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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ölversorgungssystem eines Getriebemoduls in einem Fahrzeug, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Ölversorgungssysteme in Getrieben versorgen Bauteile zur Schmierung und Kühlung mit Öl. Dies gilt für Getriebehauptmodule sowie mögliche Erweiterungen durch Getriebemodule, die dem Getriebehauptmodul vorangestellt oder angehängt werden können. Es ist bekannt, dass zur Grundölversorgung der Bauteile die Getriebewelle eingesetzt wird, wobei über Bohrungen in der Getriebewelle im Bereich des Hauptmoduls Öl aus dem Hauptgetriebe in das Getriebemodul geführt wird und dort über Bohrungen zu den Komponenten gelangt. Während bestimmter Betriebsphasen, wie zum Beispiel beim Kriechen oder beim Anfahren bzw. Rangieren, kommt es bei einigen Bauteilen, z. B. bei Lamellenbremsen, zu einer erhöhten Wärmeentwicklung. Diese Wärmeentwicklung kann über eine gezielte Ölzufuhr abgeführt werden und so eine Überhitzung des Öls oder eines Bauteils vermieden werden.
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Die Problematik ist im Stand der Technik bekannt und wurde zum Beispiel in der Schrift
DE 10 2006 031 787 A1 der Anmelderin betrachtet. Hier wurde zur Kühlung einer Lamellenbremse in den Schlupfbetriebsphasen und in den geschlossenen Betriebsphasen der Lamellenbremse das Kühlöl in Abhängigkeit vom Betriebszustand in radial unterschiedlichen Richtungen über und/oder durch das Lamellenpaket geleitet. Dabei soll im Schlupfbetrieb oder bei geschlossener Lamellenbremse das Kühlöl von radial außen kommend nach radial innen durch die Lamellenbremse geführt werden. Die Steuerung kann über den gleichen Steuerdruck erfolgen, mit dem auch der Kolben der Lamellenbremse betätigt wird.
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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. 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.
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Um ein Getriebemodul und die Bauteile mit Öl zu versorgen, können zusätzliche elektrische Pumpen zum Einsatz kommen. Zum Beispiel aus der Schrift
EP 1 893 896 B1 der Anmelderin, ist bekannt, dass in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs mit einer mechanisch angetriebenen Hauptölpumpe, das System um eine zusätzliche elektrische Pumpe erweitert wird, um damit den notwendigen hydraulischen Volumenstrom bzw. Druck in einem erweiterten Betriebsbereich zu liefern.
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In der Schrift
DE 10 2005 013 137 A1 der Anmelderin wird eine mechanische Ölpumpe in Kombination mit einer elektrisch betriebenen Ölpumpe für ein Automatikgetriebe und ein Anfahrelement beschrieben. Die beiden Ölpumpen sorgen für eine ausreichende Ölversorgung des Getriebes und des Anfahrelements in allen Betriebsphasen.
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Auch aus der Schrift
DE 100 51 356 A1 ist ist ein Getriebe für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zwei Ölpumpen bekannt, wobei die zweite Ölpumpe bei Ölsumpftiefstand den Trockensumpfkreislauf aus dem Ölvorrat versorgt.
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Das Öl, das in Getriebemodulen verwendet wird, stammt zumeist aus vorhandenen Ölsystemen z. B. des Getriebehauptmoduls. Um einen geschlossenen Ölkreislauf zu erhalten, muss Öl, das aus dem Getriebehauptmodul stammt und ins Getriebemodul geleitet wurde, wieder in das Getriebehauptmodul zurückgeführt werden. Die Ölrückführung sollte so gesteuert werden, dass ein maximal zulässiger Höchststand des Öls im Getriebemodul nicht überschritten wird bzw. nicht erreicht wird, um so ein Planschen der Zahnräder und die damit verbundene Entstehung von Schleppmomenten zu verhindern.
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Aus der Schrift
DE 10 2004 052 870 A1 ist ein System zur Schmierung von Bauteilen einer Antriebsanlage eines Motorfahrzeugs mit einem Automatikgetriebe mit Verteilergetriebe bekannt, in dem zwei Ölpumpen wechselweise Öl aus einem Ölsumpf des Verteilergetriebes in das Schaltgetriebe und umgekehrt Öl aus dem Ölsumpf des Schaltgetriebes in das Verteilergetriebe fördern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ölversorgungssystem eines Getriebemoduls in einem Fahrzeug zu entwickeln, das die Bauteile in einem Getriebemodul optimal mit Kühl- bzw. Schmieröl versorgt und einen geschlossenen Ölkreislauf mit einem vorhandenen Ölsystem bildet. Besonders die Wärmeabführung an Bauteilen mit in bestimmten Betriebsphasen entstehender hoher Wärmeentwicklung soll verbessert werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen werden in den zugeordneten Unteransprüchen definiert.
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Somit wird ein Ölversorgungssystem eines Getriebemoduls vorgeschlagen, wobei die Grundölversorgung über die Antriebswelle Öl aus dem Getriebehauptmodul in das Getriebemodul fördert. Im Weiteren wird in speziellen Betriebsphasen, wie z. B. Anfahren oder Kriechen, von der Ölpumpe des Getriebehauptmoduls über einen Ölkanal ein zusätzlicher Ölstrom zu einer Anspritzvorrichtung im Getriebemodul geführt. Die Anspritzvorrichtung spritzt während diesen Betriebsphasen Öl auf die wärmeentwickelnden Bauteile im Getriebemodul. Im Weitern wird eine zweite, elektrisch oder mechanisch betriebene Ölpumpe im Getriebemodul angebracht, die Öl aus dem Getriebemodul in das Getriebehauptmodul zurückfördert und damit dafür sorgt, dass ein maximal zulässiger Höchststand im Getriebemodul nicht überschritten wird. Bevorzugt wird eine mechanische Ölpumpe in Form einer Strömungsmaschine, z. B. einer Kreiselpumpe, eingesetzt, da diese im Trockenlauf und Dauerbetrieb betrieben werden kann.
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In bestimmten Betriebsphasen, wie z. B. zu Beginn der Anfahrphase, kann die Sondersituation eintreten, dass die Drehzahl der Ölpumpe im Getriebehauptmodul zu gering ist, um einen ausreichenden Druck zur Anspritzung von besonders wärmeentwickelnden Bauteilen im Getriebemodul zu gewährleisten. In dieser Sondersituation kann die zweite, zur Ölrückführung bestimmte Ölpumpe des Getriebemoduls zur Absicherung der Kühlfunktion eingesetzt werden und vorübergehend die Druckerzeugung für die Anspritzvorrichtung von der ersten Ölpumpe im Getriebehauptmodul übernehmen.
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Erfindungsgemäß wird während der Sondersituation das Öl nicht durch die zweite Ölpumpe im Getriebemodul zurück ins Hauptgetriebemodul gefördert, sondern über eine Überlauföffnung zurück geleitet. Diese Überlauföffnung muss über dem maximalen Höchststand des Öls des Getriebehauptmoduls platziert sein und verbindet das Getriebemodul mit dem Getriebehauptmodul.
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Anhand folgender Zeichnungen wird die Erfindung und mögliche Varianten genauer beschrieben:
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1 Skizze einer möglichen Anordnung eines Getriebemoduls in einem Fahrzeug
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2 Ansicht eines beispielhaften Getriebemoduls
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3 Beispielhafte Anordnung eines erfindungsgemäßes Ölversorgungssystem
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4 Beispielhafte Anordnung eines Ölversorgungssystems nach 3 mit Daueranspritzung im Getriebemodul
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Die Skizze 1 zeigt eine mögliche Anordnung eines Getriebemoduls in einem Fahrzeug 1 mit einem Motor 2, einem Getriebehauptmodul 3 und einem zugeordneten Getriebemodul 4, was hier dem Hauptgetriebe 3 vorgeschaltet ist. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Fahrzeugart beschränkt.
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Ein die Erfindung betreffendes Getriebemodul 4 kann, wie in 2 dargestellt, aus einem Planetenradsatz 5 mit Hohlrad 6, Planetenträger 7, einem oder mehreren Planetenrädern 8 und Sonnenrad 9 bestehen, wobei das Sonnenrad 9 hier mit dem Innenlamellenträger 10 einer sich am Gehäuse abstützenden Lamellenbremse 11 mit einem Lamellenpaket 12 verbunden ist. Das Lamellenpaket 12 liegt radial außerhalb des Planetenradsatzes 5. Der Planetenträger 7 ist mit der Antriebswelle 13 fest verbunden. Die Antriebswelle 13 dient zur Grundölversorgung des Getriebemoduls, wobei über eine axiale Zentrierbohrung in der Antriebswelle 13 Öl aus dem Getriebehauptmodul 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 13 ist mit der sekundärseitigen Kupplungsscheibe der Anfahrkupplung 14 verbunden. Die Anfahrkupplung 14 wird durch eine mit dem Hohlrad 6 verbundene Hohlwelle 15 überbrückt. Angetrieben wird die Anfahrkupplung 14 durch eine Welle 16, die mit der Kurbelwelle des Motors 2 verbunden ist.
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Die 3 zeigt eine beispielhafte Anordnung eines erfindungsgemäßen Ölversorgungssystems. An ein Getriebehauptmodul 3 ist ein Getriebemodul 4 angefügt. Das Getriebehauptmodul 3 besitzt eine erste mechanische Ölpumpe 17, die bei Normalbetrieb zusätzliche Ölmengen über einen Ölzufuhrkanal 21 in das Getriebemodul 4 pumpt, so dass Bauteile mit diesem Öl über eine Anspritzvorrichtung 18 angespritzt werden. Im Getriebemodul 4 ist eine zweite Ölpumpe 19 angebracht, die das Öl über einen Ölrückführkanal 20 wieder ins Getriebehauptmodul 3 zurück pumpt. Wird der erzeugte Druck der ersten Ölpumpe 17 aufgrund zu niedriger Drehzahlen zu gering, um eine ausreichende Ölmenge in das Getriebemodul 4 zu leiten, wird diese Funktion vorübergehend von der zweiten Ölpumpe 19 des Getriebemoduls 4 übernommen. Ein Steuerventil 22 steuert den jeweiligen Anspritzzeitpunkt und die Dauer, so dass nur bei Bedarf zusätzliches Öl ins Getriebemodul 4 gespritzt wird. Ein Rückschlagventil 23 stellt sicher, dass kein Öl der zweiten Ölpumpe 19 aus dem Getriebemodul 4 zur ersten Ölpumpe 17 im Getriebehauptmodul 3 gedrückt wird. So kann entweder von der ersten Ölpumpe 17 oder von der zweiten Ölpumpe 19 Öl zur Anspritzvorrichtung 18 gelangen. Die Steuerung der zweiten Ölpumpe 19 im Getriebemodul 4 erfolgt durch die Ventile 24 und 25, deren Stellungen über die Aktuatoren 26 und 27 bestimmt werden. Das Ventil 24 ist hier als 4/2-Wege-Ventil und das Ventil 25 als 3/2-Wege-Ventil abgebildet. Das Ventil 24 wird durch den Aktuator 26 betätigt. Dieses Ventil 24 leitet in einer ersten Stellung das Öl der zweiten Ölpumpe 19 über den Ölrückführkanal 20 zurück in das Getriebehauptmodul 3 und in einer zweiten Stellung das Öl der zweiten Ölpumpe 19 zum Ventil 22 bzw. darüber zur Anspritzvorrichtung 18. Durch das Rückschlagventil 23 wird verhindert, dass dabei Öl über den Ölzuführkanal 21 geführt wird. Das Ventil 25 wird über den Aktuator 27 betätigt. Dieses Ventil 25 leitet in einer ersten Stellung das Öl der Ansaugstelle 28 aus dem Getriebemodul 4 zur zweiten Ölpumpe 19 und in einer zweiten Stellung das Öl von einer im Getriebehauptmodul 3 befindlichen Ansaugstelle 29 zur zweiten Ölpumpe 19 des Getriebemoduls 4.
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Beide Aktoren 26 und 27 werden gleichzeitig vom Druck, der im Ölzuführkanal 21 herrscht und von der ersten Ölpumpe 17 erzeugt wird, angesteuert. Befindet sich das Ölversorgungssystem also in der Standardsituation, dass der erzeugte Druck der ersten Ölpumpe 17 ausreichend hoch ist, sind beide Ventile 24 und 25 in Ihrer aktivierten Endstellung. Die erste Ölpumpe 17 bedient während der Ansteuerung durch das Ventil 22 die Ölanspritzvorrichtung 18 vollumfänglich und die zweite Ölpumpe 19 dient alleine der stetigen Ölrückführung des Öls aus dem Ölsumpf des Getriebemoduls 4 in das Getriebehauptmodul 3.
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In der Sondersituation, wenn die erste Ölpumpe 17 keinen ausreichend hohen Druck zur Anspritzung von Bauteilen im Getriebemodul 4 liefert, werden die Ventile 24 und 25 nicht aktiviert und sind in Ihre Endlage zurück geschaltet und die zweite Ölpumpe 19 übernimmt die Ölzuführung zum Ventil 22 bzw. zur Anspritzvorrichtung 18. In dieser Zeit wird kein Öl aus dem Getriebemodul 4 in das Getriebehauptmodul 3 zurückgepumpt. Zur Sicherstellung eines funktionierend Ölkreislaufs ist deshalb eine Überlauföffnung 30 vorhanden, über die das Öl aus dem Getriebemodul 4 zurück ins Getriebehauptmodul 3 fließt, wenn ein definierter Ölstand erreicht ist. Die Überlauföffnung 30 muss über dem maximal zulässigen Höchststand des Öls des Getriebehauptmoduls 3 liegen, damit eine Ölflutung des Getriebemoduls 4 vermieden wird. Der hohe Ölstand im Getriebemodul 4 sorgt in diesen Betriebsphasen für erhöhte Schleppmomente. Diese können aber zugunsten der Funktionssicherheit und Lebensdauer der Getriebemodulkomponenten in Kauf genommen werden. Während des Normalbetriebs kann die Überlauföffnung 30 die Funktion des Druckausgleichs zwischen dem Getriebehauptmodul 3 und dem Getriebemodul 4 übernehmen.
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In einer weiterführenden Variante der Erfindung kann die Anzahl der Aktuatoren 26 und 27 auf einen gemeinsamen Aktuator verringert werden, da alle Aktuatoren 26 und 27 vom gleichen Druck und der gleichen Ölzufuhrleitung 21 gesteuert werden und deshalb immer gleichzeitig schalten. Somit können keine undefinierten Zwischenzustände in den Ventilen 24 und 25 entstehen und ein gleichzeitiger Schaltvorgang der Ventile 24 und 25 wird sichergestellt.
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In 4 wird eine beispielhafte Anordnung eines Ölversorgungssystems nach 3 mit Daueranspritzung von besonders wärmeentwickelnden Bauteilen im Getriebemodul 4 dargestellt. In diesem System ist die Ansteuerung der Ölpumpen 17 und 19 selbstregelnd. Die Steuerung der beiden Ölpumpen 17 und 19 erfolgt dabei durch die Ventile 24 und 25 und ein weiteres Ventil 31, dessen Stellung über den Aktuator 32 bestimmt wird. Dieses Ventil 31 ist als 3/2-Wege-Ventil abgebildet und leitet in einer ersten Stellung das Öl der ersten Ölpumpe 17 zur Anspritzvorrichtung 18 bzw. in einer zweiten Stellung das Öl der zweiten Ölpumpe 19 zur Anspritzvorrichtung 18. Durch die dauerhafte Ölrückführung über die Ölpumpe 19 aus dem Getriebemodul 4 in das Getriebehauptmodul 3 können die dauerhaft von der Ölpumpe 17 des Getriebehauptmoduls 3 eingespritzten Ölmengen ebenfalls zurückgeführt werden. Alle Aktuatoren 26, 27 und 32 werden gleichzeitig vom Druck, der im Ölzuführkanal 21 herrscht und von der ersten Ölpumpe 17 erzeugt wird, angesteuert. Befindet sich das Ölversorgungssystem in der Standardsituation, dass der erzeugte Druck der ersten Ölpumpe 17 ausreichend hoch ist, sind alle Ventile 24, 25 und 31 in ihrer aktivierten Endstellung. Die erste Ölpumpe 17 bedient damit die Ölanspritzvorrichtung 18 vollumfänglich und die zweite Ölpumpe 19 dient alleine der Ölrückführung des Öls aus dem Ölsumpf des Getriebemoduls 4.
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In der Sondersituation, wenn die erste Ölpumpe 17 keinen ausreichend hohen Druck zur Anspritzung von Bauteilen im Getriebemodul 4 liefert, werden die Ventile 24, 25 und 31 nicht aktiviert und sind in Ihre Endlage zurück geschaltet und die zweite Ölpumpe 19 übernimmt die Ölzuführung zur Anspritzvorrichtung 18. In dieser Zeit wird kein Öl aus dem Getriebemodul 4 in das Getriebehauptmodul 3 zurückgeführt. Zur Sicherstellung eines funktionierend Ölkreislaufs ist deshalb ebenfalls die Überlauföffnung 30 vorgesehen, über die das Öl aus dem Getriebemodul 4 zurück ins Getriebehauptmodul 3 fließt, wenn ein bestimmter Ölstand erreicht ist.
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Auch hier kann die Anzahl der Aktuatoren 26, 27 und 32 auf einen gemeinsamen Aktuator verringert werden, da alle Aktuatoren 26, 27 und 32 vom gleichen Druck und der gleichen Ölzufuhrleitung 21 gesteuert werden und deshalb immer gleichzeitig schalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Motor
- 3
- Getriebehauptmodul
- 4
- Getriebemodul
- 5
- Planetenradsatz
- 6
- Hohlrad
- 7
- Planetenträger
- 8
- Planetenrad
- 9
- Sonnenrad
- 10
- Innenlamellenträger
- 11
- Lamellenbremse
- 12
- Lamellenpaket
- 13
- Antriebswelle
- 14
- Anfahrkupplung
- 15
- Hohlwelle
- 16
- Welle
- 17
- Ölpumpe des Getriebehauptmoduls
- 18
- Anspritzvorrichtung
- 19
- Ölpumpe des Getriebemoduls
- 20
- Ölrückführkanal
- 21
- Ölzufuhrkanal
- 22
- Steuerventil
- 23
- Rückschlagventil
- 24, 25, 31
- Ventil
- 26, 27, 32
- Aktuator
- 28, 29
- Ansaugstelle
- 30
- Überlauföffnung
