DE10034561B4

DE10034561B4 - Vorrichtung zum Steuern der Menge an Zahnradschmiermittel in Abhängigkeit von der Drehzahl

Info

Publication number: DE10034561B4
Application number: DE10034561.1A
Authority: DE
Inventors: Dennis A. Kramer; Dale Bell; Ronald N. Brissette; Christopher S. Keeney; Brian J. Mueller; Jack R. McKenzie
Original assignee: Meritor Heavy Vehicle Systems LLC
Current assignee: Meritor Heavy Vehicle Systems LLC
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2020-07-18
Also published as: US6299561B1; JP2001056047A; DE10034561A1

Abstract

Vorrichtung zum Steuern der Menge an Getriebeschmiermittel (90) in einem Getriebegehäuse eines Fahrzeugs, welche folgendes umfasst: ein Gehäuse (86) mit einem Schmiermittel (90) enthaltenden abgedichteten inneren Abschnitt und einem in dem Gehäuse (86) drehbar gelagerten Zahnrad (78), das sich durch das Schmiermittel (90) dreht; wobei das Gehäuse (86) eine an einem unteren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts befestigte erste Wand (92) aufweist, die einen ersten und zweiten Raum begrenzt, wobei sich das Zahnrad (78) in dem ersten Raum dreht und das Schmiermittel (90) über die erste Wand (92) in den zweiten Raum verdrängt, wenn sich das Zahnrad (78) mit hoher Drehzahl dreht, wobei die erste Wand (92) eine Öffnung (94) von vorbestimmter Größe aufweist, damit das Schmiermittel (90) in einer Menge, die größer ist als die Verdrängungsmenge bei niedrigen Drehzahlen und kleiner ist als die Verdrängungsmenge bei hohen Drehzahlen, in den ersten Raum zurückfließen kann; und die Vorrichtung ferner ein erstes Absperrventil (98), das an der ersten Wand (92) befestigt ist, und ein Steuergerät umfasst, welches in Abhängigkeit von der Drehzahl des Zahnrads (78) und der Temperatur des Schmiermittels (90) das erste Absperrventil (98) auf und zu steuert, um den Strom von Schmiermittel (90) von dem zweiten Raum zurück in den ersten Raum zu steuern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Steuern der Menge an Getriebeschmiermittel in einem Getriebegehäuse in Abhängigkeit von der Drehzahl des Zahnrades.
Antriebsachsen und Getriebe haben normalerweise mehrere Zahnradsätze, die aus einem Ölsumpf oder -behälter einer Tauchschmierung unterzogen werden. Wenn sich die Zahnräder in dem Öl drehen, werden die Zahnräder und Lager mit dem umlaufenden Öl überzogen. Bei hohen Drehzahlen pumpen die Zahnräder im wesentlichen das Öl, so daß eine Kraft entsteht, die Energie- oder Scherverlusten in dem Fluid entspricht. Energieverluste führen zu einem höheren Kraftstoffverbrauch für das Fahrzeug. Durch ein Absenken der Fluidmenge in dem Getriebegehäuse würden Verluste minimiert werden. Eine geringere Menge wäre jedoch bei niedrigeren Drehzahlen nicht ausreichend für eine entsprechende Schmierung und Kühlung der Bauteile.
Es wurden Vorrichtungen zum Schmieren eines Kraftantriebsstrangsystems und zum Einstellen der Drehzahl vorgeschlagen. Eine solche Vorrichtung arbeitet mit einer durch das Antriebsstrangsystem angetriebenen aktiven mechanischen Pumpe, die einen Ölspeicher zum Speichern von Öl aufweist. Mit zunehmender Drehzahl des Antriebsstrangs wird das am Boden des Antriebsstranggehäuses liegende Öl in den Ölspeicher geschleudert, wodurch die Ölmenge in dem Gehäuse abnimmt. Wenn die Drehzahl des Antriebsstrangs abnimmt, pumpt die mechanische Pumpe das Öl aus dem Ölspeicher in das Gehäuse, um eine ausreichende Schmierung des Kraftantriebsstrangs sicherzustellen. Bei dieser Vorrichtung handelt es sich jedoch um eine aktive mechanische Vorrichtung, die bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs zu erhöhten Kosten und einer mangelnden Zuverlässigkeit führt.
Aus der gattungsgemäßen US 5 505 112 ist eine Vorrichtung zum Schmieren eines Getriebes bekannt, bei der ein Zahnrad in einem ersten Raum drehbar angeordnet ist und in ein im ersten Raum befindliches Schmiermittel eintaucht, wobei beim Betrieb des Getriebes eine erste Menge Schmiermittel aus dem ersten Raum in einen zweiten Raum verdrängt wird und eine zweite Menge in den ersten Raum zurückfließt, wobei die Vorrichtung selbstregulierend ausgebildet ist, und sich bei Betrieb des Getriebes ein gewünschter Schmiermittelspiegel in der ersten Kammer einstellt.
Die Vorrichtung der DE 36 30 973 A1 ist an einer fallweise zuschaltbaren Antriebsachse angeordnet und hat einen Ölsumpf mit einem Ventil, wobei das Ventil vorgesehen ist, um bei Freilauf der Antriebsachse den Ölspiegel zu senken und bei zugeschalteter Antriebsachse den Ölspiegel zu erhöhen.
Die DE 198 56 941 C1 zeigt eine Vorrichtung mit einem Ölsammelraum in einem Getriebe. Eine Pumpe und ein Ventil sind vorgesehen, um Öl aus dem Ölsammelraum in einen Ausgleichsraum zu pumpen und zu verhindern, dass der Ölstand im Ölsammelraum so weit ansteigt, dass die Getriebeteile in das Öl eintauchen.
Somit besteht ein Bedarf an einer kostengünstigen und dennoch zuverlässigen Vorrichtung zur Minimierung von Scherverlusten in dem Schmieröl in einem Getriebegehäuse, ohne dabei die Bauteile bei einer niedrigen Drehzahl zu gefährden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Offenbart wird eine Vorrichtung zum Steuern einer Schmiermittelmenge in einem Getriebegehäuse eines Fahrzeugs mit einem abgedichteten inneren Abschnitt, in dem sich das Getriebeschmiermittel befindet. In einer offenbarten Ausführungsform ist das Getriebe mit Gehäuse eine Achse mit Achsgehäuse. In dem Achsgehäuse ist ein Zahnkranz drehbar gelagert, der sich durch das Schmiermittel dreht. Wenigstens eine Wand ist an einem unteren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts befestigt. Die Wand begrenzt einen ersten und zweiten Raum, und der Zahnkranz dreht sich in dem ersten Raum und verdrängt das Schmiermittel über die Wand in den zweiten Raum, wenn sich der Zahnkranz mit hoher Drehzahl dreht. In der Wand befindet sich eine Öffnung vorbestimmter Größe, durch die das Schmiermittel in einer Menge, die größer ist als die Verdrängungsmenge bei niedrigen Drehzahlen und kleiner ist als die Verdrängungsmenge bei hohen Drehzahlen, in den ersten Raum zurückfließen kann. An den Wänden ist ein Absperrventil befestigt, das mit einem Steuergerät gekoppelt ist. Das Steuergerät steuert die Absperrventile automatisch auf und zu, um den Strom des Schmiermittels von dem zweiten und dritten Raum zurück in den ersten Raum zu steuern. Das Absperrventil kann ein elektromagnetisch betätigtes Ventil sein, das über einen zwischen dem Steuergerät und dem Ventil gekoppelten Schalter betätigt wird. Das Ventilsteuergerät kann drehzahlabhängig sein. Ferner ist ein Temperaturfühler im unteren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts angeordnet, um eine Temperatur des Schmiermittels zur Verwendung beim Steuern der Absperrventile zu erfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine zweite Wand, die an dem unteren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts befestigt ist und einen dritten Raum begrenzt. Der Zahnkranz dreht sich in dem ersten Raum zwischen der ersten und zweiten Wand und verdrängt das Schmiermittel über die erste und zweite Wand in den zweiten und dritten Raum, wenn sich der Zahnkranz mit hoher Drehzahl dreht. In der zweiten Wand befindet sich eine ähnliche Öffnung wie in der ersten Wand, damit das Schmiermittel in einer Menge, die größer ist als die Verdrängungsmenge bei niedrigen Drehzahlen und kleiner ist als die Verdrängungsmenge bei hohen Drehzahlen, in den dritten Raum zurückfließen kann.
In einer zweiten Ausführungsform ist das Getriebe mit Gehäuse. ein Antriebsstrang. Der oben offenbarte Wand- und Ventilaufbau wird hier ebenfalls verwendet.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine teilweise Schnittansicht eines Achsgehäuses mit den Dammwänden gemäß der vorliegenden Erfindung;
2a–2b sind teilweise Schnittansichten des Achsgehäuses zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Dammwände der vorliegenden Erfindung;
3a–3b sind teilweise Schnittansichten der Achsgehäuseanordnung zur Veranschaulichung der Funktionsweise der gesteuerten Öffnungen der Dammwände der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine schematische Ansicht des elektromagnetisch gesteuerten Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung; und
5 ist eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Anwendung des erfindungsgemäßen aktiven Ölsumpfs.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Gemäß 1 endet eine Eingangswelle 70 einer Ausgleichsgetriebeanordnung für eine Achse 36 in einem Hypoid- oder Kegelrad 72 mit einer Verzahnung 74, die in eine komplementär ausgebildete Verzahnung 76 an einem Zahnkranz 78 eingreift, der mit geeigneten Befestigungsmitteln 84 an einem Flansch 80 auf einem mittig angeordneten rohrförmigen Antriebselement 82 befestigt ist.
Ein konturiertes halbkreisförmiges unteres Gehäuse 86 erstreckt sich vorzugsweise über einen Umfang von 180° und schafft einen abgedichteten Innenraum 88, der ein Öl bzw. Zahnradschmiermittel 90 von geeignetem Gewicht enthält, das die ineinandergreifenden Zähne 74 und 76 der Zahnräder 72 und 78 entsprechend schmiert, während sie sich drehen. Das Öl bzw. Getriebeschmiermittel 90 ist vorzugsweise Öl der Klasse SAE 80 oder SAE 90, kann aber auch viel leichter sein wie zum Beispiel SAE 30 oder SAE 40, je nach der Art der Zahnräder, der Umgebungs- und Betriebstemperatur und anderen Betriebsbedingungen.
Um Scherverluste zu minimieren, ist wenigstens eine Dammwand 92 in dem unteren Gehäuse 86 vorgesehen, eine auf jeder Seite des Zahnkranzes 78. Jede der Wände 92 kann mit dem Boden des unteren Gehäuses 86 vergossen sein oder mit Hilfe anderer geeigneter Befestigungsmittel wie zum Beispiel Schweißen, Schrauben, Niete oder Bolzen daran befestigt sein. Jede der Wände 92 weist eine Öffnung 94 auf, die so bemessen ist, dass das Öl mit einer Geschwindigkeit zurückfließen kann, die bei niedrigen Drehzahlen größer ist als die Pumpwirkung und bei hohen Drehzahlen kleiner ist als die Pumpwirkung der Zahnräder.
In 2a und 2b ist veranschaulicht, wie die Dammwände 92 Scherverluste minimieren. Bei hohen Drehzahlen wird die Fluidmenge des Getriebeschmiermittels 90 in dem Bereich zwischen den Wänden abgesenkt, da der Zahnkranz 78 das Schmiermittel 90 aus dem Dammbereich 96 herausschleudert, wie in 2b gezeigt. Bei niedrigeren Drehzahlen kann das Schmiermittel 90 über die Öffnungen 94 in den Wänden 92 zu dem Dammbereich 96 zurückkehren, wie in 2a gezeigt. Bei hohen Drehzahlen wird das Schmiermittel 90 also schneller gepumpt als es zurückfließt.
Eine alternative Ausführungsform ist in 3a–3b veranschaulicht. Hier sind Absperrventile 98 vorgesehen, um den Rücklauf des Schmiermittels 90 in den Dammbereich 96 zu steuern, nachdem es bei hoher Drehzahl herausgeschleudert wurde. Bei hoher Drehzahl werden die Absperrventile 98 geschlossen, um die Menge des Schmiermittels 90 in dem Dammbereich 96 auf einem Minimum zu halten, so dass Scherverluste minimiert werden. Bei niedriger Drehzahl werden die Absperrventile 98 jedoch über einen Elektromagneten 100 geöffnet, damit das Schmiermittel 90 in den Dammbereich 96 zurückfließen kann. Der Elektromagnet 100 mit dem Schalter 102 kann von Hand oder automatisch durch einen Mikroprozessor 50 gesteuert werden, wie in 1 und 4 schematisch dargestellt.
Die Absperrventile 98 werden in Abhängigkeit von der durch einen Sensor (nicht dargestellt) in Verbindung mit der Eingangswelle 70 ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit sowie in Abhängigkeit von der durch den Temperaturfühler 104 gemäß 1 ermittelten Temperatur des Schmiermittels 90 gesteuert. Je schneller die Geschwindigkeit und je höher die Temperatur, umso mehr werden die Absperrventile 98 geschlossen und umgekehrt. Das heißt, bei höherer Geschwindigkeit und/oder höherer Temperatur werden die Absperrventile 98 so gesteuert, dass sie die Öffnungen 94 verengen, um den Ölrücklauf auf eine Menge zu begrenzen, die kleiner ist als die Pumpwirkung des Zahnrades. Bei niedrigerer Geschwindigkeit und/oder niedrigerer Temperatur werden die Absperrventile 98 so gesteuert, dass sie die Öffnungen 94 möglichst weit öffnen, damit Öl in einer Menge zurückfließen kann, die größer ist als die Pumpwirkung des Zahnrades. Das Öffnen und Schließen der Absperrventile 98 kann linear oder über Impulsbreitenmodulation gesteuert werden.
Anhand von 5 ist nun eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Anwendung des erfindungsgemäßen aktiven Ölsumpfes der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform kann das Getriebegehäuse ein Antriebsstranggehäuse oder ein Verteilergetriebe mit einer Eingangswelle 106 und einer Vorgelegewelle 108 sein. Die Eingangswelle 106 umfasst ein erstes und ein zweites Zahnrad 110 bzw. 112, die den jeweiligen Vorgelegewellenrädern 114 bzw. 116 entsprechen und in diese eingreifen. Bei dieser Ausführungsform sind Dammwände 92 auf jeder Seite der Vorgelegewellenräder 114, 116 vorgesehen. Wie oben erläutert, umfasst jede der Dammwände 92 eine Öffnung 94 mit einer vorbestimmten Größe, damit das Schmiermittel in einer Menge, die größer ist als die Verdrängungsmenge bei niedrigen Drehzahlen und kleiner ist als die Verdrängungsmenge bei hohen Drehzahlen, in den Ölsumpf oder -behälter zurückfließen kann. Wie bei der Ausführungsform mit dem Achsgehäuse kann diese Anwendung auch Absperrventile 98 umfassen, die den Strom des Getriebeschmiermittels durch die Öffnungen 94 einschränken oder zulassen. Diese Ausführungsform würde im wesentlichen wie die frühere Ausführungsform funktionieren.

Claims

Vorrichtung zum Steuern der Menge an Getriebeschmiermittel (90) in einem Getriebegehäuse eines Fahrzeugs, welche folgendes umfasst: ein Gehäuse (86) mit einem Schmiermittel (90) enthaltenden abgedichteten inneren Abschnitt und einem in dem Gehäuse (86) drehbar gelagerten Zahnrad (78), das sich durch das Schmiermittel (90) dreht; wobei das Gehäuse (86) eine an einem unteren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts befestigte erste Wand (92) aufweist, die einen ersten und zweiten Raum begrenzt, wobei sich das Zahnrad (78) in dem ersten Raum dreht und das Schmiermittel (90) über die erste Wand (92) in den zweiten Raum verdrängt, wenn sich das Zahnrad (78) mit hoher Drehzahl dreht, wobei die erste Wand (92) eine Öffnung (94) von vorbestimmter Größe aufweist, damit das Schmiermittel (90) in einer Menge, die größer ist als die Verdrängungsmenge bei niedrigen Drehzahlen und kleiner ist als die Verdrängungsmenge bei hohen Drehzahlen, in den ersten Raum zurückfließen kann; und die Vorrichtung ferner ein erstes Absperrventil (98), das an der ersten Wand (92) befestigt ist, und ein Steuergerät umfasst, welches in Abhängigkeit von der Drehzahl des Zahnrads (78) und der Temperatur des Schmiermittels (90) das erste Absperrventil (98) auf und zu steuert, um den Strom von Schmiermittel (90) von dem zweiten Raum zurück in den ersten Raum zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner folgendes umfasst: eine an dem unteren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts befestigte zweite Wand (92), die einen dritten Raum begrenzt, wobei sich das Zahnrad (78) in dem ersten Raum zwischen der ersten und zweiten Wand (92) dreht und das Schmiermittel (90) über die erste und zweite Wand (92) in den zweiten und dritten Raum verdrängt, wenn sich das Zahnrad (78) mit hoher Drehzahl dreht, wobei die zweite Wand (92) eine Öffnung (94) von vorbestimmter Größe aufweist, damit das Schmiermittel (90) in einer Menge, die größer ist als die Verdrängungsmenge bei niedrigen Drehzahlen und kleiner ist als die Verdrängungsmenge bei hohen Drehzahlen, in den ersten Raum zurückfließen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Wand (92) und die zweite Wand (92) entlang einer durch das Zahnrad (78) definierten Drehachse axial voneinander beabstandet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, welche ferner folgendes umfasst: ein zweites Absperrventil (98), das an der zweiten Wand (92) befestigt ist; und ein Steuergerät, welches in Abhängigkeit von der Drehzahl des Zahnrads (78) und der Temperatur des Schmiermittels (90) das zweite Absperrventil (98) auf und zu steuert, um den Strom von Schmiermittel (90) von dem dritten Raum zurück in den ersten Raum zu steuern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest ein Absperrventil (98) ein elektromagnetisch betätigtes Ventil ist und die Vorrichtung ferner zumindest einen Schalter umfasst, der zwischen dem Steuergerät und dem elektromagnetisch betätigten Ventil gekoppelt ist, um das elektromagnetisch betätigte Ventil entsprechend dem Steuergerät zu betätigen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei höherer Geschwindigkeit und/oder höherer Temperatur die Absperrventile (98) so gesteuert werden, dass sie die Öffnungen (94) verengen, um den Ölrücklauf auf eine Menge zu begrenzen, die kleiner ist als die Pumpwirkung des Zahnrades.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei niedrigerer Geschwindigkeit und/oder niedrigerer Temperatur die Absperrventile (98) so gesteuert werden, dass sie die Öffnungen (94) möglichst weit öffnen, damit Öl in einer Menge zurückfließen kann, die größer ist als die Pumpwirkung des Zahnrades.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ferner einen im unteren Teil des abgedichteten inneren Abschnitts angeordneten Temperaturfühler (104) umfasst, der beim Steuern eines Absperrventils (98) eine Temperatur des Schmiermittels (90) erfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Zahnrad (78) Teil einer Achse ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Getriebe Teil eines Antriebsstrangs ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Zahnrad (78) Teil eines Verteilergetriebes ist.