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Technischer Bereich
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine Getriebewanne gemäß dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Getriebe gemäß dem
Oberbegriff von Patentanspruch 7.
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Hintergrund
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Fahrzeuge,
wie beispielsweise Autos, Busse, Lastkraftwagen und Arbeitsfahrzeuge
sind mit Getrieben ausgestattet, damit es möglich ist,
das Fahrzeug mit nur einem Motor sowohl mit geringer als auch mit
hoher Geschwindigkeit zu fahren und gleichzeitig die Drehzahl des
Motors in einem geeigneten Betriebsbereich zu halten. Getriebe für
schwerere Fahrzeuge wie beispielsweise Busse, Lastkraftwagen und
Arbeitsfahrzeuge besitzen normalerweise sowohl einen Hauptteil als
auch einen Hoch-Niedrig-Schaltteil. Der Hoch-Niedrig-Schaltteil,
beispielsweise ein Planetengetriebe, ist so ausgeführt,
dass man in bekannter Weise den Hauptteil des Getriebes nutzen kann,
um doppelt so viele Schaltpositionen des Getriebes wie bei einem
Getriebe ohne Hoch-Niedrig-Schaltteil zu erhalten.
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Beim
Fahren mit Geschwindigkeiten, bei denen man einen so hohen Gang
benutzt, dass die Eingangswelle und die Ausgangswelle im Hauptteil
des Getriebes mit gleicher Drehzahl betrieben werden, d. h. wenn
diese Wellen direkt zusammengekoppelt sind, werden keine größeren
Drehmomente über die Zahnradpaare des Getriebes übertragen,
weil die Zahnradpaare nicht am Antrieb des Fahrzeugs beteiligt sind.
Die Zahnradpaare rotieren nur mit den genannten Eingangs- und Ausgangswellen
und schleudern Öl im Getriebe umher, um die Zahnradpaare
zu schmieren, weil die Zahnräder, die an der Seitenwelle des
Getriebes angeordnet sind, in einen sog. Nasssumpf eintauchen, der Öl
enthält. Jedoch ist keine Schmierung und Kühlung
von Zahnradpaaren in größerem Umfang in der genannten
Schaltposition erforderlich, weil sog. Tauchbadverluste, d. h. unnötige Spritzschmierung,
in diesem Fall im Gegensatz zu den Schaltpositionen entsteht, bei
denen größere Drehmomente durch die Zahnradpaare übertragen werden
und eine gute Schmierung und Kühlung der Zahnradpaare erforderlich
ist.
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US 6 299 561 B1 zeigt
ein Getriebe, bei dem Zwischenwände mit Löchern
in einer Ölwanne angeordnet sind, wobei die Zahnräder
der Seitenwelle sich in umso weniger Öl befinden können,
je schneller die Zahnräder rotieren, weil die Zahnräder Öl
aus dem Teil der Ölwanne, in dem die Zahnräder
angeordnet sind, schneller herausschleudern als das Öl durch
die Löcher zurückfließt. Hierdurch wird
eine Überhitzung des Öls vermieden und gleichzeitig
werden Reibungsverluste umso stärker gemindert, je schneller
die Zahnräder rotieren.
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Ein
Problem bei Getrieben der oben genannten Art besteht darin, dass
Tauchbadverluste auch dann entstehen, wenn keine größeren
Drehmomente mit den Zahnradpaaren übertragen werden.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Das
Problem des Auftretens von Tauchbadverlusten bei einem Getriebe,
wenn keine größeren Drehmomente über
die Zahnradpaare des Getriebes übertragen werden, wird
gemäß der Erfindung durch eine Wanne gemäß dem
kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 und durch ein Getriebe
gemäß dem kennzeichnenden Teil von Patentanspruch
7 gelöst.
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Indem
eine Wanne gemäß Patentanspruch 1 und ein Getriebe
gemäß Patentanspruch 7 das Merkmal aufweisen,
dass die Wanne schwenkbar ist und so angeordnet ist, dass sie zwischen
einer ersten Position, in der die Zahnflanken von mindestens einem Getriebezahnrad
so angeordnet sind, dass sie durch das Öl in einem Nasssumpf
zur Zahnradschmierung laufen, und einer zweiten Position bewegt
werden kann, in der die Wanne unter den Zahnradpaaren platziert
ist, so dass sie die Zahnradpaare vom Öl im Nasssumpf trennt,
wird der Vorteil erzielt, dass die Zahnräder an der Seitenwelle
nicht unnötigerweise durch das Öl laufen müssen.
Dadurch können Tauchbadverluste vermieden werden, wenn
keine größeren Drehmomente über die Zahnradpaare übertragen
werden, was zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs führt.
Außerdem wird dadurch auch der Vorteil erzielt, dass die
Zahnradpaare beim Einlegen eines Ganges eine unmittelbare Schmierung
erhalten, wenn wieder größere Drehmomente über
die Zahnradpaare übertragen werden.
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Abbildungskurzverzeichnis
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben, wobei:
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1 einen
Längsschnitt eines Getriebes mit einem Hauptteil und einem
Hoch-Niedrig-Schaltteil schematisch darstellt,
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2 einen
Teilquerschnitt entlang der Linie II-II in 1 eines
Hauptteils eines Getriebes mit einer Wanne gemäß der
Erfindung in einer Position schematisch darstellt, in der größere
Drehmomente über die Zahnradpaare übertragen werden,
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3 einen
Teilquerschnitt entlang der Linie II-II in 1 eines
Hauptteils eines Getriebes mit einer Wanne gemäß der
Erfindung in einer Position schematisch darstellt, in der keine
größeren Drehmomente über die Zahnradpaare übertragen
werden, und
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4 einen
Teilquerschnitt entlang der Linie II-II in 1 eines
Hauptteils eines Getriebes gemäß 3 nach
einer Betriebsdauer in einer Position schematisch darstellt, in
der keine größeren Drehmomente über die
Zahnradpaare übertragen werden.
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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Gleiche
Teile sind in den verschiedenen Abbildungen in gleicher Weise bezeichnet.
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1 zeigt
schematisch einen Längsschnitt eines Getriebes 2 für
ein Fahrzeug 1 mit einem Hauptteil 4 und einem
Hoch-Niedrig-Schaltteil 6, wobei das Getriebe 2 außerdem
eine in den Hauptteil 4 eintretende Welle 8 und
eine aus dem Hauptteil 4 austretende Welle 10 enthält
und die in den Hoch-Niedrig-Schaltteil 6 eintretende Welle 12 starr mit
der aus dem Hauptteil 4 austretenden Welle 10 verbunden
ist und vorzugsweise in die aus dem Hauptteil 4 austretende
Welle 10 integriert ist. Das Getriebe 2 enthält
außerdem eine aus dem Hoch-Niedrig-Schaltteil 6 austretende
Welle 14. Das Getriebe kann auch ohne Hoch-Niedrig-Schaltteil ausgeführt
werden.
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Wie
aus den Abbildungen zu ersehen ist, enthält der Hauptteil 4 des
Getriebes 2 einen Nasssumpf 16, d. h. eine Ölwanne,
die Öl 18 enthält, und eine Seitenwelle 20,
an der einige Zahnräder 22, 24, 26, 28 angeordnet
sind, wobei mindestens ein Zahnrad 22, 24, 26, 28 teilweise
in das Öl 18 im Nasssumpf 16 getaucht
angeordnet ist. An der Eingangswelle 8 bzw. an der Ausgangswelle 10 des
Hauptteils 4 sind die Zahnräder 30, 32, 34, 36 angeordnet.
Indem man auf bekannte Weise die Eingangswelle 8 des Hauptteils 4,
die Ausgangswelle 10 des Hauptteils 4 und die
Seitenwelle 20 durch verschiedene Kombinationen der an
diesen Wellen 8, 10, 20 angeordneten
Zahnräder 30, 32, 34, 36, 22, 24, 26, 28 zusammenkoppelt,
erhält man verschiedene Schaltpositionen, d. h. verschiedene Übersetzungen,
für den Hauptteil 4 des Getriebes 2,
wenn die Zahnradpaare 23, 25, 27, 29 am
Antrieb des Fahrzeugs 1 beteiligt sind.
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Es
ist auch möglich, die Eingangswelle 8 des Hauptteils 4 mit
der Ausgangswelle 10 des Hauptteils mithilfe einer Koppelungsanordnung 9 direkt
zusammenzukoppeln, wobei diese Wellen mit gleicher Drehzahl rotieren
und die an der Seitenwelle 20 angeordneten Zahnräder 22, 24, 26, 28 in
dieser Schaltposition kein nennenswertes Drehmoment übertragen,
weil die Zahnradpaare 23, 25, 27, 29 des
Getriebes nur mit der genannten Eingangswelle 8 und der genannten
Ausgangswelle 10 rotieren, ohne am Antrieb des Fahrzeugs 1 beteiligt
zu sein. Diese Schaltposition ist ein hoher Gang, d. h. ein Gang,
der beim Fahren mit hoher und relativ konstanter Geschwindigkeit
beispielsweise auf einer Autobahn verwendet wird, und ein Gang,
den schwerer Fernverkehr in sehr hohem Maße in der Größenordnung
von 90% der Fahrzeit verwendet. Bei einem herkömmlichen Getriebe
schleudert in dieser Schaltposition mindestens ein an der Seitenwelle 20 angeordnetes
Zahnrad 22, 24, 26, 28 Öl
im Getriebe 2 umher, um die Zahnradpaare 23, 25, 27, 29 zu
schmieren, obwohl die Schmierung der Zahnradpaare 23, 25, 27, 29 in der
genannten Schaltposition nicht in größerem Umfang
erforderlich ist, weil mindestens eines der Zahnräder 22, 24, 26, 28,
die an der Seitenwelle 20 des Getriebes angeordnet sind,
in den Nasssumpf 16 eintaucht, der Öl 18 enthält.
Diese „unnötige" Schmierung, die als Tauchbadverluste
bezeichnet wird, erhöht den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs 1 in
einer Größenordnung von bis zu einigen Prozent,
was ein Nachteil ist, insbesondere für den schweren Fernverkehr,
der wie oben angegeben diese Schaltposition in hohem Maße
nutzt.
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Wie
ebenfalls aus den Abbildungen zu ersehen ist, enthält der
Hauptteil 4 des Getriebes 2 auch eine Wanne 31 gemäß der
Erfindung, die so ausgeführt ist, dass sie die Tauchbadverluste
in der Schaltposition verringert, in der die Eingangswelle 8 des Hauptteils 4 direkt
an die Ausgangswelle 10 des Hauptteils 4 gekoppelt
ist und mit der gleichen Drehzahl wie die Ausgangswelle 10 des
Hauptteils 4 rotiert. Die Funktion der Wanne 31 wird
im Folgenden näher beschrieben.
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Die
Wanne 31 ist folglich schwenkbar und so angeordnet, dass
sie zwischen einer ersten Position, in der die Zahnflanken K von
mindestens einem Zahnrad 22, 24, 26, 28; 30, 32, 34, 36 so
angeordnet sind, dass sie das Öl 18 in einem Nasssumpf 16 zur Zahnradschmierung
durchlaufen, und einer zweiten Position bewegt werden kann, in der
die Wanne 31 unter den Zahnradpaaren 23, 25, 27, 29 platziert
ist, wodurch die Zahnradpaare 23, 25, 27, 29 vom Ölvolumen 18 im
Nasssumpf 16 getrennt werden. Die Wanne 31 ist
vorzugsweise so angeordnet, dass sie beim Einlegen einer Schaltposition,
bei der die Eingangswelle 8 und die Ausgangswelle 10 über
die am Antrieb des Fahrzeugs 1 beteiligten, Zahnradpaare 23, 25, 27, 29,
zusammengekoppelt sind, in die erste Position gebracht wird, und
außerdem so angeordnet, dass sie beim Einlegen einer Schaltposition,
bei der die Eingangswelle 8 und die Ausgangswelle 10 direkt
miteinander zusammengekoppelt sind und die Zahnradpaare 23, 25, 27, 29 nicht
am Antrieb des Fahrzeugs 1 beteiligt sind, in die zweite
Position gebracht wird.
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2 zeigt
schematisch einen Teilquerschnitt entlang der Linie II-II in 1 des
Hauptteils 4 des Getriebes 2 mit einer Wanne 31 gemäß der
Erfindung in einer der Schaltpositionen, in denen ein größeres
Drehmoment über die Zahnradpaare übertragen wird,
d. h. in einer Schaltposition, in der die Eingangswelle des Hauptteils 4 mit
der Ausgangswelle des Hauptteils 4 und der Seitenwelle 20 über eine
Kombination der an diesen Wellen angeordneten Zahnräder
zusammengekoppelt ist. In der Abbildung ist nur das Zahnradpaar 23 mit
den Zahnrädern 30 und 22 gezeigt. Wie
aus der Abbildung ersichtlich ist, ist die Wanne 31 in
der Schaltposition, in der ein größeres Drehmoment über
die Zahnradpaare übertragen wird, in einer ersten Position
so platziert, dass mindestens die Zahnflanken K von mindestens einem
der Zahnräder, vorzugsweise von allen Zahnrädern,
die mit anderen Zahnrädern im Eingriff sind, die an der
Seitenwelle 20 des Getriebes angeordnet sind, in das im
Nasssumpf 16 befindliche Öl 18 tauchen
können und durch dieses Öl 18 laufen
können, um eine Zahnradpaarschmierung zu erhalten, wobei eine
gute Schmierung und Kühlung der Zahnradpaare sichergestellt
wird, indem das genannte Zahnrad Öl an die Zahnradpaare
spritzt, wenn es sich in Richtung des Pfeils A dreht. Um eine gute
Schmierung und Kühlung zu erhalten, darf das Ölniveau
nicht zu niedrig sein. Ein zu hohes Ölniveau führt
aber zu einer Überhitzung des Öls und zu Leckage
von Öl aus dem Getriebe über Wellendurchführungen
im Getriebegehäuse. In der Abbildung ist auch ein zum Getriebe 2 geführtes
festes Zylindergehäuse 15 mit einer darin angeordneten
zur Wanne 31 geführten festen Kolbenstange 17 gezeigt,
das einen Zylinder 19 bildet, der zur Bewegung der Wanne 31 dient.
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3 zeigt
schematisch einen Teilquerschnitt eines Hauptteils 4 eines
Getriebes 2 mit einer Wanne 31 gemäß der
Erfindung entlang der Linie II-II in 1 in einem
Zustand, in dem das Getriebe 2 genau in eine Position gebracht
wurde, in der kein größeres Drehmoment über
die Zahnradpaare übertragen wird. Die Wanne 31 ist
vorzugsweise drehbar um die Seitenwelle 20 angeordnet,
indem die Enden der Wanne 31 um die Seitenwelle 20 aufgehängt sind.
Wenn eine Schaltposition, in der kein größeres Drehmoment über
die Zahnradpaare übertragen wird, eingelegt wird, wird
die Wanne 31 in die in der Abbildung gezeigte Position
gebracht, indem die zur Wanne 31 geführte Kolbenstange 17 in
Richtung aus dem Zylindergehäuse 15 des Zylinders 19 verschoben
wird, wobei die Wanne 31 um die Seitenwelle 20 rotiert.
In dem Augenblick, in dem die Wanne 31 sich nach unten
unter die Seitenwelle 20 dreht, wird die Wanne mit Öl
aus dem Nasssumpf 16 gefüllt. Wie aus der Abbildung
zu ersehen ist, erhält man folglich zwei Ölvolumen,
ein Ölvolumen 18 im Nasssumpf 16 und
ein Ölvolumen 38 in der Wanne 31.
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4 zeigt
schematisch einen Teilquerschnitt eines Hauptteils 4 eines
Getriebes 2 gemäß 3 entlang
der Linie II-II in 1 in einem Zustand, in dem das
Getriebe 2 eine Weile in einer Position in Betrieb war,
in der kein größeres Drehmoment über
die Zahnradpaare übertragen wird. Wie aus der Abbildung
ersichtlich ist, ist das Ölvolumen 38 in der Wanne 31 fast
nicht mehr vorhanden, weil das Zahnrad 22 an der Seitenwelle 20 des
Getriebes 2 dieses Öl aus der Wanne 31 in
den Nasssumpf 16 gespritzt hat, wodurch keine Tauchbadverluste
mehr auftreten, wenn die Zahnräder an der Seitenwelle des
Getriebes kein Öl mehr unnötigerweise hochspritzen
müssen. Man erhält auch in dieser Schaltposition
eine gewisse Schmierung und Kühlung der Zahnradpaare, weil Öl,
das die Lager des Getriebes schmiert, zu den Zahnradpaaren herableckt.
Wenn man diese Schmierung und Kühlung verstärken
will, kann man ein kleines Loch oder mehrere kleine Löcher 40 in
der Wanne 31 herstellen, um eine gewisse Leckage von Öl
aus dem Ölvolumen 18 im Nasssumpf 16 in
die Wanne 31 zu erhalten. Diese Leckage ist jedoch so gering,
dass sie nur zu unerheblichen Tauchbadverlusten führt,
wenn dieses Öl auf die Zahnradpaare hochgespritzt wird.
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Wenn
man die in 4 gezeigte Schaltposition auskuppelt
und eine in 2 gezeigte Schaltposition einkuppelt,
dreht sich die Wanne durch Bewegung des Zylinders aus der in 4 gezeigten zweiten
Position in die in 2 gezeigte erste Position, wobei
das Öl 18 im Nasssumpf 16 direkt zu den Zahnrädern
an der Seitenwelle strömt. Dadurch wird garantiert, dass
man eine gute Schmierung und Kühlung der Zahnradpaare in
dem Augenblick erhält, in dem eine Schaltposition, in der
ein größeres Drehmoment über die Zahnradpaare übertragen
wird, d. h. eine Schaltposition, in der die Eingangswelle des Hauptteils
mit der Ausgangswelle des Hauptteils und der Seitenwelle über
eine Kombination der an diesen Wellen angeordneten Zahnräder
zusammengekoppelt ist, eingelegt wird.
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Das
Getriebe 2 kann mit einer gewissen Neigung im Fahrzeug 1 montiert
werden, so dass das Öl im Nasssumpf sich nicht so weit
weg vom kleinsten Zahnrad an der Seitenwelle befindet wie es sich
befinden würde, wenn das Getriebe horizontal im Fahrzeug 1 montiert
wäre.
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Die
Bewegung der Wanne zwischen den verschiedenen in 2–4 gezeigten
Positionen wird durch Versetzung der Wanne in die jeweilige Position
unter der Seitenwelle bzw. aus der jeweiligen Position unter der
Seitenwelle durchgeführt, wenn die genannte Schaltposition
eingekuppelt bzw. ausgekuppelt wird, um eine Situation zu verhindern,
in der die Zahnradpaare keine Schmierung in den Schaltpositionen
erhalten, in denen dies notwendig ist. Die Bewegung der Wanne kann
beispielsweise mit einem elektrisch betriebenen Linearmotor mit
einem einfachwirkenden Hydraulik- oder Pneumatikzylinder mit Federrückstellung
durchgeführt werden, wie beispielsweise dem in 2 und 3 gezeigten
Zylinder mit Zylindergehäuse und Kolbenstange. Die Bewegung
der Wanne kann auch mit einer anderen elektrisch, hydraulisch oder
pneumatisch betriebenen Anordnung durchgeführt werden.
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Die
Wanne besteht vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff, kann aber
auch aus jedem beliebigen anderen Material bestehen, das gegen das
Milieu im Getriebe beständig ist, d. h. das der Einwirkung von Öl
und Wärme und mechanischer Beanspruchung sowie Verschleiß widersteht.
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Vorzugsweise
werden nur die Zahnradpaare und deren Zahnradflanken mit der oben
genannten Spritzschmierung aus dem Nasssumpf geschmiert und gekühlt.
Die Zahnradpaare können so ausgeführt sein, dass
sie eine Ölpumpe antreiben, die verschiedene Wellenlager,
beispielsweise konische Nadellager, im Getriebe schmiert, indem
sie diesen Lagern Öl unter Druck zuführt. Diese
Schmierung ist zweckmäßig, weil die Wärme
hauptsächlich in den Lagern erzeugt wird.
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Die
Wanne ist vorzugsweise als Halbrohr mit Stirnwänden ausgeführt,
sie kann aber auch gemäß den Durchmessern und
Dicken der verschiedenen an der Seitenwelle angeordneten Zahnräder
ausgeführt werden.
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Die
Erfindung wurde oben für ein herkömmliches Getriebe
beschrieben, bei dem die Zahnräder der Seitenwelle tiefer
angeordnet sind als die Zahnräder der Eingangswelle und
der Ausgangswelle. Es ist auch möglich, die Zahnräder
der Eingangswelle und der Ausgangswelle tiefer als die Zahnräder
der Seitenwelle anzuordnen, wobei die Wanne unter den Zahnrädern
der Eingangswelle und der Ausgangswelle angeordnet wird. Die Wanne
wird stets unter den am tiefsten befindlichen Zahnrädern
der Zahnradpaare angeordnet, weil diese Zahnräder durch das Öl
im Nasssumpf laufen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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