-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermoventil zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug-Getriebe. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Thermoventil.
-
In der
DE 10 2016 214 754 A1 ist ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug beschrieben, welches ein erstes Ölreservoir und ein oberhalb des ersten Ölreservoirs angeordnetes zweites Ölreservoir aufweist. Das erste und das zweite Ölreservoir sind über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden. Eine Verbindungsleitung zwischen dem ersten und zweiten Ölreservoir weist eine Öffnung und einen die Öffnung verschließenden Stopfen auf. Der Stopfen wird über einen Schwimmer im ersten Ölreservoir betätigt. Ist der Füllstand im ersten Ölreservoir hoch genug, so wird die Öffnung über den Stopfen verschlossen. Sinkt der Füllstand im ersten Ölreservoir ab, so gibt der Stopfen die Öffnung der Verbindungsleitung frei, sodass Öl vom zweiten Ölreservoir in das erste Ölreservoir abfließen kann.
-
Um eine zuverlässige Schwimm-Funktion zu gewährleisten muss der Schwimmer eine entsprechende Größe aufweisen. Bei Getrieben für Kraftfahrzeuge ist der zur Verfügung stehende Raum jedoch stark begrenzt, sodass eine Lösung mit Schwimmer nicht ohne Weiteres umsetzbar ist.
-
Die
DE 10 2010 049 989 A1 lehrt eine Vorrichtung zum Einstellen des Ölstands in einem Getriebe, wobei ein Zusatztank über zwei Thermostatventile zu einem Schmierölkreislauf des Getriebes zuschaltbar ist. Eines der Thermostatventile dient zur Steuerung des Zulaufs in den Zusatztank, das andere der Thermostatventile dient zur Steuerung des Ablaufs aus dem Zusatztank. Eine derartige Lösung mit zwei Thermostatventilen ist jedoch sehr aufwändig.
-
Die Anwendung von Thermostatventilen im Kraftfahrzeuggetriebe ist prinzipiell bekannt. So lehrt die
US 2011/0210179 A1 ein solches Ventil, aufgebaut als Rotationsventil mit einem Bimetall-Element.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Thermoventil bereitzustellen, welches einen kompakten Aufbau aufweist und sich zur Steuerung eines Ölflusses zwischen zwei Ölbehältern eines Kraftfahrzeuggetriebes eignet.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Thermoventil vorgeschlagen, welches zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug-Getriebe geeignet ist. Das Thermoventil weist eine Basis und einen aus der Basis hervorstehenden Steuerkolben auf. Der Steuerkolben ist über ein Bimetall-Element mit der Basis drehbar verbunden, sodass eine Winkelposition zwischen Steuerkolben und Basis temperaturabhängig ist.
-
Erfindungsgemäß ist der Steuerkolben zumindest abschnittsweise hohl ausgebildet. Der Steuerkolben ist von einer Hülse umgeben. Die Hülse ist relativ zur Basis drehfest angeordnet. Der Steuerkolben und die Hülse wirken zusammen, sodass zwischen Steuerkolben und Hülse ein von der Winkelposition abhängiger Öffnungsquerschnitt gebildet wird. Derart kann Fluid abhängig von der Winkelposition durch den Öffnungsquerschnitt in einen Hohlraum des Steuerkolbens gelangen. Durch eine solche Konstruktion des Thermoventils sind keine Klappen zum Verschließen oder Freigeben einer Öffnung erforderlich, sodass das erfindungsgemäße Thermoventil besonders kompakt ausgebildet werden kann.
-
Der Steuerkolben kann derart ausgeführt sein, dass durch Veränderung der Winkelposition zwischen Steuerkolben und Basis eine stetige Veränderung des freigegebenen Öffnungsquerschnitts erfolgt. In anderen Worten wird der Öffnungsquerschnitt durch Veränderung der Winkelposition nicht sprunghaft, sondern gleichmäßig freigegeben, bzw. verschlossen. Dadurch ist eine besonders gleichmäßige Steuerung des Ölstands im Getriebe möglich.
-
Beispielsweise kann der Steuerkolben eine entlang des Steuerkolben-Umfangs ausgebildete wendelförmige Öffnung aufweisen. Alternativ dazu kann eine schräg zur Drehachse des Steuerkolbens angeordnete Öffnung vorgesehen sein. Durch derartige Ausführungen kann auf einfache Weise eine stetige Veränderung des freigegebenen Öffnungsquerschnitts erreicht werden.
-
Der Steuerkolben kann derart ausgeführt sein, dass durch Veränderung der Winkelposition zwischen Steuerkolben und Basis eine nicht-stetige Veränderung des freigegebenen Öffnungsquerschnitts erfolgt. Eine derartige nicht-stetige Kennlinie des Thermoventils ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn der Ölstand im Getriebe abhängig von definierten Grenztemperaturen verändert werden soll.
-
Ein solches nicht-stetiges Verhalten kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Steuerkolben eine erste Öffnung und eine versetzt dazu angeordnete zweite Öffnung aufweist. Abhängig von der Winkelposition zwischen Steuerkolben und Basis ist keine, nur die erste Öffnung, oder die erste und die zweite Öffnung zusammen wirksam. In anderen Worten wird durch eine solche Ausführung eine Öffnungs-Kaskade gebildet.
-
Vorzugsweise wird die Basis durch ein Gehäuse und einen Deckel gebildet, welche miteinander verbunden sind. Durch das Gehäuse kann eine stabile Abstützung des Thermoventils erreicht werden. Durch den Deckel kann das Bimetall-Element vor Beschädigungen geschützt werden, beispielsweise während der Montage des Thermoventils in das Kraftfahrzeug-Getriebe. Dazu ist der Deckel vorzugsweise topfförmig ausgebildet, wobei das Bimetall-Element zumindest abschnittsweise innerhalb des Deckels angeordnet ist.
-
Vorzugsweise ist am Gehäuse ein Fortsatz zur Drehmomentabstützung des Thermoventils angeordnet. Dadurch kann eine sichere Abstützung der Reaktionskräfte des Bimetall-Elements gewährleistet werden.
-
Vorzugsweise ist am Gehäuse ein zweiter Fortsatz zur Zentrierung des Thermoventils angeordnet. Dadurch wird eine exakte Positionierung des Steuerkolbens ermöglicht, sodass eine zuverlässige Funktion des Thermoventils gewährleistet werden kann.
-
Vorzugsweise ist im Deckel zumindest eine Öffnung ausgebildet. Die zumindest eine Öffnung wirkt als Auslassöffnung von Öl, welches über den Öffnungsquerschnitt in den Hohlraum des Steuerkolbens eingetreten ist.
-
Vorzugsweise ist die Hülse mit dem Gehäuse verbunden. Dadurch ist eine besonders einfache Zentrierung von Hülse und Steuerkolben möglich.
-
Das Thermoventil kann Bestandteil eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug sein, beispielsweise ein Automatikgetriebe, ein automatisiertes Getriebe, ein Doppelkupplungsgetriebe oder ein stufenloses CVT-Getriebe. Ein solches Getriebe weist einen Ölsumpf und ein räumlich oberhalb des Ölsumpfs angeordnetes Ölreservoir auf. Die Dichte von Öl ist stark temperaturabhängig, sodass der Ölstand im Ölsumpf von der Temperatur des Öls abhängig ist. Das Thermoventil ist zur temperaturabhängigen Steuerung eines Ölflusses von Öl aus dem Ölreservoir in den Ölsumpf vorgesehen. Durch das Ölreservoir kann der Ölstand im Ölsumpf reduziert werden, sodass auch bei sehr warmem Öl sichergestellt ist, dass keine rotierenden Teile des Getriebes in den Ölsumpf eintauchen. Bei kaltem Öl kann das Ölreservoir in Richtung des Ölsumpfs entleert werden, sodass aufgrund des Ölstands im Ölsumpf sichergestellt ist, dass keine Luft in das Hydrauliksystem des Getriebes angesaugt wird. Die Befüllung des Ölreservoirs kann durch ein gezieltes Befüllen durch das Hydrauliksystem und/oder durch Auffangen von Öl erfolgen, welches durch rotierende Teile des Getriebes abgeschleudert wurde.
-
Vorzugsweise ist die Basis des Thermoventils im Ölsumpf des Getriebes angeordnet, sodass der Ölfluss von dem Ölreservoir in den Ölsumpf abhängig von einer Temperatur des Öls im Ölsumpf ist.
-
Vorzugsweise wirkt das Thermoventil als Überlaufrohr von Öl aus dem Ölreservoir in den Ölsumpf. Dadurch wird auf einfache Weise sichergestellt, dass das Öl im Ölreservoir nicht auf andere Wege aus dem Ölreservoir abfließt, wenn das Ölreservoir einen zu hohen Ölstand aufweist.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug;
- 2 und 3 jeweils eine Detailansicht eines solchen Getriebes;
- 4 bis 6 je eine Ansicht eines Thermoventils des Getriebes; und
- 7 bis 9 verschiedene Ausführungen eines Steuerkolbens des Thermoventils.
-
1 zeigt schematisch ein Getriebe G für ein Kraftfahrzeug. Das Getriebe G weist eine Eingangswelle GW1 und eine Ausgangswelle GW2 auf, welche über einen schematisch dargestellten Radsatz RS miteinander verbunden sind. Der Radsatz RS kann beispielsweise Stirnradstufen und/oder Planetenradsätze aufweisen, welche mit in 1 nicht dargestellten Schaltelementen zusammenwirken, um das Verhältnis von Drehzahl und Drehmoment zwischen der Eingangswelle GW1 und der Ausgangswelle GW2 zu verändern. Der Radsatz RS ist von einem Gehäuse GG umschlossen.
-
Um Elemente des Radsatzes RS zu schmieren und/oder zu kühlen wird dem Radsatz RS Öl zugeführt. Dazu ist eine Pumpe P vorgesehen, welche von der Eingangswelle GW1 angetrieben wird und Öl aus einem Ölsumpf S durch einen Filter F ansaugt und dem Radsatz RS zuführt. Mittels der Pumpe P kann auch eine in 1 nicht dargestellte hydraulische Aktuatorik des Getriebes G mit Öldruck versorgt werden, beispielsweise zur Betätigung der Schaltelemente. Ein Teil des dem Radsatz RS zugeführten Öls fließt getrieben durch die Schwerkraft wieder zurück in den Ölsumpf S. Der übrige Teil wird durch ein Ölreservoir R aufgefangen, welches räumlich oberhalb des Ölsumpfs S angeordnet ist. Beispielsweise kann das Ölreservoir R durch Öl befüllt werden, welches von rotierenden Elementen des Radsatzes RS abgeschleudert wird. Ein solches Befüllen des Ölreservoirs R ist in 1 durch einen Pfeil schematisch dargestellt.
-
Der in 1 dargestellte Aufbau des Getriebes G ist nur beispielhaft anzusehen. So könnte die Pumpe P an anderer Stelle im Getriebe G angeordnet sein. Die Pumpe P könnte mittels eines Elektromotors angetrieben werden. Eingangswelle GW1 und Ausgangswelle GW2 könnten achsparallel zueinander angeordnet sein.
-
Um einen zuverlässigen Betrieb des Getriebes G gewährleisten zu können, ist es wesentlich dass der Ölstand im Ölsumpf S nicht zu gering ist. Denn saugt die Pumpe P durch den Filter F Luft an, so kann es zu Mangelschmierung und somit zu einer Fehlfunktion des Getriebes G kommen. Ein zu hoher Ölstand im Ölsumpf S kann aber dazu führen, dass rotierende Elemente des Radsatzes RS in das Öl im Ölsumpf S eintauchen und dabei das Öl verschäumen. Dadurch kann der Ölstand im Ölsumpf S weiter ansteigen, und somit die Schleppverluste des Getriebes G erhöhen.
-
Der Ölstand im Ölsumpf S ist von der Temperatur des Öls abhängig, da die Dichte des Öls temperaturabhängig ist. Der Ölstand im Ölsumpf S sollte also einerseits bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise -40 Grad Celsius, noch ausreichend hoch sein, um ein Luftansaugen durch die Pumpe P zu vermeiden. Andererseits sollte der Ölstand im Ölsumpf S bei hohen Betriebstemperaturen, beispielsweise +90 Grad Celsius, niedrig genug sein, um ein Eintauchen von rotierenden Elementen des Radsatzes RS in das Öl im Ölsumpf S zu vermeiden.
-
Um dieses Ziel zu erreichen ist ein Thermoventil V vorgesehen, welches einen Ölfluss von Öl aus dem Ölreservoir R in den Ölsumpf S steuert. Die Funktionsweise des Thermoventils V im Getriebe G ist anhand 2 und 3 detailliert beschrieben.
-
2 zeigt eine Detailansicht des Getriebes G im Bereich der Ausgangswelle GW2. Ein Gehäuse VG des Thermoventils V ist über eine Aufnahme A mit dem Gehäuse GG verbunden. Das Gehäuse VG und ein Deckel VC bilden zusammen eine Basis VB des Thermoventils V. Die Basis VB ist im Ölsumpf S angeordnet. Eine mit dem Gehäuse VG verbundene Hülse VH erstreckt sich in Richtung des Ölreservoirs R. Die Hülse VH umgibt einen Steuerkolben VK, welcher in 2 nur teilweise sichtbar ist. Der Steuerkolben VK ist über ein in 2 nicht sichtbares Bimetall-Element BI mit dem Gehäuse VG verbunden. Das Bimetall-Element BI ist innerhalb des Deckels VC angeordnet. Eine Winkelposition des Steuerkolbens SK ist somit abhängig von einer Temperatur des Öls im Ölsumpf S. Der Steuerkolben SK kann sich relativ zur Hülse VH verdrehen. Die Hülse VH weist eine Öffnung auf, durch die Öl aus dem Ölreservoir R in einen Hohlraum des Steuerkolbens VK gelangen kann. Die Öffnung in der Hülse VH ist jedoch teilweise durch den Steuerkolben VK verschlossen, sodass Öl aus dem Ölreservoir R erst ab einem definierten Ölstand im Ölreservoir R durch die Öffnung in der Hülse VH in den Steuerkolben VK gelangen kann. Die Hülse VH und der Steuerkolben VK bilden somit einen temperaturabhängigen Öffnungsquerschnitt VE des Thermoventils V. Tritt Öl aus dem Ölreservoir R durch den Öffnungsquerschnitt VE in den Steuerkolben VK ein, so fließt das Öl durch das Thermoventil V hindurch und tritt an Öffnungen in einer Unterseite des Deckels DC aus dem Thermoventil V aus. Der entsprechende Ölfluss ist in 2 durch Pfeile dargestellt.
-
3 zeigt dieselbe Detailansicht des Getriebes G wie 2, wobei in der Darstellung gemäß 3 der Öffnungsquerschnitt VE zwischen Hülse VH und dem Steuerkolben VK vollständig verschlossen ist. Der Ölstand im Ölreservoir R ist entsprechend höher als in der Darstellung gemäß 2. Das Thermoventil V bildet ein Überlaufrohr des Ölreservoirs R, sodass Öl von oben in das Innere des Thermoventils V und von dort in den Ölsumpf S gelangen kann. Der entsprechende Ölfluss ist in 3 durch Pfeile dargestellt.
-
4 zeigt eine isometrische Ansicht des Thermoventils V. 5 zeigt eine Ansicht von einer Unterseite des Thermoventils V. In der Darstellung gemäß 4 und 5 sind Austrittsöffnungen VA im Boden des Deckels VC sichtbar, durch die Öl aus dem Inneren des Thermoventils V in den Ölsumpf S austritt. Das Gehäuse VG weist einen Fortsatz VF mit einer daran angeordneten Befestigungshülse auf, welcher als Befestigungsschnittstelle des Thermoventils V an der Aufnahme A des Getriebegehäuses GG dient. An der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses VG ist ein zweiter Fortsatz VF2 angeordnet. Der zweite Fortsatz VF2 dient zur Zentrierung des Thermoventils V im Gehäuse GG des Getriebes G. In 5 ist das Bimetall-Element BI sichtbar, welches im Inneren des Deckels VC angeordnet ist. Das Bimetall-Element BI ist als Wendel ausgebildet.
-
6 zeigt eine Schnittansicht des Thermoventils V. In 6 ist ein beispielhafter Aufbau des Steuerkolbens VK sichtbar. Der Steuerkolben VK ist über das Bimetall-Element BI mit dem Gehäuse VG verbunden. Das Bimetall-Element BI ist als Wendel aufgebaut, sodass eine Winkelposition des Steuerkolbens VK zum Gehäuse VG abhängig von einer Temperatur des Bimetall-Elements BI ist. Der Steuerkolben VK weist einen Hohlraum VI auf, sodass am Öffnungsquerschnitt VE eintretendes Öl durch den Hohlraum VI in Richtung des Bimetall-Elements BI fließen, und von dort durch die Öffnungen VA aus dem Thermoventil V austreten kann.
-
7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Steuerkolbens VK. Der Steuerkolben VK weist eine erste Öffnung V1 und eine versetzt dazu angeordnete zweite Öffnung V2 auf, durch die Öl aus dem Ölreservoir R in den Hohlraum VI des Thermoventils V eintreten kann. Abhängig von einer Winkelposition des Steuerkolbens VK werden beide Öffnungen V1, V2, nur die erste Öffnung V1 oder keine der Öffnungen V1, V2 durch die Hülse VH verdeckt. Dadurch wird eine nicht-stetige Kennlinie des Thermoventils V realisiert. Über den Aufnahmeabschnitt VM ist der Steuerkolben VK mit dem Bimetall-Element BI verbindbar. Das in den Hohlraum VI eingetretene Öl tritt durch Öffnungen VL aus und gelangt derart zum Bimetall-Element BI.
-
8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Steuerkolbens VK. Der Steuerkolben VK weist eine wendelförmige Öffnung VW auf, durch die Öl aus dem Ölreservoir R in den Hohlraum VI des Steuerkolbens VK eintreten kann. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine stetige Kennlinie des Thermoventils V realisiert. Über den Aufnahmeabschnitt VM ist der Steuerkolben VK mit dem Bimetall-Element BI verbindbar. Das in den Hohlraum VI eingetretene Öl tritt durch Öffnungen VL aus und gelangt derart zum Bimetall-Element BI.
-
9 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Steuerkolbens VK. Der Steuerkolben VK weist eine schräg zur Drehachse des Steuerkolbens VK angeordnete Öffnung VQ auf, durch die Öl aus dem Ölreservoir R in den Hohlraum VI des Steuerkolbens VK eintreten kann. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine stetige Kennlinie des Thermoventils V realisiert. Über den Aufnahmeabschnitt VM ist der Steuerkolben VK mit dem Bimetall-Element BI verbindbar. Das in den Hohlraum VI eingetretene Öl tritt durch Öffnungen VL aus und gelangt derart zum Bimetall-Element BI.
-
Bezugszeichenliste
-
- G
- Getriebe
- GW1
- Eingangswelle
- GW2
- Ausgangswelle
- GG
- Gehäuse
- A
- Aufnahme
- RS
- Radsatz
- S
- Ölsumpf
- R
- Ölreservoir
- P
- Pumpe
- F
- Filter
- V
- Thermoventil
- VB
- Basis
- VG
- Gehäuse
- VC
- Deckel
- VA
- Öffnung
- VF
- Fortsatz
- VF2
- Zweiter Fortsatz
- BI
- Bimetall-Element
- VK
- Steuerkolben
- VH
- Hülse
- VE
- Öffnungsquerschnitt
- VW
- Öffnung
- VQ
- Öffnung
- V1
- Erste Öffnung
- V2
- Zweite Öffnung
- VM
- Aufnahmeabschnitt
- VL
- Öffnung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102016214754 A1 [0002]
- DE 102010049989 A1 [0004]
- US 2011/0210179 A1 [0005]
