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Die Erfindung betrifft die Kühlung einer Kupplung eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug.
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Es ist bekannt, bei einem Getriebe für ein Kraftfahrzeug eine erste Kühlung und eine zweite Kühlung vorzusehen, die jeweils einen Radsatz (Verzahnung, Lager, Synchronisierungen) bzw. eine Kupplung kühlen. Bei der Kupplung kann es sich insbesondere um eine sogenannte „Hang on“ Kupplung (abgekürzt HOK) handeln. Typischerweise hängen beide Kühlungen an ein- und demselben Kühlölzweig, der üblicherweise durch eine geregelte Flügelzellenpumpe mit einem Öl-Volumenstrom versorgt wird. Eine geregelte oder regelbare Flügelzellenpumpe kann in ihrer Exzentrizität verändert werden, so dass deren Verdrängungsvolumen pro Umdrehung sich ändern kann. Eine gesamte Ölmenge richtet sich dabei nach einem maximalen Bedarf der Einzelverbraucher (Radsatz, Kupplung). In dem Fall, dass der Radsatz viel Öl anfordert, wird die Kupplung automatisch ebenfalls mit viel Öl gekühlt, selbst wenn die Kupplung einen geringeren Bedarf aufweist. Wenn hingegen die Kupplung viel Öl anfordert, wird ebenfalls der Radsatz automatisch mit viel Öl gekühlt, selbst wenn der Radsatz lediglich einen geringen Bedarf aufweist. Somit kann der Nachteil auftreten, dass wenn der jeweils andere Verbraucher (Radsatz/Kupplung) nur wenig Öl bedarf, eine unnötig hohe Menge Öl über den betreffenden Verbraucher (Kupplung/Radsatz) geleitet wird.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, eine bedarfsgerechte, effiziente Kühlung des Radsatzes und der Kupplung eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, ein Bypassventil in den Kühlölzweig einzubringen, sodass die Kupplung, insbesondere eine HOK-Kühlung (Hang on Kupplung Kühlung), über einen Volumenstrom schaltbar ist. Allgemeiner gesprochen wird eine bedarfsgerechte Kühlung mehrerer an einem Kühlölzweig hängender Verbraucher vorgeschlagen. Ermöglicht wird dies durch eine Veränderung der Kühlölaufteilung (Änderung der Beblendung). So ist insbesondere vorgesehen, von einem Kühlölleitungszweig, der zu einer Kupplung führt, eine Bypassleitung abzweigen zu lassen, die ebenfalls zu der Kupplung führt. Innerhalb der Bypassleitung ist ein Bypassventil angeordnet. Das Bypassventil kann insbesondere in Abhängigkeit eines Gesamtfördervolumens einer Ölpumpe schalten. Die Ölpumpe ist hierbei bevorzugt als regelbare Pumpe, insbesondere als Verdrängerpumpe ausgebildet. Diese wird auch als Verstellpumpe oder geregelte Pumpe bezeichnet. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass ein Öl-Volumenstrom, der durch die Ölpumpe in die Kühlölleitung gefördert wird, in Abhängigkeit eines Schaltzustands des Bypassventils auf den Radsatz und die Kupplung aufgeteilt wird.
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In diesem Sinne wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Bei dem Getriebe kann es sich insbesondere um ein Doppelkupplungsgetriebe handeln. Das Kraftfahrzeug weist insbesondere einen Allradantrieb auf. Das Getriebe umfasst eine Kupplung, einen Radsatz, eine Kühlölleitung, eine Ölpumpe und ein Bypassventil. Bei der Kupplung kann es sich insbesondere um eine Hang on Kupplung handeln. Unter einer Hang on Kupplung (HOK) kann eine Kupplung zum Ankuppeln einer Nebenantriebswelle verstanden werden, z.B. zum Antreiben eines Allradantriebsstrangs des Kraftfahrzeugs.
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Die Ölpumpe ist dazu eingerichtet, einen Öl-Volumenstrom in die Kühlölleitung zu fördern. Insbesondere kann eine einzige Ölpumpe die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Funktionalitäten gewährleisten, insbesondere eine einzige geregelte Flügelzellenpumpe, was weiter unten im Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausführungsform näher beschrieben wird. Ein erster Kühlölzweig der Kühlölleitung ist dabei mit der Kupplung verbunden, sodass ein erster Anteil des Öl-Volumenstroms die Kupplung kühlen kann. Diese Verbindung ist insbesondere eine permanente Verbindung. Unter dem Merkmal „verbunden“ ist insbesondere zu verstehen, dass die jeweils miteinander verbundenen Elemente hydraulisch leitend miteinander verbunden sind, d.h. dass eine Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Öl, von dem einen Element zu dem anderen Element fließen kann und ggfs. umgekehrt. Unter dem Merkmal „getrennt“ oder „nicht verbunden“ kann insbesondere verstanden werden, dass die jeweils voneinander getrennten Elemente nicht hydraulisch leitend miteinander verbunden sind, d.h. dass keine Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Öl, von dem einen Element zu dem anderen Element fließen kann und ggfs. umgekehrt.
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Ein zweiter Kühlölzweig der Kühlölleitung ist mit dem Radsatz verbunden, so dass ein zweiter Anteil des Öl-Volumenstroms den Radsatz kühlen kann. Eine Bypassleitung zweigt weiterhin von dem ersten Kühlölzweig ab und ist mit der Kupplung verbunden. Das Bypassventil ist innerhalb der Bypassleitung angeordnet und kann in einen geöffneten Zustand und in einen geschlossenen Zustand versetzt werden. Das Bypassventil ist somit innerhalb der Bypassleitung angeordnet, die ausgehend von dem zweiten Kühlölzweig zu dem Bypassventil hinführt und stromabwärts des Bypassventils zur Kupplung führt. Mit anderen Worten wird die Bypassleitung nicht durch das Bypassventils selbst, sondern durch wenigstens eine separate Leitung gebildet, innerhalb welcher sich das Bypassventil befindet. Wenn sich das Bypassventil in seinem geöffneten Zustand befindet, kann ein dritter Anteil des Öl-Volumenstroms über die Bypassleitung und das Bypassventil zur Kupplung fließen, um die Kupplung zu kühlen. Wenn sich das Bypassventil hingegen in seinem geschlossenen Zustand befindet, so verschließt das Bypassventil die Bypassleitung in Richtung der Kupplung, sodass kein Anteil des Öl-Volumenstroms über das Bypassventil in Richtung der Kupplung fließen kann. Somit fließt mehr Öl zur Kupplung, wenn das Bypassventil sich in seinem geöffneten Zustand befindet, da das Bypassventil den Leitungsquerschnitt der Bypassleitung freigibt. Eine zusätzliche Pumpe zur Erhöhung des Volumenstroms ist dabei nicht notwendig. Dahingegen fließt weniger Öl zur Kupplung, wenn sich das Bypassventil in seinem geschlossenen Zustand befindet, und der Leitungsquerschnitt der Bypassleitung nicht zur Verfügung steht, um zusätzliches Öl zur Kupplung zu fördern.
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Die Ölmenge, mit welcher die Kupplung gekühlt wird, kann durch Öffnen des Bypassventils derart gesteigert werden, dass sie ca. 33% des Öl-Volumenstroms beträgt, der von der Pumpe in die Kühlölleitung gefördert wird. Dadurch kann auf einen erhöhten Kühlbedarf der Kupplung effizient reagiert werden, ohne dass der Öl-Volumenstrom als Ganzes unnötig stark erhöht werden muss. Weiterhin kann durch den erhöhten Volumenstrom sichergestellt werden, dass die Kupplung stets ausreichend gekühlt ist und dass etwaigen Notabschaltungen aufgrund nicht ausreichender Ölkühlung vorgebeugt wird. Somit wird die Verfügbarkeit der Kupplung erhöht. In diesem Sinne machen der erste Anteil des Öl-Volumenstroms und der dritte Anteil des Öl-Volumenstroms gemeinsam 33 % des Öl-Volumenstroms aus, wenn sich das Bypassventil in seinem geöffneten Zustand befindet.
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Wenn die Kupplung jedoch keinen erhöhten Kühlungsbedarf aufweist, so kann das Bypassventil geschlossen gehalten werden, wobei die Ölmenge, mit welcher die Kupplung gekühlt wird, ca. 16% des Öl-Volumenstroms beträgt, der von der Pumpe in die Kühlölleitung gefördert wird. In Simulationen und Tests der Erfinder hat sich herausgestellt, dass diese 16% des Öl-Volumenstroms eine effektive und effiziente Kühlung der Kupplung ermöglichen. Ohne den Bypass und das Bypassventil gemäß der vorliegenden Erfindung läge ein Volumenstrom, mittels welchem die Kupplung gekühlt würde, beispielsweise bei ca. 25% des gesamten durch die Pumpe bereitgestellten Öl-Volumenstroms, insbesondere wenn der Radsatz einen entsprechend hohen Volumenstrom zu seiner Kühlung anfordert. Diese Ersparnis (in dem genannten Beispiel 25% - 16% = 9%) kann für die Kühlung von zusätzlichen Komponenten genutzt werden, z.B. einer Kupplung („KO“-Kupplung), mittels welcher in einem Hybridgetriebe eine elektrische Maschine mit dem Getriebe verbunden oder von dem Getriebe getrennt werden kann. In diesem Sinne macht in einer weiteren Ausführungsform der erste Anteil des Öl-Volumenstroms 16 % des Öl-Volumenstroms aus, wohingegen der dritte Anteil des Öl-Volumenstroms 0 % des Öl-Volumenstroms ausmacht, wenn sich das Bypassventil in seinem geschlossenen Zustand befindet.
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Das Bypassventil kann durch einen Öldruck in der Bypassleitung in die geöffnete Stellung gebracht werden, wobei der Öldruck abhängig ist von dem Öl-Volumenstrom, der durch die Ölpumpe in die Kühlölleitung gefördert wird. Der Schaltzustand des Bypassventils wird dabei insbesondere durch das Fördervolumen einer geregelten Pumpe bestimmt. Je nach Fördermenge und den sich dadurch einstellenden Druck innerhalb der Bypassleitung ist das Bypassventil entweder geöffnet oder geschlossen. Die prozentuale Ölverteilung zu den anhängenden Verbrauchern (Radsatz und Kupplung) ist somit veränderlich. In anderen Worten kann abhängig von einem Öl-Volumenstrom, der durch die geregelte Pumpe gefördert wird, der Schaltzustand des Bypassventils verändert werden. Bei der Ölpumpe kann es sich insbesondere um eine Flügelzellenpumpe handeln, die dazu eingerichtet ist, den Öl-Volumenstrom geregelt in die Kühlölleitung zu fördern, sodass eine Erhöhung des Öl-Volumenstroms zu einer Erhöhung des Öldrucks in der Bypassleitung führt, wodurch das Bypassventil in den geöffneten Zustand gebracht wird, wenn der Öldruck in der Bypassleitung einen Ventilöffnungsdruck erreicht. Der Ventilöffnungsdruck kann beispielsweise bei ca. 1 bar liegen.
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Das Bypassventil kann einen Ventilschieber umfassen. Der Ventilschieber kann in eine Öffnungsstellung und in eine Schließstellung gebracht werden kann. Wenn sich der Ventilschieber in seiner Öffnungsstellung befindet, dann befindet sich das Bypassventil in seinem geöffneten Zustand. Wenn sich der Ventilschieber hingegen in seiner Schließstellung befindet, dann befindet sich das Bypassventil in seinem geschlossenen Zustand.
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Der Ventilschieber kann durch ein Rückstellelement in der Schließstellung vorgespannt sein. Das Rückstellelement kann eine Vorspannkraft erzeugen. Durch die Rückstellkraft tendiert der Ventilschieber dazu, in seiner Schließstellung zu verbleiben. Insbesondere kann durch die Vorspannkraft der Ventilschieber in seiner Schließstellung verbleiben, solange der Öldruck in der Bypassleitung unterhalb der Vorspannkraft liegt.
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Das Rückstellelement kann eine Feder umfassen, die eine Rückstellkraft erzeugt, durch welche der Ventilschieber in der Schließstellung vorgespannt ist. Der Ventilschieber kann dabei hohl ausgestaltet sein und einen Innenraum sowie eine innere Druckfläche, z.B. eine kreisförmige Druckfläche, bilden. Die Druckfläche kann senkrecht zu einer möglichen Verstellrichtung des Ventilschiebers verlaufen. Die Feder kann innerhalb des Innenraums des hohlen Ventilschiebers angeordnet sein und die Rückstellkraft in Form einer Federkraft erzeugen, die in einer axialen Richtung des Ventilschiebers senkrecht auf die Druckfläche wirkt.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Getriebe eine Lagerbrille, die eine Ventilbohrung aufweist, welche den Ventilschieber aufnimmt. Unter einer Lagerbrille kann ein Bauteil verstanden werden, innerhalb welchem beispielsweise Zahnräder oder Getriebewellen gelagert werden können. Lagerbrillen können insbesondere als Blechteile oder Gussteile ausgebildet sein. Lagerbrillen weisen Aufnahmeöffnungen für Lager auf, insbesondere für Wälzlager. In den Lagern sind beispielsweise die Zahnräder und/oder Getriebewellen gelagert. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bildet die Ventilbohrung der Lagerbrille ein Ventilgehäuse für den Ventilschieber. Ein zusätzliches Bauteil, welches das Ventilgehäuse bildet, kann gemäß dieser Ausführungsform somit entfallen. Bei der Lagerbrille gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann es sich insbesondere um ein Gussbauteil handeln. Der Ventilschieber kann sich innerhalb der Ventilbohrung in der axialen Richtung des Ventilschiebers hin und her bewegen, sodass der Ventilschieber innerhalb der Ventilbohrung aus seiner Schließstellung in seine Öffnungsstellung bewegt werden kann bzw. aus seiner Öffnungsstellung in seine Schließstellung.
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Der Schaltpunkt des Bypassventils kann mit einer geometrischen Hysterese versehen werden, sodass der Ventilöffnungsdruck höher liegt als ein Ventilschließdruck. Umgesetzt wird dies durch eine wirkende Kolbenfläche des Ventilschiebers, die bei geöffnetem Bypassventil größer ist als bei geschlossenem Bypassventil. Eine solche Schalthysterese ermöglicht ein gezieltes Ansteuern des Ventils. Es öffnet erst bei dem Überschreiten eines definierten Druckes, welcher insbesondere in keinem üblichen Betriebspunkt liegt. So wird vermieden, dass das Ventil ungewollt öffnet. Über eine kurzzeitige Erhöhung des Fördervolumenstroms durch die Ölpumpe wird das Bypassventil geöffnet und die Radsatzölverteilung zugunsten der Kupplung geändert. Anschließend kann der durch die Ölpumpe bereitgestellte Fördervolumenstrom wieder gesenkt werden (bis zum Ventilschließdruck), ohne dass sich die Radsatzölverteilung erneut ändert. Erst ein Unterschreiten der Schaltschwelle (Ventilschließdruck) schließt das Bypassventil wieder. In anderen Worten ermöglicht die Schalthysterese des Bypassventils ein gezieltes Ansteuern (Öffnen) des Bypassventils durch kurzzeitiges Überschreiten eines definierten Öffnungsdruckes (durch Anheben des Volumenstroms mittels der Ölpumpe). Ein anschließendes Absenken des Volumenstroms resultiert erst im Schließen des Ventils, wenn der Schließdruck unterschritten ist (dieser liegt insbesondere deutlich unterhalb des Öffnungsdrucks). In diesem Sinne ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass der Ventilschieber eine hydraulisch wirksame Kolbenfläche aufweist, auf welche der in der Bypassleitung vorherrschende Öldruck wirkt, wobei die hydraulisch wirksame Kolbenfläche größer ist, wenn sich der Ventilschieber in seiner Öffnungsstellung befindet, als wenn sich der Ventilschieber in seiner Schließstellung befindet.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 einen hydraulischen Schaltplan einer Ölkühlung eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug,
- 2 eine Querschnittsansicht eines Teils des Getriebes nach 1, wobei sich ein Bypassventil in einem geschlossenen Zustand befindet,
- 3 eine Querschnittsansicht des Teils des Getriebes nach 2, wobei sich das Bypassventil in einem geöffneten Zustand befindet,
- 4 ein Diagramm, welches zeigt, wie viel Liter Öl pro Minute zu einer Kupplung des Getriebes nach 1 fließen, wenn das Bypassventil gemäß 2 geschlossen ist oder gemäß 3 geöffnet ist, und
- 5 eine Seitenansicht auf eine Stirnseite eines Ventilschiebers des Bypassventils nach 2.
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1 zeigt ein Getriebe 1 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug. Das Getriebe 1 umfasst einen Radsatz 2 und eine Kupplung 3. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Kupplung 3 um eine Hang on Kupplung (HOK). Der Radsatz 2 und die Kupplung 3 werden durch Öl gekühlt. Das Öl wird durch eine Ölpumpe 4 bereitgestellt. Bei der Ölpumpe 4 handelt es sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel um eine geregelte Flügelzellenpumpe. Ein Ausgang der Ölpumpe 4 ist mit einer Kühlölleitung 5 verbunden. Die Ölpumpe 4 fördert einen Öl-Volumenstrom V̇ges in die Kühlölleitung 5.
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Von der Kühlölleitung 5 zweigen ein erster Kühlölzweig 6 und ein zweiter Kühlölzweig 7 ab. Der erste Kühlölzweig 6 führt über eine Blende 8 zu der Kupplung 3. Ein erster Anteil V1 des Öl-Volumenstroms V̇ges kann über den ersten Kühlölzweig 6 zur Kupplung 3 fließen und die Kupplung 3 kühlen. Der zweite Kühlölzweig 7 führt über ein Kühlventil 9 zu dem Radsatz 2. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Getriebe 1 um ein Doppelkupplungsgetriebe. In Abhängigkeit einer Schaltstellung des Kühlventils 9 kann Öl aus dem zweiten Kühlölzweig 7 zur Kühlung entweder zu einer Kühlstelle eines ersten Teilgetrieberadsatzes 2.1 des Doppelkupplungsgetriebes 1 oder zu einer Kühlstelle eines zweiten Teilgetrieberadsatzes 2.2 des Doppelkupplungsgetriebes 1 geleitet werden. Übersteigt der in der Kühlölleitung 5 vorherrschende Öldruck einen vorgegebenen Höchstwert, so kann Öl aus der Kühlölleitung 5 über ein Überdruckventil 10 in einen drucklosen Tank abgeleitet werden.
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Von dem ersten Kühlölzweig 6 zweigt eine Leitung 11 ab, welche zu einer Konstant-Kühlstelle 12 führt, die Elemente wie beispielsweise Lager oder Räder, die sich dauerhaft im Eingriff befinden und/oder Momente übertragen, mit Öl versorgt. Von dem ersten Kühlölzweig 6 zweigt weiterhin eine Bypassleitung 13 ab, die ebenfalls zu der Kupplung 3 führt. Somit kann ein dritter Anteil V̇3 des Öl-Volumenstroms V̇ges über die Bypassleitung 13 zu der Kupplung 3 gelangen, um die Kupplung 3 zu kühlen. Innerhalb der Bypassleitung 13 ist ein Bypassventil 14 angeordnet. Das Bypassventil 14 kann in einen geöffneten Zustand gebracht werden. Wenn sich das Bypassventil 14 in seinem geöffneten Zustand befindet, dann kann der dritte Anteil V̇3 des Öl-Volumenstroms V̇ges über die Bypassleitung 13 zur Kupplung 3 gelangen, um die Kupplung 3 zu kühlen. Wenn sich das Bypassventil 14 jedoch in seinem geschlossenen Zustand befindet, dann ist dies nicht möglich, weil das Bypassventil 14 in diesem Fall die Bypassleitung 13 in Richtung der Kupplung 3 verschließt.
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2 und 3 zeigen, dass die Bypassleitung 13 durch Kanalabschnitte 13.1 bis 13.3 gebildet werden kann, die innerhalb einer Lagerbrille 15 des Getriebes 1 verlaufen. Bei der Lagerbrille 15 kann es sich beispielsweise um ein Gussteil handeln. Die Kanalabschnitte 13.1 bis 13.3 können entweder während des Gießens urgeformt oder mittels Nachbearbeitung, z.B. durch Bohren, erzeugt werden. Ein erster Kanalabschnitt 13.1 zweigt an einer Abzweigstelle 16 unmittelbar von dem ersten Kühlölzweig 6 ab. Der erste Kanalabschnitt 13.1 ist auf einer in 2 und 3 nach links orientierten Seite mit einem zweiten Kanalabschnitt 13.2 verbunden, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel endseitig verschlossen ist. Auf einer in 2 und 3 nach rechts orientierten Seite ist der erste Kanalabschnitt 13.1 mit einem dritten Kanalabschnitt 13.3 verbunden.
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Das Bypassventil 14 ist zwischen dem ersten Kanalabschnitt 13.1 einerseits und den anderen beiden Kanalabschnitt 13.2 13.3 angeordnet. Die Lagerbrille 15 bildet eine Ventilbohrung 17, innerhalb welcher ein Ventilschieber 18 des Bypassventils 14 verschiebbar gelagert ist. Die Lagerbrille 15 bildet somit ein Lagergehäuse für den Ventilschieber. Die Ventilbohrung 17 bildet eine Lauffläche für den Ventilschieber 18. Der Ventilschieber 18 kann sich innerhalb der Ventilbohrung 17 in der axialen Richtung des Ventilschiebers 18 hin und her bewegen, sodass der Ventilschieber 18 innerhalb der Ventilbohrung 17 aus seiner Schließstellung (2) in seine Öffnungsstellung (3) bewegt werden kann und umgekehrt aus seiner Öffnungsstellung (3) in seine Schließstellung (2).
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Der Ventilschieber 18 des Bypassventils 14 kann eine Verbindung zwischen dem ersten Kanalabschnitt 13.1 einerseits und den beiden anderen Kanalabschnitten 13.2, 13.3 andererseits freigeben, wenn sich der Ventilschieber 18 in seiner Öffnungsstellung befindet, wodurch sich das Bypassventil 14 in seinem geöffneten Zustand befindet (3). Wenn sich der Ventilschieber 18 jedoch in seiner Schließstellung befindet, wodurch sich das Bypassventil 14 in seinem geschlossenen Zustand befindet (2), dann trennt der Ventilschieber 18 des Bypassventils 14 eine Verbindung zwischen dem ersten Kanalabschnitt 13.1 und den anderen beiden Kanalabschnitten 13.2, 13.3, sodass kein Öl über das Bypassventil zur Kupplung 3 fließt. Der dritte Kanalabschnitt 13.3 mündet stromabwärts des Bypassventils 14 wieder in einen stromabwärts der Abzweigstelle 16 gelegenen Abschnitt des ersten Kühlölzweigs 6. Somit werden die Bypassleitung 13.1 bis 13.3 und der erste Kühlölzweig 6 zusammengeführt, sodass das in den genannten Leitungen 6, 13.1 bis 13.3 fließende Öl in Richtung der Kupplung 3 zu deren Kühlung gefördert werden kann.
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Der Ventilschieber 18 ist durch ein Rückstellelement in Form einer Feder 19 in der Schließstellung vorgespannt. Die Feder 19 erzeugt dabei eine Vorspannkraft, durch welche der Ventilschieber 18 dazu tendiert, in seiner Schließstellung zu verbleiben. Die Vorspannkraft der Feder 19 hält den Ventilschieber 18 so lange in seiner Schließstellung gemäß 2, wie der Öldruck in dem ersten Kanalabschnitt 13.1 der Bypassleitung unterhalb der Vorspannkraft der Feder liegt.
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Der Ventilschieber 18 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel hohl ausgestaltet und bildet einen Innenraum 20 sowie eine innere kreisförmige Druckfläche 21, die senkrecht zu der Verstellrichtung des Ventilschiebers 18 verläuft. Die Feder 19 erstreckt sich in den Innenraum 20 des Ventilschiebers 18 hinein und übt die Rückstellkraft in Form einer Federkraft senkrecht auf die Druckfläche 21 aus. Die Feder 19 stützt sich dabei an einer Scheibe 22 ab, die unterhalb des Ventilschiebers 18 in der Ventilbohrung 17 befestigt ist.
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Die Ölpumpe 4 fördert den Öl-Volumenstrom geregelt in die Kühlölleitung 5 (1), sodass eine Erhöhung des Öl-Volumenstroms V̇ges zu einer Erhöhung des Öldrucks in dem ersten Kanalabschnitt 13.1 der Bypassleitung führt. Dieser Öldruck drückt auf eine hydraulisch wirksame Stirnseite 23 des Ventilschiebers 18. Dadurch wird der Ventilschieber 18 in seine Öffnungsstellung gebracht, wenn der Öldruck in dem ersten Kanalabschnitt 13. 1 der Bypassleitung einen Ventilöffnungsdruck erreicht, dessen resultierende Kraft die Rückstellkraft der Feder 19 überschreitet. Der Ventilöffnungsdruck kann beispielsweise bei ca. 1 bar liegen, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel bei 0,9 bar. Das Bypassventil 14 kann somit durch den Öldruck in der Bypassleitung 13 in den geöffneten Zustand gebracht werden, wobei der Öldruck abhängig ist von dem Öl-Volumenstrom V̇ges, der durch die Ölpumpe 4 in die Kühlölleitung 5 gefördert wird.
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Wenn die Kupplung 3 keinen erhöhten Kühlungsbedarf aufweist, so kann die Ölpumpe den Öl-Volumenstrom V̇ges derart einregeln, dass der Öldruck in dem ersten Kanalabschnitt 13.1 der Bypassleitung unterhalb des Ventilöffnungsdrucks liegt und, wie durch 2 gezeigt, das Bypassventil 14 somit in dem geschlossen Zustand verbleibt. Dabei beträgt die Ölmenge V̇1, mit welcher die Kupplung 3 gekühlt wird, ca. 16% des Öl-Volumenstroms V̇ges, der von der Ölpumpe 4 in die Kühlölleitung 5 gefördert wird, was durch eine erste Gerade 24 in dem Diagramm nach 4 gezeigt ist. Über den Bypass 13.1 bis 13.3 gelangt kein Öl zur Kupplung 3, da der Ventilschieber 18 durch die Feder 19 vorgespannt in seiner Schließstellung verharrt. Die Ölmenge V̇1 + V̇3, mit welcher die Kupplung 3 gekühlt wird, wird durch Öffnen des Bypassventils 14 (3) derart gesteigert, dass sie ca. 33% des Öl-Volumenstroms V̇ges beträgt, der von der Pumpe 4 in die Kühlölleitung 5 gefördert wird, was durch eine zweite Gerade 25 in dem Diagramm nach 4 gezeigt ist.
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Der Schaltpunkt des Bypassventils 14 ist in dem Ausführungsbeispiel nach 2 und 3 mit einer geometrischen Hysterese versehen, sodass der Ventilöffnungsdruck höher liegt als ein Ventilschließdruck, was durch 4 und 5 veranschaulicht ist. Dazu ist die hydraulisch wirksame Kolbenfläche 23 des Ventilschiebers 18 bei geöffnetem Bypassventil 14 (3) größer als bei geschlossenem Bypassventil (2). 5 zeigt die jeweiligen Durchmesser der hydraulisch wirksamen Stirnseite 23, bei der es sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel um eine Kreisfläche handelt, die einen äußeren Durchmesser da aufweist.
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Wenn sich der Ventilschieber 18 in der durch 2 gezeigten Schließstellung befindet, so wirkt der in dem ersten Kanalabschnitt 13.1 der Bypassleitung vorherrschende Druck lediglich auf einen Teil der hydraulisch wirksamen Stirnseite 23 mit einem inneren Durchmesser di, was durch eine gestrichelte Linie in 5 verdeutlicht ist. Die Lagerbrille 15 verdeckt in diesem Fall eine äußere Ringfläche 29 der hydraulischen wirksamen Stirnseite 23. Der Flächeninhalt dieser äußeren Ringfläche 29 ergibt sich durch die Differenz zwischen dem äußeren Durchmesser da und dem inneren Durchmesser di. Wenn sich der Ventilschieber 18 in der durch 3 gezeigten Öffnungsstellung befindet, so wirkt der in dem ersten Kanalabschnitt 13.1 der Bypassleitung vorherrschende Druck nunmehr auf die volle Kreisfläche der hydraulisch wirksamen Stirnseite 23 mit dem äußeren Durchmesser da, weil die Lagerbrille 15 nicht länger die äußere Ringfläche 29 der hydraulischen wirksamen Stirnseite 23 verdeckt.
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Weiterhin weist der Ventilschieber 18 in axialer Richtung von der hydraulisch wirksamen Stirnseite 23 beabstandet eine ringförmige Stufe 30 auf, die parallel zu der hydraulisch wirksamen Stirnseite 23 verläuft und sich koaxial um äußeren Durchmesser da herum erstreckt. Diese ringförmige Stufe 30 weist einen äußeren Stufendurchmesser ds und einen inneren Durchmesser auf, welcher dem äußeren Durchmesser da entspricht. Der Flächeninhalt der Stufe 30 ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Stufendurchmesser ds und dem äußeren Durchmesser da. Der Flächeninhalt der Stufe 30 bildet ebenfalls eine hydraulisch wirksame Fläche, auf welche der in dem ersten Kanalabschnitt 13.1 der Bypassleitung vorherrschende Druck entgegen der Federkraft wirkt, wenn sich der Ventilschieber 18 in der Öffnungsstellung befindet.
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Dies ermöglicht ein „Antriggern“ des Bypassventils 14. Über eine kurzzeitige Erhöhung des Fördervolumenstroms V̇ges durch die Ölpumpe 4 (vgl. den steigenden Volumenstromverlauf 26 in 4) wird das Bypassventil 14 geöffnet und die Ölverteilung zugunsten der Kupplung 3 geändert. Anschließend kann der durch die Ölpumpe 4 bereitgestellte Fördervolumenstrom V̇ges wieder gesenkt werden (bis zum Ventilschließdruck), ohne dass sich die Ölverteilung erneut ändert (vgl. in 4 den auf der zweiten Geraden 25 liegenden ersten fallenden Volumenstrombereich 27). Erst ein Unterschreiten der Schaltschwelle (Ventilschließdruck) schließt das Bypassventil 14 wieder, sodass die Ölmenge V̇1, mit welcher die Kupplung 3 gekühlt wird, wieder bei ca. 16% des Öl-Volumenstroms V̇ges liegt, der von der Ölpumpe 4 in die Kühlölleitung 5 gefördert wird (vgl. in 4 den steiler fallenden zweiten Volumenstromverlauf 28, der zurück auf die erste Gerade 24 führt).
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Bezugszeichen
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- di
- Innendurchmesser
- da
- Außendurchmesser
- dS
- Stufendurchmesser
- V̇ges
- Öl-Volumenstrom
- V̇1
- erster Anteil des Öl-Volumenstroms
- V̇2
- zweiter Anteil des Öl-Volumenstroms
- V̇3
- dritter Anteil des Öl-Volumenstroms
- 1
- Getriebe
- 2
- Radsatz
- 2.1
- erster Teilgetrieberadsatz
- 2.2
- zweiter Teilgetrieberadsatz
- 3
- Kupplung
- 4
- Ölpumpe
- 5
- Kühlölleitung
- 6
- erster Kühlölzweig
- 7
- zweiter Kühlölzweig
- 8
- Blende
- 9
- Kühlventil
- 10
- Überdruckventil
- 11
- Leitung
- 12
- Konstant-Kühlstelle
- 13
- Bypassleitung
- 14
- Bypassventil
- 15
- Lagerbrille
- 16
- Abzweigstelle
- 17
- Ventilbohrung
- 18
- Ventilschieber
- 19
- Feder
- 20
- Innenraum Ventilschieber
- 21
- innere Druckfläche
- 22
- Scheibe
- 23
- hydraulisch wirksame Stirnseite
- 24
- erste Gerade
- 25
- zweite Gerade
- 26
- steigender Volumenstromverlauf
- 27
- erster fallender Volumenstrombereich
- 28
- zweiter fallender Volumenstrombereich
- 29
- Ringfläche der hydraulisch wirksamen Stirnseite
- 30
- Stufe
