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Die
Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungsanordnung
mit einem Gehäuse, einer Primärwelle, einer gegenüber
der Primärwelle versetzt angeordneten Sekundärwelle,
einem Versatztrieb zur Kopplung der Primärwelle mit der
Sekundärwelle und einer Fördereinrichtung zum
Fördern von Schmieröl aus einem unterhalb des
Versatztriebs gelegenen Ölsumpf in einen oberhalb des Versatztriebs
gelegenen Ausgabebereich.
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Eine
derartige Drehmomentübertragungsanordnung ist aus der
WO 2005/115790 A1 bekannt und
wird beispielsweise als Verteilergetriebe bei einem allradgetriebenen
Fahrzeug zur Verteilung des Drehmoments auf mehrere Achsen, insbesondere auf
die Vorderachse und die Hinterachse, eingesetzt. Bei dem bekannten
Verteilergetriebe ist die Primärwelle oberhalb der Sekundärwelle
und parallel zu dieser angeordnet.
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Einen
signifikanten Anteil am Gesamtverlust der bekannten Verteilergetriebe
haben so genannte Planschverluste, d. h. also Verluste, die aufgrund
von sich durch den Ölsumpf bewegenden Teilen des Versatztriebes
auftreten und die Effektivität des Verteilergetriebes beeinträchtigen
können. Die Planschverluste können durch Vorsehen
eines Hochbehälters zur Zwischenspeicherung eines Teils
des Öls verringert werden. Allerdings ist dies in nachteiliger
Weise mit einem erhöhten Gewicht des Verteilergetriebes und
mit einem erhöhten Kostenaufwand bei der Herstellung des
Verteilergetriebes verbunden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehmomentübertragungsanordnung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Planschverluste
auf einfache und kostengünstige Weise bei gleichzeitig
gewährleisteter effektiver Schmierung verringert sind.
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Die
Aufgabe wird durch eine Drehmomentübertragungsanordnung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst,
dass der Versatztrieb ein Kopplungselement umfasst, in dem ein Rückhaltehohlraum
zur Aufnahme einer Ölmenge während des Betriebs
der Drehmomentübertragungsanordnung ausgebildet ist, wobei
der Rückhaltehohlraum wenigstens eine Ölzufuhröffnung
und wenigstens eine Ölabflussöffnung aufweist.
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Es
wird also ein Ölreservoir in dem Bereich zwischen der Primärwelle
und der Sekundärwelle bereitgestellt, um während
des Betriebs der Drehmomentübertragungsanordnung eine bestimmte Ölmenge
zurückzuhalten, d. h. zwischenzuspeichern. Durch die dem Ölsumpf
entnommene und zwischengespeicherte Ölmenge sinkt der Ölspiegel
in dem Ölsumpf, was eine Verringerung der Planschverluste bewirkt.
Gleichzeitig ist sichergestellt, dass stets eine für die
Schmierung der Getriebekomponenten ausreichende Menge von Schmieröl
zur Verfügung steht. Das Ölreservoir zur Zwischenspeicherung
kann auf einfache und platzsparende Weise durch einen Hohlraum realisiert
werden, der in ein Kopplungselement des Versatztriebes integriert
ist. Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass keine separate Behälteranordnung
vorzusehen ist, welche entsprechenden Einbauraum benötigt
und Zusatzkosten verursacht, sondern lediglich ein ohnehin vorhandenes
Element angepasst wird. Durch die Ölzufuhröffnung
kann Schmieröl in den Hohlraum geleitet werden, welches schließlich
schwerkraftbedingt durch die Ölabflussöffnung
wieder in den Ölsumpf zurückfließt. Je
nach Auslegung der Ölzufuhröffnung und der Ölabflussöffnung
stellt sich während des Betriebs ein dynamisches Gleichgewicht
ein, wobei dauerhaft eine bestimmte Ölmenge in dem Hohlraum
zurück gehalten wird. Bei einem Abschalten der Fördereinrichtung, also
beispielsweise nach einem Stillsetzen der Drehmomentübertragungsanordnung,
kann die zurückgehaltene Ölmenge wieder in den Ölsumpf
abfließen.
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Vorteilhafte
Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Kopplungselement
ein gehäusefest angeordnetes Hülsenelement auf,
in dem der Rückhaltehohlraum ausgebildet ist. Bei dem Hülsenelement
kann es sich insbesondere um ein einfach zu fertigendes Hohlprofilstück
handeln, beispielsweise um ein zylindrisches Rohr. Das Hülsenelement
kann an einer oder an beiden Stirnseiten offen sein. Es kann beispielsweise
mittels Presssitz in einem Abschnitt des Gehäuses sitzen
und auf seiner Umfangsfläche eine oder mehrere Komponenten
des Versatztriebs tragen.
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Die Ölabflussöffnung
kann insbesondere an der Umfangsfläche des Hülsenelements
angeordnet sein. Die Umfangsfläche bietet üblicherweise
ausreichend Raum für verschiedenartige Konfigurationen einer
oder mehrerer Ölabflussöffnungen, die demzufolge
je nach Anwendung vorgesehen werden können. Im einfachsten
Fall kann die Ölabflussöffnung eine Bohrung durch
die Hülsenwand sein.
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Das
Kopplungselement kann ein umlaufendes Kraftübertragungselement
umfassen, das mittels wenigstens eines Wälzlagers drehbar
auf dem Hülsenelement gelagert ist, wobei die Ölabflussöffnung derart
angeordnet ist, dass abfließendes Öl ein Schmieren
des Wälzlagers bewirkt. Das Kraftübertragungselement
kann beispielsweise ein umlaufendes Zahnrad, Kettenrad oder dergleichen
sein, das mittels eines Radiallagers drehbar auf dem als Drehzapfen
fungierenden Hülsenelement gelagert ist. Durch die spezielle
Anordnung der Ölabflussöffnung wird das aus dem
Rückhaltehohlraum abfließende Öl in vorteilhafter
Weise zu einer effektiven direkten Schmierung des Wälzlagers
genutzt.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung bildet das Kopplungselement
ein Zwischenzahnrad, das mit einem Antriebszahnrad der Primärwelle
und einem Abtriebszahnrad der Sekundärwelle in Wirkverbindung
steht. Beispielsweise kann ein Ring mit Außenverzahnung
drehbar auf einem gehäusefesten Hohlzylinder gelagert sein.
Der durch den Hohlzylinder gebildete Rückhaltehohlraum
dreht sich dann nicht mit dem Ring mit, so dass die Ölzufuhröffnung
und die Ölabflussöffnung zur Aufrechterhaltung
des dynamischen Gleichgewichts immer am gleichen Ort bleiben.
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Vorzugsweise
ist die Ölabflussöffnung ausreichend klein bemessen,
dass während des Betriebs der Drehmomentübertragungsanordnung
der Abfluss von Öl aus dem Rückhaltehohlraum die
Zufuhr von Öl in den Rückhaltehohlraum nicht übersteigt.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich der Rückhaltehohlraum
während des Betriebs nicht leert und dadurch der Füllstand
des Ölsumpfs unerwünscht ansteigt.
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Die Ölabflussöffnung
ist bevorzugt in einem dem Ölsumpf zugewandten unteren
Abschnitt des Rückhaltehohlraums ausgebildet. Beispielsweise kann
sich die Ölabflussöffnung an der am tiefsten gelegenen
Stelle des Hohlraums befinden. Dies hat den Vorteil, dass nach Betriebsende,
also bei stillgesetzter Fördereinrichtung, die gesamte
im Gehäuse vorhandene Ölmenge in den Ölsumpf
abfließt, so dass beispielsweise der Ölstand kontrolliert
oder ein Ölwechsel durchgeführt werden kann. Zusätzlich
können auch noch weitere Ölabflussöffnungen
vorgesehen sein.
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Der
Rückhaltehohlraum kann beispielsweise wenigstens eine erste
und eine zweite Ölabflussöffnung aufweisen, wobei
die erste Ölabflussöffnung näher am Ölsumpf
angeordnet ist als die zweite Ölabflussöffnung.
So kann beispielsweise erreicht werden, dass erst ab einem bestimmten
Füllstand des Rückhaltehohlraums, welcher der
Höhe der zweiten Ölabflussöffnung entspricht,
die Ölabflussgeschwindigkeit zunimmt und einer zu geringen
Nachfüllung des Ölsumpfs entgegengewirkt wird.
Erst nach einem Absinken des Füllstands unter die Höhe
der zweiten Ölabflussöffnung fließt das Öl
wieder mit der ursprünglichen langsameren Geschwindigkeit
ab. Auf diese Weise kann ein gewünschter durchschnittlicher Zielfüllstand
in dem Ölsumpf eingestellt werden, der während
des Betriebs aufrecht erhalten wird. Durch die Anordnung mehrerer Ölabflussöffnungen
in unterschiedlichen Höhen kann dieser Zielfüllstand
genauer angepasst werden.
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Der
Rückhaltehohlraum kann zum Beispiel eine dritte Ölabflussöffnung
aufweisen, wobei die drei Ölabflussöffnungen V-förmig
angeordnet sind. Das Vorliegen von zwei Öffnungen an einem
relativ hoch gelegenen Punkt und einer Öffnung an einem
relativ niedrig gelegenen Punkt verstärkt noch den Effekt der
Abflussbeschleunigung bei Erreichen eines minimalen Füllstands
im Ölsumpf. Eine derartige Anordnung stellt daher auf einfache
Weise sicher, dass einerseits der Ölsumpf nicht zuviel Öl
enthält und andererseits dem Ölsumpf nicht unzulässig
viel Öl entzogen wird. Sollte es die jeweilige Anwendung
erfordern, so kann die Füllstandsteuerung durch weitere Ölabflussöffnungen
und/oder eine komplexere räumliche Anordnung weiter verfeinert
werden. Zusätzlich können die mehreren Ölabflussöffnungen
auch unterschiedlich groß ausgebildet sein.
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Die Ölzufuhröffnung
kann an einer Stirnseite des Hülsenelements angeordnet
sein. Falls der Rückhaltehohlraum in einem Hülsenelement
mit einer offenen Stirnseite ausgebildet ist, kann die offene Stirnseite
insbesondere selbst die Ölzufuhröffnung bilden.
Das zufließende Öl kann durch verschiedene Leitungselemente
zu der Ölzufuhröffnung geführt werden.
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Beispielsweise
kann wenigstens ein in die Ölzufuhröffnung des
Rückhaltehohlraums mündender Ölzufuhrkanal
zum Leiten von Öl von einem Bereich oberhalb des Versatztriebs
in den Rückhaltehohlraum vorgesehen sein. Dieser Ölzufuhrkanal fängt
einen Teil des zu dem Ausgabebereich geförderten Öls
auf und leitet diesen gezielt zu dem Rückhaltehohlraum.
Der Ölzufuhrkanal kann in die offene Stirnseite eines Hülsenelements
münden oder an anderer Stelle mit dem Rückhaltehohlraum
in Fluidverbindung stehen.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Drehmomentübertragungsanordnung ferner
eine Reibungskupplung zum steuerbaren Übertragen eines
Drehmoments von der Primärwelle auf die Sekundärwelle.
Da bei einer Drehmomentübertragungsanordnung der vorstehend
beschriebenen Art üblicherweise nicht nur ein weiches Einkuppeln,
sondern ein längerer Betrieb mit genau eingestelltem Kupplungsmoment
erforderlich ist, ist die zugehörige Reibungskupplung bevorzugt
als nasslaufende Lamellenkupplung ausgebildet, welche ein kontinuierliches
Kühlen und Schmieren der Reiblamellen und somit ein hohes
Schmierölfördervolumen erfordert. Der Ausgabebereich
für das geförderte Öl kann dann insbesondere
im Bereich der Reiblamellen angeordnet sein.
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Die
Fördereinrichtung kann wenigstens zwei ineinander greifende
Getriebekomponenten umfassen. Umlaufende Teile des Versatztriebs
können so direkt zur Schmierölförderung
genutzt werden.
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Alternativ
oder zusätzlich kann die Fördereinrichtung eine
Pumpe und eine von der Pumpe bis zu dem Ausgabebereich führende Ölleitung
umfassen. Dies kann bei bestimmten Anwendungen erforderlich sein,
um die nötige Ölförderleistung zu erreichen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Verteilergetriebes gemäß dem
Stand der Technik.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen
Verteilergetriebes, das einen Versatztrieb mit einem Kopplungselement
umfasst, wobei in dem Kopplungselement ein Rückhaltehohlraum
ausgebildet ist.
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3 zeigt
eine vergrößerte schematische Darstellung des
Kopplungselements von 1.
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Bei
dem in 1 dargestellten Verteilergetriebe handelt es sich
um ein Getriebe zur Verteilung eines Antriebsdrehmoments auf eine
nicht gezeigte Vorderachse und eine ebenfalls nicht gezeigte Hinterachse
eines allradgetriebenen Kraftfahrzeugs.
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Das
Verteilergetriebe umfasst ein Gehäuse 10, in dem
eine Primärwelle 12 drehbar gelagert ist. Die
Primärwelle 12 führt zu einer angetriebenen Fahrzeugachse,
meist der Hinterachse.
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Das
Verteilergetriebe umfasst ferner eine Sekundärwelle 14,
die bezüglich der Primärwelle 12 tiefer
und versetzt angeordnet in dem Gehäuse 10 gelagert
ist. Von der Sekundärwelle 14 führt eine nicht
dargestellte Welle zu einer zweiten angetriebenen Fahrzeugachse,
meist der Vorderachse.
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Um
das über die Sekundärwelle 14 abgeführte
Drehmoment regelbar von der Primärwelle 12 abzweigen
zu können und/oder einen Schlupf zwischen der Primärwelle 12 und
der Sekundärwelle 14 zu steuern, ist eine Reibungskupplung 15 vorgesehen.
Alternativ oder zusätzlich zu der Reibungskupplung 15 kann
auch ein Differential vorgesehen sein.
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Die
Reibungskupplung 15 ist eine Lamellenkupplung, bei welcher
in an sich bekannter Weise nach Bedarf ein Außenteil reibschlüssig
mit einem Innenteil in Eingriff gebracht werden kann, um ein Drehmoment
von der Primärwelle 12 auf ein Antriebszahnrad 36 zu übertragen,
welches drehbar auf der Primärwelle 12 gelagert
ist. Das Antriebszahnrad 36 treibt ein mit diesem in Eingriff
stehendes Zwischenzahnrad 37 an, welches wiederum ein mit
der Sekundärwelle 14 drehfest verbundenes Abtriebszahnrad 38 antreibt.
Insgesamt bilden das Antriebszahnrad 36, das Zwischenzahnrad 37 und
das Abtriebszahnrad 38 somit einen Versatztrieb.
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Im
Bereich des auf der Sekundärwelle 14 sitzenden
Abtriebszahnrads 38 definiert das Gehäuse 10 einen Ölsumpf 16,
in dem sich Schmieröl zur Schmierung und/oder Kühlung
der Reibungskupplung 15 und anderer Bauteile des Verteilergetriebes, wie
z. B. Lager, sammelt. In dem Ölsumpf 16 bildet sich
normalerweise ein Ölspiegel derart aus, dass das Abtriebszahnrad 38 zumindest
bereichsweise in das Schmieröl eintaucht.
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Während
des Betriebs wird durch eine nicht näher dargestellte Fördereinrichtung Öl
von dem Ölsumpf 16 zu einem Ausgabebereich im
oberen Teil des Gehäuses 10 gefördert
und dort gegebenenfalls durch eine nicht dargestellte Verteilervorrichtung
auf die Hauptschmierstellen verteilt. Die Fördereinrichtung
kann wie eingangs erwähnt eine separate Pumpe umfassen
oder durch ineinandergreifende Getriebekomponenten des Versatztriebs
gebildet sein. Von dem Ausgabebereich fließt das Öl
der Schwerkraft folgend durch das Gehäuse hindurch wieder
zurück in den Ölsumpf 16 und schmiert
dabei verschiedene weitere Bauteile. In dem Ölsumpf 16 muss
ausreichend Öl für eine Schmierung des gesamten
Verteilergetriebes vorhanden sein. Je höher allerdings
der Ölspiegel in dem Ölsumpf 16 ist,
umso ausgeprägter sind die Planschverluste.
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Unter
Bezugnahme auf 2 und 3 wird ein
erfindungsgemäßes Verteilergetriebe beschrieben,
das ähnlich wie das Verteilergetriebe gemäß 1 aufgebaut
ist, weshalb entsprechende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind. Wie in 2 und 3 zu erkennen
ist, sitzt ein rohrförmiges Hülsenelement 26 mittels
Presssitz in einem entsprechend ausgebildeten Abschnitt des Gehäuses 10 zwischen
der Primärwelle 12 und der Sekundärwelle 14.
Auf der Umfangsfläche des Hülsenelements 26 ist
ein Kraftübertragungselement 28 mit einem ringförmigen
Basisabschnitt 31 mittels eines Radiallagers 30 drehbar
gelagert. Das Kraftübertragungselement 28 ist
im dargestellten Beispiel ein Ring mit einer Außenverzahnung 29.
In axialer Richtung ist der ringförmige Basisabschnitt 31 über
Axiallager 32 und Gleitringe 33 an dem Gehäuse 10 abgestützt.
Die Anordnung aus Hülsenelement 26, Kraftübertragungselement 28 und
Radiallager 30 bildet somit ein gelagertes Zwischenzahnrad 37' des
Versatztriebs.
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Das
Hülsenelement 26 ist innen hohl und weist zwei
offene Stirnflächen 40, 41 auf. Die Stirnflächen 40, 41 sind
durch Teile der Gehäusewand abgedeckt, so dass sich insgesamt
ein weitgehend abgeschlossener zylind rischer Rückhaltehohlraum 20 ergibt.
Im Gehäuse 10 ist ein Ölzufuhrkanal 34 ausgebildet,
der einen Teil des von den oberen Schmierstellen abfließenden Öls
sammelt und zu dem Rückhaltehohlraum 20 leitet.
Der Ölzufuhrkanal 34 ist durch die Gehäusewand
geführt, welche die in 2 und 3 rechte
Stirnfläche 41 des Hülsenelements 26 abdeckt,
und mündet so in den Rückhaltehohlraum 20.
Während des Betriebs der Fördereinrichtung wird
somit stetig Öl in den Rückhaltehohlraum 20 gefördert.
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In
dem Rückhaltehohlraum 20 sind drei Ölabflussöffnungen 23, 24, 25 ausgebildet,
welche in den Gehäusebereich unterhalb des Hülsenelements 26 münden.
Während des Betriebs läuft somit stetig Öl
aus den Öffnungen heraus und beträufelt die unterhalb
des Hülsenelements 26 gelegenen Komponenten des
Verteilergetriebes, wie zum Beispiel das Abtriebszahnrad 38 oder
die Lager der Sekundärwelle 14.
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Wie
in den Figuren zu erkennen ist, sind die drei Ölabflussöffnungen 23, 24, 25 jeweils
an einer axialen Position angeordnet, an welcher sich eines der
Axiallager 32 oder das Radiallager 30 befindet
(in 3 durch gestrichelte Linien verdeutlicht). Das aus
den Ölabflussöffnungen 23, 24, 25 austretende Öl
gelangt also direkt zu den Wälzlagern des Zwischenzahnrads 37',
welche somit auf effektive Weise geschmiert werden. Anschließend
läuft das ausgetretene Öl unter Schmierung weiterer
Bauteile bis in den Ölsumpf 16 zurück,
wo es für ein erneutes Emporfördern durch die
Fördereinrichtung zur Verfügung steht.
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Gemäß 2 und 3 sind
die Ölabflussöffnungen 23, 24, 25 V-förmig
angeordnet. Diese Anordnung dient dazu, das Verhältnis
zwischen Zu- und Abfluss wie eingangs erläutert anzupassen.
Da sich eine Ölabflussöffnung 23 am tiefliegendsten
Niveau des Rückhaltehohlraums 20 befindet, ist
ein vollständiges Abfließen der gesamten Ölmenge
nach Betriebsende des Verteilergetriebes sichergestellt. Diese untere Ölabflussöffnung 23 ist
relativ klein bemessen, damit nicht während des Betriebs
zuviel Öl in den Ölsumpf abgelassen wird. Wenn
der Füllstand in dem Rückhaltehohlraum 20 über
das Niveau der beiden oberen Ölabflussöffnungen 24, 25 ansteigt,
wird der Ölabfluss deutlich beschleunigt. Um diesen Effekt zu
verstärken, sind die oberen Ölabflussöffnungen 24, 25 größer
ausgebildet als die untere Ölabflussöffnung 23,
sodass ein relativ schnelles Abfließen herbeigeführt
wird, wenn der Ölspiegel in dem Rückhaltehohlraum 20 das
Niveau der oberen Ölabflussöffnungen 24, 25 übersteigt.
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Durch
das Zurückhalten einer Ölmenge von einem Abfließen
in den Ölsumpf während des Betriebs des Verteilergetriebes
ist es möglich, den Pegel in dem Ölsumpf 16 zur
Vermeidung von Planschverlusten auf einem niedrigen Niveau zu halten.
Dies trägt zu einer Wirkungsgradverbesserung des Verteilergetriebes
und folglich zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs eines
Kraftfahrzeugs bei, welches das Verteilergetriebe einsetzt.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die erforderliche
Mindestmenge für eine Lebensdauerfüllung des Schmieröls
in das Gehäuse eingebracht werden kann, während
gleichzeitig die Planschverluste gering gehalten werden. Dadurch
verringert sich insbesondere auch die Öltemperatur, was
sich wiederum günstig auf die Erhöhung der Lebensdauer
des Schmieröls auswirkt, da der Ölverschleiß von
der Temperatur abhängt. Dadurch kann bei günstiger
Konstellation sogar die für die Lebensdauerfüllung
insgesamt erforderliche Ölmenge reduziert werden.
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- 10
- Gehäuse
- 12
- Primärwelle
- 14
- Sekundärwelle
- 15
- Reibungskupplung
- 16
- Ölsumpf
- 20
- Rückhaltehohlraum
- 22
- Ölzufuhröffnung
- 23
- Ölabflussöffnung
- 24
- Ölabflussöffnung
- 25
- Ölabflussöffnung
- 26
- Hülsenelement
- 28
- Kraftübertragungselement
- 29
- Außenverzahnung
- 30
- Radiallager
- 31
- ringförmiger
Basisabschnitt
- 32
- Axiallager
- 33
- Gleitring
- 34
- Ölzufuhrkanal
- 36
- Antriebszahnrad
- 37
- Zwischenzahnrad
- 37'
- Zwischenzahnrad
- 38
- Abtriebszahnrad
- 40
- Stirnfläche
- 41
- Stirnfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2005/115790
A1 [0002]