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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Automatikgetriebe mit einem in einem Getriebegehäuse vorgesehenen Ölkreislauf mit einer am Bodenbereich des Getriebegehäuses angeordneten Ölwanne, aus der der Ölkreislauf über eine Ölpumpe mit Öl versorgbar ist.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 40 41 253 C2 ist ein derartiges Automatikgetriebe für Kraftfahrzeuge bekannt. Das Getriebegehäuse ist mit einer Wandlerglocke ausgebildet, in der als Getriebekomponente ein Drehmomentwandler angeordnet ist. Auch weiteren Komponenten des Getriebes, wie z. B. Zahnräder, Wellen, Schaltelemente und dergleichen, die in dem Getriebegehäuse angeordnet, müssen ausreichend geschmiert und gekühlt werden. Deshalb ist ein Ölkreislauf im Getriebegehäuse vorgesehen, der eine am Bodenbereich des Getriebegehäuses angeordnete Ölwanne als Ölsumpf umfasst, die mit einer Ölpumpe und einem das Öl des Ölkreislaufes kühlenden Kühler zur Ölversorgung verbunden ist.
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Bei dem Automatikgetriebe darf der Ölstand bzw. das Ölniveau in der Ölwanne nicht zu tief eingestellt werden, sodass es auch bei Tiefsttemperaturen trotz absinkendem Ölstand zu keiner Luftansaugung bei der Ölpumpe während sämtlicher Fahrzustände kommt. Gleichzeitig darf der Ölstand auch nicht zu hoch eingestellt werden, da sonst rotierende Teile des Getriebes nachteilige Planschverluste sowie Ölverschäumungen verursachen. Um einen ausgeglichenen Ölstand zu realisieren, ist es bei den Automatikgetrieben bekannt, die Ölwanne in Richtung Fahrzeugboden abzusenken, um dadurch die einzufüllende Ölmenge zu erhöhen und damit einerseits einem zu niedrigen Ölstand vorzubeugen und andererseits ein Eintauchen von rotierenden Getriebeteilen zu verhindern. Die mögliche Absenkung der Ölwannenposition ist jedoch hinsichtlich der festgelegten Unterbodenfreiheitslinie des Fahrzeuges erheblich begrenzt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Automatikgetriebe der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei dem ein ausgeglichener Ölstand in dem Getriebegehäuse ohne Absenkung der Ölwannenposition in dem Getriebegehäuse sichergestellt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
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Somit wird ein Automatikgetriebe mit einem internen Ölkreislauf vorgeschlagen, wobei ein mit dem Kühlkreislauf verbundener, die zu kühlende Getriebekomponente umgebender Mantelkanal oder dergleichen vorgesehen ist, der als Ölstandausgleichsraum entlüftet ist und über zumindest ein Thermoventil mit der Ölwanne zum temperaturabhängigen Einstellen des Ölstands in dem Mantelkanal verbunden ist.
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Aufgrund der vorgesehenen Entlüftung des Mantelkanals kann dieser mit Öl vollständig befüllt werden, wobei das vorgesehene Thermoventil so konzipiert ist, dass es bei tiefen Temperaturen das im Mantelkanal eingeschlossene Öl selbstständig in die Ölwanne bzw. in den Ölsumpf abfließen lässt, damit keine Luftansaugungen aufgrund des geringen Ölstands in der Ölwanne bei der Ölpumpe des Ölkreislaufes auftreten. Ferner ist bei dem Thermoventil erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Thermoventil automatisch geschlossen ist, wenn z. B. höhere Temperaturen bzw. Betriebstemperaturen vorliegen, um das bei diesen Temperaturen ein größeres Volumen aufweisende Öl im Mantelkanal zurückzuhalten, sodass Planschverluste vermieden werden. Hierdurch kann der Ölstand bedarfsgerecht an die temperaturbedingte Volumenausdehnungen des Öls angepasst und eine pauschale Ölwannenabsenkung vermieden werden.
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Der vorgeschlagene Ölstandausgleichsraum kann im Rahmen der Kühlung von beliebigen Komponenten innerhalb des Getriebegehäuses eingesetzt werden. Mit besonderem Vorteil kann der ausgeglichene Ölstand bzw. das ausgeglichene Ölniveau beim Kühlen von elektrischen Maschinen in hybridisierten Automatikgetrieben, z. B. mit einem eine elektrische Maschine aufweisenden Hybridmodul, eingesetzt werden.
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Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Automatikgetriebe kann ein Thermoventil eingesetzt werden, bei dem der vorgesehene Sperrkörper temperaturabhängig ansteuerbar ist, wobei bei tiefen Temperaturen der Sperrkörper in seiner geöffneten Position und bei hohen Temperaturen in seiner geschlossenen Position ist. Vorzugsweise kann ein Thermoventil mit einem aus thermischem Formgedächtnismaterial bestehenden Federelement, wie zum Beispiel einer Nickel-Titan-Legierung (Nitinol) eingesetzt werden. Es sind aber auch andere, die vorgenannten Voraussetzungen erfüllende Thermoelemente einsetzbar.
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Wenn das vorgeschlagene Automatikgetriebe als Hybridgetriebe ausgeführt ist und zumindest eine elektrische Maschine aufweist, kann der vorgesehene Mantelkanal zum Kühlen der elektrischen Maschine bzw. des Stators auch zusätzlich effizient zur Spulenkopfkühlung eingesetzt werden. Dazu wird der Mantelkanal über eine Drosselblende mit einem die Spulenköpfe umgebenen Ringkanal verbunden, so dass bei vollständig gefülltem Mantelkanal entsprechender Ölnebel durch die Drosselblende in den Ringkanal austreten kann, mit dem die Spulenköpfe der elektrischen Maschine optimal gekühlt werden. Hierbei ist es möglich, dass zum Verbessern der Kühlwirkung mehrere Drosselblenden zwischen Mantelkanal und Ringkanal vorgesehen werden.
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Vorzugsweise kann die vorgeschlagene Erfindung bei einem z. B. hybridisierten Achtgang-Automatikgetriebe eingesetzt werden. Es sind auch andere Anwendungen denkbar, bei denen ein ausgeglichener Ölstand in dem Getriebe bzw. in der Ölwanne erforderlich ist.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
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1 eine entlang der Schnittlinie A-A gemäß 2 verlaufende Schnittansicht durch ein Getriebegehäuse eines erfindungsgemäßen Automatikgetriebes;
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2 eine entlang der Schnittlinie C-C gemäß 1 verlaufende Schnittansicht durch das Getriebegehäuse;
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3 eine entlang der Schnittlinie B-B verlaufende Schnittansicht gemäß 1;
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4 eine Einzelteilansicht eines in dem Getriebegehäuse angeordneten Thermoventils;
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5 eine vergrößerte Einzelheit Y gemäß 1; und
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6 eine vergrößerte Einzelheit X gemäß 1.
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In den 1 bis 6 sind verschiedene Ansichten und Darstellungen einer beispielhaft als hybridisiertes Automatikgetriebe ausgeführten Ausführungsvariante der Erfindung mit einer in dem Getriebegehäuse 1 angeordneten elektrischen Maschine exemplarisch dargestellt. In dem Getriebegehäuse 1 ist ein Ölkreislauf 3 vorgesehen, der über eine Ölpumpe mit Öl aus einer am Bodenbereich des Getriebegehäuses 1 angeordneten Ölwanne 4 versorgt wird. Zum Kühlen des Öls des Ölkreislaufes 3 ist ferner ein Ölkühler vorgesehen.
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Bei der nur beispielhaft dargestellten Ausführungsvariante wird als Getriebekomponente die elektrische Maschine 2 von dem Ölkreislauf 3 gekühlt. Dazu ist ein die elektrische Maschine 2 umgebender Mantelkanal 5 vorgesehen, der beispielsweise aus 1 und 3 ersichtlich ist und der über einen Ölzuflusskanal 6 mit Öl aus dem Ölkreislauf 3 versorgt wird. Hierzu ist der Ölkreislauf 3 über den Ölzuflusskanal 6 mit dem Mantelkanal 5 verbunden.
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Um einen ausgeglichenen Ölstand in der Ölwanne 4 unabhängig von den herrschenden Umgebungstemperaturen realisieren zu können, ist vorgesehen, dass der Mantelkanal 5 als Ölstandausgleichsraum entlüftet ist und über zumindest ein Thermoventil 7 mit der Ölwanne 4 zum temperaturabhängigen Einstellen des Ölstands verbunden ist.
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Das insbesondere in den 4 und 5 dargestellte Thermoventil 7 umfasst ein Ventilgehäuse 8, einen Deckel 9 mit Ventilsitz 10 und einen federbelasteten Sperrkörper 11 zum Öffnen und Schließen des Thermoventils 7. Hierzu sind ein das Thermoventil 7 öffnendes erstes Federelement 12, z.B. als Spiral- oder Schraubenfeder, und ein das Thermoelement schließendes zweites Federelement 13, z.B. als Spiral- oder Schraubenfeder, aus thermischem Formgedächtnismaterial vorgesehen.
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Als Formgedächtnismaterial ist ein Metall, wie zum Beispiel eine Nickel-Titan-Legierung oder dergleichen vorgesehen, bei der bei niedrigen Temperaturen ein Gefüge mit niedrigerer Steifigkeit (zum Beispiel martensitisches Gefüge bei Verwendung von Nickel-Titan-Legierung) und bei Betriebstemperaturen, also höheren Temperaturen, ein Gefüge mit höherer Steifigkeit (zum Beispiel austenitisches Gefüge bei Verwendung von Nickel-Titan-Legierung) verglichen mit den Niedrigtemperaturgefüge vorherrscht.
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Das Ventilgehäuse 8 des Thermoventils 7 ist in einer Verbindungsbohrung 14 des Getriebegehäuses 1 zwischen dem Mantelkanal 5 und der Ölwanne 4 lösbar befestigt, wobei der Deckel 9 mit dem Ventilsitz 10 an dem Ventilgehäuse 8 ebenfalls lösbar befestigt ist. Hierzu weist das Ventilgehäuse 8 ein Außengewinde 15 auf, über das das Ventilgehäuse in ein korrespondierendes Innengewinde der Verbindungsanordnung 14 geschraubt ist, wobei der Deckel 9 mit einem korrespondierenden Innengewinde auf das Außengewinde 15 des Ventilgehäuse zum Einstellen der Vorspannkraft der Federelemente 12, 13 aufgeschraubt ist.
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Wie insbesondere aus 5 ersichtlich ist, ist der Sperrkörper 11 über das erste Federelement 12 in vom Ventilsitz 10 abgewandter Richtung vorgespannt, während der Sperrkörper 11 über das zweite Federelement 13 in Richtung des Ventilsitzes 10 vorgespannt ist.
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Wie insbesondere aus 4 und 5 ersichtlich ist, weist das Ventilgehäuse 8 an dem dem Mantelkanal 5 zugewandten Ende über den Umfang zumindest eine schlitzförmige bzw. nutförmige Ausnehmung bzw. Öffnung 16 auf. Dies ermöglicht während des Aufschraubens des Deckels 9, beispielsweise mit Hilfe der vorgesehenen Sechskantform, ein entsprechendes Abstützen des Ventilgehäuses 8 durch den Eingriff in die schlitzförmigen Öffnungen bzw. Nuten 16. Neben dieser Abstützfunktion dienen diese Öffnungen 16 auch zur Öldurchführung durch das Thermoventil 7, wenn der Sperrkörper 11 an dem zusammengedrückten zweiten Federelement 13 aus thermischem Formgedächtnismaterial anliegt und dieses den innenseitigen Öldurchfluss verhindern würde.
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Insbesondere gemäß 6 ist dargestellt, dass der Mantelkanal 5 im Bereich des höchsten Ölstandes eine Drosselblende 17 zur Entlüftung zum vollständigen Befüllen des Mantelkanals 5 mit Öl aufweist. Bei der hier beispielhaft dargestellten Ausführungsvariante, bei der ein hybridisierte Automatikgetriebe vorgesehen ist und die elektrische Maschine 2 mit dem Mantelkanal 5 gekühlt wird, hat die zumindest eine vorgesehene Drosselblende 17 eine weitere vorteilhafte Funktion, da der Mantelkanal 5 strömungsmäßig über die Drosselblende 17 mit einem den Spulenköpfen 19 der elektrischen Maschine 2 stirnseitig zugewandten Ringkanal 18 zur Ölnebel-Spulenkopfkühlung verbunden ist. Zur besseren Kühlung der Spulenköpfe 19 kann nicht nur, stirnseitig gesehen, auf 12 Uhr vorzugsweise nur eine Drosselblende 17 vorgesehen sein, sondern weitere über den Ringkanal 17 verteilt vorgesehene Drosselblenden 17 angeordnet werden.
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Der Mantelkanal 5 wird, wie in 3 dargestellt, über den Ölzuflusskanal 6 im Getriebegehäuse 1 direkt mit vom Getriebeölkühler kommenden, gekühlten Öl des Ölkreislaufes 3 befüllt, wobei bei der dargestellten Ausführung der Mantelkanal 5 etwa 0,5 Liter Öl umfasst. Wenn der Mantelkanal 5 komplett mit Öl befüllt ist, wird das nachströmende Öl mittels der vorgesehenen Drosselblende 17 mit einer speziell ausgeführten Düse beim Austritt in die Ringkammer bzw. in den Ringkanal 18 vernebelt und zu den antriebsseitigen Spulenköpfen 19 der elektrischen Maschine 2 geführt. Von dort aus verteilt sich der Ölnebel ringförmig und kühlt die antriebsseitigen Spulenköpfe 19 der elektrischen Maschine 2. Die Größe und die Anzahl der Blendenbohrungen definiert zum einen die Menge des Ölnebels und zum anderen den Öldurchsatz durch den außenliegenden ölbefüllten Mantelkanal 5, welcher auch seinerseits den Stator der elektrischen Maschine 2 kühlt. Die Einbringung der Drosselblende 17 ist ebenfalls abtriebsseitig denkbar.
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Bei einer Ausführung des Mantelkanals 5 z. B. mit einem Fassungsvermögen von etwa 0,5 Liter, wie in den Figuren dargestellt, kann beispielsweise die Ölwanne 4 um etwa 5 mm vom Bodenbereich in dem Getriebegehäuse angehoben werden, welches hinsichtlich Bauraum zur Unterbodenlinie eine beträchtliche, vorteilhafte Einsparung darstellt.
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Aus den vorbeschriebenen Eigenschaften des bei dem Thermoventil 7 verwendeten Formgedächtnismaterials ergibt sich folgende Funktionsweise für das Thermoventil 7 mit dem zweiten Federelement 13 aus einer Nickel-Titan Legierung.
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Der Temperaturbereich der Gitterstrukturumwandlung kann bei der Formgedächtnislegierung Nickel-Titan gemäß bekanntem Stand der Technik durch die Legierungszusammensetzung eingestellt werden. Nachfolgend wird die Funktionsweise beispielhaft bei einer Umwandlungstemperatur der Gitterstruktur um die 0 Grad Celsius erläutert.
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Wenn die Öltemperatur beispielsweise unter 0 Grad Celsius liegt, besitzt das zweite Federelement 13 eine Tieftemperaturphase mit martensitischem Gefüge. In diesem Zustand überbrückt das erste Federelement 12 aus Stahl das zweite Federelement 13 und der Sperrkörper 11 öffnet das Thermoventil 7, wodurch das kalte Öl aus dem Mantelkanal 5 in den Ölsumpf bzw. in die Ölwanne 4 fließen kann. Wenn die Öltemperatur beispielsweise über 0 Grad Celsius steigt, wandelt sich bei dem zweiten Federelement 13 die Legierung in ein austenitisches Gefüge um, welches zu einer Versteifung des zweiten Federelements 13 führt. Dadurch kann das zweite Federelement 13 das erste Federelement 12 aus Stahl überbrücken und der Öldurchfluss im Thermoventil 7 wird durch den Sperrkörper 11 verschlossen.
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Wenn das Thermoventil 7 geschlossen bzw. gesperrt ist, füllt sich der Mantelkanal 5 mit Öl bis dieser vollständig gefüllt ist und sich der Schmierdruck in dem kompletten Mantelkanal 5 einstellt. Dieser Schmierdruck drückt den Sperrkörper 11 stärker bzw. zusätzlich gegen den Ventilsitz 10 und verstärkt somit die Dichtwirkung im Betrieb.
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Wird das Fahrzeug abgestellt, fällt auch dadurch der Schmierdruck ab. Über die oben eingebrachte Drosselblende 17 wird der vorherrschende Druck in dem Mantelkanal 5 abgebaut. Der Mantelkanal 5 bleibt jedoch bis auf Höhe der Drossel- bzw. Ablaufbohrung der Drosselblende 17 ölbefüllt. Hierdurch entfällt der Sperrdruck auf den Sperrkörper 11. In diesem Zustand kann das Thermoventil 7 nun wieder öffnen, wenn die Temperatur unter die Aktivierungsgrenze des zweiten aus Formgedächtnismaterial gefertigten Federelementes 13 fällt, beispielsweise unter 0 Grad Celsius.
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Zusammenfassend ergeben sich insbesondere bei dem vorgeschlagenen Automatikgetriebe folgende Vorteile. Zum einen ergibt sich aufgrund der Ausgestaltung des Mantelkanals 5 eine Ölfüllung bzw. -durchströmung, wodurch einerseits der Stator der elektrischen Maschine 2 gekühlt wird und andererseits zusätzlich eine effiziente Spurenkopfkühlung der elektrischen Maschine 2 mittels Ölnebel aus den vom Mantelkanal 5 versorgten Ringkanal 18 aufgrund der Entlüftungsfunktion und der vorgesehenen Drosselblende 17 realisiert wird. Des Weiteren ergibt sich der Vorteil, dass durch das in den Mantelkanal 5 integrierte Thermoventil 7 der Mantelkanal 5 zusätzlich als automatische Ölstandausgleichskammer genutzt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebegehäuse
- 2
- Elektrische Maschine
- 3
- Ölkreislauf
- 4
- Ölwanne bzw. Ölsumpf
- 5
- Mantelkanal
- 6
- Ölzuführkanal
- 7
- Thermoventil
- 8
- Ventilgehäuse
- 9
- Deckel
- 10
- Ventilsitz
- 11
- Sperrkörper
- 12
- erstes Federelement
- 13
- zweites Federelement aus thermischen Formgedächtnismaterial
- 14
- Verbindungsbohrung
- 15
- Außengewinde
- 16
- schlitzförmige Öffnung bzw. Nut
- 17
- Drosselblende
- 18
- Ringkanal
- 19
- Spulenköpfe der elektrischen Maschine
- X
- vergrößerte Einzelheit aus 1
- Y
- vergrößerte Einzelheit aus 1
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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