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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermoventil zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug-Getriebe. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Thermoventil.
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Die
US 2015/0285369 A1 beschreibt ein aktives thermisches hydraulisches Steuersystem für ein Getriebe. Das Getriebe weist einen Ölsumpf, ein Ölreservoir an der Seite des Getriebes sowie ein Ventil auf. Durch das Ventil ist ein Ölfluss zwischen Ölsumpf und Ölreservoir steuerbar. Dazu weist das Ventil einen mit Wachs gefüllten Behälter sowie eine elektrische Heizspule als Wärmequelle auf. Durch Stromzufuhr zur Heizspule wird das Wachs im Behälter erwärmt und dehnt sich aus. Durch diese Wärmeausdehnung wird das Ventil betätigt.
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Eine derartiges aktiv steuerbares System ist technisch aufwändig, da eine eigene elektrische Leitung für die Stromzufuhr zur Heizspule erforderlich ist. Bei Ausfall der Heizspule, beispielsweise durch einen Kurzschluss, ist die Funktionsfähigkeit des Ventils stark eingeschränkt.
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Die
DE 10 2017 106 474 A1 beschreibt eine temperaturempfindliche Ventileinrichtung, um ein Schmieröl in Abhängigkeit der Temperatur aus einem Ölkanal nach außen abzugeben. Eine solche Ventilvorrichtung benötigt keine zusätzliche Wärmequelle zur Steuerung. Allerdings führt die alleinige Abhängigkeit von der Temperatur zur einer eingeschränkten Regelbarkeit.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Thermoventil bereitzustellen, welches eine gute Regelbarkeit des Ölflusses von Öl aus einem Ölreservoir in den Ölsumpf eines Getriebes ermöglicht, und dabei ohne aktiv steuerbare Elemente auskommt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Thermoventil vorgeschlagen, welches für die Anwendung in einem Kraftfahrzeug-Getriebe geeignet ist. Das Thermoventil weist eine Hülse, ein Wachs-Element, einen innerhalb der Hülse geführten Kolben sowie eine Feder auf. Der Kolben ist mit dem Wachs-Element verbunden. Die Feder belastet den Kolben in Richtung des Wachs-Elements. Dehnt sich das Wachs-Element aufgrund steigender Temperatur aus, so wird der Kolben durch die Wärmeausdehnung des Wachs-Elements gegen die Kraft der Feder verschoben. Abhängig von einem Hub des Kolbens kann derart eine erste Öffnung in der Hülse durch den Kolben freigegeben oder verschlossen werden.
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Erfindungsgemäß weist die Hülse eine zweite Öffnung auf, welche versetzt zur ersten Öffnung angeordnet ist. Abhängig von einem Hub des Kolbens kann die zweite Öffnung durch den Kolben freigegeben oder verschlossen werden. Die erste und die zweite Öffnung wirken als Einlassöffnungen für Öl in einen Hohlraum der Hülse, sodass der Eintritt von Öl in den Hohlraum abhängig ist von der Temperatur des Wachselements und von einem Ölstand, welcher die Hülse umgibt. Durch eine derartige Gestaltung des Thermoventils wird also nicht nur temperaturabhängig ein Ölkanal freigegeben oder verschlossen. Vielmehr wird durch die Gestaltung des Thermoventils eine stufenweise, temperaturabhängige Steuerung eines Ölstands ermöglicht.
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Vorzugsweise weist die Hülse eine dritte Öffnung auf, welche versetzt zur ersten und zweiten Öffnung angeordnet ist. Abhängig von einem Hub des Kolbens kann die dritte Öffnung durch den Kolben freigegeben oder verschlossen werden. Auch die dritte Öffnung wirkt als Einlassöffnung für Öl in den Hohlraum der Hülse. Durch eine derartige Gestaltung ist eine dreistufige temperaturabhängige Steuerung des Ölstands möglich, welcher die Hülse umgibt.
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Vorzugsweise sind der Kolben und die Hülse derart ausgestaltet, dass die Anzahl der Öffnungen in der Hülse, welche durch den Kolben zum Einlass von Öl in den Hohlraum der Hülse freigegeben sind, mit steigender Temperatur sinkt. In anderen Worten wird der Kolben durch das sich bei steigender Temperatur ausdehnende Wachs-Element in der Hülse verschoben, sodass zuerst die erste Öffnung, dann die zweite Öffnung, und falls vorhanden die dritte Öffnung durch den Kolben verschlossen wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Hülse an einem freien Ende eine zusätzliche Öffnung auf. Die zusätzliche Öffnung wirkt als Überlauf-Einlassöffnung für Öl in den Hohlraum der Hülse, und zwar unabhängig von einem Hub des Kolbens. Derart kann ein maximaler Ölstand in jenem Raum eingestellt werden, in dem die Hülse angeordnet ist, und zwar unabhängig von einer Temperatur.
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Vorzugsweise weist das Thermoventil eine Auslassöffnung auf, welche zum Auslass von Öl aus dem Hohlraum der Hülse eingerichtet ist. Die Auslassöffnung kann in der Hülse angeordnet sein.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung wird die Auslassöffnung durch eine Steuerfläche des Kolbens freigegeben oder verschlossen, und zwar abhängig von dem temperaturabhängigen Hub des Kolbens. Durch eine solche Ausführung kann ein Durchfluss von Öl durch das Thermoventil abgesperrt werden, beispielsweise wenn die Ausdehnung des Wachs-Elements aufgrund steigender Temperatur einen Grenzwert überschreitet.
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Vorzugsweise ist am Außenumfang der Hülse ein Dichtelement angeordnet, und zwar an einer Position zwischen der ersten Öffnung und der Auslassöffnung. Dadurch kann ein Bypass von Öl um das Thermoventil herum vermieden, oder zumindest reduziert werden.
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Das Thermoventil kann Bestandteil eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug sein, beispielsweise ein Automatikgetriebe, ein automatisiertes Getriebe, ein Doppelkupplungsgetriebe oder ein stufenloses CVT-Getriebe. Ein solches Getriebe weist einen Ölsumpf und ein räumlich oberhalb des Ölsumpfs angeordnetes Ölreservoir auf. Die Dichte von Öl ist stark temperaturabhängig, sodass der Ölstand im Ölsumpf von der Temperatur des Öls abhängig ist. Das Thermoventil ist zur temperaturabhängigen und füllstandsabhängigen Steuerung eines Ölflusses von Öl aus dem Ölreservoir in den Ölsumpf vorgesehen. Durch das Ölreservoir kann der Ölstand im Ölsumpf reduziert werden, sodass auch bei sehr warmem Öl sichergestellt ist, dass keine rotierenden Teile des Getriebes in den Ölsumpf eintauchen. Bei kaltem Öl kann das Ölreservoir mittels des Thermoventils in Richtung des Ölsumpfs entleert werden, sodass aufgrund des Ölstands im Ölsumpf sichergestellt ist, dass keine Luft in das Hydrauliksystem des Getriebes angesaugt wird. Die Befüllung des Ölreservoirs kann durch ein gezieltes Befüllen durch das Hydrauliksystem und/oder durch Auffangen von Öl erfolgen, welches durch rotierende Teile des Getriebes abgeschleudert wurde.
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Vorzugsweise sind die erste und zweite Öffnung - und falls vorhanden, auch die dritte Öffnung - dem Ölreservoir zugeordnet, sodass Öl aus dem Ölreservoir durch die erste, die zweite und gegebenenfalls die dritte Öffnung in den Hohlraum der Hülse gelangen kann. Die Auslassöffnung ist vorzugsweise dem Ölsumpf zugeordnet.
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Das Dichtelement ist vorzugsweise zur Abdichtung eines Spalts zwischen dem Ölreservoir und dem Ölsumpf angeordnet. Dadurch kann ein das Thermoventil umgehender Ölfluss von dem Ölreservoir in den Ölsumpf vermieden, oder zumindest verringert werden. Der Spalt kann beispielsweise ein ringförmiger Spalt sein, welcher zwischen einer Öffnung im Gehäuse des Getriebes und der Hülse des Thermoventils besteht.
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Vorzugsweise ist das Wachs-Element an jenem Ende des Thermoventils angeordnet, welches dem Ölsumpf zugeordnet ist. Dadurch ist die Charakteristik des Thermoventils vorrangig von der Temperatur des Öls im Ölsumpf abhängig. Somit ist der Ölstand im Ölreservoir abhängig von der Temperatur des Öls im Ölsumpf einstellbar.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug;
- 2 bis 4 jeweils eine Detailansicht eines solchen Getriebes; sowie
- 5 eine Schnittansicht eines Thermoventils des Getriebes.
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1 zeigt schematisch ein Getriebe G für ein Kraftfahrzeug. Das Getriebe G weist eine Eingangswelle GW1 und eine Ausgangswelle GW2 auf, welche über einen schematisch dargestellten Radsatz RS miteinander verbunden sind. Der Radsatz RS kann beispielsweise Stirnradstufen und/oder Planetenradsätze aufweisen, welche mit in 1 nicht dargestellten Schaltelementen zusammenwirken, um das Verhältnis von Drehzahl und Drehmoment zwischen der Eingangswelle GW1 und der Ausgangswelle GW2 zu verändern. Der Radsatz RS ist von einem Gehäuse GG umschlossen.
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Um Elemente des Radsatzes RS zu schmieren und/oder zu kühlen wird dem Radsatz RS Öl zugeführt. Dazu ist eine Pumpe P vorgesehen, welche von der Eingangswelle GW1 angetrieben wird und Öl aus einem Ölsumpf S durch einen Filter F ansaugt und dem Radsatz RS zuführt. Mittels der Pumpe P kann auch eine in 1 nicht dargestellte hydraulische Aktuatorik des Getriebes G mit Öldruck versorgt werden, beispielsweise zur Betätigung der Schaltelemente. Ein Teil des dem Radsatz RS zugeführten Öls fließt getrieben durch die Schwerkraft wieder zurück in den Ölsumpf S. Der übrige Teil wird durch ein Ölreservoir R aufgefangen, welches räumlich oberhalb des Ölsumpfs S angeordnet ist. Beispielsweise kann das Ölreservoir R durch Öl befüllt werden, welches von rotierenden Elementen des Radsatzes RS abgeschleudert wird. Ein solches Befüllen des Ölreservoirs R ist in 1 durch einen Pfeil schematisch dargestellt.
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Der in 1 dargestellte Aufbau des Getriebes G ist nur beispielhaft anzusehen. So könnte die Pumpe P an anderer Stelle im Getriebe G angeordnet sein. Die Pumpe P könnte mittels eines Elektromotors angetrieben werden. Eingangswelle GW1 und Ausgangswelle GW2 könnten achsparallel zueinander angeordnet sein.
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Um einen zuverlässigen Betrieb des Getriebes G gewährleisten zu können, ist es wesentlich dass der Ölstand im Ölsumpf S nicht zu gering ist. Denn saugt die Pumpe P durch den Filter F Luft an, so kann es zu Mangelschmierung und somit zu einer Fehlfunktion des Getriebes G kommen. Ein zu hoher Ölstand im Ölsumpf S kann aber dazu führen, dass rotierende Elemente des Radsatzes RS in das Öl im Ölsumpf S eintauchen und dabei das Öl verschäumen. Dadurch kann der Ölstand im Ölsumpf S weiter ansteigen, und somit die Schleppverluste des Getriebes G erhöhen.
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Der Ölstand im Ölsumpf S ist von der Temperatur des Öls abhängig, da die Dichte des Öls temperaturabhängig ist. Der Ölstand im Ölsumpf S sollte also einerseits bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise -40 Grad Celsius, noch ausreichend hoch sein, um ein Luftansaugen durch die Pumpe P zu vermeiden. Andererseits sollte der Ölstand im Ölsumpf S bei hohen Betriebstemperaturen, beispielsweise +90 Grad Celsius, niedrig genug sein, um ein Eintauchen von rotierenden Elementen des Radsatzes RS in das Öl im Ölsumpf S zu vermeiden.
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Um dieses Ziel zu erreichen ist ein Thermoventil V vorgesehen, welches einen Ölfluss von Öl aus dem Ölreservoir R in den Ölsumpf S steuert. Die Funktionsweise des Thermoventils V im Getriebe G ist anhand 2 bis 5 detailliert beschrieben.
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2 zeigt eine Detailansicht des Getriebes G im Bereich der Ausgangswelle GW2. Eine Basis VB des Thermoventils V ist über eine Aufnahme A mit dem Gehäuse GG verbunden. Die Basis VB ist im Ölsumpf S angeordnet. Ausgehend von der Basis VB erstreckt sich eine Hülse VH in das Ölreservoir R. In jenem Abschnitt der Hülse VH, welcher im Ölreservoir R angeordnet ist, weist die Hülse VH eine Öffnung VE1, eine Öffnung VE2 und eine Öffnung VE3 auf. In jenem Abschnitt der Hülse VH, welcher dem Ölsumpf S zugeordnet ist, weist die Hülse VH eine Auslassöffnung VA auf. Die Öffnungen VE1, VE2, VE3 wirken als Eingangsöffnungen von Öl aus dem Ölreservoir R in das Thermoventil V. Die Auslassöffnung VA wirkt als Auslassöffnung von Öl aus dem Thermoventil V in den Ölsumpf S.
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Innerhalb der Hülse VH ist ein in 2 nicht sichtbarer Kolben VK angeordnet, welcher temperaturabhängig die Öffnungen VE1, VE2, VE3 freigibt oder verschließt. Dazu ist der Kolben VK mit einem in 2 nicht sichtbarem Wachs-Element VW verbunden. Dehnt sich das Wachs-Element VW aufgrund steigender Temperatur aus, so wird der Kolben VK nach oben verschoben, sodass zunächst die Öffnung VE1, anschließend die Öffnung VE2, und schließlich die Öffnung VE3 verschlossen wird.
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In der Darstellung gemäß 2 sind die Öffnungen VE1, VE2 durch den Kolben VK verschlossen, sodass durch die Öffnungen VE1, VE2 kein Öl aus dem Ölreservoir R in das Thermoventil V hineinfließen kann. Der Ölstand im Ölreservoir R ist unterhalb der noch freigegebenen Öffnung VE3. nN diesem Zustand fließt kein Öl aus dem Ölreservoir R in den Ölsumpf S.
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3 zeigt eine Detailansicht des Getriebes G im Bereich der Ausgangswelle GW2, welche im Wesentlichen der Darstellung gemäß 2 entspricht. Der Ölstand im Ölreservoir R ist nun höher, sodass der Ölstand die Unterkante der Öffnung VE3 erreicht. Die Öffnung VE3 ist durch den Kolben VK nicht verschlossen, sodass Öl aus dem Ölreservoir R durch die Öffnung VE3 in das Thermoventil V fließt, und derart durch die Auslassöffnung VA in den Ölsumpf S abfließt. Der Ölfluss ist durch einen Pfeil schematisch dargestellt.
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4 zeigt eine Detailansicht des Getriebes G im Bereich der Ausgangswelle GW2, welche im Wesentlichen der Darstellung gemäß 2 entspricht. Der Ölstand im Ölsumpf S ist nun geringer, da die Temperatur des Öls im Ölsumpf S sehr gering ist. In diesem Zustand sind die Öffnungen VE1, VE2, VE3 durch den Kolben VK freigegeben, sodass sich ein sehr geringer Ölstand im Ölreservoir R einstellt. Der Ölfluss durch die Öffnung VE1 durch das Thermoventil V in den Ölsumpf S ist durch einen Pfeil schematisch dargestellt.
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5 zeigt eine Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel des Thermoventils V und dessen Anordnung im Getriebe G. Das Thermoventil V ist an der Basis VB über eine Schraube B mit der Aufnahme A am Gehäuse GG des Getriebes G befestigt. In der Basis VB ist ein Deckel VC vorgesehen, an dem sich das Wachs-Element VW abstützt. Ausgehend von der Basis VB erstreckt sich die Hülse VH durch eine Öffnung im Gehäuse GG in das Ölreservoir R. Am Außenumfang der Hülse VH ist ein Dichtelement VD in Form eines O-Rings vorgesehen, um den ringförmigen Spalt zwischen der Öffnung im Gehäuse GG und der Hülse VH abzudichten. Dadurch wird vermieden, dass Öl aus dem Ölreservoir R vorbei am Thermoventil V in den Ölsumpf S gelangt.
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An dem der Basis VB gegenüberliegende Ende des Wachs-Elements VW ist der Kolben VK mit dem Wachs-Element VW verbunden. Der Kolben ist im Hohlraum VI der Hülse VH geführt, und ist über eine Feder VF in Richtung des Wachs-Elements VW vorgespannt. Dehnt sich das Wachs-Element VW aufgrund einer Temperaturerhöhung aus, so wird der Kolben VK gegen die Kraft der Feder VF nach oben verschoben. Zieht sich das Wachs-Element VW aufgrund einer sinkenden Temperatur zusammen, so wird der Kolben VK mittels der Feder VF nach unten verschoben.
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Abhängig von der Ausdehnung des Wachs-Elements VW verschließt der Kolben VK die Öffnungen VE1, VE2 und VE3. In der Darstellung gemäß 5 sind die beiden Öffnungen VE1 und VE2 durch den Kolben VK verschlossen, sodass Öl aus dem Ölreservoir R erst bei Erreichen der Unterkante von Öffnung VE3 in einen Hohlraum VI der Hülse VH hineinfließen kann. Gelangt Öl aus dem Ölreservoir R in den Hohlraum VI, so fließt das Öl durch Bohrungen VX im Kolben VK aus dem Kolben VK heraus, und von dort durch die Auslassöffnung VA der Hülse VH in den Ölsumpf S.
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Das Thermoventil V gemäß der in 5 dargestellten Ausführung weist eine Öffnung VE4, welche am freien Ende der Hülse VH angeordnet ist. Die Öffnung VE4 wirkt als Überlauf, sodass Öl aus dem Ölreservoir R unabhängig von der Position des Kolbens VK in den Hohlraum VI gelangen kann.
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Der Kolben VK weist im Bereich der Schnittstelle zum Wachs-Element VW eine Steuerfläche VKE auf. Bei besonders hohen Temperaturen dehnt sich das Wachs-Element VW derart weit aus, dass die Steuerfläche VKE die Auslassöffnung VA verschließt, sodass der Abfluss von Öl aus dem Ölreservoir R in den Ölsumpf S durch das Thermoventil V versperrt ist.
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Die Begriffe „freigeben“, „verdecken“ und „verschließen“ der Öffnungen VE1, VE2, VE3, VA durch den Kolben VK sind so zu verstehen, dass ein freier Ölfluss durch diese Öffnungen ermöglicht, bzw. versperrt wird. Selbstverständlich ist darunter nicht zu verstehen, dass es zu einem vollständiges Absperren, bzw. Verschließen des Ölflusses durch die Öffnungen VE1, VE2, VE3, VA kommen muss. Im verdeckten oder verschlossenen Zustand der Öffnungen VE1, VE2, VE3, VA kann es zu Leckage durch diese Öffnungen VE1, VE2, VE3, VA kommen.
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Bezugszeichenliste
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- G
- Getriebe
- GW1
- Eingangswelle
- GW2
- Ausgangswelle
- GG
- Gehäuse
- A
- Aufnahme
- RS
- Radsatz
- S
- Ölsumpf
- R
- Ölreservoir
- P
- Pumpe
- F
- Filter
- V
- Thermoventil
- VB
- Basis
- B
- Schraube
- VC
- Deckel
- VW
- Wachs-Element
- VK
- Kolben
- VX
- Bohrung
- VF
- Feder
- VKE
- Steuerfläche
- VH
- Hülse
- VI
- Hohlraum
- VE1
- Erste Öffnung
- VE2
- Zweite Öffnung
- VE3
- Dritte Öffnung
- VE4
- Zusätzliche Öffnung
- VA
- Auslassöffnung
- VD
- Dichtelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0285369 A1 [0002]
- DE 102017106474 A1 [0004]
