DE102005013657A1

DE102005013657A1 - Zahnradgetriebe eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zur Steuerung der Ölversorgungseinrichtung eines Zahnradgetriebes

Info

Publication number: DE102005013657A1
Application number: DE200510013657
Authority: DE
Inventors: Georg Kruse
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-09-28

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 der DE 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 nach 1, und
2b ein zweites Steuerungsschema der Ölversorgung des Zahnradgetriebes nach 1.
In der vereinfachten Darstellung eines Zahnradgetriebes 1 von 1 sind exemplarisch zwei Zahnräder 2, 3 abgebildet, die innerhalb eines Getriebegehäuses 4 auf benachbarten Getriebewellen 5, 6 angeordnet sind und miteinander in Verzahnungseingriff stehen. Bei der ersten Getriebewelle 5 kann es sich beispielsweise um eine Eingangswelle handeln, die über eine Motorkupplung mit einem Antriebsmotor verbindbar ist. Die zweite Getriebewelle 6 kann eine Ausgangswelle sein, die mit einem Achsantrieb des betreffenden Kraftfahrzeugs in Verbindung steht. Am Boden 7 des Getriebegehäuses 4 befindet sich ein durch Getriebeöl 8 gebildeter Ölsumpf 9.
Das Zahnradgetriebe 1 weist eine Ölversorgungseinrichtung 10 auf, die eine Schleuderölvorrichtung 11 und eine Spritzölvorrichtung 12 umfasst. Die Schleuderölvorrichtung 11 wird durch ein teilweise in dem Getriebeöl 8 des Ölsumpfes 9 eintauchendes Förderrad 13 gebildet, das vorliegend identisch mit dem zweiten Zahnrad 3 ist und von der zweiten Getriebewelle 6 angetrieben wird. Bei einer Drehung des Förderrads 13 nimmt dieses mit seinen Zähnen Getriebeöl 8 aus dem Ölsumpf 9 auf und verteilt dieses fliehkraftbedingt weitgehend ungerichtet innerhalb des Getriebegehäuses 4. Die Spritzölvorrichtung 12 weist eine als Konstantpumpe ausgebildete Ölpumpe 14 auf, die von einem steuerbaren Elektromotor 15 angetrieben wird, und durch die im Betrieb Getriebeöl 8 aus dem Ölsumpf 9 über einen Saugtrichter 16 aufgenommen und in eine Druckleitung 17 gefördert wird. An die Druckleitung ist ein Druckspeicher 18 und mehrere Anschlussleitungen 19, 20 mit Spritzdüsen 21, 22 angeschlossen. Die abgebildeten Zahnräder 2, 3 betreffend führt eine erste Anschlussleitung 19 mit einer ersten Spritzdüse 21 vor den Verzahnungseingriff 23 und eine zweite Anschlussleitung 20 mit einer zweiten Spritzdüse 22 nach den Verzahnungseingriff 23 der Zahnräder 2, 3. Somit können die Zähne der Zahnräder 2, 3 durch die Spritzölvorrichtung 12 sowohl vor als auch nach dem Verzahnungseingriff 23 mit Getriebeöl 8 versorgt werden.
Zur Steuerung der Ölversorgung der Zahnräder 2, 3 ist ein Ölsteuergerät 24 vorgesehen, das eingangsseitig über Sensorleitungen 25 mit einem Temperatursensor 26 und einem Ölstandsensor 27, die in dem Ölsumpf 9 angeordnet sind, und über Verbindungsleitungen 28 mit einem Getriebesteuergerät 29 des Zahnradgetriebes 1 und einem Motorsteuergerät 30 eines Antriebsmotors in Verbindung steht. Ausgangsseitig ist das Ölsteuergerät 24 zur Steuerung der Ölpumpe 14 über eine Steuerleitung 31 mit dem Elektromotor 15 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 Zahnradgetriebe 1 eingeleitete Drehmoment, die in dem Zahnradgetriebe eingelegte Gangstufe, und die Drehzahlen der Getriebewellen 5, 6, mittels Sensoren 26, 27 ermittelt oder aus anderen Steuergeräten 29, 30 des Antriebsstrangs erfasst und an das Ölsteuergerät 24 übertragen werden. Dort werden die Betriebsparameter ausgewertet und zu einem Belastungskennwert K_L verarbeitet. Dann wird die Ölpumpe 14 in Abhängigkeit von dem ermittelten Belastungskennwert K_L derart angesteuert, dass der effektive Volumenstrom Q_eff des von der Schleuderölvorrichtung 11 und der Spritzölvorrichtung 12 zu den Zahnrädern 2, 3 geförderten Getriebeöls 8 proportional zu dem Belastungskennwert K_L ansteigt, was beispielhaft in 2a und 2b dargestellt ist.
Bei niedriger Belastung bzw. einem niedrigen Belastungskennwert K_L, d.h. bei niedrigem Drehmoment, geringen Drehzahlen, und niedriger Betriebstemperatur, ist zunächst nur die Schleuderölvorrichtung 11 aktiv, wobei der geförderte effektive Volumenstrom Q_eff drehzahlbedingt mit zunehmender Belastung ansteigt. Die Ölversorgung durch die Schleuderölvorrichtung 11 ist in 2a und 2b mit dem Bereich I dargestellt. Mit Erreichen und Überschreiten eines ersten Belastungsgrenzwertes K_L1 wird durch das Einschalten der Ölpumpe 14 die Spritzölvorrichtung 12 in Betrieb gesetzt und nachfolgend derart gesteuert, dass mit zunehmender Belastung K_L immer mehr Getriebeöl 8 aus dem Ölsumpf 9 abgesaugt und in die Druckleitung 17 und den Druckspeicher 18 gefördert wird. Hierdurch sinkt der Ölstand des Ölsumpfes 9 und damit der durch das Förderrad 13 der Schleuderölvorrichtung 11 geförderte Volumenstrom Q_eff ab. Gleichzeitig steigt der durch die Spritzdüsen 21, 22 gezielt auf die Zähne der Zahnräder 2, 3 aufgebrachte Volumenstrom Q_eff an, wobei zunächst, dargestellt durch den Bereich IIA, nur durch die vor dem Verzahnungseingriff 23 angeordnete Spritzdüse 21 Getriebeöl 8 abgegeben wird, und erst nach dem Erreichen und Überschreiten eines höheren zweiten Belastungsgrenzwertes K_L2 Getriebeöl 8 zusätzlich auch durch die nach dem Verzahnungseingriff 23 angeordnete Spritzdüse 22 abgegeben wird, was durch den Bereich IIB dargestellt ist. In der Ausführung nach dem Schema von 2a wird oberhalb des ersten Belastungsgrenzwertes K_L1 nur so viel Getriebeöl 8 aus dem Ölsumpf 9 abgesaugt, dass das Förderrad 17, wenn auch mit geringerer Eintauchtiefe und sinkendem Volumenstrom Q_eff, weiterhin Getriebeöl 8 fördert. In der Ausführung nach dem Schema von 2b wird dagegen mehr Getriebeöl 8 abgesaugt, so dass der Ölstand des Ölsumpfes 9 mit steigender Belastung K_L stärker sinkt und die Förderung durch die Schleuderölvorrichtung 11 bei einem bestimmten Belastungskennwert K_LX zum Erliegen kommt. Um bei einem Anfahrvorgang, bei dem durch die Schleuderölvorrichtung 11 drehzahlbedingt nur wenig Getriebeöl 8 gefördert wird, auch eine ausreichende Schmierung der Zahnräder 2, 3 sicherzustellen, ist zusätzlich vorgesehen, die Spritzölvorrichtung 12 mit der Abgabe des Getriebeöls 8 durch die vor dem Verzahnungseingriff 23 angeordnete Spritzdüse 21 vorübergehend ebenfalls in Betrieb zu setzen, was in 2a und 2b mit dem Bereich IIC dargestellt ist, bis durch eine erhöhte Drehzahl des Förderrades 13 ausreichend Getriebeöl 8 durch die Schleuderölvorrichtung 11 zu den Zahnrädern 2, 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 Förderrad 13 und die Ölpumpe 14 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
K_L: Belastungskennwert
K_LX: (bestimmter) Belastungskennwert
K_L1: (erster) Belastungsgrenzwert
K_L2: (zweiter) Belastungsgrenzwert
Q_eff: effektiver Volumenstrom

Claims

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 K_L verarbeitet werden, und dass zur belastungsabhängigen Steuerung der Ölversorgung die Ölpumpe (14) derart angesteuert wird, dass der effektive Volumenstrom Q_eff des von der Schleuderölvorrichtung (11) und der Spritzölvorrichtung (12) zu den Zahnrädern (2, 3) geförderten Getriebeöls (8) proportional zu dem Belastungskennwert K_L ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Erreichen und Überschreiten eines vorab festgelegten ersten Belastungsgrenzwertes K_L1 die Ölpumpe (14) eingeschaltet und derart angesteuert wird, dass bei steigendem Belastungskennwert K_L der durch die Schleuderölvorrichtung (11) geförderte Volumenstrom Q_eff durch das Abpumpen des Getriebeöls (8) aus dem Ölsumpf (9) kontinuierlich reduziert und der durch die Spritzölvorrichtung (12) geförderte Volumenstrom Q_eff 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 K_L1 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 K_L2 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.