DE10034561A1

DE10034561A1 - Vorrichtung zum Steuern der Menge an Zahnradschmiermittel in Abhänigkeit von der Drehzahl

Info

Publication number: DE10034561A1
Application number: DE10034561A
Authority: DE
Inventors: Dennis A Kramer; Dale Bell; Ronald N Brissette; Christopher S Keeney; Brian J Mueller; Jack R Mckenzie
Original assignee: Meritor Heavy Vehicle Systems LLC
Current assignee: Meritor Heavy Vehicle Systems LLC
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2020-07-18
Also published as: JP2001056047A; DE10034561B4; US6299561B1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Steuern einer Schmiermittelmenge in einem Getriebegehäuse eines Kraftfahrzeugs, das einen Schmiermittel enthaltenden abgedichteten inneren Abschnitt aufweist. Ein Zahnrad ist drehbar in dem Gehäuse gelagert und dreht sich durch das Schmiermittel. Das Gehäuse umfaßt wenigstens eine an einem unteren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts befestigte Wand. Die Wand begrenzt einen ersten und zweiten Raum, wobei sich das Zahnrad in dem ersten Raum dreht und das Schmiermittel über die Wand in den zweiten Raum verdrängt, wenn sich das Zahnrad mit hoher Drehzahl dreht. In der Wand befindet sich eine Öffnung vorbestimmter Größe, durch die das Schmiermittel in einer Menge, die größer ist als die Verdrängungsmenge bei niedrigen Drehzahlen und kleiner ist als die Verdrängungsmenge bei hohen Drehzahlen, in den ersten Raum zurückfließen kann. Das Getriebe mit Gehäuse kann ein Achsgehäuse, ein Antriebsstrang oder sonstige Zahnräder mit Gehäuse sein.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Steuern der Menge an Getriebeschmiermittel in einem Getriebegehäuse in Abhängigkeit von der Drehzahl des Zahnrades.

Antriebsachsen und Getriebe haben normalerweise mehrere Zahn radsätze, die aus einem Ölsumpf oder -behälter einer Tauch schmierung unterzogen werden. Wenn sich die Zahnräder in dem Öl drehen, werden die Zahnräder und Lager mit dem umlaufenden Öl überzogen. Bei hohen Drehzahlen pumpen die Zahnräder im we sentlichen das Öl, so daß eine Kraft entsteht, die Energie- oder Scherverlusten in dem Fluid entspricht. Energieverluste führen zu einem höheren Kraftstoffverbrauch für das Fahrzeug. Durch ein Absenken der Fluidmenge in dem Getriebegehäuse wür den Verluste minimiert werden. Eine geringere Menge wäre je doch bei niedrigeren Drehzahlen nicht ausreichend für eine entsprechende Schmierung und Kühlung der Bauteile.

Es wurden Vorrichtungen zum Schmieren eines Kraftantriebs strangsystems und zum Einstellen der Drehzahl vorgeschlagen. Eine solche Vorrichtung arbeitet mit einer durch das Antriebs strangsystem angetriebenen aktiven mechanischen Pumpe, die ei nen Ölspeicher zum Speichern von Öl aufweist. Mit zunehmender Drehzahl des Antriebsstrangs wird das am Boden des Antriebs stranggehäuses liegende Öl in den Ölspeicher geschleudert, wo durch die Ölmenge in dem Gehäuse abnimmt. Wenn die Drehzahl des Antriebsstrangs abnimmt, pumpt die mechanische Pumpe das Öl aus dem Ölspeicher in das Gehäuse, um eine ausreichende Schmierung des Kraftantriebsstrangs sicherzustellen. Bei die ser Vorrichtung handelt es sich jedoch um eine aktive mechani sche Vorrichtung, die bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs zu erhöhten Kosten und einer mangelnden Zuverlässigkeit führt.

Somit besteht ein Bedarf an einer kostengünstigen und dennoch zuverlässigen Vorrichtung zur Minimierung von Scherverlusten in dem Schmieröl in einem Getriebegehäuse, ohne dabei die Bau teile bei einer niedrigen Drehzahl zu gefährden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Offenbart wird eine Vorrichtung zum Steuern einer Schmiermit telmenge in einem Getriebegehäuse eines Fahrzeugs mit einem abgedichteten inneren Abschnitt, in dem sich das Getriebe schmiermittel befindet. In einer offenbarten Ausführungsform ist das Getriebe mit Gehäuse eine Achse mit Achsgehäuse. In dem Achsgehäuse ist ein Zahnkranz drehbar gelagert, der sich durch das Schmiermittel dreht. Wenigstens eine Wand ist an ei nem unteren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts befe stigt. Die Wand begrenzt einen ersten und zweiten Raum, und der Zahnkranz dreht sich in dem ersten Raum und verdrängt das Schmiermittel über die Wand in den zweiten Raum, wenn sich der Zahnkranz mit hoher Drehzahl dreht. In der Wand befindet sich eine Öffnung vorbestimmter Größe, durch die das Schmiermittel in einer Menge, die größer ist als die Verdrängungsmenge bei niedrigen Drehzahlen und kleiner ist als die Verdrängungsmenge bei hohen Drehzahlen, in den ersten Raum zurückfließen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung eine zweite Wand, die an dem unteren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts befestigt ist und einen dritten Raum be grenzt. Der Zahnkranz dreht sich in dem ersten Raum zwischen der ersten und zweiten Wand und verdrängt das Schmiermittel über die erste und zweite Wand in den zweiten und dritten Raum, wenn sich der Zahnkranz mit hoher Drehzahl dreht. In der zweiten Wand befindet sich eine ähnliche Öffnung wie in der ersten Wand, damit das Schmiermittel in einer Menge, die grö ßer ist als die Verdrängungsmenge bei niedrigen Drehzahlen und kleiner ist als die Verdrängungsmenge bei hohen Drehzahlen, in den dritten Raum zurückfließen kann.

An den Wänden kann ein Absperrventil befestigt sein, das mit einem Steuergerät gekoppelt ist. Das Steuergerät steuert die Absperrventile automatisch auf und zu, um den Strom des Schmiermittels von dem zweiten und dritten Raum zurück in den ersten Raum zu steuern. Das Absperrventil kann ein elektroma gnetisch betätigtes Ventil sein, das über einen zwischen dem Steuergerät und dem Ventil gekoppelten Schalter betätigt wird. Das Ventilsteuergerät kann drehzahlabhängig sein. Ferner ist ein Temperaturfühler im unteren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts angeordnet, um eine Temperatur des Schmiermittels zur Verwendung beim Steuern der Absperrventile zu erfassen.

In einer zweiten Ausführungsform ist das Getriebe mit Gehäuse ein Antriebsstrang. Der oben offenbarte Wand- und Ventilaufbau wird hier ebenfalls verwendet.

Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine teilweise Schnittansicht eines Achsgehäuses mit den Dammwänden gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2a-2b sind teilweise Schnittansichten des Achsgehäuses zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Dammwände der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3a-3b sind teilweise Schnittansichten der Achsgehäusean ordnung zur Veranschaulichung der Funktionsweise der gesteuer ten Öffnungen der Dammwände der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht des elektromagnetisch ge steuerten Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 ist eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Anwen dung des erfindungsgemäßen aktiven Ölsumpfs.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Gemäß Fig. 1 endet eine Eingangswelle 70 einer Ausgleichsge triebeanordnung für eine Achse 36 in einem Hypoid- oder Kegel rad 72 mit einer Verzahnung 74, die in eine komplementär aus gebildete Verzahnung 76 an einem Zahnkranz 78 eingreift, der mit geeigneten Befestigungsmitteln 84 an einem Flansch 80 auf einem mittig angeordneten rohrförmigen Antriebselement 82 be festigt ist.

Ein konturiertes halbkreisförmiges unteres Gehäuse 86 erstreckt sich vorzugsweise über einen Umfang von 180° und schafft einen abgedichteten Innenraum 88, der ein Öl bzw. Zahnradschmiermittel 90 von geeignetem Gewicht enthält, das die ineinandergreifenden Zähne 74 und 76 der Zahnräder 72 und 78 entsprechend schmiert, während sie sich drehen. Das Öl bzw. Getriebeschmiermittel 90 ist vorzugsweise Öl der Klasse SAE 80 oder SAE 90, kann aber auch viel leichter sein wie zum Beispiel SAE 30 oder SAE 40, je nach der Art der Zahnräder, der Umgebungs- und Betriebstempera tur und anderen Betriebsbedingungen.

Um Scherverluste zu minimieren, ist wenigstens eine Dammwand 92 in dem unteren Gehäuse 86 vorgesehen, eine auf jeder Seite des Zahnkranzes 78. Jede der Wände 92 kann mit dem Boden des unte ren Gehäuses 86 vergossen sein oder mit Hilfe anderer geeigne ter Befestigungsmittel wie zum Beispiel Schweißen, Schrauben, Niete oder Bolzen daran befestigt sein. Jede der Wände 92 weist eine Öffnung 94 auf, die so bemessen ist, daß das Öl mit einer Geschwindigkeit zurückfließen kann, die bei niedrigen Drehzah len größer ist als die Pumpwirkung und bei hohen Drehzahlen kleiner ist als die Pumpwirkung der Zahnräder.

In Fig. 2a und 2b ist veranschaulicht, wie die Dammwände 92 Scherverluste minimieren. Bei hohen Drehzahlen wird die Fluid menge des Getriebeschmiermittels 90 in dem Bereich zwischen den Wänden abgesenkt, da der Zahnkranz 78 das Schmiermittel 90 aus dem Dammbereich 96 herausschleudert, wie in Fig. 2b gezeigt. Bei niedrigeren Drehzahlen kann das Schmiermittel 90 über die Öffnungen 94 in den Wänden 92 zu dem Dammbereich 96 zurückkeh ren, wie in Fig. 2a gezeigt. Bei hohen Drehzahlen wird das Schmiermittel 90 also schneller gepumpt als es zurückfließt.

Eine alternative Ausführungsform ist in Fig. 3a-3b veranschau licht. Hier sind Absperrventile 98 vorgesehen, um den Rücklauf des Schmiermittels 90 in den Dammbereich 96 zu steuern, nach dem es bei hoher Drehzahl herausgeschleudert wurde. Bei hoher Drehzahl werden die Absperrventile 98 geschlossen, um die Men ge des Schmiermittels 90 in dem Dammbereich 96 auf einem Mini mum zu halten, so daß Scherverluste minimiert werden. Bei niedriger Drehzahl werden die Absperrventile 98 jedoch über einen Elektromagneten 100 geöffnet, damit das Schmiermittel 90 in den Dammbereich 96 zurückfließen kann. Der Elektromagnet 100 mit dem Schalter 102 kann von Hand oder automatisch durch einen Mikroprozessor 50 gesteuert werden, wie in Fig. 2 und 4 schematisch dargestellt.

Die Absperrventile 98 werden in Abhängigkeit von der durch ei nen Sensor (nicht dargestellt) in Verbindung mit der Eingangs welle 70 ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit sowie in Abhän gigkeit von der durch den Temperaturfühler 104 gemäß Fig. 1 ermittelten Temperatur des Schmiermittels 90 gesteuert. Je schneller die Geschwindigkeit und je höher die Temperatur, um so mehr werden die Absperrventile 98 geschlossen und umge kehrt. Das heißt, bei höherer Geschwindigkeit und/oder höherer Temperatur werden die Absperrventile 98 so gesteuert, daß sie die Öffnungen 94 verengen, um den Ölrücklauf auf eine Menge zu begrenzen, die kleiner ist als die Pumpwirkung des Zahnrades. Bei niedrigerer Geschwindigkeit und/oder niedrigerer Tempera tur werden die Absperrventile 98 so gesteuert, daß sie die Öffnungen 94 möglichst weit öffnen, damit Öl in einer Menge zurückfließen kann, die größer ist als die Pumpwirkung des Zahnrades. Das Öffnen und Schließen der Absperrventile 98 kann linear oder über Impulsbreitenmodulation gesteuert werden.

Anhand von Fig. 5 ist nun eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Anwendung des erfindungsgemäßen aktiven Ölsumpfes der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform kann das Getriebegehäuse ein Antriebsstranggehäuse oder ein Verteilergetriebe mit einer Eingangswelle 106 und einer Vorge legewelle 108 sein. Die Eingangswelle 106 umfaßt ein erstes und ein zweites Zahnrad 110 bzw. 112, die den jeweiligen Vor gelegewellenrädern 114 bzw. 116 entsprechen und in diese ein greifen. Bei dieser Ausführungsform sind Dammwände 92 auf je der Seite der Vorgelegewellenräder 114, 116 vorgesehen. Wie oben erläutert, umfaßt jede der Dammwände 92 eine Öffnung 94 mit einer vorbestimmten Größe, damit das Schmiermittel in ei ner Menge, die größer ist als die Verdrängungsmenge bei nied rigen Drehzahlen und kleiner ist als die Verdrängungsmenge bei hohen Drehzahlen, in den Ölsumpf oder -behälter zurückfließen kann. Wie bei der Ausführungsform mit dem Achsgehäuse kann diese Anwendung auch Absperrventile 98 umfassen, die den Strom des Getriebeschmiermittels durch die Öffnungen 94 einschränken oder zulassen. Diese Ausführungsform würde im wesentlichen wie die frühere Ausführungsform funktionieren.

Es wurden bevorzugte Ausführungsformen offenbart. Ein Fachmann würde jedoch erkennen, daß Modifikationen im Rahmen der Erfin dung liegen würden. Die folgenden Ansprüche sollten also stu diert werden, um den Umfang und Inhalt dieser Erfindung fest zustellen.

Claims

1. Vorrichtung zum Steuern der Menge an Getriebeschmiermittel in einem Getriebegehäuse eines Fahrzeugs, welche folgendes um faßt:
ein Gehäuse mit einem Schmiermittel enthaltenden abgedichteten inneren Abschnitt und einem in dem Gehäuse drehbar gelagerten Zahnrad, das sich durch das Schmiermittel dreht;
wobei das Gehäuse eine an einem unteren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts befestigte erste Wand aufweist, die einen ersten und zweiten Raum begrenzt, wobei sich das Zahnrad in dem ersten Raum dreht und das Schmiermittel über die erste Wand in den zweiten Raum verdrängt, wenn sich das Zahnrad mit hoher Drehzahl dreht, wobei die erste Wand eine Öffnung von vorbestimmter Größe aufweist, damit das Schmiermittel in einer Menge, die größer ist als die Verdrängungsmenge bei niedrigen Drehzahlen und kleiner ist als die Verdrängungsmenge bei hohen Drehzahlen, in den ersten Raum zurückfließen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner folgendes um faßt:
ein erstes Absperrventil, das an der ersten Wand befestigt ist; und
ein Steuergerät, welches das erste Absperrventil auf und zu steuert, um den Strom von Schmiermittel von dem zweiten Raum zurück in den ersten Raum zu steuern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das erste Absperrven til ein elektromagnetisch betätigtes Ventil ist und die Vor richtung ferner einen Schalter umfaßt, der zwischen dem Steu ergerät und dem elektromagnetisch betätigten Ventil gekoppelt ist, um das elektromagnetisch betätigte Ventil entsprechend dem Steuergerät zu betätigen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, welche ferner einen im unte ren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts angeordneten Temperaturfühler umfaßt, der beim Steuern des ersten Absperr ventils eine Temperatur des Schmiermittels erfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner folgendes um faßt: eine an dem unteren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts befestigte zweite Wand, die einen dritten Raum begrenzt, wobei sich das Zahnrad in dem ersten Raum zwischen der ersten und zweiten Wand dreht und das Schmiermittel über die erste und zweite Wand in den zweiten und dritten Raum verdrängt, wenn sich das Zahnrad mit hoher Drehzahl dreht, wobei die zweite Wand eine Öffnung von vorbestimmter Größe aufweist, damit das Schmiermittel in einer Menge, die größer ist als die Verdrän gungsmenge bei niedrigen Drehzahlen und kleiner ist als die Verdrängungsmenge bei hohen Drehzahlen, in den dritten Raum zurückfließen kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, welche ferner folgendes um faßt:
ein zweites Absperrventil, das an der zweiten Wand befestigt ist; und
ein Steuergerät, welches das zweite Absperrventil auf und zu steuert, um den Strom von Schmiermittel von dem dritten Raum zurück in den ersten Raum zu steuern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der das zweite Absperr ventil ein elektromagnetisch betätigtes Ventil ist und die Vorrichtung ferner einen zweiten Schalter umfaßt, der zwischen dem Steuergerät und dem elektromagnetisch betätigten Ventil gekoppelt ist, um das elektromagnetisch betätigte Ventil ent sprechend dem Steuergerät zu betätigen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, welche ferner einen im unte ren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts angeordneten Temperaturfühler umfaßt, der beim Steuern des zweiten Absperr ventils eine Temperatur des Schmiermittels erfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Zahnrad Teil ei ner Achse ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Getriebe Teil ei nes Antriebsstrangs ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Zahnrad Teil ei nes Verteilergetriebes ist.