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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von überschüssigem Öl in einem Ausgleichsraum in einem Getriebe für Kraftfahrzeuge.
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Getriebe beinhalten für diverse Zwecke, wie Schmierung oder hydraulische Funktionen, häufig Öl. Dabei ist die Ölmenge im Getriebekreislauf gewöhnlich konstant, das Volumen, dass das Öl einnimmt jedoch nicht. Damit sind auch die Stellen, an denen sich Öl befindet, unterschiedlich und z. B. von der Temperatur oder Bewegungszustand des Getriebes abhängig.
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Um das Volumen und damit die Position des Öls oder den Ölstand zu regulieren, gibt es im Stand der Technik Lösungen mit Ölbehältern, die zwar einen Teil des Ölkreislaufs im Getriebe sind, jedoch das Öl so aufnehmen können, dass es nicht für die genannten Zwecke nutzbar ist und in Ölbehältern, sogenannten Bunkern, weggespeichert bzw. gepuffert wird.
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So lehrt die
DE10308560A1 eine Getriebevorrichtung, bei der Spritzöl in einen Ölbunker gelangt. Je höher der Ölstand und damit das Volumen im Getrieberaum ist, desto mehr Öl wird in den Bunker befördert. Dies hilft insbesondere bei hohen Drehzahlen, in denen zu viel Öl einen unerwünschten Widerstand (Schleppmoment) erzeugen würde. Aus diesem Bunker wird das Öl wieder aktiv abgepumpt und über eine Regelvorrichtung ggf. wieder in den Getrieberaum befördert, in dem das Öl wieder wirksam wird und zum Ölstand beiträgt.
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Die
DE102017102527A1 bewerkstelligt im Wesentlichen Gleiches, mit der Hauptaufgabe, in dem Ölbehälter das Öl sich beruhigen (entgasen) zu lassen.
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Solche Vorrichtungen müssen jedoch durch Aktoren aktiv betrieben und geregelt werden. Es kann zu Regelungenauigkeiten und Verzögerungen kommen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Getriebe und ein Verfahren bereitzustellen, mittels den ein vorteilhafter Ölstand ohne zusätzliche Aktuatorik erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird mit einem Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine weitere Lösung der Aufgabe ist durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 15 angegeben.
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Das vorgeschlagene Getriebe für ein Kraftfahrzeug, geeignet zum Betrieb mit Öl, umfasst folgende Bestandteile:
- Einen Zentralteilraum, in dem sich bewegliche Getriebeteile befinden und in den Öl abgeben werden kann, einen Aufnahmeraum in dem sich dieses Öl als Ölsumpf sammeln kann und einen Ausgleichsraum, der aus dem Aufnahmeraum ausweichendes überschüssiges Öl aufnehmen kann. Der Ausgleichsraum ist dabei mit dem Aufnahmeraum permanent für das Öl durchgängig verbunden, wobei diese Verbindung so angeordnet ist, das überschüssige Öl aus dem Ausgleichsraum selbständig und ohne Einfluss von Steuerungsmittel zurück in den Aufnahmeraum fließen kann.
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Der Aufnahmeraum ist dabei unterhalb des Zentralteilraums angeordnet. Der Ausgleichsraum ist zumindest abschnittsweise oberhalb einer Unterkante des Zentralteilraums angeordnet. Die Begriffe ‚oberhalb‛ und ‚unterhalb‛ beziehen sich auf eine Einbaulage des Getriebes im Kraftfahrzeug.
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Öl, das sich in einem modernen Getriebe, üblicherweise in einem geschlossenen Kreislauf, befindet, kann mehreren Zwecken dienen: Erstens als Hydraulikfluid zum Schalten von Schaltelementen im Getriebe in einem Hydraulikölkreislauf und zweitens als Schmier- und Kühlmittel für reibende Komponenten in einem Schmierölkreislauf. Der Schmierölkreislauf verläuft derart, dass das Öl an die an richtige Stellen auf die zu schmierenden/kühlenden Getriebeteile, wie Lager, Verzahnungen und Kupplungen (Mehrscheibenkupplungen) gelangt. Eine Art der Zuführung des Schmieröls ist durch die Ausbildung der Antriebswelle als Hohlwelle, bzw. mit einer innen liegenden Längsbohrung gewährleistet. Diese Antriebswelle weist radiale Bohrungen an den Stellen auf, an denen das Öl zu Schmierzwecken auf die zu schmierenden Getriebeteile gelangen soll.
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Zu den beweglichen bzw. drehenden Getriebeteilen zählen insbesondere die Planetenradsätze, die in ihrer Gesamtheit auch als Getriebeturm bezeichnet werden. Diese beweglichen Getriebeteile müssen gleichzeitig in die Lage versetzt werden, die durch die Zuführung maximal zugeführte Menge an Öl abzuschleudern. Gelingt dies nicht, so verbleibt zu viel Öl zwischen den beweglichen Getriebeteilen und es wird ein erhöhtes Schleppmoment verursacht. Auch können die beweglichen Getriebeteile in den Ölsumpf eintauchen, bzw. der Ölstand im Ölsumpf soweit aufsteigen und so einen erhöhten Widerstand (Schleppmoment) verursachen oder ein schaumig Schlagen des Öls bewirken.
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Eine Voraussetzung ist daher, dass die maximal zuführbare Menge Öl auch ablaufen kann. Es existieren Abläufe aus dem Zentralteilraum, in dem das Abschleudern stattfindet, in den Aufnahmeraum, in welchem sich im Betrieb eine Öllache, der sogenannte Ölsumpfs bildet. Dieser Aufnahmeraum befindet sich üblicherweise am Boden des Getriebes, so dass das Öl aufgrund seiner Gewichtskraft dorthin ablaufen kann. Eine Ölwanne bildet häufig einen wesentlichen Teil des Aufnahmeraums.
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Der Ölsumpf weist eine Oberfläche auf mit einer Höhe, die als Ölstand oder Ölpegel bezeichnet wird. Die Ausrichtung der Oberfläche ändert sich bei Beschleunigungen, entsprechend der Vektorkombination aus Beschleunigung des Getriebes und der Erdbeschleunigung. So kann es sein, dass der Ölstand an verschiedenen Orten im Getriebe unterschiedlich ist.
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Steigt nun das Öl im Ölsumpf auf eine Höhe (Ölstand), die die Abläufe zur Entölung des Zentralteilraums verschließt, können die Getriebeteile das Öl nicht mehr abschleudern, sondern tauchen schlimmstenfalls in den aufgestiegenen Ölsumpf ein.
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Optional kann ein Getriebetopf mit optimierten Bohrungen durch die Mantelfläche vorgesehen sein, welcher die Getriebeteile beinhaltet, wobei das Öl durch eine Drehung des Getriebetopfs durch die Bohrungen (Abläufe zur Entölung) nach außen gedrückt wird. Dies kann selbst gegen einen gewissen Widerstand geschehen, falls der Topf im Ölsumpf rotiert. Steigt der Ölsumpf jedoch zu hoch, funktioniert das nach außen drücken nicht mehr.
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Klassischerweise ergibt sich hieraus eine Randbedingung, nur eine entsprechende Maximalmenge an Öl in das Getriebe einzufüllen, so dass in spezifizierten oder absehbaren Betriebszuständen des Getriebes (bestimmt z. B. durch maximale zulässige Temperatur, Drehzahl, Geschwindigkeit) die Situation des zu hohen Ölstandes vermieden wird.
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Wenn der Ölsumpf als Reservoir eines Nasssumpf-Systems benutzt wird, so befinden sich eine Ansaugöffnung für die Ölpumpe in dem Aufnahmeraum. Wichtig ist, dass dabei keine Luft angesaugt wird, da dies zu unerwünschtem Verhalten des Getriebes bei dynamischer Fahrt führen kann.
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Da das Öl jedoch je nach Bewegung des Getriebes oder respektive des Fahrzeugs hin- und her schwappt, ergibt sich die Randbedingung, dass eine Mindestmenge an Öl im Getriebe vorhanden sein muss, um in absehbaren Bewegungssituationen eine ständige Versorgung der Ansaugöffnung mit Öl zu gewährleisten.
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Diese beiden Randbedingungen können nicht immer gleichzeitig erfüllt werden, insbesondere bei zunehmender Miniaturisierung der Getriebeteile und des Zentralteilraumes. Moderne Getriebe sollen ihre Leistung bei immer kleinerem Bauraum bieten, wobei sich Volumenänderungen durch Temperaturänderungen dabei verstärkt auf den Ölstand auswirken. Gleichzeitig gibt es immer weniger Freiräume, in die das Öl bei Ausdehnung hin ausweichen kann.
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Ein Ausgleichsraum, wie vorgeschlagen, dient nun dazu, Öl aufzunehmen und kann ggf. die fehlenden Freiräume, wie oben beschrieben, ersetzen. Dies soll in Betriebszuständen bzw. Fahrsituationen geschehen, in denen ansonsten zu viel Öl im Kreislauf vorhanden wäre, wie oben beschrieben. Dieses Öl, das im Kreislauf unerwünscht ist, wird als überschüssiges Öl bezeichnet.
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Der Ausgleichsraum kann als eigenes Bauteil ausgebildet sein, welches von außen an das Getriebegehäuse angeschlossen wird oder sich im Getriebegehäuse befinden, wobei ein Teil des Getriebegehäuses selbst bereits einen Teil des Ausgleichsraums bilden kann.
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Das Öl weicht von selber aus, wenn der Aufnahmeraum gefüllt ist und drückt sich dann in andere Freiräume, wie z. B. den vorgeschlagenen Ausgleichsraum.
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Der Ausgleichsraum ist mit dem Aufnahmeraum permanent für das Öl durchgängig verbunden und das Öl kann ungehindert zwischen diesen beiden Räumen fließen. Vorteilhafterweise kann so auf eine Umpumpen des Öls aus dem Aufnahmeraum oder ein anderweitiges Befördern in den Ausgleichsraum verzichtet werden, stattdessen weicht das Öl selbständig in den Ausgleichsraum aus, durch die permanent durchgängige Verbindung. Auch ist die permanente Verbindung im Wesentlichen widerstandsfrei ausgelegt, d. h. es sind z. B. keine Drosseln vorgesehen.
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Die permanente Verbindung zeichnet sich dadurch aus, dass sie keine Sperren beinhaltet, wie z. B. Ventile, die abhängig vom Ölstand bzw. entsprechend einem Regelmechanismus zum dynamischen Regeln des Ölstandes oder Ölvolumens geschaltet werden, wie dies z. B. bei Lösungen mit Schwimmern auf dem Ölsumpf, die bei einem bestimmten Ölstand ein Ventil betätigen, der Fall ist. Optional können Ventile für andere Funktionen, wie ein generelles Deaktivieren des Ausgleichsraumes denkbar sein, sofern sie als Regelgröße nicht den veränderlichen Ölstand betreffen.
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Die permanente Verbindung ist derart angeordnet, dass das überschüssige Öl aus dem Ausgleichsraum selbstständig zurück in den Aufnahmeraum fließen kann, wenn sich der Betriebszustand des Getriebes wieder entsprechend geändert hat. Das selbständige Zurückfließen geschieht aufgrund der Gewichtskraft des überschüssigen Öls.
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Die Verbindung zwischen Aufnahmeraum und Ausgleichsraum kann dabei auch mittelbar sein, d. h über Kanäle und Kavitäten bzw. Räume stattfinden. Ebenso ist eine unmittelbare Verbindung denkbar ohne andere dazwischen liegende Räume. Es können zusätzliche Ablaufbohrungen oder Ablaufkanäle zwischen Aufnahmeraum und Ausgleichsraum vorhanden sein.
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Natürlich spielt auch die jeweilige aktuelle Bewegung des Getriebes eine Rolle, jedoch muss sich im unbeschleunigten und nicht gekippten Zustand des Getriebes der Ausgleichsraum soweit selbständig entleeren können, bis der Aufnahmeraum voll oder der Ausgleichsraum leer ist. Falls der Aufnahmeraum und eventuelle Zuleitungen voll sind, würde sich der Ausgleichsraum nicht weiter entleeren.
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Vorteilhafterweise kann Abstimmungsaufwand und Risiko einer Ablaufsteuerung zum Befüllen und/oder Entleeren des Ausgleichsraums vermieden werden und eine eigenständige Regelung des Systems, abhängig vom Ölbedarf erreicht werden.
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Weiterhin wird vorteilhafterweise das dynamische Fahren zusätzlich unterstützt. Beispielsweise stellt der Ausgleichsraum beim Bremsvorgang etwaig ausgewichenes Öl direkt wieder zur Verfügung, so dass sich bei einer direkt anschließenden Beschleunigung die gesamte Ölmenge zügig wieder im Ölsumpf befindet und so ein Ansaugen von Luft durch die Ansaugöffnung vermieden wird. Insbesondere beim Beschleunigen ist eine zuverlässige Ölversorgung wichtig, beispielsweise für anstehende Schaltvorgänge. Somit wird eine Grundlage für dynamisches Fahren geschaffen.
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Ein Beispiel für eine dynamische Fahrsituation ist (starkes) Bremsen gefolgt von unmittelbarem Beschleunigen. Das Öl im Getriebe wird durch das Bremsen in eine bestimmte Lage gebracht, aus der es nur verzögert zurückfließt, aufgrund der Trägheit des Öls und Widerständen im Ölkreislauf. Für den unmittelbar folgenden Beschleunigungsvorgang herrscht nach dem Bremsen eine andere Ausgangslage (im Bezug auf das Öl) vor, als beim Beschleunigen aus einer ungebremsten Bewegung heraus.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes existiert nur eine (einzige) Verbindung zwischen Ausgleichsraum und Aufnahmeraum.
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Für das Öl existiert dadurch nur ein einziger Zu- und Ablauf zum/vom Ausgleichsraum. Das ausweichende Öl nimmt denselben Weg in den Ausgleichsraum hinein, wie das überschüssige Öl aus dem Ausgleichsraum heraus. Dies verringert vorteilhafterweise die mechanische Komplexität im Aufbau.
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Durch eine geschickte Anordnung und Formung der Verbindung und des Ausgleichsraums kann auf eine aktive Ölförderung in den Ausgleichsraum und damit verbunden unterschiedliche Wege für Zu- und Ablauf verzichtet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes verbindet ein Steigrohr den Aufnahmeraum mit dem Ausgleichsraum, über welches das überschüssige Öl in den Aufnahmeraum gelangen kann.
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Das Steigrohr nimmt das Öl, das während des Ausweichens aufsteigt, auf und führt es dem Ausgleichsraum zu. Je nach geometrischer Anordnung des Aufnahmeraums gegenüber dem Ausgleichsraum ist der Aufnahmeraum in dieser Situation gefüllt. Die Position des Steigrohrs kann abhängig von den fahrdynamischen Zuständen festgelegt werden. So sollte das Steigrohr sich an der Stelle befinden, an der sich im jeweiligen Fahrzustand Öl im Aufnahmeraum sammelt und ausweichen soll.
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Das Steigrohr kann als eigenes Bauteil oder aus Aussparung in der Form anderer Bauteile realisiert werden, z. B. als Aussparung im Guss des Getriebegehäuses.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes umfasst das Getriebe weiterhin einen Ausweichraum, in den das gesammelte Öl des Ölsumpfs als Erstes ausweichen kann, wenn der Aufnahmeraum gefüllt ist. Der Aufnahmeraum ist mit dem Ausweichraum direkt verbunden. Das überschüssige Öl aus dem Ausgleichsraum kann über den Ausweichraum in den Aufnahmeraum zurückfließen.
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Zusätzlich kann der Ausweichraum direkt mit dem Ausgleichsraum verbunden sein. Mit anderen Worten, der Aufnahmeraum und der Ausgleichsraum sind nicht direkt miteinander verbunden, sondern über den Ausweichraum.
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Im Aufnahmeraum sammelt sich das Öl im Ölsumpf. Wenn sich das Öl im Ölsumpf ausdehnt, drückt sich das Öl in den angeschlossenen Ausweichraum, welcher zusätzliches Volumen zum Ausbreiten bietet. Dabei steigt der Ölstand an, ggf. über den Aufnahmeraum hinaus.
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Die Verbindung bzw. der Zugang zum Ausgleichsraum befindet sich oberhalb des Zugangs zum Aufnahmeraum. Daher fängt bei weiter aufsteigendem Ölstand der Ausweichraum an sich zu füllen. Das zusätzliche Volumen des Ausgleichraums verhindert, bzw. verzögert das weitere Ansteigen des Ölstands im Zentralteilraum. Dadurch wird der Gesamtraum, in welchem das Öl aufsteigt, gezielt erweitert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes wird der Ausweichraum mitunter durch wenigstens ein Getriebebestandteil gebildet, aus der Auswahl von: Gehäuse eines Drehmomentwandlers des Getriebes, Schale, welche das Gehäuse des Drehmomentwandlers zumindest teilweise umschließt; und Wand eines Gehäuses des Getriebes.
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Zwischen Getriebeteilen, wie den aufgezählten, entstehen Freiräume mit Begrenzungen, die als Ausweichraum dienen können. So ist die Ölwanne, die einen wesentlichen Teil des Aufnahmeraums bilden kann, meist nach oben offen konstruiert, so dass sich ausweichendes Öl seinen Platz im Freiraum des Getriebes sucht.
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Vorteilhafterweise können die Getriebebestandteile, die nicht primär zum Zweck der Bildung eines Ausweichraumes geschaffen sind, ebenfalls dazu genutzt werden um einen solchen Ausweichraum zu schaffen. Dies erspart einerseits Herstellungsaufwände, wie z. B. bei einem separaten Steigrohr und weiterhin eine einfache Möglichkeit zur Verbindung des Ausgleichsraums, da der Ausweichraum an vielen Stellen, insbesondere in der Vertikalen zugänglich ist, während sich der Aufnahmeraum nur im unteren Bereich des Getriebes befindet und dies ggf. auch nur auf der linken oder rechten Seite des Getriebes.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes ist eine Unterseite bzw. ein Boden des Ausgleichsraums oberhalb der Oberfläche des Ölsumpfs im Ruhezustand des Getriebes angeordnet.
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In der Vertikalen betrachtet ist der Ausgleichsraum vorzugsweise so anzuordnen, dass er seine Wirkung in dem Moment entfaltet, an dem der Ölstand eine gewisse Höhe erreicht. Hierbei ist der Ölstand an dem Einlass zum Ausgleichsraum entscheidend, denn übersteigt er diesen, dann füllt sich der Ausgleichsraum selbständig. Gleiches gilt für das Zurückfließen des überschüssigen Öls.
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Der Ausgleichsraum ist vorzugsweise so anzuordnen, dass er durch den Ölstand im abgekühlten Ruhezustand des Getriebes nicht befüllt wird. Dazu muss der Boden des Ausgleichsraums oberhalb des Ölstandes im Ruhezustand liegen. Dies gilt mindestens für den Großteil der Bodenfläche. Es können optional Rillen oder Kanten im Boden vorgesehen sein, die diese Bedingung evtl. nicht erfüllen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes ist eine Unterseite bzw. ein Boden des Ausgleichsraums maximal in einer Höhe über dem Aufnahmeraum angeordnet ist, bei der bei steigendem Ölsumpf eine Schleppmomenterhöhung vermieden wird.
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Wird der Ausgleichsraum zu hoch angeordnet, so führt die Gewichtskraft des Öls unter Umständen dazu, dass der Ausgleichsraum nicht befüllt wird. Stattdessen könnte Öl vom Aufnahmeraum in den Zentralteilraum aufsteigen und so zu einer Schleppmomenterhöhung führen, die es zu vermeiden gilt. Der Zentralteilraum, bzw. zumindest die beweglichen Getriebeteile sollen dauerhaft die Möglichkeit bekommen, ihr überschüssiges Öl abgeben zu können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Getriebe im Kraftfahrzeug parallel zur Fahrrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet. Eine Antriebsseite und einer Abtriebsseite des Getriebes sind dabei an gegenüberliegenden Endes des Getriebes angeordnet. Der Ausgleichsraum ist dabei zwischen Antriebsseite und Abtriebsseite mittig oder näher zur Abtriebsseite als zur Antriebsseite angeordnet.
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In Richtung der Antriebswelle befindet sich die Längsrichtung oder x-Richtung des Getriebes. Vorne bezeichnet hierbei die Seite des Antriebs/Motors, hinten die des Abtriebs. Die Bezeichnung vorne und hinten kann auch die Orientierung im Fahrzeug bezeichnen, in welches das Getriebe eingebaut werden soll. Letzteres gilt insbesondere im Bezug auf durch das Fahrzeug verursachte Bewegungsvorgänge, wie Bremsen und Beschleunigen. Oben, unten, links und rechts ergibt sich ebenfalls durch die vorgesehene Einbaulage im Fahrzeug.
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So kann der Ausgleichsraum z. B. in Längsrichtung (x-Richtung) betrachtet neben den beweglichen Getriebeteilen (dem Getriebeturm) im Getriebegehäuse angeordnet sein. Vorteilhafterweise wird in Längsrichtung schwappendes Öl, z. B. beim Beschleunigen und Bremsen, auf diese Weise an dem Abschnitt an dem sich die beweglichen Getriebeteile befinden gespeichert. Das überschüssige Öl kann derart genau in diesem Bereich von den beweglichen Getriebeteilen ferngehalten werden.
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Wird beim Bremsen eine Verzögerung von 1g erreicht, führt das dazu, dass das Öl bzw. die Oberfläche des Ölsumpfs im 45° Winkel im Getriebe geneigt steht. Der Ausgleichsraum wird daher nicht vorne angeordnet, da sonst beim Bremsen zu viel Öl in den Ausgleichsraum gelangen würde und dem wirksamen Ölkreislauf entzogen wäre.
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Wird der Ausgleichsraum in Längsrichtung betrachtet im hinteren Teil des Getriebes angeordnet, so kann vorteilhafterweise verstärkt verhindert werden, dass bei Bremsvorgängen der Ausgleichsraum zu schnell oder zu stark wirksam wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes ist der Ausgleichsraum auf einer ersten Seite des Getriebes angeordnet und ein weiterer Ausgleichsraum auf einer zweiten Seite des Getriebes. Die zweite Seite liegt der ersten Seite gegenüber.
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Vorteilhafterweise ist so die Funktionalität des Ausgleichsraumes für Kurvenfahrten gewährleistet. Bei nur einseitiger Anordnung kann es sonst passieren, dass der Ausgleichsraum bei einer bestimmten Kurvenrichtung seine Wirkung verstärkt entfaltet. Es kann daher sinnvoll sein, den linken und rechten Ausgleichsraum symmetrisch anzuordnen
In einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes ist der Boden des Ausgleichsraumes geneigt, so dass das Öl selbstständig zurückfließen kann.
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Dies muss nicht für jeden Fahrzustand gelten, jedoch im Ruhezustand und vorausgesetzt, dass der Ölstand entsprechend niedrig ist, so dass das Öl aus dem Ausgleichsraum abfließen kann. Je steiler die Neigung ist, desto schneller kann das Öl ablaufen. Die Neigung sollte dazu in Richtung der Verbindung zum Aufnahmeraum hin (Abfluss) abfallen.
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Vorteilhafterweise ist so keine aktive Rückführeinheit (Pumpe) notwendig, um das überschüssige Öl aus dem Ausgleichsraum zurück in den Aufnahmeraum fließen zu lassen.
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Wie bereits beschrieben, kann die Verbindung mittelbar sein, d. h. der Ausgleichsraum wäre über den Ausweichraum mit dem Aufnahmeraum verbunden. In diesem Fall bilden die Räume die Form eines liegenden Buchstaben U, mit der Krümmung nach vorne, also in Richtung der Antriebsseite gerichtet. Der Ausgleichsraum bildet dabei den oberen, der Aufnahmeraum den unteren Schenkel und der Ausweichraum die Krümmung der U-Form.
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Beim Bremsen kann passieren, dass im vorderen Bereich des Getriebes der Ölstand höher ist, als im hinteren Bereich, da das Öl nach vorne schwappt. In diesem Fall kann der Ausweichraum hoch geflutet sein und ggf. auch der Getriebetopf mit seinem vorderen Bereich im Ölsumpf stehen.
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Vorteilhafterweise führt diese Anordnung dazu, dass gerade beim Bremsen, der Ausgleichsraum vom ausweichenden Öl genutzt werden kann. Beim Beschleunigen jedoch, wenn das Öl in die andere Richtung schwappt, würde bei dieser Anordnung der U-Form kein oder weniger Öl in den Ausgleichsraum ausweichen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes verjüngt sich der Ausgleichsraum in Richtung zur Verbindung zum Aufnahmeraum.
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Mit anderen Worten, von der Verbindungsstelle, z. B. dem Zulauf/Ablauf aus gesehen, ist der Ausgleichsraum erst enger, weiter entfernt vom Zulauf dann weiter geformt. Eng und weit bezieht sich auf den Querschnitt des Ausgleichsraumes für das zu-/ablaufende Öl.
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Bei Beschleunigungs- oder Bremsvorgängen schwappt das Öl so, dass sich die Orientierung des Ölsumpfes bzw. dessen Oberfläche verändert. Aus Sicht des aufsteigenden Öls neigt sich in dieser Situation das Getriebe und damit der Ausgleichsraum, so dass das Öl durch den Zulauf ggf. aufsteigen muss. Die Neigung entspricht im Wesentlichen der Vektorkombination aus der Kraft resultierend durch die Beschleunigung/Verzögerung und der Gewichtskraft bzw. der Vektorkombination aus Beschleunigung/Verzögerung und der Erdbeschleunigung. Da der Ölsumpf sich neigt, passiert es, dass sich im hinteren Teil des Aufnahmeraums kein Öl mehr befindet, sondern dieses in den Ausweichraum und/oder Ausgleichsraum ausweicht.
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Ist der Beginn des Ausgleichsraumes nun verjüngt, so stellt dieser anfangs wenig Volumen zum Ausweichen des überschüssigen Öls bereit, mit zunehmendem Ölstand jedoch immer mehr. Beim Bremsen wird somit anfangs weniger zusätzliches Volumen für das ausweichende Öl bereitgestellt als ohne Bremsvorgang. Dies hat zur Folge, dass sich das Öl nicht so weit vom hinteren Ende des Aufnahmeraums entfernen, wie es bei vollem Ausgleichsvolumen ohne die Verjüngung der Fall sein würde. Entfernt sich die Oberfläche des Ölsumpfs nämlich zu weit nach vorne, so wird durch den Ansaugstutzen für die Ölpumpe Luft angesaugt.
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Wenn das Volumen des ausweichenden Öls jedoch sehr hoch ist, dann wird die Verjüngung gefüllt und das volle Volumen des Ausgleichsraumes kann zum Tragen kommen. Vorteilhafterweise wird so für unterschiedliche Ölvolumina in unterschiedlichen Betriebszuständen vermieden, dass beim Bremsen der Ansaugstutzen für die Ölpumpe Luft ansaugt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes ist die Verjüngung stufenförmig ausgebildet.
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Vorteilhafterweise ergibt sich so die Möglichkeit einer Abstimmung der Ausformung der Stufen, angepasst auf Zustandsänderungen, z. B. Schaltvorgänge im Getriebe. Wenn diese nicht kontinuierlich sind, so können diskrete Stufen besser auf die Zustandsänderungen angepasst sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes existiert (genau) eine Stufe im Ausgleichsraum, zwischen einem engen und einem weiten Teilraum.
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Der Aufnahmeraum, bzw. Ausweichraum ist am engen Teilraum mit dem Ausgleichsraum verbunden. Am engen Teilraum anschließend befindet sich der weite Teilraum. Der enge Teilraum weist einen geringeren Querschnitt, Durchmesser und/oder Aufnahmevolumen auf, als der weite Teilraum.
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Dies ermöglicht vorteilhafterweise einen möglicherweise bauraumbedingt notwendigen schmalen ersten Bereich des Ausgleichsraums. Weiterhin verhindert es das (zu starke) Befüllen des weiten Teilraums, der ein großes Aufnahmevolumen besitzt, im Falle bestimmter Bewegungen, wie dem Bremsen.
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Wie für Räume üblich, die mit Öl befüllt werden können, kann auch beim Ausgleichsraum eine Entlüftungsvorrichtung vorgesehen sein.
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Weiterhin umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug, dass sich Öl in einem Aufnahmeraum in Form eines Ölsumpfs sammelt und Teile dieses Öls aus dem Ölsumpf in einen Ausgleichsraum ausweichen und sich dort als überschüssiges Öl sammeln. Das überschüssige Öl fließt selbständig aus dem Ausgleichsraum zurück in den Aufnahmeraum. Dieses Zurückfließen geschieht über den gleichen Weg wie das Ausweichen.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Anordnung eines Getriebes mit einem Ausgleichsraum,
- 2a die Lage von Öls in einem ruhenden Getriebe,
- 2b die Lage von Öls in einem heißen, unbeschleunigten Getriebe,
- 2c die Lage von Öls in einem Getriebe beim Bremsen,
- 3a eine Schnittansicht des Getriebes,
- 3b eine Schnittansicht des Getriebes gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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Die Figuren sind Projektionszeichnungen, die zwar Schnitte durch die verschiedenen Räume zeigt, jedoch nicht zwangsläufig in einer Schnittebene liegen. Illustriert werden sollen insbesondere die Verbindungen, in denen das Öl frei fließen kann.
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In 1 wird die Anordnung verschiedener Räume in einem Getriebe 1 für ein Kraftfahrzeug, in denen sich Öl aufhalten kann, dargestellt. Das Getriebe 1 im Kraftfahrzeug ist parallel zur Fahrrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet. Das Getriebe 1 weist eine Antriebsseite 11 und eine Abtriebsseite 12 auf, welche an gegenüberliegenden Enden des Getriebes 1 angeordnet sind. Die Antriebsseite 11 bildet die in Kraftfahrzeug-Vorwärtsfahrtrichtung vordere Seite des Getriebes 1. Die Abtriebsseite 12 bildet die in Kraftfahrzeug-Vorwärtsfahrtrichtung hintere Seite des Getriebes 1. Das Getriebe 1 weist eine Zentralachse 13 auf. Die Zentralachse 13 ist jene Achse um die sich eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle des Getriebes 1 dreht.
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Aus dem Zentralteilraum 2 welcher in 1 nicht dargestellte beweglichen Getriebeteile beinhaltet, fließt das Öl in einen darunter befindlichen Aufnahmeraum 3. Der untere Teil des Aufnahmeraums 3 kann durch eine Ölwanne gebildet sein.
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Der mit dem Aufnahmeraum 3 verbundene Ausweichraum 5 bildet sich durch Getriebebestandteile 51, 52 und kann wie ein aufsteigender Kanal vor dem Zentralteilraum 2 liegen. Der Aufnahmeraum 3 ist über den Ausweichraum 5 mit einem Ausgleichsraum 4 verbunden. Der Ausgleichsraum 4 ist oberhalb einer Unterkante des Zentralteilraums 2 angeordnet.
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Das dargestellte Getriebe 1 zeigt eine Zweiteilung in einen Zentralteilraum 2 und einen Trockenraum 21. Der Ausgleichsraum 4 ist an der Stelle, an der sich eine Verjüngung 42 befindet, zweigeteilt. Die Verjüngung ist hier als Stufe dargestellt. Ein erster mit dem Ausgleichsraum 5 verbundener Teil ist der enge Teilraum 43, ein zweiter Teil ist der an diesen anschließende weite Teilraum 44.
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Der Boden 41 des Ausgleichsraums 4 ist leicht in Richtung der Verbindung nach unten geneigt, damit das überschüssige Öl 7 selbständig abfließen kann.
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In den 2a bis 2c ist wiederum das Getriebe aus 1 dargestellt, wobei der Zustand des Öls (schraffiert dargestellt) illustriert ist.
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2a zeigt das Getriebe 1 im Ruhezustand. Im Aufnahmeraum 3 bildet sich der Ölsumpf 6 durch das durch die eigene Gewichtskraft selbständig zurücklaufende Öl aus. In einem Ruhezustand des Getriebes 1, d. h. unbeschleunigt und bei Normaltemperatur (nicht im Betrieb), bildet sich eine Oberfläche 61 des Ölsumpfs 6 aus, der eine gewisse Höhe (Ölstand) aufweist. Üblicherweise befindet sich der Ölstand unterhalb der Oberkante des Aufnahmeraums 3, so wie dargestellt. Der Ausgleichsraum 4 ist dabei leer, da er oberhalb der Oberfläche 61 angeordnet ist. Der Ausweichraum 5 ist dabei ebenso nur bis zur Höhe des Ölstands gefüllt.
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2b zeigt das Getriebe 1 in einem Zustand mit zu viel Öl im System, wie es z. B. in einem Betriebszustand der Fall sein kann, wenn das Öl heiß ist und das Volumen des Öls dadurch vergrößert ist. Das Öl hat sich in diesem Fall aus dem vollgelaufenen Aufnahmeraum 3 heraus ausgedehnt und ist in den Ausweichraum 5 aufgestiegen und weist einen erhöhten Ölstand auf. Da die Verbindung zwischen Ausgleichsraum 4 und Ausweichraum 5 unterhalb dieses Ölstands liegt, ist auch der Ausgleichsraum 4 bis auf Höhe dieses Ölstands mit überschüssigem Öl 7 gefüllt. Dieses überschüssige Öl 7 ist dem wirksamen Ölkreislauf entzogen, solange es sich im Ausgleichsraum 4 befindet.
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Aufgrund der waagrechten Oberfläche des Ölsumpfs ist es unerheblich, ob das Volumen für das überschüssige Öl 7 im engen 43 oder weiten Teilraum 44 zur Verfügung gestellt wird. Die Verjüngung 42 des Ausgleichsraums 4 hat in diesem Betriebszustand keine Auswirkung.
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2c zeigt das Getriebe 1 in einem Zustand bei einer Bremsung des Kraftfahrzeugs mit dem Getriebe 1. Dabei schwappt das Öl nach vorne und die Oberfläche des Ölsumpfs 6 neigt sich und bildet eine Schräge, hier ca. im 45° Winkel dargestellt.
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Stärker als der Ölstand im hinteren Teil des Getriebes 1 steigt der Ölstand im Ausweichraum 5 an, da dieser vorne angeordnet ist. Im hinteren Teil des Aufnahmeraums 3 befindet sich kein Öl mehr.
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Die Verjüngung des Ausgleichsraums 4 bzw. der enge Teilraum 43 führt dazu, dass in diesem Betriebszustand nicht so viel Öl in den Ausgleichsraum 4 gelangt, als wie es der Fall wäre, wenn es diese Verjüngung 42 nicht gäbe.
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Zum Vergleich ist mit einer gestrichelten Linie ein fiktiver Ausgleichsraum ohne Verjüngung 45 angedeutet. Die Oberfläche, die dabei entstehen würde, ist ebenfalls als gestrichelte schräge Linie gekennzeichnet. Es wird sichtbar, dass der Ansaugstutzen 8 in diesem Fall Luft ansaugt.
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Mit einer Verjüngung 42 jedoch liegt der Ölstand höher (durchgezogene Linie) da weniger überschüssiges Öl 7 in den Ausgleichsraum 4 gelangt und der Ansaugstutzen 8 bleibt so weiterhin mit Öl versorgt.
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3a zeigt eine Schnittansicht des Getriebes 1, wobei die Schnittebene normal zur Zentralachse 13 ausgerichtet ist. In 3a ist die räumliche Anordnung des Ausgleichsraums 4 und des Ausweichraums 5 im Getriebes 1 dargestellt. Die Verbindung zwischen Aufnahmeraum 3 und Ausweichraum 5 ist direkt unterhalb der Zentralachse 13 angeordnet ist. Der Ausgleichsraum 4 ist abschnittsweise oberhalb der Zentralachse 13 angeordnet.
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3b zeigt eine Schnittansicht des Getriebes 1 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. Das Getriebe 1 weist zusätzlich zum Ausgleichsraum 4 einen weiteren Ausgleichsraum 4b auf. Die beiden Ausgleichsräume 4, 4b sind über je einen Kanal mit dem Ausweichraum 5 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 11
- Antriebsseite
- 12
- Abtriebsseite
- 13
- Zentralachse
- 2
- Zentralteilraum
- 21
- Hybridraum,
- 22
- Unterkante Zentralteilraum
- 3
- Aufnahmeraum
- 4
- Ausgleichsraum
- 4b
- Weiterer Ausgleichsraum
- 41
- Boden des Ausgleichsraums
- 42
- Verjüngung
- 43
- Enger Teilraum
- 44
- Weiter Teilraum
- 45
- fiktiver Raum ohne Verjüngung
- 5
- Ausweichraum51, 52 Getriebebestandteil
- 6
- Ölsumpf
- 61
- Oberfläche (des Ölsumpfs)
- 7
- überschüssiges Öl
- 8
- Einlauf/Ansaugstutzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10308560 A1 [0004]
- DE 102017102527 A1 [0005]
