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Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Getriebe für Kraftfahrzeuge, auch für Kraftfahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb, sind grundsätzlich bekannt. Das Getriebe dient einer Übersetzung einer Eingangsdrehzahl einer Eingangswelle des Getriebes in eine bedarfsabhängige Ausgangsdrehzahl einer Ausgangswelle des Getriebes. Üblicherweise weist das Getriebe Zahnradpaarungen auf, welche in einem Eingriff zueinanderstehen.
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Den Druckschriften
EP 1 016 809 A2 ,
US 3,489,034 A und
DE 10 2015 004 991 B3 kann ein schnelllaufendes Getriebe für einen Antrieb von Generatoren durch Turbinen entnommen werden, wobei in einem Getriebegehäuse mit Hilfe einer Pumpe ein Teilvakuum erzeugt wird.
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Der Druckschrift
DE 10 2011 015 733 A1 kann ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug entnommen werden, wobei in dem Getriebe ebenfalls mit Hilfe einer Pumpe ein Unterdruck bzw. ein Teilvakuum erzeugt werden kann.
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Aus der Druckschrift
EP 0 137 596 A1 ist ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei das Getriebe eine Trockensumpfschmierung aufweist, bei dem ein Getriebegehäuse mit Hilfe eines Regelventils mit einer Vakuumquelle eines Verbrennungsmotors verbunden ist, um im Getriebegehäuse einen definierten Unterdruck zu erzeugen.
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Aus der Druckschrift
EP 4 124 780 A1 ist ein Getriebe bekannt, wobei das Getriebe ein Gehäuse mit einem Getriebesatz mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle aufweist. Es ist ein Schmiermittelsystem ausgebildet, welches eine Vakuumpumpe besitzt, mit deren Hilfe ein Unterdruck erzeugbar ist. Dadurch kann ein Schmiermittelgemisch aus dem Gehäuse abgesaugt werden. Es ist dabei eine Trockensumpfschmierung herbeiführbar, wobei der Unterdruck gesteuert wird.
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Aus der Druckschrift
US 5,101,936 A geht ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug hervor, wobei das Getriebe ein Gehäuse mit einem Getriebesatz umfassend eine Eingangs- und eine Ausgangswelle aufweist. Zur Förderung eines Schmiermittelgemisches aus dem Gehäuse ist ein Schmiermittelsystem mit einer Vakuumpumpe ausgebildet, wobei mit Hilfe eines erzeugten Unterdruckes das Schmiermittelgemisch aus dem Gehäuse zur Herbeiführung einer Trockensumpfschmierung gesaugt wird. Der Unterdruck ist steuerbar.
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Der Druckschrift
DE 10 2014 008 116 A1 kann ein Getriebe für eine Baumaschine entnommen werden, mit einer Getriebeschmiereinrichtung umfassend ein Getriebegehäuse zur Aufnahme eines Getriebes, eine Schmiermittelversorgung mit einer Ausgabeeinrichtung von Schmiermittel in einen Schmierbereich des Getriebes innerhalb des Getriebegehäuses, und mit einer Absaugeinrichtung, die zur Erzeugung eines Unterdrucks innerhalb des Getriebegehäuses ausgebildet ist, und mit der ein während des Betriebs des Getriebes innerhalb des Getriebegehäuses entstehendes Schmiermittel-Luft-Gemisch wenigstens teilweise aus dem Innenraum des Getriebegehäuses absaugbar ist.
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Die Druckschrift
US 2012/0211307 A1 offenbart ein ähnliches Getriebe für eine Windturbine.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2015 211 885 A1 ist ein Getriebe für ein Fahrzeug mit einer Ölaufbereitungsvorrichtung bekannt, welche einen Getriebeölbehälter mit einer Zu- und eine Ableitung aufweist, und eine Pumpe zum Pumpen von Getriebeöl durch die Zu- und Ableitung, und mit einer Verwirbelungseinrichtung zum Erzeugen von Fluidblasen in einem Getriebeölstrom. Mit Hilfe einer Ventileinrichtung kann ein Unterdruck im Getriebeölbehälter erzeugt werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Getriebe für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Bei einem erfindungsgemäßen Getriebe für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe ein Gehäuse mit einem Getriebesatz mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle umfasst, und mit einem Schmiermittelsystem, welches ein Fördermittel zur Förderung eines Schmiermittelgemisches aus dem Gehäuse aufweist, wobei mit Hilfe des Fördermittels eine Trockensumpfschmierung herbeiführbar ist, wobei zur gesicherten Herbeiführung der Trockensumpfschmierung ein Unterdruck im Gehäuse steuerbar ist, umfasst das Schmiermittelsystem einen Schmiermittelbehälter mit einem Mittel zur Stofftrennung des Schmiermittelgemisches in Schmiermittel und Luft, wobei der Unterdruck mit Hilfe einer zur Durchströmung mit dem Schmiermittel ausgebildeten ersten Drossel und/oder einer zur Durchströmung mit der Luft ausgebildeten zweiten Drossel und/oder einer zur Durchströmung mit der Luft ausgebildeten dritten Drossel des Schmiermittelsystems steuerbar ist, wobei die zweite Drossel mit dem Gehäuse durchströmbar verbunden ist. Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass so genannte lastlose Verluste, das heißt Verluste, beispielsweise Reibungsverluste in einem Leerlauf reduziert werden können. Somit lassen sich Verluste in einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs reduzieren, damit ein effizienter Antriebsstrang realisiert werden kann. Da eine verfügbare Energie insbesondere bei einem batteriebetriebenen Kraftfahrzeug begrenzt ist, kann das erfindungsgemäße Getriebe zu einer verbesserten Reichweite des Kraftfahrzeugs führen.
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Die Reduktion der lastlosen Verluste, welche sowohl statisch als auch dynamisch vorliegen, betrifft insbesondere Dichtungs-, Plansch- und Ventilationsverluste. Vorteilhaft kann des Weiteren mit Hilfe des erfindungsgemäßen Getriebes eine Steigerung des Wirkungsgrades unter Last und in Segelphasen erzielt werden.
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Der Unterdruck kann auf einfache Weise mit Hilfe der zur Durchströmung mit dem Schmiermittel ausgebildeten ersten Drossel und/oder der zur Durchströmung mit der Luft ausgebildeten zweiten Drossel und/oder der zur Durchströmung mit der Luft ausgebildeten dritten Drossel des Schmiermittelsystems gesteuert werden.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Getriebes ist der Unterdruck im Gehäuse mit Hilfe einer im Schmiermittelsystem ausgebildeten Drossel steuerbar, so dass vorteilhaft kostengünstig auf einfache Bauteile im Getriebe zurückgegriffen werden kann.
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Vorteilhafterweise ist das Fördermittel in Form einer elektrischen Pumpe, deren Pumpleistung steuerbar ist, ausgebildet, so dass auf einfache Weise eine aus dem Gehäuse abzusaugende Schmiermittelmenge geregelt werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist das Schmiermittelsystem den Schmiermittelbehälter mit dem Mittel zur Stofftrennung des Schmiermittelgemisches in Schmiermittel und Luft auf, wobei das Mittel vorteilhaft in Form einer Zentrifuge ausgebildet ist.
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Eine weitere verbesserte Steuerung des Unterdruckes kann dadurch erzielt werden, dass die Drossel regelbar ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:
- 1 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Getriebe für ein Kraftfahrzeug,
- 2 in einer detaillierten schematischen Darstellung das erfindungsgemäße Getriebe gem. 1,
- 3 in einer perspektivischen Seitenansicht das erfindungsgemäße Getriebe mit Ableitelementen,
- 4 in einer perspektivischen Seitenansicht die Ableitelemente des Getriebes gem. 3, und
- 5 in einem Drehzahl-Leistungs-Diagramm eine Leistungskurve eines Getriebes gemäß dem Stand der Technik und eine Leistungskurve des erfindungsgemäßen Getriebes.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Getriebe 1 in einer schematischen Darstellung illustriert, wobei es sich bei dieser Darstellung um ein Grobschema handelt. Das erfindungsgemäße Getriebe 1 ist weiter in einer detaillierten schematischen Darstellung in 2 abgebildet.
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Das Getriebe 1, welches für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb vorgesehen ist, umfasst ein Gehäuse 2, in welchem ein Getriebesatz 3 mit einer Getriebeeingangswelle 4 und einer Getriebeausgangswelle 5 angeordnet ist. Dem Getriebe 1 ist ein Schmiermittelsystem 6 zur Versorgung des Getriebesatzes 3 mit einem Schmiermittelgemisch SG zugeordnet. Das Schmiermittelgemisch SG besteht aus Luft L und Schmiermittel S.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass das das Schmiermittelsystem 6, welches insbesondere in Form eines Kreislaufs ausgebildet ist, durchströmende Schmiermittel S, insbesondere aufgrund einer Umwälzung im Kreislauf, einen Eintrag von Luft L erfährt und somit grundsätzlich als Schmiermittelgemisch SG im Schmiermittelsystem 6 ausgebildet ist. Die Luft L und die damit stoffliche Veränderung des Schmiermittels S kann zu einer schnelleren, ungünstigen Dampfblasenbildung und/oder zu einer erhöhten Reibung im Getriebesatz 3 führen, aufgrund unterschiedlicher Stoffeigenschaften der Luft L und des Schmiermittels S.
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Das Schmiermittelsystem 6 weist ein Fördermittel 7 zur kreislaufartigen Förderung des Schmiermittelgemisches SG auf, wobei das Schmiermittelgemisch SG aus dem Gehäuse 2 gesaugt und in einer veränderten Form wieder dem Gehäuse 2 zugeführt wird. Das Fördermittel 7 ist vorteilhaft in Form einer elektrisch betreibbaren Pumpe ausgebildet, deren Pumpleistung steuerbar ist. Das Schmiermittelgemisch SG ist dahingehend verändert, dass es einem Schmiermittelbehälter 8 zugeführt wird, und mit Hilfe eines Mittels 9 zur Stofftrennung, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Mittel 9 in Form einer Zentrifuge ausgebildet, in die beiden Anteile Luft L und Schmiermittel S getrennt wird. Oder mit anderen Worten gesagt, es wird das Schmiermittelgemisch SG entgast. Es sei weiter erwähnt, dass der Anteil an Schmiermittel S selbstredend auch mit Hilfe des Mittels 9 nicht vollständig von der Luft L getrennt im Schmiermittelsystem 6 vorliegt. Das heißt mit anderen Worten, dass ein bestimmter, jedoch minimaler Anteil Luft L auch im Schmiermittel S vorliegt. Dies ist stromab des Mittels 9 und stromauf des Gehäuses 2 ein weitaus geringerer Teil als er es stromauf des Mittels 9 und stromab des Gehäuses 2 ist.
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Das Schmiermittel S wird mit Hilfe einer ersten Drossel 10 wieder dem Gehäuse 2 zugeführt. Die Luft L wird mit Hilfe einer zweiten Drossel 11 dem Gehäuse 2 zugeführt, wobei zwischen dem Schmiermittelbehälter 8, welcher einen Überdruck pu aufweist, und dem Gehäuse 2 ein Ausgleichsbehälter 12 des Schmiermittelsystems 6 angeordnet ist, welchem die Luft L mit Hilfe einer dritten Drossel 13 zugeführt wird. An dieser Stelle sei erwähnt, dass der Überdruck pÜ größer ist als der Unterdruck pu. Grundsätzlich ist ein Durchmesser der ersten Drossel 10 größer als ein Durchmesser der dritten Drossel 13, welcher wiederum größer ist als ein Durchmesser der zweiten Drossel 11. Dies führt zu einer stabilen Versorgung des Getriebesatzes 3 und Herbeiführung des entsprechend vorgesehenen Unterdruckes pu im Gehäuse 2.
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Aus diesem Ausgleichsbehälter 12 wird ein erster Luftanteil L1 einer Umgebung mit einem Umgebungsdruck pamb und ein zweiter Luftanteil L2 mit Hilfe der zweiten Drossel 11 dem Gehäuse 2 zur Herbeiführung des benötigten Unterdrucks pu zugeführt. Dies bedeutet, dass das erfindungsgemäße Getriebe 1 eine Trockensumpfschmierung aufweist, welche mit Hilfe des steuerbaren Unterdrucks pu herbeiführbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Unterdruck pu mit Hilfe der zweiten Drossel 11 gesteuert. Ebenso könnten auch die erste Drossel 10 und/oder die dritte Drossel 13 zur Regelung des Unterdrucks pu ausgebildet sein, oder mit anderen Worten gesagt, zur Regelung des Unterdrucks pu funktional herangezogen werden. Auch kann die dritte Drossel 13 zur Steuerung des Unterdrucks pu und des Überdruckes pu im Schmiermittelbehälter 8 ausgebildet sein.
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In 2 ist das erfindungsgemäße Getriebe 2 in der detaillierten schematischen Darstellung abgebildet. Zur bevorzugten Steuerung des Unterdrucks pu ist das Fördermittel 7 in Form der elektrischen regelbaren Pumpe ausgebildet. Weiter vorteilhaft weist diese elektrische Pumpe 7 eine erste Saugseite 14 und eine zweite Saugseite 15 auf, wobei die erste Saugseite 14 mit Hilfe einer ersten Förderleitung 18 mit einer ersten Stelle 16 des Gehäuses 2 und die zweite Saugseite 15 mit Hilfe einer zweiten Förderleitung 19 an einer zweiten Stelle 17 des Gehäuses 2 mit dem Gehäuse 2 durchströmbar verbunden ist. Die erste Stelle 16 ist von der zweiten Stelle 17 beabstandet ausgeführt, derart, dass in Abhängigkeit unterschiedlicher Ausrichtungen des Gehäuses 2 gesichert das Schmiermittelgemisch SG abgesaugt werden kann. Jede der beiden Förderleitungen 18, 19 besitzt einen Schmiermittelfilter 20. Ebenso könnte das Fördermittel 7 auch nur eine Saugseite 14; 15 besitzen.
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Stromab des Fördermittels 7 ist ein weiterer Schmiermittelfilter 21 des Schmiermittelsystems 6 in einer durchströmbaren Systemleitung 22 des Schmiermittelsystems 6 durchströmbar aufgenommen. Das Fördermittel 7 fördert geregelt das aus dem Gehäuse 2 gesaugte Schmiermittelgemisch SG in die Systemleitung 22.
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Stromab des weiteren Schmiermittelfilters 21 ist der Schmiermittelbehälter 8, aufweisend das Mittel 9 in Form der Zentrifuge im Schmiermittelsystem 6 angeordnet. Nach Trennung des Schmiermittelgemisches SG in Luft L und Schmiermittel S wird das Schmiermittel S über die Systemleitung 22, welche mit dem Schmiermittelbehälter 8 durchströmbar verbunden ist, mit Hilfe eines Wärmetauschers 23 gekühlt, bevor es dem Gehäuse 2 zugeführt wird.
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Die Luft L wird aus dem Schmiermittelbehälter 8 in den Ausgleichsbehälter 12 mit Hilfe der dritten Drossel 13 gefördert, und wie bereits vorstehend beschrieben in den ersten Luftanteil L1 und den zweiten Luftanteil L2 geteilt. Der erste Luftanteil L1 wird mit Hilfe eines zusätzlichen Schmiermittelfilters 40 gefiltert, bevor er in die Umgebung eintritt. Die Drosseln 10, 11, 13 sind jeweils als regelbare Drosseln ausgebildet. Die Drossel 10; 11; 13 könnte beispielsweise in einer einfachsten Ausführung in Form einer Schraube mit einem Loch ausgebildet sein.
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Die zweite Drossel 11 ist mit dem Gehäuse 2 durchströmbar verbunden und ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in das Gehäuse einschraubbar ausgeführt. Die zweite Drossel 11 könnte ebenso in dem Ausgleichsbehälter 12 aufgenommen sein.
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Der Getriebesatz 3 umfasst, wie insbesondere in 3 illustriert ist, im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Getriebeeingangswelle 4 mit einem ersten Getrieberad 25, welches in Wirkverbindung mit einem zweiten Getrieberad 26 steht. Das zweite Getrieberad 26 ist mit einem dritten Getrieberad 27 mit Hilfe einer gemeinsamen Welle 28 verbunden, wobei das dritte Getrieberad 27 über Zahneingriffe mit einem vierten Getrieberad 29, aufweisend die Getriebeausgangswelle 5, in Verbindung steht.
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Mit Hilfe des Schmiermittelsystems 6 werden insbesondere ein erstes Lager 30 und ein zweites Lager 31 der Getriebeeingangswelle 4, ein drittes Lager 32 und ein viertes Lager 33 der Getriebeausgangswelle 5 sowie ein fünftes Lager 34 der Welle 28 mit Schmiermittel S versorgt. Zur Schmiermittelversorgung der Lager 30, 31, 32, 33, 34 sind eine Mehrzahl von Zusatzleitungen 41 des Schmiermittelsystems 6 von der Systemleitung 22 abzweigend ausgebildet. Den Lagern 30, 32, 33, 34 sind des Weiteren jeweils Einzeldrosseln 42 zugeordnet.
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Das Schmiermittel S weist aufgrund der Trennung im Mittel 9 einen reduzierten Anteil der Luft L des Schmiermittelgemisches SG auf, wodurch ein reibungsreduzierter Getriebesatz 3 realisiert ist. Zusätzlich ist eine Sprüheinrichtung 35 des Schmiermittelsystems 6 im Gehäuse 3 ausgebildet, welche zur Besprühung einer ersten Getriebestufe 36 des Getriebesatzes 3, umfassend das erste Getrieberad 25 und das zweite Getrieberad 26, sowie zur Besprühung einer zweiten Getriebestufe 37 des Getriebesatzes 3, umfassend das dritte Getrieberad 27 und das vierte Getrieberad 29, ausgebildet ist. Die Sprüheinrichtung 35 weist zur Besprühung der ersten Getriebestufe 36 ein erstes Sprühelement 38 und zur Besprühung der zweiten Getriebestufe 37 ein zweites Sprühelement 39 auf. Die Schmiermittelversorgung der Sprühelemente 38, 39 erfolgt mit Hilfe der Mehrzahl von Zusatzleitungen 41.
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In 3 ist das erfindungsgemäße Getriebe 2 in einem weiteren Ausführungsbeispiel illustriert. Zur verbesserten Reduzierung der Reibung im Getriebesatz 3 sind Ableitelemente 24 ausgebildet, welche die einzelnen Getrieberäder 25, 26, 27, 29 zumindest teilweise umfassend und bedeckend ausgebildet sind. Zur verbesserten Anschaulichkeit sind die Ableitelemente 24 getrennt vom Getriebesatz 3 in 4 illustriert. Mögliche Schmiermittelspritzer, welche im Betrieb des Getriebes 2 aufgrund von beispielsweise Zentrifugalkräften ungerichtet in das Gehäuse 2 geschleudert werden, werden mit Hilfe der Ableitelemente 24 gezielt aufgefangen.
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Ein oder mehrere nicht näher abgebildete Dichtringe des Getriebes 1 sind unter Anpassung an den im Gehäuse 2 anliegenden Unterdruck pu ausgebildet.
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In 5 sind in einem Drehzahl-Leistungs-Diagramm eine erste Leistungskurve P1 eines Getriebes 1 gemäß dem Stand der Technik und eine zweite Leistungskurve P2 des erfindungsgemäßen Getriebes 1 gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel abgebildet. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Getriebes 1 ist eine deutliche Reduzierung eines Energiebedarfs zum Betreiben des Getriebes 1 realisiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Getriebesatz
- 4
- Getriebeeingangswelle
- 5
- Getriebeausgangswelle
- 6
- Schmiermittelsystem
- 7
- Fördermittel
- 8
- Schmiermittelbehälter
- 9
- Mittel zur Stofftrennung
- 10
- Erste Drossel
- 11
- Zweite Drossel
- 12
- Ausgleichsbehälter
- 13
- Dritte Drossel
- 14
- Erste Saugseite
- 15
- Zweite Saugseite
- 16
- Erste Stelle
- 17
- Zweite Stelle
- 18
- Erste Förderleitung
- 19
- Zweite Förderleitung
- 20
- Schmiermittelfilter
- 21
- Weiterer Schmiermittelfilter
- 22
- Systemleitung
- 23
- Wärmetauscher
- 24
- Ableitelement
- 25
- Erstes Getrieberad
- 26
- Zweites Getrieberad
- 27
- Drittes Getrieberad
- 28
- Welle
- 29
- Viertes Getrieberad
- 30
- Erstes Lager
- 31
- Zweites Lager
- 32
- Drittes Lager
- 33
- Viertes Lager
- 34
- Fünftes Lager
- 35
- Sprüheinrichtung
- 36
- Erste Getriebestufe
- 37
- Zweite Getriebestufe
- 38
- Erstes Sprühelement
- 39
- Zweites Sprühelement
- 40
- Zusätzlicher Schmiermittelfilter
- 41
- Mehrzahl von Zusatzleitungen
- 42
- Einzeldrossel
- L
- Luft
- L1
- Erster Luftanteil
- L2
- Zweiter Luftanteil
- P1
- Erste Leistungskurve
- P2
- Zweite Leistungskurve
- S
- Schmiermittel
- SG
- Schmiermittelgemisch
- pamb
- Umgebungsdruck
- pÜ
- Überdruck
- pU
- Unterdruck
