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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Motor, eine an eine Abtriebswelle des Motors gekoppelten, die Räder des Kraftfahrzeugs antreibenden Getriebe und einer Ölpumpe. Ein solcher Antriebsstrang ist aus
DE 10 2012 000 055 A1 bekannt.
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Das von der Ölpumpe umgewälzte Öl dient zum Schmieren von Komponenten des Antriebsstrangs. Der Ölbedarf dieser Komponenten ist nicht immer proportional zur Drehzahl der Abtriebswelle und kann daher von einer mechanisch mit festem Übersetzungsverhältnis an die Abtriebswelle gekoppelten Ölpumpe nicht immer ideal gedeckt werden. Um den Ölbedarf zu decken, verfügt der herkömmliche Antriebsstrang neben einer vom Ausgangs-Drehmoment des Motors angetriebenen mechanischen Ölpumpe über eine elektrische Ölpumpe, deren Drehzahl durch eine Druckregulierungsvorrichtung gesetzt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug anzugeben, in welchem ein zur Drehzahl der Antriebswelle nicht exakt proportionaler Ölbedarf auf einfache und kostengünstige Weise gedeckt werden kann.
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Diese Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zur Folge gelöst, indem bei einem Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Motor und einem an eine Abtriebswelle des Motors gekoppelten, Räder des Kraftfahrzeugs antreibenden Getriebe eine Ölpumpe von der Abtriebswelle über ein stufenloses Getriebe angetrieben ist. Indem das Übersetzungsverhältnis im stufenlosen Getriebe geeignet variiert wird, kann auch ein zur Drehzahl der Abtriebswelle nicht proportionaler Ölbedarf des Antriebsstrangs gedeckt werden. Eine zweite, elektrische Ölpumpe ist dann überflüssig.
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In erster Linie wird die Ölpumpe Schmierstellen des die Räder antreibenden Getriebes mit Öl versorgen; ein Einsatz für die Schmierölversorgung des Motors oder beliebiger anderer Schmierstellen des Antriebsstrangs kommt jedoch ebenfalls in Betracht.
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Das stufenlose Getriebe, welches die Ölpumpe antreibt, und das Getriebe, das die Räder des Kraftfahrzeuges antreibt, werden im Allgemeinen nicht identisch sein, um eine Ölversorgung auch unabhängig von der Reisegeschwindigkeit des Fahrzeuges und insbesondere bei Stillstand des Fahrzeugs bei laufendem Motor zu ermöglichen. Das die Räder antreibende Getriebe ist in der Praxis vorzugsweise ein Stufengetriebe.
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Das stufenlose Getriebe kann zwei Riemenscheiben und einen um die Riemenscheiben umlaufenden Riemen umfassen, wobei zum Variieren des Übersetzungsverhältnisses der effektive Durchmesser wenigsten einer der Riemenscheiben verstellbar ist.
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Zur Verstellung des effektiven Durchmessers kann die verstellbare Riemenscheibe zwei zueinander abstandsverstellbare Kegelscheiben umfassen.
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Das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes kann anhand des Ausgangsdrucks der Pumpe geregelt sein.
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Ein hoher Öldurchsatz an den Schmierstellen wird im Allgemeinen zu einer Absenkung des Ausgangsdrucks der Pumpe führen. Daher ist im Allgemeinen das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes umso niedriger, je niedriger der Ausgangsdruck der Pumpe ist, um so durch eine erhöhte Fordermenge der Pumpe den hohen Bedarf zu decken.
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Der Ölbedarf des Lagers einer rotierenden Welle ist im Allgemeinen nicht exakt proportional zur Drehzahl der Welle, sondern setzt sich näherungsweise zusammen aus einem drehzahlunabhängigen und einem drehzahlproportionalen Anteil. Dem kann Rechnung getragen werden, indem das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes anhand der Drehzahl der Abtriebswelle oder anhand seiner eigenen Ausgangsdrehzahl geregelt ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs;
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2 ein vergrößertes Detail des Antriebsstrangs gemäß einer ersten Ausgestaltung; und
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3 ein vergrößertes Detail gemäß einer zweiten Ausgestaltung.
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In 1 ist ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit 1 und ein Stufengetriebe mit 2 bezeichnet. Eine Abtriebswelle 3 des Verbrennungsmotors 1 ist an einen Eingang des Stufengetriebes 2 über einen hydrodynamischen Wandler 4 gekoppelt. Auf der dem Stufengetriebe 2 zugewandten Seite der Abtriebswelle 3 befindet sich eine Riemenscheibe 5, die über einen Riemen 6 mit trapezförmigen Querschnitt und eine zweite Riemenscheibe 7 eine Ölpumpe 8 antreibt. Die Ölpumpe ist von an sich bekannter Bauart, z. B. eine Zahnrad-, Sichel- oder Rotorpumpe.
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Die Riemenscheiben 5, 7 umfassen jeweils, wie in den 2 bis 4 genauer zu erkennen, zwei axial gegeneinander bewegbare Schalen 9', 9'', deren kegelstumpfförmige Seitenwände 10 von dem Riemen 6 umschlungen sind.
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Wenn der Abstand zwischen den Schalten 9', 9'' einer Riemenscheibe, z. B. der Riemenscheibe 5, verringert wird, dann zwingt dies den Riemen 6 dazu, radial nach außen auszuweichen, d. h. der effektive Durchmesser der Riemenscheibe 5 vergrößert sich. Gleichzeitig treibt die Spannung des Riemens 6 die Schalen 9', 9'' der jeweils anderen Riemenscheibe 7 auseinander, so dass sich deren effektiver Durchmesser verringert. So ist durch Verstellen des Abstandes der Schalen 9', 9'' das Übersetzungsverhältnis des von den Riemenscheiben 5, 7 und dem Riemen 6 gebildeten Getriebes stufenlos variierbar. Durch geeignete Steuerung des Abstandes der Schalen 9', 9'' ist es daher möglich, die Fördermenge der Ölpumpe 8 abweichend von der direkten Proportionalität zur Drehzahl der Abtriebswelle 3 zu steuern. Insbesondere kann durch Einstellen eines großen Abstandes zwischen den Schalen 9, 9'' der Riemenscheibe 5 und eines kleinen Abstandes an der Riemenscheibe 7 ein hohes Übersetzungsverhältnis eingestellt werden, das für einen ausreichenden Öldurchsatz der Pumpe 8 auch bei niedriger Drehzahl der Abtriebswelle 3 sorgt. Umgekehrt kann bei hoher Drehzahl der Abtriebswelle 3 durch Einstellen eines niedrigen Übersetzungsverhältnisses die Fördermenge der Pumpe 8 reduziert und ein Ölstau in ihrem Auslassanschluss vermieden werden.
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2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Die Ölpumpe 8 hat einen Ansaugstutzen 11, der in eine Ölwanne 12 am Boden eines Gehäuses des Stufengetriebes 2 eintaucht, um Öl anzusaugen. Der Auslassanschluss 13 der Ölpumpe 8 ist einerseits über eine Rohrleitung 14 mit den diversen nicht dargestellten Schmierstellen des Stufengetriebes 2, andererseits über eine Rohrleitung 21 mit einem hydraulischen Stellzylinder 15 verbunden. Eine der beiden Schalen der Riemenscheibe 7, hier mit 9' bezeichnet, ist an einer die Pumpe 8 antreibenden Welle 16 axial unbeweglich montiert. Die andere Schale, mit 9'' bezeichnet, ist axial beweglich und durch eine Feder 17 gegen den Stellzylinder 15 beaufschlagt.
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Während die Feder 17 die Schalen 9', 9'' der Riemenscheibe 7 auseinandertreibt, ist an der Riemenscheibe 5 eine hier nicht dargestellte Feder vorgesehen, die deren Schalen gegeneinander drückt und so gewährleistet, dass der Riemen 6 stets straff gespannt ist.
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Mit zunehmendem Öldruck am Auslassanschluss 13 wächst die Kraft, die der Stellzylinder 15 auf die Schale 9'' ausübt. Durch diesen Druck bewegen sich die Schalen 9', 9'' der Riemenscheibe 7 aufeinander zu, so dass sich der effektive Durchmesser, mit dem der Riemen 6 die Riemenscheibe 7 umschlingt, vergrößert. Gleichzeitig treibt die dadurch zunehmende Spannung des Riemens 6 die Schalen der Riemenscheiben 5 auseinander. Dadurch nimmt das Übersetzungsverhältnis ab, und die geförderte Ölmenge und der Druck am Auslassanschluss 13 sinken.
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3 zeigt einen schematischen Schnitt entlang der Welle 16 in einer abgewandelten Ausgestaltung. Hier sind Schwungmassen 18 an die Welle 16 über Kniehebel 19 angelenkt und rotieren mit der Welle 16. Die Kniehebel 19 übertragen die dabei auftretende Fliehkraft auf die Schale 9'' und drücken sie entgegen der Kraft einer Feder 20, hier eine Tellerfeder, gegen die Schale 9''. Auch hier ist der Druck gegen die Schale 9' um so höher, je schneller die Welle 16 rotiert, so dass mit zunehmender Geschwindigkeit der Abtriebswelle 3 das Übersetzungsverhältnis des Getriebes abnimmt.
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Selbstverständlich könnte bei der Ausgestaltung der 2 in der der Stellzylinder 15 mit dem Auslassanschluss 13 verbinden Rohrleitung 21 noch ein Ventil zum willkürlichen Steuern des Drucks am Stellzylinder 15 vorgesehen sein, oder der Stellzylinder 15 könnte durch ein elektrisch angetriebenes, an Hand von beliebigen für die Qualität der Schmierung relevanten Parametern, wie etwa Drehzahl der Welle 3 oder 16, Öldruck, aber auch der Öltemperatur gesteuertes Stellglied ersetzt werden.
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Um den Riemen 6 leichter auswechseln zu können, könnte die Riemenscheibe 5 anstatt unmittelbar an der Abtriebswelle 3 auch an einer Vorgelegewelle, vorzugsweise einseitig fliegend, montiert und von der Abtriebswelle z. B. über ein Zahnradpaar angetrieben sein. An einer solchen Vorgelegewelle könnten auch ein hydraulisches Stellglied oder Schwungmassen montiert sein, die – in Gegensatz zu den Ausgestaltungen der 2 und 3 – die Schalen 9', 9'' der Riemenscheibe 5 unter hohem Druck bzw. bei hoher Drehzahl auseinander ziehen.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motor
- 2
- Stufengetriebe
- 3
- Abtriebswelle
- 4
- Hydrodynamischer Wandler
- 5
- Riemenscheibe
- 6
- Riemen
- 7
- Riemenscheibe
- 8
- Ölpumpe
- 9', 9''
- Schale
- 10
- Seitenwand
- 11
- Ansaugstutzen
- 12
- Ölwanne
- 13
- Auslassanschluss
- 14
- Rohrleitung
- 15
- Stellzylinder
- 16
- Welle
- 17
- Feder
- 18
- Schwungmasse
- 19
- Kniehebel
- 20
- Feder
- 21
- Rohrleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012000055 A1 [0001]
