DE102010004222A1

DE102010004222A1 - Getriebe mit Schmiereinrichtung

Info

Publication number: DE102010004222A1
Application number: DE102010004222A
Authority: DE
Inventors: Johannes Quehenberger
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2010-07-29
Also published as: US8672094B2; US20100180721A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem zur Übertragung von Drehmoment rotierbaren Getriebeelement, das in einem ersten Abschnitt des Getriebes angeordnet ist; einem Speicher für eine Flüssigkeit zur Schmierung und Kühlung des Getriebeelements, welcher in einem von dem ersten Abschnitt getrennten zweiten Abschnitt des Getriebes angeordnet ist; einer Auffangeinrichtung für von dem Getriebeelement abgeschleuderte Schmierflüssigkeit, wobei die Auffangeinrichtung einen Rückführkanal, durch den ein erster Teil der abgeschleuderten Schmierflüssigkeit in den ersten Getriebeabschnitt rückführbar ist, und einen Auslass umfasst, um einen zweiten Teil der abgeschleuderten Schmierflüssigkeit in den Schmierflüssigkeitsspeicher abzuleiten; und einem den Schmierflüssigkeitsspeicher mit dem ersten Getriebeabschnitt verbindenden Durchgang für die Schmierflüssigkeit, welcher ein temperaturgesteuertes Drosselelement aufweist, das den Zustrom von Schmierflüssigkeit aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher in den ersten Getriebeabschnitt bei einer einen Temperaturschwellenwert unterschreitenden Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt im Wesentlichen verhindert und bei einer über dem Temperaturschwellenwert liegenden Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem zur Übertragung von Drehmoment rotierbaren Getriebeelement, das in einem ersten Abschnitt eines Getriebes angeordnet ist, und mit einem Speicher für eine Flüssigkeit zur Schmierung und Kühlung des Getriebeelements.
Bei bekannten Getrieben dieser Art werden die Getriebeschmierung und -kühlung typischerweise auf besonders hohe Drehzahlen und/oder besonders hohe Temperaturen ausgelegt. Einen optimalen Wirkungsgrad weisen bekannte Getriebe meist bei einer Betriebstemperatur im Bereich von 70°C bis 90°C auf, da die Schmierflüssigkeit, üblicherweise ein Schmieröl, in diesem Temperaturbereich eine ausreichend geringe Viskosität bei gleichzeitig ausreichend guter Schmierfähigkeit aufweist und die Schmierflüssigkeit sowie auch andere Bauteile des Getriebes sich in diesem Temperaturbereich durch eine besonders hohe Haltbarkeit auszeichnen. Bei Getriebetemperaturen unterhalb des optimalen Betriebstemperaturbereichs ist der Getriebewirkungsgrad aufgrund erhöhter Planschverluste reduziert, welche aus einer höheren Viskosität der Schmierflüssigkeit resultiert.
Bekanntermaßen wird die Betriebstemperatur eines Kraftfahrzeuggetriebes durch Fahrtwindkühlung beeinflusst. Die durch die Fahrtwindkühlung erreichte Wärmeabfuhr ist somit abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Außentemperatur und ist in der Praxis auf hohe Außentemperaturen und eine gleichzeitige hohe Leistungseinbringung in das Getriebe, z. B. bei geringen Fahrgeschwindigkeiten, wie auf Passstraßen oder bei Wüstenfahrten, ausgelegt.
Als problematisch erweist sich bei bekannten Getrieben, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, dass der optimale Betriebstemperaturbereich in der Regel erst nach einiger Fahrzeit erreicht wird. Dabei ist die zur Erreichung des optimalen Betriebstemperaturbereichs erforderliche Fahrzeit typischerweise deutlich länger als die Dauer von Prüfzyklen zur genormten Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs und/oder der Schadstoffemission. Die Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs bzw. der Schadstoffemission erfolgt mit anderen Worten üblicherweise nicht im optimalen Betriebszustand des Getriebes. Darüber hinaus kann es auch in der Praxis vorkommen, dass bei einer langsameren, verbrauchsgünstigeren Fahrweise und/oder bei besonders tiefen Außentemperaturen der optimale Betriebstemperaturbereich und somit der optimale Getriebewirkungsgrad erst sehr spät oder gar nicht erreicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe zu schaffen, welches bereits bei geringerer Belastung und/oder während der Aufwärmehase einen besseren Wirkungsgrad aufweist.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Getriebe umfasst ein zur Übertragung von Drehmoment rotierbares Getriebeelement, das in einem ersten Abschnitt des Getriebes angeordnet ist; einen Speicher für eine Flüssigkeit zur Schmierung und Kühlung des Getriebeelements, welcher in einem von dem ersten Abschnitt getrennten zweiten Abschnitt des Getriebes angeordnet ist; eine Auffangvorrichtung für vom Getriebeelement abgeschleuderte Schmierflüssigkeit, wobei die Auffangvorrichtung einen Rückführkanal, durch den ein erster Teil der abgeschleuderten Schmierflüssigkeit in den ersten Getriebeabschnitt rückführbar ist, und einen Auslass umfasst, um einen zweiten Teil der abgeschleuderten Schmierflüssigkeit in den Schmierflüssigkeitsspeicher abzuleiten; und einen den Schmierflüssigkeitsspeicher mit dem ersten Getriebeabschnitt verbindenden Durchgang für die Schmierflüssigkeit, welcher ein temperaturgesteuertes Drosselelement aufweist, das den Zustrom von Schmierflüssigkeit aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher in den ersten Getriebeabschnitt bei einer einen Temperaturschwellenwert unterschreitenden Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt im wesentlichen verhindert und bei einer über dem Temperaturschwellenwert liegenden Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt ermöglicht.
Der Erfindung liegt der allgemeine Gedanke zugrunde, das Getriebe in zwei Temperaturbereiche aufzuteilen, die im wesentlichen dem ersten und zweiten Getriebeabschnitt entsprechen. In dem ersten Getriebeabschnitt befindet sich das zur Drehmomentübertragung vorgesehene Getriebeelement, mit anderen Worten also ein leistungsführender Teil des Getriebes. Bei dem ersten Getriebeabschnitt handelt es sich somit um denjenigen Abschnitt des Getriebes, in den während des Betriebs Wärmeenergie eingebracht wird und in dem eine optimale Betriebstemperaturbereich bei einem Kaltstart möglichst schnell erreicht und während des Betriebs möglichst gleichmäßig aufrechterhalten werden soll, damit sich das Getriebe möglichst schnell und dauerhaft in einem optimalen Wirkungsgradbereich befindet. Zur schnellen Erwärmung des Getriebes auf dem optimalen Betriebstemperaturbereich sollte der erste Getriebeabschnitt so klein und leicht wie möglich ausgestaltet sein.
Der zweite Getriebeabschnitt umfasst insbesondere all diejenigen Teile des Getriebes, deren Temperatur den Getriebewirkungsgrad zumindest nicht wesentlich beeinflussen. Bevorzugt erfolgt über den zweiten Getriebeabschnitt auch eine Wärmeabfuhr in die Umgebung, beispielsweise mittels Fahrtwindkühlung.
Zur Wärmeübertragung zwischen dem ersten Getriebeabschnitt und dem zweiten Getriebeabschnitt dient die Schmierflüssigkeit, z. B. ein Getriebeöl, wobei der Schmierflüssigkeitsstrom zwischen dem ersten Getriebeabschnitt und dem zweiten Getriebeabschnitt mit Hilfe des temperaturgesteuerten Drosselelements temperaturabhängig gestaltet wird.
Dadurch, dass das Drosselelement den Zustrom von Schmierflüssigkeit aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher in den ersten Getriebeabschnitt bei einer einen Temperaturschwellenwert unterschreitenden Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt im wesentlichen verhindert und einen signifikanten Schmierflüssigkeitsstrom zwischen dem ersten Getriebeabschnitt und dem zweiten Getriebeabschnitt erst bei einem Anstieg der Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt über den Temperaturschwellenwert hinaus ermöglicht, wird während eines Kaltstarts des Getriebes und/oder bei besonders tiefen Umgebungstemperaturen ein Austausch von Schmierflüssigkeit, welcher zur Sicherstellung einer Mindestschmierung in dem ersten Getriebeabschnitt vorhanden ist, und der in dem Schmierflüssigkeitsspeicher gespeicherten Schmierflüssigkeit zumindest weitgehend verhindert.
Gleichzeitig wird die von dem Getriebeelement abgeschleuderte Schmierflüssigkeit durch die Auffangvorrichtung aufgefangen und durch den Rückführkanal wieder in den ersten Getriebeabschnitt zurückgeführt, was unter Kaltstartbedingungen in einem in sich abgeschlossenen Schmier flüssigkeitskreislauf innerhalb des ersten Getriebeabschnitts resultiert. Durch Verluste entstehende Wärme bleibt dadurch nahe an den Teilen des Getriebes, deren Wirkungsgrad bei wärmeren Temperaturen besser wird, insbesondere in der Schmierflüssigkeit im ersten Getriebeabschnitt oder auch nahe einer Trieblingslagerung, deren Vorspannung temperaturabhängig sein kann.
Auf diese Weise erwärmt sich die in dem ersten Getriebeabschnitt befindliche Schmierflüssigkeit durch die durch das Getriebeelement eingebrachte Wärme besonders schnell auf seine optimale Betriebstemperatur, wodurch das Getriebe besonders schnell seinen optimalen Wirkungsgrad erreicht und sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch die Schadstoffemission insgesamt verringert werden.
Überschreitet die Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt den vorgegebenen Temperaturschwellenwert, so öffnet das Drosselelement den den Schmierflüssigkeitsspeicher mit dem ersten Getriebeabschnitt verbindenden Durchgang, wodurch kältere Schmierflüssigkeit aus dem Speicher in den ersten Getriebeabschnitt einströmen und sich mit der wärmeren Schmierflüssigkeit in dem ersten Getriebeabschnitt vermischen kann. Durch die so erreichte Abkühlung der Schmierflüssigkeit in dem ersten Getriebeabschnitt lässt sich die optimale Betriebstemperatur auch unter erhöhten Lastbedingungen in dem ersten Getriebeabschnitt einhalten.
Durch die zusätzlich in den ersten Getriebeabschnitt einströmende Schmierflüssigkeit erhöht sich die Schmierflüssigkeitsmenge in dem ersten Getriebeabschnitt. Dies führt dazu, dass die von dem Getriebeelement abgeschleuderte Schmierflüssigkeit nicht vollständig von der Auffangvorrichtung aufgefangen und in den ersten Getriebeabschnitt zurückgeführt wird, sondern dass ein Teil der abgeschleuderten Schmierflüssigkeit in den Schmierflüssigkeitsspeicher abgeleitet wird. Aus diesem kann die durch die abgeschleuderte Schmierflüssigkeit eingebrachte Wärme dann abgeführt werden.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Drosselelement durch eine den Durchgangsquerschnitt verändernde Blende und insbesondere durch ein den Durchgangsquerschnitt veränderndes Bimetallelement, z. B. ein Bimetallplättchen, gebildet. Hierbei handelt es sich um eine besonders einfache Form eines passiven Drosselelements, da das Bimetallelement den Durchgangsquerschnitt in Abhängigkeit von der Temperatur gewissermaßen selbsttätig verändert.
Alternativ kann das Drosselelement durch den Durchgang selbst gebildet sein. Um als Drosselelement wirken zu können, muss der Durchgang an die Schmierflüssigkeit und insbesondere an deren Viskosität derart angepasst sein, dass bei tieferen Temperaturen, wie im Falle eines Kaltstarts, aufgrund der erhöhten Viskosität der Schmierflüssigkeit zumindest keine wesentliche Menge von Schmierflüssigkeit durch den Durchgang hindurch gelangen kann, bei einer ausreichenden Temperaturerwärmung und damit einhergehenden Verringerung der Viskosität der Schmierflüssigkeit aber eine signifikante Strömung von Schmierflüssigkeit aus dem Speicher in den ersten Getriebeabschnitt stattfinden kann. Bei einem derart ausgebildeten Durchgang handelt es sich ebenfalls um ein passives Drosselelement, welches den Schmierflüssigkeitsstrom im Abhängigkeit von der Temperatur selbsttätig steuert. Um die Drosselwirkung des Durchgangs noch weiter zu verstärken, kann dieser eine labyrinthartige Form aufweisen.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Drosselelement in Form eines Magnetventils vorzusehen, welches durch eine mit einem Sensor zur Messung der Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt gekoppelte Steuerung gesteuert wird. In diesem Fall würde es sich bei dem Drosselelement um ein aktives Element handeln, zu dessen Betätigung eine eigene Steuerung vorgesehen sein müsste, die z. B. in eine Motorsteuerung integriert sein könnte. Weitere Formen von temperaturgesteuerten Drosselelementen, die ebenfalls zum Einsatz kommen können, sind beispielsweise aus dem Gebiet der Thermostate bekannt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auffangvorrichtung in einem oberen Bereich des Getriebes, insbesondere im Bereich eines oberen Abschnitts des Getriebeelements und bevorzugt oberhalb des Schmierflüssigkeitsspeichers angeordnet. Hierdurch kann die aus der Auffangvorrichtung überlaufende Schmierflüssigkeit auf besonders einfache Weise in den Schmierflüssigkeitsspeicher ablaufen.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist der mit dem Drosselelement versehene Durchgang für die Schmierflüssigkeit in einem unteren Bereich des Getriebes angeordnet. Auf diese Weise trägt der durch die in dem Schmierflüssigkeitsspeicher stehende Flüssigkeitssäule erzeugte Druck dazu bei, dass die Schmierflüssigkeit selbsttätig aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher in den ersten Getriebeabschnitt strömen kann.
Vorteilhafterweise ist die in dem Schmierflüssigkeitsspeicher befindliche Menge von Schmierflüssigkeit größer als die in dem ersten Getriebeabschnitt befindliche Menge von Schmierflüssigkeit. Aufgrund seiner größeren thermischen Masse erwärmt sich die in dem Schmierflüssigkeitsspeicher befindliche Schmierflüssigkeit nicht so schnell wie die in dem ersten Getriebeabschnitt befindliche Schmierflüssigkeit, so dass die Schmierflüssigkeit aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher zur Einregelung der optimalen Betriebstemperatur in dem ersten Getriebeabschnitt verwendet werden kann.
Um die Temperatur der in dem Schmierflüssigkeitsspeicher befindlichen Schmierflüssigkeit dauerhaft auf einem im Vergleich zu der Temperatur der Schmierflüssigkeit in dem ersten Getriebeabschnitt reduzierten Wert zu halten, kann der Schmierflüssigkeitsspeicher teilweise durch eine, insbesondere mit Kühlrippen versehene, Wand eines Gehäuses des Getriebes begrenzt sein.
Bevorzugt weist der erste Getriebeabschnitt ein thermisch isolierendes Material auf. Insbesondere kann eine den ersten Getriebeabschnitt begrenzende Wand eines Gehäuses des Getriebes zumindest bereichsweise mit einem thermisch isolierenden Material verkleidet sein. Die Isolierung der Gehäusewand verringert die in dem ersten Getriebeabschnitt zu erwärmende Masse, was zu einer noch schnelleren Erwärmung des ersten Getriebeabschnitts auf die optimale Betriebstemperatur und somit letztlich zu einer noch schnelleren Erreichung eines optimalen Getriebewirkungsgrads beiträgt.
Um das Volumen des ersten Getriebeabschnitts zu minimieren und dadurch eine noch schnellere Erwärmung des ersten Getriebeabschnitts auf die optimale Betriebstemperatur zu erreichen, kann der erste Getriebeabschnitt durch eine das Getriebeelement umschließende Kapselung von dem Schmierflüssigkeitsspeicher getrennt sein. Vorzugsweise bewirkt die Kapselung dabei gleichzeitig eine thermische Isolierung des ersten Getriebeabschnitts. Die Kapselung kann hierfür selbst aus einem thermisch isolierendem Material gebildet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes (a) vor Erreichen einer optimalen Betriebstemperatur und (b) nach Erreichen der optimalen Betriebstemperatur;
2 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes nach Erreichen der optimalen Betriebstemperatur;
3 eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes nach Erreichen der optimalen Betriebstemperatur;
4 eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes (a) vor Erreichen einer optimalen Betriebstemperatur und (b) nach Erreichen der optimalen Betriebstemperatur;
5 den zeitabhängigen Verlauf der Temperatur (I) in einem leistungsführenden ersten Getriebeabschnitt eines erfindungsgemäßen Getriebes, (II) in einem zweiten Getriebeabschnitt des erfindungsgemäßen Getriebes und (III) in einem herkömmlichen Getriebe mit Standardschmierung bzw. -kühlung während eines CO₂-Messzyklus; und
6 den zeitabhängigen Verlauf der Temperaturen von 5 während eines Zyklus mit einer höheren Belastung des jeweiligen Getriebes.
In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes dargestellt, wobei es sich hierbei um das Getriebe eines Kraftfahrzeugs handelt. Das Getriebe umfasst ein Gehäuse 10 mit einer Gehäusewand 12 und einer Trennwand 14, welche das Innere des Gehäuses 10 in einen ersten Getriebeabschnitt A und einem zweiten Getriebeabschnitt B unterteilt.
In dem ersten Getriebeabschnitt A ist ein zur Übertragung von Drehmoment drehbar gelagertes Getriebeelement 16 angeordnet, bei dem es sich beispielsweise um ein Tellerrad eines Differentials oder eine Kupplungstrommel handeln kann. Wegen des Getriebeelements 16 wird der erste Getriebeabschnitt A auch als leistungsführender Bereich des Getriebes bezeichnet.
Das Getriebeelement 16 muss während des Getriebebetriebs geschmiert und gekühlt werden. Zur Erzielung eines optimalen Getriebewirkungsgrads soll der erste Getriebeabschnitt A möglichst konstant auf einer erhöhten optimalen Betriebstemperatur, z. B. im Bereich von 70°C bis 90°C, gehalten werden. Damit der optimale Getriebewirkungsgrad bei einem Kaltstart möglichst schnell erreicht wird, sollte der erste Getriebeabschnitt A außerdem möglichst schnell auf seine optimale Betriebstemperatur gebracht werden.
Zur Schmierung und Kühlung des Getriebeelements 16 bzw. zur Temperierung des ersten Getriebeabschnitts A ist eine Schmierflüssigkeit 18 vorgesehen, beispielsweise ein Getriebeöl. Der überwiegende Teil der Schmierflüssigkeit 18 befindet sich in dem zweiten Getriebeabschnitt B, welcher bei der in 1 dargestellten Ausführungsform in seiner Gesamtheit als ein Schmierflüssigkeitsspeicher 20 dient. Nur ein kleiner Teil der Schmierflüssigkeit 18 befindet sich in dem ersten Getriebeabschnitt A, um das Getriebeelement 16 zu schmieren und zu kühlen. Durch die Speicherung des überwiegenden Teils der Schmierflüssigkeit 18 in dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 werden Planschverluste minimiert.
Während des Getriebebetriebs wird Schmierflüssigkeit 18, die sich in einem unteren Bereich des ersten Getriebeabschnitts A angesammelt hat, durch das rotierende Getriebeelement 16 nach oben gefördert und in einem oberen Bereich des ersten Getriebeabschnitts A abgeschleudert. Ein Großteil der von dem Getriebeelement 16 abgeschleuderten Schmierflüssigkeit 18 wird durch eine in die Trennwand 14 integrierte Auffangeinrichtung 22 aufgefangen.
Die Auffangeinrichtung 22 umfasst einen Rückführkanal 24, dessen minimaler Öffnungsquerschnitt durch eine möglichst temperaturunabhängige Blende 26 definiert ist und der dazu dient, einen ersten Teil der aufgefangenen Schmierflüssigkeit 18 in den aktiven Schmierkreislauf des ersten Getriebeabschnitts A zurückzuführen. Hierdurch wird erreicht, dass bereits erwärmte Schmierflüssigkeit 18 dem Schmierkreislauf im ersten Getriebeabschnitt A erhalten bleibt und sich noch weiter erwärmen kann, wodurch die optimale Betriebstemperatur des ersten Getriebeabschnitts A ausgehend von Kaltstartbedingungen innerhalb kürzester Zeit erreicht wird.
Ein Teil der durch den Rückführkanal 24 der Auffangeinrichtung 22 in den Schmierkreislauf des ersten Getriebeabschnitts A zurückgeführten Schmierflüssigkeit 18 kann – entweder vor oder nach der Blende 26 – abgezweigt und einem weiteren, nicht dargestellten Teil des Getriebes, z. B. einer Lamellenkupplung, zugeführt werden.
Während der Aufwärmehase des ersten Getriebeabschnitts A wird sich der zweite Getriebeabschnitt B nur wenig erwärmen. Die Erwärmung des zweiten Getriebeabschnitts B wird hauptsächlich durch Wärmeleitung, insbesondere über die Trennwand 14, und in geringem Maße auch durch warme Schmierflüssigkeit 18 verursacht, die von dem rotierenden Getriebeelement 16 abgeschleudert wird und an der Auffangeinrichtung 22 vorbei in den Schmierflüssigkeitsspeicher 20 gelangt.
In einem unteren Bereich der Trennwand 14 ist ein Durchgang 28 ausgebildet, welcher den Schmierflüssigkeitsspeicher 20 mit dem ersten Getriebeabschnitt A verbindet. Im Bereich des zum ersten Getriebeabschnitt A weisenden Endes des Durchgangs 28 ist ein temperaturgesteuertes Drosselelement 30 angeordnet, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Bimetallplättchen, welches so ausgelegt ist, dass es bei ungenügend erwärmtem Getriebe, z. B. bei Kaltstartbedingungen, einen Strom von Schmierflüssigkeit 18 aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 in den ersten Getriebeabschnitt A zumindest im Wesentlichen verhindert.
Sobald die im ersten Getriebeabschnitt A befindliche Schmierflüssigkeit 18 im Getriebebetrieb einen gewissen Temperaturschwellenwert überschritten hat, gibt das Drosselelement 30 den Durchgang 28 frei, so dass kühlere Schmierflüssigkeit 18 aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 in den ersten Getriebeabschnitt A nachströmen kann. Durch die Vermischung von wärmerer Schmierflüssigkeit 18 und nachströmender kühlerer Schmierflüssigkeit 18 stellt sich in dem ersten Getriebeabschnitt A eine optimale Betriebstemperatur ein, welche zu einem optimalen Getriebewirkungsgrad beiträgt.
Das Drosselelement 30 kann so ausgebildet sein, dass bei geringer Belastung des Getriebes und/oder bei besonders tiefen Umgebungstemperaturen den Durchgang 28 nie öffnet und/oder bei einer normalen Belastung des Getriebes den Durchgang 28 nur teilweise freigibt.
Um eine Mindestschmierung des Getriebeelements 16 zu gewährleisten ist ein kleiner Schmierkanal 31 in der Trennwand 14 vorgesehen, durch den stets eine geringe Menge von Schmierflüssigkeit 18 aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 in den ersten Getriebeabschnitt A strömen kann.
Bei einem in Form eines Bimetallplättchens ausgebildeten Drosselelements 30 ist die Ausbildung des Schmierkanals 31 aber nicht unbedingt erforderlich, da ein derartiges Drosselelement 30 den Durchgang 28 prinzipbedingt auch bei tiefen Temperaturen nicht 100%-ig zu verschließen vermag. Auf diese Weise kann auch bei Temperaturen unterhalb des Temperaturschwellenwerts stets eine kleine Menge von Schmierflüssigkeit 18 in den ersten Getriebeabschnitt A einströmen, um eine Mindestschmierung sicherzustellen.
Wie bereits erwähnt, wird ein Teil der von dem rotierenden Getriebeelement 16 abgeschleuderten Schmierflüssigkeit 18 von der Auffangeinrichtung 22 aufgefangen und durch den Rückführkanal 24 in den Schmierkreislauf des ersten Getriebeabschnitts A zurückgeführt. Da die Schmierflüssigkeitsmenge in dem ersten Getriebeabschnitt A bei geöffnetem Durchgang 28 ansteigt, wird ein größerer Anteil von Schmierflüssigkeit 18 aus der Auffangeinrichtung 22 überlaufen und in den Schmierflüssigkeitsspeicher 20 zurückströmen.
In dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 gibt die erwärmte Schmierflüssigkeit 18 Wärme ab, wodurch nicht nur die in dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 befindliche restliche Schmierflüssigkeit 18, sondern auch das Gehäuse 10 erwärmt wird. Um die in den Schmierflüssigkeitsspeicher 20 eingebrachte Wärme besser an die Umgebung abführen zu können, sind an einer Außenseite des den Schmierflüssigkeitsspeicher 20 begrenzenden Abschnitts der Gehäusewand 12 eine Vielzahl von Kühlrippen 32 ausgebildet.
Damit die Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt A noch schneller die optimale Betriebstemperatur des Getriebes erreicht, ist ein den ersten Getriebeabschnitt A begrenzender Abschnitt der Gehäusewand 12 mit einer thermischen Isolationsschicht 34 verkleidet, welche die zu erwärmende Masse reduziert.
In 2 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes dargestellt, die sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform lediglich in der Gestalt eines unteren Bereichs der Trennwand 14 und des Durchgangs 28 unterscheidet.
So weist die Trennwand 14 der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform einen im Querschnitt gesehen breiteren unteren Bereich auf, in welchem der von dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 zu dem ersten Getriebeabschnitt A führende Durchgang 28 mehrere Windungen aufweisend labyrinthartig ausgebildet ist. Aufgrund seiner labyrinthartigen Ausbildung weist der Durchgang einen erhöhten Durchflusswiderstand für die Schmierflüssigkeit 18 auf, wobei der Widerstand für kältere und somit höher viskose Schmierflüssigkeit 18 größer ist als für wärmere und somit weniger viskose Schmierflüssigkeit 18. In diesem Ausführungsbeispiel bildet der Durchgang 28 selbst das temperaturgesteuerte Drosselelement 30, d. h. es ist kein zusätzliches Drosselelement, wie z. B. ein Bimetallplättchen oder ein Magnetventil, zur Steuerung des Schmierflüssigkeitsstroms durch den Durchgang 28 erforderlich.
Da der Durchgang 28 nie vollständig verschlossen ist, ist eine Mindestschmierung des Getriebeelement 16 sichergestellt, ohne dass dazu ein separater Schmierkanal vorgesehen werden muss.
Um den den Durchgang 28 aufweisenden unteren Bereich der Trennwand 14 thermisch von der in dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 gespeicherten kälteren Schmierflüssigkeit 18 zu entkoppeln, ist die zum Schmierflüssigkeitsspeicher 20 weisende Seite der Trennwand 14 mit einer thermischen Isolationsschicht 36 versehen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der den Durchgang 28 aufnehmende untere Bereich der Trennwand 14 zumindest annähernd verzögerungsfrei die in dem ersten Getriebeabschnitt A herrschende Temperatur und dadurch letztlich auch die optimale Betriebstemperatur des Getriebes annimmt und ggf. eine Zufuhr von kälterer Schmierflüssigkeit 18 ermöglicht.
In 3 ist eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes dargestellt, die sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass keine Trennwand 14 in dem Gehäuse 10 des Getriebes vorgesehen ist. Stattdessen wird die Abschottung des ersten Getriebeabschnitts A gegenüber dem zweiten Getriebeabschnitt B und somit gegenüber dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 durch eine aus Kunststoff oder Blech gebildete Kapselung 38 erreicht, welche das Getriebeelement 16 trommelartig umschließt. Die Kapselung 38 sorgt dabei gleichzeitig auch für eine thermische Isolierung des ersten Getriebeabschnitts A gegenüber der Gehäusewand 12 und gegenüber der in dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 gespeicherten Schmierflüssigkeit 18, wobei die Isolierwirkung dann besonders hoch ausfällt, wenn die Kapselung 38 selbst aus einem thermisch isolierenden Material gebildet ist.
Ähnlich wie bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform weist die Kapselung 38 der dritten Ausführungsform in einem unteren Bereich einen Durchgang 28 auf, der bei unterhalb eines vorbestimmten Temperaturschwellenwerts liegenden Temperaturen in dem ersten Getriebeabschnitt A durch ein Drosselelement 30 in Form eines Bimetallplättchens annähernd vollständig verschlossen und bei Temperaturen oberhalb des Temperaturschwellenwerts freigegeben wird, so dass kühlere Schmierflüssigkeit 18 aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 in den ersten Getriebeabschnitt A strömen kann.
Wie bereits erwähnt vermag das in Form eines Bimetallplättchens ausgebildete Drosselelement 30 den Durchgang 28 prinzipbedingt auch bei tiefen Temperaturen nicht 100%-ig zu verschließen. Auf diese Weise kann auch bei Temperaturen unterhalb des Temperaturschwellenwerts stets eine kleine Menge von Schmierflüssigkeit 18 in den ersten Getriebeabschnitt A einströmen, um eine Mindestschmierung des Getriebeelements 16 sicherzustellen. Auch bei dieser Ausführungsform braucht also kein zusätzlicher Schmierkanal in der Kapselung 38 vorgesehen zu werden.
In 4 ist eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes dargestellt, welches ebenfalls ein Gehäuse 10 mit einer Gehäusewand 12 und einer Trennwand 14 aufweist, die einen Innenraum des Gehäuses 10 in einen ersten Getriebeabschnitt A und einen zweiten Getriebeabschnitt B unterteilt.
Bei dem Getriebe gemäß vierter Ausführungsform handelt es sich um ein Verteilergetriebe, welches zwei in dem ersten Getriebeabschnitt A angeordnete und durch eine Kette 40 miteinander gekoppelte leistungsführende Getriebeelemente 16a, 16b umfasst.
Die Kette 40 ist in einem Kettenkanal geführt, welcher zum einen durch einen Abschnitt der Gehäusewand 12 und zum anderen durch eine Kettenkanalwand 42 begrenzt ist.
Drehen sich die Getriebeelemente 16a, 16b, so wird Schmierflüssigkeit 18 aus einem unteren Bereich des ersten Getriebeabschnitts A durch die sich mit bewegende Kette 40 in einen oberen Bereich des Getriebeabschnitts A gefördert und dort abgeschleudert. Ein Teil der abgeschleuderten Schmierflüssigkeit 18 wird in einem an die Kettenkanalwand 42 angeformten Hochtank 44 gesammelt. Ein Teil der in dem Hochtank 44 gesammelten Schmierflüssigkeit 18 kann bei Bedarf über eine Leitung 46 einem anderen Getriebeteil, z. B. einer Lamellenkupplung, zugeführt werden.
Übersteigt die Menge der in dem Hochtank 44 gesammelten Schmierflüssigkeit 18 einen vorgegebenen maximalen Füllstand, so läuft die Schmierflüssigkeit 18 aus dem Hochtank 44 über. Die aus dem Hochtank 44 überlaufende Schmierflüssigkeit 18 wird von einer Auffangeinrichtung 22 aufgefangen, die in einem oberen Bereich der Trennwand 14 ausgebildet aber unterhalb des Hochtanks 44 angeordnet ist.
Ähnlich wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen weist auch die Auffangeinrichtung 22 des Getriebes gemäß vierter Ausführungsform einen Rückführkanal 24 dergestalt auf, dass stets eine Grundmenge von aufgefangener Schmierflüssigkeit 18 durch den Rückführkanal 24 direkt zurück in den ersten Getriebeabschnitt zurückströmt und somit dem Schmierkreislauf in dem ersten Getriebeabschnitt A rückgeführt wird.
Die Auffangeinrichtung 22 weist hierzu eine Labyrinthkonstruktion derart auf, dass ein kleines Becken 48 vor dem Eingang des Rückführkanals 24 ausgebildet ist, in welchem sich die aufgefangene Schmierflüssigkeit 18 vor einem Durchgang durch den Rückführkanal 24 staut. Der gleiche Effekt wird erreicht, wenn der Schmierflüssigkeitsspeicher 20 wie in 4a gezeigt, vollständig gefüllt ist, so dass der Schmierflüssigkeitsfluss in den Schmierflüssigkeitsspeicher 20 durch die sich aufstauende Schmierflüssigkeit 18 selbst blockiert wird. Die aufgefangene Schmierflüssigkeit 18 kann in diesem Fall wie erwähnt durch den Rückführkanal 24 oder über einen oberen Rand des Schmierflüssigkeitsspeichers 20 in den ersten Getriebeabschnitt A abströmen.
Ähnlich wie die vorherigen Ausführungsformen weist auch die Trennwand 14 des Getriebes gemäß vierter Ausführungsform einen Durchgang 28 auf, der in einem unteren Bereich der Trennwand 14 ausgebildet und mit einem Drosselelement 30 versehen ist, welches den Durchgang 28 bei Temperaturen unterhalb eines Temperaturschwellenwerts annähernd verschließt und bei Temperaturen oberhalb des Temperaturschwellenwerts zumindest teilweise freigibt, um einen Strom von Schmierflüssigkeit 18 aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 in den ersten Getriebeabschnitt A zuzulassen. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist das Drosselelement 30 des Getriebes gemäß vierter Ausführungsform durch ein Bimetallplättchen gebildet.
Da das Bimetallplättchen wie bereits erwähnt den Durchgang 28 prinzipbedingt auch bei besonders tiefen Temperaturen nicht vollständig verschließen kann und somit auch bei tieferen Temperaturen eine minimale Menge von Schmierflüssigkeit 18 aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 in den ersten Getriebeabschnitt A strömt, braucht auch bei der in 4 dargestellten Ausführungsform kein zusätzlicher Kanal zur Sicherstellung einer Mindestschmierung in der Trennwand 14 vorgesehen zu werden.
Es versteht sich von selbst, dass auch das Drosselelement 30 des Getriebes gemäß vierter Ausführungsform alternativ durch einen labyrinthartig geformten Durchgang 28, ähnlich dem in 2 gezeigten Durchgang 28, oder durch ein Magnetventil oder eine Thermostatvariante gebildet sein kann.
Um eine möglichst schnelle Erwärmung des ersten Getriebeabschnitts A auf die optimale Betriebstemperatur zu ermöglichen, ist eine Innenseite eines den ersten Getriebeabschnitt A begrenzenden Abschnitts der Gehäusewand 12 mit einer thermischen Isolationsschicht 34 verkleidet. Eine entsprechende Isolationsschicht 50 ist auch an einer zum ersten Getriebeabschnitt A weisenden Seite der Trennwand 14 vorgesehen.
Alternativ kann die thermische Isolierung des ersten Getriebeabschnitts A ähnlich wie in 3 gezeigt auch durch den Einsatz einer Kapselung aus einem thermisch isolierenden Material oder aus Kunststoff oder Blech erfolgen. Eine derartige Kapselung könnte gleichzeitig den Kettenkanal bilden, den ersten Getriebeabschnitt A gegenüber dem zweiten Getriebeabschnitt B abschotten und zusätzlich den Durchgang 28 aufweisen und somit alle drei Funktionen in einem Bauteil integrieren.
In 5 ist der zeitliche Verlauf der Temperatur des ersten Getriebeabschnitts A (Kurve I) und des zweiten Getriebeabschnitts B (Kurve II) eines erfindungsgemäßen Getriebes sowie eines Standardgetriebes mit herkömmlicher Schmierung und Kühlung (Kurve III) dargestellt, wie er bei spielhaft in einem CO₂-Messzyklus aussieht. Bei diesem Zyklus beginnt die Messung bei ”kaltem” konditioniertem Fahrzeug, beispielsweise bei einer Getriebetemperatur von 25°C. Bei dem herkömmlichen Standardgetriebe steigt die Getriebetemperatur während der Messung bis zum Ende des Messzyklus auf eine Temperatur im Bereich von etwa 50°C an (Kurve III). Das Standardgetriebe erreicht dabei nie oder nur sehr spät seinen optimalen Betriebstemperaturbereich. Folglich ist auch der während des Messzyklus erreicht Wirkungsgrad des Standardgetriebes nicht optimal.
Als deutlich günstiger erweist sich hingegen der Temperaturverlauf bei einem erfindungsgemäßen Getriebe, da sich der leistungsführende erste Getriebeabschnitt A des erfindungsgemäßen Getriebes deutlich schneller auf höhere Temperaturen erwärmt (Kurve I), während der von dem ersten Getriebeabschnitt A getrennte zweite Getriebeabschnitt B, d. h. der Schmierflüssigkeitsspeicher 20, deutlich kühler bleibt. Im Ergebnis werden mit dem erfindungsgemäßen Getriebe somit nicht nur ein besserer Wirkungsgrad sondern in der Folge auch verbesserte CO₂- bzw. Verbrauchswerte erreicht.
In 6 sind die zeitlichen Temperaturverläufe des ersten Getriebeabschnitts A (Kurve I) und des zweiten Getriebeabschnitts B (Kurve II) eines erfindungsgemäßen Getriebes sowie eines Standardgetriebes mit herkömmlicher Schmierung und Kühlung (Kurve III) für einen Messzyklus mit höheren Belastungen gezeigt.
Der Stern symbolisiert das Erreichen einer optimalen Betriebstemperatur in dem ersten Getriebeabschnitt A des erfindungsgemäßen Getriebes. Nach Erreichen der optimalen Betriebstemperatur, d. h. ab dem Stern, wird die Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt A über das voranstehend beschriebene Regelverhalten, d. h. also durch die temperaturge steuerte Zufuhr von kühlerer Schmierflüssigkeit 18 aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 in den ersten Getriebeabschnitt A, möglichst konstant gehalten. Durch den hiermit einhergehenden verstärkten Rückfluss von Schmierflüssigkeit 18 aus dem ersten Getriebeabschnitt A in den Schmierflüssigkeitsspeicher 20 erwärmt sich auch Schmierflüssigkeit 18 in dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 stärker.
Sobald der Energieeintrag in das Getriebe geringer wird, kühlt das Standardgetriebe deutlich ab (Kurve III). Ein entsprechender Rückgang der Temperatur ist auch in dem ersten Getriebeabschnitt A des erfindungsgemäßen Getriebes zu verzeichnen (Kurve I). Allerdings fällt der Rückgang der Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt A des erfindungsgemäßen Getriebes deutlich schwächer aus als bei dem herkömmlichen Standardgetriebe, da es bei einem Absinken der Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt A erfindungsgemäß zu einer Drosselung der Strömung von Schmierflüssigkeit 18 aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher 18 in den ersten Getriebeabschnitt A kommt oder der Schmierflüssigkeitsstrom sogar vollständig unterbunden wird, wodurch eine schnellere Abkühlung des ersten Getriebeabschnitts A verhindert wird.
Die Temperatur der Schmierflüssigkeit 18 in dem Schmierflüssigkeitsspeicher 20 des erfindungsgemäßen Getriebes sinkt hingegen stärker als die Temperatur des herkömmlichen Standardgetriebes ab. Da der Schmierflüssigkeitsspeicher 20 bzw. der zweite Getriebeabschnitt B des erfindungsgemäßen Getriebes aber keine leistungsführenden Getriebeteile enthält, ist ein schnelleres Absinken der Temperatur in diesem Bereich für den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Getriebes ohne Belang.

10: Gehäuse
12: Gehäusewand
14: Trennwand
16: Getriebeelement
18: Schmierflüssigkeit
20: Schmierflüssigkeitsspeicher
22: Auffangeinrichtung
24: Rückführkanal
26: Blende
28: Durchgang
30: Drosselelement
31: Schmierkanal
32: Kühlrippe
34: Isolationsschicht
36: Isolationsschicht
38: Kapselung
40: Kette
42: Kettenkanalwand
44: Hochtank
46: Leitung
48: Becken
50: Isolationsschicht
A: Getriebeabschnitt
B: Getriebeabschnitt

Claims

Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem zur Übertragung von Drehmoment rotierbaren Getriebeelement (16), das in einem ersten Abschnitt (A) des Getriebes angeordnet ist; einem Speicher (20) für eine Flüssigkeit (18) zur Schmierung und Kühlung des Getriebeelements (16), welcher in einem von dem ersten Abschnitt (A) getrennten zweiten Abschnitt (B) des Getriebes angeordnet ist; einer Auffangeinrichtung (22) für von dem Getriebeelement (16) abgeschleuderte Schmierflüssigkeit (18), wobei die Auffangeinrichtung (22) einen Rückführkanal (24), durch den ein erster Teil der abgeschleuderten Schmierflüssigkeit (18) in den ersten Getriebeabschnitt (A) rückführbar ist, und einen Auslass umfasst, um einen zweiten Teil der abgeschleuderten Schmierflüssigkeit (18) in den Schmierflüssigkeitsspeicher (20) abzuleiten; und einem den Schmierflüssigkeitsspeicher (20) mit dem ersten Getriebeabschnitt (A) verbindenden Durchgang (28) für die Schmierflüssigkeit (18), welcher ein temperaturgesteuertes Drosselelement (30) aufweist, das den Zustrom von Schmierflüssigkeit (18) aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher (20) in den ersten Getriebeabschnitt (A) bei einer einen Temperaturschwellenwert unterschreitenden Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt (A) im wesentlichen verhindert und bei einer über dem Temperaturschwellenwert liegenden Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt (A) ermöglicht.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (30) durch eine den Durchgangsquerschnitt verändernde Blende und insbesondere durch ein den Durchgangsquerschnitt veränderndes Bimetallelement gebildet ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (30) durch den Durchgang (28) selbst gebildet ist, wobei der Durchgang (28) bevorzugt eine labyrinthartige Form aufweist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (30) durch ein Magnetventil gebildet ist, welches durch eine mit einem Sensor zur Messung der Temperatur in dem ersten Getriebeabschnitt gekoppelte Steuerung gesteuert wird.
Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein minimaler Innenquerschnitt des Rückführkanals (24) durch eine, insbesondere temperaturunabhängige, Blende (26) definiert ist.
Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangeinrichtung (22) in einem oberen Bereich des Getriebes, insbesondere im Bereich eines oberen Abschnitts des Getriebeelements (16) und bevorzugt oberhalb des Schmierflüssigkeitsspeichers (20) angeordnet ist.
Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Schmierflüssigkeitsspeicher (20) mit dem ersten Getriebeabschnitt (A) verbindende Durchgang (28) in einem unteren Bereich des Getriebes angeordnet ist.
Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Schmierflüssigkeitsspeicher (20) befindliche Menge von Schmierflüssigkeit (18) größer als die in dem ersten Getriebeabschnitt (A) befindliche Menge von Schmierflüssigkeit (18) ist.
Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierflüssigkeitsspeicher (20) teilweise durch eine, insbesondere mit Kühlrippen (32) versehene, Wand (12) eines Gehäuses (10) des Getriebes begrenzt ist.
Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Getriebeabschnitt (A) ein thermisch isolierendes Material (34) aufweist und insbesondere eine den ersten Getriebeabschnitt (A) begrenzende Wand (12) eines Gehäuses (10) des Getriebes zumindest bereichsweise mit einem thermisch isolierenden Material (34) verkleidet ist.
Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Getriebeabschnitt durch eine das Getriebeelement (16) umschließende Kapselung (38) von dem Schmierflüssigkeitsspeicher (20) getrennt ist.
Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselung (38) eine thermische Isolierung des ersten Getriebeabschnitts (A) bewirkt und insbesondere aus einem thermisch isolierenden Material gebildet ist.