DE19950451A1

DE19950451A1 - Vorrichtung zur Schmierung eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE19950451A1
Application number: DE1999150451
Authority: DE
Inventors: Roland Altvater; Detlef Baasch; Uenal Gazyakan
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-10-20
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2001-04-26

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Schmierung eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Bei der Vorrichtung wird mit einer Pumpe das Öl aus einem von einer Ölwanne begrenzten Ölsumpf (1) des Getriebes zu Getriebebauteilen (6) in dem Getriebe gefördert. Hierbei wird das Öl bei einer Öltemperatur unterhalb eines Grenzwertes mit einer ersten Pumpe (2) gefördert, und bei einer Öltemperatur oberhalb des Grenzwertes wird eine zweite Pumpe (2') zugeschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmierung eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges nach der im Oberbe griff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.

Getriebe mit Zwangsschmierung sind hinreichend aus der Praxis bekannt. Dabei wird mit einer Pumpe aus einem Ölsumpf des Getriebes Öl entnommen und über Leitungen zu den zu schmierenden und zu kühlenden Stellen im Getriebe gefördert. Die Antriebsdrehzahl der Pumpe richtet sich hierbei immer nach der Eingangsdrehzahl beziehungsweise der Vorgelegewellendrehzahl des Getriebes, da die Pumpe in der Regel an das Getriebe angeflanscht ist und direkt vom Ge triebe mit angetrieben wird.

Die Erwärmung des Öls und des Getriebes erfolgt in Abhängigkeit von der Belastung des Getriebes, wobei sich nicht nur abhängig von der Drehzahl, sondern beispielsweise auch des Drehmomentes oder der Umgebungstemperatur eine mehr oder weniger starke Erwärmung des Öls und des Getrie bes ergibt. Insbesondere nach einem Fahrbeginn variiert das Erwärmungsverhalten erheblich. Bei niedrigen Umgebungstem peraturen z. B. erreichen das Getriebe und das darin befind liche Öl ihre Betriebstemperatur auch bei hohen Drehzahlen erst nach längerer Zeit. Die Drehzahl des Getriebes ist daher nur ein geringes Indiz für die Belastung des Getrie bes und die entstehende Verlustwärme, die durch das Öl ab geführt werden muß.

Nach einem Kaltstart, bei dem das Getriebeöl und das Getriebe selbst noch kalt sind, und mit einer Pumpe, die nach dem Verdrängerprinzip arbeitet, wie sie heutzutage in Getrieben in Serie verwendet wird, entsteht bei hohen Dreh zahlen eine große Ölfördermenge und somit auch hohe Drücke. Die gesamte Ölfördermenge, die sich dabei aus Schmier- und Kühlölmenge zusammensetzt, ist bei kalten Getrieben jedoch nicht in vollem Umfang notwendig.

Der Betrieb eines solchen Getriebes mit Zwangsschmie rung bei niedriger Betriebstemperatur weist dabei den Nach teil auf, daß in dem Getriebe durch eine nicht erforderlich große Menge an kaltem Öl mit hoher Viskosität erhöhte Wi derstandsmomente erzeugt werden, die wiederum zu einem er höhten Treibstoffverbrauch führen.

Es hat sich ebenso als nachteilig erwiesen, daß auf grund der Widerstandsmomente in dem Getriebe hohe Schalt kräfte zum Schalten erforderlich sind, wodurch der Schalt komfort nach einem Kaltstart beeinträchtigt wird.

Da bessere Schmierungsverhältnisse der Bauteile des Getriebes durch das Öl erst mit zunehmender Temperatur er zielt werden, und es erst ab einer bestimmten getriebespe zifischen Betriebstemperatur notwendig ist, mit der Kühlung des Getriebes zu beginnen, bewirkt eine unnötig große Öl- fördermenge während der Aufwärmphase des Getriebes sogar noch eine Kühlung, obwohl die Betriebstemperatur noch gar nicht erreicht ist. Somit wird die Aufwärmphase in nach teilhafter Weise verlangsamt.

Zur Beschleunigung der Aufwärmphase nach einem Kalt start ist aus der Praxis eine Lösung bekannt, bei der das Öl aus dem von einer Ölwanne begrenzten Ölsumpf des Getrie bes zu den Bauteilen gefördert wird, wobei der Ölsumpf hier aber wenigstens aus einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer gebildet ist, zwischen denen eine Verbindung für das Öl vorgesehen ist. Oberhalb der zweiten Kammer ist eine Ableiteinrichtung für wenigstens einen Teil des aus dem Getriebe in den Ölsumpf rückströmenden Öls angeordnet. In der Aufwärmphase wird dabei nur Öl aus der ersten Kammer entnommen und über eine Ableiteinrichtung auch nur dieser wieder zugeführt. Dadurch zirkuliert nur eine geringere Ölmenge, die sich schneller erwärmen kann, so daß die Kalt startprobleme zeitlich eingeschränkt werden können.

Eine solche Vorrichtung erfordert jedoch einen rela tiv hohen konstruktiven Aufwand. Ferner ergibt sich das Problem, daß sich das verwendete Öl zwar schneller erwärmen kann, aber die Pumpenleistung gleich bleibt. Somit wird auch hier anfangs bei einem Kaltstart zuviel Öl im Getriebe umgewälzt, wodurch Schaltprobleme auftreten können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugruh de, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der über einen relativ geringen konstruktiven Aufwand die Ölförder menge an die Bedingungen im Getriebe angepaßt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrich tung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil, daß für die Mindestölmengenförderung der Bauteile mit Schmieröl eine erste Pumpe eingesetzt wird. Dies bedeutet, daß in der Zeit, in der das Getriebe seine Betriebstempera tur noch nicht erreicht hat, die erste Pumpe nur eine Min destmenge Öl zu den Bauteilen des Getriebes fördern muß. Somit kann die erste Pumpe in vorteilhafter Weise eine nur sehr geringe Antriebsleistung bei einem kaltem Getriebe besitzen.

Bei dieser ersten Pumpe kann es sich in einer bevor zugten Ausführung der Erfindung um eine üblicherweise schon in Getrieben des Standes der Technik verwendete Verdränger pumpe mit geringer Ölförderleistung handeln.

Weiterhin kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisiert werden, daß sich im Getriebe nicht unnötiges Öl befindet, das im kalten Zustand eine hohe Viskosität auf weist. Damit können erhöhte Widerstandsmomente vermieden werden, welche ansonsten zu einem erhöhten Treibstoffver brauch und zu einer Beeinträchtigung des Schaltkomforts bei Startbedingungen führen.

Daneben wird mit dem erfindungsgemäßen Zwei-Pumpen- Konzept und der dadurch möglichen Einstellung einer ange paßten Ölfördermenge vermieden, daß durch eine zu große Ölfördermenge eine unerwünschte Kühlung eintritt, bevor die Betriebstemperatur des Getriebes erreicht ist.

Steigt die Temperatur des Getriebes, beziehungsweise des Getriebeöles an, dann wird die zweite Pumpe zur Kühlung der Bauteile zugeschaltet. Auch bei der zweiten Pumpe kann es sich bevorzugterweise wiederum um eine Verdrängerpumpe handeln. Ebenso kann es sich bei der zweiten Pumpe jedoch auch um eine Kreiselpumpe handeln, deren Ölfördervolumen dann sogar noch variiert werden kann.

Diese zweite Pumpe kann dabei vorzugsweise elektrisch angetrieben werden, während die erste direkt mit dem bzw. über das Getriebe angetrieben werden kann.

Wenn die erste Pumpe eine geringere Fördermenge auf weist, als die zweite Pumpe, kann insbesondere bei Kalt startbedingungen, die zweite Pumpe mit höherer Fördermenge abgeschaltet bleiben. Hat das Getriebe eine bestimmte Be triebstemperatur erreicht, weist das Öl eine deutlich ver ringerte Viskosität auf. Daher werden in dem Getriebe auch keine erhöhten Widerstandsmomente mehr erzeugt, so daß die zweite Pumpe mit höherer Fördermenge dazugeschaltet werden kann und dann ohne Beeinträchtigung des Treibstoffverbrau ches und des Schaltkomforts die übliche Ölmenge zugeführt werden kann.

Eine kleinere Pumpe besitzt auch stets eine geringere Antriebsleistung als eine Pumpe, die immer die maximale Ölmenge fördert, wodurch das gesamte Getriebe einen besse ren Wirkungsgrad aufweist.

Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Zwei- Pumpen-Konzept, bei dem im Normalbetrieb zwei Pumpen im Einsatz sind, auch die Sicherheit erhöht, da eine Schmie rung und Kühlung auch dann noch zumindest vorübergehend sichergestellt ist, wenn eine der beiden Pumpen ausfällt.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfol gend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Aus führungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Schmierung eines Getriebes, wobei zur Öl förderung zwei Pumpen vorgesehen sind;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor richtung zur Schmierung eines Getriebes mit zwei Pumpen; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor richtung zur Schmierung eines Getriebes, mit zwei Pumpen zur Ölförderung.

In den Fig. 1 bis Fig. 3 ist schematisiert eine Vor richtung zur Schmierung eines Getriebes eines Kraftfahrzeu ges dargestellt, wobei für funktionsgleiche Bauelemente aus Gründen der Übersichtlichkeit gleiche Bezugszeichen verwen det werden. Aus einem Ölsumpf 1 eines Getriebes führt je weils eine Ölleitung 3 bzw. 3' zu einer ersten Pumpe 2 und einer zweiten Pumpe 2'. Beide Pumpen 2, 2' fördern dabei Öl aus dem Ölsumpf 1 des Getriebes zu Verbrauchern bzw. Ge triebebauteilen 6 in dem Getriebe, die Getriebebauteile 6 sind in Fig. 1 nur symbolisch angedeutet.

Bei der ersten Pumpe 2 handelt es sich gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform um eine kleine Verdrängerpumpe, die von dem Getriebe durch Anflanschen an dieses mitange trieben wird, also einen Getriebeantrieb 7 aufweist und somit mit dem Start des Getriebes von Anfang an betrieben wird. Diese Pumpe 2 besitzt eine geringe Antriebsleistung und dient in erster Linie zum Schmieren der Getriebebautei le 6 nach einem Kaltstart. Eine Kühlung der Getriebebautei le 6 ist bei diesen Bedingungen noch nicht notwendig.

Steigt nun nach längerem Betrieb die Temperatur des Getriebes beziehungsweise des Getriebeöls auf einen vorge gebenen Grenzwert der Temperatur an, wird die zweite Pumpe 2', welche auch eine Verdrängerpumpe mit einer höheren För dermenge ist, nun insbesondere zur Kühlung der Getriebebau teile 6 zugeschaltet.

Diese zweite Pumpe 2' kann jedoch in einer alternati ven Ausführung ebenso als eine Kreiselpumpe ausgebildet sein.

Der Antrieb dieser zweiten Pumpe 2' erfolgt dabei be vorzugterweise über einen elektrischen Antrieb 4, wodurch der Einsatz der zweiten Pumpe 2' aktiv gesteuert werden kann.

Bezug nehmend auf Fig. 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung dargestellt, bei der die Zuschal tung der zweiten Pumpe 2' durch eine Kupplung 5 zwischen ihr und der ersten Ölpumpe 2 erfolgt. Die Kupplung 5 wird vorliegend nach Überschreiten des vordefinierten Grenzwer tes der Temperatur über eine externe Ansteuerung geschlos sen.

Selbstverständlich kann alternativ hierzu auch eine Verbindung über eine temperaturabhängige Kupplung vorgese hen sein. Eine solche temperaturabhängige Kupplung kann dann ähnlich wie eine Lüfterkupplung im Kraftfahrzeug aus gebildet sein, das heißt, daß mit steigender Temperatur mehr Moment übertragen wird und daher auch mehr Öl von der Pumpe 2' gefördert wird.

Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, kann insbesondere dann, wenn die Kupplung 5 extern angesteuert wird, die zweite Pumpe 2' die Befüllung eines Retarderkreislaufes 8 unterstützen, welcher ebenfalls nur symbolisch in der Zeichnung angedeutet ist.

Derartige Retarder werden durch Füllen und Entleeren eines beschaufelten Arbeitskreislaufs mit einem Betriebs fluid ein- oder ausgeschaltet, wobei die Verwendung von Retardern als verschleißfreie Dauerbremsen besonders vor teilhaft und daher häufig ist.

So sind Retarder als hydrodynamische Bremsen vorzugs weise bei Nutzfahrzeugen bekannt, die üblicherweise mit einer Rotoreinheit versehen sind, die mit dem Getriebe des Fahrzeugs verbindbar ist und zum Abbremsen des Fahrzeugs die mechanische Energie des Getriebes in die Energie einer Flüssigkeit umwandelt, die ihrerseits in der Rotoreinheit in Wärme umgesetzt wird, wodurch die gewünschte Bremskraft erzeugt wird. Damit ist ein verschleißfreies Bremsen ohne Abnutzung von Bremsbelägen oder dergleichen Verschleißteile möglich.

Der in Fig. 3 angedeutete hydrodynamische Retarder 8 ist in dem Getriebe integriert und wird von einer Getriebe abtriebswelle angetrieben, wobei das Betriebsfluid Öl aus dem Getriebeölsumpf 1 darstellt.

Soll nun die Pumpe 2' den Retarderkreislauf 8 unter stützen, so wird die Kupplung 5 bei einem Signal "Retarder Ein" geschlossen und ein Ventil 9, das dann geöffnet ist, gibt Öl von der zweiten Pumpe 2' zum Retarderkreislauf 8 frei. Das bedeutet, daß eine Retarderpumpe verhältnismäßig klein dimensioniert werden kann, weil die Befüllung durch die Pumpe 2' schnell erfolgt und dadurch der Retarder sein Bremsmoment schnell aufbaut. Dadurch wird für die Retarder pumpe auch nur ein geringer Bauraum benötigt.

Daneben ist auch die Wiederansprechzeit des Retarders beim Zuschalten der zweiten Pumpe 2' deutlich geringer, da innerhalb kurzer Zeit viel Öl in den Retarderkreislauf 8 gepumpt werden kann und so der Retarder schneller anspre chen kann.

Bezugszeichen

1

Ölsumpf

2

erste Pumpe

2

' zweite Pumpe

3

Ölleitung

3

' Ölleitung

4

elektrischer Antrieb

5

Kupplung

6

Getriebebauteile

7

Getriebeantrieb

8

Retarderkreislauf

9

Ventil

Claims

1. Vorrichtung zur Schmierung eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens einer Pumpe zum Fördern von Öl aus einem von einer Ölwanne begrenzten Ölsumpf des Ge triebes zu Bauteilen in dem Getriebe, dadurch ge kennzeichnet, daß das Öl bei einer Öltempera tur unterhalb eines Grenzwertes mit einer ersten Pumpe (2) gefördert wird und daß bei einer Öltemperatur oberhalb des Grenzwertes eine zweite Pumpe (2') zugeschaltet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste Pumpe (2) eine geringere Fördermenge aufweist als die zweite Pumpe (2').

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Pumpe (2') zur Befüllung eines Retarderkreislaufes (8) dient.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die zweite Pum pe (2') elektrisch angetrieben wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Pumpe (2) und die zweite Pumpe (2') über eine Kupplung (5) miteinander verbindbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kupplung (5) tempera turabhängig ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, da durch gekennzeichnet, daß die Kupplung (5) extern angesteuert ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Förder menge der Pumpe (2') durch die Art des Pumpenantriebs den Betriebsbedingungen des Getriebes angepaßt werden kann.