DE102005013657A1 - Zahnradgetriebe eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zur Steuerung der Ölversorgungseinrichtung eines Zahnradgetriebes - Google Patents
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Abstract
Bei einem Zahnradgetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens zwei auf verschiedenen Getriebewellen angeordneten und miteinander in Verzahnungseingriff stehenden Zahnrädern und mit einer Ölversorgungseinrichtung, die eine Schleuderölvorrichtung mit einem in einem Ölsumpf umlaufenden Förderrad und eine Spritzölvorrichtung mit einer eingangsseitig mit dem Ölsumpf und ausgangsseitig mit einer Druckleitung verbundenen Ölpumpe und mit mindestens einer an die Druckleitung angeschlossenen Spritzdüse vor und/oder nach dem Verzahnungseingriff der Zahnräder umfasst, ist zur Verbesserung der Ölversorgung und des Getriebewirkungsgrades vorgesehen, dass die Ölversorgungseinrichtung (10) ein Ölsteuergerät (24) zur belastungsabhängigen Steuerung der Ölversorgung aufweist, das zur Ermittlung des Belastungszustands des Zahnradgetriebes (1) mit mindestens einem Getriebesensor (26, 27) und/oder einem anderen Steuergerät (29, 30) des Antriebsstrangs in Verbindung steht, dass die Ölpumpe (14) steuerbar ausgebildet ist und über eine Steuerleitung (31) mit dem Ölsteuergerät (24) in Verbindung steht und dass ein Druckspeicher (18) an die Druckleitung (17) angeschlossen ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Zahnradgetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens zwei auf verschiedenen Getriebewellen angeordneten und miteinander in Verzahnungseingriff stehenden Zahnrädern und mit einer Ölversorgungseinrichtung, die eine Schleuderölvorrichtung mit einem in einem Ölsumpf umlaufenden Förderrad und eine Spritzölvorrichtung mit einer eingangsseitig mit dem Ölsumpf und ausgangsseitig mit einer Druckleitung verbundenen Ölpumpe und mit mindestens einer an die Druckleitung angeschlossenen Spritzdüse vor und/oder nach dem Verzahnungseingriff der Zahnräder umfasst.
- Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Steuerung der Ölversorgung eines derartigen Zahnradgetriebes.
- Die Entwicklung moderner Kraftfahrzeuge hat in den letzten Jahren einerseits zu immer drehmomentstärkeren Antriebsmotoren und andererseits zu vielgängigen bzw. vielstufigen Zahnradgetrieben, wie Handschaltgetrieben, automatisierten Schaltgetrieben, Doppelkupplungsgetrieben, und Planetenrad-Automatikgetrieben, geführt. So zählen inzwischen 6-Gang-Schaltgetriebe und 6-Stufen-Automatikgetriebe bei Mittelklasse- und Oberklasse-Pkws schon zur Standardausrüstung. Da aber andererseits zur Erzielung eines möglichst geringen Kraftstoffverbrauchs und einer hohen Zuladungskapazität der betreffenden Kraftfahrzeuge das Gewicht und der Bauraumbedarf des Zahnradgetriebes möglichst klein sein sollen, d.h. mehr Gangstufen in einem relativ kompakten Getriebegehäuse untergebracht werden müssen, ist die spezifische Belastung besonders der Verzahnungen der Zahnräder stark angestiegen. Dies erfordert eine intensive Ölversorgung zur Schmierung und Kühlung der Zahnflanken der Zahnräder, insbesondere bei den Zahnrädern der jeweils lastführenden Gangstufe. Dabei sollte allerdings eine durch die Ölversorgung bedingte Verschlechterung des Getriebewirkungsgrades weitgehend vermieden werden. Vor dem Verzahnungseingriff der Zahnräder ist ein ausreichender Ölfilm auf den betreffenden Zahnflanken erforderlich, um im Verzahnungseingriff einen tragfähigen Ölfilm zwischen den Zahnflanken zu erzeugen und einen unmittelbaren metallischen Kontakt der Zahnflanken und einen damit verbundenen starken Verschleiß der Zahnräder zu vermeiden. Andererseits sollte der vor dem Verzahnungseingriff vorhandene Ölfilm nicht zu dick sein, da das überschüssige Getriebeöl sonst innerhalb des Verzahnungseingriffs unter Erhöhung des Wälzwiderstands verdrängt werden muss. Zusätzlich können die Zahnflanken der Zahnräder auch nach dem Verzahnungseingriff durch die Zufuhr von weiterem Getriebeöl gekühlt werden, um die thermische Belastung der Zähne vor dem nächsten Verzahnungseingriff weiter zu reduzieren.
- Als Ausführungsformen von Ölversorgungseinrichtungen von Zahnradgetrieben sind eine Schleuderölvorrichtung und eine Spritzölvorrichtung bekannt, die separat oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können.
- Die Schleuderölvorrichtung weist ein von einer Triebwelle des Zahnradgetriebes angetriebenes und teilweise in einen Ölsumpf eintauchendes Förderrad auf, durch das durch Rotation in dem Ölsumpf Getriebeöl aufgenommen und durch ein fliehkraftbedingtes Wegschleudern direkt oder indirekt zu den Schmier- und Kühlstellen der Zahnräder transportiert wird. Zumeist handelt es sich bei dem Förderrad um eines der betroffenen Zahnräder, das fest mit der Eingangswelle oder der Ausgangswelle verbunden ist und somit entweder proportional zu der Motordrehzahl oder zu der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs angetrieben wird. Nachteilig an einer derartigen Schleuderölvorrichtung sind die durch die Drehbewegung des Förderrads in dem Ölsumpf bedingten Panschverluste und das Verschäumen und die Erwärmung des Getriebeöls. Wesentlicher Nachteil der Schleuderölvorrichtung ist aber die weitgehend ungezielte Verteilung des geförderten Getriebeöls, wodurch nur ein Bruchteil des insgesamt geförderten Getriebeöls an die vorgesehenen Schmier- und Kühlstellen gelangt. In der
DE 198 60 092 A1 ist beispielsweise ein Zahnradgetriebe eines Kraftfahrzeugs mit einer Schleuderölvorrichtung beschrieben, bei der ein mit der Ausgangswelle verbundenes und in den Ölsumpf eintauchendes Abtriebsrad als Förderrad genutzt wird. Durch das Förderrad wird drehzahl- bzw. geschwindigkeitsabhängig Getriebeöl in zwei Ölrinnen gefördert, bei niedrigen Drehzahlen der Ausgangswelle in eine erste Ölrinne, die zu den Zahnrädern der kleinen Gänge für niedrige Fahrgeschwindigkeiten führt, und bei höheren Drehzahlen der Ausgangswelle in eine zweite Ölrinne, die zu den Zahnrädern der großen Gänge für höhere Fahrgeschwindigkeiten führt. Durch diese Bauart der Schleuderölvorrichtung kann zwar auf eine Ölpumpe verzichtet werden. Aufgrund der relativ ungenauen Verteilung und Dosierung des Schleuderöls muss aber nachteilig ein sehr großer Volumenstrom gefördert werden, damit bei allen Lastzuständen ausreichend Getriebeöl an die kritischen Schmier- und Kühlstellen transportiert wird. Die hohe Förderleistung des Abtriebsrades äußert sich aber in einem verschlechterten Getriebewirkungsgrad. - Die Spritzölvorrichtung weist dagegen eine Ölpumpe auf, die zumeist mechanisch an eine Getriebewelle gekoppelt ist und Getriebeöl aus dem Ölsumpf in eine Druckleitung fördert, an die im Bereich der Schmier- und Kühlstellen angeordnete Spritzdüsen oder Spritzöffnungen angeschlossen sind. Nachteilig an einer derartigen Spitzölvorrichtung ist der mit der Drehzahl der antreibenden Getriebewelle ansteigende Volumenstrom und der damit entsprechend ansteigende Förderdruck. Dadurch steigt die aufgenommene Antriebsleistung der Ölpumpe überproportional mit der Drehzahl der Getriebewelle und weitgehend unabhängig vom tatsächlichen Ölbedarf an. Ebenfalls führt das häufige Umpumpen zu einer die Schmier- und Kühlwirkung reduzierenden Erwärmung des Getriebeöls. Zur Verringerung des erforderlichen Ölvolumenstroms einer Spritzölvorrichtung und damit zur Verbesserung des Getriebewirkungsgrades wird in der
DE 36 07 711 A1 vorgeschlagen, die Spritzdüsen oder Spritzöffnungen vor und nach dem Verzahnungseingriff gezielt auf die Lastflanken der Zahnräder auszurichten. Hierdurch wird die Schmier- und Kühlwirkung des Spritzöls verbessert, so dass ein kleinerer Ölvolumenstrom bzw. eine kleinere, weniger Antriebsleistung aufnehmende Ölpumpe zur Ölversorgung ausreicht. Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung des erforderlichen Ölvolumenstroms in einem Zahnradgetriebe ist in derDE 199 12 328 A1 offenbart. Darin wird vorgeschlagen, die Spritzölversorgung mittels einer Verteilungs- oder Steuerungsvorrichtung auf die jeweils lastführenden Zahnräder zu beschränken. Hierdurch wird ebenfalls der erforderliche Ölvolumenstrom verringert, so dass eine kleinere, weniger Antriebsleistung aufnehmende Ölpumpe zur Ölversorgung ausreicht. Nachteilig daran ist allerdings, dass für die Ölversorgung der übrigen, nicht lastführenden Zahnräder eine Schleuderölvorrichtung erforderlich ist. - Auch wenn bei den vorgenannten Ölversorgungseinrichtungen durch die Reduzierung des erforderlichen Ölvolumenstroms eine Verbesserung des Getriebewirkungsgrades des jeweiligen Zahnradgetriebes erzielt wurde, so ist das diesbezügliche Potential noch nicht vollständig ausgeschöpft. Insbesondere ist festzuhalten, dass die Ölversorgung der Zahnräder bei den bekannten Zahnradgetrieben, abgesehen von einer Drehzahl- oder Fahrgeschwindigkeitsabhängigkeit, nicht belastungsabhängig gesteuert wird, obwohl neben der Drehzahlbelastung bekanntlich auch das übertragene Drehmoment, die Betriebstemperatur, und ggf. auch Vibrationen als Belastungsfaktoren auf die Zahnräder eines Zahnradgetriebes einwirken.
- Es ist daher das Problem der vorliegenden Erfindung, ein Zahnradgetriebe eines Kraftfahrzeugs mit einer verbesserten Ölversorgungseinrichtung vorzuschlagen, mittels der eine bedarfsgerechte, d.h. belastungsabhängige Steuerung der Ölversorgung der Zahnräder möglich ist.
- Des Weiteren soll ein Verfahren zur Steuerung der Ölversorgung eines derartigen Zahnradgetriebes angegeben werden.
- Das Problem das Zahnradgetriebe betreffend wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Ölversorgungseinrichtung ein Ölsteuergerät zur belastungsabhängigen Steuerung der Ölversorgung aufweist, das zur Ermittlung des Belastungszustands des Zahnradgetriebes mit mindestens einem Getriebesensor und/oder einem anderen Steuergerät des Antriebsstrangs in Verbindung steht, dass die Ölpumpe steuerbar ausgebildet ist und über eine Steuerleitung mit dem Ölsteuergerät in Verbindung steht, und dass ein Druckspeicher an die Druckleitung angeschlossen ist.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Zahnradgetriebes sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 angegeben.
- Das Problem das Verfahren betreffend wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 11 dadurch gelöst, dass die Belastung des Zahnradgetriebes kennzeichnende Betriebsparameter mittels Sensoren ermittelt und/oder aus anderen Steuergeräten des Antriebsstrangs erfasst und an ein Ölsteuergerät übertragen, dort ausgewertet und zu einem Belastungskennwert verarbeitet werden, und dass zur belastungsabhängigen Steuerung der Ölversorgung die Ölpumpe derart angesteuert wird, dass der effektive Volumenstrom des von der Schleuderölvorrichtung und der Spritzölvorrichtung zu den Zahnrädern geförderten Getriebeöls proportional zu dem Belastungskennwert ansteigt.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 12 bis 19.
- Durch die Erfassung der wesentlichen, die Belastung des Zahnradgetriebes bestimmenden Betriebsparameter und die belastungsabhängige Steuerung der Ölversorgung über die unabhängig von der Drehzahl einer bestimmten Getriebewelle steuerbare Ölpumpe wird die Ölversorgung der Zahnräder genauer als bisher an den momentanen Belastungszustand des Zahnradgetriebes angepasst. Die durch den Antrieb des Förderrades der Schleuderölvorrichtung und der Ölpumpe der Spritzölvorrichtung bedingten Schleppverluste werden somit verringert und der Getriebewirkungsgrad verbessert. Dabei wird der Volumenstrom der Schleuderölvorrichtung mit der Inbetriebnahme der Ölpumpe durch das Abpumpen von Getriebeöl aus dem Ölsumpf aufgrund der damit verbundenen geringeren Eintauchtiefe des Förderrades reduziert. Gleichzeitig steigt proportional mit dem durch die Ölpumpe geförderten Volumenstrom der Druck in der Druckleitung an. Durch den Druckspeicher, der selbsttätig mit steigendem Druck Getriebeöl aufnimmt und mit fallendem Druck Getriebeöl abgibt, wird erreicht, dass der über die Spritzdüsen auf die Zahnräder aufgebrachte Volumenstrom der Spritzölvorrichtung relativ zu dem durch die Ölpumpe geförderten Volumenstrom steuerbar ist. Da bei der Schleuderölvorrichtung nur ein Bruchteil des geförderten Volumenstroms an die kritischen Schmier- und Kühlstellen der Zahnräder gelangt, wird bei steigender Belastung des Zahnradgetriebes durch den kontinuierlichen Wechsel auf die Spritzölversorgung mit einer relativ genauen Zuführung des Getriebeöls über die Spritzdüsen bei relativ kleinem Volumenstrom eine höhere Schmier- und Kühlwirkung erzielt.
- Es sind steuerbare Ölpumpen bekannt, deren Förderleistung über eine Bypasssteuerung oder eine verstellbare Pumpengeometrie regelbar ist. Da diese Ölpumpen aber sehr aufwendig und nur eingeschränkt steuerbar sind, wird vorliegend bevorzugt eine als Konstantpumpe ausgebildete Ölpumpe verwendet, deren geförderter Volumenstrom proportional mit der Drehzahl ansteigt, und die antriebstechnisch mit einem steuerbaren Elektromotor verbunden ist. Der Elektromotor, der vorteilhaft als ein bürstenloser elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ausgebildet sein kann, steht über eine Steuerleitung mit dem Ölsteuergerät in Verbindung, so dass eine variable, von der Drehzahl einer bestimmten Getriebewelle unabhängige Steuerung des von der Ölpumpe geförderten Volumenstroms möglich ist.
- Die Spritzdüsen können als einfache Drosselstellen ausgebildet sein, was einen zu dem in der Druckleitung herrschenden Druck proportionalen Volumenstrom der Spritzölvorrichtung zu Folge hat. Die Ölversorgung über die Spritzdüsen beginnt in diesem Fall mit dem Einschalten der Ölpumpe und endet nach dem Abschalten der Ölpumpe aufgrund des in dem Druckspeicher vorhandenen Getriebeöls zeitverzögert. Vorteilhafter ist jedoch die Verwendung von Spritzdüsen, die jeweils mit einem Rückschlagventil mit einem vorgegebenen Öffnungsdruck versehen sind, da sich hiermit nach dem Einschalten der Ölpumpe zunächst ein gewisser Mindestdruck in der Druckleitung einstellen und der Druckspeicher teilweise füllen kann, was zu einem gleichmäßigeren Volumenstrom der Spritzölvorrichtung führt. Die Spritzdüsen öffnen dann selbsttätig bei Erreichen und Überschreiten des durch die Schließfedern der Rückschlagventile bestimmten Druckes und schließen bei Unterschreiten dieses Druckes wieder.
- Da das Aufbringen von Spritzöl vor dem Verzahnungseingriff der Zahnräder aufgrund der schmierenden und kühlenden Wirkung effektiver ist als nach dem Verzahnungseingriff, weisen die Rückschlagventile der nach dem Verzahnungseingriff angeordneten Spritzdüsen zweckmäßig einen höheren Öffnungsdruck auf als die Rückschlagventile der vor dem Verzahnungseingriff angeordneten Spritzdüsen. Die nach dem Verzahnungseingriff angeordneten Spritzdüsen, deren Spritzöl im wesentlichen nur kühlende Wirkung hat, öffnen somit erst bei einem höheren Druck, d.h. bei einer besonders hohen Belastung der Zahnräder, bei der das Spritzöl der vor dem Verzahnungseingriff angeordneten Spritzdüsen möglicherweise zur Kühlung nicht ausreicht.
- Alternativ dazu können die Spritzdüsen auch jeweils mit einem Magnetventil versehen sein, das über eine Steuerleitung mit dem Ölsteuergerät in Verbindung steht. Bei dieser relativ aufwendigen Ausführung der Spritzölvorrichtung können die Spritzdüsen durch eine äußere Steuerungseinwirkung vorteilhaft unabhängig von dem über die Ölpumpe in der Druckleitung eingestellten Druck geöffnet und geschlossen werden.
- Da beim Anfahren aus dem Fahrzeugstillstand, insbesondere nach einer längeren Standzeit, das Getriebeöl weitgehend von den Zahnflanken der Zahnräder abgetropft ist und der durch die Schleuderölvorrichtung geförderte Volumenstrom zunächst gleich Null oder zumindest sehr gering ist, kann an den Zahnflanken der Zahnräder des Anfahrgangs erhöhter Verschleiß auftreten. Es ist daher vorteilhaft, wenn zu Beginn eines Anfahrvorgangs vorübergehend auch die Spritzölvorrichtung durch das Einschalten der Ölpumpe in Gang gesetzt wird, um bei dem Anfahrvorgang so lange eine Mindestölversorgung sicherzustellen, bis bei erhöhter Drehzahl des Förderrades genügend Getriebeöl durch die Schleuderölvorrichtung gefördert wird.
- Die wesentlichen Betriebsparameter, die maßgeblich den Belastungszustand des Zahnradgetriebes bestimmen, sind das Drehzahlniveau, d.h. die Drehzahl der Eingangswelle und die Drehzahl der Ausgangswelle, die Last, d.h. das momentan von dem Antriebsmotor eingeleitete und durch die wirksame Übersetzungsstufe gewandelte Drehmoment, die Betriebstemperatur, und ggf. fertigungs- oder verschleißbedingte Geräusche und Vibrationen.
- Die Betriebstemperatur des Zahnradgetriebes kann mittels eines in dem Ölsumpf angeordneten Temperatursensors ermittelt und über eine Sensorleitung an das Ölsteuergerät übertragen werden. Zweckmäßig ist zur Ermittlung von Vibrationen ein Beschleunigungssensor an einer Gehäusewand des Zahnradgetriebes angeordnet, der über eine Sensorleitung mit dem Ölsteuergerät in Verbindung steht. Der Ölstand des Getriebeöls in dem Ölsumpf, der für die Steuerung des Volumenstroms der Schleuderölvorrichtung relevant ist, kann durch einen einfachen Ölstandsensor erfasst werden, der in dem Ölsumpf angeordnet ist und über eine Sensorleitung mit dem Ölsteuergerät in Verbindung steht.
- Die Drehzahl der Eingangswelle und das von dem Antriebsmotor in das Zahnradgetriebe eingeleitete Drehmoment brauchen bei modernen Kraftfahrzeugen nicht mehr mit separaten Sensoren erfasst zu werden, sondern die Motordrehzahl und das Motormoment können von einem Motorsteuergerät des Antriebsmotors über eine Verbindungsleitung zu dem Ölsteuergerät übertragen werden. Ebenso können die eingelegte Gangstufe und die Fahrzeuggeschwindigkeit aus einem Getriebesteuergerät über eine Verbindungsleitung an das Ölsteuergerät übermittelt werden.
- Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft zur Erläuterung der Erfindung dienen.
- Hierzu zeigt:
-
1 Ein Zahnradgetriebe eines Kraftfahrzeugs in einer vereinfachten schematischen Darstellung, -
2a ein erstes Steuerungsschema der Ölversorgung des Zahnradgetriebes nach1 , und -
2b ein zweites Steuerungsschema der Ölversorgung des Zahnradgetriebes nach1 . - In der vereinfachten Darstellung eines Zahnradgetriebes
1 von1 sind exemplarisch zwei Zahnräder2 ,3 abgebildet, die innerhalb eines Getriebegehäuses4 auf benachbarten Getriebewellen5 ,6 angeordnet sind und miteinander in Verzahnungseingriff stehen. Bei der ersten Getriebewelle5 kann es sich beispielsweise um eine Eingangswelle handeln, die über eine Motorkupplung mit einem Antriebsmotor verbindbar ist. Die zweite Getriebewelle6 kann eine Ausgangswelle sein, die mit einem Achsantrieb des betreffenden Kraftfahrzeugs in Verbindung steht. Am Boden7 des Getriebegehäuses4 befindet sich ein durch Getriebeöl8 gebildeter Ölsumpf9 . - Das Zahnradgetriebe
1 weist eine Ölversorgungseinrichtung10 auf, die eine Schleuderölvorrichtung11 und eine Spritzölvorrichtung12 umfasst. Die Schleuderölvorrichtung11 wird durch ein teilweise in dem Getriebeöl8 des Ölsumpfes9 eintauchendes Förderrad13 gebildet, das vorliegend identisch mit dem zweiten Zahnrad3 ist und von der zweiten Getriebewelle6 angetrieben wird. Bei einer Drehung des Förderrads13 nimmt dieses mit seinen Zähnen Getriebeöl8 aus dem Ölsumpf9 auf und verteilt dieses fliehkraftbedingt weitgehend ungerichtet innerhalb des Getriebegehäuses4 . Die Spritzölvorrichtung12 weist eine als Konstantpumpe ausgebildete Ölpumpe14 auf, die von einem steuerbaren Elektromotor15 angetrieben wird, und durch die im Betrieb Getriebeöl8 aus dem Ölsumpf9 über einen Saugtrichter16 aufgenommen und in eine Druckleitung17 gefördert wird. An die Druckleitung ist ein Druckspeicher18 und mehrere Anschlussleitungen19 ,20 mit Spritzdüsen21 ,22 angeschlossen. Die abgebildeten Zahnräder2 ,3 betreffend führt eine erste Anschlussleitung19 mit einer ersten Spritzdüse21 vor den Verzahnungseingriff23 und eine zweite Anschlussleitung20 mit einer zweiten Spritzdüse22 nach den Verzahnungseingriff23 der Zahnräder2 ,3 . Somit können die Zähne der Zahnräder2 ,3 durch die Spritzölvorrichtung12 sowohl vor als auch nach dem Verzahnungseingriff23 mit Getriebeöl8 versorgt werden. - Zur Steuerung der Ölversorgung der Zahnräder
2 ,3 ist ein Ölsteuergerät24 vorgesehen, das eingangsseitig über Sensorleitungen25 mit einem Temperatursensor26 und einem Ölstandsensor27 , die in dem Ölsumpf9 angeordnet sind, und über Verbindungsleitungen28 mit einem Getriebesteuergerät29 des Zahnradgetriebes1 und einem Motorsteuergerät30 eines Antriebsmotors in Verbindung steht. Ausgangsseitig ist das Ölsteuergerät24 zur Steuerung der Ölpumpe14 über eine Steuerleitung31 mit dem Elektromotor15 verbunden. - Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Belastung des Zahnradgetriebes
1 kennzeichnende Betriebsparameter, wie z.B. die Betriebstemperatur, das von dem Antriebsmotor erzeugte und in das Zahnradgetriebe1 eingeleitete Drehmoment, die in dem Zahnradgetriebe eingelegte Gangstufe, und die Drehzahlen der Getriebewellen5 ,6 , mittels Sensoren26 ,27 ermittelt oder aus anderen Steuergeräten29 ,30 des Antriebsstrangs erfasst und an das Ölsteuergerät24 übertragen werden. Dort werden die Betriebsparameter ausgewertet und zu einem Belastungskennwert KL verarbeitet. Dann wird die Ölpumpe14 in Abhängigkeit von dem ermittelten Belastungskennwert KL derart angesteuert, dass der effektive Volumenstrom Qeff des von der Schleuderölvorrichtung11 und der Spritzölvorrichtung12 zu den Zahnrädern2 ,3 geförderten Getriebeöls8 proportional zu dem Belastungskennwert KL ansteigt, was beispielhaft in2a und2b dargestellt ist. - Bei niedriger Belastung bzw. einem niedrigen Belastungskennwert KL, d.h. bei niedrigem Drehmoment, geringen Drehzahlen, und niedriger Betriebstemperatur, ist zunächst nur die Schleuderölvorrichtung
11 aktiv, wobei der geförderte effektive Volumenstrom Qeff drehzahlbedingt mit zunehmender Belastung ansteigt. Die Ölversorgung durch die Schleuderölvorrichtung11 ist in2a und2b mit dem Bereich I dargestellt. Mit Erreichen und Überschreiten eines ersten Belastungsgrenzwertes KL1 wird durch das Einschalten der Ölpumpe14 die Spritzölvorrichtung12 in Betrieb gesetzt und nachfolgend derart gesteuert, dass mit zunehmender Belastung KL immer mehr Getriebeöl8 aus dem Ölsumpf9 abgesaugt und in die Druckleitung17 und den Druckspeicher18 gefördert wird. Hierdurch sinkt der Ölstand des Ölsumpfes9 und damit der durch das Förderrad13 der Schleuderölvorrichtung11 geförderte Volumenstrom Qeff ab. Gleichzeitig steigt der durch die Spritzdüsen21 ,22 gezielt auf die Zähne der Zahnräder2 ,3 aufgebrachte Volumenstrom Qeff an, wobei zunächst, dargestellt durch den Bereich IIA, nur durch die vor dem Verzahnungseingriff23 angeordnete Spritzdüse21 Getriebeöl8 abgegeben wird, und erst nach dem Erreichen und Überschreiten eines höheren zweiten Belastungsgrenzwertes KL2 Getriebeöl8 zusätzlich auch durch die nach dem Verzahnungseingriff23 angeordnete Spritzdüse22 abgegeben wird, was durch den Bereich IIB dargestellt ist. In der Ausführung nach dem Schema von2a wird oberhalb des ersten Belastungsgrenzwertes KL1 nur so viel Getriebeöl8 aus dem Ölsumpf9 abgesaugt, dass das Förderrad17 , wenn auch mit geringerer Eintauchtiefe und sinkendem Volumenstrom Qeff, weiterhin Getriebeöl8 fördert. In der Ausführung nach dem Schema von2b wird dagegen mehr Getriebeöl8 abgesaugt, so dass der Ölstand des Ölsumpfes9 mit steigender Belastung KL stärker sinkt und die Förderung durch die Schleuderölvorrichtung11 bei einem bestimmten Belastungskennwert KLX zum Erliegen kommt. Um bei einem Anfahrvorgang, bei dem durch die Schleuderölvorrichtung11 drehzahlbedingt nur wenig Getriebeöl8 gefördert wird, auch eine ausreichende Schmierung der Zahnräder2 ,3 sicherzustellen, ist zusätzlich vorgesehen, die Spritzölvorrichtung12 mit der Abgabe des Getriebeöls8 durch die vor dem Verzahnungseingriff23 angeordnete Spritzdüse21 vorübergehend ebenfalls in Betrieb zu setzen, was in2a und2b mit dem Bereich IIC dargestellt ist, bis durch eine erhöhte Drehzahl des Förderrades13 ausreichend Getriebeöl8 durch die Schleuderölvorrichtung11 zu den Zahnrädern2 ,3 transportiert wird. - Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zahnradgetriebes
1 und die entsprechende Steuerung der Ölversorgung ist die Schmierung und Kühlung der Zahnräder aufgrund der belastungsabhängigen Ölzufuhr effektiver und zugleich der Getriebewirkungsgrad wegen der insgesamt geringeren erforderlichen Antriebsleistung für das Förderrad13 und die Ölpumpe14 verbessert. -
- 1
- Zahnradgetriebe
- 2
- (erstes) Zahnrad
- 3
- (zweites) Zahnrad
- 4
- Getriebegehäuse
- 5
- (erste) Getriebewelle
- 6
- (zweite) Getriebewelle
- 7
- Boden
- 8
- Getriebeöl
- 9
- Ölsumpf
- 10
- Ölversorgungseinrichtung
- 11
- Schleuderölvorrichtung
- 12
- Spritzölvorrichtung
- 13
- Förderrad
- 14
- Ölpumpe
- 15
- Elektromotor
- 16
- Saugtrichter
- 17
- Druckleitung
- 18
- Druckspeicher
- 19
- (erste) Anschlussleitung
- 20
- (zweite) Anschlussleitung
- 21
- Spritzdüse
- 22
- Spritzdüse
- 23
- Verzahnungseingriff
- 24
- Ölsteuergerät
- 25
- Sensorleitung
- 26
- Temperatursensor
- 27
- Ölstandsensor
- 28
- Verbindungsleitung
- 29
- Getriebesteuergerät
- 30
- Motorsteuergerät
- 31
- Steuerleitung
- KL
- Belastungskennwert
- KLX
- (bestimmter) Belastungskennwert
- KL1
- (erster) Belastungsgrenzwert
- KL2
- (zweiter) Belastungsgrenzwert
- Qeff
- effektiver Volumenstrom
Claims (19)
- Zahnradgetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens zwei auf verschiedenen Getriebewellen angeordneten und miteinander in Verzahnungseingriff stehenden Zahnrädern und mit einer Ölversorgungseinrichtung, die eine Schleuderölvorrichtung mit einem in einem Ölsumpf umlaufenden Förderrad und eine Spritzölvorrichtung mit einer eingangsseitig mit dem Ölsumpf und ausgangsseitig mit einer Druckleitung verbundenen Ölpumpe und mit mindestens einer an die Druckleitung angeschlossenen Spritzdüse vor und/oder nach dem Verzahnungseingriff der Zahnräder umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgungseinrichtung (
10 ) ein Ölsteuergerät (24 ) zur belastungsabhängigen Steuerung der Ölversorgung aufweist, das zur Ermittlung des Belastungszustands des Zahnradgetriebes (1 ) mit mindestens einem Getriebesensor (26 ,27 ) und/oder einem anderen Steuergerät (29 ,30 ) des Antriebsstrangs in Verbindung steht, dass die Ölpumpe (14 ) steuerbar ausgebildet ist und über eine Steuerleitung (31 ) mit dem Ölsteuergerät (24 ) in Verbindung steht, und dass ein Druckspeicher (18 ) an die Druckleitung (17 ) angeschlossen ist. - Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (
14 ) als eine Konstantpumpe ausgebildet und antriebstechnisch mit einem steuerbaren Elektromotor (15 ) verbunden ist, der über die Steuerleitung (31 ) mit dem Ölsteuergerät (24 ) in Verbindung steht. - Zahnradgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzdüsen (
21 ,22 ) jeweils mit einem Rückschlagventil mit einem vorgegebenen Öffnungsdruck versehen sind. - Zahnradgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventile der nach dem Verzahnungseingriff (
23 ) angeordneten Spritzdüsen (22 ) einen höheren Öffnungsdruck aufweisen als die Rückschlagventile der vor dem Verzahnungseingriff (23 ) angeordneten Spritzdüsen (21 ). - Zahnradgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzdüsen (
21 ,22 ) jeweils mit einem Magnetventil versehen sind, das über eine Steuerleitung mit dem Ölsteuergerät (24 ) in Verbindung steht. - Zahnradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Betriebstemperatur ein Temperatursensor (
26 ) in dem Ölsumpf (9 ) angeordnet ist, der über eine Sensorleitung (25 ) mit dem Ölsteuergerät (24 ) in Verbindung steht. - Zahnradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung von Vibrationen ein Beschleunigungssensor an einer Gehäusewand des Zahnradgetriebes (
1 ) angeordnet ist, der über eine Sensorleitung (25 ) mit dem Ölsteuergerät (24 ) in Verbindung steht. - Zahnradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Ölstands ein Ölstandsensor (
27 ) in dem Ölsumpf (9 ) angeordnet ist, der über eine Sensorleitung (25 ) mit dem Ölsteuergerät (24 ) in Verbindung steht. - Zahnradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölsteuergerät (
24 ) zur Erfassung der Motordrehzahl und/oder des Motormomentes über eine Verbindungsleitung (28 ) mit einem Motorsteuergerät (30 ) eines Antriebsmotors in Verbindung steht. - Zahnradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölsteuergerät (
24 ) zur Erfassung der eingelegten Gangstufe und/oder der Fahrgeschwindigkeit über eine Verbindungsleitung (28 ) mit einem Getriebesteuergerät (29 ) in Verbindung steht. - Verfahren zur Steuerung der Ölversorgung eines Zahnradgetriebes, mit mindestens zwei auf verschiedenen Getriebewellen angeordneten und miteinander in Verzahnungseingriff stehenden Zahnrädern und mit einer Ölversorgungseinrichtung, die eine Schleuderölvorrichtung mit einem in einem Ölsumpf umlaufenden Förderrad und eine Spritzölvorrichtung mit einer eingangsseitig mit dem Ölsumpf und ausgangsseitig mit einer Druckleitung verbundenen Ölpumpe und mit mindestens einer an die Druckleitung angeschlossenen Spritzdüse vor und/oder nach dem Verzahnungseingriff der Zahnräder umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastung des Zahnradgetriebes (
1 ) kennzeichnende Betriebsparameter mittels Sensoren (26 ,27 ) ermittelt und/oder aus anderen Steuergeräten (29 ,30 ) des Antriebsstrangs erfasst und an ein Ölsteuergerät (24 ) übertragen, dort ausgewertet und zu einem Belastungskennwert KL verarbeitet werden, und dass zur belastungsabhängigen Steuerung der Ölversorgung die Ölpumpe (14 ) derart angesteuert wird, dass der effektive Volumenstrom Qeff des von der Schleuderölvorrichtung (11 ) und der Spritzölvorrichtung (12 ) zu den Zahnrädern (2 ,3 ) geförderten Getriebeöls (8 ) proportional zu dem Belastungskennwert KL ansteigt. - Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Erreichen und Überschreiten eines vorab festgelegten ersten Belastungsgrenzwertes KL1 die Ölpumpe (
14 ) eingeschaltet und derart angesteuert wird, dass bei steigendem Belastungskennwert KL der durch die Schleuderölvorrichtung (11 ) geförderte Volumenstrom Qeff durch das Abpumpen des Getriebeöls (8 ) aus dem Ölsumpf (9 ) kontinuierlich reduziert und der durch die Spritzölvorrichtung (12 ) geförderte Volumenstrom Qeff durch die Förderung des Getriebeöls (8 ) in die Druckleitung (17 ) kontinuierlich erhöht wird. - Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Erreichen und Überschreiten des ersten Belastungsgrenzwertes KL1 Getriebeöl (
8 ) aus der Druckleitung (17 ) zunächst nur über die vor dem Verzahnungseingriff (23 ) angeordneten Spritzdüsen (21 ) auf die Zahnräder (2 ,3 ) aufgebracht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Erreichen und Überschreiten eines höheren zweiten Belastungsgrenzwertes KL2 Getriebeöl (
8 ) aus der Druckleitung (17 ) zusätzlich auch über die nach dem Verzahnungseingriff (23 ) angeordneten Spritzdüsen (22 ) auf die Zahnräder (2 ,3 ) aufgebracht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anfahrvorgang bis zum Erreichen einer vorab festgelegten Mindestdrehzahl des Förderrades (
13 ) durch eine entsprechende Ansteuerung der Ölpumpe (14 ) zusätzlich zu der Förderung durch die Schleuderölvorrichtung (11 ) Getriebeöl (8 ) durch die Spritzölvorrichtung (12 ) auf die Zahnräder (2 ,3 ) aufgebracht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Eingangswelle (
5 ) des Zahnradgetriebes (1 ) oder die Motordrehzahl des Antriebsmotors und/oder die Drehzahl der Ausgangswelle (6 ) des Zahnradgetriebes (1 ) oder die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs als ein belastungsrelevanter Betriebsparameter erfasst und an das Ölsteuergerät (24 ) übermittelt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das übertragene Drehmoment des Zahnradgetriebes (
1 ) oder das Motormoment des Antriebsmotors als ein belastungsrelevanter Betriebsparameter erfasst und an das Ölsteuergerät (24 ) übermittelt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstemperatur des Zahnradgetriebes (
1 ) als ein belastungsrelevanter Betriebsparameter erfasst und an das Ölsteuergerät (24 ) übermittelt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Geräusche und/oder Vibrationen innerhalb des Zahnradgetriebes (
1 ) als ein belastungsrelevanter Betriebsparameter erfasst und an das Ölsteuergerät (24 ) übermittelt werden.
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