DE102009000777A1

DE102009000777A1 - Verfahren und Einrichtung zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Getrieben in Landwirtschaftsfahrzeugen

Info

Publication number: DE102009000777A1
Application number: DE102009000777A
Authority: DE
Inventors: Martin Klaffenböck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2009-02-11
Publication date: 2010-08-12

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Getrieben in Landwirtschaftsfahrzeugen vorgeschlagen, bei dem die vom Verbrennungsmotor (1) abgegebene Wärme mittels eines Wasser/Öl-Wärmetauschers (9) an den Kühlkreislauf des Getriebes (2) weitergeleitet wird, wobei bei einer Getriebeöltemperatur unterhalb einer vorgegebenen Temperatur der Kühler (6) des Getriebekühlkreislaufs optional überbrückt wird, um eine schnelle Erwärmung des Getriebeöls zu ermöglichen, und wobei bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur der Zustrom zum Wärmetauscher (9) über ein Absperrventil (10) unterbrochen und die Überbrückung des Kühlers (6) des Getriebekühlkreislaufs deaktiviert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Getrieben in Landwirtschaftsfahrzeugen, insbesondere von stufenlosen Getrieben in Landwirtschaftsfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Wirkungsgrad von Getrieben hängt unter anderem vom Ölstand sowie von der Öltemperatur ab. Insbesondere bei Getrieben von Landwirtschaftsfahrzeugen ergibt sich der Ölstand durch die betriebsbedingt zu erfüllenden Neigungswinkel und ist somit zu wirkungsgradtechnischen Zwecken oft nicht oder nur mit erheblichem Aufwand zu ändern; aus diesem Grunde wird, um den Wirkungsgrad zu verbessern, vorzugsweise die Öltemperatur beeinflusst.
Die Öltemperatur ergibt sich im Allgemeinen durch die vom Getriebe eingebrachte Verlustleistung sowie durch den Wärmeaustrag über Abstrahlung und über die zur Verfügung gestellte Kühlleitung über externe Kühler.
Bei hydraulisch-mechanisch leistungsverzweigten Getrieben, die in der Regel in Landwirtschaftsfahrzeugen eingesetzt werden, ist durch den hohen hydraulischen Leistungsanteil, unter anderem bedingt durch hydraulische Wandler, Hydrostat, System- und Schmierdruckpumpe, der Gesamtwirkungsgrad in hohem Maße von der Öltemperatur abhängig.
Die für ein derartiges Getriebe installierte Kühlleistung wird nach dem Stand der Technik so ausgelegt, dass bei maximaler Außentemperatur und maximaler Verlustleistung, was beispielsweise bei Straßenfahrt der Fall ist, das Getriebe nicht überhitzt. Im Teillastbereich, beispielsweise bei Mäharbeiten, oder bei tiefen Außentemperaturen wird das Getriebe aufgrund der Auslegung der Kühlleistung zu stark gekühlt, was in einem geringeren Wirkungsgrad resultiert.
Eine Möglichkeit, die Getriebetemperatur im Teillastbereich zu erhöhen, besteht darin, die Höhe des Ölstromes durch den Kühler mittels eines Thermostaten zu regulieren. Wenn das Landwirtschaftsfahrzeug jedoch eine gewisse Zeit für Ladetätigkeiten bei Leerlaufdrehzahl steht erzeugt das Getriebe nicht ausreichend Wärme, um für eine anschließende Fahrt die optimale Temperatur zu erhalten.
Um bei sehr tiefen Öl-Temperaturen den Systemdruck für hydraulisch-mechanisch-leistungsverzweigte Getriebe aufbauen zu können ist aus dem Stand der Technik bekannt, Heizstäbe zu verwenden. Dies kann in nachteiliger Weise durch die hohe thermische Flächenbelastung zu einer erhöhten Ölalterung führen; des Weiteren wird durch die Heizstäbe aufgrund der hohen Viskosität des Öles bei tiefen Temperaturen nur ein Teil des Getriebes erwärmt.
Aus der DE 196 37 817 A1 ist eine Einrichtung zum Kühlen und Vorwärmen, insbesondere von Getriebeöl, einer Brennkraftmaschine bekannt, mit einem Ausgleichsbehälter, mit mindestens einem Wasserkühler, der mittels Motorthermostat bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur in den Kühlkreislauf einschaltbar ist und mit einem Wasser/Öl-Wärmetauscher. Hierbei ist vorgesehen, dass der Vorlaufstrom eines einzigen Wasser/Öl-Wärmetauschers in der Heizphase mittels einer Ventileinheit im wesentlichen aus dem Hauptkühlkreislauf der Brennkraftmaschine abzweigbar ist, wobei dieser Vorlaufstrom in der Kühlphase mittels der gleichen Ventileinheit im wesentlichen im Kühlmittelnebenstrom aus dem Niedertemperaturbereich des Wasserkühlers oder aus einem separaten, dem Kühler im Nebenstrom nachgeschalteten Niedertemperatur-Kühler entnehmbar ist.
Durch das im Rahmen der DE 196 37 817 A1 vorgestellte Verfahren kann durch Erhöhen der Öltemperatur der Wirkungsgrad des Getriebes erhöht wenden, wobei ein Wasserkühler mit Nebenstrom verwendet wird, der Motor und Getriebe kühlt. In nachteiliger Weise ist diese Lösung für Landwirtschaftsfahrzeuge nicht geeignet, da der Motorkühler unabhängig vom Getriebelieferanten vom Motorlieferanten bezogen wird, wodurch der Motorkühler zum Zweck der Getriebeerwärmung nicht zur Verfügung steht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Getrieben in Landwirtschaftsfahrzeugen anzugeben, welches eine schnelle Getriebeerwärmung bei Kaltstart ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren soll unabhängig von der Art des vorhandenen Motorkühlers durchführbar sein. Zudem soll eine Getriebeabkühlung bei längerem Stillstand des Fahrzeugs bei Leerlaufdrehzahl vermieden werden bei einer gleichzeitig erzielbaren Erhöhung des durchschnittlichen Gesamtwirkungsgrades. Generell soll die Getriebeöltemperatur während der gesamten Nutzungsdauer möglichst lange auf einem optimalen, hohen Niveau gehalten werden. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche 4 und 6. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Getrieben in Landwirtschaftsfahrzeugen vorgeschlagen, im Rahmen dessen die vom Verbrennungsmotor des Fahrzeugs abgegebene Wärme benutzt wird, um das Getriebeöl zu erwärmen, wenn die Getriebetemperatur eine vorgegebene Temperatur unterschreitet.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird die vom Verbrennungmotor abgegebene Wärme mittels eines Wasser/Öl Wärmetauschers an den Kühlkreislauf des Getriebes weitergeleitet; der Wärmetauscher ist erfindungsgemäß zwischen dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors und dem Rücklauf des Getriebekühlkreislaufs angeordnet, wobei bei einer Getriebeöltemperatur unterhalb einer vorgegebenen Temperatur der Kühler des Getriebekühlkreislaufs optional überbrückt wird, um eine schnelle Erwärmung des Getriebeöls zu ermöglichen. Bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur wird der Zustrom zum Wärmetauscher über ein Absperrventil unterbrochen und die Überbrückung des Kühlers des Getriebekühlkreislaufs deaktiviert.
Im Rahmen einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das vom Verbrennungsmotor erwärmte Kühlwasser des Motorkühlkreislaufs direkt in im Getriebegehäuse im Bereich der Ölansaugung bzw. des Ölsumpfes vorgesehene Kanäle bzw. Durchflussbereiche geführt wird. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ohne die Notwendigkeit eines zusätzlichen Wärmetauschers das Öl im Getriebesumpf direkt vom Motorkühlwasser aufgewärmt werden, was insbesondere das Kaltstartverhalten des Getriebes erheblich verbessert. Hierbei könnten auch ein am Getriebe aufgebauter Öl-/Wasser-Kühler, welcher vom Getriebeöl durchströmt werden, zum Einsatz kommen.
Vorzugsweise wird das vom Verbrennungsmotor erwärmte Kühlwasser nur solange dem Getriebe zugeführt, bis das Getriebeöl eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, wobei anschließend der Motorkühler zugeschaltet wird und der Zustrom zum Getriebe über ein Absperrventil unterbrochen wird.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption kann das Getriebe länger in einem für den Wirkungsgrad günstigen Temperaturbereich betrieben werden. Da Betriebszeiten des Getriebes unterhalb der optimalen Temperatur erheblich verkürzt werden, kann eine günstigeres Öl verwendet werden bzw. können die Ölwechselintervalle verlängert werden, da mehr Zeit zur Verfügung steht, um das Öl „auszutrocknen”, d. h. um den Wassergehalt im Öl zu verringern.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1: Eine schematische Ansicht der Kühlkreisläufe des Verbrennungsmotors und des Getriebes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
2: Eine schematische Ansicht der Kühlkreisläufe des Verbrennungsmotors und des Getriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsmotor mit 1 und das Getriebe mit 2 bezeichnet; der dem Verbrennungsmotor 1 zugeordnete Kühlkreislauf umfasst einen Motorkühler 3, einen Vorlauf 4 zum Motorkühler und einen Rücklauf 5. Bezugnehmend auf 1 umfasst der dem Getriebe 2 zugeordnete Kühlkreislauf einen Getriebekühler 6, einen Vorlauf 7 zum Getriebekühler 6 und einen Rücklauf 8 zum Getriebe 2.
Gemäß der Erfindung ist zwischen dem dem Verbrennungsmotor 1 zugeordneten Kühlkreislauf und dem Rücklauf 8 des Getriebekühlkreislaufs ein Wasser/Öl Wärmetauscher 9 geschaltet, so dass die Wärme des vom Verbrennungsmotor 1 erwärmten Kühlwassers an den Rücklauf 8 des Getriebekühlkreislaufs abgegeben werden kann.
Zwischen dem Vorlauf 4 des dem Verbrennungsmotor 1 zugeordneten Kühlkreislaufs und dem Wärmetauscher 9 ist ein Absperrventil 10 vorgesehen, welches bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur im Getriebe 2 geschlossen wird, wodurch der Zustrom zum Wärmetauscher 9 unterbrochen wird. Ferner ist optional im Getriebekühlkreislauf eine Kühlerüberbrückung 11 vorgesehen, über die bei einer Getriebeöltemperatur unterhalb einer vorgegebenen Temperatur der Kühler 6 des Getriebekühlkreislaufs überbrückt wird, um eine schnelle Erwärmung des Getriebeöls zu ermöglichen. Bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur wird die Überbrückung des Kühlers 6 des Getriebekühlkreislaufs deaktiviert. Ist der Druckwiderstand des Kühlers 6 sehr gering, fließt trotz Überbrückung ein noch zu hoher Teilstrom durch den Kühler 6. In einem solchen Fall ist ein zusätzliches Absperrventil 12 erforderlich. Optional können die Ventile 11 und 12 durch ein entsprechendes Umschaltventil ersetzt werden.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird das vom Verbrennungsmotor 1 erwärmte Kühlwasser des Motorkühlkreislaufs direkt in im Getriebegehäuse in im Bereich der Ölansaugung bzw. des Ölsumpfes vorgesehene Kanäle bzw. Durchflussbereiche geführt. Hierbei wird das vom Verbrennungsmotor 1 erwärmte Kühlwasser nur solange dem Getriebe 2 zugeführt, bis das Getriebeöl eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, wobei anschließend der Motorkühler 3 zugeschaltet wird und der Zustrom vom Vorlauf des dem Verbrennungsmotor 1 zugeordneten Kühlkreislaufs 4 zum Getriebe 2 über ein Absperrventil 12 unterbrochen wird. In 2 ist die Zuführleitung zum Getriebe 2 mit 13 und die Abführleitung mit 14 bezeichnet.

1: Verbrennungsmotor
2: Getriebe
3: Motorkühler
4: Vorlauf zum Motorkühler
5: Rücklauf zum Motor
6: Getriebekühler
7: Vorlauf zum Getriebekühler
8: Rücklauf zum Getriebe
9: Wärmetauscher
10: Absperrventil
11: Kühlerüberbrückung
12: Absperrventil
13: Zuführleitung
14: Abführleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19637817 A1 [0008, 0009]

Claims

Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Getrieben in Landwirtschaftsfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Verbrennungsmotor (1) abgegebene Wärme mittels eines Wasser/Öl Wärmetauschers (9) an den Kühlkreislauf des Getriebes (2) weitergeleitet wird, wobei bei einer Getriebeöltemperatur unterhalb einer vorgegebenen Temperatur der Kühler (6) des Getriebekühlkreislaufs optional überbrückt wird, um eine schnelle Erwärmung des Getriebeöls zu ermöglichen und wobei bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur der Zustrom zum Wärmetauscher (9) über ein Absperrventil (10) unterbrochen und die Überbrückung des Kühlers (6) des Getriebekühlkreislaufs deaktiviert wird.
Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Getrieben in Landwirtschaftsfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Verbrennungsmotor (1) erwärmte Kühlwasser des Motorkühlkreislaufs direkt in im Getriebegehäuse im Bereich der Ölansaugung bzw. des Ölsumpfes vorgesehene Kanäle bzw. Durchflussbereiche geführt wird.
Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Getrieben in Landwirtschaftsfahrzeugen, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Verbrennungsmotor (1) erwärmte Kühlwasser solange dem Getriebe (2) zugeführt wird, bis das Getriebeöl eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, wobei anschließend der Motorkühler zugeschaltet wird und der Zustrom zum Getriebe (2) über ein Absperrventil (12) unterbrochen wird.
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zwischen dem dem Verbrennungsmotor (1) zugeordneten Kühlkreislauf und dem Rücklauf (8) des Getriebekühlkreislaufs geschalteten Wasser/Öl Wärmetauscher (9) aufweist, so dass die Wärme des vom Verbrennungsmotor (1) erwärmten Kühlwassers an den Rücklauf (8) des Getriebekühlkreislaufs abgegeben werden kann, wobei zwischen dem Vorlauf (4) des dem Verbrennungsmotor (1) zugeordneten Kühlkreislaufs und dem Wärmetauscher (9) ein Absperrventil (10) vorgesehen ist, welches bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur im Getriebe (2) geschlossen wird, wodurch der Zustrom zum Wärmetauscher (9) unterbrochen wird.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Getriebekühlkreislauf eine Kühlerüberbrückung (11) vorgesehen ist, über die bei einer Getriebeöltemperatur unterhalb einer vorgegebenen Temperatur der Kühler (6) des Getriebekühlkreislaufs überbrückt wird.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Getriebekühlkreislauf ein Umschaltventil zur Leitung des Getriebeöles angeordnet ist.
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Absperrventil (12) aufweist, welches zwischen dem Vorlauf (4) des dem Verbrennungsmotor (1) zugeordneten Kühlkreislaufs und dem Getriebe (2) geschaltet ist, welches bei einer Getriebetemperatur oberhalb einer vorgegebenen Temperatur geschlossen wird, um den Zustrom vom Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors (1) zum Getriebe (2) zu unterbrechen.