DE10151019A1 - Getriebeeinheit mit verschieden hohen Ölspiegeln - Google Patents

Abstract

Eine Getriebeeinheit besteht aus mehreren Baugruppen, die in Gehäuseteilen (6, 7, 8, 9, 10) mit verschieden hohen Ölspiegeln (11, 16, 17, 20, 21) angeordnet sind und hat einen Ölkreislauf, der eine Ölpumpe (30), diverse Verbraucher (31) und einen Rücklauf (53) in einen der Gehäuseteile aufweist. Um die tieferen Spiegel nicht zu überschreiten ist in mindestens einem Gehäuseteil (6, 10) mit tieferem Ölspiegel (20, 16) ein Saugrohr (33, 34) angeordnet, das zu einem Rücklauf (53) des Ölkreislaufes angeordneten Ejektor (32, 60) führt. Von dem Ölkreislauf zweigt im Rücklauf (53) zwischen den Steuerventilen (51) und dem Ejektor (32, 60) eine Schmierölleitung (54) ab.

Description

Die Erfindung handelt von einer Getriebeeinheit bestehend aus mehreren Baugruppen, die in Gehäuseteilen mit verschieden hohen Ölspiegeln an­ geordnet sind und mit einem Ölkreislauf, der eine Ölpumpe, diverse Ver­ braucher und einen Rücklauf in einen der Gehäuseteile aufweist. Derartige Getriebeeinheiten finden vor allem in Kraftfahrzeugen und in mobilen Ar­ beitsmaschinen Verwendung.

Die Baugruppen der Getriebeeinheit können sein: Schaltgetriebe; Bereichs­ getriebe; Achsantriebe mit Differential; nasse Bremsen. Die Verbraucher können unter anderem sein: Nebenantriebe; Hubwerke; Betätigungseinrich­ tungen für diverse Funktionen, auch für einzelne Baugruppen der Getriebe­ einheit, beispielsweise hydraulisch betätigte Kupplungen für diese; und Schmierungen.

Die Ölpumpe ist entweder fremdangetrieben (vom Antriebsmotor des Fahr­ zeuges oder von einer eigenen Energiequelle) oder von einem Bauteil der Getriebeeinheit aus. Die läuft in der Regel permanent mit und ist für die Versorgung der diversen Verbraucher mit Öl hohen Druckes dimensioniert. Druck und Menge des Rücklaufes schwanken dadurch sehr stark. Für die Schmierung und Kühlung der Baugruppen der Getriebeeinheit ist deshalb meist eine eigene Schmierölpumpe vorgesehen.

In den einzelnen Baugruppen der Getriebeeinheit sind jeweils andere Öl­ spiegel erwünscht, um Plantschverluste zu minimieren. Die Zufuhr von Öl zu den Gehäuseteilen mit tieferem Spiegel erfolgt über in geeigneter Höhe angeordnete Öffnungen in den Gehäusewänden. Aus dem Gehäuseteil mit dem tiefsten Spiegel kann aber kein Öl abfließen. Erschwerend ist, dass bei Vorhandensein hydraulisch betätigter Kupplungen auch von diesen Öl ab­ fließt und den dortigen Spiegel zum Steigen bringt.

Aus der EP 159 105 A2 ist es bekannt, diese Schwierigkeit dadurch zu meistern, dass in den Gehäuseteil mit dem tiefsten Spiegel von einem ei­ gens dazu vorgesehenen Kompressor Luft eingeblasen wird. Durch den so erzeugten Überdruck in dem einen Gehäuseteil wird Öl in Rohr und weiter in einen anderen Gehäuseteil gedrückt. Der Mund des Rohres ist in der Hö­ he des gewünschten Spiegels. Das ist nachteilig, weil zu diesem Zweck ein eigener Luftkompressor erforderlich ist, weil Überdruck in einem Ge­ häuseteil zu Abdichtungsproblemen (nach aussen und gegenüber anderen Gehäuseteilen) führt, und weil für die dort gar nicht berührte Schmierung der Baugruppen ein um den Überdruck höherer Schmierdruck erforderlich ist.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Lösung vorzuschlagen, die diese Nachteile vermeidet und darüber hinausgehende weitere Vorteile hat, ins­ besondere eine Vereinfachung und Verbesserung der Schmierung.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass in mindestens einem Ge­ häuseteil mit tieferem Ölspiegel ein Saugrohr angeordnet ist, dessen Saug­ mund in der Höhe des Ölspiegels ist und welches Saugrohr zu einem im Rücklauf des Ölkreislaufes angeordneten Ejektor führt, dem der Rücklauf als treibender Fluidstrom dient. Dadurch ist zunächst kein eigener Kom­ pressor nötig und in dem betreffenden Gehäuseteil herrscht kein Über­ druck, also geringer konstruktiver Aufwand und keine besonderen Abdich­ tungsprobleme. Dadurch, dass das Saugrohr am Ölspiegel ansaugt, können auch keine Verunreinigungen aufgesogen werden.

Der Ejektor erfordert keinen mechanischen Antrieb, er wird durch den Rücklauf betrieben, dessen Strömungsenergie sonst sowieso verplantscht wird. Wenn während einer Belastungsspitze eines Verbrauchers gerade zu wenig Rücklauf strömt, um den Ejektor zu betreiben, so hat ein kurzfristi­ ges Ansteigen eines Ölspiegels über die gewünschte Höhe keine Bedeu­ tung. Darüber hinaus hat der Ejektor auch die Wirkung, den Druck im Rücklauf anzuheben.

Deshalb besteht eine vorteilhafte Weiterentwicklung darin, dass, wenn als Verbraucher eine Arbeitshydraulik mit Steuerventilen vorgesehen ist, von dem Ölkreislauf eine Schmierölleitung abzweigt und der Ölkreislauf zuerst durch die Steuerventile führt und die Schmierölleitung im Rücklauf zwi­ schen den Steuerventilen und dem Ejektor abzweigt (Anspruch 2). Dadurch ist eine eigene Schmierpumpe nicht mehr nötig. Bei entsprechender Di­ mensionierung der einen Ölpumpe ist für die Schmierung die Versorgungs­ sicherheit hergestellt. Diese kann dadurch noch verbessert, beziehungswei­ se mit einer knapper dimensionierten Pumpe erreicht werden, wenn der aus einem Diffusor und aus einer Zentraldüse bestehende Ejektor eine Zentral­ düse mit einer Verengung zu ihrer Mündung in den Diffusor hin aufweist (Anspruch 3). Diese Verengung erhöht nicht nur die Geschwindigkeit des austretenden Strahles und erhöht dadurch die Förderwirkung, sondern sie erzeugt auch einen Rückstau, der den an der Abzweigung der Schmieröl­ leitung zur Verfügung stehenden Druck erhöht und vergleichmäßigt.

Bei mehreren Gehäuseteilen mit einem Saugrohr beziehungsweise bei meh­ reren Saugrohren kann jedem Gehäuseteil beziehungsweise jedem Saug­ rohr ein eigener Ejektor zugeordnet sein. In einer vorteilhaften Weiter­ bildung aber münden mehrere Saugrohre in einen gemeinsamen Ejektor (Anspruch 4). Dadurch wird nicht nur eine Vereinfachung und Verbilli­ gung erreicht, sondern auch ein gewisser Ausgleich zwischen den Saug­ rohren und somit eine bessere zeitliche Ausnutzung des einen Ejektors. Ei­ ne besonders eleante Ausbildung besteht darin, dass der Diffusor strom­ aufwärts der Mündung der Zentraldüse in eine Anzahl von Umfangszonen unterteilt ist, in deren jeweils einer ein Saugrohr mündet. Eine weitere Ver­ einfachung ergibt sich, wenn die Schmierölleitung in der Zentraldüse stromaufwärts der Verengung abzweigt (Anspruch 6).

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsge­ mäße Getriebeeinheit,

Fig. 2 einen Querschnitt nach II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ein Schema des Ölkreislaufes,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Ejektor,

Fig. 5 einen Querschnitt nach V-V in Fig. 4.

Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Getriebeeinheit 1 gehört zu einem Ar­ beitsfahrzeug, insbesondere einem Ackerschlepper, der von einem Motor 2 über eine Fahrkupplung 3 angetrieben wird. Die Getriebeeinheit 1 besteht aus mehreren in Gehäuseteilen zusammengefassten Baugruppen. Die Ge­ häuseteile können in Einem oder einzelne miteinander verbundene, etwa verschraubte, Gehäuseteile sein.

Die Baugruppen sind: ein Vorschaltgetriebe oder ein einfacher Durchtrieb 5, ein Hauptgetriebe 6, ein Bereichsgetriebe 7, ein Hinterachsantrieb 8 mit im einzelnen nicht dargestelltem Kegeltrieb und Differential, eine Achsla­ gerung 9 auf jeder Seite und, ebenfalls beidseitig, eine Nassbremse 10. Diesen Baugruppen sind die einzelnen mit diesen Bezugszeichen versehe­ nen Gehäuseteile zugeordnet.

Im Gehäuseteil 8, dem Hinterachsantrieb, ist der Ölspiegel 11 am höchsten. Er ist vom Bereichsgetriebe 7 durch eine erste Zwischenwand 12 mit einem ersten Uberlauf 13 und von den beiden Nassbremsen 10 durch zweite Zwi­ schenwände 14 mit jeweils einem zweiten Überlauf 15 getrennt. In den Nassbremsen 10 herrscht ein zweiter Ölspiegel 16, der sehr tief ist und dem Öl vom Hinterachsantrieb 8 über die zweiten Überläufe 15 zufliesst. Im Bereichsgetriebe 7 herrscht ein dritter Ölspiegel 17, der von einer dritten Zwischenwand 18 mit einem dritten Überlauf 19 vom Hauptgetriebe 6 ge­ trennt ist. Der vierte Ölspiegel 20 im Hauptgetriebe 6 ist noch tiefer als der dritte Ölspiegel 17, der durch den dritten Überlauf 19 von selbst in der er­ wünschten Höhe gehalten wird. In der Hinterachslagerung 9, beiderseits, befindet sich ebenfalls Öl mit einem fünften Ölspiegel 21, der von je einer vierten Zwischenwand 22 mit viertem Überlauf 23 konstant gehalten wird. Öl aus den beiden Überläufen 23 und 15 fliesst in die Nassbremse 10, in der der zweite Ölspiegel sehr tief gehalten werden soll, um eine optimale Funktion der Nassbremse sicherzustellen.

In dem Ölkreislauf befindet sich zunächst eine Ölpumpe 30, die hier vom Motor 2 angetrieben ist. Sie könnte aber auch über einen eigenen elektri­ schen Antriebsmotor verfügen oder von einer anderen Welle der Getriebe­ einheit aus angetrieben sein, solange sicher gestellt ist, dass sie immer för­ dert, wenn der Motor 2 in Betrieb ist. Die Ölpumpe 30 fördert Öl hohen Druckes über eine Leitung 38 zu einem oder mehreren Verbrauchern 31 und weiter zu einem Ejektorgehäuse 32.

Im Hauptgetriebe 6 befindet sich ein erstes Saugrohr 33 mit einem Saug­ mund in Höhe des vierten Ölspiegels 20; in den Nassbremsen 10 befindet sich je ein zweites Saugrohr 34, dessen Saugmund in Höhe des zweiten Öl­ spiegels 16 ist. Diese Saugrohre 33, 34 führen zum Ejektorgehäuse 32, von dem seinerseits ein Rücklaufrohr 35 in den Hinterachsantrieb 8 führt. Wenn ein Ölreservoir ausserhalb der beschriebenen Gehäuseteile vorgesehen ist, führt das Rücklaufrohr 35 zu diesem. Stromaufwärts der Ölpumpe 30 ist entweder im Hinterachsantrieb 8 oder in einem abseits gelegenen Ölreser­ voir ein Saugfilter 36 vorgesehen, von dem eine Ansaugleitung 37 wieder zur Ölpumpe 30 führt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse des Hinterachsantriebes 8 gleichzeitig Ölreservoir 39.

Fig. 3 zeigt den Ölkreislauf schematisch. Aus dem Ölreservoir 39 saugt die Ölpumpe 30 über das Saugfilter 36 Öl an und fördert es, gegebenenfalls über ein druckseitiges Feinfilter 50 zu den Verbrauchern 31, hier strichliert angedeutet. Einer der Verbraucher ist eine Arbeitshydraulik 52 mit einem Ventilblock 51. Hier handelt es sich beispielsweise um das Hubwerk eines Ackerschleppers. Wenn keiner der Verbraucher 31 in Betrieb ist, strömt die gesamte geförderte Ölmenge durch einem Rücklauf 53 mit hoher Geschwin­ digkeit aus dem Ventilblock 51 heraus; wenn einer der Verbraucher 31 in Betrieb ist, entsprechend weniger. In diesem Rücklauf 53 zweigt eine Schmierleitung 54 ab, die dann weiter in bekannter Weise zu den Lagern, Zahnrädern und Kupplungen der Getriebeeinheit führt. Wegen des nachge­ schalteten Ejektorgehäuses 32 bleibt im Rücklauf 53 der Druck hoch ge­ nug, um eine sichere Versorgung mit Schmieröl durch die Schmierölleitung 54 sicher zu stellen. Das Rücklaufrohr 35 führt dann vom Ejektorgehäuse 32 entweder in den im Hinterachsantrieb 8 gebildeten Sumpf oder in ein getrenntes Ölreservoir 39.

Das Ejektorgehäuse 32 ist in Fig. 3 nur als Kästchen dargestellt, zu dem die Saugrohre 33, 34 führen. In dem Ejektorgehäuse 32 können sich mehrere Ejektoren befinden oder ein einziger, zweckmäßigerweise letzteres. Im Detail ist ein solcher Ejektor 60 in Fig. 4 und Fig. 5 abgebildet. Er besteht naturgemäß aus einem Diffusor 61 und einer Zentraldüse 62, die mit einer Verengung 63 im Diffusor mündet. Die Zentraldüse 62 ist mittels Zentrier­ füssen 65 im Einlauf 64 des Diffusors 61 zentriert. An den Einlauf 64 schließt ein konvergenter Abschnitt des Diffusors an, und nach dessen eng­ ster Stelle 67 ein divergenter Abschnitt 68. Der Rücklauf 53 endet in der Zentraldüse 62, der Einlauf 64 ist mit den Saugrohren 33, 34 verbunden, welche entweder bereits ausserhalb des Ejektors 60 oder erst im Ejektor zusammengeführt sind.

Fig. 5 zeigt letztere Anordnung. Die Zentrierfüsse 65 der Zentraldüse 62 bilden Trennwände und damit Umfangszonen 70. In jeder dieser Umfangs­ zonen 70 mündet eines der Saugrohre 33, 34. Diese sind im Einlauf 64 so geformt, dass sie den aussen vom Diffusor 61, innen von der Zentraldüse 62 und radial von den Zentrierfüssen 65 gebildeten Kreisringsektor optimal ausfüllen. In der Zentraldüse 62 zweigt hier auch die Schmierölleitung 54 ab. Durch die Verengung 63 der Zentraldüse 62 entsteht ja stromaufwärts ein Rückstau unter erhöhtem Druck, der dadurch zuverlässig in der für die Schmierung erforderlichen Höhe gehalten werden kann.

Somit wird die kinetische Energie des rücklaufenden Öles zur Absenkung der Ölspiegel 16,20 benutzt. Solange der Saugmund des ersten Saugrohres 33 in den Ölspiegel 20 eintaucht (wenn das Saugrohr von oben an den Öl­ spiegel 20 geführt ist) oder vom Ölspiegel 20 bedeckt wird (wenn es von unten herangeführt ist), saugt der Ejektor 60 Öl ab. Wenn infolge hoher Inanspruchnahme durch einen Verbraucher 31 kurzzeitig kein Öl aus der Zentraldüse 62 strömt, der Ejektor 60 somit nicht fördert, steigt der Ölspie­ gel 20 kurzfristig an, wird aber wieder abgesaugt, sobald der Verbraucher 31 wieder weniger verbraucht. Wenn andererseits der Ölspiegel 20 soweit absinkt, dass nur mehr Luft angesaugt wird, so strömt der Rücklauf 53 eben durch die Zentraldüse 62 ohne zu saugen. Einerseits verursacht beides kurzzeitig etwas höhere Verluste, die aber nicht ins Gewicht fallen. Ande­ rerseits ist es ein großer Vorteil, dass es bei absoluter Versorgungssicher­ heit keines externen Steuereingriffes bedarf.

Claims (6)

1. Getriebeeinheit bestehend aus mehreren Baugruppen, die in Ge­ häuseteilen mit verschieden hohen Ölspiegeln angeordnet sind und mit ei­ nem Ölkreislauf, der eine Ölpumpe, diverse Verbraucher und einen Rück­ lauf in einen der Gehäuseteile aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Gehäuseteil (6, 10) mit tieferem Ölspiegel (20, 16) ein Saugrohr (33, 34) angeordnet ist, dessen Saugmund (36) in der Höhe des Ölspiegels (20, 16) ist und welches Saugrohr zu einem im Rücklauf (53) des Ölkreislaufes angeordneten Ejektor (32, 60) führt, dem der Rücklauf als treibender Fluidstrom dient.

2. Getriebeeinheit nach Anspruch 1, wobei als Verbraucher (31) eine Arbeitshydraulik (52) mit Steuerventilen (51) vorgesehen ist, dadurch ge­ kennzeichnet, dass von dem Ölkreislauf eine Schmierölleitung (54) ab­ zweigt, und der Ölkreislauf zuerst durch die Steuerventile (51) führt und die Schmierölleitung (54) im Rücklauf zwischen den Steuerventilen (51) und dem Ejektor (32, 60) abzweigt.

3. Getriebeeinheit nach Anspruch 2, wobei der Ejektor (60) aus einem Diffusor (61) und aus einer mit dem Diffusor koachsialen Zentraldüse (62) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraldüse (62) zu ihrer Mün­ dung in den Diffusor (61) hin eine Verengung (63) aufweist.

4. Getriebeeinheit nach Anspruch 1 oder 2 mit mehreren Gehäuseteilen mit tieferem Ölspiegel, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugrohre (33, 34) aus den einzelnen Gehäuseteilen (6, 10) in einen gemeinsamen Ejektor (60) münden.

5. Getriebeeinheit nach Anspruch 4, wobei der Ejektor (60) aus einem Diffusor (61) und aus einer mit dem Diffusor koachsialen Zentraldüse (62) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (61) stromaufwärts der Mündung der Zentraldüse (62) in eine Anzahl von Umfangszonen (70) un­ terteilt ist, in denen jeweils eines der Saugrohre (33, 34) mündet.

6. Getriebeeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zentraldüse (62) stromaufwärts der Verengung (63) eine Schmieröl­ leitung (54) abzweigt.