-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Schmiermittels eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Getriebe, an welchem eine derartige Vorrichtung angeschlossen ist.
-
Es ist an sich bekannt, dass die Temperatur eines Schmiermittels, welches zur Schmierung von Komponenten eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, einen erheblichen Einfluss auf die Schmierwirkung hat. Insbesondere wenn derartige Schmiermittel zu heiß werden, kann es vorkommen, dass die Viskosität des Schmiermittels so stark verringert wird, dass keine ausreichende Schmierung von Komponenten des Getriebes mehr sichergestellt werden kann.
-
Vorrichtungen zum Kühlen eines Schmiermittels von Getrieben eines Kraftfahrzeugs sind hinlänglich bekannt. So zeigen beispielsweise die
DE 10 2009 045 082 A1 , die
DE 719 480 C , die
DE 10 2008 042 704 A1 und die
JP 926 90 46 A jeweilige Vorrichtungen zum Kühlen eines Schmiermittels eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs.
-
Die
US 8 100 106 B2 zeigt eine Anordnung zum Heizen von Getriebeöl in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs. Die Anordnung umfasst ein erstes Rohrsystem, das eine Zirkulation von Motoröl eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs zu einem Wärmetauscher ermöglicht. Ein zweites Rohrsystem der Anordnung ermöglicht eine Zirkulation des Getriebeöls vom Getriebe zum Wärmetauscher, sodass das Motoröl zum Heizen des Getriebeöls genutzt werden kann.
-
Die
DE 10 2011 078 088 A1 zeigt ein Kühlsystem für ein Fahrzeug mit einem Getriebekühlkreislauf, der die in einem Getriebe erzeugte Wärmeenergie über einen Wärmetauscher an einen Kühlwasserkreislauf eines Verbrennungsmotors abführt.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technische Lösung bereitzustellen, mittels welcher Wirkungsgradverbesserungen bei Getrieben eines Kraftfahrzeugs erzielt werden können.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Schmiermittels eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen eines Schmiermittels eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Rohrleitungsanordnung, welche mit einem ersten Anschlussbereich an einer Schmiermittelablassöffnung eines Radsatzraums des Getriebes und mit einem zweiten Anschlussbereich an einer Schmiermittelbefüllöffnung des Radsatzraums des Getriebes anschließbar ist. Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine in die Rohrleitungsanordnung integrierte Heizeinrichtung zum Erwärmen des Schmiermittels sowie eine in die Rohrleitungsanordnung integrierte Pumpe zum Fördern des Schmiermittels durch die Rohrleitungsanordnung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann also einen externen Heizkreislauf für das Schmiermittel des Getriebes bilden. Die Rohrleitungsanordnung kann dabei sowohl starre Rohre als auch flexible Leitungen umfassen.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Wirkungsgradverbesserungen in Getrieben von Kraftfahrzeugen sehr stark von Panschverlusten an den mechanisch drehenden Komponenten und von Öl-Viskositäts-Effekten an Ölpumpen beeinflusst werden. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, den Radsatzraum eines Getriebes, in welchem üblicherweise sehr hohe mechanische Lasten an den Radsätzen auftreten, durch entsprechende Erwärmung des Schmiermittels zu beheizen. Im Radsatzraum können sich beispielsweise ein Verteilergetriebe oder auch ein Vorderachs-Differenzial befinden, über die eine sehr hohe mechanische Last läuft. Im Radsatzraum befindet sich ganz allgemein zumindest eine Getriebestufe, also wenigstens eine Paarung von zwei Zahnrädern.
-
Mit der Vorrichtung ist es somit möglich, einen Großteil einer potentiell möglichen Wirkungsgradverbesserung an Getrieben eines Kraftfahrzeugs zu erzielen, indem das Schmiermittel erwärmt wird, so dass es besonders schnell eine Betriebstemperatur erreicht, bei welcher sich ein besonders guter Wirkungsgrad beim Getriebe einstellt. Durch Erwärmen des Schmiermittels, also beispielsweise eines Getriebeöls, kann die Viskosität des Schmiermittels besonders schnell, insbesondere nach einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs bei niedrigen Umgebungstemperaturen, auf eine optimale Betriebstemperatur gebracht werden, bei welcher ein guter Kompromiss zwischen den Schmiermitteleigenschaften und der Viskosität erzielt werden kann.
-
Dadurch, dass die Rohrleitungsanordnung an der Schmiermittelablassöffnung des Radsatzraumes und an der Schmiermittelbefüllöffnung des Radsatzraums anschließbar ist, kann die Vorrichtung auch ganz einfach an herkömmlichen Getrieben nachgerüstet werden, da diese üblicherweise immer zumindest eine Schmiermittelablassöffnung und eine Schmiermittelbefüllöffnung aufweisen. Die Vorrichtung kann im Wesentlichen unabhängig von den Ausmaßen jeweiliger Getriebe angebracht werden, da die Vorrichtung vollständig extern an Getrieben angeschlossen werden kann. Insbesondere ergeben sich mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtungen auch Vorkonditionierungsmöglichkeiten bei elektrifizierten Kraftfahrzeugen.
-
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Heizeinrichtung und die Pumpe seriell angeordnet sind. Mit anderen Worten kann es also vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung und die Pumpe hintereinander in ein und demselbem Abschnitt der Rohrleitungsanordnung angeordnet sind. Dabei kann die Heizeinrichtung entweder stromabwärts oder auch stromaufwärts von der Pumpe angeordnet sein. Durch die serielle Anordnung der Heizeinrichtung und der Pumpe ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau der gesamten Rohrleitungsanordnung, da nur sehr wenige Verrohrungen beziehungswiese Leitungen erforderlich sind.
-
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Heizeinrichtung und die Pumpe parallel in zwei separaten Rohrleitungsabschnitten zueinander angeordnet sind. Die Rohrleitungsanordnung kann also zumindest zwei separate Rohrleitungsabschnitte aufweisen, welche strömungstechnisch parallel zueinander geschaltet sind, wobei in einer der beiden Rohrleitungsabschnitte die Heizeinrichtung und in der dem anderen Rohrleitungsabschnitt die Pumpe angeordnet ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, einen modularen Aufbau der Vorrichtung zu realisieren, da die einzelnen Rohrleitungsabschnitte mitsamt der Heizeinrichtung beziehungsweise der Pumpe auf besonders einfache Weise ausgetauscht werden können. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, verschieden dimensionierte Heizeinrichtungen und Pumpen miteinander innerhalb der Vorrichtung zu kombinieren.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die beiden separaten Rohrleitungsabschnitte stromabwärts von der Pumpe mittels einer Venturi-Düse miteinander verbunden sind. Bei einer Venturi-Düse handelt es sich mit anderen Worten um eine auch als Saugstrahlpumpe bezeichnete Einrichtung, mittels welcher bei der parallelen Anordnung der Heizeinrichtung und der Pumpe der Durchfluss des Schmiermittels durch die Heizeinrichtung bewerkstelligt wird. Trotz der parallelen Anordnung der Heizeinrichtung und der Pumpe kann dadurch auf besonders einfache Weise, insbesondere ohne die Erforderlichkeit von beweglichen Teilen, sichergestellt werden, dass die Heizeinrichtung mit dem Schmiermittel durchflossen wird, sodass eine zuverlässige Aufheizung zur Erwärmung des Schmiermittels jederzeit gewährleistet werden kann.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung eine elektrische Heizung umfasst. Diese kann besonders einfach angesteuert und reguliert werden, um je nach Bedarf eine Erwärmung des Schmiermittels zu ermöglichen. Insbesondere kann eine derartige elektrische Heizung besonders schnell aktiviert und hochgefahren werden, um beispielsweise bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs für eine schnelle Erwärmung des Schmiermittels auf die erforderliche Betriebstemperatur zu sorgen.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die elektrische Heizung dazu ausgelegt ist, mittels Rekuperationsenergie des Kraftfahrzeugs gespeist zu werden. Insbesondere bei elektrifizierten Kraftfahrzeugen ist es üblich, zum Verzögern beziehungswiese Bremsen jeweilige elektrische Antriebsmaschinen in einem Generatormodus zu betreiben, sodass Rekuperationsenergie gewonnen werden kann. Diese kann wiederum zur Speisung der elektrischen Heizung der Heizeinrichtung verwendet werden. Darüber hinaus ist es natürlich auch möglich, dass die elektrische Heizung zusätzlich oder alternativ aus einer Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt werden kann.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Heizeinrichtung einen Wärmetauscher umfasst. Beispielsweise kann durch die Heizeinrichtung ein Medium hindurchgeführt werden, welches zum Kühlen eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs verwendet wird. Da sich üblicherweise ein Verbrennungsmotor, und somit auch ein zur Motorkühlung dienendes Medium, wesentlich schneller aufheizt als das Schmiermittel eines Getriebes des Kraftfahrzeugs, kann überschüssige Wärme vom Verbrennungsmotor über den Wärmetauscher zur Erwärmung des Schmiermittels eingesetzt werden. Dadurch muss besonders wenig oder gar keine zusätzliche Energie zur Erwärmung des Schmiermittels des Getriebes aufgebracht werden, so dass sich insgesamt ein besonders guter Wirkungsgrad des gesamten Kraftfahrzeugs ergibt.
-
Das erfindungsmäßige Kraftfahrzeug umfasst zumindest ein Getriebe, an welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung oder eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeschlossen ist. Bei dem zumindest einen Getriebe kann es sich beispielsweise um ein Fahrzeuggetriebe im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs handeln, das die Motordrehzahl auf die Antriebsdrehzahl übersetzt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn es sich bei dem Getriebe um ein Automatikgetriebe des Kraftfahrzeugs handelt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass es sich bei dem Getriebe um ein Schaltgetriebe handelt. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass es sich bei dem Getriebe, an welchem die Vorrichtung angeschlossen ist, um ein Achsgetriebe des Kraftfahrzeugs handelt. In derartigen Achsgetrieben ist üblicherweise eine Tellerrad-Kegelrad-Anordnung vorgesehen, um ein Antriebsmoment von einer Kardanwelle des Kraftfahrzeugs auf die betreffende Antriebsachse zu übertragen. Vor allem bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs ist das im Achsgetriebe befindliche Schmiermittel noch sehr kalt, wodurch sich ein relativ schlechter Wirkungsgrad bei derartigen Achsgetrieben ergibt. Durch schnelles Erwärmen des Schmiermittels des Achsgetriebes kann auch bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs oder kurz danach ein besonders guter Wirkungsgrad erzielt werden.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombination sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombination sind nicht nur in der angegebenen Kombination, sondern auch in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Darstellung eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug, an welchem eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Schmiermittels des Getriebes angebracht ist, wobei eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Schmiermittels und eine Pumpe zum Fördern des Schmiermittels seriell angeordnet sind; und in
-
2 eine schematische Ansicht des Getriebes des Kraftfahrzeugs, wobei eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung zum Erwärmen des Schmiermittels des Getriebes an diesem angeordnet ist, bei welcher die Heizeinrichtung und die Pumpe parallel zueinander angeordnet sind.
-
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Ein Getriebe 10 für ein Kraftfahrzeug ist in einer schematischen Seitenansicht in 1 gezeigt. An einem Getriebegehäuse 20 des Getriebes 10 ist eine Vorrichtung 14 zum Erwärmen eines Schmiermittels 16 des Getriebes angebracht. Bei dem vorliegenden Getriebe 10 handelt es sich um ein Fahrzeuggetriebe mit einer Mehrzahl von Zahnrädern 12. Wie zu erkennen, sind die Zahnräder 12 innerhalb eines Radsatzraums 18 angeordnet, welcher von dem Getriebegehäuse 20 begrenzt wird.
-
Das Getriebegehäuse 20 weist eine Schmiermittelablassöffnung 22 zum Ablassen des Schmiermittels 16 aus dem Radsatzraum 18 auf. Des Weiteren weist das Getriebegehäuse 20 noch eine Schmiermittelbefüllöffnung 24 zum Befüllen des Radsatzraums 18 mit dem Schmiermittel 16 auf. Die Schmiermittelablassöffnung 22 und die Schmiermittelbefüllöffnung 24 bilden also Wartungsöffnungen, welche zum Ablassen und zum Befüllen des Schmiermittels 16 beim Getriebe 10 notwendig sind.
-
Die Vorrichtung 14 umfasst eine Rohrleitungsanordnung 26, welche mit einem ersten Anschlussbereich 28 an der Schmiermittelablassöffnung 22 des Radsatzraums 18 und mit einem zweiten Anschlussbereich 30 an der Schmiermittelbefüllöffnung 24 des Radsatzraums 18 angeschlossen ist. Die Rohrleitungsanordnung 26 bildet somit einen externen Heizkreislauf für das Schmiermittel 16 des Getriebes 10.
-
Eine Heizeinrichtung 32 zum Erwärmen des Schmiermittels 16 und eine Pumpe 34 zum Fördern des Schmiermittels 16 durch die Rohrleitungsanordnung 26 sind seriell hintereinander angeordnet in die Rohrleitungsanordnung 26 integriert. Im vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Pumpe 34 in Strömungsrichtung 36, also in Förderrichtung der Pumpe 34, hinter der Heizeinrichtung 32 angeordnet. Eine umgekehrte Anordnung ist aber ebenso gut möglich.
-
Die Pumpe 34 fördert das Schmiermittel 16 aus dem Radsatzraum 18 durch die Schmiermittelablassöffnung 22 heraus an der Heizeinrichtung 32 entlang oder durch diese hindurch und von dort aus im erwärmten Zustand durch die Schmiermittelbefüllöffnung 24 wiederum in den Radsatzraum 18 hinein. Mittels der Vorrichtung 14 kann das Schmiermittel 16 vor allem nach einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs, in welchem das Getriebe 10 verbaut ist, besonders schnell auf eine optimale Betriebstemperatur gebracht werden. Unter der optimalen Betriebstemperatur ist diejenige Temperatur zu verstehen, bei welcher das Schmiermittel 16 einen optimalen Kompromiss im Hinblick auf die Schmierwirkung der Zahnräder 12 des Getriebes 10 erzielt und zugleich den Zahnrädern 12 einen möglichst geringen Widerstand für Ihre Rotationsbewegung entgegensetzt. Bei der optimalen Betriebstemperatur weist das Schmiermittel 16 also eine solche Viskosität auf, dass die erforderliche Schmierwirkung erzielt und gleichzeitig die Zahnräder 12 möglichst wenig Widerstand bei ihrer Rotation aufgrund des Schmiermittels 16 erfahren.
-
Durch möglichst schnelles Erwärmen des Schmiermittels 16 können somit insbesondere Panschverluste an den mechanisch drehenden Komponenten des Getriebes 10, also an den Zahnrädern 12, reduziert werden, infolgedessen auch der CO2-Ausstoß des Kraftfahrzeugs, in welchem das Getriebe 10 mitsamt der Vorrichtung 14 verbaut ist, reduziert werden kann.
-
Die Heizeinrichtung 32 kann beispielsweise eine elektrische Heizung zum Erwärmen des Schmiermittels 16 aufweisen. Die elektrische Heizung kann zum Beispiel aus einer Fahrzeugbatterie oder auch direkt aus gewonnener Rekuperationsenergie des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie gespeist werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Heizeinrichtung 32 einen Wärmetauscher umfasst, durch welchen beispielsweise ein Motorkühlmittel des Kraftfahrzeugs hindurch geleitet werden kann. Überschüssige Wärme vom Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs kann dann zur Erwärmung des Schmiermittels 16 genutzt werden.
-
In 2 ist eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 12 gezeigt, welche wiederum am Getriebe 10 befestigt ist. Auch bei dieser Ausführungsform befindet sich die Vorrichtung 12 vollkommen extern, also außerhalb, des Getriebes 10. Die vorliegend gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung 14 zum Erwärmen des Schmiermittels 16 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Heizeinrichtung 32 und die Pumpe 34 nicht mehr seriell angeordnet sind. Stattdessen sind die Heizeinrichtung 32 und die Pumpe 34 parallel in zwei separaten Rohrleitungsabschnitten 38, 40 zueinander angeordnet. Die beiden separaten Rohrleitungsabschnitte 38, 40 sind stromabwärts von der Pumpe 34 mittels einer Venturi-Düse 42 miteinander verbunden. Gemäß der vorliegenden Darstellung strömt durch den Rohrleitungsabschnitt 40 mittels der Pumpe 34 gefördertes Schmiermittel 16 von links nach rechts, wobei im Bereich einer Verengung 44 der andere Rohrleitungsabschnitt 38 einmündet. Dadurch wird aus dem Rohrleitungsabschnitt 38 befindliches Schmiermittel 16 angesaugt. Mittels der Venturi-Düse 42 wird also ein Durchfluss des aus dem Radsatzraum 18 des Getriebes 10 angesaugten Schmiermittels 16 durch beide Rohrleitungsabschnitte 38, 40 bewerkstelligt.
-
Entgegen den bislang erläuterten Ausführungsbeispielen kann es sich bei dem Getriebe 10 auch beispielsweise um ein Achsgetriebe eines Kraftfahrzeugs handeln. Im Wesentlichen kann es sich um beliebige Getriebe handeln, welche einen Radsatzraum 18 aufweisen, in welchem zumindest zwei Zahnräder eine Getriebestufe bilden.
