DE102020213955A1

DE102020213955A1 - Ölversorgungssystem für ein Automatikgetriebe

Info

Publication number: DE102020213955A1
Application number: DE102020213955.5A
Authority: DE
Inventors: Florian Pöhnlein
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-11-06
Filing date: 2020-11-06
Publication date: 2022-05-12
Also published as: US11828357B2; CN114439919A; US20220145981A1

Abstract

Ein Ölversorgungssystem eines Automatikgetriebes umfasst einen Vorratsbehälter (1) zur Aufnahme und Bevorratung eines flüssigen Betriebsmediums (6), einen Volumenausgleichsbehälter (102) und eine Ventileinrichtung (20) zur Herstellung oder Unterbrechung einer hydraulischen Verbindung (3) zwischen dem Volumenausgleichsbehälter (102) und dem Vorratsbehälter (1), wobei der Volumenausgleichsbehälter (102) in Einbaulage des Automatikgetriebes über dem Vorratsbehälter (1) angeordnet ist, wobei mittels der Ventileinrichtung (20) die hydraulische Verbindung (3) zwischen Volumenausgleichsbehälter (102) und Vorratsbehälter (1) selbsttätig in Abhängigkeit einer Temperatur herstellbar oder unterbrechbar ist, und wobei die Ventileinrichtung (20) so ausgebildet ist, dass die Temperatur, bei der sich die Ventileinrichtung (20) im geöffneten Zustand befindet geringer ist, als die Temperatur, bei welcher sich die Ventileinrichtung (20) im geschlossenen Zustand befindet und damit die hydraulische Verbindung (3) zwischen Volumenausgleichsbehälter (102) und Vorratsbehälter (1) zumindest teilweise unterbricht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ölversorgungssystem eines Getriebes, umfassend einen Vorratsbehälter zur Aufnahme und Bevorratung eines flüssigen Betriebsmediums und einen aus dem Kühl-/ Schmierölstrom und/oder dem von den drehenden Teilen abgeschleuderten Betriebsmedium befüllbaren Volumenausgleichsbehälter sowie ein Automatikgetriebe mit einem solchen Ölversorgungssystem.
Aus der Druckschrift DE 40 41 253 C2 der Anmelderin ist ein Automatikgetriebe bekannt welches ein Ölversorgungssystem zur Kühlung und Schmierung von Getriebekomponenten, wie beispielsweise den Radsätzen, sowie zur Druckbeaufschlagung der Schaltelemente aufweist. Hierbei umfasst das Ölversorgungssystem einen am Bodenbereich des Getriebegehäuses ausgebildeten Vorratsbehälter, auch als Ölwanne oder Ölsumpf bezeichnet, aus welchem eine Getriebepumpe das Betriebsmedium zu einem hydraulischen Schaltgerät fördert. Dort wird das Betriebsmedium, üblicherweise Getriebeöl, weiter zu den Verbrauchern geleitet.
Bei dem Automatikgetriebe darf der Füllstand bzw. das Ölniveau in der Ölwanne nicht zu tief eingestellt werden, so dass es auch bei Tiefsttemperaturen oder bei starken Beschleunigungen, Verzögerungen oder Querbeschleunigungen bei Kurvenfahrt sowie Fahrten mit großer Fahrzeugneigung trotz absinkendem Füllstand zu keiner Luftansaugung bei der Ölpumpe während des Betriebes kommt. Die negativen Folgen einer Luftansaugung sind zumindest Kavitation in der Getriebepumpe und die damit verbundenen Geräuschprobleme und Schädigungen der Getriebepumpe und des übrigen Hydrauliksystems. Darüber hinaus kann infolge des Ansaugens von Luft der von der Getriebepumpe erzeugte Druck zusammenbrechen, so dass das Automatikgetriebe nicht mehr funktionsfähig ist.
Andererseits darf der Füllstand auch nicht zu hoch eingestellt werden, da sonst rotierende Teile des Getriebes nachteilige Planschverluste sowie Ölverschäumung verursachen. Planschverluste haben erhöhte Leistungsverluste beim Durchtrieb durch das Automatikgetriebe und damit einen schlechten Getriebewirkungsgrad zur Folge. Ölverschäumung verursacht Kavitationsvorgänge in der Getriebepumpe, was unerwünschte Geräusche, Druckschwingungen sowie Materialzerstörungen und damit Verschleiß erzeugt. Hohe Öltemperaturen begünstigen ebenfalls einen zu hohen Füllstand. Um einen ausgeglichenen Füllstand 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 Füllstand 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.
Als Hybridgetriebe ausgebildete Automatikgetriebe umfassen ein hydraulisch schaltbares Planetengetriebe als Getrieberadsatz und einen Elektromotor sowie eine Leistungselektronik, welche alle innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet sind. Die Integration dieser Hybridgetriebeelemente beansprucht immer größere Volumina innerhalb des zur Verfügung stehenden Bauraumes des Getriebegehäuses. Das hat unter anderem zur Folge, dass der Bauraum für den als Vorratsbehälter für das Betriebsmedium dienenden Getriebeölsumpf reduziert werden muss und das benötigte Getriebeöl für Schmierung, Kühlung und Aktuatoren zum Teil dezentral am Getriebe zumindest zeitweise in einem Volumenausgleichsbehälter gespeichert wird. Der Volumenausgleichsbehälter wird hierbei durch von den rotierenden Getriebebauteilen abgeschleuderten Schmier- oder Kühlöl befüllt, welche durch Öffnungen im Getriebegehäuse in den Volumenausgleichsbehälter gelangen. Eine weitere Möglichkeit ist die Befüllung des Volumenausgleichsbehälters durch den Schmier- / Kühlölkreislauf, der von der Getriebepumpe erzeugt wird.
Der Volumenausgleichsbehälter ist hierbei in der Einbaulage des Getriebes über dem Getriebeölsumpf angeordnet, und zwar derart, dass der Pegelstand des Betriebsmediums im Volumenausgleichsbehälter über dem Pegelstand des Betriebsmediums im Ölsumpf liegt. Zudem besteht zwischen dem Volumenausgleichsbehälter und dem Vorratsbehälter eine hydraulische Verbindung, beispielsweise durch einen Kanal. Hierdurch kann das Betriebsmedium, üblicherweise Getriebeöl, unter der Wirkung der Schwerkraft vom Volumenausgleichsbehälter in den Vorratsbehälter abfließen.
Unter einer hydraulischen Verbindung kann in diesem Zusammenhang beispielsweise eine Leitung, ein Kanal, eine verbindende Öffnung oder eine Bohrung verstanden werden. Die Begriffe „höher“ und „über“ beziehen sich in diesem Zusammenhang auf den Abstand lotrecht zur Erdoberfläche.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass bei geringen Öltemperaturen aufgrund der erhöhten Viskosität das Getriebeöl nur langsam oder in ungenügender Menge aus dem Volumenausgleichsbehälter abfließt, so dass sich das Betriebsmedium im Vorratsbehälter bei tiefen Temperaturen, wie beispielsweise bei einem Kaltstart, auf einem derart niedrigen Pegelstand befinden kann, so dass es möglich ist, dass die Getriebepumpe Luft ansaugt. Die Folgen hiervon ist neben einer geringen Fördermenge der Getriebepumpe Kavitation und damit ein auffälliges Geräuschverhalten sowie eine erhöhte Druckpulsation und Verschleiß in der Pumpe, was letzten Endes Beschädigungen in der Getriebepumpe bewirkt.
Bei erhöhten Temperaturen des Betriebsmediums ist dessen Viskosität entsprechend geringer, so dass das Getriebeöl leichter aus dem Volumenausgleichsbehälter in den Getriebesumpf abfließt und den Pegelstand im Vorratsbehälter im Vergleich zu niedrigen Temperaturen erhöht. Hieraus resultieren unerwünschter weise höhere Planschverluste und damit Leistungsverluste im Getriebe, da rotierenden Getriebeteile im Betrieb in das bevorratete Getriebeöl eintauchen. Ein solches Ölversorgungssystem nach dem Stand der Technik ist für verschiedene Temperaturen schematisch in 1 und 2 dargestellt.
Aus diesen Gründen wurde in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2019 211 854 der Anmelderin ein schaltbares Ventil („Speicherventil“) zwischen Volumenausgleichsbehälter und Vorratsbehälter vorgesehen. Dieses erfordert jedoch einen erhöhten baulichen Aufwand an hydraulischen Leitungen und je nach Ausgestaltung eine elektronische Ansteuerung sowie Sensorik.
Die Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es daher, ein Ölversorgungssystem für ein Getriebe mit einer als Speicherventil wirksamen Ventileinrichtung zu schaffen, bei welchem der Pegelstand des Betriebsmediums im Vorratsbehälter bedarfsgerecht in Abhängigkeit von der Temperatur selbsttätig einstellbar ist und wobei die Ventileinrichtung einfach aufgebaut ist.
Die Temperatur ist hierbei bevorzugt die Öltemperatur, d.h. die Temperatur des Betriebsmediums. Alternativ hierzu könnte auch eine Bauteiltemperatur verwendet werden, bevorzugt von einem Bauteil das in Kontakt mit dem Betriebsmedium steht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Ölversorgungssystem nach Anspruch 1. Demnach umfasst ein Ölversorgungssystem eines Getriebes, insbesondere eines Automatikgetriebes, einen Vorratsbehälter zur Aufnahme und Bevorratung eines flüssigen Betriebsmediums und einen aus dem Kühl-/ Schmierölstrom und/oder dem von den drehenden Teilen - beispielsweise aus einem Getrieberadsatz - abgeschleuderten Betriebsmedium befüllbaren Volumenausgleichsbehälter. Außerdem umfasst das Ölversorgungssystem eine Ventileinrichtung, die zwischen Volumenausgleichsbehälter und Vorratsbehälter angeordnet ist und mittels welcher eine hydraulische Verbindung zwischen Volumenausgleichsbehälter und Vorratsbehälter herstellbar oder unterbrechbar ist.
Der Volumenausgleichsbehälter ist hierbei in Einbaulage des Automatikgetriebes zumindest teilweise höher als der Vorratsbehälter angeordnet ist, so dass der Pegelstand des Betriebsmediums in dem Volumenausgleichsbehälter in allen Betriebszuständen über dem Pegelstand des Betriebsmediums im Vorratsbehälter liegt, so dass bei einer hydraulischen Verbindung zwischen Volumenausgleichsbehälter und Vorratsbehälter das Betriebsmedium unter der Wirkung der Schwerkraft vom Volumenausgleichsbehälter in den Vorratsbehälter abfließen kann.
Erfindungsgemäß ist mittels der Ventileinrichtung die hydraulische Verbindung zwischen Volumenausgleichsbehälter und Vorratsbehälter selbsttätig in Abhängigkeit einer Temperatur herstellbar oder unterbrechbar, wobei in einem geöffneten Zustand der Ventileinrichtung das Betriebsmedium aus dem Volumenausgleichsbehälter unter der Wirkung der Schwerkraft in den Vorratsbehälter strömen kann. Hierbei ist die Temperatur, bei der sich die Ventileinrichtung im geöffneten Zustand befindet, geringer als die Temperatur, bei welcher sich die Ventileinrichtung im geschlossenen Zustand befindet und damit die hydraulische Verbindung zwischen Volumenausgleichsbehälter und Vorratsbehälter unterbricht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bevorzugt weist die Ventileinrichtung ein Dehnstoffelement auf, dessen Volumen oder dessen Form sich über der Temperatur ändert, wobei die Ventileinrichtung derart aufgebaut ist, dass sich der Durchflussquerschnitt der Ventileinrichtung in Abhängigkeit von einer Temperatur des Dehnstoffelementes ändert.
Ein Dehnstoffelement kann beispielsweise ein Wachs, eine Flüssigkeit oder eine Metalllegierung sein, die bei einer Temperaturänderung eine Form- oder Längenänderung erfahren. Ein Beispiel für eine Metalllegierung sind Bimetalle. Der Vorteil eines solchen Dehnstoffelements ist, dass die Ventileinrichtung ohne eine zusätzliche Energiequelle und ohne eine Ansteuerung mit ihrem hard- und softwareseitigen Aufwand betätigt werden kann, da das Dehnstoffelement und damit die Betätigungskraft direkt aus der das Dehnstoffelement umgebenden Temperatur erzeugt wird. Das Dehnstoffelement vereint damit die Vorteile eines Sensors (Reaktion auf Temperaturänderung) und eines Aktuators (Verstellung oder Betätigung der Ventileinrichtung durch Verformung des Dehnstoffelements).
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist es möglich, dass die Ventileinrichtung neben dem Dehnstoffelement ein Einbaugehäuse, eine Verschlussplatte und einen Ventilsitz umfasst, wobei das Einbaugehäuse und der Ventilsitz zumindest in der Bewegungsrichtung der Verschlussplatte ortsfest sind, und wobei die Verschlussplatte relativ zu dem Einbaugehäuse und dem Ventilsitz beweglich ist. Die Verschlussplatte ist bei dieser Ausgestaltung derart mit dem Dehnstoffelement verbunden, dass sich bei einer Form- oder Längenänderung des Dehnstoffelements der Abstand der Verschlussplatte zum Ventilsitz und damit der Durchflussquerschnitt der Ventileinrichtung ändert.
Bevorzugt ist die Ventileinrichtung so ausgebildet, dass sich mit steigender Temperatur des Dehnstoffelements der Durchflussquerschnitt der Ventileinrichtung verringert.
Mit einer Verringerung des Durchflussquerschnittes erhöht sich der Durchflusswiderstand der Ventileinrichtung. Mit steigendem Durchflusswiderstand sinkt der Volumenstrom durch die Ventileinrichtung. Hierdurch fließt vorteilhafterweise bei geringen Temperaturen mehr Öl in den Vorratsbehälter ab, so dass sich dessen Pegelstand erhöht und damit das Luftansaugen durch die Getriebepumpe vermieden wird.
Bei höheren Temperaturen wird aufgrund des gestiegenen Durchflusswiderstandes mehr Öl im Volumenausgleichsbehälter zurückgehalten, weil ein geringerer Volumenstrom in den Vorratsbehälter abfließt. Somit wird ein Anstieg des Pegelstandes im Vorratsbehälter vermieden und damit das Planschen beispielsweise der Teile des Getrieberadsatzes im Öl.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist es möglich, dass ab einer bestimmten Temperatur der Volumenausgleichsbehälter verschlossen und damit die hydraulische Verbindung zwischen Volumenausgleichsbehälter und Vorratsbehälter zumindest teilweise unterbrochen ist.
Unter „zumindest teilweise“ ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Ventileinrichtung den Volumenausgleichsbehälter entweder komplett gegen den Vorratsbehälter abschließt, oder dass eine gewisse Leckagemenge möglich ist.
Bevorzugt ist es darüber hinaus möglich, dass der Durchflussquerschnitt durch die Ventileinrichtung als Funktion der Temperatur so gewählt ist, dass sich ein Volumenstrom durch die Ventileinrichtung ergibt, bei welchem sich ein Ölstand im Vorratsbehälter einstellt, bei dem weder Luft von der Getriebepumpe angesaugt wird noch drehende Getriebeteile in das Betriebsmedium eintauchen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeigt, dass die Ventileinrichtung zumindest teilweise innerhalb des Volumenausgleichsbehälters angeordnet ist. Hierdurch beansprucht die Ventileinrichtung vorteilhafterweise keinen zusätzlichen Bauraum.
In einer anderen Ausgestaltung ist es möglich, dass der maximale Durchflussquerschnitt des Ventils sich bei der geringsten auftretenden Temperatur einstellt und so gewählt ist, dass das Betriebsmedium auch mit der sich bei dieser Temperatur einstellenden Viskosität unter der Wirkung der Schwerkraft von dem Volumenausgleichsbehälter in den Vorratsbehälter abläuft. Hierdurch sammelt sich kein Betriebsmedium im Volumenausgleichsbehälter und der Vorratsbehälter wird maximal befüllt, so dass gerade beispielsweise bei einem Kaltstart Luftansaugen vermieden wird.
Bevorzugt ist es möglich, dass eine Umgebungstemperatur der Ventileinrichtung auf das Dehnstoffelement wirksam ist. Hierdurch kann die Ventileinrichtung bedarfsgerecht, d.h. der jeweiligen Öltemperatur entsprechend, betätigt werden ohne eine Sensorik zu benötigen.
Alternativ hierzu ist es möglich, dass eine Temperatur einer Wärmequelle auf das Dehnstoffelement wirksam ist.
In diesem Zusammenhang ist es vorgesehen, dass die Temperatur der Wärmequelle von einer Steuerungseinheit einstellbar ist.
Hierbei ist es bevorzugt möglich, dass das Ölversorgungssystem einen Pegelstandsensor zur Messung des Pegelstandes im Vorratsbehälter oder einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Betriebsmediums aufweist.
Bevorzugt weist ein Automatikgetriebe ein oben beschriebenes Ölversorgungssystem auf, wobei der Vorratsbehälter und der Volumenausgleichsbehälter zumindest teilweise an einem Getriebegehäuse ausgebildet sind. Dies ermöglicht eine kompakte Gestaltung ohne oder mit nur geringem zusätzlichem Bauraum.
In einem Verfahren zum Betreiben eines Ölversorgungssystems, welches ein heizbares und damit ansteuerbares Dehnstoffelement aufweist, ist es möglich, dass bei der Überschreitung eines bestimmten Wertes des Pegelstandes des Vorratsbehälters oder bei der Überschreitung einer bestimmten Temperatur des Betriebsmediums das Dehnstoffelement erwärmt wird.
Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ölversorgungssystems werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Ölversorgungssystems nach dem Stand der Technik bei einer niedrigen Temperatur,
2 eine schematische Darstellung eines Ölversorgungssystems nach dem Stand der Technik bei einer höheren Temperatur,
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ölversorgungssystems bei einer niedrigen Temperatur,
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ölversorgungssystems bei einer höheren Temperatur,
5 eine schematische Schnittdarstellung einer Ventileinrichtung eines erfindungsgemäßen Ölversorgungssystems, und
6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Ölversorgungssystems.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ölversorgungssystems eines Automatikgetriebes nach dem Stand der Technik. Das Ölversorgungssystem umfasst einen Vorratsbehälter 1, einen Volumenausgleichsbehälter 2, eine Getriebepumpe 4, ein hydraulisches Schaltgerät 5 und als einer der Verbraucher einen Getrieberadsatz 15. Die räumliche Ausdehnung des Getrieberadsatzes ist hierbei als rechteckige Fläche mit einer strich-punktierten Umrandung grob schematisch dargestellt. In dem Vorratsbehälter 1, welcher auch als Ölsumpf oder Ölwanne bezeichnet wird, ist ein Betriebsmedium 6, üblicherweise Getriebeöl, bevorratet.
Das Betriebsmedium 6 ist hierbei anhand seiner oberen Grenze (unterbrochene Linie) zur umgebenden Luft erkennbar. Das Betriebsmedium 6 befindet sich bei der niedrigeren Temperatur in dieser Darstellung, wie sie beispielsweise bei einem Kaltstart auftritt, auf einem Pegelstand 11 im Vorratsbehälter 1. Die Getriebepumpe 4 saugt im Betrieb des Automatikgetriebes das Betriebsmedium 6 als einen Saugölstrom 45 durch eine Saugleitung 8 aus dem Vorratsbehälter 1 an. Durch eine Druckleitung 9 fördert die Getriebepumpe 4 das Betriebsmedium als Druckölstrom 46 zu einem hydraulischen Schaltgerät 5, in welchem das Betriebsmedium aufgeteilt und auf unterschiedliche Drücke eingestellt wird. Ein Teilvolumenstrom des Betriebsmediums wird durch eine Kühl-/Schmierölleitung 7 als Kühl- / Schmierölstrom 49 zu einem Getrieberadsatz 15 gefördert. Ein kleinerer Teilvolumenstrom wird aus dem hydraulischen Schaltgerät 5 als Rücklaufstrom 48 in den Vorratsbehälter 1 zurückgeleitet.
Da das Betriebsmedium 6 von den drehenden Teilen des Getrieberadsatzes 15 durch die auftretende Fliehkraft gegen die Innenseite eines Getriebegehäuses 80 (siehe 6) abgeschleudert wird, gelangt dieses als Befüllölströme 41 und 42 durch Befüllöffnungen 13 und 14 in den Volumenausgleichsbehälter 2. Ein weiterer Teil des abgeschleuderten Kühl- / Schmieröls wird durch Ölrücklauföffnungen 17 und 18 direkt in den Vorratsbehälter 1 zurückgeführt.
Volumenausgleichsbehälter 2 und Vorratsbehälter 1 sind durch einen Verbindungskanal 3 hydraulisch miteinander verbunden, so dass das sich im Volumenausgleichsbehälter 2 ansammelnde Betriebsmedium unter der Wirkung der Schwerkraft in den Vorratsbehälter strömen kann. Um eine vollständige Entleerung des Volumenausgleichsbehälters 2 in den Vorratsbehälter 1 zu ermöglichen, mündet der Verbindungskanal 3 an der tiefsten Stelle eines Volumenausgleichsbehältergehäuses 35, nämlich in einem Gehäuseboden 34, in den Volumenausgleichsbehälter 2. 1 zeigt das Ölversorgungssystem bei einer geringen Öltemperatur, bei welcher die Viskosität des Getriebeöls relativ hoch ist im Vergleich zu höheren Öltemperaturen. Der Durchflusswiderstand durch den Verbindungskanal 3 steigt mit sinkender Temperatur, so dass je nach Höhe des Volumenstroms der Befüllölströme 41 und 42 Betriebsmediums ein Pegelstand 12 im Volumenausgleichsbehälter 2 ansteigt, da das Betriebsmedium 6 nicht schneller in den Vorratsbehälter 1 ablaufen kann, wie es den Volumenausgleichsbehälter 2 befüllt.
Hierdurch sammelt sich das Betriebsmedium 6 im Volumenausgleichsbehälter 2 an und wird dem Vorratsbehälter 1 entzogen, so dass der Pegelstand 11 im Vorratsbehälter 1 absinkt. Dies kann zu dem oben beschriebenen Problem des Luftansaugens durch die Getriebepumpe 4 führen.
Steigt nun während des Betriebes des Getriebes die Öltemperatur an, sinkt mit der Viskosität des Betriebsmediums 6 der Durchflusswiderstand des Verbindungskanals 3, so dass das Öl leichter in den Vorratsbehälter 1 abläuft, so dass der Pegelstand 12 im Volumenausgleichsbehälter 2 gegenüber tieferen Temperaturen absinkt. Dies kann im Extremfall zur Folge haben, dass sich gar kein Betriebsmedium mehr im Volumenausgleichsbehälter 2 ansammelt und der Pegelstand 11 im Vorratsbehälter 1 maximal wird. Ein solcher Zustand ist in 2 dargestellt.
Theoretisch würde zwar dann das Problems des Luftansaugens nicht mehr bestehen, da die Saugleitung 8 nun sicher unterhalb des Pegelstandes liegt. Allerdings hätte das Ansteigen des Pegelstandes 11 zur Folge, dass nun die rotierenden Teile des Getrieberadsatzes 15 in das angestiegene Betriebsmedium eintauchen und darin planschen. Hierdurch steigt in nachteiliger Weise das Verlustmoment im Getriebe an und der Getriebewirkungsgrad verschlechtert sich. Ein aus dem Planschen resultierendes weiteres Problem ist der Lufteintrag in das Betriebsmedium und damit dessen Verschäumung. Das Ansaugen von verschäumtem Öl hat die gleichen negativen Folgen wie das Luftansaugen.
Diese Problematik kann gelöst werden, indem der Pegelstand 11 im Vorratsbehälter 1 in einem Bereich bleibt, innerhalb dessen weder ein Luftansaugen noch ein Planschen des Getrieberadsatzes 15 auftreten kann.
3 zeigt in schematischer Darstellung einen Volumenausgleichsbehälter 102 eines erfindungsgemäßen Ölversorgungssystems. Der Volumenausgleichsbehälter 102 entspricht im Wesentlichen dem Volumenausgleichsbehälter 2 nach dem Stand der Technik. Zusätzlich zu diesem weist der Volumenausgleichsbehälter 102 eine Ventileinrichtung 20 auf, die innerhalb des Volumenausgleichsbehälters 102 angeordnet ist. Zusätzlich weist der Volumenausgleichsbehälter 102 eine an dem Volumenausgleichsbehältergehäuse 35 ausgebildete oder befestigte Ventilaufnahme 36 auf, an welcher die Ventileinrichtung 20 befestigt ist.
Der Aufbau der Ventileinrichtung 20 ist 5 zu entnehmen. Diese umfasst im Wesentlichen eine Verschlussplatte 25, ein Einbaugehäuse 28, und ein Dehnstoffelement 23. Zur Ventileinrichtung 20 zählt auch ein Ventilsitz 33, der an dem Gehäuseboden 34 des Volumenausgleichsbehältergehäuses 35 ausgebildet ist. Hinzu kommen noch ein Dehnstoffelementgehäuse 31, ein Führungskolben 32, ein Arbeitskolben 26, eine Rückstellfeder 29 und eine Ausgleichsfeder 24.
Das Dehnstoffelementgehäuse 31 nimmt das Dehnstoffelement 23 auf und ist fest mit dem Führungskolben 32 verbunden. An dem Führungskolben 32 ist die Verschlussplatte 25 axial gegenüber dem Führungskolben 26 verschiebbar angeordnet, und wird von einer Ausgleichsfeder 24 gegen das untere Ende des Führungskolbens 32 vorgespannt. Diese drei Bauteile 31, 32 und 25 könnten theoretisch aber auch einstückig ausgebildet sein, wobei die Ausgleichsfeder dann entfallen würde.
Der Arbeitskolben 26 ist zumindest in dessen axialer Richtung fest mit dem Einbaugehäuse 28 verbunden. Alle anderen aufgeführten Bauteile sind gegenüber dem Arbeitskolben 26 und dem Einbaugehäuse 28 gegen die Kraft der Rückstellfeder 29 in Richtung der Längsachse des Arbeitskolbens 26 verschiebbar. Das Einbaugehäuse 28 ist zumindest in axialer Richtung bezogen auf den Arbeitskolben 26 fest mit der Ventilaufnahme 36 des Volumenausgleichsbehältergehäuses 35 fest verbunden.
Bei einer Erwärmung des Dehnstoffelements 23 nimmt dessen Volumen zu. Da sich das Dehnstoffelement 23 über den Arbeitskolben 26 an dem Einbaugehäuse 28 und damit an der Einbaugehäuseaufnahme 36 des Volumenausgleichsbehältergehäuses 36 abstützt, verschieben sich alle weiteren Bauteile der Ventileinrichtung 20 in Richtung des Ventilsitzes 33. An diesem kommt dann die Verschlussplatte 25 zur Anlage und verschließt den Verbindungskanal 3 zwischen Volumenausgleichsbehälter 102 und Vorratsbehälter 1. Sobald die Verschlussplatte 25 am Ventilsitz 33 anliegt wird diese bei einer weiteren Ausdehnung des Dehnstoffelements 23 von der Ausgleichsfeder 24 mit einer zunehmenden Kraft gegen den Ventilsitz 33 vorgespannt. Hierdurch soll eine übermäßige mechanische Beanspruchung der Bauteile vermieden werden, wenn die Verschlussplatte 25 bereits am Ventilsitz 33 anliegt und das Dehnstoffelement 23 sich unter einer weiteren Erwärmung noch mehr ausdehnt. Diese Position der Ventileinrichtung 20 ist in 4 dargestellt.
Sinkt die Öltemperatur und damit die Temperatur des Dehnstoffelements 23 wieder unter einen bestimmten Wert, verkleinert sich das Volumen des Dehnstoffelements 23 und die Rückstellefeder 29 schiebt die gegenüber dem Einbaugehäuse 28 bewegbaren Bauteile zurück, so dass letzten Endes die Verschlussplatte 25 sich vom Ventilsitz 33 abhebt. Damit ist wieder eine hydraulische Verbindung zwischen Volumenausgleichsbehälter 102 und Vorratsbehälter 1 hergestellt.
Aufgrund der stufenlosen Verstellung des Abstandes zwischen der Verschlussplatte 25 und dem Ventilsitz 33 ändert sich der Durchflussquerschnitt zwischen Volumenausgleichsbehälter 102 und Vorratsbehälter 1 stetig über der Öltemperatur. Hierdurch kann bei einer geeigneten Wahl der Funktion des Durchflussquerschnittes über der Öltemperatur und damit über der Viskosität, der Pegelstand 11 des Vorratsbehälters 1 zumindest abschnittsweise konstant gehalten werden.
3 zeigt die Stellung der Ventileinrichtung 20 in geöffneter Position. Das in den Volumenausgleichsbehälter 102 strömende Betriebsmedium 6 kann in ausreichendem Volumenstrom in den Vorratsbehälter 1 abfließen und verhindert damit ein Absinken des Pegelstandes 11 unter einen kritischen Wert, bei dem die Gefahr des Luftansaugens besteht.
4 zeigt die Ventileinrichtung 20 in der Verschlussposition, welche ab einer höheren Öltemperatur eingenommen wird. Es kann kein Betriebsmedium zum Vorratsbehälter 1 abfließen, so dass sich der Pegelstand 11 dort nicht weiter erhöht und die Elemente des Getrieberadsatzes 15 nicht im Öl planschen können. Der Volumenausgleichsbehälter 102 füllt sich bis der Pegelstand 12 ein Maximum erreicht kein weiteres Betriebsmedium mehr durch die Befüllöffnungen 13 und 14 aufgenommen werden kann.
Zusätzlich zu der beschriebenen Ausgestaltung kann es möglich sein, das Dehnstoffelement aus einer elektrischen Energiequelle, angesteuert aus einem elektronischen Steuergerät, zu heizen. Damit wäre es möglich, dass die Beeinflussung der Strömung vom Volumenausgleichsbehälter zum Vorratsbehälter nicht nur direkt öltemperaturabhängig erfolgt, sondern in Abhängigkeit beliebiger Größen, wie beispielsweise dem Pegelstand. Dieser müsste mittels eines Sensors erfasst werden.
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Ölversorgungssystems. Dieses umfasst einen Volumenausgleichsbehälter 202 mit einer Ventileinrichtung 220 und zusätzlich zu der unter 3 bis 5 beschriebenen Ausgestaltung einen Sensor 251 zur Messung der Temperatur des Betriebsmediums oder des Pegelstandes 11 im Vorratsbehälter 1, sowie eine Wärmequelle 252, welche das Dehnstoffelement 23 erwärmen kann. Die gemessene Temperatur des Betriebsmediums 6 oder der Pegelstand 11 des Vorratsbehälters 1 wird in einer elektronischen Steuerungseinheit 250 erfasst, welche dann die Wärmequelle 252 ansteuert und damit die Ventileinrichtung 20 auf einen gewünschten Pegelstand 11 einstellt. Die Wärmequelle (252) ist bevorzugt elektrisch.
Bezugszeichenliste

1: Vorratsbehälter
2: Volumenausgleichsbehälter
3: Verbindungskanal
4: Getriebepumpe
5: Hydraulisches Schaltgerät
6: Betriebsmedium
7: Kühl-/Schmierölleitung
8: Saugleitung
9: Druckleitung
10: Rücklaufleitung
11: Pegelstand Vorratsbehälter
12: Pegelstand Volumenausgleichsbehälter
13: Befüllöffnung zum Volumenausgleichsbehälter
14: Befüllöffnung zum Volumenausgleichsbehälter
15: Getrieberadsatz
16: Getrieberadsatzuntergrenze
17: Ölrücklauf zum Vorratsbehälter
18: Ölrücklauf zum Vorratsbehälter
20: Ventilvorrichtung
21: Führungshülse
22: Dichtung
23: Dehnstoffelement
24: Ausgleichsfeder
25: Verschlussplatte
26: Arbeitskolben
27: Federteller
28: Einbaugehäuse
29: Rückstellfeder
31: Dehnstoffelementgehäuse
32: Führungskolben
33: Ventilsitz
34: Gehäuseboden
35: Volumenausgleichsbehältergehäuse
36: Einbaugehäuseaufnahme
41: Befüllölstrom
42: Befüllölstrom
43: Ablaufölstrom
44: Ablaufölstrom
45: Saugölstrom
46: Druckölstrom
48: Rücklaufölstrom
49: Kühl- / Schmierölstrom
80: Getriebegehäuse
102: Volumenausgleichsbehälter
202: Volumenausgleichsbehälter
220: Ventileinrichtung
250: elektronische Steuerungseinheit
251: Sensor
252: Wärmequelle

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 4041253 C2 [0002]
DE 102019211854 [0010]

Claims

Ölversorgungssystem eines Getriebes, umfassend einen Vorratsbehälter (1) zur Aufnahme und Bevorratung eines flüssigen Betriebsmediums (6), einen Volumenausgleichsbehälter (102) und eine Ventileinrichtung (20) zur Herstellung oder Unterbrechung einer hydraulischen Verbindung (3) zwischen dem Volumenausgleichsbehälter (102) und dem Vorratsbehälter (1), wobei der Volumenausgleichsbehälter (102) in Einbaulage des Getriebes zumindest teilweise höher als der Vorratsbehälter (1) angeordnet ist, so dass ein Pegelstand (12) des Betriebsmediums in dem Volumenausgleichsbehälter (102) in allen Betriebszuständen über einem Pegelstand (11) des Betriebsmediums (6) im Vorratsbehälter (1) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Ventileinrichtung (20) die hydraulische Verbindung (3) zwischen Volumenausgleichsbehälter (102) und Vorratsbehälter (1) selbsttätig in Abhängigkeit einer Temperatur herstellbar oder unterbrechbar ist, wobei in einem geöffneten Zustand der Ventileinrichtung (20) das Betriebsmedium aus dem Volumenausgleichsbehälter (102) unter der Wirkung der Schwerkraft in den Vorratsbehälter (1) strömen kann, und wobei die Temperatur, bei der sich die Ventileinrichtung (20) im geöffneten Zustand befindet geringer ist, als die Temperatur, bei welcher sich die Ventileinrichtung (20) im geschlossenen Zustand befindet und damit die hydraulische Verbindung (3) zwischen Volumenausgleichsbehälter (102) und Vorratsbehälter (1) unterbricht.
Ölversorgungssystem eines Getriebes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (20) ein Dehnstoffelement (23) aufweist, dessen Volumen oder dessen Form sich über der Temperatur ändert, wobei die Ventileinrichtung (20) derart ausgebildet ist, dass sich ein Durchflussquerschnitt der Ventileinrichtung (20) in Abhängigkeit von einer Temperatur des Dehnstoffelementes (23) ändert.
Ölversorgungssystem eines Getriebes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (20) ein Einbaugehäuse (28), eine Verschlussplatte (25) und einen Ventilsitz (33) umfasst, wobei das Einbaugehäuse (28) und der Ventilsitz (33) zumindest in der Bewegungsrichtung der Verschlussplatte (25) ortsfest sind, und wobei die Verschlussplatte (25) relativ zu dem Einbaugehäuse (28) und dem Ventilsitz (33) beweglich ist, wobei die Verschlussplatte (25) derart mit dem Dehnstoffelement (23) verbunden ist, dass sich bei einer Form- oder Längenänderung des Dehnstoffelements (23) der Abstand der Verschlussplatte (25) zum Ventilsitz (33) und damit der Durchflussquerschnitt der Ventileinrichtung (20) ändert.
Ölversorgungssystem eines Getriebes nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (20) so ausgebildet ist, dass sich mit steigender Temperatur des Dehnstoffelements (23) der Durchflussquerschnitt der Ventileinrichtung (20) verringert.
Ölversorgungssystem eines Getriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ab einer bestimmten Temperatur die hydraulische Verbindung zwischen Volumenausgleichsbehälter (102) und Vorratsbehälter (1) unterbrochen ist.
Ölversorgungssystem eines Getriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussquerschnitt durch die Ventileinrichtung (20) als Funktion der Temperatur so gewählt ist, dass sich ein Volumenstrom durch die Ventileinrichtung (20) ergibt, bei welchem sich ein Pegelstand (11) im Vorratsbehälter (1) einstellt, bei dem weder Luft von einer Getriebepumpe (4) angesaugt wird noch drehende Getriebeteile (15) in den Pegelstand (11) im Vorratsbehälter (1) eintauchen.
Ölversorgungssystem eines Getriebes nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (20) zumindest teilweise innerhalb des Volumenausgleichsbehälters (102) angeordnet ist.
Ölversorgungssystem eines Getriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umgebungstemperatur der Ventileinrichtung (20) auf das Dehnstoffelement (23) wirksam ist.
Ölversorgungssystem eines Getriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur einer Wärmequelle (252) auf das Dehnstoffelement (23) wirksam ist.
Ölversorgungssystem eines Getriebes nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Wärmequelle (252) von einer Steuerungseinheit (250) einstellbar ist.
Ölversorgungssystem eines Getriebes nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölversorgungssystem einen Sensor (251) zur Messung des Pegelstandes (11) im Vorratsbehälter (1) oder zur Messung der Temperatur des Betriebsmediums (6) aufweist.
Ölversorgungssystem eines Getriebes nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnstoffelement (23) ein Wachsvolumen oder ein Bimetall ist.
Automatikgetriebe mit einem Ölversorgungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (1) und der Volumenausgleichsbehälter (102, 202) zumindest teilweise an einem Getriebegehäuse (80) ausgebildet sind.
Verfahren zum Betreiben eines Ölversorgungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überschreitung eines bestimmten Wertes des Pegelstandes (11) des Vorratsbehälters (1) oder bei der Überschreitung einer bestimmten Temperatur des Betriebsmediums (6) das Dehnstoffelement (23) erwärmt wird.