DE102007005523A1

DE102007005523A1 - Getriebe eines Kraftfahrzeuges und Verfahren zur Änderung des Ölpegels in einem Getriebe

Info

Publication number: DE102007005523A1
Application number: DE102007005523A
Authority: DE
Inventors: Thomas Cappellaro
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-02-03
Filing date: 2007-02-03
Publication date: 2008-08-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe eines Kraftfahrzeuges, aufweisend - ein Gehäuse (1) mit einem Gehäuseteil (1a) zur Aufnahme eines viskosen Schmierstoffes (2), welcher einen veränderlichen Pegel (2a, 2b) bildet, - mindestens ein rotierendes Getriebeelement (3), welches in den Schmierstoff (2) eintaucht, - wobei dem Gehäuseteil (1a) ein variables Verdrängungsvolumen (4) zur Veränderung des Pegels zugeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, dass das Verdrängungsvolumen (4) und der Pegel (2a, 2b) in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Kraftfahrzeuges steuerbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe eines Kraftfahrzeuges nachdem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 12.
Getriebe werden durch einen viskosen Schmierstoff, insbesondere Schmieröl geschmiert, welches im Allgemeinen in einer Ölwanne, d. h. einem Teil des Getriebegehäuses aufgenommen wird und dort einen so genannten Ölsumpf bildet. Rotierende Teile des Getriebes, insbesondere Zahnräder tauchen teilweise in den Ölsumpf ein und fördern somit Schmieröl nach oben zu den Eingriffsbereichen der Zahnrädern (Tauchschmierung). Der Ölsumpf bildet einen Pegel (Ölstand, Ölspiegel), der nicht konstant ist, sondern z. B. in Abhängigkeit von der Öltemperatur schwankt, sodass sich eine veränderliche Eintauchtiefe der rotierenden Getriebeteile und damit ungleichmäßige Schmierverhältnisse ergeben.
Man hat daher in der DE 102 38 000 A1 vorgeschlagen, im Ölsumpf einen Verdrängungskörper mit einem variablen Verdrängungsvolumen anzuordnen, welches temperaturabhängig, vorzugsweise über ein Dehnstoffelement gesteuert wird. Mit steigender Öltemperatur wird das Volumen des Verdrängungskörpers verkleinert und mit sinkender Öltemperatur vergrößert, wodurch ein Sinken oder Steigen des Ölpegels bewirkt wird. Dadurch kann der Ölpegel annähernd konstant gehalten werden.
Es ist bekannt, dass durch das Eintauchen von rotierenden Getriebeelementen, insbesondere Zahnrädern in den Ölsumpf so genannte Pantschverluste auftreten, die den Getriebewirkungsgrad verschlechtern.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Getriebe der eingangs genannten Art derartige Pantschverluste zu reduzieren und damit den Getriebewirkungsgrad zu verbessern. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verminderung der Pantschverluste bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist dem Getriebegehäuse, welches das Schmieröl aufnimmt, ein Verdrängungsvolumen zugeordnet, welches in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern, vorzugsweise der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder der Neigung des Kraftfahrzeuges steuerbar ist. Damit wird der Vorteil erreicht, dass der Pegel des Schmieröls an die Fahrgeschwindigkeit und/oder die Neigung des Fahrzeuges oder auch die Temperatur des Schmieröls angepasst werden kann. Vorzugsweise wird der Schmierölpegel bei hoher Fahrgeschwindigkeit abgesenkt, sodass die Eintauchtiefe der rotierenden Getriebeteile reduziert und damit auch die Pantschverluste vermindert werden. Die Fahrgeschwindigkeit korreliert mit der Drehzahl des die Pantschverluste verursachenden Getriebeelements, welches abtriebsseitig angeordnet ist. Aufgrund der höheren Drehzahl wird dennoch eine hinreichende Tauchschmierung der Zahnräder aufrechterhalten – gleichzeitig wird jedoch der Getriebewirkungsgrad vorteilhaft erhöht. Insbesondere bei sich im Gelände bewegenden Fahrzeugen kann sich der Ölpegel sich infolge Neigung des Fahrzeuges derart verändern, dass die Eintauchtiefe der rotierenden Teile entweder zu groß oder zu niedrig ist. Bei zu großer Eintauchtiefe wird der Ölpegel abgesenkt, um auch in dieser Situation die Pantschverluste zu vermindern. Bei zu niedriger Eintauchtiefe wird der Ölpegel angehoben, um eine ausreichende Schmierung aufrechtzuerhalten. Dies gilt auch für die im Ölsumpf angeordnete Ansaugöffnung der Ölpumpe.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verdrängungsvolumen separat vom Getriebegehäuse, d. h. von der Ölwanne bzw. dem Ölsumpf an geordnet, steht jedoch über eine entsprechende Verbindungsgleitung in Strömungsverbindung mit dem Ölsumpf. Vorzugsweise befindet sich das Verdrängungsvolumen geodätisch unterhalb der Ölwanne, sodass bei Absenkung des Schmierölpegels das Öl aufgrund der Schwerkraftwirkung nach unten ablaufen kann. Das Verdrängungsvolumen kann sich jedoch auch neben, über oder im Getriebegehäuse oder im Ölsumpf befinden, z. B. in Form eines elastischen Druckluftspeichers.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verdrängungsvolumen als Kolben/Zylinder-Einheit ausgebildet, wobei der Zylinder über eine Verbindungsleitung mit dem Getriebegehäuse, insbesondere der Ölwanne bzw. dem Ölsumpf verbunden ist. Der Kolben wird vorzugsweise über ein Druckmedium, insbesondere Druckluft verstellt, was vorzugsweise über eine Steuereinrichtung erfolgt. Die Betriebsparameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Fahrzeugneigung werden über geeignete Sensoren, d. h. eine Messeinrichtung erfasst und der Steuereinrichtung als Eingangssignale zugeleitet. In der Steuereinrichtung werden die Eingangssignale verarbeitet und in eine Stellbewegung des Kolbens umgesetzt. Damit wird eine Veränderung des Schmierölpegels erreicht. Ölwanne und Verdrängungsvolumen bilden ein gemeinsames Reservoir zur Aufnahme des Schmieröls. Beim Zurückziehen des Kolbens fließt Schmieröl aus der Ölwanne in den Zylinder, sodass der Ölpegel sinkt, während beim Vorschieben des Kolbens Öl aus dem Zylinder über die Verbindungsleitung in die Ölwanne verdrängt wird, sodass der Ölpegel ansteigt. Der Ölpegel ist somit – in Abhängigkeit von den diversen Betriebsparametern – beliebig variierbar, insbesondere jedoch im Hinblick auf die zu reduzierenden Pantschverluste und eine zu starke Neigung des Fahrzeuges.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Betriebsparameter des Fahrzeuges wie Fahrgeschwindigkeit und/oder Neigung durch Sensoren erfasst, als Eingangssignale einer Steuereinrichtung zugeleitet, dort verarbeitet und in eine Stellbewegung zur Veränderung des Verdrängungsvolumens umgesetzt werden. Damit wird eine gezielte Veränderung des Schmierölpegels erreicht, insbesondere eine Absenkung bei erhöhter Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, wodurch erhöhte Pantschverluste vermieden und der Getriebewirkungsgrad verbessert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt ein schematisch und nur teilweise dargestelltes Getriebegehäuse 1 eines Kraftfahrzeuggetriebes mit einem unteren als Ölwanne ausgebildeten Gehäuseteil 1a. In der Ölwanne 1a sammelt sich Schmieröl 2, welches einen unterschiedlichen Ölpegel, auch Ölstand oder Ölspiegel genannt, aufweisen kann. Ein abgesenkter Pegel ist mit 2a und ein erhöhter Pegel ist mit 2b bezeichnet. Das in der Ölwanne 1a angesammelte Schmieröl 2 wird auch als Ölsumpf bezeichnet. Im Getriebegehäuse 1 sind rotierende Getriebeteile, insbesondere Zahnräder, angeordnet, von denen lediglich ein Zahnrad 3 als Kreis angedeutet ist, welches in den Ölsumpf eintaucht und z. B. als Tellerrad eines Achsgetriebes ausgebildet sein kann. Bei dem abgesenkten Ölpegel 2a ergibt sich eine Eintauchtiefe t_a und bei dem erhöhten Ölpegel 2b eine erhöhte Eintauchtiefe t_b. Die Höhe der Eintauchtiefe t_a, t_b und die Drehzahl des Zahnrades 3 sind neben anderen Einflussfaktoren maßgeblich für die Pantschverluste, welche das Zahnrad 3 verursacht.
Unterhalb des Getriebegehäuses 1 ist eine Kolben/Zylinder-Einheit 4 angeordnet, welche durch einen Verbindungskanal 5 mit der Ölwanne 1a bzw. dem Ölsumpf 2 verbunden ist. Die Kolben/Zylinder-Einheit 4, im Folgenden auch kurz Einheit 4 genannt, weist einen Zylinder 6 auf, in welchem ein Kolben 7, der durch eine als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 8 belastet ist, gleitend angeordnet ist. Die Stellung des Kolbens 7 bei entspannter Rückstellfeder 8 entspricht dem abgesenkten Pegel 2a. Der Kolben 7 wird auf seiner der Rückstellfeder 8 abgewandten Seite 7a von einem Druckmedium, vorzugsweise Druckluft beaufschlagt, welche dem Zylinder 6 über ein Druckluftregelventil 9 zugeführt oder entzogen wird. Das Regelventil 9 ist mit einer Steuereinrichtung 10 durch eine Steuerleitung 11 verbunden. Der Steuereinrichtung 10 werden Eingangssignale über Signalleitungen 12, 13 zugeführt, welche durch eine nicht dargestellten Messeinrichtung, auch Sensorik genannt, erfasst werden. Die erfassten Messwerte sind einerseits die Fahrgeschwindigkeit des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges und/oder dessen Neigung, bezogen auf die Rollachse (x-Achse) oder die Nickachse (y-Achse) des Fahrzeuges.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, im Wesentlichen umfassend das Getriebegehäuse 1, die Kolben/Zylinder-Einheit 4, das Regelventil 9 und die Steuereinrichtung 10, arbeitet wie folgt: Liegt der erhöhte Pegel 2b vor, befindet sich der Kolben 7 in einer mit 7' bezeichneten Position, in welcher die Rückstellfeder 8 eine gespannte, verkürzte Form 8' einnimmt. Ein Teil des im Zylinder 6 enthaltenden Ölvolumens ist in die Ölwanne 1a verdrängt. Die Eintauchtiefe des Zahnrades 3 ist mit t_b bezeichnet, d. h. das Zahnrad 3 taucht relativ weit in den Ölsumpf 2 ein und verursacht damit relativ hohe Pantschverluste. Erreicht die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges einen erhöhten Wert, wird das Regelventil 9 über die Steuerleitung 11 derart angesteuert, dass die im Zylinder 6 befindliche Druckluft entweichen kann; der Kolben in der Position 7' bewegt sich unter der Wirkung der gespannten Rückstellfeder 8' (in der Zeichnung) nach rechts, der Zylinder 6 wird entlüftet. Mit der Bewegung des Kolbens aus der Position 7' in die Position 7 fließt Schmieröl aus dem Ölsumpf 2 über die Verbindungsleitung 5 in den Zylinder 6, d. h. der Ölpegel 2b wird auf den Ölpegel 2a abgesenkt, womit gleichzeitig die Eintauchtiefe des Zahnrades 3 von t_b auf t_a reduziert wird. Die Folge dieser geringeren Eintauchtiefe bei hoher Fahrgeschwindigkeit sind geringere Pantschverluste und ein verbesserter Getriebewirkungsgrad. Bei niedriger Fahrgeschwindigkeit kann der Ölpegel wieder erhöht werden, indem der Kolben 7, d. h. seine Stirnfläche 7a über das Regelventil 9 mit Druckluft beaufschlagt wird, was ein Vorschieben des Kolbens 7 gegen die Kraft der Rückstellfeder 8 und ein Ausschieben von Öl aus dem Zylinder 6 bewirkt.
Die Absenkung oder Erhöhung des Ölpegels kann auch in Abhängigkeit von der Neigung des Fahrzeuges erfolgen, z. B. wenn sich das Fahrzeug im Gelände bewegt und erhebliche Neigungswinkel gegenüber der x-Achse oder y-Achse des Fahrzeuges auftreten. Dadurch kann der Ölpegel entweder auf ein unzulässiges Maß absinken oder auf ein zu hohes Maß ansteigen. Beides ist für eine optimale Schmierung der rotierenden Getriebeteile nicht förderlich. Daher erfolgt erfindungsgemäß bei Messung eines erhöhten Neigungswinkels eine Anhebung oder Absenkung des Ölpegels, wodurch eine ausreichende Schmierung auch bei Fahrten im Gelände sichergestellt ist. Vorteilhaft sind das erfindungsgemäße Anheben und Absenken des Ölpegels z. B. bei einem Schlepperfahrzeug, z. B. einem Ackerschlepper anwendbar: im Gelände wird ein relativ hoher Ölpegel benötigt, um große Neigungswinkel zu kompensieren; bei Transport-(Schnell-)Fahrt dagegen ist ein niedriger Ölpegel zur Reduzierung der Pantschverluste vorteilhaft.
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Verstellung des Kolbens auch über andere Stellmittel, z. B. elektromechanisch oder hydraulisch erfolgen.
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Verdrängungsvolumen auch andere Formen aufweisen und an anderer Stelle, z. B. neben oder im Getriebegehäuse angeordnet sein.

1: Getriebegehäuse
1a: Ölwanne
2: Ölsumpf
2a: unterer Pegel
2b: oberer Pegel
3: Zahnrad
4: Kolben/Zylinder-Einheit
5: Verbindungskanal
6: Zylinder
7: Kolben (Position rechts)
7': Kolben (Position (links)
8: Rückstellfeder (entspannt)
8': Rückstellfeder (gespannt)
9: Regelventil
10: Steuereinrichtung
11: Steuerleitung
12: Signalleitung
13: Signalleitung
t_a: Eintauchtiefe bei abgesenktem Pegel
t_b: Eintauchtiefe bei erhöhtem Pegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10238000 A1 [0003]

Claims

Getriebe eines Kraftfahrzeuges, aufweisend – ein Gehäuse (1) mit einem Gehäuseteil (1a) zur Aufnahme eines viskosen Schmierstoffes (2), welcher einen veränderlichen Pegel (2a, 2b) bildet, – mindestens ein rotierendes Getriebeelement (3), welches in den Schmierstoff (2) eintaucht, – wobei dem Gehäuseteil (1a) ein variables Verdrängungsvolumen zur Veränderung des Pegels zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungsvolumen (4) und der Pegel (2a, 2b) in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Kraftfahrzeuges steuerbar sind.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsparameter die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges ist.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsparameter die Neigung des Kraftfahrzeuges, insbesondere bezogen auf seine Längs- und/oder Querachse ist.
Getriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungsvolumen (4) separat vom Gehäuseteil (1a) angeordnet ist und mit dem Gehäuseteil (1a) kommuniziert.
Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Verdrängungsvolumen als Kolben/Zylinder-Einheit (4, 6, 7) ausgebildet ist.
Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (6) über eine Verbindungsleitung (5) mit dem Gehäuseteil (1a) verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7, 7a) durch ein Druckmedium, insbesondere Druckluft verstellbar ist.
Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben/Zylinder-Einheit (4) an einen elastischen Druckluftspeicher anschließbar ist.
Getriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdrängungsvolumen respektive der Kolben/Zylinder-Einheit (4) eine Steuereinrichtung (10) zugeordnet ist.
Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung (10) eine Messeinrichtung zur Erfassung der Betriebsparameter zugeordnet ist.
Getriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Pegel (2b) bei erhöhter Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges absenkbar ist.
Verfahren zur Veränderung des Pegels eines Schmierstoffes in einem Getriebe für ein Kraftfahrzeug mittels eines den Schmierstoff aufnehmenden oder abgebenden Verdrängungsvolumens, insbesondere in einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass – Betriebsparameter, insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Fahrzeugneigung erfasst, – einer Steuereinrichtung (10) zugeleitet, in der Steuereinrichtung (10) verarbeitet und – in eine Veränderung des Verdrängungsvolumens (4) umgesetzt und damit zur Veränderung des Pegels (2a, 2b) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Pegel bei erhöhter Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges abgesenkt wird.