WO2001007762A1 - Hohlwelle mit innenkanälen, insbesondere ölkanälen - Google Patents

Hohlwelle mit innenkanälen, insbesondere ölkanälen Download PDF

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WO2001007762A1
WO2001007762A1 PCT/EP2000/006116 EP0006116W WO0107762A1 WO 2001007762 A1 WO2001007762 A1 WO 2001007762A1 EP 0006116 W EP0006116 W EP 0006116W WO 0107762 A1 WO0107762 A1 WO 0107762A1
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hollow shaft
wall
molded body
hollow
channels
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PCT/EP2000/006116
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French (fr)
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Jens Bender
Cornelius Hentrich
Jan KÖLL
Theodor Mayer
Rudolf Paasch
Rudolf Reinhardt
Hans Zechmann
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Daimlerchrysler Ag
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Publication date
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    • F01L2001/34436—Features or method for avoiding malfunction due to foreign matters in oil
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    • F16H2061/0046—Details of fluid supply channels, e.g. within shafts, for supplying friction devices or transmission actuators with control fluid

Definitions

  • the invention relates to a hollow shaft with inner channels, in particular oil channels, and a method for producing such a hollow shaft.
  • Hollow shafts are used in numerous areas of application in vehicle and mechanical engineering. Compared to solid shafts, these hollow shafts offer the advantage of considerable weight savings.
  • An internal oil channel can be provided in this hollow shaft, which e.g. for lubricating the bearings of the hollow shaft in a gearbox.
  • Such a weight-optimized oil-carrying hollow shaft is e.g.
  • shafts are often used, which are provided with several but separate media channels that overlap in the axial direction to ensure simultaneous transport of lubricating oil, pressure oil, cooling medium, compressed air, etc. along the shaft.
  • Each of these media channels runs inside the shaft and has selected inlet and outlet channels for the outer wall of the shaft, through which the lubricating oil, pressure oil, etc. guided in the media channel can be introduced into the media channel or delivered to bearings, pressure volumes etc.
  • the implementation of a hollow shaft with a plurality of axially overlapping media channels is not possible with the construction described in US Pat. No. 4,644,991, since the shaft known from US Pat. No.
  • 4,644,991 contains a single oil duct which is designed as an annular channel and which extends over the interior of the camshaft covers their entire length.
  • solid shafts are currently provided with suitable radially and / or meridially offset drilled channels, which - depending on the complexity of the geometry of the associated gear part - span a large length, are composed of several individual holes and possibly must be closed locally after drilling. The introduction and selective closing of such channels is very complex and costly.
  • the drilled media channels are usually distributed asymmetrically over the cross-sectional area of the solid shaft and therefore lead to imbalance, which - particularly with fast rotating gear shafts - can result in undesired vibrations.
  • the invention is therefore based on the object of providing a hollow shaft with a plurality of separate media channels which run inside the hollow shaft and are connected to the outer wall of the hollow shaft at defined points via inlet and / or outlet openings.
  • the invention is also based on the object of proposing a method for producing such a hollow shaft.
  • a shaped body is arranged in the interior of the hollow shaft, which is firmly connected to the hollow shaft.
  • the shaped body and the hollow shaft are designed such that tubular cavities are left between the outer wall of the shaped body and the inner wall of the hollow shaft, which run in an overlap area in the axial direction of the hollow shaft and span this overlap area.
  • the shaped body has connecting sections which run in the axial direction of the hollow shaft and in the area of which the outer wall of the shaped body is firmly and tightly connected to the inner wall of the hollow shaft. Different tubular cavities are thus separated from one another in the overlap area by the connecting sections on the molded body, so that several separate media channels are present in the hollow shaft in the overlap area.
  • the hollow shaft according to the invention with a permanently inserted molded part has the advantage that several separate media lines are created in the interior of the hollow shaft by a suitable design of the molded part and / or the inner wall of the hollow shaft.
  • This hollow shaft with internal media channels is - compared to a conventional solid shaft with drilled media channels - very simple, since for this purpose only the preformed molded part has to be introduced into the interior of the hollow shaft and connected to it.
  • a molded part made of a light material considerable weight savings can be achieved compared to a drilled solid shaft.
  • the use of a hollow molded part is particularly favorable (see claim 5).
  • the shaped body is preferably soldered into the hollow shaft (see claim 3).
  • the outer wall of the molded body is coated with a solder material before the molded body is inserted into the interior of the hollow shaft.
  • the hollow shaft and molded body are then heated in the assembled state, and the molded body is thus soldered to the inner wall of the hollow shaft in the region of the connecting sections.
  • the hollow shaft according to the invention with the molded part used enables a large number of different geometries of the media channels.
  • the inner wall of the hollow shaft is designed as a cylindrical cavity, while a copper-plated square tube, which is closed at both ends by plugs, is used as the shaped body, the edge width of which is selected such that the outer edges of the shaped body enclose a small clearance with the inner wall of the hollow shaft ( see claim 6).
  • some of these media channels can be connected to the inner spaces of the hollow shaft located outside the overlap area, while others form closed volumes.
  • the wall of the hollow shaft can be drilled through at locations provided by construction, as a result of which inlet and outlet openings are created between the media channels and the outer wall of the hollow shaft.
  • the media channels in the overlap area can be configured by internal grooves in the inner wall of the hollow shaft (see claims 7 and 11).
  • a molded body can be used which has rotational symmetry in the overlap area.
  • the position of the media channels is determined by the position of the internal grooves on the hollow shaft, which is why the inlet and outlet openings of the media channels that penetrate the wall of the hollow shaft can be drilled before the molded body is soldered in. This eliminates machining of the assembled hollow shaft; The risk of contamination of the media lines from processing waste is therefore largely reduced.
  • Various methods such as extrusion, cold rolling, round forging, etc. can be used to produce the internal grooves.
  • the internal grooves are preferably produced by kneading the hollow shaft (see claim 1 2); this method allows a high degree of variability in the geometric design of the media channels, so that the shaping of asymmetrical profiles of the media channels is also possible. In particular, this method can be used to generate media channels that are designed and optimized from a fluidic point of view.
  • FIG. 1 shows a composite workpiece made of a hollow shaft with a soldered square tube:
  • FIG. 1 a shows a sectional side view through the composite workpiece;
  • 1 b shows an axial view of the composite workpiece shown in FIG. 1 a according to a section along the line Ib - Ib;
  • 1 c shows an axial view of the composite workpiece shown in FIG. 1 a according to a section along the line Ic-Ic;
  • 1 d shows a detailed illustration of the area identified in FIG. 1 c;
  • Fig. 2 is a composite workpiece from a hollow shaft with a soldered square tube and opposite media channels.
  • 2a shows a side sectional view through the composite workpiece
  • FIG. 2b shows a side sectional view through the composite workpiece shown in FIG. 2c according to a section along the line 11b-11b
  • FIG. 2c shows an axial view of the composite workpiece shown in FIG. 2a according to a section along the line IIc-I Ic;
  • FIG. 3 shows axial views of composite workpieces from a hollow shaft with FIG. 3a soldered cambered square tube; Fig. 3b soldered profiled square tube;
  • FIG. 4 shows a composite workpiece made of a hollow shaft with internal grooves and soldered molded body:
  • 4a shows a side sectional view through the composite workpiece
  • 4b shows an axial view of the composite workpiece shown in FIG. 4a according to a section along the line IVb-IVb
  • 4c shows an axial view of the composite workpiece shown in FIG. 4a according to a section along the line IVc-IVc;
  • FIG. 5 shows a composite workpiece made of a hollow shaft with internal grooves and a molded body
  • 5a shows a side sectional view through the composite workpiece
  • 5b shows an axial view of the composite workpiece shown in FIG. 5a according to a section along the line Vb -Vb
  • 5c shows an axial view of the composite workpiece shown in FIG. 5a according to a section along the line Vc -Vc
  • Fig. 5d is a side sectional view through that shown in Fig. 5b
  • FIG. 6 shows a composite workpiece made of a hollow shaft with internal grooves and a soldered-in molded body, with opposing media channels:
  • FIG. 6a shows a side sectional view through the composite workpiece;
  • Fig. 6b is a side sectional view through that shown in Fig. 6c
  • FIG. 8 shows a composite workpiece made of a hollow shaft with internal grooves and a soldered tube, with an internal shaft:
  • FIG. 8a shows a side sectional view through the composite workpiece
  • FIG. 8b shows an axial view of the composite workpiece shown in FIG. 8a according to a section along the line VIIIb-VIIIb
  • 8c shows an axial view of the composite workpiece shown in FIG. 6a according to a section along the line VII Ic -Vlllc;
  • FIG. 9 shows a composite workpiece made of a hollow shaft with internal grooves and two axially overlapping molded bodies:
  • 9a shows a side sectional view through the composite workpiece
  • 9b shows an axial view of the composite workpiece shown in FIG. 9a according to a section along the line IXb -IXb
  • Fig. 9c is an axial view of the composite workpiece shown in Fig. 9a according to a section along the line IXc -IXc.
  • Figures 1 a - 1 c show a composite workpiece 1, which comprises a hollow shaft 2, in the interior 3 of which there is a molded body 4.
  • the interior 3 of the hollow shaft 2 has the shape of a hollow cylinder 5.
  • the molded body 4 consists of a square tube section 6, the two ends 7 of which are closed by a cylindrical plug 8.
  • the edge width 9 of the square tube section 6 and the diameter 10 of the plugs 8 are chosen such that the edges 11 of the square tube section 6 - as shown in FIG. 1 d - are at a small distance 14 from the inner wall 13 of the hollow shaft 2, which is preferably between 0.05 mm and 0.2 mm.
  • the square tube section 6 is provided with a layer 15 of solder material.
  • a layer 1 5 made of copper was chosen, the thickness of which is preferably between 0.01 mm and 0.05 mm.
  • the plugs 8 are also coated with solder material, and the outer walls 1 2 of the plugs 8 are small compared to the inner wall 1 3 of the hollow shaft Distance 14.
  • the molded body 4 is connected to the inner wall 13 of the hollow shaft 2 by soldering.
  • webs 1 7 made of soldering material are between the edges 11 of the square tube section 6 and the regions 1 6 of the inner wall 13 of the hollow shaft 2 lying opposite them educated.
  • Each web 1 7 spans on the square tube section 6 a connecting section 1 8, which firmly and sealingly connects the edge 11 of the square tube section 6 to the inner wall 1 3 of the hollow shaft 2 and extends in the axial direction over the entire length of the square tube section 6 extends.
  • tubular cavities 1 9 are formed between the inner wall 1 3 of the hollow shaft 2 and the outer wall 20 of the molded body 4, which are sealingly separated from one another by the webs 1 7.
  • tubular cavities 1 9 span in the axial direction of the hollow shaft 2 an overlap region 21, the length of which corresponds to the length of the square tube section 6 in this exemplary embodiment.
  • the tubular cavities 1 9 are four flat tubes 22, which are formed by the inner wall 13 of the hollow shaft 2 and the outer sides 23 of the square tube section 6, so that the cross section of the tubes 22 corresponds to a segment of a circle
  • the outer walls 1 2 of the plugs 8 are firmly and sealingly connected to the inner wall of the hollow shaft 2, so that the flat tubes 22 are firmly and sealingly closed at the ends by the plugs 8
  • the square tube section 6 and the plugs 8 are first copper-plated. Then the plugs 8 are pressed with the square tube section 6. A tight fit of the plugs 8 on the square tube section 6 is important so that the plugs 8 remain firmly connected to the square tube section 6 in the following assembly and heating steps.
  • the square tube section 6 is now soldered into the interior 3 of the hollow shaft 2 in a defined position (i.e. in the overlap region 21) by heating the hollow shaft 2, the square tube section 6 and the plugs 8 together in a soldering furnace in the installed position.
  • the hollow shaft 2 can also be coated with solder material.
  • solder material can entail further processing steps, since the outer wall 26 of the hollow shaft 2 must be free of solder material for many applications. It is therefore expedient to subject only the shaped body 4 to a coating.
  • Steel workpieces are used as shaped bodies 4 and hollow shaft 2, so copper is preferably used as the soldering material, the soldering process itself being carried out by means of hard solders. In general, any other soldering material adapted to the respective application can be used instead of copper.
  • the molded body 4 can also be fastened in the interior 3 of the hollow shaft 2 by another sealing joining method, for example by gluing
  • another sealing joining method for example by gluing
  • the square tube section 6 and the plugs 8 are expediently made of steel and then experience a similar thermal expansion at elevated temperatures as the hollow shaft 2 made, for example, of case hardening steel.
  • the webs 1 7 thus suffer between the molded body 4 and hollow shaft 2, even with strong temperature fluctuations of the composite workpiece 1, small plastic deformations and ensure the tightness of the separate tubular cavities 1 9.
  • any desired materials (which can be added with the selected joining method) can be chosen for molded bodies 2 and hollow shaft 4 so that they match the respective Use of the composite workpiece 1 are best adapted.
  • the tubular cavities 19 represent sections of media channels 27 which are used to transport various media, e.g. Lubricating oil, compressed oil, compressed air, etc. can be used through the interior 3 of the hollow shaft 2.
  • media e.g. Lubricating oil, compressed oil, compressed air, etc.
  • Each required medium is introduced into one of the tubular cavities 19 at a defined axial position along the hollow shaft 2 and is dispensed at another defined axial position.
  • inlet openings 28 and outlet openings 29 are provided which connect the tubular cavities 19 to the outer wall 26 of the hollow shaft 2 or to the neighboring inner regions 24, 25.
  • the media channels 30, 31 serve to selectively receive or deliver lubricating oil to the outer wall 26 of the hollow shaft 2.
  • the wall 34 of the hollow shaft 2 is provided at selected locations with inlet and outlet bores 32, 32 ', 33, 33 ' Mistake. These holes can be made before or after soldering the composite workpiece 1.
  • two pairs of separate media channels 30, 30 'and 31, 31' are created, the inlet and outlet openings 32, 33 of the one pair 30, 30 'being axially and radially opposite the inlet and outlet openings 32', 33 'of the other pair 31, 31 'are offset.
  • An additional media channel 35 is formed if - as indicated by dashed lines in FIG. 1 a - the plugs 8 are provided with bores 32 ", 33" through which the interior 36 of the molded body 4 with the neighboring inner regions 24, 25 located outside the overlap region 21 the hollow shaft 2 is connected.
  • the inlet and outlet opening of this media channel 35, not shown in FIG. 1 a, is thus in this case outside the overlap region 21.
  • the plugs 8 ' with which the square tube section 6 is closed at the end, have cutouts 37 along their outer diameter, so that the flat tubes 22 either with the neighboring inner region located to the right of the overlap region 21 24 or with the neighbor on the left Inner area 25 is connected.
  • the cavities 19 are connected to the outer wall 26 of the hollow shaft 2 via outlet openings 29, 29 '.
  • the resulting media channels 27 are two separate lines 38 and 39 for guiding pressure oil in opposite directions, whereby - as indicated by arrows in FIGS. 2a and 2b - the media channel 38 leads pressure oil from the adjacent inner area 24 to the right of the overlap area to the outlet openings 29, while the media channel 39 leads pressure oil from the adjacent inner area 25 on the left to the outlet openings 29 '.
  • FIGS. 1 and 2 with shaped bodies 4 which have square tube sections 6 have the advantage that the square tube is easily accessible and is therefore very inexpensive.
  • the pressure differences in the tubular cavities 19 are too great compared to the interior 36 of the molded body 4, there is a risk of a concave deformation of the square tube section 6, which also weakens the brazed webs 1 7 along the connecting sections 1 8. It is therefore recommended - In particular at high pressures - the use of a pipe section made of a curved square pipe.
  • Figure 3a shows a cross section through a hollow shaft 2, in which a cambered square tube 40 is soldered.
  • the convex curvature of the convex tube 40 eliminates the risk of deformation of the tube 38 - even at high pressures.However - especially with a strong crowning - the clear height of the tubular cavities 19 is greatly reduced, which has adverse effects on the fluid mechanical properties of the in can have the cavities 19 guided medium
  • a more favorable cross-sectional profile of the tubular cavities 19 can - as shown in FIG. 3b - be achieved by using a tube section 41 which is profiled alternately convex and concave in the circumferential direction.
  • the cross-sectional profile of the pipe section 41 can be shaped such that the pipe section 41 in the area of the connecting sections 1 8 is shaped to be negative in relation to the (cylinder-symmetrical) inner wall 1 3 of the hollow shaft 2.
  • the exemplary embodiments described so far show composite workpieces 1 in which the interior 3 of the hollow shafts 2 has cylindrical symmetry in the overlap region 21.
  • the size and geometry of the tubular cavities 19 is determined by the cross-sectional profile of the tube used.
  • the tubular shaped cavities 1 9 are formed by internal grooves 42 on the inner wall 1 3 of the hollow shaft 2, while the molded body 4 is designed to be rotationally symmetrical and has an outer diameter 43 in the overlap area 21 which is slightly smaller than the minimum diameter 44 of the hollow shaft 2 in the overlap area 21
  • the molded body 4 is expediently designed as a thin-walled hollow body 45, for example made of sheet steel.
  • the difference between the outer diameter 43 of the hollow body 45 and the inner diameter 44 of the hollow shaft 2 in the overlap region 21 corresponds to the distance 14 shown in FIG. 1 d between the edges 11 of the square tube section 6 and the inner wall 13 of the hollow shaft 2 and is dimensioned such that the molded body 4 can be inserted on the one hand into the interior 3 of the hollow shaft 2, but on the other hand can also be soldered along the connecting sections 18 to the inner wall 13 of the hollow shaft 2.
  • a closure region 46 in which the hollow body 45 is radially tightly soldered to the inner wall 3 of the hollow shaft 2 and an opening area 47 in which there is no soldered connection between the hollow body 45 and the inner wall 3 of the hollow shaft 2.
  • lubricating oil is supplied which flows through the tubular cavities 19 and is discharged through the outlet openings 29 to the outer wall 26 of the hollow shaft 2.
  • the resulting media channel 27 thus consists of four parallel arms 48 which convey lubricating oil from the neighboring inner region 24 to the outlet openings 29.
  • the adjacent inner area 25 to the left of the connecting area 21 and also the volume occupied by the hollow body 45 remains empty, which leads to weight savings compared to a hollow shaft 2, the whole of which Interior 3 is filled with lubricating oil.
  • the hollow shaft 2 with internal grooves 42 is preferably produced by round kneading.
  • the inner grooves 42 are produced here by strips and mandrels which are introduced into the interior 3 of the hollow shaft 2 during the round kneading.
  • the cross sections of the inner grooves 42 can be made variable in the axial direction, so that when the molded part 4 is soldered in, tubular cavities 19 are formed, the cross section and course of which can be optimized under fluidic reasons. For example, as shown in dotted lines in FIG.
  • the tubular cavities 19 in the overlap region 21 can have a height which varies in the axial direction and which can serve to deliberately determine the flow rate of the lubricating oil supplied to the neighboring inner region 24 and transported from there to the outlet openings 29 throttling -
  • other methods for example extrusion, cold rolling or round forging, can be used to produce the internal grooves 42.
  • the composite workpiece 1 shown in FIGS. 4a-4c has a media channel 27 which consists of four parallel arms 48, via which lubricant is transported to the four outlet openings 29 lying in one plane
  • FIGS. 5a-5d show an embodiment with two separate ones Media channels 27 and accordingly offset inlet openings 28 and outlet openings 29 are shown.
  • One of the media channels 27 is designed as a pressure channel 49, via which - as indicated by the arrows in FIG. 5a - a pressure medium is led from a reservoir located beyond the neighboring inner region 24 (not shown in the figures) to the outlet openings 51.
  • the other media channel 27 is designed as two lubrication channels 50 through which a lubricant is guided between the inlet openings 52 and the outlet openings 53 in the wall 34 of the hollow shaft 2.
  • the media channel 49 here comprises two parallel tubular cavities 19, while the media channels 50 each comprise a tubular cavity 19. No medium flows through the adjacent inner region 25 to the left of the overlap region 21.
  • the outer diameter of the hollow shaft 2 in the overlap area 21 can be designed corresponding to the connecting parts: Thus, in the exemplary embodiment in FIGS. 5a-5d, the outer diameter of the hollow shaft in the overlap area 21, which is designed here as a bearing, is larger than in the neighboring areas.
  • FIGS. 6a-6d show a further exemplary embodiment, in which the hollow shaft 2 has inner grooves 42, from which 4 media channels 27 with outlet openings 29 are formed by soldering the molded body.
  • these are two separate, opposing media channels 54, 55 that conduct axially overlapping pressure oil from the neighboring inner regions 24 and 25 to the outlet openings 56 and 57, respectively.
  • the axial variation of the cross-sectional profiles of the media channels 54, 55 in the overlap region 21 ensures a targeted application of pressure at the outlet openings 56 and 57, respectively.
  • the outer diameter of the shaped body 4 need not be constant over its entire length.
  • the hollow body 58 shown here has a gradation of the outer diameter, through which - in conjunction with a suitable geometric design of the inner grooves 42 - media channels 27 are created which have an approximately same cross-section in the opening area between the neighboring inner area 24 and overlap area 21 as in the overlap area Have 21.
  • the media channels 54, 55 have greatly varying cross sections in the axial direction - as can be seen from FIGS. 6c and 6d - the choice of an axially varying hollow body 58 shown in FIG. 7 can thus provide an approximately constant speed and pressure profile of the medium can be reached in the media channels 27.
  • FIGS. 8a-8c show an exemplary embodiment in which a further shaft 59 rotating relative to the hollow shaft 2 is guided in the interior of the hollow shaft 2.
  • a shaped body 4 in the form of a tube section 60 is soldered into the interior 3 of the hollow shaft 2 in the overlap region 21.
  • the hollow shaft 2 has two inner grooves 42 in the overlap region 21 and a wall thickness greater than the neighboring regions 24, 25.
  • the inner radius of the pipe section 60 is chosen so large that the rotating shaft 59 has no contact with the pipe section 60.
  • FIGS. 9a-9c finally show an exemplary embodiment in which two shaped bodies 4 and 4 ', both of which are designed as tube sections 60, 60', are soldered into the hollow shaft 2, with a plurality of media channels 27 being formed.
  • the media channel 61 connects the neighboring inner region 24 to the outlet openings 62.
  • Further media channels 63 which axially overlap with the media channel 61, are connected to the outer wall 26 of the hollow shaft 2 via the inlet and outlet openings 64, 65.
  • a tube is used as the blank for the hollow shaft 2, the inside and outside diameter of which corresponds at least to the inside and outside diameter of the finished hollow shaft 2 in the overlap region 21.
  • the diameter of this blank is reduced to the final diameter in a region 66 adjacent to the overlap region 21 by circular kneading; Furthermore, the blank is brought to the diameter in the overlap area 21 which corresponds to the outer diameter of the molded body 4, and is provided with the inner grooves 42 in the overlap area 21. Then the tube section 60 is inserted and positioned in the overlap region 21 in the shaft blank. The inner diameter of the blank is then reduced to the desired diameter in a second overlap region 21 'and provided with the inner grooves 42'. As shown in FIG.
  • the tube section 60 may be somewhat deformed in the transition region between the overlap regions 21 and 21 ' , It is important that between the inner wall 13 of the hollow shaft 2 and both ends of the tube section 60 there are closure areas 46, 46 ', on which the tube section 60 can be soldered radially tightly into the hollow shaft 2; only in this way can the tightness of the media channel 61 with respect to the media channels 63 be ensured. If the hollow shaft 2 together with the inner grooves 42 'is completed in the overlap area 21', the tube section 60 'is installed in the interior of the hollow shaft 2, and the hollow shaft 2 and the two tube sections 60, 60' are in the overlap areas 21, 21 ' firmly and tightly connected by soldering.
  • the profiles of the composite workpieces 1 shown in the exemplary embodiments and composed of hollow shaft 2 and molded body 4 are distinguished by a symmetrical design and mass distribution.
  • the axis of rotation of the hollow shaft 2 represents play a two- or four-fold axis of symmetry of the composite workpiece 1.
  • the composite workpiece 1 is thus (approximately) symmetrical with respect to the axis of rotation; This minimizes vibrations and wear of the composite workpiece - which is an important aspect especially for use as a fast rotating gear shaft.
  • these considerations also apply to axes of symmetry with three or more axes.
  • both the outer wall 20 of the molded body 4 and the inner wall 13 of the hollow shaft 2 have grooves 42.
  • the cylindrical symmetry shown in the exemplary embodiments of the interior 3 of the hollow shaft 2 or of the shaped body 4 in the overlap region 21 is only a special case of the composite workpiece 1 according to the invention.
  • elliptical profiles of the interior of the hollow shaft 2 and / or of the shaped body 4 in the overlap region 21 as well as conical widenings of the shaped body 4 and the interior 3 of the hollow shaft 2 in the overlap region 21 corresponding to one another in a form-negative manner are also possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle mit mehreren getrennten, axial überlappenden Innenkanälen, insbesondere Medienkanälen für Schmier- und Drucköl, die im Inneren der Hohlwelle verlaufen und an definierten Stellen über Einlass- und/oder Auslasskanäle mit der Aussenwand der Hohlwelle verbunden sind. Hierzu ist im Innenraum der Hohlwelle ein Formkörper angeordnet, der fest mit der Hohlwelle verbunden ist. Die Hohlwelle und der Formkörper sind so gestaltet, dass zwischen der Aussenwand des Formkörpers und der Innenwand der Hohlwelle kanalartige Hohlräume ausgespart sind, die in einem Überlappungsbereich in Axialrichtung der Hohlwelle verlaufen und diesen Überlappungsbereich überspannen. Weiterhin weist der Formkörper im Überlappungsbereich Verbindungsflächen auf, die in Axialrichtung der Hohlwelle verlaufen und im Bereich derer der Formkörper fest und dicht mit der Innenwand der Hohlwelle verbunden ist. Unterschiedliche röhrenförmige Hohlräume sind somit im Überlappungsbereich durch die Verbindungsflächen auf dem Formkörper voneinander getrennt, so dass im Überlappungsbereich mehrere separate Medienkanäle in der Hohlwelle vorliegen.

Description

Hohlwelle mit Innenkanälen, insbesondere Ölkanälen
Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle mit Innenkanälen, insbesondere Ölkanälen, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Hohlwelle.
Im Fahrzeug- und Maschinenbau werden in zahlreichen Anwendungsgebieten Hohlwellen eingesetzt. Gegenüber Vollwellen bieten diese Hohlwellen den Vorteil einer erheblichen Gewichtseinsparung. In dieser Hohlwelle kann ein interner Ölkanal vorgesehen sein, der z.B. zur Schmierung der Lager der Hohlwelle in einem Getriebe dient. Zur Gewichtsminimierung der Hohlwelle ist es dabei günstig, nicht den gesamten Innenraum der Hohlwelle mit Öl zu befüllen, sondern im Innenraum der Welle einen hohlen Formkörper so zu fixieren, daß nur eine geringe Querschnittsfläche des Hohlwellen-Innenraums von Öl durchflössen wird, die restliche Querschnittsfläche aber vom Hohlprofil des Formkörpers überdeckt wird. Eine solche gewichtsoptimierte ölführende Hohlwelle ist z.B. aus der US 4 644 912 bekannt, die eine hohle Nockenwelle beschreibt, in deren Innenraum über Abstandshalter ein beidseitig geschlossenes, hohles Innenrohr fixiert ist. Das Ringvolumen zwischen Innenwand der Hohlwelle und Außenwand des Innenrohrs wird zur Schmierölführung genutzt und ist über Einlaß- und Auslaßkanäle mit der Außenwand der Hohlwelle verbunden.
Im Getriebebau, insbesondere in Automatikgetrieben von Fahrzeugen, werden vielfach Wellen eingesetzt, die mit mehreren in Axialrichtung überlappenden, aber getrennten Medienkanälen versehen sind, um einen simultanen Transport von Schmieröl, Drucköl, Kühlmedium, Druckluft etc. entlang der Welle zu gewährleisten. Jeder dieser Medienkanäle verläuft im Inneren der Welle und weist an ausgewählten Stellen Einlaß- und Auslaßkanäle zur Außenwandung der Welle auf, durch die das im Medienkanal geführte Schmieröl, Drucköl etc in den Medienkanal eingeführt bzw. an Lager, Druckvolumina etc. abgegeben werden kann. Die Realisierung einer Hohlwelle mit mehreren axial überlappenden Medienkanälen ist mit der aus der US 4 644 91 2 beschriebenen Konstruktion nicht möglich, da die aus der US 4 644 91 2 bekannte Welle eine einzige, als Ringkanal ausgebildete Ölführung enthält, die das Innere der Nockenwelle über ihre gesamte Länge überdeckt. Zur Führung mehrerer interner, voneinander getrennter Medienkanäle in einer Welle werden derzeit Vollwellen mit geeigneten radial und/oder meridial gegeneinander versetzten gebohrten Kanälen versehen, die - je nach Komplexität der Geometrie des zugehörigen Getriebeteils - eine große Länge überspannen, aus mehreren Einzelbohrungen zusammengesetzt sind und evtl. nach dem Bohren lokal verschlossen werden müssen. Das Einbringen und selektive Verschließen solcher Kanäle ist sehr aufwendig und kostenintensiv. Weiterhin sind die gebohrten Medienkanäle im Regelfall unsymmetrisch über die Querschnittsfläche der Vollwelle verteilt und führen daher zu Unwuchten, welche - insbesondere bei schnell rotierenden Getriebewellen - unerwünschte Schwingungen zur Folge haben können. Schließlich wirkt sich das für die Realisierung solcher axial überlappender Medienkanäle erforderliche Vollprofil der Welle nachteilig auf eine Gewichtsoptimierung des Getriebes aus. Es besteht also ein großer Bedarf an einer Welle, die einerseits die Führung mehrerer getrennter Medienkanäle in ihrem Inneren ermöglicht, und andererseits ein wesentlich geringeres Gewicht als eine Vollwelle hat.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hohlwelle mit mehreren getrennten Medienkanälen bereitzustellen, welche im Inneren der Hohlwelle verlaufen und an definierten Stellen über Einlaß- und/oder Auslaßöffnungen mit der Außenwand der Hohlwelle verbunden sind. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Hohlwelle vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst.
Danach ist im Innenraum der Hohlwelle ein Formkörper angeordnet, der fest mit der Hohlwelle verbunden ist. Der Formkörper und die Hohlwelle sind so gestaltet, daß zwischen Außenwand des Formkörpers und Innenwand der Hohlwelle röhrenförmige Hohlräume ausgespart sind, die in einem Überlappungsbereich in Axialrichtung der Hohlwelle verlaufen und diesen Überlappungsbereich überspannen. Weiterhin weist der Formkörper im Überlappungsbereich Verbindungsabschnitte auf, die in Axialrichtung der Hohlwelle verlaufen und im Bereich derer die Außenwand des Formkörpers fest und dicht mit der Innenwand der Hohlwelle verbunden ist. Unterschiedliche röhrenförmige Hohlräume sind somit im Überlappungsbereich durch die Verbindungsabschnitte auf dem Formkörper voneinander getrennt, so daß im Überlappungsbereich mehrere separate Medienkanäle in der Hohlwelle vorliegen. Durch geeignete Gestaltung des Formkörpers und/oder der Innenkontur der Hohlwelle in den an den Überlappungsbereich anschließenden Bereichen können diese Medienkanäle über den Überlappungsbereich hinweg im Inneren der Hohlwelle fortgeführt oder verschlossen werden. Weiterhin können durch gezielte Bohrungen durch die Wandung der Hohlwelle Einlaß- und Auslaßkanäle geschaffen werden, die die röhrenförmige Hohlräume selektiv mit der Außenwand der Hohlwelle verbinden. Die erfindungsgemäße Hohlwelle mit fest eingesetztem Formteil hat den Vorteil, daß durch eine geeignete Gestaltung des Formteils und/oder der Innenwand der Hohlwelle mehrere getrennte Medienleitungen im Inneren der Hohlwelle entstehen. Diese können zur Führung unterschiedlicher Medien (Schmieröl, Drucköl, Druckluft, Kühlmittel etc.) genutzt werden, und können durch Bohrungen so mit der Außenwand der Hohlwelle verbunden werden, daß die Versorgung einer bestimmten Stelle entlang der Welle mit dem dort benötigten Medium sichergestellt ist (siehe Anspruch 8). Die Herstellung dieser Hohlwelle mit internen Medienkanälen ist - gegenüber einer konventionellen Vollwelle mit gebohrten Medienkanälen - sehr einfach, da hierzu lediglich das vorgeformte Formteil ins Innere der Hohlwelle eingebracht und mit dieser verbunden werden muß. Durch die Wahl eines Formteils aus einem leichten Werkstoff kann eine erhebliche Gewichtseinsparung gegenüber einer gebohrten Vollwelle erzielt werden. Besonders günstig ist die Verwendung eines hohlen Formteils (siehe Anspruch 5).
Zur Erzeugung einer dichten Verbindung zwischen Innenwand der Hohlwelle und Formkörper im Bereich der Verbindungsabschnitte wird der Formkörper vorzugsweise in die Hohlwelle eingelötet (siehe Anspruch 3). Dazu wird die Außenwand des Formkörpers mit einem Lötwerkstoff beschichtet, bevor der Formkörper in das Innere der Hohlwelle eingesetzt wird. Hohlwelle und Formkörper werden dann in zusammengesetztem Zustand erwärmt, und somit der Formkörper im Bereich der Verbindungsabschnitte mit der Innenwand der Hohlwelle verlötet. Um eine hohe Dichtigkeit der Medienkanäle auch bei erhöhten Betriebstemperaturen der Hohlwelle sicherzustellen, empfiehlt sich ein Hartlöten der beiden Werkstücke mit Kupfer als Lötwerkstoff (siehe Ansprüche 4 und 1 0). Zur Gewährleistung einer guten Dichtheit der Medienkanäle auch bei hohen Druckunterschieden zwischen Medien in benachbarten Kanälen ist es vorteilhaft, die Verbindungsabschnitte auf der Außenwand des Formkörpers näherungsweise formnegativ zur gegenüberliegenden Innenwand der Hohlwelle zu gestalten (siehe Anspruch 2). Dadurch entstehen beim Einlöten des Formkörpers im Uberlappungsbereich großflächige Verbindungsbereiche, die eine hohe Festigkeit der Medienkanäle auch unter großen Belastungen gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Hohlwelle mit eingesetztem Formteil ermöglicht eine Vielzahl verschiedener Geometrien der Medienkanäle. In einer besonders kostengünstigen Variante ist die Innenwand der Hohlwelle als zylindrischer Hohlraum ausgestaltet, während als Formkörper ein beidendig durch Stöpsel verschlossenes, verkupfertes Vierkantrohr verwendet wird, dessen Kantenbreite so gewählt ist, daß die Außenkanten des Formkόrpers einen geringen Freiraum mit der Innenwand der Hohlwelle einschließen (siehe Anspruch 6). Beim Verlöten des Formkόrpers mit der Hohlwelle werden entlang der Außenkanten des Formkörpers dichte Verbindungen zur Innenwand der Hohlwelle erzeugt, so daß im Uberlappungsbereich zwischen den Außenflä- chen des Formkörpers und der Innenwand der Hohlwelle vier getrennte Medienkanäle entstehen. Durch eine geeignete Gestaltung der endseitig das Vierkantrohr begrenzenden Stöpsel können einige dieser Medienkanäle mit den außerhalb des Überlappungsbereiches gelegenen Innenräumen der Hohlwelle verbunden werden, während andere geschlossene Volumen bilden. Nach dem Einlöten des Formkörpers in die Hohlwelle kann die Wandung der Hohlwelle an konstruktiv vorgesehenen Stellen durchbohrt werden, wodurch Einlaß- und Auslaßöffnungen zwischen den Medienkanälen und der Außenwand der Hohlwelle erzeugt werden.
Alternativ können die Medienkanäle im Uberlappungsbereich durch Innennuten in der Innenwand der Hohlwelle ausgestaltet werden (siehe Ansprüche 7 und 1 1 ). In diesem Fall kann ein Formkörper verwendet werden, der im Uberlappungsbereich Rotationssymmetrie hat. Die Lage der Medienkanäle ist durch die Lage der Innennuten auf der Hohlwelle bestimmt, weswegen die Einlaß- und Auslaßόffnungen der Medienkanäle, die die Wandung der Hohlwelle durchdringen, bereits vor dem Einlöten des Formkorpers gebohrt werden können Dadurch entfällt eine spanende Bearbeitung der zusammengesetzten Hohlwelle; die Gefahr einer Verschmutzung der Medienleitungen durch Bearbeitungsabfälle wird daher weitestgehend reduziert. Zur Herstellung der Innennuten können verschiedene Verfahren wie z.B Fließpressen, Kaltwalzen, Rundschmieden etc. verwendet werden Vorzugsweise werden die Innennuten durch Rundkneten der Hohlwelle erzeugt (siehe Anspruch 1 2); dieses Verfahren gestattet eine hohe Variabilität in der geometrischen Ausgestaltung der Medienkanäle, so daß auch die Ausformung asymmetrischer Profile der Medienkanäle möglich sind. Insbesondere können mit Hilfe dieses Verfahrens Medienkanäle erzeugt werden, die unter strömungstechnischen Gesichtspunkten gestaltet und optimiert sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungs- beispiele näher erläutert; dabei zeigen:
Fig. 1 ein Verbundwerkstück aus einer Hohlwelle mit eingelötetem Vierkantrohr: Fig. 1 a eine seitliche Schnitt-Ansicht durch das Verbundwerkstück; Fig. 1 b eine axiale Ansicht des in Fig 1 a dargestellten Verbundwerkstücks gemäß einem Schnitt entlang der Linie Ib - Ib; Fig. 1 c eine axiale Ansicht des in Fig 1 a dargestellten Verbundwerkstücks gemäß einem Schnitt entlang der Linie Ic - Ic; Fig 1 d eine Detaildarstellung des in Fig 1 c gekennzeichneten Bereiches;
Fig. 2 ein Verbundwerkstück aus einer Hohlwelle mit eingelotetem Vierkantrohr und gegenläufigen Medienkanälen. Fig. 2a eine seitliche Schnitt-Ansicht durch das Verbundwerkstück; Fig. 2b eine seitliche Schnitt-Ansicht durch das in Fig. 2c dargestellte Verbundwerkstück gemäß einem Schnitt entlang der Linie llb - llb; Fig. 2c eine axiale Ansicht des in Fig. 2a dargestellten Verbundwerkstücks gemäß einem Schnitt entlang der Linie llc - I Ic;
Fig. 3 Axialansichten von Verbundwerkstücken aus einer Hohlwelle mit Fig. 3a eingelötetem bombiertem Vierkantrohr; Fig. 3b eingelötetem profiliertem Vierkantrohr;
Fig. 4 ein Verbundwerkstück aus einer Hohlwelle mit Innennuten und eingelötetem Formkörper:
Fig. 4a eine seitliche Schnitt-Ansicht durch das Verbundwerkstück; Fig. 4b eine axiale Ansicht des in Fig 4a dargestellten Verbundwerkstücks gemäß einem Schnitt entlang der Linie IVb - IVb; Fig. 4c eine axiale Ansicht des in Fig. 4a dargestellten Verbundwerkstücks gemäß einem Schnitt entlang der Linie IVc - IVc;
Fig. 5 ein Verbundwerkstück aus einer Hohlwelle mit Innennuten und eingelötetem Formkörper:
Fig. 5a eine seitliche Schnitt-Ansicht durch das Verbundwerkstück; Fig. 5b eine axiale Ansicht des in Fig. 5a dargestellten Verbundwerkstücks gemäß einem Schnitt entlang der Linie Vb -Vb; Fig. 5c eine axiale Ansicht des in Fig. 5a dargestellten Verbundwerkstücks gemäß einem Schnitt entlang der Linie Vc -Vc; Fig. 5d eine seitliche Schnitt-Ansicht durch das in Fig. 5b dargestellte
Verbundwerkstück gemäß einem Schnitt entlang der Linie Vd - Vd;
Fig. 6 ein Verbundwerkstück aus einer Hohlwelle mit Innennuten und eingelötetem Formkörper, mit gegenläufigen Medienkanälen: Fig. 6a eine seitliche Schnitt-Ansicht durch das Verbundwerkstück; Fig. 6b eine seitliche Schnitt-Ansicht durch das in Fig. 6c dargestellte
Verbundwerkstück gemäß einem Schnitt entlang der Linie Vlb - Vlb; Fig. 6c eine axiale Ansicht des in Fig. 6a dargestellten Verbundwerkstücks gemäß einem Schnitt entlang der Linie Vlc -Vlc; Fig. 6d eine axiale Ansicht des in Fig 6a dargestellten Verbundwerkstücks gemäß einem Schnitt entlang der Linie Vld -Vld; Fig. 7 ein Verbundwerkstück aus einer Hohlwelle mit Innennuten und eingelötetem Formkörper mit in Axialrichtung verändertem Durchmesser;
Fig. 8 ein Verbundwerkstück aus einer Hohlwelle mit Innennuten und eingelötetem Rohr, mit Innenwelle:
Fig. 8a eine seitliche Schnitt-Ansicht durch das Verbundwerkstück; Fig. 8b eine axiale Ansicht des in Fig. 8a dargestellten Verbundwerkstücks gemäß einem Schnitt entlang der Linie Vlllb -VI llb; Fig. 8c eine axiale Ansicht des in Fig. 6a dargestellten Verbundwerkstücks gemäß einem Schnitt entlang der Linie VII Ic -Vlllc;
Fig. 9 ein Verbundwerkstück aus einer Hohlwelle mit Innennuten und zwei axial überlappend eingelöteten Formkörpern:
Fig. 9a eine seitliche Schnitt-Ansicht durch das Verbundwerkstück; Fig. 9b eine axiale Ansicht des in Fig 9a dargestellten Verbundwerkstücks gemäß einem Schnitt entlang der Linie IXb -IXb; Fig. 9c eine axiale Ansicht des in Fig 9a dargestellten Verbundwerkstücks gemäß einem Schnitt entlang der Linie IXc -IXc.
Figuren 1 a - 1 c zeigen ein Verbundwerkstück 1 , das eine Hohlwelle 2 umfaßt, in deren Innenraum 3 sich ein Formkörper 4 befindet. Der Innenraum 3 der Hohlwelle 2 hat die Form eines Hohlzylmders 5. Der Formkörper 4 besteht aus einem Vierkant-Rohrabschnitt 6, dessen beide Enden 7 mit je einem zylindrischen Stöpsel 8 verschlossen sind. Die Kantenbreite 9 des Vierkant-Rohrabschnitts 6 und der Durchmesser 10 der Stöpsel 8 sind so gewählt, daß die Kanten 1 1 des Vierkant-Rohrabschnitts 6 - wie in Figur 1 d gezeigt - gegenüber der Innenwand 13 der Hohlwelle 2 einen kleinen Abstand 14 haben, der vorzugsweise zwischen 0.05 mm und 0.2 mm beträgt. Wie in Figur 1 d dargestellt, ist der Vierkant-Rohrabschnitt 6 mit einer Schicht 1 5 aus Lötmateπal versehen. Im vorliegenden Fall wurde eine Schicht 1 5 aus Kupfer gewählt, deren Dicke vorzugsweise zwischen 0.01 mm und 0.05 mm liegt Analog sind auch die Stöpsel 8 mit Lötmateπal beschichtet, und die Außenwände 1 2 der Stöpsel 8 haben gegenüber der Innenwand 1 3 der Hohlwelle einen kleinen Abstand 14.
Der Formkörper 4 ist durch Löten mit der Innenwand 13 der Hohlwelle 2 verbunden. Als Folge dieses Lötprozesses sind zwischen den Kanten 1 1 des Vierkant-Rohrabschnitts 6 und den ihnen gegenüberliegenden Bereichen 1 6 der Innenwand 13 der Hohlwelle 2 Stege 1 7 aus Lόtmateπal gebildet. Jeder Steg 1 7 überspannt auf dem Vierkant-Rohrabschnitt 6 einen Verbindungsabschnitt 1 8, der die Kante 1 1 des Vierkant-Rohrabschnitts 6 fest und dichtend mit der Innenwand 1 3 der Hohlwelle 2 verbindet und sich in Axialrichtung über die gesamte Länge des Vierkant-Rohrabschnitts 6 erstreckt. Zwischen benachbarten Verbindungsabschnitten 1 8 sind röhrenförmige Hohlräume 1 9 zwischen Innenwand 1 3 der Hohlwelle 2 und der Außenwand 20 des Formkorpers 4 gebildet, die durch die Stege 1 7 dichtend voneinander getrennt sind. Diese getrennten röhrenförmigen Hohlräume 1 9 überspannen in Axialrichtung der Hohlwelle 2 einen Uberlappungsbereich 21 , dessen Länge in diesem Ausführungsbeispiel der Länge des Vierkant- Rohrabschnitts 6 entspricht. Im Beispiel der Figuren 1 a - 1 c sind die röhrenförmigen Hohlräume 1 9 vier flache Röhren 22, die durch die Innenwand 13 der Hohlwelle 2 und die Außenseiten 23 des Vierkant-Rohrabschnitts 6 gebildet sind, so daß der Querschnitt der Röhren 22 einem Kreissegment entspricht Durch den Lötprozeß sind die Außenwände 1 2 der Stöpsel 8 fest und dichtend mit der Innenwand der Hohlwelle 2 verbunden, so daß die flachen Rohren 22 endseitig durch die Stöpsel 8 fest und dichtend verschlossen sind
Zur Herstellung des in Figuren 1 a - 1 c dargestellten Verbundwerkstücks 1 werden zunächst der Vierkant-Rohrabschnitt 6 und die Stöpsel 8 verkupfert. Dann werden die Stöpsel 8 mit dem Vierkant-Rohrabschnitt 6 verpreßt Ein straffer Sitz der Stöpsel 8 auf dem Vierkant- Rohrabschnitt 6 ist wichtig, damit die Stöpsel 8 in den folgenden Montage- und Erwärmungsschritten fest mit der Vierkant-Rohrabschnitt 6 verbunden bleiben. Der Vierkant-Rohrabschnitt 6 wird nun in definierter Lage (d h. im Überlappungsbereich 21 ) in den Innenraum 3 der Hohlwelle 2 eingelötet, indem Hohlwelle 2, Vierkant-Rohrabschnitt 6 und die Stöpsel 8 in Einbaulage gemeinsam in einem Lötofen erhitzt werden. Dabei entstehen im Uberlappungsbereich 21 die oben beschriebenen Stege 1 7 aus Lötmateπal und - durch die Stege 1 7 dichtend getrennt - vier flache Röhren 22. Weiterhin entstehen jenseits der beiden Enden 7 des eingelöteten Formkörpers 4 im Innenraum 3 der Hohlwelle 2 Nachbar-Innenbereiche 24 und 25, die in diesem Ausführungsbeispiel dichtend von den röhrenförmigen Hohlräumen 19 getrennt sind.
Statt oder zusätzlich zum Formkörper 4 kann auch die Hohlwelle 2 mit Lötmateπal beschichtet werden. Dies kann jedoch weitere Bearbeitungsschritte nach sich ziehen, da die Außenwand 26 der Hohlwelle 2 für viele Anwendungen frei von Lotmateπal sein muß Daher ist es zweckmäßig, nur den Formkörper 4 einer Beschichtung zu unterziehen Werden als Formkörper 4 und Hohlwelle 2 Stahl-Werkstücke verwendet, so wird als Lötmateπal vorzugsweise Kupfer verwendet, wobei der Lotprozeß selbst mittels Hartloten erfolgt. Im allgemeinen kann statt des Kupfers auch ein beliebiges anderes, dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßtes Lötmateπal verwendet werden. Alternativ kann der Formkorper 4 auch durch ein anderes dichtendes Fügeverfahren, z B durch Kleben, im Innenraum 3 der Hohlwelle 2 befestigt werden Soll das Verbundwerkstück 1 im Fahrzeugbau zum Einsatz kommen, so bestehen Vierkant- Rohrabschnitt 6 und die Stöpsel 8 zweckmäßigerweise aus Stahl und erfahren dann bei erhöhten Temperaturen eine ähnliche Wärmeausdehnung wie die z.B. aus Einsatzstahl gefertigte Hohlwelle 2. Somit erleiden die Stege 1 7 zwischen Formkörper 4 und Hohlwelle 2 auch bei starken Temperaturschwankungen des Verbundwerkstücks 1 geringe plastische Verformungen und gewährleisten die Dichtheit der getrennten röhrenförmigen Hohlräume 1 9. Ganz allgemein können für Formkörper 2 und Hohlwelle 4 beliebige (mit dem gewählten Fügeverfahren fügbare) Werkstoffe so gewählt werden, daß sie der jeweiligen Verwendung des Verbundwerkstücks 1 am besten angepaßt sind.
Die röhrenförmigen Hohlräume 1 9 stellen Ausschnitte von Medienkanälen 27 dar, die zum Transport verschiedener Medien, z.B. Schmieröl, Drucköl, Druckluft, etc. durch den Innenraum 3 der Hohlwelle 2 verwendet werden. Jedes benötigte Medium wird an einer definierten Axial- position entlang der Hohlwelle 2 in einen der röhrenförmigen Hohlräume 1 9 eingeführt und an einer anderen definierten Axialpositionen abgegeben. Hierfür sind Einlaßöffnungen 28 und Auslaßöffnungen 29 vorgesehen, die die röhrenförmigen Hohlräume 1 9 mit der Außenwand 26 der Hohlwelle 2 bzw. mit den Nachbar-Innenbereichen 24,25 verbinden. Im vorliegenden Beispiel dienen die Medienkanäle 30,31 einer gezielten Aufnahme bzw. Abgabe von Schmieröl an die Außenwand 26 der Hohlwelle 2. Hierzu wird die Wand 34 der Hohlwelle 2 an ausgewählten Stellen mit Einlaß- bzw. Auslaßbohrungen 32,32',33,33' versehen. Diese Bohrungen können vor oder nach dem Verlöten des Verbundwerkstücks 1 hergestellt werden. Im vorliegenden Beispiel entstehen zwei Paare separater Medienkanäle 30,30' bzw. 31 ,31 ', wobei die Ein- und Auslaßöffnungen 32,33 des einen Paares 30,30' axial und radial gegenüber den Ein- und Auslaßöffnungen 32',33' des anderen Paares 31 ,31 ' versetzt sind.
Ein zusätzlicher Medienkanal 35 entsteht, wenn - wie in Figur 1 a gestrichelt angedeutet - die Stöpsel 8 mit Bohrungen 32",33" versehen werden, durch die der Innenraum 36 des Formkörpers 4 mit den außerhalb des Überlappungsbereiches 21 gelegenen Nachbar-Innenbereichen 24,25 der Hohlwelle 2 verbunden wird. Die in Figur 1 a nicht dargestellte Einlaß- und Auslaßöffnung dieses Medienkanals 35 liegt somit in diesem Fall außerhalb des Überlappungsbereiches 21 .
In dem in Figur 2a - 2c gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Stöpsel 8', mit denen der Vierkant-Rohrabschnitt 6 endseitig verschlossen ist, Aussparungen 37 entlang ihres Außendurchmessers auf, so daß die flachen Röhren 22 entweder mit dem rechts des Überlappungsbereiches 21 gelegenen Nachbar-Innenbereich 24 oder mit dem links gelegenen Nachbar- Innnenbereich 25 verbunden ist. Über Auslaßöffnungen 29,29' sind die Hohlräume 1 9 mit der Außenwand 26 der Hohlwelle 2 verbunden. Die dabei entstehenden Medienkanäle 27 sind zwei getrennte Leitungen 38 und 39 zur gegenläufigen Führung von Drucköl, wobei - wie in Figur 2a und 2b durch Pfeile angedeutet - der Medienkanal 38 Drucköl aus dem rechts des Überlappungsbereiches gelegenen Nachbar-Innenbereich 24 zu den Auslaßöffnungen 29 führt, während der Medienkanal 39 Drucköl aus dem links gelegenen Nachbar-Innenbereich 25 zu den Auslaßöffnungen 29' führt.
Die in Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele mit Formkörpern 4, die Vierkant- Rohrabschnitte 6 aufweisen, haben den Vorteil, daß Vierkantrohr leicht zugänglich und daher sehr preiswert ist. Sind die Druckunterschiede in den rohrformigen Hohlräumen 19 gegenüber dem Innenraum 36 des Formkörpers 4 allerdings zu groß, so besteht die Gefahr einer konkaven Verformung des Vierkant-Rohrabschnitts 6, durch die auch die gelöteten Stege 1 7 entlang der Verbindungsabschnitte 1 8 geschwächt werden Daher empfiehlt sich - insbesondere bei hohen Drücken - die Verwendung eines Rohrabschnitts aus bombiertem Vierkantrohr. Figur 3a zeigt einen Querschnitt durch eine Hohlwelle 2, in die ein bombiertes Vierkantrohr 40 eingelötet ist. Die konvexe Krümmung des bombierten Rohres 40 bannt die Gefahr einer Verformung des Rohres 38 - auch bei hohen Drücken Allerdings wird dabei - insbesondere bei einer starken Bombierung - die lichte Höhe der röhrenförmigen Hohlräume 1 9 stark reduziert, was ungüngstige Einflüsse auf die strömungsmechanischen Eigenschaften des in den Hohlräumen 19 geführten Mediums haben kann
Ein gunstigeres Querschnittsprofil der röhrenförmigen Hohlräume 19 kann - wie in Figur 3b gezeigt - durch die Verwendung eines Rohrabschnitts 41 erreicht werden, der in Umfangsrichtung abwechselnd konvex und konkav profiliert ist. Hierbei kann das Querschnittsprofil des Rohrabschnitts 41 so geformt werden, daß der Rohrabschnitt 41 im Bereich der Verbindungsabschnitte 1 8 formnegativ zur (zylindersymmetrischen) Innenwand 1 3 der Hohlwelle 2 geformt ist. Dadurch entstehen Verbindungsabschnitte 1 8, die wesentlich breiter sind als die - mehr oder weniger - limenförmigen Verbindungsabschnitte 1 8 der in Figur 1 und 2 gezeigten Vierkantprofile 6. Diese großen Verbindungsabschnitte 1 8 stellen somit eine zuverlässige Dichtheit der röhrenförmigen Hohlräume 1 9 auch bei hohen Drücken sicher und tragen bei dünnwandigen Hohlwellen 2 zusätzlich zur Biege- und Torsionssteifigkeit der Verbundwerkstücks 1 bei.
Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen Verbundwerkstücke 1 , bei denen der Innenraum 3 der Hohlwellen 2 im Uberlappungsbereich 21 Zylindersymmetrie aufweist. Die Größe und Geometrie der röhrenförmigen Hohlräume 1 9 wird dabei bestimmt durch das Querschnittsprofil des verwendeten Rohres Alternativ können, wie in Figur 4a - 4c dargestellt, die röhren- förmigen Hohlräume 1 9 durch Innennuten 42 auf der Innenwand 1 3 der Hohlwelle 2 gebildet werden, während der Formkόrper 4 rotationssymmetrisch gestaltet ist und im Überlappungsbereich 21 einen Außendurchmesser 43 aufweist, der geringfügig kleiner ist als der Minimal- durchmesser 44 der Hohlwelle 2 im Uberlappungsbereich 21 Aus Gründen der Gewichtsersparnis ist der Formkörper 4 dabei zweckmäßigerweise als dünnwandiger Hohlkörper 45, z.B. aus Stahlblech, ausgebildet. Die Differenz zwischen Außendurchmesser 43 des Hohlkörpers 45 und Innendurchmesser 44 der Hohlwelle 2 im Überlappungsbereich 21 entspricht dem in Figur 1 d gezeigten Abstand 14 zwischen den Kanten 1 1 des Vierkant-Rohrabschnitts 6 und der Innenwand 1 3 der Hohlwelle 2 und ist so dimensioniert, daß der Formkörper 4 einerseits in den Innenraum 3 der Hohlwelle 2 einführbar ist, andererseits aber auch entlang der Verbindungsabschnitte 18 mit der Innenwand 13 der Hohlwelle 2 verlötbar ist. Der Uberlappungsbereich 21 , über dessen Länge hinweg durch das Verlöten von Hohlkörper 45 und Hohlwelle 2 getrennte röhrenförmige Hohlräume 1 9 entstehen, erstreckt sich in diesem Fall zwischen einem Verschlußbereich 46, in dem der Hohlkörper 45 radial umlaufend dicht mit der Innenwand 3 der Hohlwelle 2 verlötet ist, und einem Öffnungsbereich 47, in dem keine Lötverbindung zwischen Hohlkörper 45 und Innenwand 3 der Hohlwelle 2 vorliegt. Über den rechts des Verbindungsbereiches 21 gelegenen Nachbar-Innenbereich 24 wird - wie durch die Pfeile angedeutet - Schmieröl zugeführt, das die röhrenförmigen Hohlräume 1 9 durchfließt und durch die Auslaßöffnungen 29 an die Außenwand 26 der Hohlwelle 2 abgegeben wird. Der hierbei entstehende Medienkanal 27 besteht somit aus vier parallel verlaufenden Armen 48, die Schmieröl aus dem Nachbar-Innenbereich 24 zu den Auslaßöffnungen 29 fördern. Durch die dichte Verbindung zwischen Hohlkörper 45 und Innenwand 1 3 der Hohlwelle 2 im Verschlußbereich 46 bleibt dabei der links des Verbindungsbereiches 21 gelegene Nachbar-Innenbereich 25 sowie auch das vom Hohlkörper 45 eingenommene Volumen leer, was zu Gewichtseinsparungen gegenüber einer Hohlwelle 2 führt, deren gesamter Innenraum 3 mit Schmieröl gefüllt ist.
Die Herstellung der Hohlwelle 2 mit Innennuten 42 erfolgt vorzugsweise durch Rundkneten. Die Innennuten 42 werden hierbei durch Leisten und Dorne erzeugt, die während des Rundknetens in den Innenraum 3 der Hohlwelle 2 eingebracht werden. Mit Hilfe dieses Verfahrens können die Querschnitte der Innennuten 42 in axialer Richtung variabel gestaltet werden, so daß beim Einlöten des Formteils 4 röhrenförmige Hohlräume 1 9 entstehen, deren Querschnitt und Verlauf unter strömungstechnischen Gründen optimiert werden kann. So können z.B., wie in Figur 4a gepunktet gezeichnet, die röhrenförmigen Hohlräume 1 9 im Uberlappungsbereich 21 eine in Axialrichtung variierende Höhe haben, die dazu dienen kann, die Durchflußmenge des am Nachbar-Innenbereich 24 zugeführten und von dort an die Auslaßöffnungen 29 transportierten Schmieröls bewußt zu drosseln - Alternativ können auch andere Verfahren, z.B. Fließpressen, Kaltwalzen oder Rundschmieden, zur Herstellung der Innennuten 42 verwendet werden. Während das in Figur 4a - 4c dargestellte Verbundwerkstück 1 einen Medienkanal 27 aufweist, der aus vier parallel verlaufenden Armen 48 besteht, über die Schmierstoff an die vier in einer Ebene liegenden Auslaßöffnungen 29 transportiert wird, ist in Figur 5a - 5d ein Ausführungsbeispiel mit zwei getrennten Medienkanälen 27 und dementsprechend versetzten Einlaßöffnungen 28 und Auslaßöffnungen 29 dargestellt. Einer der Medienkanäle 27 ist als Druckkanal 49 ausgestaltet, über den - wie durch die Pfeile in Figur 5a angedeutet - ein Druckmedium aus einem jenseits des Nachbar-Innenbereichs 24 gelegenen (in den Figuren nicht dargestellten) Reservoir zu den Auslaßöffnungen 51 geführt wird. Der andere Medienkanal 27 ist als zwei Schmierkanäle 50 ausgebildet, durch den ein Schmiermittel zwischen den Einlaßöffnungen 52 und den Auslaßöffnungen 53 in der Wand 34 der Hohlwelle 2 geführt wird. Der Medienkanal 49 umfaßt hierbei zwei parallel verlaufende röhrenförmige Hohlräume 1 9, während die Medienkanäle 50 je einen röhrenförmigen Hohlraum 19 umfassen. Der links des Überlappungsbereichs 21 liegende Nachbar-Innenbereich 25 wird von keinem Medium durchflössen. Der Außendurchmesser der Hohlwelle 2 kann im Uberlappungsbereich 21 den Anschlußteilen entsprechend gestaltet werden: So ist im Ausführungsbeispiel der Figur 5a - 5d der Außendurchmesser der Hohlwelle im Uberlappungsbereich 21 , der hier als Lager ausgebildet ist, größer als in den Nachbarbereichen.
Figuren 6a - 6d zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem die Hohlwelle 2 Innennuten 42 aufweist, aus denen durch das Einlöten des Formkörpers 4 Medienkanäle 27 mit Auslaßöffnungen 29 gebildet werden. In diesem Beispiel sind dies zwei getrennte, gegenläufige Medienkanäle 54,55, die axial überlappend Drucköl aus den Nachbar-Innenbereichen 24 bzw. 25 zu den Auslaßöffnungen 56 bzw. 57 leiten. Durch die axiale Variation der Querschnittsprofile der Medienkanäle 54,55 im Uberlappungsbereich 21 wird eine gezielte Druckausübung an den Auslaßöffnungen 56 bzw. 57 sichergestellt.
Wie Figur 7 zeigt, braucht der Außendurchmesser des Formkörpers 4 nicht über seine gesamte Länge konstant zu sein. Der hier dargestellte Hohlkörper 58 weist eine Stufung des Außendurchmessers auf, durch die - in Verbindung mit einer geeigneten geometrischen Gestaltung der Innennuten 42 - Medienkanäle 27 geschaffen werden, die im Öffnungsbereich zwischen dem Nachbar-Innenbereich 24 und Uberlappungsbereich 21 einen annähernd gleichen Querschnitt wie im Uberlappungsbereich 21 haben. Im Vergleich zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel, in dem die Medienkanäle 54,55 in Axialrichtung - wie aus Figuren 6c und 6d ersichtlich - stark variierende Querschnitte haben, kann mit der in Figur 7 gezeigten Wahl eines axial variierenden Hohlkörpers 58 somit ein näherungsweise konstantes Geschwindigkeits- und Druckprofil des Mediums in den Medienkanalen 27 erreicht werden. Figuren 8a - 8c zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem im Inneren der Hohlwelle 2 eine weitere, gegenüber der Hohlwelle 2 rotierende Welle 59 geführt wird. Um in einem Uberlappungsbereich 21 die Führung von Medien im Innenraum 3 der Hohlwelle 2 zu ermöglichen, ist im Uberlappungsbereich 21 ein Formkörper 4 in Form eines Rohrabschnitts 60 in den Innenraum 3 der Hohlwelle 2 eingelötet. Weiterhin weist die Hohlwelle 2 im Uberlappungsbereich 21 zwei Innennuten 42 und eine gegenüber den Nachbarbereichen 24,25 größere Wandstärke auf. Der Innenradius des Rohrabschnitts 60 ist so groß gewählt, daß die rotierende Welle 59 keine Berührung mit dem Rohrabschnitt 60 hat.
Figur 9a - 9c schließlich zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem zwei Formkόrper 4 und 4', die beide als Rohrabschnitte 60,60' ausgebildet sind, in die Hohlwelle 2 eingelötet sind, wobei mehrere Medienkanäle 27 entstehen. Der Medienkanal 61 verbindet den Nachbar-Innenbereich 24 mit den Auslaßöffungen 62. Weitere Medienkanäle 63, die axial mit dem Medienkanal 61 überlappen, sind über die Ein- und Auslaßöffnungen 64,65 mit der Außenwand 26 der Hohlwelle 2 verbunden. Zur Herstellung dieses Verbundwerkstücks 1 wird als Rohling für die Hohlwelle 2 ein Rohr verwendet, dessen Innen- und Außendurchmesser mindestens dem Innen- und Außendurchmesser der fertigen Hohlwelle 2 im Uberlappungsbereich 21 entspricht. Der Durchmesser dieses Rohlings wird in einem Nachbarbereich 66 zum Uberlappungsbereich 21 durch Rundkneten auf den endgültigen Durchmesser reduziert; weiter wird der Rohling im Uberlappungsbereich 21 auf den Durchmesser gebracht, der dem Außendurchmesser des Formkörpers 4 entspricht, und im Uberlappungsbereich 21 mit den Innennuten 42 versehen. Dann wird der Rohrabschnitt 60 im Uberlappungsbereich 21 in den Wellenrohling eingeführt und positioniert. Anschließend wird der Innendurchmesser des Rohlings in einem zweiten Uberlappungsbereich 21 ' auf den gewünschten Durchmesser verringert und mit den Innennuten 42' versehen Dabei wird der Rohrabschnitt 60, wie in Figur 9a gezeigt, im Übergangsbereich zwischen den Überlap- pungsbereichen 21 und 21 ' eventuell etwas verformt. Wichtig ist, daß zwischen der Innenwand 13 der Hohlwelle 2 und beiden Enden des Rohrabschnitts 60 Verschlußbereiche 46,46' vorhanden ist, an denen der Rohrabschnitt 60 radial umlaufend dicht in die Hohlwelle 2 eingelötet werden kann; nur so kann nämlich die Dichtheit des Medienkanals 61 gegenüber den Medienkanälen 63 sichergestellt werden. Ist die Hohlwelle 2 mitsamt den Innennuten 42' im Uberlappungsbereich 21 ' fertiggestellt, so wird der Rohrabschnitt 60' in das Innere der Hohlwelle 2 montiert, und Hohlwelle 2 und die beiden Rohrabschnitte 60,60' werden in den Überlappungs- bereichen 21 ,21 ' durch Löten fest und dicht verbunden.
Die Profile der in den Ausführungsbeispielen gezeigten, aus Hohlwelle 2 und Formkόrper 4 zusammengesetzten Verbundwerkstücken 1 zeichnen sich durch eine symmetrische Gestaltung und Massenverteilung aus Die Rotationsachse der Hohlwelle 2 stellt in allen Ausführungsbei- spielen eine zwei- oder vierzählige Symmetrieachse des Verbundwerkstücks 1 dar. Das Verbundwerkstück 1 ist somit bezüglich der Rotationsachse (näherungsweise) symmetrisch; dadurch werden Schwingungen und Verschleiß des Verbundwerkstücks minimiert - was insbesondere für den Einsatz als schnell rotierende Getriebewelle einen wichtigen Gesichtspunkt darstellt. Diese Überlegungen gelten selbstverständlich auch für drei- und höherzählige Symmetrieachsen.
Weiterhin sind auch Mischformen der oben beschriebenen Beispiele möglich, in denen sowohl die Außenwand 20 des Formkörpers 4 als auch die Innenwand 1 3 der Hohlwelle 2 Nuten 42 aufweist. Schließlich stellt die in den Ausführungsbeispielen gezeigte Zylindersymmetrie des Innenraums 3 der Hohlwelle 2 bzw. des Formkörpers 4 im Überlappungsbereich 21 nur einen Spezialfall des erfindungsgemäßen Verbundwerkstücks 1 dar. Im Allgemeinfall sind z.B. auch elliptische Profile des Innenraums der Hohlwelle 2 und/oder des Formkörpers 4 im Überlappungsbereich 21 sowie einander formnegativ entsprechende konische Aufweitungen des Formkörpers 4 und des Innenraums 3 der Hohlwelle 2 im Überlappungsbereich 21 möglich.
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Claims

Patentansprüche
1. Hohlwelle mit Innenkanälen, insbesondere Ölkanälen,
- wobei im Innenraum der Hohlwelle ein Formkörper befestigt ist,
- und wobei die Außenwand des Formkorpers und die Innenwand der Hohlwelle einen Uberlappungsbereich aufweisen, in welchem Uberlappungsbereich röhrenförmige Hohlräume zwischen der Innenwand der Hohlwelle und der Außenwand des Formkorpers gebildet sind, wobei die Hohlräume in Axialrichtung der Welle den gesamten Uberlappungsbereich überspannen, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Außenwand (20) des Formkörpers (4) im Uberlappungsbereich (21) Verbindungsabschnitte (18) aufweist, welche den gesamten Uberlappungsbereich (21) in Axial- πchtung der Hohlwelle (2) überspannen,
- und daß die Außenwand (20) des Formkörpers (4) im Bereich dieser Verbindungsabschnitte (18) fest und dicht mit der Innenwand (13) der Hohlwelle (2) verbunden ist.
2. Hohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsabschnitte (19) auf der Außenwand (20) des Formkörpers (4) näherungsweise formnegativ zu den ihnen gegenüberliegenden Bereichen (16) der Innenwand (13) der Hohlwelle (2) ausgebildet sind.
3. Hohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (20) des Formkorpers (4) im Bereich der Verbindungsabschnitte (18) durch eine Lötverbindung mit der Innenwand (13) der Hohlwelle (2) verbunden ist.
4. Hohlwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (20) des Formkörpers (4) in den Verbindungsabschnitten (18) mit einer Beschichtung aus Kupfer versehen ist, wobei das Kupfer als Lot verwendet wird.
5. Hohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (4) einen geschlossenen Hohlkörper (45) bildet.
6 Hohlwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (4) als hohler, endseitig durch Stöpsel (8) verschlossener Vierkant-
Rohrabschnitt (6) ausgestaltet ist
7. Hohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (13) der Hohlwelle (2) im Uberlappungsbereich (21) Innennuten (42) aufweist, welche in Axialrichtung der Hohlwelle (2) den gesamten Uberlappungsbereich (21) überspannen.
8. Hohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die röhrenförmigen Hohlräume (19) zwischen Innenwand (13) der Hohlwelle (2) und Außenwand (20) des Formkorpers (4) durch Ein- und/oder Auslaßoffnungen (28,29) mit der Außenwand (26) der Hohlwelle (2) verbunden sind
9. Verfahren zur Herstellung Hohlwelle mit Innenkanälen, insbesondere Ölkanälen, bei welchem Verfahren ein Formkörper abschnittsweise fest mit der Innenwand der Hohlwelle verbunden wird,
- wobei der Formkόrper so gestaltet ist, daß der Innenraum der Hohlwelle den gesamten Formkörper aufzunehmen in der Lage ist,
- und wobei die Außenwand des Formkorpers in einem Uberlappungsbereich Verbindungsabschnitte aufweist, welche in Zusammenbaulage von Formkörper und Hohlwelle höchstens einen definierten Maximalabstand von den ihnen gegenüberliegenden Bereichen der Innenwand der Hohlwelle entfernt sind, dadurch gekennzeichnet, -Lo
- daß die Außenwand (20) des Formkörpers (4) und/oder die Innenwand (13) der Hohlwelle (2) mit einem Lötmaterial beschichtet wird,
- daß der Formkörper (4) in den Innenraum (3) der Hohlwelle (2) eingebracht und in Einbaulage fixiert wird,
- und daß Formkörper (4) und Hohlwelle (2) dann gemeinsam auf Löttemperatur des Lötmaterials erhitzt werden, so daß der Formkörper (4) im Bereich der Verbindungsabschnitte (18) fest mit den diesen Verbindungsabschnitten (18) gegenüberliegenden Bereichen (16) der Innenwand (13) der Hohlwelle (2) verlötet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (20) des Formkörpers (4) mit Kupfer beschichtet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (13) der Hohlwelle (2) vor Einbringen des Formkörpers (4) mit Innennuten (42) versehen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Innennuten (42) durch Rundkneten der Hohlwelle (2) erzeugt werden.
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