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Die
Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Antriebsstrang
eines Kraftwagens nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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In
konventionellen Achsgetrieben ist eine konstante Ölmenge
zur Schmierung von Getriebeelementen vorgesehen. Ein Pegel der Ölmenge
wird nicht dynamisch variiert. Dies birgt den Nachteil, dass aufgrund
einer hohen Ölmenge zur Sicherstellung der Schmierung der
Getriebeelemente bei niedrigen Geschwindigkeiten entsprechend hohe
Planschverluste während einer Fahrt eines Kraftwagens mit
einem derartigen konventionellen Achsgetriebe entstehen, da die
Getriebeelemente fortlaufend in die hohe Ölmenge eintauchen.
Ein dadurch erhöhter Kraftstoffverbrauch erweist sich besonders
bei Nutzfahrzeugen als großer wirtschaftlicher Nachteil,
da der Kraftstoffverbrauch neben Fahr- und Luftwiderständen
maßgeblich vom mechanischen Wirkungsgrad des Achsgetriebes
beeinflusst wird.
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Die
DE 10 2007 005 523
A1 offenbart ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs und ein
Verfahren zur Änderung eines Ölpegels in dem Getriebe.
Dabei ist ein Zylinder mit einem Ölsumpf in einem Gehäuse
des Getriebes über eine Leitung verbunden. Ein Kolben in
dem Zylinder wird von einem Aktuator in Abhängigkeit einer
Kraftfahrzeuggeschwindigkeit bewegt, wodurch Öl in den Ölsumpf
des Gehäuses gedrückt oder aus diesem abgeführt
wird. Dadurch kann der Ölpegel in Abhängigkeit
der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit varriert werden. Nachteilig hierbei
ist, dass sowohl zusätzliche Komponenten in Form einer
Aktuatorik und einer Regelungseinrichtung als auch ein Regelungsprogramm
nötig sind, die hohe zusätzliche Kosten verursachen
und dadurch eine Wirtschaftlichkeit des Kraftfahrzeugs, insbesondere
im Hinblick auf Nutzkraftwagen, negativ beeinflussen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe für
einen Antriebsstrang eines Kraftwagens derart weiterzuentwickeln,
dass ein Kraftstoffverbrauch des Kraftwagens und die Wirtschaftlichkeit
desselbigen erhöht werden.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Getriebe für einen Antriebsstrang
eines Kraftwagens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen
und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Ein
solches Getriebe für einen Antriebsstrang eines Kraftwagens,
insbesondere eines Nutzkraftwagens, mit einem Gehäuse zur
Aufnahme eines Schmierstoffes, insbesondere eines Schmieröls, mit
mindestens einem in einer Lageranordnung rotierenden Getriebeelement,
welches in den Schmierstoff eintaucht und mit einer Vorrichtung
zur variablen Einstellung eines Pegels des Schmierstoffes in Abhängigkeit
zumindest eines Betriebsparameters, insbesondere einer Rotationsgeschwindigkeit
des Getriebes, weist eben eine solche Vorrichtung zur variablen
Einstellung des Pegels des Schmierstoffes in Form eines innerhalb
des Gehäuses rotierenden Auffangelements auf.
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Eine
Absenkung des Pegels des Schmierstoffes im Gehäuse des
Getriebes wird dadurch ermöglicht, dass der Schmierstoff
zumindest teilweise durch Fliehkräfte in der Vorrichtung
aufgefangen und deponiert wird. Dies ist besonders der Fall bei
einer hohen Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Getriebeelements,
was bei einer hohen Geschwindigkeit des Kraftwagens der Fall ist,
in den ein erfindungsgemäßes Getriebe eingebaut
ist.
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Die
Absenkung des Pegels des Schmierstoffes ist somit einfach ohne den
Einsatz von kostenintensiven Komponenten wie etwa Pumpvorrichtungen und
den dazugehörigen Regelprogrammen umgesetzt. Dies reduziert
die Entwicklungskosten und erhöht damit die Wirtschaftlichkeit
des Kraftwagens, was besonders wichtig ist, wenn ein derartiges
Getriebe in einem Nutzkraftwagen verbaut wird, bei welchem eine
gute Wirtschaftlichkeit im Rahmen eines Einsatzes im Transportgewerbe
von hoher Bedeutung ist.
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Die
beschriebene Absenkung des Pegels des Schmierstoffes reduziert eine
Eintauchtiefe des rotierenden Getriebeelements in einen Schmierstoffsumpf
im Gehäuse des Getriebes. Durch das fortlaufende Eintauchen
des rotierenden Getriebeelements in besagtem Schmierstoffsumpf kommt
es zu so genannten Planschverlusten, die proportional zum Pegel
des Schmierstoffes, d. h. zu einer Ölmenge, im Getriebe
sind. Je mehr Öl sich bei schneller Fahrt des Kraftwagens
im Schmierstoffsumpf befindet, desto höher sind die besagten
Planschverluste, die durch die Absenkung des Pegels des Schmierstoffs
reduziert werden.
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Ein
Kraftstoffverbrauch des Kraftwagens wird neben Fahr- und Luftwiderständen
maßgeblich von mechanischen Wirkungsgraden in einer Verbrennungskraftmaschine
und in Getrieben des Kraftwagens beeinflusst. Der Wirkungsgrad eines
Getriebes, insbesondere eines Achsgetriebes, ist u. a. von den beschriebenen
Planschverlusten abhängig. Durch die beschriebene Reduzierung
der Planschverluste ergibt sich eine Erhöhung des mechanischen
Wirkungsgrades des Getriebes, wodurch der Kraftstoffverbrauch und
CO2-Emissionen reduziert werden, was sowohl
der Umwelt als auch der Wirtschaftlichkeit des Kraftwagens, insbesondere
des Nutzkraftwagens, sehr zu Gute kommt.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das
Auffangelement an dem rotierenden Getriebeelement und insbesondere
an einer Breitseite des rotierenden Getriebeelements angeordnet. Auf
diese Weise werden beispielsweise kostenverursachende Umlenk- und/oder
Antreibvorrichtungen vermieden. Besonders die Anordnung des Auffangelements
an einer Breitseite des rotierenden Getriebeelements erweist sich
als vorteilhaft, da so eine in der Regel vertikale Ausrichtung des
Auffangelements realisiert ist.
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Besonders
deutlich wird dies am konkreten Beispiel, wenn das Getriebe als
ein Achsgetriebe, insbesondere als ein Winkelgetriebe, mit einem
Tellerrad ausgebildet ist. In diesem Fall ist beispielsweise an
einer einer Verzahnung des Tellerrades abgewandten Breitseite des
Tellerrades das Auffangelement angeordnet.
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Dreht
sich das Tellerrad bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit und damit
bei einer hohen Rotationsgeschwindigkeit des Getriebes und des Tellerrades
das Tellerrad sehr schnell, so fließt der Schmierstoff
durch Zentrifugalkräfte des drehenden Tellerrades in das
Auffangelement, da es bevorzugterweise als Behälter ausgebildet
ist, und wird in diesem gehalten. Bei nachlassender Rotationsgeschwindigkeit
und bei Getriebestillstand und damit bei nachlassenden Zentrifugalkräften
fließt der Schmierstoff aus dem Auffangelement selbstständig zurück
ins Gehäuse des Getriebes und wird diesem wieder zu einer
Schmierung der Getriebeelemente und/oder dessen Lageranordnungen
zur Verfügung gestellt.
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Nichtsdestotrotz
ist es möglich, etwa aufgrund von Package-Problemen, eine
alternative Anordnung des Auffangelementes anzustreben. Somit sind
der Einsatz von Umlenk- und/oder Antreibelementen ebenso denkbar
wie etwa eine horizontale Ausrichtung des Auffangelements, bei der
ein Rückfluss des Schmierstoffs etwa durch einen perforierten Auffangelementboden
realisiert sein kann.
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In
jeglicher Hinsicht werden die Zentrifugalkräfte des rotierenden
Getriebeelements dazu benutzt, um den Schmierstoff bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten
aus dem Gehäuse des Getriebes in dem Auffangelement zur
Absenkung des Pegels des Schmierstoffes im Gehäuse zu deponieren
um die Planschverluste und damit den Kraftstoffverbrauch des Kraftwagens
zu senken.
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Das
erfindungsgemäße Getriebe stellt somit einerseits
eine minimale Schmierstoffmenge, die durch den Pegel des Schmierstoffes
bei Stillstand des Getriebes bestimmt wird, sicher, da der Schmierstoff
wie beschrieben bei Stillstand bzw. bei geringer Rotationsgeschwindigkeit
des Getriebes in das Gehäuse zurückfließen
kann und der Pegel des Schmierstoffes wieder steigt.
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Der
Grund dafür ist, dass im Stillstand des Getriebes bzw.
bei niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten Laufbahnen von Lageranordnungen
von Getriebeelementen mit Schmierstoff benetzt sein müssen.
Eine bestimmte Schmierstoffmenge im Getriebe ist immer ein Kompromiss
zwischen einem erforderlichen Schmierstoffniveau im Stillstand,
das aus besagten Gründen hoch sein muss, und einem erforderlichen
Schmierstoffniveau, das während der Fahrt zur Reduzierung
der Planschverluste niedrig sein sollte. Bei schneller Fahrt erfolgt
eine Benetzung der Laufbahnen der Lageranordnungen durch vom rotierenden
Getriebeelement aufgewirbeltes Planschöl.
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Besonders
vorteilhaft im Hinblick auf die Kosten und damit die Wirtschaftlichkeit
eines Kraftwagens, insbesondere eines Nutzkraftwagens mit einem
erfindungsgemäßen Getriebe, ist, zumindest eine
Wandung des Auffangelements zumindest teilweise durch zumindest
einen Teil der Breitseite des rotierenden Getriebeelements auszubilden.
So können die Teileanzahl und der Materialeinsatz und damit
die Kosten gering gehalten werden.
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An
dieser Stelle sei allerdings erwähnt, dass es ebenso möglich
ist, beispielsweise aus Montage- oder anderweitigen Gründen,
das Auffangelement komplett als eigenständigen Behälter
auszuführen, dessen Wandung zu keinen Teilen durch eine
Breitseite oder ein anderes Element des rotierenden Getriebeelements
gebildet wird. Dies kann beispielsweise bei einer Montage des Getriebes
vorteilhaft sein.
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Eine
alternative aber besonders vorteilbehaftete Ausführungsform
des Auffangelements ist, wenn das Auffangelement und das rotierende
Element einteilig ausgebildet sind. So kann beispielsweise auf der
Breitseite des Tellerrades schon bei der Herstellung desselbigen
ein Auffangelement gebildet werden. Dies spart beispielsweise einen
Schritt in der Montage eines separaten Auffangelements, verkürzt die
Prozesszeiten und spart Kosten ein.
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Die
Anordnung des Auffangelements an dem rotierenden Getriebeelement
kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Denkbar sind beispielsweise
neben der beschriebenen einteiligen Ausführung einer Anordnung
durch Verschweißen des Auffangelements mit dem Getriebeelement,
durch Verschrauben oder durch Einhängen. Andere Anordnungsmöglichkeiten
sind aber ebenfalls möglich.
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Ein
Deponieren des Schmierstoffes in dem Auffangelement, d. h. ein Transport
des Schmierstoffes von dem Gehäuse des Getriebes in das
Auffangelement wird in einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung unterstützt durch eine Ölleitvorrichtung,
insbesondere in Form eines Leitblechs. In diesem Zuge ist die Anordnung
von mehreren Leitblechen ebenso möglich. Die Ölleitvorrichtung
kann dabei auch ein Rückfließen des Öls
aus dem Auffangelement zurück in das Gehäuse des
Getriebes in den Schmierstoffsumpf unterstützen.
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Eine
besonders kostengünstige Ausführungsform des Auffangelements
stellt ein Auffangelement mit winkelförmigem Querschnitt
dar. Zwei Schenkel dieses winkelförmigen Querschnitts bilden in
dieser Ausführungsvariante zwei Wandungen des Auffangelements.
Eine dritte Wandung kann beispielsweise durch die Breitseite des
Tellerrades ausgebildet sein, wodurch ein U-förmiger Behälter
entsteht.
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Somit
kann bei einer hohen Rotationsgeschwindigkeit des Tellerrades der
Schmierstoff durch die vierte Seite, die offen ist, in den U-förmigen
Rotationsbehälter einströmen und wird bei fortlaufend
hoher Rotationsgeschwindigkeit durch die drei Wandungen aus winkelförmigem
Querschnitt des Auffangelements und Breitseite des Tellerrades in
dem Behälter gehalten. Bei stehendem Tellerrad kann der Schmierstoff
auf gleichem Wege aus dem Behälter zurück in das
Gehäuse fließen, wobei beide Fließrichtungen,
also sowohl in als auch aus dem Behälter, vorteilhafterweise
durch ein oder mehrere Leitbleche unterstützt wird.
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Andere
Gestaltungsformen des Auffangelements zur Bildung eines Behälters
sind nichtsdestoweniger möglich. Allgemein gesagt bildet
das Auffangelement idealerweise mit einer Breitseite des rotierenden
Getriebeelements, insbesondere des Tellerrades, einen umlaufenden,
zur Innenumfangsseite offenen Ringkanal.
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Die
Gestaltungsform sollte unter wirtschaftlichen, d. h. kostengünstigen
Gesichtspunkten ablaufen, wobei allerdings auch andere Randbedingungen,
wie etwa Packageprobleme, Berücksichtigung finden sollten.
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Das
erfindungsgemäße Getriebe stellt somit ein einfaches,
robustes, sich selbst regulierendes System zu einer dynamischen
Schmierstoffpegelabsenkung dar, wodurch einerseits in beschriebener Weise
die Planschverluste und damit der Kraftstoffverbrauch des Kraftwagens
reduziert werden, aber auch eine Reduzierung der Öltemperatur
und eine bessere Ölkühlung realisiert.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten
Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der
Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur allein gezeigten
Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
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Fig.
eine Schnittdarstellung eines Achsgetriebes mit einer Vorrichtung
zur variablen Einstellung eines Pegels eines Schmierstoffes in Abhängigkeit zumindest
eines Betriebsparameters des Achsgetriebes.
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Die
Figur zeigt in einer Schnittdarstellung ein Achsgetriebe 10 mit
einem Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 umfasst
dabei schematisch dargestellte Getriebeelemente in Form eines Tellerrades 18,
das wiederum Teil eines schematisch dargestellten Winkelgetriebes 14 mit
Achswellenzahnrädern und Winkelrädern ist und
in Form von Lageranordnungen 16 des Winkelgetriebes 14.
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Des
Weiteren hat das Gehäuse 12 den Zweck der Aufnahme
eines Schmierstoffes zur Bildung eines Schmierstoffsumpfs 26 mit
einem gewissen Pegel 28.
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Wie
zu sehen ist, taucht das Tellerrad 18 in den Schmierstoffsumpf 26 ein.
Der Pegel 28 des Schmierstoffsumpfs 26 muss bei
Stillstand des Getriebes ausreichend hoch sein, dass Laufbahnen
der Lageranordnungen 16 und/oder weiterer Lageranordnungen
von weiteren Getriebeelementen sowie Verzahnungen der Getriebeelemente
mit Schmierstoff benetzt sind.
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Auch
Verzahnungen der Getriebeelemente sollten mit Schmierstoff im Betrieb
benetzt werden. Diese Benetzung muss auch bei niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten
des Getriebes gewährleistet sein. Bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten
des Getriebes erfolgt die Benetzung der genannten Komponenten durch
vom Tellerrad 18 aufgewirbelten Schmierstoff. In diesem
Falle kann der Pegel 28 des Schmierstoffsumpfs 26 zur
Reduzierung von Planschverlusten und damit zur Reduzierung eines
Kraftstoffverbrauchs eines Kraftwagens mit einem derartigen Getriebe
abgesenkt werden. Die Richtungspfeile 20 stellen eine Verteilung
des Schmierstoffs im Gehäuse 12 schematisch dar.
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Zum
Zwecke der Absenkung des Pegels 28 des Schmierstoffsumpfs 26 dient
ein Rotationsbehälter 22, der auf einer Breitseite 24 des
Tellerrades 18 angeordnet ist. Im dargestellten Achsgetriebe 10 der Figur
handelt es sich bei der Breitseite 24 des Tellerrades 18 um
eine einer Verzahnung des Tellerrades 18 abgewandte Breitseite.
Nichtsdestoweniger kann der Rotationsbehälter 22 aber
auch auf der anderen gegenüberliegenden Breitseite des
Tellerrades 18 angeordnet werden, falls dies die Anordnung
des Achsgetriebes 10 und des schematisch dargestellten Winkelgetriebes 14 zulässt.
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Im
vorliegenden konkreten Beispiel weist der Rotationsbehälter 22 einen
winkelförmigen Querschnitt 30 auf und bildet mit
der Breitseite 24 des Tellerrades 18 ein insgesamt
U-förmiges Auffangelement.
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Aus
der Figur kann deutlich erkannt werden, dass bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten
des Tellerrades der Schmierstoff durch Zentrifugalkräfte
an der Breitseite 24 des Tellerrades 18 entlang
in den Rotationsbehälter 22 geschleudert wird,
wo er bei anhaltend hoher Rotationsgeschwindigkeit durch die Begrenzung
durch den winkelförmigen Querschnitt 30 einerseits
und die Breitseite 24 andererseits gehalten wird.
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Bei
stillstehendem Tellerrad und/oder bei niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten
desselbigen kann der Schmierstoff dann denselben Weg durch einen
umlaufenden Ringkanal 32 aus dem Rotationsbehälter
hinaus zurück ins Gehäuse 12 fließen,
durch welchen er auch in den Rotationsbehälter hineingeflossen
ist. Nicht dargestellte Leitbleche unterstützen das Fließen
des Schmierstoffs.
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Darüber
hinaus ist denkbar, dass in der Figur der Rotationsbehälter 22 und
das Tellerrad 18 einteilig ausgebildet sind. Der Rotationsbehälter 22 kann dabei
beispielsweise während des Herstellungsprozesses des Tellerrades 18 gebildet
werden. Dies reduziert sowohl die Teileanzahl als auch den Materialeinsatz
und damit die Kosten des Achsgetriebes 10.
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Eine
alternative Gestaltungsform des Auffangelements sieht beispielsweise
vor, dass der Rotationsbehälter 22 nicht komplett
umlaufend gestaltet ist und/oder der Rotationsbehälter 22 gar
aus mehreren Teilen bzw. aus durch Zwischenwandungen unterteilten
Segmenten besteht.
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Der
Einsatz eines derartigen Schmierstoffauffangelements in Form eines
Rotationsbehälters ist nicht auf den Einsatz in Achsgetrieben
beschränkt, sondern kann in ähnlicher und ggf.
angepasster Weise auch in anderen Getrieben erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007005523
A1 [0003]