Vorrichtung und Verfahren zur Schmierung und Kühlung von Zahnradgetrieben
B es c h re i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmierung und Kühlung von Zahnradgetrieben, mit einer Zuführungsleitung zur Zuführung von Schmier- und Kühlöl aus einem Öl- sumpf in einen mit der Zuführungsleitung verbundenen ersten in einem Spritzrohr angeordneten Kanal, der mit mindestens einer ersten Düse zum gezielten Spritzen des Schmier- und Kühlöis in dem ersten Kanal zugeordnete schmierungsintensive Bereiche des Getriebes verbunden ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Schmierung und Kühlung von Zahnradgetrieben, bei dem über eine Pumpe aus einem Ölsumpf Schmier- und Kühlöl entnommen, über eine Zuführungsleitung einem ersten Kanal eines Spritzrohres zugeführt und über mindestens eine erste mit dem ersten Kanal verbundene Düse gezielt in dem ersten Kanal zugeordnete schmierungsintensive Bereiche des Getriebes gespritzt wird.
Immer wenn ein eingelegter Gang eines Kraftfahrzeuggetriebes unter Last betrieben wird, benötigt er Öl. Je höher die Last, desto mehr Öl wird benötigt. Aufgrund mit zunehmender Drehzahl steigender Fliehkräfte wird zudem immer mehr Öl abgeschleudert, so dass es im Zahneingriff einer Zahnradpaarung zweier über die Zahnräder miteinander verbundenen Wellen zu einer Mangelversorgung von Schmier- bzw. Kühlöl kommen kann. Eine Schmierung durch eintauchen mindestens eines Zahnrades einer miteinander in Angriff stehenden Zahnradpaarung in einen Ölsumpf ist dann nicht mehr ausreichend.
Aus der DE 31 20 394 C2 ist eine Vorrichtung für Schmierung und Kühlung von Zahnradgetrieben bekannt, bei der mit einer Pumpe über eine Zuführungsleitung aus einem Ölsumpf Öl abgepumpt und einem Kanal eines Spritzrohres zugeführt wird. Das Spritzrohr weist verschiedene Düsen auf, über die das Öl in die Zahneingriffe von Zahnradpaarun- gen gespritzt wird.
Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist, dass in kritischen Fahrsituationen, bei denen nicht ausreichend Öl zum Bespritzen aller Zahnradpaarungen zur Verfügung steht, auch kritische Zahnradpaarungen nur unzureichend geschmiert und gekühlt werden.
Weiterhin ist aus der CH 38 19 30 eine Schmiervorrichtung für Zahnradgetriebe bekannt, die an einem Spritzrohr Spritzdüsen aufweist, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass das Schmieröl in einem geschlossenen, fächerförmigen Film senkrecht auf die Zahnflanken der Zahnradpaarungen auftrifft. Auch diese Vorrichtung weist die oben be- schriebenen Nachteile auf.
Weiterhin ist aus der DE 199 12 328 A1 eine Vorrichtung zur Ölführung in einem Getriebe eines Kraftfahrzeuges, bei welchem Zahnradpaarungen in Eingriff stehen und in Abhängigkeit von einem gewählten Gang lastfrei umlaufen oder in Lasteingriff stehen. Ein Spritzrohr mit einem Kanal weist Öffnungen auf, über die Öl auf die Zahnradpaarungen gespritzt werden kann. Eine Verschlusseinrichtung in Form einer Schiebehülse gibt jeweils eine einer Zahnradbohrung zugeordnete Öffnung zum Bespritzen frei. Die Verschlusseinrichtung ist dabei in Abhängigkeit von dem eingelegten Gang steuerbar, so dass wenigstens die Öffnung geöffnet ist, deren ihr zugeordnete Zahnradpaarung in Lasteingriff steht. Die Verschlusseinrichtung ist dabei als eine Schiebehülse ausgebildet, die wahlweise bestimmt mit dem Ölkanal bzw. der Ölleitung in Verbindung stehende Düsenöffnungen abdeckt oder freigibt.
Das gezielte Anspritzen unterschiedlicher schmierungsintensiver Bereiche des Getriebes mit unterschiedlichen Abhängigkeiten ist bei dieser Vorrichtung nur sehr schwer mit hohem Aufwand zu verwirklichen. Eine unterschiedliche Schmierung, beispielsweise je nach zur Verfügung stehender Ölmenge, ist auch aus dieser Druckschrift nicht nahe gelegt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannten Vorrichtungen so zu verbessern, dass ein gezieltes Einspritzen von Schmier- und Kühlöl in unterschiedliche schmierungsintensive Bereiche des Getriebes mit unterschiedlichen Abhängigkeiten gespritzt werden kann. Dies soll zudem relativ einfach und kostengünstig ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Zuführungsleitung mit mindestens einem zweiten Kanal und mindestens einer mit dem zweiten Kanal in Verbindung stehenden zweiten Düse zum gezielten Spritzen in dem zweiten Kanal zugeordnete schmierungsintensive Bereiche verbunden ist, und dass ein Steuerventil vorgesehen ist, über das die Kanäle schaltbar sind.
Dadurch, dass zusätzlich zu dem im Spritzrohr angeordneten ersten Kanal ein zweiter Kanal mit ebenfalls mindestens einer Düse vorhanden ist, können die Düsen des ersten Kanals und die Düsen des zweiten Kanals über das vorgesehene Steuerventil relativ ein- fach und kostengünstig nach entsprechenden Abhängigkeiten geschaltet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat zudem den Vorzug, eines geringen kompakten Bauraumbedarfs
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die den Kanälen zuge- ordneten schmierungsintensiven Bereiche mindestens teilweise unterschiedliche Priorität auf. Dabei werden Düsen zum Spritzen in Bereiche von vorrangiger erster Priorität dem ersten Kanal und Düsen zum Spritzen in Bereiche von nachrangiger zweiter Priorität dem zweiten Kanal zugeordnet. Das Steuerventil ist dabei in Abhängigkeit vom Speisevolumenstrom der Zuführungsleitung bzw. in Abhängigkeit von dem auf das Steuerventil wir- kenden Staudruck schaltbar.
Dadurch, dass Düsen unterschiedlicher Priorität von unterschiedlichen Kanälen versorgt werden, können diese Düsen unabhängig von einander geschaltet werden. Durch die Schaltung des Steuerventils in Abhängigkeit vom Speisevolumen bzw. vom Staudruck ist es möglich, bei einer Mangelversorgung von Öl in kritischen Fahrsituationen die Düsen nachgeordneter zweiter Priorität zu verschließen. Kritische Gänge können damit schon früher über den ersten Kanal mit mehr Öl versorgt werden. Damit kann sowohl auf eine Mangelversorgung in Folge zunehmender Drehzahlen, als auch auf extrem niedrige Drehzahlen mit nur geringem Drucküberschuss, z.B. bei Volllastschlägen aus niedrigen Gängen, reagiert werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, das bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzdruckes einen Bypass zum Ablassen von überschüssigem Schmier- und Kühlöl in den Ölsumpf öffnet. Soweit das
Steuerventil zusätzlich als Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist, kann auf ein zusätzliches Ventil verzichtet werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Düsen steck- bar mit dem Spritzrohr verbunden. Dadurch ist es leicht möglich, die Vorrichtungen durch Einsetzen unterschiedlicher Düsen, beispielsweise Rohrdüsen, rund oder kegelförmig abstrahlende Runddüsen oder durch fächerförmig abstrahlende Fächerdüsen, an unterschiedliche Getriebe anzupassen. Durch die Ausbildung der Düsen als längliche und geformte Düsen ist es relativ einfach möglich, dass Schmier- und Kühlöl auch an schwer zugängliche schmierungsintensive Bereiche des Getriebes heranzuführen. Dagegen sind die relativ kurzen Fächerdüsen beispielsweise gut geeignet, um Schiebemuffen zu schmieren.
Besonders geeignet und vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrich- tung in einem Doppelkupplungsgetriebe. In einem Doppelkupplungsgetriebe kann insbesondere die relativ hoch und weit weg vom Ölsumpf liegende Triebwelle mit ihren schmierungsintensiven Bereichen problemlos geschmiert und gekühlt werden.
Die bekannten Verfahren weisen die oben genannten Nachteile auf.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannten Verfahren so zu verbessern, dass relativ kostengünstig und einfach unterschiedliche schmierungsintensive Bereiche des Getriebes unabhängig von einander und abhängig von bestimmten Randbedingungen mit Schmier- und Kühlöl versorgt werden können.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 13 dadurch gelöst, dass über die Zuführungsleitung mindestens einem zweiten Kanal Schmier- und Kühlöl zugeführt und über mindestens eine zweite Düse gezielt in dem zweiten Kanal zugeordnete schmierungsintensive Bereiche gespritzt wird, und das die Kanäle über ein Steuerventil geschaltet werden.
Dadurch, dass Öl über zwei Kanäle zugeführt wird, deren Düsen unterschiedlichen schmierungsintensiven Bereichen zugeordnet sind, können die unterschiedlichen Bereiche in Abhängigkeit von bestimmten Parametern über das Steuerventil geschaltet wer- den. Damit wird eine unterschiedliche, beispielsweise zweistufige Schmierung ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird über den ersten Kanal in Verbindung mit den diesem zugeordneten Düsen Schmier- und Kühlöl in schmierungsintensive Bereiche vorrangiger erster Priorität und über den zweiten Kanal in Verbindung mit den diesem zugeordneten Düsen Schmier- und Kühlöl in schmierungsintensive Berei- ehe nachrangiger zweiter Priorität gespritzt. Die Bereiche erster Priorität sind dabei Zahneingriffen von Zahnradpaarungen kritischer Gänge zugeordnet, wobei das Steuerventil in kritischen Fahrsituationen in Abhängigkeit von dem Volumenstrom und / oder vom Staudruck in Zuleitungs- oder Spritzrohr nur den ersten Kanal freigibt.
Bei Fahrsituationen in denen der Ölvolumenstrom bzw. der Staudruck absinkt und die Ölmenge nicht ausreicht alle Verzahnungen optimal mit Öl zu versorgen, wird durch den absinkenden Staudruck der zweite Kanal geschlossen, so dass nur die schmierungsintensiven Bereiche erste Priorität, d.h. Zahnradpaarungen mit kritischen Gängen über den ersten Kanal mit Öl versorgt werden. Die restlichen Gänge werden nicht oder nur kaum beölt. Erhöht sich der Speisevolumenstrom und steigt der Staudruck an, wird der zweite Kanal zusätzlich zu dem ersten Kanal wieder freigegeben.
Bei Überschreiten eines vorgegebenen Staudruckes wird zusätzlich ein Bypass geöffnet, so dass überschüssiges Öl in den Ölsumpf abgelassen wird. Unter Öl bzw. Schmier- und Kühlöl werden alle geeigneten und dem Fachmann zur Schmierung und Kühlung von Getrieben bekannten Fluida verstanden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens dienen.
In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 : Eine räumliche Vorderansicht einer Vorrichtung zur Schmierung und Kühlung eines Doppelkupplungsgetriebes mit gestrichelt angedeuteten Zahnradpaaren und
Figur 2: eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Schmierung und Kühlung eines Doppelkupplungsgetriebes aus Richtung II (s. Fig. 1).
Eine Vorrichtung 1 zur Schmierung und Kühlung eines Getriebes besteht im Wesentlichen aus einer Zuführungsleitung 2, einem Spritzrohr 3 mit einem ersten Kanal 4, einem zweiten Kanal 5 und Düsen 6.
Die Zuführungsleitung 2 ist als ein Rohr mit angeformten Halte- bzw. Befestigungselementen 7 ausgebildet. An ihrem ersten Ende 8 weist die Zuführungsleitung 2 einen Zulauf 9 auf, an den eine nicht dargestellte Pumpleitung mit einer Pumpe zur Förderung des Schmier- und Kühlöls 17 aus einem Ölsumpf des Getriebes anschließbar ist. Der Zulauf 9 weist zur Abdichtung gegenüber einer entsprechenden nicht dargestellten Anschluss- buchse einer Gehäusewandung des Getriebes einen Dichtung 10 auf. An ihrem dem ersten Ende 8 abgewandten zweiten Ende 11 ist die Zuführungsleitung 2 zum einen mit einem ersten Ende 12 des Spritzrohres 3 und zum anderen mit einem ersten Ventilrohrende 13 eines Ventilrohres 14 verbunden. In dem Ventilrohr 14 ist ein federbelastetes Steuerventil 15 so angeordnet, dass es in einer ersten Ventilstellung den ersten Kanal 4 frei- gibt und den zweiten Kanal 5 verschließt. In einer zweiten Ventilstellung wird zusätzlich zu dem ersten Kanal 4 der zweite Kanal 5 geöffnet. In einer dritten Ventilstellung wird schließlich zusätzlich zu dem ersten und zweiten Kanal 4, 5 ein Bypass 16 geöffnet, über den überschüssiges Schmier- und Kühlöl 17 in den Ölsumpf des Getriebes abgelassen wird. Dadurch wirkt das Steuerventil 15 gleichzeitig als Druckbegrenzungsventil. Das Steuerventil 15 wird durch den auf ihn wirkenden Staudruck des in der Zuführungsleitung 2 fließenden Schmier- und Kühlöls 17 geschaltet.
Im Ausführungsbeispiel sind die als Rohrdüsen 18, 19 ausgebildeten Düsen 6 mit dem ersten Kanal 4 verbunden und spritzen Schmier- und Kühlöl 17 in schmierungsintensive Bereiche vorrangiger erster Priorität 20. Die Rohrdüsen 18, 19 sind auf den Zahneingriffsbereich von Zahnradpaarungen kritischer Gänge erster Priorität gerichtet. Die Rohrdüsen 21 , 22, die als Fächerdüse 23 und die als Runddüse 24 ausgebildeten Düsen 6 sind mit dem zweiten Kanal 5 verbunden und spritzen Schmier- und Kühlöl 17 in schmierungsintensive Bereiche nachrangiger zweiter Priorität 25. Die Rohrdüsen 21 , 22 sind auf den Zahneingriffsbereich von Zahnradpaarungen von Gängen zweiter Priorität gerichtet. Die Fächerdüse 23 und die Runddüse 24 sind auf schmierungsintensive Bereiche zweiter Priorität, wie bspw. auf nicht dargestellte Schiebemuffen, gerichtet.
Zur Versorgung der schmierungsintensiven Bereiche der Zahnräder bzw. deren Zahnein- griffe mit Schmier- und Kühlöl 17, wird das vorhandene Drucköl über den Zulauf 9 in die
Zuführungsleitung 2 und weiter in das Spritzrohr 3 geführt, wo es an den Düsen 6 wieder austritt und in die schmierungsintensiven Bereiche 20, 25 gespritzt wird. Da der Ölvolu- menstrom durch andere Funktionen des Getriebes beeinflusst wird, variiert dieser stark. Somit treten Fahrsituationen auf, in der die Ölmenge nicht ausreicht, alle schmierungsin- tensiven Bereiche 20, 25 optimal mit Schmier- und Kühlöl 17 zu versorgen. Betroffen hiervon sind einige kritische Gänge bzw. schmierungsintensive Bereiche erster Priorität 20 in gewissen Fahrsituationen. Diese schmierungsintensiven Bereiche erster Priorität 20 werden über den ersten Kanal 4 gespeist. Die restlichen Gänge bzw. schmierungsintensiven Bereiche zweiter Priorität 25 werden über den zweiten Kanal 5 versorgt. Über das Steuerventil 15 wird bei niedrigen Volumenströmen nur der erste Kanal 4 freigeschaltet, der das wenige Schmier- und Kühlöl 17 gezielt in die schmierungsintensiven Bereiche erster Priorität 20 spritzt. Die restlichen Gänge bzw. schmierungsintensiven Bereiche zweiter Priorität 25 werden nicht oder kaum beölt. Erhöht sich der Speisevolumenstrom, steigt der Staudruck in der Zuführungsleitung und das Steuerventil 15 öffnet den zweiten Kanal 5, über den die schmierungsintensiven Bereiche zweiter Priorität 25 versorgt werden. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Staudruckes öffnet das Steuerventil 15 den Bypass 16 über den das überschüssige Schmier- und Kühlöl 17 in den Ölsumpf abgelassen wird.