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Gebiet
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Die
vorliegende Offenlegung betrifft einen Luft/Öl-Abscheider und im Spezielleren
einen Luft/Öl-Abscheider
zur Verwendung mit automatischen Getrieben und Transaxle-Einheiten.
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Hintergrund
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Die
Angaben in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformation
in Bezug auf die vorliegende Offenlegung und können den Stand der Technik
darstellen oder nicht.
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Trockensumpf-Schmiersysteme
werden sowohl in Motoren als auch Getrieben zunehmend populär. In Trockensumpfsystemen
wird Öl
in einem Sumpf gespeichert, der, im Gegensatz zu Nasssumpfsystemen,
von der Kurbelwelle und den Hauptlagern in einem Motor und von den
Zahnradsätzen und
Kupplungen in einem Getriebe getrennt ist. Nach Verwendung in dem
Motor oder Getriebe wird Öl durch
Spülpumpen,
die über Ölansaugrohre
wirksam sind, welche in der Unterseite der Vorrichtung entsprechend
angeordnet sind, hinausgepumpt, und wird es zur Rezirkulation in
den Hauptsumpf zurückgeführt. Unglücklicherweise
ist das typische Schmiersystem nicht nur nicht gegenüber der
Umgebung abgedichtet, sondern Öl
und Hydraulikfluide besitzen außerdem
noch eine starke Affinität
zu Luft. Demzufolge wird Luft in dem Öl oder Hydraulikfluid mitgerissen.
Es wurde auch festgestellt, dass die Menge der in dem Öl mitge rissenen
Luft umso größer ist,
je effektiver die Spülpumpen
und Ölpumpen
sind.
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Da
Luft Motor- oder Getriebekomponenten weder schmiert noch eine Kühlung für solche
Komponenten derart effektiv bereitstellt wie Öl, werden, wenn die Luft nicht
entfernt wird, selbst wenn das erforderliche Volumen an Öl anscheinend
an einen Motor oder ein Getriebe geliefert wird, um die Komponenten
zu schmieren und zu kühlen,
die Schmierung und die Kühlung
tatsächlich
unzureichend sein. Als eine Folge davon kann die erwartete Lebensdauer von
Motor- und Getriebekomponenten nicht realisiert werden.
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Es
ist offensichtlich, dass es Probleme in Verbindung mit Trockensumpf-Schmiersystemen gibt,
und die vorliegende Erfindung zielt auf die Minderung eines Problems
ab.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung sieht einen Luft/Öl-Abscheider zur Verwendung
mit Motoren, Getrieben und Transaxle-Einheiten vor. Der Abscheider umfasst
ein Gehäuse
mit einem Einlass für
mit Luft angereichertes Öl
oder Hydraulikfluid und Auslässe für die/das
abgeschiedene Luft und Öl
oder Fluid. Das Gehäuse
ist allgemein zylindrisch und definiert einen oberen Einlassabschnitt,
einen mittleren Abscheiderabschnitt und einen unteren Sammlerabschnitt.
Der obere Einlassabschnitt des Gehäuses umfasst einen ersten,
tangentialen Einlassdurchgang, der sich mit einem zweiten, spiralförmigen oder kreisförmigen Durchgang
vereinigt. Der spiralförmige oder
kreisförmige
Durchgang kommuniziert mit dem zyklonartigen Abscheiderabschnitt,
der entweder zylindrisch oder kegelstumpfförmig sein kann. Ein koaxialer
Auslass in dem oberen Einlassabschnitt lässt zu, dass abgeschiedene
Luft zu dem Motor- oder Getriebegehäuse zurückkehrt, während ein Auslass in dem unteren
Sammlerabschnitt Öl
oder Hydraulikfluid zu der Vorrichtung zurückführt. Solch eine tangentiale
und spiralförmige
Zufuhr von mit Luft angereichertem Öl in den Abscheiderabschnitt
bildet einen Wirbel, der Zentrifugalkräfte erzeugt, die bewirken, dass Öltropfen
auf den Wänden
des Abscheiders auftreffen und dort agglomerieren. Derselbe Prozess bewirkt,
dass sich die leichtere, freigesetzte Luft in der Mitte des Abscheiders
sammelt. Während
das Öl durch
die Schwerkraft die Wände
des Abscheiders nach unten gezogen wird, strömt die Luft aus dem Auslass
in der Oberseite des Abscheiders.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luft/Öl-Abscheider
für einen
Motor, ein Getriebe oder eine Transaxle-Einheit vorzusehen.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luft/Öl-Abscheider
für einen
Motor, ein Getriebe oder eine Transaxle-Einheit vorzusehen, der
ein Trockensumpf-Schmiersystem aufweist.
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Es
ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luft/Öl-Abscheider für einen
Motor, ein Getriebe oder eine Transaxle-Einheit vorzusehen, der
ein Gehäuse
aufweist, welches einen oberen, einen mittleren und einen unteren
Abschnitt definiert.
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Es
ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luft/Öl-Abscheider für einen
Motor, ein Getriebe oder ein Transaxle-Einheit vorzusehen, der ein
Gehäuse
aufweist, welches einen oberen Einlass-, einen mittleren Abscheider-
und einen unteren Sammlerabschnitt definiert.
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Es
ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luft/Öl-Abscheider für einen
Motor, ein Getriebe oder eine Transaxle-Einheit vor zusehen, der
ein Gehäuse
aufweist, welches einen Einlassdurchgang definiert, welcher tangentiale
und spiralförmige
oder konzentrische Abschnitte definiert.
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Weitere
Ziele, Vorteile und Anwendungsgebiete werden aus der hierin nachfolgend
bereitgestellten Beschreibung offensichtlich. Es sollte einzusehen
sein, dass die Beschreibung und spezifische Beispiele lediglich
der Illustration dienen sollen und den Schutzumfang der vorliegenden
Offenlegung nicht einschränken
sollen.
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Zeichnungen
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Die
hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich Illustrationszwecken
und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenlegung in keiner
Weise einschränken.
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1 ist
eine schematische graphische Darstellung eines beispielhaften Trockensumpfgetriebes,
welches einen Luft/Öl-Abscheider gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst;
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2 ist
eine perspektivische Darstellung eines Luft/Öl-Abscheiders gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ist
eine Vollquerschnittsansicht eines Luft/Öl-Abscheiders gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang der Linie 3-3 von 2;
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4 ist
eine vordere Aufrissansicht eines Luft/Öl-Abscheiders gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei Abschnitte davon weggebrochen sind; und
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5 ist
eine Vollquerschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform
eines Luft/Öl-Abscheiders
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Die
nachfolgende Beschreibung ist rein beispielhaft und soll die vorliegende
Offenlegung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen nicht einschränken.
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Unter
nunmehriger Bezugnahme auf 1 ist ein
Abschnitt eines beispielhaften automatischen Getriebes veranschaulicht
und allgemein durch die Bezugsziffer 10 bezeichnet. Das
automatische Getriebe 10 umfasst ein Gehäuse 12,
ein/e Eingangswelle oder -element 14, eine Doppelkupplungsanordnung 16,
eine Vielzahl von Zahnradsätzen
oder -anordnungen 18, ein Hydrauliksystem 20 und
ein/e Ausgangswelle oder -element 22. Die Eingangswelle 14 ist
entweder direkt durch den Ausgang einer Antriebsquelle wie z. B.
eines Verbrennungs-, Gas-, Dieselmotors oder eines Hybrid-Antriebsaggregats oder über einen
Drehmomentwandler (alle nicht veranschaulicht) angetrieben und treibt
die Doppelkupplungsanordnung 16 an. Die Doppelkupplungsanordnung 16 wiederum
treibt selektiv eine Vielzahl von Zahnradsätzen 18 an. Die Doppelkupplungsanordnung 16 und
die Vielzahl von Zahnradsätzen 18 arbeiten
zusammen, um eine Vielzahl von Vorwärts- oder Rückwärtsdrehzahl- oder -übersetzungsverhältnissen
an die Ausgangswelle 22 bereitzustellen. Die Ausgangswelle 22 ist
mit einer Achsantriebseinheit oder einem Verteilergetriebe (beide
nicht veranschaulicht) gekoppelt und treibt diese/s an. Es sollte einzusehen
sein, dass das beispielhafte automatische Getriebe 10 mehr
oder weniger Komponenten umfassen kann und einen anderen Aufbau
wie einen Mehr fachplanetenradsatz-Typ aufweisen kann und dennoch
in den weiten Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung fällt.
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Das
Hydrauliksystem 20 dient dazu, um ein Hydraulikfluid wie
z. B. ein Öl
im gesamten automatischen Getriebe 10 zu sammeln, zu entlüften, mit Druck
zu beaufschlagen und zu verteilen, um eine Kühlung und Schmierung vorzusehen
und die Doppelkupplungsanordnung 16 und die Vielzahl von Zahnradsätzen 18 zu
steuern. Das Hydrauliksystem 20 umfasst ein erstes Reservoir 30,
ein zweites Reservoir 32 und ein drittes Reservoir 34,
eine erste Pumpe 36, eine zweite Pumpe 38, einen
Luft/Öl-Abscheider 40 und
eine Steuerventilanordnung 44.
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Das
erste Reservoir 30 ist ein Sumpf oder Behälter zum
Speichern von zumindest teilweise entlüftetem Hydraulikfluid. Das
teilweise entlüftete
Hydraulikfluid ist ein Hydraulikfluid, welches in einem Ausmaß entlüftet wurde,
das mit den hydraulischen Anforderungen des automatischen Getriebes 10 übereinstimmt.
Das erste Reservoir 30 ist zwischen dem zweiten Reservoir 32 und
dem dritten Reservoir 34 angeordnet. Das zweite Reservoir 32 ist
ein Sumpf oder Behälter
zum Sammeln von zumindest teilweise mit Luft angereichertem Fluid
von der Vielzahl von Zahnradsätzen 18.
Mit Luft angereichertes Hydraulikfluid ist ein Hydraulikfluid, das
Luft oder andere Gase aufweist, die darin in einem Ausmaß mitgerissen
wird/werden, das mit den hydraulischen Anforderungen des automatischen
Getriebes 10 nicht übereinstimmt
oder unerwünscht
ist. Das zweite Reservoir 32 ist von dem ersten Reservoir 30 getrennt und
ist in der Nähe
der Rückseite
des automatischen Getriebes 10 nahe der Ausgangswelle 22 angeordnet.
Auch das dritte Reservoir 34 ist von dem ersten Reservoir 30 getrennt
und das zweite Reservoir 32 ist in der Nähe der Vorderseite
des automatischen Getriebes 10 nahe der Doppelkupplungsanordnung 16 angeordnet.
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Die
erste oder Hauptpumpe 36 kann eine von vielen Arten sein
wie z. B. eine Sichelpumpe, eine Kreiselpumpe, eine Zahnradpumpe,
eine Gerotorpumpe oder eine Flügelzellenpumpe,
ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Der Einlass der ersten oder Hauptpumpe 36 steht mit einem
ersten Filter 46 in Verbindung, der innerhalb des ersten
Reservoirs 30 angeordnet ist und Partikel aus dem Hydraulikfluid
entfernt, welches aus dem ersten Reservoir 30 gesaugt wird.
Die erste oder Hauptpumpe 36 stellt mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid
an die Steuerventilanordnung 44 bereit.
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Die
zweite oder Spülpumpe 38 kann
ebenfalls eine von den vielen oben angeführten Arten sein. Der Einlass
der zweiten oder Spülpumpe 38 steht
mit einem zweiten Filter 48, der innerhalb des zweiten
Reservoirs 32 angeordnet ist, und einem dritten Filter 52 in
Verbindung, der innerhalb des dritten Reservoirs 34 angeordnet
ist, und der Auslass der zweiten oder Spülpumpe 38 steht mit
dem Luft/Öl-Abscheider 40 in
Verbindung. Der zweite Filter 48 entfernt Partikel aus
dem Hydraulikfluid, welches durch die zweite oder Spülpumpe aus
dem zweiten Reservoir 32 gesaugt wird, und der dritte Filter 52 entfernt
Partikel aus dem Hydraulikfluid, welches durch die zweite oder Spülpumpe 38 aus
dem dritten Reservoir 34 gesaugt wird. Die zweite oder Spülpumpe 38 stellt
mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid an den Luft/Öl-Abscheider 40 bereit.
Vorzugsweise ist der Luft/Öl-Abscheider 40 in
einem oberen Bereich 54 des ersten Reservoirs 30 angeordnet.
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Unter
nunmehriger Bezugnahme auf die 2 und 3 umfasst
der Luft/ Öl-Abscheider 40 ein
komplex ausgebildetes, mehrteiliges Gehäuse 60. Das Gehäuse 60 umfasst
vorzugsweise einen oberen oder Verschlussabschnitt 62,
einen oberen Körperabschnitt 64 und
einen unteren Körperabschnitt 66,
die einzeln aus Kunststoff wie z. B. ABS oder einem ähnlichen
Werkstoff gegossen oder gebildet und durch Kleber, autogenes Binden
oder andere Mittel wie z. B. mechanische Befestigungselemente miteinander
verbunden sein können.
Es wird jedoch einzusehen sein, dass andere vergleichbare physikalische
Konfigurationen und Montagetechniken innerhalb des Schutzbereiches
der Erfindung liegen.
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Der
untere Körperabschnitt 66 des
Gehäuses 60 umfasst
eine segmentierte Einlasskanalanordnung 70 mit einem ersten
vertikalen Durchgang oder Abschnitt 72, der mit Luft angereichertes Öl, d. h.
Ein Luft/Öl-Gemisch,
von der zweiten oder Spülpumpe 38 empfangt.
Der erste, vertikale Abschnitt 72 der Einlasskanalanordnung 70 steht
mit einem zweiten, horizontalen Durchgang oder Abschnitt 74 in Verbindung,
der wiederum mit einem dritten, vertikalen Durchgang oder Abschnitt 76 in
Verbindung steht. Der erste, der zweite und der dritte Abschnitt 72, 74 und 76 der
Einlasskanalanordnung 70 definieren vorzugsweise Durchgänge mit
gleichem Durchmesser oder gleicher Fläche. Ein zusätzlicher
vierter, vertikaler Durchgang oder Abschnitt 78 der Einlasskanalanordnung 70 ist
in dem oberen Körperabschnitt 64 des Gehäuses 60 enthalten.
Der vierte, vertikale Durchgang oder Abschnitt 78 definiert
vorzugsweise eine leichte Verjüngung
oder Verengung in der Strömungsrichtung,
welche die Geschwindigkeit der Strömung des mit Luft angereicherten Öls durch
den vierten, vertikalen Abschnitt 78 erhöht und gleichzeitig
ihren Druck verringert.
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Der
vierte, vertikale Durchgang oder Abschnitt 78 der Einlasskanalanordnung 70 steht
unter einem rechten Winkel mit einem fünften, tangentialen Durchgang
oder Abschnitt 82 in Verbindung. Der fünfte, tangentiale Durchgang
oder Abschnitt 82 erstreckt sich in den oberen Körperabschnitt 64 des Gehäuses 60 hinein
und vereinigt sich mit einem sechsten, kreisförmigen oder spiralförmigen Durchgang
oder Abschnitt 84. Der sechste, kreisförmige oder spiralförmige Durchgang
oder Abschnitt 84 ist vorzugsweise konzentrisch mit der
Achse des Gehäuses 60 und
erstreckt sich um mindestens 270° um diese
Achse herum, um eine Verwirbelungs- oder kreisförmige Bewegung auf das mit
Luft angereicherte Öl
zu übertragen.
Der sechste, kreisförmige
oder spiralförmige
Durchgang oder Abschnitt 84 endet in einem laminaren Auslass 86.
Der obere oder Verschlussabschnitt 62 des Gehäuses 60 schließt den fünften, tangentialen
Durchgang oder Abschnitt 82 und den sechsten, kreisförmigen oder
spiralförmigen Durchgang
oder Abschnitt 84 ab und umfasst eine/n vorzugsweise kreisförmige/n
Durchgang und Öffnung 88,
der/die durch eine mit der Achse des Gehäuses 60 konzentrischen,
zylindrischen Wand 90 definiert ist und mit dem Inneren 92 des
Gehäuses 60,
aber nicht mit dem sechsten, kreisförmigen Durchgang oder Abschnitt 84 in
Verbindung steht.
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Unter
nunmehriger Bezugnahme auf die 3 und 4 ist
das Innere 92 des Gehäuses 60 durch
eine obere zylindrische Wand 94, die durch den oberen Körperabschnitt 64 gebildet
ist, und eine untere zylindrische Wand 96 definiert, die
durch den unteren Körperabschnitt 66 gebildet
ist. An dem unteren Bereich des Inneren 92 verjüngt sich
die untere zylindrische Wand 96 des Gehäuses 60 nach innen und
vereinigt sich mit einem allgemein rechteckigen, horizontalen Auslasskanal
oder -durchgang 100. Der Auslasskanal oder -durchgang 100 endet
in einer schrägen
Austrittsöffnung 102.
Der untere Körperabschnitt 66 umfasst
vorzugsweise auch ein Paar gegenüberliegende,
sich nach außen
erstreckende Befestigungsösen
oder -ringe 104, die durch Paare von Stegen oder Versteifungsblechen 106 verstärkt sind. Jede/r
der Befestigungsösen
oder -ringe 104 umfasst eine Durchgangsöffnung 108, die derart
ausgebildet ist, um ein Befestigungs element (nicht veranschaulicht)
zum Befestigen des Luft/Öl-Abscheiders 40 innerhalb
des Gehäuses 12 des
Getriebes 10 aufzunehmen.
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Unter
nunmehriger Bezugnahme auf 5 ist eine
alternative Ausführungsform
eines Luft/Öl-Abscheiders
veranschaulicht und allgemein durch die Bezugsziffer 120 bezeichnet.
Der Luft/Öl-Abscheider 120 der
alternativen Ausführungsform
ist in vielerlei Hinsicht derselbe wie der Luft/Öl-Abscheider 40 und
umfasst den oberen oder Verschlussabschnitt 62, der die Öffnung 88 definiert, den
oberen Körperabschnitt 64 mit
dem fünften,
tangentialen Durchgang oder Abschnitt 82, dem sechsten,
kreisförmigen
oder spiralförmigen
Durchgang oder Abschnitt 84 und der zylindrischen Wand 90,
sowie die Einlasskanalanordnung 70. Der Luft/Öl-Abscheider 120 umfasst
einen anderen unteren Körperabschnitt 126.
Hier weist der untere Körperabschnitt 126 eine
deutliche Verjüngung
nach unten und nach innen auf, sodass die untere Wand 128 einen
Stumpf eines Kegels definiert, d. h. kegelstumpfförmig ist. Die
kegelstumpfförmige
untere Wand 128 endet in einer herabhängenden Lippe 130,
die innerhalb von einer zylindrischen Außenwand 132, welche
eine Beruhigungskammer 134 definiert, aufgenommen und von
dieser beabstandet ist. Die Beruhigungskammer 134 besitzt
einen Durchmesser, der deutlich größer ist als der kleinste Durchmesser
der kegelstumpfförmigen
unteren Wand 128 (der durch die herabhängende Lippe 130 definiert
ist), sodass eine relativ ruhige Zone erzeugt wird, die die Abscheidung
und Agglomeration des Öls
weiter unterstützt.
Das Öl
bewegt sich durch einen allgemein rechteckigen Auslasskanal oder
-durchgang 100' aus
dem Abscheider 120 heraus.
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Im
Betrieb sehen die Luft/Öl-Abscheider 40 und 120 gemäß der vorliegenden
Erfindung ein verbessertes Schmier- und Kühlvermögen von Öl und Hydraulikfluid in Motoren,
Getrieben und Transaxle-Einheiten vor, indem sie mitgerissene Luft
aus dem Öl
oder Fluid, insbesondere in Tro ckensumpfsystemen, entfernen. Mit
Luft angereichertes Öl
wird z. B. durch die zweite oder Spülpumpe 38 des z. B.
automatischen Getriebes 10 zu dem Einlasskanal 70 geliefert.
Das mit Luft angereicherte Öl
wird durch den vierten, vertikalen Durchgang oder Abschnitt 78, durch
den fünften,
tangentialen Durchgang oder Abschnitt 82 und um den sechsten,
kreisförmigen
oder spiralförmigen
Durchgang oder Abschnitt 84 herum beschleunigt, was eine
kreisförmige
Verwirbelungsbewegung auf das mit Luft angereicherte Öl überträgt. Das
wirbelnde, mit Luft angereicherte Öl strömt durch den Auslass 86 und
tritt in das Innere 92 des Abscheiders 40 oder 120 ein,
wo ein Fluidwirbel gebildet wird. Die auf das wirbelnde, mit Luft
angereicherte Öl
ausgeübte
Zentrifugalkraft treibt das Öl
in Kontakt mit den inneren Wänden 94 und 96,
während sich
die weniger dichte Luft in der Mitte der Abscheider 40 und 120 sammelt.
Die Luft/Öl-Abscheider 40 und 120 sind
in der Lage, das Öl
75 Millisekunden lang auf 8750 Meter pro Sekunde quer zu beschleunigen.
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Das
im Wesentlichen luftfreie Öl
sammelt sich dann im Boden des Abscheiders 40 und strömt aus dem
horizontalen Auslasskanal oder -durchgang 100, während sich
die Luft nach oben durch den Durchgang und Auslass 88 bewegt.
Die Beruhigungskammer 134 des Luft/Öl-Abscheiders 120 der alternativen
Ausführungsform
besitzt, wie erwähnt, einen
Durchmesser, der größer ist
als der kleinste Durchmesser der kegelstumpfförmigen unteren Wand 128 des
Abscheiders 120, um dadurch zu bewirken, dass sich das
austretende Fluid verlangsamt und die Luft/Öl-Abscheidung weiter zu unterstützen.
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Es
sollte einzusehen sein, dass, wenngleich die Luft/Öl-Abscheider 40 und 120 oben
in Verbindung mit einem automatischen Getriebe mit Trockensumpf
beschrieben wurden, diese gleichermaßen in Trockensumpf motoren,
Handschaltgetrieben und Transaxle-Einheiten geeignet sind und dieselben Vorteile
bereitstellen.
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Die
vorhergehende Beschreibung der Erfindung ist lediglich von beispielhafter
Natur und Abwandlungen, die nicht von dem wesentlichen Inhalt der
Erfindung abweichen, sollen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung
liegen. Solche Abwandlungen sind nicht als Abweichung von dem Geist
und Schutzumfang der Erfindung und den nachfolgenden Ansprüchen zu
betrachten.