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Die Erfindung betrifft eine Ölversorgungseinrichtung eines Schaltgetriebes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Versorgung eines Schaltgetriebes mit Öl nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8.
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Bei Zahnradgetrieben werden die Zahnräder in der Regel durch Tauchschmierung oder Einspritzschmierung zu Zwecken der Schmierung und Kühlung mit Öl versorgt. Bei der Einspritzschmierung ist im Getriebe eine Ölpumpe vorgesehen, welche von einer Getriebewelle angetrieben wird, Öl aus einem Ölsumpf über ein Filter ansaugt und über eine Druckleitung an Spritzdüsen fördert, welche den Zahnrädern oder Zahnradstufen zu geordnet sind. Bei Schaltgetrieben, insbesondere für Kraftfahrzeuge sind nicht alle Zahnradstufen gleichmäßig belastet, da jeweils nur ein Gang geschaltet und daher nur die betreffende Gangstufe belastet ist. Die Ölversorgung hängt von der Belastung des Getriebes, u. a. von seiner Drehzahl, dem übertragenen Drehmoment und der Temperatur ab. Wird zuviel Öl durch die Ölpumpe gefördert und in die Zahnradstufen eingespritzt, wird einerseits zuviel Antriebsleistung für die Ölpumpe verbraucht, andererseits sinkt der Wirkungsgrad der Zahnradstufe.
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Durch die
DE 10 2005 013 657 A1 wurde ein belastungsabhängiges Ölversorgungssystem für ein Zahnradgetriebe bekannt, wobei in Abhängigkeit von der Belastung des Getriebes stufenweise zunächst eine Tauchschmierung und bei höherer Belastung zusätzlich eine Einspritzschmierung zur Anwendung kommt. Die Belastung des Getriebes wird dabei über Sensoren ermittelt, welche zu einem Belastungskennwert verarbeitet werden. In Abhängigkeit von dem ermittelten Belastungskennwert wird die Ölversorgung über ein Ölsteuergerät stufenweise gesteuert, wobei jedoch alle Zahnräder, d. h. auch sämtliche Gangradsätze gleichmäßig mit Öl versorgt werden.
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Durch die
DE 10 2005 051 381 A1 der Anmelderin wurde eine belastungsabhängige Ölversorgung für ein Schaltgetriebe, insbesondere ein Doppelkupplungsgetriebe bekannt, wobei der jeweils geschaltete Gang mit einem erhöhten Ölvolumenstrom und die nicht geschalteten Gänge mit einem reduzierten Ölvolumenstrom mittels Einspritzschmierung beaufschlagt werden. Die Steuerung des Ölvolumenstroms erfolgt durch eine Querschnittsveränderung von flexibel ausgebildeten Öldruckleitungen, welche zu den Spritzdüsen führen. Die Querschnittsveränderung wird dabei mechanisch durch die Schaltbewegung eines Schaltelementes, z. B. einer Schaltmuffe bewirkt.
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Durch die
DE 10 2007 051 016 A1 der Anmelderin wurde eine Ölversorgungseinrichtung für ein Schaltgetriebe bekannt, welches zwei achsparallele Getriebewellen mit mehreren Gangradsätzen, auch Gangstufen genannt, aufweist. Das Ölversorgungssystem umfasst eine getriebeseitig angetriebene Ölpumpe, welche Öl in ein erste, eine zweite sowie eine weitere Verteilerleitung fördert, welche das Öl zu unterschiedlichen Schmier- bzw. Kühlstellen leiten. Über die erste und zweite Verteilerleitung werden Spritzdüsen versorgt, welche den einzelnen Gangradsätzen, bestehend aus Festrad und Losrad, zugeordnet sind. Die weitere Verteilerleitung führt als axiale Zentralbohrung in das Innere einer Getriebewelle, von wo aus das Öl an weitere Schmierstellen, wie z. B. Lager oder Schalt- und Synchronisiereinrichtungen verteilt wird. Die bekannte Einordnung differenziert die Ölversorgung nach zwei unterschiedlichen Prioritäten. Allerdings werden sämtlich Schmierstellen – unabhängig von ihrer individuellen Belastung – gleichmäßig mit Öl versorgt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Ölversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art die Einspritzschmierung belastungsabhängig und kostengünstig zu gestalten.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass nur die jeweils geschaltete, d. h. belastete Gangstufe beölt wird, indem die zugeordnete Spritzdüse beim Einlegen der Gangstufe aktiviert und beim Auslegen der Gangstufe deaktiviert wird. Damit wird eine bedarfsgerechte, belastungsoptimierte Ölversorgung des Schaltgetriebes erreicht. Der von der Ölpumpe zu fördernde Ölstrom kann reduziert werden, da nicht mehr sämtliche Gangstufen gleichmäßig mit Öl versorgt werden, sondern jeweils nur eine, d. h. die belastete Gangstufe. Damit ergibt sich auch eine Gewichtsreduzierung. Darüber hinaus kann die Ölpumpe für einen geringeren Volumenstrom ausgelegt werden, woraus sich eine geringere Antriebsleistung und eine geringere Verlustleistung des antreibenden Kraftfahrzeugmotors ergibt. Die Ölpumpe wird bevorzugt direkt über das Getriebe angetrieben und bedarf somit keiner Regelung, was sich ebenfalls als Kostenvorteil darstellt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind für die einzelnen Spritzdüsen eigene regelbare Versorgungsleitungen vorgesehen, welche von der Hauptdruckölleitung versorgt werden. Damit wird der Vorteil erreicht, dass jede einzelne Spritzdüse, welche einer Gangstufe zugeordnet ist, individuell geregelt, d. h. aktiviert oder deaktiviert werden kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine zentrale Regel- und Verteileinheit vorgesehen, von welcher die einzelnen Versorgungsleitungen zu den Spritzdüsen ausgehen. Durch die Regel- und Verteileinheit wird der von der Ölpumpe geförderte Gesamtvolumenstrom auf die einzelnen Versorgungsleitungen aufgeteilt und gesteuert. Bevorzugt ist hier eine auf/zu-Steuerung vorgesehen, d. h. die einer Gangstufe zugeordnete Spritzdüse wird entweder mit Drucköl versorgt oder nicht.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Regel- und Verteileinheit eine Vielzahl von Ventilen auf, welche den Öldurchfluss zu den einzelnen Versorgungsleitungen steuern. Sämtliche Ventile sind somit in einer kompakten Baueinheit untergebracht. Daraus ergeben sich Montage- und Einbauvorteile. An die Regel- und Verteileinheit werden nur die Hauptdruckölleitung von der Ölpumpe und andererseits die Versorgungsleitungen zu den Spritzdüsen angeschlossen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist alternativ vorgesehen, dass jeder einzelnen Spritzdüse ein eigenes Ventil zugeordnet ist, welches in einer von der Hauptdruckölleitung abzweigenden Zuführleitung angeordnet ist. Die zuvor erwähnte zentrale Regel- und Verteileinheit entfällt hier zu Gunsten der dezentral angeordneten Ventile, die mit den Spritzdüsen integriert werden können.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform führt die Hauptdruckölleitung, auch Zentralleitung genannt, von der Ölpumpe bis zu den Spritzdüsen zugeordneten Zuführleitungen. Damit ergibt sich eine zentrale Druckölzuführung, wodurch sich geringere Druckverluste in der Ölleitung gegenüber mehreren Versorgungsleitungen ergeben.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Ventile, die entweder in der zentralen Regel- und Verteileinheit oder in den dezentralen Zuführleitungen angeordnet sind, jeweils in Abhängigkeit von der Schaltung einer Gangstufe steuerbar. Sobald eine Gangstufe geschaltet, d. h. ein Gang eingelegt wird, erfolgt die Schaltung des der Gangstufe zugeordneten Ventils mit der Folge, dass der Durchflussquerschnitt für die betreffende Spritzdüse freigegeben wird. Andererseits erfolgt eine Abschaltung beim Gangwechsel.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einem Verfahren zur Versorgung eines Schaltgetriebes mit Öl vorgesehen, dass beim Einlegen einer Gangstufe die zugeordnete Spritzdüse aktiviert und beim Auslegen der Gangstufe deaktiviert wird. Es wird also nur die jeweils geschaltete Gangstufe, d. h. die belastete Zahnradstufe mit Öl über die zugeordnete Spritzdüse versorgt. Damit ergibt sich eine deutliche Reduzierung des Ölstromes während des Betriebes des Schaltgetriebes, verbunden mit einer reduzierten Dimensionierung der Ölpumpe.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Ölversorgungseinrichtung mit zentraler Regel- und Verteileinheit für Spritzdüsen und
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2 eine zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Ölversorgungseinrichtung mit dezentral angeordneten Ventilen für Spritzdüsen.
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1 zeigt ein Schaltgetriebe 1 für ein Kraftfahrzeug mit zwei achsparallel zueinander angeordneten Getriebewellen 2, 3, d. h. eine Hauptwelle 2 und eine Vorgelegewelle 3. Die Hauptwelle 2 wird über eine koaxial angeordnete Hohlwelle 4, welche auch als Getriebeeingangswelle 4 bezeichnet wird, angetrieben. Auf der Hauptwelle 2 und der Vorgelegewelle 3 sind eine so genannte Konstantstufe 5, eine erste Gangstufe 6, eine zweite Gangstufe 7, eine dritte Gangstufe 8, eine vierte Gangstufe 9, eine fünfte Gangstufe 10 und eine sechste Gangstufe 11, jeweils umfassend ein Festrad und ein Losrad (ohne Bezugszahlen), auch als Gangradsatz bezeichnet, angeordnet. Zwischen zwei Gangstufen sind jeweils Schalt- und Synchronisiereinrichtungen 12, 13, 14, 15 angeordnet, welche durch Axialverschiebung jeweils eine benachbarte Gangstufe schalten. Dem Schaltgetriebe 1 ist eine Ölversorgungseinrichtung 16, ausgebildet als so genannte Einspritzschmierung, zugeordnet. Das Einspritzschmiersystem 16 umfasst eine getriebeseitig angetriebene Ölpumpe 17, einen als Ölsumpf ausgebildeten Vorratsbehälter 18, eine Ansaugleitung 19 und einen Ölfilter 20 auf der Saugseite. Auf der Druckseite der Ölpumpe 17 ist eine zentrale Regel- und Verteileinheit 21 angeordnet, welche durch eine Hauptdruckölleitung 22 mit der Ölpumpe 17 verbunden ist. Den Gangstufen 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 sind jeweils Spritzdüsen 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f zugeordnet, welche ihrerseits durch eigene Versorgungsleitungen 24a–24f mit der zentralen Regel- und Verteileinheit 21 verbunden sind. Der Konstantstufe 5, welche sich in ständigem Zahneingriff befindet, ist eine Spritzdüse 25 zugeordnet, welche über eine Versorgungsleitung 26 mit der Hauptdruckölleitung 22, d. h. vor der zentralen Regel- und Verteileinheit 21 verbunden ist. Die Konstantstufe 5 wird somit ständig durch die Spritzdüse 25, proportional dem von der Ölpumpe 17 geförderten Ölstrom, mit Öl versorgt.
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Die erfindungsgemäße zentrale Regel- und Verteileinheit 21 weist – was zeichnerisch nicht dargestellt ist – eine Reihe von Ventilen auf, welche jeweils den Versorgungsleitungen 24a–24f zugeordnet sind und deren Öldurchfluss steuern. Die Steuerung der (nicht dargestellten) Ventile erfolgt in der Weise, dass jeweils nur diejenige Versorgungsleitung mit entsprechender Spritzdüse freigeschaltet wird, die einer geschalteten, d. h. unter Last befindlichen Gangstufe zugeordnet ist. Wird beispielsweise durch Axialverschiebung der Schalt- und Synchronisiereinrichtung 12 (in der Zeichnung nach rechts) die Gangstufe 6 geschaltet, so wird die zugeordnete Spritzdüse 23a aktiviert, indem das zur Versorgungsleitung 24a gehörige Ventil geöffnet wird. Die übrigen Ventile, welche den Versorgungsleitungen 24b–24f bzw. den Spritzdüsen 23b–23f zugeordnet sind, bleiben die gesperrt. Der Kraftfluss bei geschalteter Gangstufe 6 verläuft also von der Getriebeeingangswelle 4 über die Konstantstufe 5 auf die Vorgelegewelle 3 und über die Gangstufe 6 auf die Hauptwelle 2, die gleichzeitig Getriebeausgangswelle ist. Somit befinden sich nur die Konstantstufe 5 und die Gangstufe 6 im Kraftfluss, während die übrigen Gangstufen nicht belastet sind – sie bedürfen daher keiner Einspritzschmierung durch die Spritzdüsen 23b–23f. Wird von der eingelegten Gangstufe 6 zurückgeschaltet, so wird die zugehörige Spritzdüse 23a deaktiviert, d. h. der Ölzufluss wird durch das betreffende Ventil gesperrt. Beim Einlegen des nächsten Ganges wird dann die Spritzdüse aktiviert, welche dem zu schaltenden Gang zugeordnet ist. Die Ansteuerung der zentralen Regel- und Ventileinheit 21 respektive der sie umfassenden Ventile kann mechanisch, in Abhängigkeit von der Axialbewegung der Schalt- und Synchronisiereinrichtungen 12–15, oder hydraulisch oder elektrisch erfolgen.
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Bei Getrieben, die bereits über eine hydraulische Steuerung der Schaltung verfügen, z. B. Doppelkupplungsgetriebe, kann die Regelung des Druckölstroms zu den Spritzdüsen durch die bereits vorhandenen Schaltventile erfolgen.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Ölversorgungseinrichtung mit einer dezentralen Ventilanordnung. Ein Schaltgetriebe 30 ist identisch aufgebaut wie das Schaltgetriebe 1 gemäß 1 – es werden daher für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen verwendet. Dem Schaltgetriebe 30 ist eine Ölversorgungseinrichtung 31 zugeordnet, welche als Einspritzschmierungssystem ausgebildet ist und auf der Ansaugseite die gleichen Komponenten wie in 1 aufweist, nämlich einen Ölsumpf 18, eine Ansaugleitung 19, einen Ölfilter 20 und eine Ölpumpe 17, welche von einer Getriebewelle angetrieben wird. Die Ausbildung der Ölversorgungseinrichtung 31 auf der Druckseite der Ölpumpe 17 ist „dezentral“: eine Hauptdruckölleitung 32 führt von der Ölpumpe 17 bis in den Bereich der Gangstufen 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 des Schaltgetriebes 30. Von der Hauptdruckölleitung, auch Zentralleitung 32 genannt, zweigen einerseits eine Zuführleitung 33 und andererseits Zuführleitungen 34a–34f ab, welche zu Spritzdüsen 35 für die Konstantstufe 5 und weiteren Spritzdüsen 36a–36f für die schaltbaren Gangstufen 6–11 führen. In den Zuführleitungen 34a–34f sind Absperrventile 37a–37f angeordnet, welche die Ölzufuhr zu den Spritzdüsen 36a–36f individuell steuern. Die Ansteuerung der Ventile 37a–37f erfolgt in analoger Weise wie im Ausführungsbeispiel gemäß 1, d. h. die Zufuhr von Drucköl zu den Einspitzdüsen 36a–36f, die jeweils einer der Gangstufen 6–11 zugeordnet sind, erfolgt in Abhängigkeit von der Einlegung einer Gangstufe respektive der Belastung der betreffenden Zahnradstufe. Soll beispielsweise die Gangstufe 8 geschaltet werden, so wird die Schalt- und Synchroniereinrichtung 13 axial in der Zeichnung nach rechts verschoben, sodass das zugehörige Losrad (ohne Bezugszahl) mit der Vorgelegewelle 3 drehfest verbunden ist und ein Drehmoment auf das Festrad (ohne Bezugszahl) der Gangstufe 8 auf der Hauptwelle 2 überträgt. Der Gangstufe 8 bzw. dem Gangradsatz 8 ist die Spritzdüse 36c zugeordnet, welche über die Zuführleitung 34c mit Drucköl versorgt wird. Nachdem die Gangstufe 8 eingelegt worden ist, wird das Ventil 37c auf Durchgang geschaltet (Symbol Pfeil nach unten), und die Spritzdüse 36c spritzt Drucköl auf die Gangstufe 8. Mit Ausnahme der Spritzdüse 35 für die Konstantstufe 5 sind die übrigen Spritzdüsen 36a, 36b, 36d, 36e, 36f nicht aktiviert, der Ölzufluss ist gesperrt. Der Kraftfluss vom Getriebeeingang zum Getriebeausgang erfolgt von der Eingangswelle 4 über die Konstantstufe 5 auf die Vorgelegewelle 3, von dort über die Schalt- und Synchronisiereinrichtung 13 auf das Losrad und über Zahneingriff auf das Festrad der Gangstufe 8 und damit auf die Haupt- oder Ausgangswelle 2 des Schaltgetriebes 30. Die übrigen Gangstufen 6, 7, 9, 10, 11 sind somit nicht belastet und werden daher auch nicht beölt.
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Die Ölversorgung der übrigen Schmierstellen des Schaltgetriebes 30, z. B. der Lager der Losräder oder der Schalt- und Synchronisiereinrichtungen 12–15 erfolgt über zentrale Axialbohrungen in den Getriebewellen 2, 3 und von den Axialbohrungen abzweigende Radialbohrungen (ohne Bezugszahlen).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltgetriebe
- 2
- Getriebewelle (Hauptwelle)
- 3
- Getriebewelle (Vorgelegewelle)
- 4
- Hohlwelle
- 5
- Konstantstufe
- 6
- erste Gangstufe
- 7
- zweite Gangstufe
- 8
- dritte Gangstufe
- 9
- vierte Gangstufe
- 10
- fünfte Gangstufe
- 11
- sechste Gangstufe
- 12
- Schalteinrichtung
- 13
- Schalteinrichtung
- 14
- Schalteinrichtung
- 15
- Schalteinrichtung
- 16
- Ölversorgungseinrichtung
- 17
- Ölpumpe
- 18
- Ölsumpf
- 19
- Saugleitung
- 20
- Ölfilter
- 21
- Regel- und Verteileinheit
- 22
- Hauptdruckölleitung
- 23a–f
- Spritzdüse
- 24a–f
- Versorgungsleitung
- 25
- Spritzdüse
- 26
- Versorgungsleitung
- 30
- Schaltgetriebe
- 31
- Ölversorgungseinrichtung
- 32
- Hauptdruckölleitung
- 33
- Zuführleitung
- 34a–f
- Zuführleitung
- 35
- Spritzdüse
- 36a–f
- Spritzdüse
- 37a–f
- Ventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005013657 A1 [0003]
- DE 102005051381 A1 [0004]
- DE 102007051016 A1 [0005]
