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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle und Einstellung eines Ölstandes zwischen einem vordefinierten minimalen Ölstand und einem vordefinierten maximalen Ölstand nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem besteht darin, in einem Getriebe, in welchem diverse Getriebekomponenten mit Öl zu versorgen sind, den Ölstand innerhalb eines vordefinierten Bereiches, d. h. zwischen einem Minimum und einem Maximum einzustellen. Das Getriebe weist einen Ölsumpf auf, aus welchem eine Ölpumpe Öl ansaugt und an die verschiedenen Verbraucher, z. B. Schaltelemente und Schmierstellen, möglicherweise auch an eine im Getriebegehäuse angeordnete Elektromaschine verteilt. Bei einem zu hohen Ölstand, der über dem Maximum liegt, würden zu hohe Pansch- oder Schleppverluste entstehen, welche den Wirkungsgrad des Getriebes reduzieren würden; bei zu niedrigem Ölstand könnte die Ölpumpe Luft ansaugen.
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Durch die
DE 101 47 547 A1 der Anmelderin wurde eine Vorrichtung zur Füllstandsregelung für einen Behälter bekannt, dem über eine Zulaufleitung Flüssigkeit zugeführt und über eine Ablaufleitung mittels einer Pumpe die Flüssigkeit entzogen wird. Zur Einhaltung eines konstanten Flüssigkeitsspiegels ist eine Belüftungsleitung vorgesehen, welche einerseits in den Flüssigkeitsspiegel im Behälter eintaucht und andererseits mit einem Knie der Ablaufleitung verbunden ist. Damit wird erreicht, dass sich der Flüssigkeitsstand in engen Toleranzen einstellen lässt. Bei Unterschreiten des vorgegebenen Flüssigkeitsspiegel saugt die Pumpe Luft an, während sie beim Eintauchen der Belüftungsleitung unterhalb des Flüssigkeitsspiegels Flüssigkeit absaugt und somit ein weiteres Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels verhindert.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Flüssigkeits- oder Ölstand in einem Behälter, insbesondere in einem Getriebe mit einfachen Mitteln zu kontrollieren.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Ansaugstutzen der Ölpumpe mit einem Ansaugventil verbunden ist, welches durch einen Schwimmer in der Weise betätigt wird, dass bei minimalem Ölstand der Zufluss zur Ölpumpe gesperrt und bei maximalem Ölstand geöffnet ist. Zusätzlich zu diesen beiden Endlagen sind Zwischenstellungen des Ansaugventils mit einem reduzierten Ansaugquerschnitt in Abhängigkeit vom jeweiligen Ölniveau möglich. Das Ansaugventil steuert also kontinuierlich – in Abhängigkeit vom Ölstand zwischen einem Minimum und einem Maximum den Ansaugquerschnitt und damit den Durchsatz der Ölpumpe.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Ansaugventil ein ringförmiges, drehbares Schließglied auf, welches durch die Auf- und Abbewegung des Schwimmers, hervorgerufen durch einen wechselnden Ölstand, gesteuert wird. Die Auftriebskraft des Schwimmers ist ausreichend, um den Ansaugquerschnitt für die Ölpumpe zu verändern, d. h. das Schließglied selbst ist frei von Schließ- oder Dichtkräften.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Ansaugventil einen Ventilkörper, auf welchem das Schließglied drehbar angeordnet ist. Das ringförmige Schließglied ist somit auf dem Ventilkörper geführt, wobei lediglich ein Freiheitsgrad, d. h. die Drehung um eine horizontale Drehachse zugelassen ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen der Ventilkörper und das Schließglied Durchflussöffnungen auf, welche durch Drehung des Schließgliedes vollständig oder teilweise zur Deckung gebracht werden können, wodurch ein zu- oder abnehmender Ansaugquerschnitt freigegeben wird. Durch die Gestaltung der Durchflussöffnungen kann die Charakteristik des Ansaugventils, d. h. die Funktion des Ansaugquerschnittes in Abhängigkeit vom Ölstand bzw. vom Drehwinkel des Schließgliedes beeinflusst werden. Möglich sind rechteckförmige, kreisförmige oder andere Öffnungsquerschnitte, durch welche der Ansaugquerschnitt kontinuierlich und konstant, progressiv oder degressiv wachsen oder abnehmen kann. Damit wird eine kontinuierliche Ölstandskontrolle mit unterschiedlichen Kennlinien erreicht.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Schwimmer über einen Hebel, welcher vorzugsweise radial angeordnet ist, mit dem Schließglied verbunden. Bei steigendem Ölstand wird das Schließglied im Öffnungssinne (Vergrößerung des Ansaugquerschnittes), bei sinkendem Ölstand wird das Schließglied im Schließsinne (Verkleinerung des Ansaugquerschnittes) gedreht. Über die Länge des Hebels kann die Drehgeschwindigkeit, d. h. die Dynamik des Ansaugventils beeinflusst werden. Vorteilhaft ist auch, dass der Schwimmer sich außerhalb der Ansaugströmung, d. h. im Abstand zur Ansaugöffnung des Ansaugventils befindet. Damit wird eine Beeinflussung des Schwimmers durch den Ansaugdruck und Strömungskräfte vermieden. Darüber hinaus wird das Ansaugventil in seiner Funktion nicht durch Querkräfte oder Vibrationen, wie sie im Fahrzeug und/oder einem Getriebe auftreten, beeinflusst.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilkörper als Rohr ausgebildet, welches einerseits stirnseitig geschlossen und andererseits mit dem Ansaugstutzen der Ölpumpe verbunden ist. Damit ergibt sich nur eine, nämlich die durch das drehbare Schließglied kontrollierte Ansaugöffnung für die Ölpumpe.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Durchflussöffnung des Ventilkörpers unterhalb des minimalen Ölstandes angeordnet. Der vorgegebene minimale Ölstand bestimmt somit die Anordnung des Ansaugventils bzw. der Ansaugöffnung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ansaugventil mit Schwimmer und
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2 einen Längsschnitt in der Ebene II-II durch das Ansaugventil.
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1 zeigt einen teilweise dargestellten Behälter 1, welcher bis zu einem minimalen Ölpegel oder Ölstand hmin mit Öl gefüllt ist. Bei dem Behälter 1 handelt es sich vorzugsweise um das Gehäuse oder die Ölwanne eines Getriebes, in welchem sich Zahnradstufen, Schaltelemente sowie eine nicht dargestellte Elektromaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges befinden. Das im Behälter 1 bzw. im Getriebegehäuse angesammelte Öl bildet den Ölsumpf 2 des Getriebes. Aus dem Ölsumpf 2 saugt eine nicht dargestellte Ölpumpe Öl an und verteilt es auf die einzelnen im Getriebe angeordneten Verbraucher – von dort läuft das Öl in den Ölsumpf 2 zurück. Beim Betrieb des Getriebes, vorzugsweise eines Automatgetriebes für Kraftfahrzeuge können sehr starke Schwankungen des Ölstandes auftreten. Um Pansch- und Schleppverluste möglichst gering zu halten, soll ein maximaler Ölstand hmax nicht überschritten werden. Zur Kontrolle und Einstellung des Ölstandes zwischen der vorgegebenen Untergrenze hmin und der vorgegebenen Obergrenze hmax ist ein Ansaugventil 3 im Behälter 1 angeordnet, und zwar auf Höhe des minimalen Ölstandes hmin. Das Ansaugventil 3 umfasst einen inneren, rohrförmig ausgebildeten Ventilkörper 4 sowie ein äußeres, ringförmig ausgebildetes Schließglied 5, welches auf dem Ventilkörper 4 drehbar angeordnet ist. Ein Schwimmer 6 ist über einen Hebelarm 7 mit dem ringförmigen Schließglied 5 verbunden. Bei sich änderndem Ölstand bewirkt der Schwimmer 6 eine Drehbewegung des Schließgliedes 5 in Richtung des Pfeils D gegenüber dem ortsfest angeordneten Ventilkörper 4. Bei maximalem Ölstand nimmt der Schwimmer die gestrichelt dargestellte Position 6’ ein. Im Ventilkörper 4 ist eine Durchflussöffnung 4a, und im Schließglied 5 ist eine Durchflussöffnung 5a angeordnet, welche durch Drehung des Schließgliedes 5 über die Durchflussöffnung 4a gebracht werden kann, sodass eine Fluidverbindung zum Inneren des Ventilkörpers 4 hergestellt ist.
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2 zeigt einen Längsschnitt entlang der Ebene II-II in 1 durch das Ansaugventil 3. Der Ventilkörper 4 ist rohrförmig ausgebildet und stirnseitig durch einen Stopfen 8 nach außen abgeschlossen. Der offene Querschnitt des Ventilkörpers 4 ist mit einem Ansaugstutzen 9 verbunden, welcher – was nicht dargestellt ist – über eine Ansaugleitung mit einer Ölpumpe verbunden ist. Die Durchflussöffnung 4a im Ventilkörper 4 ist in der dargestellten Position durch das ringförmige Schließglied 5 verschlossen. Ein Pfeil P kennzeichnet die Strömungsrichtung zur nicht dargestellten Ölpumpe.
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Im Folgenden wird die Funktion des erfindungsgemäßen Ansaugventils 3 in Verbindung mit dem Schwimmer 6 beschrieben:
Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist der Ölsumpf 2 den vordefinierten minimalen Ölstand hmin auf, d. h. der Schwimmer 6 befindet sich in seiner untersten Lage, der Ansaugquerschnitt für das Ansaugventil 3 ist geschlossen, da die Durchflussöffnung 4a durch das Schließglied 5 abgedeckt ist. Die nicht dargestellte Ölpumpe fördert daher kein Öl und kann auch keine Luft ansaugen. Der Ölspiegel kann daher nicht unter den minimalen Ölstand sinken. Steigt der Ölspiegel betriebsbedingt wieder an, so hebt sich der Schwimmer 6 und dreht das Schließglied entgegen dem Uhrzeigersinn, sodass sich die Durchflussöffnung 5a in Umfangsrichtung der Durchflussöffnung 4a nähert, bis eine zunächst teilweise und später vollständige Überdeckung erreicht wird. Sobald ein Ansaugquerschnitt freigegeben ist, beginnt die Ölpumpe wieder zu fördern, d. h. Öl aus dem Ölsumpf 2 abzusaugen, d. h. das Steigen des Ölspiegels wird gebremst. Sobald der Schwimmer 6 die dem maximalen Ölstand hmax entsprechende Schwimmerposition 6’ erreicht hat, ist der maximale Ansaugquerschnitt infolge vollständiger Überdeckung der Durchflussöffnungen 4a, 5a freigegeben, sodass die Pumpe ein maximales Volumen ansaugt. Dadurch wird ein weiteres Ansteigen des Ölspiegels verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälter
- 2
- Ölsumpf
- 3
- Ansaugventil
- 4
- Ventilkörper
- 4a
- Durchflussöffnung
- 5
- Schließglied
- 5a
- Durchflussöffnung
- 6, 6’
- Schwimmer
- 7, 7’
- Hebelarm
- 8
- Stopfen
- 9
- Ansaugstutzen
- hmin
- minimaler Ölstand
- hmax
- maximaler Ölstand
- D
- Drehrichtung
- P
- Strömungsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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