DE60100482T2

DE60100482T2 - Zahnradisolationsmantel für Getriebe

Info

Publication number: DE60100482T2
Application number: DE60100482T
Authority: DE
Inventors: Thomas Allen Portage Michelhaugh; John Carl Shelby Township Bierlein
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: BR0100777A; CN1310304A; DE60100482D1; EP1128095B1; US6374951B1; EP1128095A1; CN1196875C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Schmiereinrichtung der Art mit Spritzschmierung oder Tauchschmierung für ein Geschwindigkeitswechselgetriebe und insbesondere einen verbesserten Mantelaufbau für solche Getriebe, die Getriebeverluste durch Schmiermittelbewegung reduziert und eine gute Schmierung von Lagern auf der Hauptwelle sicherstellt, wie aus der US-A-5 505 112 bekannt.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Schmiereinrichtungen in der Art mit Spritzschmierung oder Tauchschmierung für Fahrzeuggeschwindigkeitswechselgetriebe sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Um es kurz zusammenzufassen, ein Schmiermittelsumpf in dem unteren Teil des Getriebegehäuses wird mit einem Schmiermittel gefüllt, und durch die Wirkung der durch den Sumpf hindurch rotierenden Getriebezahnräder wird das Schmiermittel zu den Eingriffsstellen der Zahnräder und/oder zu den Lagern geschleudert, gespritzt, getropft und/oder auf sonstige Weise gelenkt. Während die so genannten Spritzschmierungssysteme eine wenn auch etwas unfeine, jedoch wirksame Schmierung erzielen, so sind sie insofern nicht gänzlich zufriedenstellend, als ein verhältnismäßig tiefer Sumpf erforderlich ist um sicherzustellen, dass jedes Zahnrad bei seiner Rotation darin eintaucht, was zu verhältnismäßig hohen Getriebeverlusten und Wärmeentwicklungen führt.
Zu herkömmlichen Versuchen, Getriebeverluste und Wärmeentwicklung zu minimieren, zählen unter Druck arbeitende Einrichtungen mit einem „Trockensumpf" und verhältnismäßig flachen Wannen, die dazu dienen, das Niveau des Schmiermittels, in dem jede Getriebe- oder Zahnradebene rotiert, zu minimieren. Beispiele solcher herkömmlicher Lösungen sind den US-Patenten 5 505 112, 5 050 451, 5 279 391 und 4 356 889 entnehmbar. Diese Lösungen sind für gewisse Anwendungen nicht völlig zufriedenstellend, weil sie dazu neigen, etwas kompliziert gestaltet und kostspielig zu sein und/oder nicht sicherstellen, dass ein beträchtlicher Schmiermittelanteil zu den Lagern auf der Hauptwelle gelenkt wird.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik durch die Schaffung einer verhältnismäßig einfach aufgebauten und kostengünstigen Schmiereinrichtung für Getriebe in der Bauart mit Spritz- oder Tauchschmierung minimiert oder beseitigt, wobei die Schmiereinrichtung eine geeignete Schmiermittelversorgung zu den Antriebszahnrädern und den Lagern sicherstellt, die die Antriebszahnräder auf der Getriebehauptwelle/-ausgangswelle lagern. Das Voranstehende wird erreicht, indem ein sich fast vollständig um die vordersten Vorgelegewellenzahnräder herum relativ eng anschließender Zahnradisolationsmantel vorgesehen ist, wobei die obere Öffnung des Mantels den Vorgelegewellenzahnrädern ermöglicht, mit den Eingangs- und/oder Hauptwellenzahnrädern zu kämmen, und als eine Lenkeinrichtung wirkt, um gespritztes und geschleudertes Schmiermittel in Richtung auf die Antriebszahnräder und die Lager zu lenken, durch die die Zahnräder auf der Hauptwelle gelagert sind. Der Mantel legt Wannen fest, die die Vorgelegewellenzahnräder rotierend durchlaufen und in denen nur ein reduziertes Schmiermittelniveau aufrecht erhalten wird, um Getriebeverluste zu verringern.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine relativ einfache und kostengünstige Spritzschmierungseinrichtung zu schaffen, die eine geeignete Schmiermittelversorgung zu den Lagern und den von der Hauptwelle getragenen Zahnrädern sicherstellt und Schmiermittelverluste des Getriebes reduziert.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich beim Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Getriebes mit fünf Vorwärts- und einem Rückwärtsgang, das eine standardmäßige Schmiereinrichtung mit Spritzschmierung verwendet.
2 ist eine der 1 ähnliche, schematisierte Darstellung, die die erfindungsgemäße Spritzschmierungseinrichtung veranschaulicht.
3 veranschaulicht die Anordnung des gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Zahnradisolationsmantels, in einer ausschnittweisen Draufsicht, teilweise aufgeschnitten.
4A, 4B, 4C und 4D zeigen Ansichten des Mantels mit Blick von oben, von vorne bzw. von der Seite, in einer Perspektivedarstellung.
5 veranschaulicht eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts, der in 2 mit einem Kreis gekennzeichnet und mit dem Bezugszeichen „5" versehen ist.
6A veranschaulicht, wie Schmiermittel durch den Mantel gelenkt wird.
6B zeigt eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts, der in 2 durch ein punktiert eingezeichnetes Kästchen 6 umfasst ist.
7a und 7b veranschaulichen modifizierte Wellenanordnungen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Ein gewöhnliches synchronisiertes Getriebe 10 mit fünf Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang ist in 1 veranschaulicht. Obwohl die Figuren einfache Getriebe mit 5 und 6 Vorwärtsgängen veranschaulichen, ist die vorliegende Erfindung ebenfalls auf andere Getriebekonfigurationen anwendbar, wie bspw. Verbundgetriebe, die Hilfsgruppen der Split- und/oder Range-Bauart verwenden.
Das Getriebe 10 enthält ein Gehäuse 12, das eine Eingangswelle 14 lagert, eine Hauptwelle 16 (auch als Ausgangswelle bezeichnet) und eine Vorgelegewelle 18. Die Rotationsachse l8a der Vorgelegewelle 18 verläuft parallel und versetzt zu der Rotationsachse 16a der Hauptwelle 16. Die Vorgelegewelle 18 weist Vorgelegewellenzahnräder 20, 22, 24 , 26, 28 und 30 auf, die drehfest an dieser befestigt sind. Das Vorgelegewellenzahnrad 20 kämmt mit dem Eingangszahnrad 32, während die Vorgelegewellenzahnräder 22, 24, 26 und 28 mit Zahnrädern 34, 36, 38 bzw. 40 kämmen, die auf der Hauptwelle 16 gelagert sind. Das Vorgelegewellenzahnrad 30 steht mit einem nicht veranschaulichten Rückwärtsgang-Zwischenrad kämmend in Eingriff, das mit einem auf der Hauptwelle gelagerten Zahnrad 42 kämmt.
Die Zahnräder 34, 36, 38, 40 und 42 sind durch Lager, gewöhnlich Nagellager 44, die eine gute Schmierung benötigen, in Bezug auf die Welle 16 auf dieser drehbar gelagert.
Eine synchronisierte Kupplungsanordnung 46 kann dazu verwendet werden, um für den Fahrbetrieb im Rückwärtsgang bzw. im ersten Gang entweder das Zahnrad 42 oder das Zahnrad 40 an die Welle 16 anzukuppeln. Eine synchronisierte Kupplungsanordnung 48 kann für den Betrieb in dem zweiten bzw. dritten Gang entweder das Zahnrad 38 oder das Zahnrad 36 an die Welle 16 ankuppeln. Eine synchronisierte Kupplungsanordnung 50 kann dazu verwendet werden, um entweder das Zahnrad 34 oder das Zahnrad 32/die Eingangswelle 14 an die Welle 16 für den Betrieb im vierten oder fünften Gang anzukuppeln. Schaltgabeln 52, 54 und 56 dienen dazu, um die Kupplungsanordnungen 46, 48 bzw. 50 in axialer Richtung zu positionieren. Wie bekannt, können für das Zahnrad des Rückwärtsgang und/oder des ersten Gangs nicht synchronisierte Kupplungen verwendet werden. Getriebe dieser allgemeinen Art lassen sich dem US-Patent 4 989 706 entnehmen.
Der untere Teil 58 der Innenseite des Getriebegehäuses 12 bildet einen Schmiermittelsumpf, der bis auf ein Füllniveau 60 mit einem geeigneten Schmiermittel gefüllt ist. Das Füllniveau 60 ist entsprechend (übertrieben) veranschaulicht, wie es sich einstellt, wenn das Getriebe bei einer abwärts nach hinten gerichteten Neigung von 3° bis 6° montiert ist, wie es gewöhnlich der Fall ist.
Da sich die Vorgelegewellenzahnräder 20, 22, 24, 26, 28 und 30 drehend durch das Schmiermittel bewegen, wird das Schmiermittel zu den Zahneingriffsstellen und den Lagern gespritzt, getropft, geschleudert oder auf sonstige Weise befördert. Bedarfsweise sind verschiedene Wannen, Kanäle und dergleichen vorgesehen. Obwohl diese herkömmlichen Einrichtungen im Allgemeinen effektiv arbeiten, können die Schmiermittelverluste und die Hitzezunahme darin größer sein als erwünscht.
Die Schmiereinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung ist aus den 2 bis 6B ersichtlich, auf die Bezug genommen wird. Die Schmiereinrichtung 100 ist derart veranschaulicht, wie sie in einem Getriebe 102 verwendet wird, das bis auf angegebene Ausnahmen im Aufbau und Funktion dem voranstehend beschriebenen Getriebe 10 gleicht. Diejenigen Elemente des Getriebes 102, die mit den Elementen des Getriebes 10 im Wesentlichen gleich sind, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie bei dem Getriebe 10 definiert der untere Abschnitt des Gehäuses 12 bei dem Getriebe 102 einen Schmiermittelsumpf 58, der bis auf ein (horizontal eingezeichnetes) Füllniveau 60 gefüllt ist. Wie bei dem Getriebe 10 kommt der zuverlässigen Schmierung der Nadellager 44, die die Hauptwellenzahnräder 34, 36, 38, 40 und 42 auf der Welle 16 lagern, eine entscheidende Bedeutung zu.
Das Getriebe 102 enthält einen Mantel 104, der die Vorgelegewellenzahnräder 20, 22, 24, 26 und 28 in naher Anordnung umgibt. Wie aus den 2, 3 und 4A–4D ersichtlich, schirmt die Ummantelung 104 die Vorgelegewellen 20-28 fast vollständig ab, mit der Ausnahme von oberen Öffnungen 106, 108 und 110, die den Zahnrädern ermöglichen, mit dem Eingangszahnrad 32 bzw. den Hauptwellenzahnrädern 34, 36, 38 bzw. 40 zu kämmen. Diese Öffnungen sind weit über der Füllmarke 60 positioniert, um zu verhindern, dass es auf der rechten Seite des Getriebes, bei einer Blickrichtung von vorne und unter der Annahme einer herkömmlichen, gegen den Uhrzeigersinn rotierenden Eingangswelle 14 von Dieselmotorantrieben, zu einem Überlauf kommt. Die Höhe der Öffnungen erhöht auch die Neigung des von den Seitenwänden des Mantels rückgespritzten Schmiermittels, in Richtung auf die Nadellager 44 gelenkt zu werden. Die 6A und 6B veranschaulichen auf schematisierte Weise gespritztes Schmiermittel (Pfeile 112 und 114), das durch die Öffnung 110 in Richtung auf die den Hauptwellenzahnrädern 38 und 40 zugeordneten Nadellager 44 befördert wird.
Der Mantel 104 ist vorzugsweise eine aus mehreren Teile bestehende Anordnung aus Kunststoff, die deren Montage an das Getriebe 102 ermöglicht. Der Mantel 104 kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein. Wie zu ersehen, legt der Mantel mehrere Wannen 114, 116 und 118 fest, die die Zahnräder 20, 22 und 24 bzw. 26 und 28 rotierend durchlaufen. Jede der zugehörigen Wannen weist eine darin ausgebildete, entsprechend bemessene Öffnung 120, 122 und 124 auf (siehe 5), die derart dimensioniert ist, um einen derärtigen Fluidstrom zuzulassen, dass bei mit einer relativ hohen Geschwindigkeit umlaufenden Vorgelegewellen das Sumpfniveau 126, 128 bzw. 130 in den Mänteln 114, 116 bzw. 118 bei einem relativ niedrigen Pegel gehalten werden, der ausreicht, um den unteren Abschnitt des in dem Sumpf rotierenden Vorgelegewellenzahnrads bzw. der Vorgelegewellenzahnräder zu bedecken. Alternativ können die Wannen mehrere entsprechend bemessene Öffnungen aufweisen, die einen geeigneten Gesamtfluss durch diese hindurch ermöglichen. Die Schmiermitteldurchflussmenge durch die Öffnungen ist im Allgemeinen gleich der erwarteteten Menge an Schmiermittelausströmung, die wegen des Spritzens, Schleudern etc. aus den Wannen austritt. Während sich die Wannen bis auf ein höheres Niveau füllen können, wenn die Eingangswelle nicht umläuft, wird dies schnell wieder korrigiert, sobald die Eingangswelle anfängt zu rotieren, da das höhere Schmiermittelniveau in den Wannen zu einer größeren Ausströmung des Schmiermittels nach außen führt.
Demgemäß wird durch die Verwendung des Zahnradmantels 104, wie veranschaulicht, eine gute Schmierung, einschließlich der Schmierung der Nadellager 44 der Hauptwellenzahnräder und der Zahnräder 32–40, sichergestellt, während Getriebeverluste reduziert werden.
Wie aus den 7A und 7B ersichtlich, ist die Erfindung auf Getriebe anwendbar, bei denen die Achsen der Hauptwelle und der Vorgelegewelle entweder senkrecht zueinander oder zueinander versetzt verlaufen.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit einem gewissen Grad an Genauigkeit beschrieben worden ist, weist die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen verständlicherweise nur beispielhaften Charakter auf, und es sind vielfältige Veränderungen in Bezug auf die Form und Einzelheiten möglich, ohne dass den Schutzumfang der Ansprüche verlassen wird.

Claims

Verbesserte Schmiereinrichtung (100) für ein Geschwindigkeitswechselgetriebe (102) mit einem Gehäuse (12), einer an dem Gehäuse drehbar gelagerten Hauptwelle (16), einer an dem Gehäuse drehbar gelagerten Vorgelegewelle (18), wobei die Vorgelegewelle eine Rotationsachse (18a) aufweist, die parallel zu der Rotationsachse (16a) der Hauptwelle und unterhalb dieser verläuft, ein Vorgelegewellenzahnrad (22, 24, 26, 28), das an der Vorgelegewelle drehfest befestigt ist und mit einem Hauptwellenzahnrad (34, 36, 38, 40) kämmt, das durch ein Lager (44) auf der Hauptwelle in Bezug auf diese drehbar gelagert ist, wobei der untere Teil des Gehäuses einen Schmiermittelsumpf (58) definiert, der bis auf ein Sumpffüllniveau (60) derart gefüllt ist, dass das Vorgelegewellenzahnrad einen Abschnitt enthält, der unterhalb des Sumpffüllniveaus verläuft, wobei die verbesserte Schmiereinrichtung aufweist: ein Mantelelement (104), das innerhalb des Gehäuses angebracht ist und das Vorgelegewellenzahnrad umgibt, um eine Wanne (114, 116, 118) zu definieren, in der das Vorgelegewellenzahnrad rotiert, wobei sich die Wanne nach oben erstreckt, um eine obere Öffnung (106, 108, 110) festzulegen, die dem Vorgelegewellenzahnrad ermöglicht, mit einem Hauptwellenzahnrad zu kämmen, wobei die Öffnung oberhalb des Sumpffüllniveaus angeordnet ist, einen Fluiddurchgang (120, 122, 124) in dem Mantelelement, der sich von dem Sumpf in die Wanne hinein erstreckt, wobei der Durchgang unterhalb des Sumpffüllniveaus angeordnet ist und einem Fluid er möglicht, von dem Sumpf in die Wanne hinein zu strömen, und wobei der Fluiddurchgang derart dimensioniert ist, dass ein Schmiermittel in die Wanne einströmt, um in der Wanne ein Vorratsniveau (126, 128, 130) aufrechtzuerhalten, das sich unterhalb des Sumpffüllniveaus aber oberhalb des untersten Abschnitts des Vorgelegewellenzahnrads befindet, wenn das Vorgelegewellenzahnrad bei einer zu erwarteten schnellsten Geschwindigkeit umläuft; dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung oberhalb der Rotationsachse der Vorgelegewelle angeordnet ist.
Verbesserte Schmiereinrichtung nach Anspruch 1, bei der sich die Wanne nach oben bis wenigstens zum halben Weg zwischen der Rotationsachse der Vorgelegewelle und dem durch den Außendurchmesser des Vorgelegewellenzahnrads definierten höchsten Punkt erstreckt.
Verbesserte Schmiereinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Rotationsachse der Vorgelegewelle und die Rotationsachse der Hauptwelle eine sich im Wesentlichen vertikal erstreckende Linie festlegen.
Verbesserte Schmiereinrichtung nach Anspruch 2, bei der die Rotationsachse der Vorgelegewelle und die Rotationsachse der Hauptwelle eine sich im Wesentlichen vertikal erstreckende Linie festlegen.
Verbesserte Schmiereinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lager durch Nadellager gebildet sind.
Verbesserte Schmiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Mantel mehrere gesonderte Wannen definiert, die jeweils gesonderte Vorgelegewellenzahnräder umgeben.
Verbesserte Schmiereinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Durchgang in Form einer einzelnen Öffnung (120, 122, 124) ausgebildet ist.
Verbesserte Schmiereinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Durchgang durch zwei oder mehr Öffnungen gebildet ist.