DE102011086376B4

DE102011086376B4 - Ölzufuhrvorrichtung für eine Lamellenbremse

Info

Publication number: DE102011086376B4
Application number: DE201110086376
Authority: DE
Inventors: Johannes GLÜCKLER; Bernard Hunold
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: DE102011086376A1

Abstract

Ölzufuhrvorrichtung für eine Lamellenbremse (9) in einem Getriebemodul (4) mit mindestens einer Lamellenbremse (9), wobei eine durch ein Ventil (22) gesteuerte, genaue Ölanspritzung zur Kühlung der Lamellenbremse (9) in Fahrsituationen mit rutschender Lamellenbremse eingesetzt wird, die über einen Ölkanal (20) mit Öl versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bohrungsradius bzw. Langlochradius eines Innenlamellenträgers (27) der Lamellenbremse (9) direkt angespritzt wird oder mindestens ein Bohrungsradius bzw. Langlochradius auf einem Hohlrad (6) eines im Getriebemodul 4 angebrachten Planetenradsatzes 5 direkt angespritzt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölzufuhrvorrichtung für Lamellenbremsen eines Getriebemoduls in einem Fahrzeug, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Lamellenbremsen und ihre Anwendung als Bremse in Fahrzeuggetrieben sind bekannt. Sie bestehen üblicherweise aus einem Lamellenpaket mit mehreren äußeren Lamellen und mehreren inneren Lamellen, die abwechselnd nebeneinander angeordnet sind und jeweils von den Außen- oder Innenlamellenträgern gehalten werden. Für einen Bremsvorgang werden, durch Drucköl aktiviert, die äußeren Lamellen und die inneren Lamellen aneinandergedrückt und in Reibverbindung gebracht. Die Lamellenbremse ist dabei in der Regel zur Kühlung mit Öl durchströmt und wird deshalb als nasslaufende Lamellenbremse bezeichnet.
Während bestimmter Fahrphasen, wie zum Beispiel beim Kriechen oder beim Anfahren bzw. Rangieren, kommt ebenfalls die Lamellenbremse zum Einsatz und es entsteht in der Lamellenbremse eine rutschende Belastung, der so genannte Schlupfbetrieb. Das bedeutet, dass die äußeren und die inneren Lamellen über eine Zeitspanne der Schlupfbetriebs-Fahrsituation in reibender Verbindung stehen. In diesen Situationen entsteht durch die Reibung der Lamellen aneinander ein hohes Maß an Wärme, das entsprechend abgeführt werden muss um eine Überhitzung und übermäßigen Verschleiß der Reibstellen und eine Überhitzung des ständig durch die Lamellen fließenden Kühlöls zu verhindern.
Die Problematik ist im Stand der Technik bekannt und wurde zum Beispiel in der Schrift DE 10 2006 031 787 A1 der Anmelderin betrachtet. Zur Kühlung der Lamellenbremse in den Schlupfbetriebsphasen und in den geschlossenen Betriebsphasen der Lamellenbremse ist vorgesehen, dass das Kühlöl in Abhängigkeit vom Betriebszustand derselben in radial unterschiedlichen Richtungen über und/oder durch das Lamellenpaket leitbar ist. Dabei soll bei geöffneter Lamellen-bremse das Kühlöl im Getriebegehäuse von radial innen nach radial außen durch und/oder über dieselbe geführt und dann in den Kühlölsumpf abgeleitet werden, während im Schlupfbetrieb oder bei geschlossener Lamellenbremse das Kühlöl von radial außen kommend nach radial innen durch die Lamellenbremse geführt wird. Das Lamellenpaket sollte dafür seitlich abgedichtet werden, um einen optimalen Durchfluss zu erreichen. Der Außen- und der Innenlamellenträger können radiale Öffnungen zur Zu- oder Ableitung des Kühlöls aufweisen. Die Ölzuführung geschieht durch ein gesondertes Ölzufuhrmittel, das beispielsweise als Ventil oder als ein radial an die Lamellenbremse heranführbares Bauteil ausgebildet ist, das den Ölzufluss steuert. Die Steuerung kann über den gleichen Steuerdruck erfolgen, mit dem auch der Kolben der Lamellenbremse betätigt wird.
In der Schrift DE 10 2009 026 985 A1 der Anmelderin wird auf einen optimierten Kühlmittelstrom für eine Lamellenbremse oder Lamellenkupplung eingegangen, der zumindest in Abhängigkeit der Betätigung der Lamellenkupplung oder der Lamellenbremse veränderbar ist, wobei der Volumenstrom über eine Ansteuereinrichtung bedarfsabhängig elektronisch ermittelbar und ansteuerbar ist, und der Volumenstrom des Kühlmittels in Abhängigkeit von dem Betätigungszustand des Lamellenpakets bedarfsabhängig verändert wird. Eine Pumpe stellt den nötigen Druck für den Volumenstrom bereit. Die Ansteuerung kann mit der Betätigung des Betätigungspedals gekoppelt sein oder über verschiedene Sensoren gesteuert werden. So kann der Volumenstrom bei geschlossenem Lamellenpaket und/oder Erreichen einer vorbestimmten Grenztemperatur erhöht werden und nach dem Öffnen des Lamellenpaketes zeitverzögert reduziert beziehungsweise vollständig abgeschaltet werden.
In der Schrift US 5 230 664 A wird ein Schmiersystem für ein Automatikgetriebe vorgestellt, das aus zwei Schmierkreisläufen besteht. Das zweite Schmiersystem liefert dabei während eines Gangwechsels Öl an Reibungselemente und wird dabei von einem Ventil gesteuert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ölzuführvorrichtung für mindestens eine nasslaufende Lamellenbremse in einem Getriebemodul zu entwickeln, mit der die Lamellenbremse in den Schlupfbetriebsphasen optimal mit Kühlöl versorgt wird.
Erfindungsgemäß wir die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen werden in den zugeordneten Unteransprüchen definiert.
Somit wird eine Ölzufuhrvorrichtung für im Schlupfbetrieb laufende Lamellenbremsen in einem Getriebemodul vorgeschlagen, wobei das Getriebemodul mit einer oder mehreren Lamellenbremsen ausgestattet sein kann. Die erfindungsgemäße Ölzufuhrvorrichtung umfasst zumindest einen zusätzlichen Ölkanal, dessen Öldurchfluss durch zumindest ein Ventil gesteuert wird und nur in Schlupfbetriebsphasen an definierten Punkten zusätzliche Ölmengen platziert. Dies geschieht durch Anspritzen von Öl an speziell vorgesehenen Rinnen und/oder über Bohrungen und Langlöcher zur Ölführung bzw. an vorhandene Spalten zwischen Komponenten an vom Lamellenpaket radial innen liegenden, drehenden Bauteilen. Die Bohrungen bzw. Langlöcher liegen auf einem Bohrungs- bzw. Langlochradius, damit wird der Radius auf dem Bauteil bezeichnet, auf dem die Bohrungen oder Langlöcher angeordnet sind. Es ist keine spezielle Ölübergabe von festen zu drehenden Komponenten notwendig. Durch die Zentrifugalkraft wird das Öl anschließend in die radial außen liegende Lamellenbremse geleitet und durch genau platzierte Bohrungen im Lamellenträger bzw. zu den Lamellen führende Spalten direkt zwischen die Lamellen geführt. Die Grundölversorgung bleibt davon unberührt, kann allerdings bedarfsgerecht, ohne zusätzliche Ölmengen für den Schlupfbetrieb, optimiert und dadurch Verlustmomente reduziert werden.
Der Ölbedarf wird erfindungsgemäß ebenfalls vom Ölsystem der Grundölversorgung z. B. des Hauptgetriebes eines Getriebesystems gedeckt, zu dem das Getriebemodul gehört. Eine Ölpumpe im bestehenden Ölsystem versorgt den Ölkanal mit Öl. Es können alternativ auch andere bestehende Ölsysteme genutzt werden.
Anhand folgender Zeichnungen wird die Erfindung und ihre möglichen Varianten genauer beschrieben:
1 Skizze einer möglichen Anordnung eines Getriebemoduls in einem Fahrzeug
2 Ansicht eines Getriebemoduls
3 Ansicht einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Ölzufuhrvorrichtung
4 Konstruktiver Entwurf nach 3
5 Detailansicht eines Innenlamellenträgers nach 4
6 Schnittansicht nach 5
7 Entwurf einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Ölzufuhrvorrichtung mit Anspritzung des Hohlrades
8 Detailansicht nach 5 ohne Auffangrinne
9 nicht beanspruchte Ansicht nach 4 mit variierter Lamellenanordnung
Die Skizze 1 zeigt eine mögliche Anordnung eines Getriebemoduls in einem Fahrzeug 1 mit einem Motor 2, einem Hauptgetriebe 3 und einem zugeordneten Getriebemodul 4, was hier dem Hauptgetriebe 3 vorgeschaltet ist. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Fahrzeugart beschränkt.
Ein die Erfindung betreffendes Getriebemodul 4 kann, wie in 2 dargestellt, aus einem Planetenradsatz 5 mit Hohlrad 6, Planetenträger 7, einem oder mehreren Planetenrädern 15 und Sonnenrad 8 bestehen, wobei das Sonnenrad 8 hier mit dem Innenlamellenträger 27 einer sich am Gehäuse abstützenden Lamellenbremse 9 verbunden ist. Das Lamellenpaket liegt radial außerhalb des Planetenradsatzes 5. Der Planetenträger 7 ist mit der Antriebswelle 10 fest verbunden. Die Antriebswelle 10 dient zur Grundölversorgung des Getriebemoduls, wobei über eine axiale Zentrierbohrung in der Antriebswelle 10 Öl aus dem Hauptgetriebe 3 in das Getriebemodul 4 geführt wird und dort über Bohrungen zu den Komponenten gelangt. Diese Grundölversorgung dient nicht nur der Kühlung der Lamellenbremse, sondern allgemein der Schmierung und Kühlung von Lagern, Dichtungen, Zahnrädern und sonstigen Komponenten. Die Antriebswelle 10 ist mit der sekundärseitigen Kupplungsscheibe der Anfahrkupplung 11 verbunden. Die Anfahrkupplung 11 wird durch eine mit dem Hohlrad 6 verbundene Hohlwelle 12 überbrückt. Angetrieben wird die Anfahrkupplung 11 durch eine Welle 13, die mit der Kurbelwelle des Motors 2 verbunden ist.
In 3 wird eine Ausführungsvariante des Getriebemoduls aus 2 dargestellt. Dabei wird über einen Ölkanal 20 aus einem Ölsystem 21 Öl in das Getriebemodul 4 geführt. Der Ölzufluss findet erfindungsgemäß nur in Schlupfbetriebsphasen der Lamellenbremse 9 statt, was über ein Ventil 22 gesteuert wird. Wird kein Öl benötigt, ist das Ventil 22 geschlossen. Die Ventilsteuerung kann an das Signal der Kolbenansteuerung der Lamellenbremse 9 gekoppelt sein. Große Wärme entsteht, wenn der Kolben sich nicht in einer der Endlagen befindet, die Lamellenbremse 9 also weder komplett geöffnet noch ganz geschlossen ist. Wenn Öl benötigt wird, wird das Ventil 22 geöffnet. Der Ölkanal 20 mündet im Bereich des Innenlamellenträgers 27, auf der, vom Planetenradsatz 5 betrachtet, abgewandten Seite des Innenlamellenträgers 27, sodass der Innenlamellenträger 27 in Schlupfbetriebsphasen angespritzt werden kann. Der Innenlamellenträgers 27 ist dazu mit einer auf einem konstanten Durchmesser umlaufenden Auffangrinne 23 versehen. Wird bei Schlupfbetrieb der Innenlamellenträger 27 radial innen gegenüber der Auffangrinne 23, also von einem kleineren Durchmesser aus als die Auffangrinne 23, angespritzt, so wird das aufgespritzte Öl durch die Zentrifugalkraft nach außen, hin zum größeren Durchmesser, auf dem Innenlamellenträgers 27 in die Auffangrinne 23 geleitet. Die Auffangrinne 23 hält das Öl auf ihrem Durchmesser. Durch Bohrungen 24 bzw. Langlöcher 25 (4, 5) im Innenlamellenträgers 27 auf Höhe des inneren Durchmessers der Auffangrinne 23 gelangt das Öl in den Planetenradsatz 5 und wird direkt zur Lamellenbremse 9 geführt. Der Innenlamellenträger 27 besitzt an der Stelle, an der die Lamellen angeordnet sind, genau platzierte Bohrungen 28, damit das Öl durch die Zentrifugalkraft unterstützt direkt durch den Innenlamellen-träger 27 zwischen die radial außen liegenden Lamellen im Lamellenpaket 14 und deren Reibflächen gelangt und die Wärme optimal abgeführt wird.
Eine konstruktive Ausgestaltung der in 3 vorgeschlagenen Ausführungsvariante wird in 4 gezeigt. Das zusätzlich benötigte Öl wird von einem Ölsystem 21 über einen Ölkanal 20 geleitet und durch ein Ventil 22 gesteuert. Zur Kühlung wird ein Durchmesser des Innenlamellenträgers 27, der radial außen von der Auffangrinne 23 begrenzt wird, mit Öl angespritzt. Das Öl fließt durch die Zentrifugalkraft an der Innenseite des Innenlamellenträgers 27 bis zur Lamellenbremse 9 und wird dort über Bohrungen 28 im Innenlamellenträger 27 in das Lamellenpaket 14 hineingeleitet.
5 zeigt den Innenlamellenträger 27 mit der auf einem Durchmesser umlaufenden Auffangrinne 23, direkt angrenzenden, radial innen angebrachten Langlöchern 25 zum Einlass des Öls in den Planetenradsatz und die auf der Außenseite angebrachten Bohrungen 28 zur Öldurchführung in das Lamellenpaket 14.
In der geschnittenen Seitenansicht der 5, die in 6 abgebildet ist, sind die Bohrungen 28 zur Öldurchführung in das Lamellenpaket 14 und die Langlöcher 25 zur Öldurchführung zur Innenseite des Innenlamellenträgers 27 nochmals anschaulich dargestellt.
In 7 wird gezeigt, dass auch andere Komponenten im Getriebemodul 4 die Ölweiterleitung, die in 3 der Innenlamellenträger 27 übernommen hat, durchführen können. In diesem Fall wird anstelle des Innenlamellenträgers 27 das Hohlrad 6 des Planetenradsatzes 5 mit Öl angespritzt. Hierzu wird der Ölkanal 20 entsprechend an das Hohlrad 6 verlegt. Auch am Hohlrad 6 wird eine Auffangrinne 23 auf einem bestimmten Durchmesser des Hohlrades 6 angebracht, welche das aufgespritzte Öl auffängt. Über Bohrungen 24 bzw. Langlöcher 25 (8) im Hohlrad gelangt das Öl in den Planetenradsatz 5, in welchem es durch die Zentrifugalkraft zur Lamellenbremse 9 geführt wird.
Die Auffangrinne 23 kann entfallen, wenn die Ölanspritzung direkt auf Höhe des Durchmessers des Innenlamellenträgers 27 bzw. Hohlrads 6 zielt, auf der die Bohrungen 24 bzw. Langlöcher 25 angebracht sind. Durch die Drehung des anzuspritzenden Bauteils trifft der Ölstrahl immer wieder auf diese Öffnungen. Damit wird das Öl direkt in den Planetenradsatz 5 gespritzt und dort durch Zentrifugalkraft zur Lamellenbremse 9 weitergeleitet. In der Detailansicht in 8 wird beispielhaft ein Hohlrad 6 mit Langlöchern 25 dargestellt.
Das in dieser Erfindung nicht beanspruchte Anspritzen bei variierter Lamellenanordnung wird in 9 gezeigt. Das Lamellenpaket ist nicht mehr außerhalb des Hohlrades angeordnet, wie in 4 dargestellt, sondern auf Höhe des Planetenrades 15 axial in Richtung des Haupt-getriebes 3 versetzt. Die Ölanspritzung zur Lamellenkühlung im Schlupfbetrieb erfolgt nun nicht mehr durch Anspritzen des Innenlamellenträgers 27 oder des Hohlrades 6 sondern durch Anspritzen des Raumes zwischen Außenlamellenträger 26 und Innenlamellenträger 27. Der Innenlamellenträger 27 ist mit dem Sonnenrad 8 verbunden. Bei rutschender Lamellenbremse 9 herrscht im Raum zwischen Außen-lamellenträger 26 und Innenlamellenträger 27 eine Differenzdrehzahl. Diese Stelle ist so gestaltet, dass Öl aufgrund der konischen Gestaltung mindestens eines der Lamellenträger 26 oder 27 begünstigt zum Lamellenpaket 14 geführt wird. In 9 ist der Innenlamellenträger 27 konisch ausgebildet. Anhand von Pfeilen wird der Ölfluss vom Ölsystem 21 bis zum Lamellenpaket 14 analog der Beschreibung in diesem Absatz verdeutlicht.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Motor
3: Hauptgetriebe
4: Getriebemodul
5: Planetenradsatz
6: Hohlrad
7: Planetenträger
8: Sonnenrad
9: Lamellenbremse
10: Antriebswelle
11: Anfahrkupplung
12: Hohlwelle
13: Welle
14: Lamellenpaket
15: Planetenrad
20: Ölkanal
21: Ölsystem
22: Ventil
23: Auffangrinne
24: Bohrung zur Öldurchführung
25: Langloch zur Öldurchführung
26: Außenlamellenträger
27: Innenlamellenträger
28: Bohrung zur Öldurchführung im Lamellenträger

Claims

Ölzufuhrvorrichtung für eine Lamellenbremse (9) in einem Getriebemodul (4) mit mindestens einer Lamellenbremse (9), wobei eine durch ein Ventil (22) gesteuerte, genaue Ölanspritzung zur Kühlung der Lamellenbremse (9) in Fahrsituationen mit rutschender Lamellenbremse eingesetzt wird, die über einen Ölkanal (20) mit Öl versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bohrungsradius bzw. Langlochradius eines Innenlamellenträgers (27) der Lamellenbremse (9) direkt angespritzt wird oder mindestens ein Bohrungsradius bzw. Langlochradius auf einem Hohlrad (6) eines im Getriebemodul 4 angebrachten Planetenradsatzes 5 direkt angespritzt werden kann.
Ölzufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte Öl aus anderen Ölsystemen (21) eines Getriebesystems verwendet wird, zu dem das Getriebemodul (4) gehört.