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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug
mit einer innerhalb eines Getriebegehäuses liegenden Kühl-
und/oder Aufheizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 103 03 416
B4 ist ein gattungsgemäßes Getriebe mit
einer innerhalb des Getriebegehäuses liegenden Kühleinrichtung
bekannt. Die Kühleinrichtung weist dabei einen mit einer
Kühlflüssigkeit und einem Getriebeöl
in Kontakt stehenden Wärmetauscher auf, dessen Geometrie
der Außenabmessungen derart gewählt ist, dass
diese sich in radialer Richtung wenigstens über einen Teilbereich in
Umfangsrichtung um einen An- oder Abtrieb erstrecken. Hierdurch
soll insbesondere ein bauraumoptimierte Bauweise erreicht werden.
Innerhalb der Kühleinrichtung, das heißt konkret
innerhalb einer Wärmetauscherbaueinheit, sind dabei sowohl
Kanäle für Getriebeöl als auch für
Kühlmittel angeordnet.
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Aus
der
US 5,931,218 ist
eine Kühleinrichtung innerhalb eines Getriebes bekannt,
welche sich ringförmig um eine Zahnradanordnung erstreckt
und eine Vielzahl im Wesentlichen paralleler Kühlmittelkanäle
aufweist.
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Aus
der
EP 0 785 379 B1 ist
ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt, welches ein
Getriebekühlsystem mit einem in einem Sumpf angeordneten, zwischen
Getriebeöl und Motorkühlflüssigkeit aktiven Wärmetauscher
aufweist. Dieser Wärmetauscher umfasst eine Leitung mit
einem Einlass und einem Auslass zum strömungsmäßigen
Anschluss, wobei die Leitung strömungsmäßig
mit dem Motorkühlkreislauf in Serie geschaltet ist.
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Schließlich
ist aus der
US 2,687,784 eine Kühleinrichtung
innerhalb eines Getriebes bekannt, welche in einem Spritzbereich
eines Getriebezahnrades oberhalb einer Ölstandslinie liegt.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für ein gattungsgemäßes Getriebe, eine
verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche einerseits
eine bauraumoptimierte und andererseits eine besonders wirkungsvolle
Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung umfasst.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Kühl-
und/oder Aufheizeinrichtung zum Kühlen bzw. Aufheizen von
Getriebeöl innerhalb eines Gehäuses des Getriebes
anzuordnen und gleichzeitig derart auszubilden, dass die Kühl- und/oder
Aufheizeinrichtung von einer Getriebewelle, z. B. einer Ritzelwelle
des Getriebes durchdrungen ist, das heißt diese Getriebe-
bzw. Ritzelwelle vollumfänglich umgibt und darüber
hinaus sowohl in einen Spritzbereich zumindest eines Getriebezahnrades
hineinragt als auch in einen Getriebeölsumpf eintaucht. Die
Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung ist dabei zugleich bauraumoptimiert
ausgebildet, das heißt an einem besonders günstigen
Platz innerhalb des Gehäuses des Getriebes angeordnet,
der bisher leer, das heißt ungenutzt, war.
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Durch
das gleichzeitige Eintauchen zumindest eines Wärmetauschers
der Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung in den Getriebeölsumpf
und das Darstellen einer gekühlten bzw. aufgewärmten
Anspritzfläche für von zumindest einem Getriebezahnrad
abspritzendem Getriebeöl, kann darüber hinaus
eine besonders effektive Kühlung oder Aufwärmung
des Getriebeöls erfolgen. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher
teilweise im Getriebeöl eingetaucht. Zum einen wird dabei
kontinuierlich das sich im Getriebeölsumpf befindliche
Getriebeöl gekühlt bzw. aufgewärmt und
zum anderen das von den einzelnen Getriebezahnrädern abspritzende
Getriebeöl, welches nach dem Auftreffen auf den zumindest
einen Wärmetauscher der Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung an
diesem nach unten in den Getriebeölsumpf abgeleitet und
während des Ableitvorganges gekühlt bzw. aufgeheizt
wird.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die im Getriebe positionierte
und bauoptimierte Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung als
Aufheiz-Wärmetauscher für eine rasche Erwärmung
des kalten Getriebeöls während der Warmlaufphase
der Brennkraftmaschine verwendet werden. Demnach kann während
der Warmlaufphase aufgewärmtes Kühlwasser gezielt
durch den Aufheiz-Wärmetauscher geleitet wird, so dass
mit einer raschen Erwärmung des Getriebeöls erhebliche
Reibverluste im Getriebe minimiert werden können.
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Außerdem
kann durch das erfindungsgemäße Getriebe eine
effektive Kühlung und/oder Aufheizung des Getriebeöls
erfolgen, wodurch die insgesamt erforderliche Getriebeölmenge
reduziert werden kann. Zugleich kann die Kühl- und/oder
Aufheizeinrichtung in bauraumoptimierter Bauweise innerhalb des
Getriebegehäuses angeordnet werden, ohne dass sich die äußeren
Packageabmessungen des Getriebes vergrößern bzw.
verändern. Darüber hinaus kann auf eine Getriebeölpumpe
zur Umwälzung des Getriebeöls durch den Wärmetauscher
verzichtet werden.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung, ist die Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung
zwischen einem Konstantrad und einem Parksperrenrad angeordnet.
In diesem Bereich war bisher nicht genutzter Bauraum vorhanden, der
nun mit der erfindungsgemäßen Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung
sinnvoll erschlossen werden kann. Die Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung
weist hierzu eine im Wesentlichen komplementär zum Durchmesser
der Ritzelwelle ausgeführte Durchgangsöffnung
auf und kann dadurch auf die Ritzelwelle aufgeschoben werden. Durch
das Nutzen des bisher ungenutzten Bauraums kann eine anderweitige
und bauraumintensive Anordnung der Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung
entfallen, wodurch eine besonders kompakte Bauweise erreicht werden kann,
was insbesondere im modernen Sportwagenbau von großem Vorteil
ist. Darüber hinaus entfallen Getriebeöl-Außenleitungen
im Vergleich zu einem extern positionierten Getriebeöl-Wärmetauscher. Folglich
kann durch die bauraumoptimierte Anordnung eine besonders effektive
Kühlung oder Aufheizung des Getriebeöls erreicht
werden, so dass zum Betrieb des Getriebes weniger Getriebeöl
erforderlich ist, was sich positiv auf ein Gewicht des Kraftfahrzeuges
und damit auf dessen Verbrauchs- und Emissionswerte auswirkt.
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Die
Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung kann erfindungsgemäß um
jedes freie Wellenstück bzw. an jeder Getriebewelle angeordnet
sein, die im Plansch- oder Spritzbereich von Getriebezahnrädern
liegt. Durch geeignete Anordnung von Ölleitblechen kann ein Ölvolumenstrom,
der infolge des Spitzens des Getriebeöls mit dem Wärmetauscher
in Kontakt kommt, erhöht werden. Somit kann die Wirkung
und die Kapazität des Wärmetauschers gesteigert
werden. Eine solche Ölleitblech-Anordnung kann in dem Zusammenhang
für die Kühlung und/oder für die Aufwärmung
des Getriebeöls verwendet werden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes
Getriebe mit einer integrierten Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung,
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2 ebenfalls
eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße
Getriebe, jedoch in einer anderen Schnittebene.
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3a eine
perspektivische Ansicht der Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung,
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3b eine
seitliche Ansicht der Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung,
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4a eine
Frontansicht einer Platte der Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung,
und
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4b eine
Ansicht der Schnittdarstellung A-A aus 4a.
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Entsprechend
der 1, weist ein erfindungsgemäßes
Getriebe 1 ein Gehäuse 2 auf, in welchem
sich neben einer lediglich gemäß der 2 dargestellten
Getriebewelle, hier Ritzelwelle 3 noch weitere Getriebewellen 4 bzw. 4' befinden.
Neben der Ritzelwelle 3 und den beiden Getriebewellen 4, 4' ist zusätzlich
eine Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung 5 innerhalb
des Gehäuses 2 angeordnet, die zumindest einen
mit einer Kühl- bzw. Aufheizflüssigkeit 21 und
einem Getriebeöl 6 in Kontakt stehenden Wärmetauscher 14 aufweist.
Ein derartiger Wärmetauscher 14 kann auch innerhalb
eines Gehäuses der Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung 5 angeordnet sein,
so dass ein Wärmeübergang zwischen dem Wärmetauscher 14 und
dem Getriebeöl 6 an einer Gehäusewand
erfolgt. Erfindungsgemäß umgibt nun die Kühl-
und/oder Aufheizeinrichtung 5 die Ritzelwelle 3 des
Getriebes 1 vollumfänglich, das heißt, dass
die Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung 5 von der Ritzelwelle 3 durchdrungen
ist, wobei der zumindest eine Wärmetauscher 14 der
Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung 5 einerseits
in sich im Getriebeölsumpf 7 befindliches Getriebeöl 6 eintaucht
und andererseits in einen Spritzbereich zumindest eines teilweise
im Getriebeölsumpf 7 stehenden Getriebezahnrades 8 hineinragt,
so dass der Wärmetauscher bzw. die Kühl- und/oder
Aufheizeinrichtung 5 unterhalb und oberhalb einer Ölstandslinie 9 mit
Getriebeöl 6 beaufschlagt ist. Durch die Drehbewegung
des Getriebezahnrades 8 während der Fahrt des
Kraftfahrzeuges, befördert dieses anhaftendes Öl
aus dem Getriebeölsumpf 7 nach oben und wirft
es aufgrund der einwirkenden Zentrifugalkräfte gegen den
Wärmetauscher 14 bzw. gegen die Kühl-
und/oder Aufheizeinrichtung 5.
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Danach
kann das derart angespritzte Getriebeöl 6 am Wärmetauscher 14 bzw.
an der Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung 5 nach
unten in den Getriebeölsumpf 7 abfließen,
wobei es während des Abflussvorganges am Wärmetauscher 14 bzw.
in der Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung 5 gekühlt
oder aufgewärmt wird. Zugleich wird auch das sich im Getriebeölsumpf 7 befindliche
Getriebeöl 6 gekühlt bzw. aufgewärmt,
wodurch aufgrund der verbesserten Kühl-, bzw. Aufheizwirkung
eine insgesamt geringere Getriebeölmenge erforderlich ist,
was sich positiv auf das Gewicht und damit positiv auf Verbrauchs-
und Emissionswerte auswirkt.
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Der
wenigstens eine Wärmetauscher 14 der Kühl-
und/oder Aufheizeinrichtung 5 kann dabei beispielsweise
als Rohrbündel oder latten-, gitter- oder kammerförmig
ausgebildet sein und weist wie vergleichbare Kühl- und/oder
Aufheizeinrichtungen eine möglichst große Wärmeübertragungsfläche
auf.
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Betrachtet
man die 2, so erkennt man, dass die
Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung 5 zum Kühlen
des Getriebeöles 6 in Axialrichtung zwischen einem
nichtschaltbaren Konstantrad 10 und einem Parksperrenrad 11 angeordnet
ist. Antriebsseitig des Getriebes 1 ist ein Kupplungselement,
in der vorliegenden Ausführung eine Doppelkupplung 13 angeordnet, über
welche ein von einem nicht gezeigten Motor erzeugtes Drehmoment
auf das Getriebe 1 übertragen wird. Der Abtrieb
erfolgt über die Ritzelwelle 3, die mit einem
Kegelradgetriebe 23 zusammenwirkt, das mit einer Abtriebsachse 12 verbunden ist.
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Um
dabei ein bisher zwischen dem Konstantrad 10 und dem Parksperrenrad 11 nicht
genutzten Bauraum für die Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung 5 nutzen
zu können, kann vorgesehen sein, dass eine Außenkontur 24 der
Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung 5 an die Form
des Gehäuses 2 bzw. des Ölsumpfes 7 und/oder
des Getriebezahnrades 8 angepasst ist. Die zur Kühlung
und/oder Aufwärmung des Getriebeöls 6 erforderliche
Kühlflüssigkeit 21 bezieht die Kühl-
und/oder Aufheizeinrichtung 5 dabei vorzugsweise von einem
Motorkühlkreislauf.
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Nach
der vorliegenden Erfindung ist die dargestellte Anordnung des Wärmetauschereinrichtung bzw.
die Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung 5 nicht auf
eine Umlagerung der Ritzelwelle 3 beschränkt. Die
Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung 5 kann um jedes
freie Wellenstück bzw. an jeder Getriebewelle angeordnet
sein, die im Plansch- oder Spritzbereich von Getriebezahnrädern
liegt. Durch geeignete Anordnung von Ölleitblechen kann
weiterhin ein Ölvolumenstrom, der mit dem Wärmetauscher 14 in
Kontakt kommt, erhöht werden, so dass die Wirkung und somit
die Kapazität des Wärmetauschers 14 gesteigert werden
kann. Eine solche Ölleitblech-Anordnung kann erfindungsgemäß in
dem Zusammenhang für die Kühlung und/oder für
die Aufwärmung des Getriebeöls verwendet werden.
Folglich kann der Ölvolumenstrom bzw. der Kühl-
und/oder Aufheizölstrom über Ölleitbieche
und/oder Ölkanäle gezielt an den Wärmetauscher 14 hingelenkt
werden. Erfindungsgemäß wird der Kühl-
und/oder Aufheizölstrom ohne eine ölseitige Ölpumpe
gebildet, da der Ölvolumenstrom durch Plansch- oder Spritzwirkung
zustande kommt.
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Generell
ist dabei selbstverständlich denkbar, dass bei einer Zufuhr
von erwärmtem Kühlmittel keine Kühlung
des Getriebeöls 6, sondern vielmehr eine Erwärmung
desselben erfolgen kann. Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst
der Begriff „Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung” vielmehr
eine Wärmeübertragungseinrichtung, die je nach
Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zu Kühl- oder Aufheizzwecken
des Getriebeöls eingesetzt wird.
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Grundsätzlich
lässt sich mit der erfindungsgemäß im
Gehäuse 2 des Getriebes 1 angeordneten Kühl-
und/oder Aufheizeinrichtung 5 auch ein bisher erforderliche
Getriebeölpumpe zur Förderung des Getriebeöls 6 einsparen,
wodurch nicht nur die Teilevielfalt und der Bauraumbedarf, sondern
vielmehr auch die Kosten reduziert werden können. Durch eine
entsprechende Wahl eines Abstandes zwischen den einzelnen Platten 15 des
beispielsweise plattenförmig ausgebildeten Wärmetauschers 14,
kann dabei direkt Einfluss auf die erzielbare Kühlwirkung
der Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung 5 genommen
und diese entsprechend von äußeren Vorgaben angepasst
werden. Insgesamt lässt sich mit einer derartig angeordneten
Kühl- und/oder Aufheizeinrichtung 5 eine Leistungsrealisierung
von ca. 50% bis 100% im Vergleich zu herkömmlichen Kühl-
und/oder Aufheizeinrichtungen mit einer Getriebeölpumpe
erreichen.
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Wie
in 3a und 3b gezeigt,
ist der Wärmetauscher 14 aus mehreren Kühl-
bzw. Aufheizplatten 15 gebildet, die vorzugsweise als flache Hohlkörper
ausgebildet sind und von einem Kühl- bzw. Aufheizflüssigkeit 21 durchströmt
werden. Jede Platte 15 weist eine Durchgangsöffnung 22 auf, durch
die sich die Ritzelwelle 3 erstreckt. Vorzugsweise weist
jede einzelne Platte 15 gemäß 4a eine
Trennwand 16 zwischen einem Zulauf 17 und einem
Ablauf 18 auf. Hierdurch kann eine gezielte Durchflussrichtung 19 des
Kühl- und/oder Aufheizmittelstroms erzielt werden. Darüber
hinaus sind die Platten 15 über die Zu- und Ablaufstutzen 20 miteinander
derart verbunden, dass eine parallele Durchströmung der
Platten ermöglicht wird. Hierdurch können die
Druckverluste im Kühl- bzw. Aufheizmittelkreislauf reduziert
werden. Außerdem sind die Zu- und Abläufe 17 bzw. 18 seitlich
von der Öffnung 22 positioniert. Gemäß 3a bzw. 3b sind
sowohl der Zulauf 17 als auch der Ablauf 18 stirnseitig
an der ersten oder letzten Platte positioniert. Die Kühl-
bzw. Aufheizplatten 15 sind im Hinblick auf die Spritzölrichtung
derart aufgestellt, dass eine effektive Wärmeübertragung
stattfindet. Vorzugsweise sind die Platten im Getriebe 1 parallel
zur Spritzrichtung des Getriebeöls angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10303416
B4 [0002]
- - US 5931218 [0003]
- - EP 0785379 B1 [0004]
- - US 2687784 [0005]