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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung eines Getriebes für ein Fahrzeug mit einem Getriebegehäuse und zumindest ein in dem Getriebegehäuse um eine Drehachse A drehbares Antriebszahnrad und ein um eine Drehachse B, die parallel zu der Drehachse A angeordnet ist, drehbares Abtriebszahnrad und einem Sammelelement, wobei das Sammelelement an dem Getriebegehäuse im Bereich eines Öffnungsbereiches, der sich am Getriebegehäuse befindet, angebracht ist, wobei zumindest das Abtriebszahnrad mit einem Fluid zur Kühlung und Schmierung in Kontakt gebracht wird.
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Es sind Vorrichtungen zur Kühlung und Schmierung von Getrieben für Fahrzeuge bekannt. In vorteilhafter Ausführungsform sind die Getriebe mit einem Ölsumpf ausgeführt, wodurch das darin befindliche Getriebeöl sowohl als Schmiermittel als auch als Kühlmittel für das Getriebe verwendet wird. Es sind auch Vorrichtungen zur Kühlung und Schmierung von Getrieben für Fahrzeuge in Trockensumpfbauweise bekannt. Hierbei wird durch ein Pumpensystem, das sich durch Saugstufen und Druckstufen auszeichnet, der Ölstand im Getriebegehäuse durch die Saugstufen möglichst gering gehalten. Das aus dem Getriebegehäuse abgesaugte Öl wird meist in einem Vorratsbehälter gepumpt, in dem es sich entschäumen kann. Von diesem Vorratsbehälter wird mittels der Druckstufe der Pumpe das Öl wieder zur Kühlung und Schmierung in das Getriebegehäuse bzw. auf die in dem Getriebegehäuse befindlichen Zahnrädern eingebracht. Auch bei dieser Ausführungsform sind relativ große Mengen an Schmier- und Kühlmittel notwendig um die Versorgung mit Schmieröl bzw. Kühlöl zu gewährleisten.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung eines Getriebes für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche sicher funktioniert und mit möglichst geringen Mengen an Kühlmittel und / oder Schmiermittel auskommt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung eines Getriebes für ein Fahrzeug mit einem Getriebegehäuse und zumindest einem in dem Getriebegehäuse um eine Drehachse (A) drehbaren Antriebszahnrad und ein um eine Drehachse B, die parallel zu der Drehachse A angeordnet ist, drehbares Abtriebszahnrad, wobei die Drehachse (B) des Abtriebszahnrades im Wesentlichen quer zu einer Fahrtrichtung (F) bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs angeordnet ist, und einem Sammelelement, wobei das Sammelelement an dem Getriebegehäuse im Bereich eines Öffnungsbereiches, der sich am Getriebegehäuse und auf einer zur Fahrtrichtung (F) entgegengesetzten Seite befindet, angebracht ist, wobei das Abtriebszahnrad mit einem Fluid zur Kühlung und Schmierung in Kontakt gebracht wird, wobei das Sammelelement ein Vorsprungelement umfasst, wobei das Vorsprungelement zu einem Außenumfang des Abtriebszahnrades gerichtet ist und wobei bei einem Drehen des Abtriebszahnrades das abströmende Fluid mittels des Vorsprungelements in das Sammelelement geleitet wird, wobei der Öffnungsbereich an dem Getriebegehäuse in einem zweiten Quadranten und/oder in einem dritten Quadranten liegt, wobei der zweite und der dritte Quadrant durch ein kartesisches Koordinatensystem bestimmt wird, das seinen Ursprung mit der Drehachse (B) hat und wobei eine y-Koordinate des kartesischen Koordinatensystems eine Fahrzeugsenkrechte ist, wobei weiter der Öffnungsbereich in einem Winkelbereich zwischen 160° und 225° vorgesehen ist. Dabei ist das Vorsprungelement in seiner Baubreite zumindest so ausgeführt, dass es die Breite des Abtriebszahnrades überdeckt. Hierdurch kann das durch die Drehung des Abtriebsrades abströmende Fluid vom Abtriebszahnrad vorteilhaft durch das Vorsprungelement in das Sammelelement geleitet werden. Das Vorsprungelement ist dabei möglichst nahe am Außendurchmesser des Abtriebszahnrad positioniert. Dabei ist die Funktion des Vorsprungelements vergleichbar mit der eines bekannten Ölhobels bzw. eines Abstreifelements, jedoch ohne direkten Kontakt zu dem Abtriebszahnrad. Durch das Vorsprungelement ist es möglich, mehr Fluid, das zur Kühlung und Schmierung im Getriebegehäuse verwendet wird in das Sammelelement einzuleiten. Hierdurch ist es möglich, dass eine geringere Menge an Fluid zur Schmierung und Kühlung im Getriebegehäuse vorhanden ist. Das in das Getriebegehäuse eingebrachte Fluid wird vorteilhaft auf die Verzahnung sowie auf die Lagerung des Abtriebszahnrades eingeleitet. Durch den Kontakt des Fluids mit den Bauteilen des Getriebes, wie dem Abtriebszahnrad, erfolgt eine Schmierung der Bauteile sowie eine Aufnahme von Wärmeenergie. Die so von dem Fluid aufgenommene Wärmeenergie wird mit dem Fluid und mittels des Versprungelements zielgerichtet in das Sammelelement geleitet. Ein weiterer Vorteil ist, dass hierdurch weniger Fluid zur Schmierung und Kühlung im Getriebegehäuse verbleibt, was einen Panschverlust und auch ein Aufschäumen des Fluids reduziert. Die Wärmeenergie kann hierdurch gezielter und schneller von den Bauteilen im Getriebegehäuse abgeführt werden. Nachfolgend wird der Kühlkreislauf und Schmiermittelkreislauf im Getriebe beschrieben. Ausgehend von einer Pumpe, die vorteilhaft mit einem Behälter verbunden ist, wird das Fluid durch eine Verbindungsleitung zu einer Eintrittsöffnung am Getriebegehäuse geleitet. Innerhalb des Getriebegehäuses kann das Fluid mittels weiterer Leitungen oder Düsen gezielt auf die zu kühlenden und schmierenden Bauteile wie Verzahnungen und Wellen eingebracht werden. Durch die Drehung der Zahnräder, hier zumindest des Abtriebszahnrades und des Antriebszahnrades, wird das Fluid an dem Abtriebszahnrad und an dem Antriebszahnrad nach radial außen geleitet. Dabei ist der Öffnungsbereich wie bereits vorangehend beschrieben, so an dem Getriebegehäuse vorgesehen, dass möglichst viel Fluid durch das rotierende Abtriebszahnrad durch den Öffnungsbereich und folglich in das Sammelelement, das an dem Öffnungsbereich angeflanscht ist, gefördert wird. Hierdurch kann vorteilhaft auf eine Saugvorrichtung bzw. auf eine Saugpumpe verzichtet werden, die das im getriebegehäuse befindliche Fluid absaugt. Hierdurch können Kosten gesenkt werden und es entfällt die Antriebsleistung für eine Saugpumpe. An dem radial äußeren Verzahnungsbereich schert das Fluid ab und wird im Wesentlichen im Bereich des Vorsprungelements, das zu der Außenverzahnung des Antriebszahnrades gerichtet ist, in das Sammelelement geleitet. Dabei ist das Sammelelement bzw. ein daran vorgesehener Behälter wie ein Trichter ausgeführt, um möglichst viel abströmendes Fluid gezielt und bedingt durch die Schwerkraft an eine tiefste Stelle fließen zu lassen. Der Behälter dient hierbei als eine Art Puffer für das zirkulierende Fluid. An der tiefsten Stelle an dem Behälter ist die Pumpe vorgeshen, wobei die Pumpe das Fluid wiederum in das Getriebegehäuse pumpt.
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Hierbei kann das Sammelelement einen Behälter umfassen, wobei der Behälter als ein separates Bauteil oder einteilig mit dem Sammelelement ausgeführt ist, wobei der Behälter einen trichter-förmigen Abschnitt vorsieht, der das Fluid gezielt an eine tiefste Stelle des Sammelelements leitet.
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Dabei kann der trichterförmige Abschnitt mit einer Pumpe wirkverbunden sein, wobei die Pumpe das Fluid von dem Behälter mittels einer Verbindungsleitung zu einem Eintrittsbereich in das Getriebegehäuse fördert.
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Weiter kann es vorteilhaft sein, wenn zwischen dem Öffnungsbereich und dem Behälter entlang des Sammelelements eine Entlüftungsleitung vorgesehen ist. Hierdurch kann vermieden werden, dass im Sammelelement ein Überdruck entsteht und dadurch der Eintritt des Fluids in das Sammelelement behindert wird. Dabei kann sich die Entlüftungsleitung bis in das Getriebegehäuse erstrecken. Die Entlüftungsleitung kann dabei sowohl außerhalb des Sammelelements als auch innerhalb des Sammelelements vorgesehen sein. Die Entlüftungsleitung erstreckt sich dabei von dem Öffnungsbereich bzw. das Getriebegehäuse bis in den Behälter hinein. Bei einem großen Aufkommen von Fluid soll hierdurch verhindert werden, dass sich ein Luftpolster im Behälter bildet oder ein Vakuum im Getriebegehäuse und somit der Strom des Fluids durch den Öffnungsbereich hin zum Behälter behindert sein könnte. Die Entlüftungsleitung verläuft dabei parallel zu dem Fluidstrom, der durch den Öffnungsbereich entlang des Sammelelements zu dem Behälter verläuft.
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Ferner kann ein Teilelement des Getriebegehäuses oder ein Element, das mit dem Getriebegehäuse verbunden ist als eine Ölrücklaufschräge ausgeführt sein, wobei die Ölrücklaufschräge mit einer Fahrzeugwaagrechten einen Winkel β einnimmt, wobei die Ölrücklaufschräge zu dem Sammelelement gerichtet ist, so dass das Fluid entlang der Ölrücklaufschräge in Richtung des Sammelelements fließ. Hierdurch kann es gewährleistet werden, dass bei einem Bremsvorgang oder bei einer Bergabfahrt weiter ausreichend Fluid in das Sammelelement gelangt und es zu keiner Mangelschmierung kommt.
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Dabei kann der Winkel β gleich oder größer 10° betragen. Vorteilhaft und in der Praxis bestätigt kann dabei ein Winkel β mit 20° gewählt werden.
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Weiter kann das Antriebszahnrad von einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor angetrieben werden.
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Dabei kann das Fluid vorteilhaft ein viskoses Medium, wie ein Öl, sein.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detaillierte beschrieben. Es zeigt:
- 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung eines Getriebes;
- 2 einen Querschnitt des Sammelelements mit Behälter.
- 3 Seitenansicht des Sammelelements mit Behälter
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Mit Bezug auf die 1 wird nachfolgend eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung und Schmierung eines Getriebes für ein Fahrzeug 5 beschrieben. Dabei ist der Aufbau wie folgt:
- Das Getriebe 1 sieht im äußeren Bereich ein Getriebegehäuse 10 vor. Innerhalb des Getriebegehäuses 10 sind hier ein Antriebszahnrad 12 welches um eine Drehachse A drehbar ist und ein Abtriebszahnrad 20 welches um eine Drehachse B drehbar ist angeordnet. In dieser Ausführungsform ist das Antriebszahnrad A mit einer elektrischen Maschine 7 verbunden. Da die elektrische Maschine 7 hier hochdrehend ist, circa 20.000 - 24.000 Umdrehungen pro Minute, muss die Übersetzung sehr groß ausgeführt sein. Dabei verlaufen die Drehachsen A und B zueinander parallel. In einer Fahrtrichtung bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs 5 gesehen, sind die Drehachsen A und B quer zu Fahrtrichtung (F) vorgesehen. Weiter ist in dieser Ausführungsvariante vorgesehen, dass eine Drehrichtung des Abtriebszahnrades 20 in Fahrtrichtung verläuft.
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In Bezug auf die Lage eines Öffnungsbereiches 15, ist mit der Drehachse B ein Ursprung eines kartesischen Koordinatensystems gesetzt mit einer senkrechten y-Koordinate und einer waagrechten x- Koordinate. Dabei bestimmt sich hier ein erster Quadrant I oben rechts, wobei sich die weiteren drei Quadranten II, III, VI gegen den Uhrzeigersinn verteilen. Dabei befindet sich der Öffnungsbereich 15 erfindungsgemäß hier im zweiten und dritten Quadranten (II, III). Dabei ist hier der Öffnungsbereich 15 zumindest so breit ausgeführt, dass eine Zahnbreite des Abtriebszahnrades überdeckt wird. Gut in 1 zu erkennen ist ein Vorsprungelement 32, das hier integral mit dem Sammelelement 30 ausgeführt ist. Dabei ragt das Vorsprungelement 32 in den Öffnungsbereich 15 hinein in Richtung der Verzahnung des Abtriebszahnrades 20 gerichtet. Dabei ist das Vorsprungelement möglichst nahe an einem Außenumfang 21 positioniert. Weiter ist das Vorsprungelement 32 im oberen Bereich des Öffnungsbereiches 15 in Bezug auf die Einbaulage im Fahrzeug vorgesehen. Dies bedeutet, dass eine Öffnung des Sammelelements 30 sich unterhalb des Vorsprungelementes 32 erstreckt. Im Anschluss an das Sammelelement 30 ist ein Behälter 35 vorgesehen. Dabei ist hier der Behälter 35 unterhalb des Sammelelements 30 vorgesehen und trichterförmig ausgeführt. Im Anschluss an den Behälter 35 und ebenfalls unterhalb des Behälters 35 ist eine Pumpe 55 vorgesehen, die wiederum mit einer Verbindungsleistung 45 verbunden ist, wobei die Verbindungsleitung 45 hier mit einem Eintrittsbereich 70 am Getriebegehäuse 10 verbunden ist. Ausgehend von der Pumpe 55 ist dabei die Funktionsweise wie folgt: Die Pumpe 55 pumpt ein Fluid 40 durch die Verbindungsleitung 45 zu dem Eintrittsbereich 70 des Getriebegehäuses 10. Hier nicht näher dargestellt kann der Eintrittsbereich 70 mit einer weiteren oder mehreren Leitungen verbunden sein, wobei die Leitungen das Fluid 40 gezielt an die zu kühlenden und schmierenden Bereiche im Getriebe bringt. Hier angedeutet kann im Bereich des Eintrittsbereiches 70 auch eine Düse vorgesehen sein, die das Fluid 40 beispielsweise auf das Abtriebszahnrades 20 verteilt. Hierdurch erfolgt eine Schmierung und Kühlung des Abtriebszahnrades 20. Durch eine Ölrücklaufschräge 41. Die hier unter einem Winkel von 20° zu einer Fahrzeugwaagrechten W vorgesehen ist fließt das in das Getriebegehäuse 10 gepumpte Fluid 40 an eine unteren Bereich im Getriebegehäuse 10, der sich nahe am Außendurchmesser des Abtriebszahnrades 20 befindet. Durch die Drehung des Abtriebszahnrades 20 in Fahrtrichtung wird das Fluid 40 nach radial außen geschleudert und strömt vorzugsweise durch das Vorsprungelement 32 abgelenkt in den Öffnungsbereich 15 in das Sammelelement 30. Dabei wirkt das Abtriebszahnrad 20 wie eine Pumpe und es ist keine gesonderte Pumpe zum Absaugen des Fluids 40 aus dem Getriebegehäuse 10 notwendig. Von dem Sammelelement 30 fließt das Fluid 40 drucklos in den trichterförmigen Behälter 35. Dabei wirkt das Vorsprungelement 32 vergleichbar wie ein Ölhobel bzw. Ölabstreifer jedoch ohne direkten Kontakt mit dem Abtriebszahnrad 20. Hierdurch kann gezielt das Fluid 40 von den Getriebebauteilen abgeführt werden.
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Folglich können hierdurch beispielsweise Panschverluste und oder ein Aufschäumen des Fluids 40 verringert werden. Hier nicht dargestellt kann das Sammelelement 30 und / oder der Behälter 35 und / oder die Pumpe 55 und / oder die Verbindungsleitung 45 und/ oder auch das Getriebegehäuse 10 mit Kühlrippen zur Oberflächenvergrößerung und damit zur besseren Wärmeabfuhr ausgeführt werden. Um ein vorteilhaftes Herausfördern des Fluids 40 aus dem Getriebegehäuse 10 zu ermöglichen ist hier die Lage des Öffnungsbereiches 15 von entscheidender Bedeutung. Wie schon erwähnt befindet sich die Lage des Öffnungsbereiches 15 erfindungsgemäß hier im zweiten und dritten Quadranten (II, III) und hat sich im Bereich von 160° bis 225° als sehr vorteilhaft erwiesen. In der 1 ist der Öffnungsbereich 15 zwischen 170° und 210° ausgeführt.
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Die 2 zeigt einen Querschnitt des als separat ausgeführten Sammelelement 30 mit Vorsprungelement 32, sowie den mit dem Sammelelement 30 verbundenen trichterförmigen Behälter 35. In dieser Ausführungsform ist das Sammelelement 30 der Behälter 35 sowie die Entlüftungsleitung 38 einstückig ausgeführt. Gut hierzu erkennen ist eine tiefe Stelle 42 im Behälter 35. An dieser Stelle sammelt sich das Fluid 40 drucklos und wir von einer hier nicht näher dargestellten Pumpe wieder zurück in das Getriebegehäuse gepumpt. Durch das Sammeln des Fluids an der tiefsten Stelle kann gewährleistet werden, dass es zu keinem Abriss der Fluidförderung kommt und eine sichere Schmierung und Kühlung des Getriebes gewährleistet ist.
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Die 3 zeigt eine Seitenansicht des Sammelelements 30 mit dem Vorsprungelement 32, dem trichterförmigen Behälter 35 und dem Anschluss für die hier nicht näher dargestellte Pumpe 55. Dabei kann das Sammelelement vorteilhaft als ein Spritzguss-Bauteil ausgeführt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 5
- Fahrzeug
- 7
- elektrische Maschine
- 10
- Getriebegehäuse
- 12
- Antriebszahnrad
- 15
- Öffnungsbereich
- 20
- Abtriebszahnrad
- 21
- Außenumfang
- 30
- Sammelelement
- 32
- Vorsprungelement
- 35
- Behälter
- 36
- trichterförmiger Abschnitt
- 37
- Teilelement
- 38
- Entlüftungsleitung
- 39
- Element
- 40
- Fluid
- 41
- Ölrücklaufschräge
- 42
- tiefste Stelle
- 45
- Verbindungsleitung
- 55
- Pumpe
- 60
- Eintrittsbereich
- 70
- Eintrittsbereich
- 80
- Eintrittsbereich
- A
- Drehachse
- B
- Drehachse
- X
- untere Hälfte
- Y
- obere Hälfte
- F
- Fahrtrichtung
- G
- Drehrichtung Abtriebszahnrad
- W
- Fahrzeugwaagrechte
