mindestens einer Blockierrippe mindestens
eines der Befestigungs-Einsteckelemente in seiner zugeordneten Aufnahmezone
versehen ist, die in der Kupplungsglocke ausgebildet ist;
- – sind
die Rinne und ihre Befestigungs-Einsteckelemente
aus einem Stück
aus Kunststoff hergestellt;
- – ist
die Rinne aus einem geschweißten
Blech oder aus einem Kunststoffblech hergestellt, auf das die Befestigungs-Einsteckelemente
aufgebracht sind, die vorzugsweise unter den Clips aus Kunststoff
und den Schrauben ausgewählt
werden;
- – ist
die Rinne an ihrem Längsende
entgegengesetzt zu demjenigen, das in der Bodenzone mündet, mit
Sammelmitteln für
das von der Rinne gepumpte Schmiermittel versehen, die mit dem Reservoir
verbunden sind;
- – weisen
die Sammelmittel ein Sammelrohr auf, das sich in der geradlinigen
Verlängerung
des entsprechenden Endes der Rinne erstreckt und in einen Verbindungskanal
mit dem Reservoir mündet;
- – ist
das Reservoir entweder zumindest zum Teil außerhalb des Gehäuses eingerichtet,
wobei die Vorrichtung Mittel für
den Abfluss des vom Reservoir verteilten Schmiermittels durch eine
Deckenwand des Gehäuses
hindurch aufweist, oder im Inneren des Gehäuses in Höhe einer Deckenzone dieses
Gehäuses
integriert.
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Die
Erfindung wird besser verstanden anhand der nachfolgenden Beschreibung,
die nur als Beispiel dient und sich auf die Zeichnungen bezieht. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schmiervorrichtung; und
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die 2 und 3 Schnitte
durch einen Bereich der Vorrichtung gemäß der Ebene II der 1 bzw.
der Linie III-III der 2.
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In
den 1 bis 3 ist zum Teil ein Schaltgetriebe eines
Kraftfahrzeugs dargestellt, das einem Differential zugeordnet ist.
Aus Gründen
der Bequemlichkeit bezieht die nachfolgende Beschreibung sich bezüglich dieses
Schaltgetriebes auf seine normale Betriebsstellung, d. h. seine
Konfiguration des Einbaus in ein Kraftfahrzeug, das auf einer global waagrechten
ebenen Fläche
ruht, so dass die Begriffe "unter" und "hoch" in den 1 und 2 eine zum
oberen Bereich gerichtete Richtung bezeichnen, während die Begriffe "unter" und "tief" eine entgegengesetzte
Richtung bezeichnen. In gleicher Weise bezeichnet der Begriff "senkrecht" eine Richtung im
Wesentlichen lotrecht zu der Fläche,
auf der das erwähnte
Fahrzeug ruht, während
der Begriff "waagrecht" einer Richtung lotrecht
zur so definierten Senkrechten entspricht.
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Das
Schaltgetriebe weist eine so genannte "Kupplungsglocke" 10 auf, in der ein Hauptinnenhohlraum 12 eingerichtet
ist, in dem vorgesehen ist, nicht dargestellte Zahnräder des
Schaltgetriebes drehend zu montieren, insbesondere Zahnräder, die
zwei jeweils waagrechte Zahnradgetriebe mit waagrechten Achsen 14, 16 bilden,
die dazu bestimmt sind, durch mechanische Kupplung verschiedene Übersetzungsverhältnisse
zwischen sich aufzubauen.
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Der
Hohlraum 12 ist vorgesehen, um ebenfalls ein drehendes
Rad 18 aufzunehmen, das zum erwähnten Differential gehört und in
den 2 und 3 nur schematisch gestrichelt
dargestellt ist. Dieses Rad hat die Form eines Zahnrads großen Durchmessers,
dessen Drehachse X-X parallel zu den Achsen 14 und 16 ist,
wobei die Umfangszahnung 20 dieses Rads geeignet ist, um
in eines der Zahnräder
des Schaltgetriebes einzugreifen. Nur ein Abschnitt des Rads 18,
der im Wesentlichen seiner Hälfte
bezüglich der
Senkrechten entspricht, ist tatsächlich
im Hohlraum 12 angeordnet. Die andere Hälfte des Rads ist in dem freien
Raum 22 eines Differentialdeckels 24 angeordnet,
der dicht auf die Kupplungsglocke 10 aufgesetzt ist, indem
er eine senkrechte Verbindungsebene 26 bildet, die die
Achse X-X enthält. Der Deckel 24 umfasst
eine Wand 28 zur Umfangsabdeckung des Abschnitts 20A der
Zahnung 20, der sich über
die Verbindungsebene 26 hinaus außerhalb des Hohlraums 12 erstreckt,
wobei diese Wand 28 im Wesentlichen eine global halbzylindrische
Rohrform hat, deren Achse im Wesentlichen mit der Achse X-X zusammenfällt, wenn
der Deckel auf die Glocke aufgesetzt ist. Auf einer Seite der Wand 28 gemäß der Achse
X-X umfasst der Deckel eine kegelstumpfförmige Wand 30, die
mit zunehmendem Abstand zur Wand 28 konvergiert, an deren
Ende mit kleinstem Durchmesser zusammen mit der Glocke 10 und
zu beiden Seiten der Ebene 26 ein Durchgang für eine nicht
dargestellte Drehwelle begrenzt wird, die kinematisch mit dem Rad 18 verbunden
ist. Auf der anderen Seite der Wand 26 umfasst der Deckel 24 einen global
halbzylindrischen Endflansch 32 mit der Achse X-X, der
dicht mit einer komplementären
Ausbauchung 34 der Glocke 10 fest verbunden ist.
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Um
die Zahnräder
des Schaltgetriebes und das Rad 18 des Differentials zu
schmieren, enthält das
global äußere Gehäuse 36,
das aus dem Zusammenbau der Kupplungsglocke 10 und des
Differentialdeckels 24 besteht, ein Schmiermittel, insbesondere
ein Öl.
In der Ruhestellung, d. h. wenn die Zahnräder und das Rad still stehen,
ist das Öl
stagnierend in dem unteren Bereich des Gehäuses 36 gelagert,
wobei der obere Pegel dieses Öls
in 2 mit Nmax bezeichnet
ist. Im Betrieb, wenn diese Zahnräder und dieses Rad sich drehen,
zirkuliert das Öl
so im Gehäuse,
dass sein oberer Pegel im unteren Bereich des Gehäuses bis
auf einen minimalen Pegel Nmin abnimmt,
der einer vorab definierten Ölmenge
entspricht, die in einer entsprechenden Bodenzone 38 des
Gehäuses
gelagert ist und in die der unterste Abschnitt 20B der
Zahnung 20 permanent eintaucht. So ist klar, dass im Betrieb
der untere Abschnitt der Zahnung 20, sowie ggf. ein Teil
der Zahnräder
des Schaltgetriebes, immer in Öl
plantscht.
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Das ölen der
Zahnräder
des Schaltgetriebes wird ebenfalls von einem Reservoir 40 zur
vorübergehenden
Lagerung von Öl
gewährleistet,
das sich oberhalb der Zahnräder
befindet. Dieses Reservoir ist außerhalb der Glocke 10 angeordnet
und ruht auf einer Deckenwand 42 dieser Glocke. Das im
Reservoir 40 enthaltene Öl wird durch Schwerkraft abgeführt, um
global senkrecht die Zahnräder
des Schaltgetriebes zu benetzen, indem es durch die Wand 42 abfließt, zum
Beispiel durch in den Figuren nicht sichtbare entsprechende Öffnungen,
wie schematisch durch die gewellten Pfeile 44 in 1 angezeigt ist.
Im Betrieb versorgt vom Gehäuse 36 kommendes Öl das Reservoir,
von wo es auf die Zahnräder
verteilt wird, während
das Reservoir in der Ruhestellung leer ist.
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Um
das Reservoir 40 wirksam zu versorgen, ist das Gehäuse 36 mit
einer länglichen
Rinne 50 versehen, die sich entlang des größten Teils
des Zahnungsabschnitts 20A erstreckt, der im Deckel 24 angeordnet
ist, indem sie global zwischen diesen Zahnungsabschnitt und die
Wand 28 des Deckels eingefügt ist. Diese Rinne ist geeignet,
um, wenn das Rad 18 um seine Achse X-X in Drehung versetzt
wird, wie durch den Pfeil 52 angezeigt, das Öl vom unteren
Bereich zum oberen Bereich des Gehäuses zu führen, und sie weist zu diesem
Zweck von unten nach oben auf:
- – ein unteres
Längsende 54,
das im Wesentlichen unter dem Mindestölpegel Nmin mündet, d.
h. in der Bodenzone 38 mündet,
- – einen
laufenden Bereich 56, der sich entlang der Zahnung 20 erstreckt
und einen unteren kreisbogenförmigen
Bereich 56A, der im Wesentlichen auf die Achse X-X zentriert
ist, und einen im Wesentlichen geradlinigen oberen Bereich 56B umfasst,
der tangential an den unteren Bereich 56A anschließt, und
- – ein
oberes Längsende 58,
das sich im Wesentlichen oberhalb des Differentialrads 18 befindet und
in dessen Höhe
die Rinne 50 mit einem Sammelrohr 60 versehen
ist, das sich nach oben in geradliniger Verlängerung des oberen Bereichs 56B erstreckt.
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Das
Sammelrohr 60 ist über
eine spezifische Rohrleitung 62 direkt an das Reservoir 40 angeschlossen,
die sich in der geradlinigen Verlängerung des Rohrs 60 erstreckt.
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Im
Querschnitt weist die Rinne 50 einen global U-förmigen Querschnitt auf, der
zum Querschnitt der Zahnung 20 komplementär ist und
dessen innere Vertiefung vorgesehen ist, um so nahe wie möglich an
diese Zahnung angepasst zu werden. Genauer, wie in 3 dargestellt,
weist die Rinne eine zentrale Wand 66 und zwei parallele
Seitenwände 68 auf,
die sich im Wesentlichen lotrecht zur Wand 66 erstrecken,
um im Querschnitt die erwähnte
U-Form zu bilden. In dem Gehäuse 36 erstrecken
sich die Wände 68 in
jeweils zur Achse X-X lotrechten Ebenen, d. h. parallel zu den Seitenflanken
des Rads 18. Diese Wände 68 sind
vorgesehen, um sich so nahe wie möglich zur Zahnung 20 zu
erstrecken, d. h. dass der Abstand d1, der
im Querschnitt die gegenüberliegenden
Flächen
dieser Wände
trennt, im Wesentlichen gleich der axialen Dicke der Zahnung ist,
bis auf ein Betriebsspiel, das zwischen 1 und 4 mm liegt, vorzugsweise
gleich 2 mm ist. Außerdem
ist die Höhe
d2 dieser Wände 68, d. h. ihre
Abmessung im Querschnitt zwischen ihrem freien Ende und ihrem mit
der Wand 66 verbundenen Ende, größer als die radiale Abmessung
der Zahnung 20. In dem Gehäuse 36 wird die Zahnung 20 am
Boden der Vertiefung aufgenommen, die vom unteren Bereich 56A der
Rinne begrenzt wird, wie in 3 dargestellt,
so dass mit der oben angegebenen Abmessung d2 und
insofern als im Querschnitt der Abstand zwischen der Zahnung und
der Wand 66, der zwischen 1 und 3 mm liegt und vorzugsweise
gleich 1 mm ist, kleiner ist als die Differenz zwischen d2 und der radialen Abmessung der Zahnung,
die Gesamtheit des Querschnitts der Zahnung in der Vertiefung des
U-förmigen Querschnitts dieses
unteren Bereichs der Rinne aufgenommen wird. In Höhe des oberen
Bereichs 56B nimmt der erwähnte Abstand nach und nach
zu, je mehr man sich dem oberen Ende 58 nähert, bis
die Zahnung in etwa in Höhe
des Endes 58 aus der Vertiefung dieses oberen Bereichs
austritt.
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Die
Rinne 50 wird auf die Kupplungsglocke 10 aufgesetzt
und dort mit Hilfe von Clips 70 blockiert, die fest mit
der Rinne verbunden und geeignet sind, um in entsprechende Sacklöcher 72 eingeführt und
dort zurückgehalten
zu werden, die in Wänden der
Glocke ausgearbeitet sind. In der Ebene der 3 wird einer
dieser Clips in einem dieser Löcher zurückgehalten,
das in der Ausbauchung 34 der Glocke eingerichtet ist.
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Die
Rinne 50 wird aus einem geformten Kunststoff hergestellt,
und die Clips 70 werden aus einem Stück mit der Rinne geformt, wobei
diese Clips sich zum Beispiel am freien Ende von vorspringenden
Laschen 74 befinden, die aus einem Stück mit einer der Seitenwände 68 der
Rinne bestehen, wie in 3 dargestellt ist. Vorteilhafterweise
wird das Sammelrohr 60 ebenfalls aus einem Stück mit der Rinne
geformt.
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Um
die Rinne 50 bezüglich
der Glocke 10 fest an Ort und Stelle zu halten und jede
Schwingung dieser letzteren zu vermeiden, weist der Differentialdeckel 24 eine
oder mehrere Rippen 76 auf, die im Wesentlichen lotrecht
zu mindestens bestimmten der Befestigungsclips 70 angeordnet
sind. So wird in 3 eine dieser Rippen in der
Verbindungszone zwischen der Wand 28 und dem Flansch 32 des
Deckels 24 geformt, um in einer Richtung radial zur Achse
X-X die Clips innerhalb des Lochs 72 zu blockieren.
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Der
Zusammenbau der Rinne 50 erfolgt einfach mit Hilfe der
Clips 70: Vor dem Zusammenbau des Deckels 24 wird
die Rinne 50 um die Zahnung 20 herum angeordnet,
indem sie an der Glocke 10 befestigt wird. Dieses Anordnen
ermöglicht
es, visuell die Positionierung der Rinne so nahe wie möglich an der
Zahnung zu kontrollieren, ohne dass diese Rinne aber ein Hindernis
für die
Drehung des Rads 18 erzeugt. Der Deckel 24 wird
anschließend
fest mit der Glocke 10 verbunden, mit seiner (seinen) Rippe(n) 76 in
Blockieranschlag gegenüber
den Clips 70.
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Im
Betrieb, wenn das Differentialrad 18 um seine Achse X-X
gemäß dem Pfeil 52 in
Drehung versetzt wird, wird das in der Bodenzone 38 gelagerte Öl entlang
der Rinne 50 gepumpt, wie durch die Pfeile 80 angezeigt,
durch eine Ansaugwirkung, die aus der Positionierung dieser Rinne
so nahe wie möglich
der Zahnung 20 resultiert. Das vorher zwischen den Zähnen der
Zahnung während
ihres drehenden Durchgangs durch die Bodenzone 38 angelagerte Öl bleibt dort
hauptsächlich
entlang der Rinne, bis es durch Zentrifugierung in den Kollektor 60 gespritzt
wird, wie durch den Pfeil 82 angezeigt. Das Öl wird so
wirksam von der Bodenzone bis zum Kollektor angetrieben, der über die
Rohrleitung 62 das Reservoir 40 versorgt, wie
durch den Pfeil 84 angezeigt.
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Verschiedene
Gestaltungen und Varianten der oben beschriebenen Schmiervorrichtung
können außerdem in
Betracht gezogen werden. Zum Beispiel:
- – anstatt
eine Rinne aus Kunststoff vorzusehen, kann diese Rinne aus einem
geschweißten
Blech bestehen, wobei die Befestigungsclips 70 dann auf
dieses Blech aufgesetzt oder durch Schrauben mit kleinem Durchmesser
ersetzt werden;
- – können allgemeiner
andere Formen von Einsteck-Befestigungselementen
wie die Clips 70 in Betracht gezogen werden, um die Rinne 50 bezüglich der
Kupplungsglocke 10 zu blockieren, insbesondere Flachstifte,
Schrauben, Niete usw.;
- – könnte anstatt
die Rinne 50 an der Kupplungsglocke 10 zu befestigen,
diese am Differentialdeckel 24 befestigt sein, wobei diese
Art von Zusammenbau aber ein blindes Einsetzen der aus der Rinne
und diesem Deckel bestehenden Einheit impliziert;
- – muss
das Reservoir zur vorübergehenden
Lagerung 40 nicht unbedingt außerhalb der Glocke 10 liegen,
dieses Reservoir kann ins Innere des Gehäuses der Vorrichtung in Höhe einer
Deckenzone dieses Gehäuses
integriert sein; und/oder
- – können andere
Formen von Sammelmitteln als das Rohr 60 in Betracht gezogen
werden, insbesondere gemäß der Geometrie
der Kupplungsglocke 10.