DE102009005896A1

DE102009005896A1 - Vorrichtung zum Konditionieren von in einem Antriebsaggregat befindlichem Schmieröl

Info

Publication number: DE102009005896A1
Application number: DE200910005896
Authority: DE
Inventors: Johann Märkl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-07-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konditionieren von in einem Antriebsaggregat befindlichem Schmieröl, insbesondere in Geschwindigkeits-Wechselgetrieben für Kraftfahrzeuge, wobei das Schmieröl in einem Ölsumpf des Aggregates angeordnet ist und durch Tauchschmierung und/oder durch Druckumlaufschmierung umwälzt ist. Erfindungsgemäß ist das Gehäuse (10) des Ölsumpfes durch ein plattenförmiges Trennelement (12) in zumindest zwei Ölreservoire (14, 16) unterteilt, dass das Schmieröl des einen Ölreservoirs (14) umwälzbar ist und dass die beiden Ölreservoire (14, 16) über zumindest eine Öffnung (26b) miteinander verbindbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konditionieren von in einem Antriebsaggregat befindlichem Schmieröl gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
In Antriebsaggregaten von Kraftfahrzeugen, z. B. der Brennkraftmaschine und/oder des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes ist es bekannt, aus Funktions und Wirtschaftlichkeitsgründen das Schmieröl (dies kann auch ein Hydrauliköl sein) zunächst aufzuheizen und bei Erreichen einer definierten Betriebstemperatur zu kühlen. Dazu eignet sich besonders das Kühlwasser der Brennkraftmaschine, das sich in der Regel schnell erwärmt (Aufheizphase) und später aufgrund seiner geringeren Betriebstemperatur als Kühlmittel einsetzbar ist. Diese Konditionierung des Schmieröles wird zumeist erreicht mittels eines externen oder eines in das Schmierölreservoir eingesetzten, internen Wärmetauschers. Nachteilig ist im Aufheizprozess die gesamte Ölmenge beteiligt. Das Schmieröl wird daher nur zeitverzögert erwärmt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die eine wirkungsvolle Konditionierung des Schmieröles oder eines Hydrauliköles sicherstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung beinhalten die Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse des Ölsumpfes durch ein plattenförmiges oder wannenförmiges Trennelement in zwei Ölreservoire unterteilt ist, dass ferner das Schmieröl des einen Ölreservoirs umgewälzt wird und dass die beiden Ölreservoire über zumindest eine Öffnung miteinander verbindbar sind. Durch diese Maßnahme gelingt es, mit relativ einfachen Mitteln eine schnelle Erwärmung des Schmieröles zu erreichen, weil zum einen nur ein Anteil der gesamten Schmierölmenge umgewälzt wird und zum anderen die durch das Gehäuse gebildete Abkühlfläche zur Umgebung vermindert ist. Es versteht sich, dass sofern vorhanden die Ansaugstelle für das umzuwälzende Schmieröl in dem Ölreservoir liegen muss, in dem auch die die Öffnung temperaturabhängig steuernde Einsrichtung, z. B. ein Thermostat, positioniert ist.
Die Öffnung, welche die beiden Ölreservoire miteinander verbindet, kann im Trennelement ausgebildet sein. Insbesondere kann die Öffnung auch als ein Spalt zwischen dem Getriebegehäuse und dem Trennelement ausgestaltet sein. Besonders für dünnflüssiges heißes Öl kann ein Spalt zwischen dem Getriebegehäuse und dem Trennelement eine ausreichende strömungstechnische Verbindung darstellen, welche fertigungstechnisch einfach umgesetzt werden kann.
Die zu Beginn einer Aufheizphase erfolgende Erwärmung des Schmieröls kann dadurch weiter beschleunigt werden, dass vorübergehend beide Ölreservoire fluiddicht voneinander getrennt sind. Dies kann mit einer temperaturabhängig steuerbaren Öffnung erreicht werden. Die Öffnung in dem Trennelement kann bei einer definierten Betriebstemperatur des umgewälzten Schmieröls aufgesteuert werden.
Das Getriebeöl kann einen Wärmetauscher umströmen. Der Wärmetauscher kann ein plattenförmiges oder wannenförmiges Gebilde sein, das den Ölraum in einen (kleinen) radsatzsseitigen Ölraum und ein (größeres) gehäuseseitiges Ölreservoir trennt.
Der Wärmetauscher hat eine wärmeabgebende/-aufnehmende Seite in Richtung Radsatz (bewegter Teile) und eine möglichst isolierende Seite in Richtung Gehäuse.
Temperaturgesteuerte Klappen (mittels Bimetall, Formgedächtnislegierung oder ähnliches) im Wärmetauscher ermöglichen ab einer bestimmten Öltemperatur eine Strömung zwischen den beiden Ölräumen.
Wie bereits oben ausgeführt, erfolgt somit eine schnellere Ölerwärmung durch kleineres Ölvolumen im bewegten Teil. Außerdem ist eine Isolationsschicht zum Gehäuse vorhanden und es erfolgt eine Reduzierung der Konvektion durch „stehendes” Öl im Reservoir.
Insbesondere bei einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe mit Tauchschmierung mit in den Schmierölsumpf eintauchenden Zahnrädern kann das plattenförmige Trennelement horizontal ausgerichtet das Gehäuse in ein oberes und ein unteres Ölreservoir unterteilen, wobei das Schmieröl des oberen Ölreservoirs entsprechend umgewälzt wird.
Des Weiteren kann das Trennelement zumindest an seiner dem unteren Ölreservoir zugewandten Oberfläche wärmeisoliert ausgeführt sein. Damit wird ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Ölreservoiren über das Trennelement weitgehendst unterbunden und eine noch schnellere Erwärmung des umgewälzten Schmieröles auf Betriebstemperatur erreicht.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das plattenförmige Trennelement als ein mit einem Kühlmedium durchströmter Wärmetauscher ausgeführt sein und somit bei baulich günstiger Anordnung zusätzlich zur Konditionierung des Schmieröles beitragen.
Insbesondere kann der Wärmetauscher mit Kühlwasser der Brennkraftmaschine des Antriebsaggregates durchströmt sein, wobei die Wärmetauscherflächen dem oberen Schmierölanteil zugewandt sind und somit ebenfalls zunächst nur zur Aufheizung des umgewälzten Schmierölanteiles beitragen. Die temperaturabhängige Steuerung der die beiden Ölreservoire verbindenden Öffnung sollte dann so ausgelegt sein, dass spätestens bei Temperaturgleichheit des Kühlmediums und des umgewälzten Schmieröles die Öffnung aufgesteuert wird.
Der Wärmetauscher kann baulich einfach als Röhrenwärmetauscher ausgeführt sein, wobei dessen Kühlwasser führende Rohre an der dem unteren Schmierölreservoir zugewandten, die beiden Reservoire teilenden Trennwand angeordnet sind. Dabei kann die Trennwand kostengünstig aus wärmeisolierendem Material, insbesondere aus Kunststoff, gefertigt sein.
Ferner kann zur Erzielung einer vereinfachten Montage der Wärmetauscher über die Rohre hintergreifende Vorsprünge auf die Trennwand aufgeclipst sein.
Zur Steuerung relativ großer Öffnungsquerschnitte an der Trennwand wird des Weiteren vorgeschlagen, dass die zumindest eine die beiden Reservoire verbindende Öffnung durch zumindest eine in dem Trennelement beziehungsweise in der Trennwand angeordnete Klappe gesteuert ist. Möglich wäre aber auch der Einsatz eines Thermostatventiles, wie sie z. B. in Kühlsystemen von Brennkraftmaschinen vielfach Einsatz finden.
Baulich und funktionell besonders vorteilhaft kann jedoch die Klappe zumindest teilweise aus Bimetall oder einem Metall mit einer Formgedächt nislegierung hergestellt sein, die bei einer zunehmenden Erwärmung des Schmieröles in dem oberen Ölreservoir die Öffnung freigibt.
Fertigungstechnisch besonders günstig können dabei die Bimetallelemente oder Formgedächtniselemente in die an der Trennwand aus Kunststoff angeformte Klappe integriert sein.
Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
1 in einer Schnittdarstellung einen in einem Gehäuse eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebe angeordneten Ölsumpf gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, der durch ein Trennelement mit einem Wärmetauscher und einer temperaturabhängig steuerbaren Klappe in ein oberes und ein unteres Ölreservoir unterteilbar ist; und
2 das zweite Ausführungsbeispiel in einer der 1 entsprechenden Ansichten.
Die in der 1 dargestellte Vorrichtung zur Konditionierung des Schmieröles ist in dem einen Schmierölsumpf aufweisenden Gehäuse 10 eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes als Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge angeordnet und weist ein wannenförmiges Trennelement 12 auf, das etwa horizontal ausgerichtet den Schmierölsumpf in ein oberes Ölreservoir 14 und ein unteres Ölreservoir 16 unterteilt.
Die Ölreservoire 14, 16 sind eingeschlossen in nicht weiter ersichtliche Stirnwände 18, Seitenwände 20, 22 und den Boden 24 des Gehäuses 10. Der Boden 24 weist wie ersichtlich nach außen abragende Kühlrippen 24a auf.
Das Trennelement 12 setzt sich zusammen aus einer flächigen Trennwand 26, die an die Seitenwände 20, 22 und an die Stirnwände 18 mit mehr oder weniger ausgebildetem Abstand zum Boden 24 anschließt und an den besagten Wänden durch Steck- und/oder Schraubverbindungen (nicht dargestellt) befestigt ist.
Die Trennwand 26 trägt einen als Röhrenwärmetauscher ausgeführten Wärmetauscher 28, dessen außen liegende Rohre 28a (und gegebenenfalls auch innenliegende Rohrabschnitte) über an die Trennwand 26 aus wärmeisolierendem Kunststoff angeformte, die Rohre 28a hintergreifende Vorsprünge 26a clipsartig gehalten sind, wobei sie gegebenenfalls der besseren Umströmung wegen wenige Millimeter zur Trennwand 26 beabstandet sind.
Die z. B. mäanderförmig verlegten Rohre 28a des Wärmetauschers 28 sind über Anschlussleitungen 30 (es ist im Querschnitt nur eine Anschlussleitung 30 ersichtlich) mit dem Druckumlauf-Kühlsystem der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges verbunden beziehungsweise in dessen Kühlkreislauf eingeschaltet. Die Anschlussleitungen 30 erstrecken sich dabei abgedichtet durch die Seitenwand 22 des Gehäuses 10.
Wie aus der 1 ersichtlich ist, ist der Wärmetauscher 28 dem oberen Ölreservoir 14 zugeordnet, in dem das Schmieröl durch Tauchschmierung umgewälzt wird. Der Niveaustand 32 des Schmierölsumpfes ist dabei so ausgelegt, dass Funktionsteile des Getriebes, insbesondere Zahnräder 34 (nur angedeutet) in das Ölreservoir 14 eintauchen und in bekannter Weise das Schmieröl zu den zu schmierenden Getriebeelementen wie Lager, Zahnräder, etc. verteilen.
In der dem unteren Ölreservoir 16 unmittelbar benachbarten Trennwand 26 ist eine etwa rechteckförmige Öffnung 26b ausgebildet, die die beiden Ölreservoire 14, 16 miteinander verbindet.
Die Öffnung 26b wird von einer Klappe 26c gesteuert, die im geschlossenen Zustand (in ausgezogenen Linien dargestellt) die Öffnung 26b zumindest im Wesentlichen verschließt und im geöffneten Zustand (in gestrichelten Linien dargestellt) so freigibt, dass über einen ausreichenden Querschnitt ein Austausch des Schmieröles im oberen und unteren Ölreservoir 14, 16 stattfindet.
Zur temperaturabhängigen Steuerung der an die Trennwand 26 bei 26d angeformten Klappe 26c aus wärmeisolierendem Kunststoff ist in diese ein flächiges Bimetallelement 36 eingespritzt, das sich bei zunehmender Erwärmung des Schmieröles in dem oberen Ölreservoir 14 zunehmend so verformt, dass die Klappe 26c von ihrer Schließstellung in die Offenstellung bewegt wird.
Die Trennwand 26 ist dabei im Bereich 26d der Anformung der Klappe 26c materialgeschwächt als Filmscharnier ausgebildet, um eine gezielte Steuerung der Klappe 26c über das Bimetallelemente 36 zu ermöglichen.
Bei kaltem Schmieröl des Wechselgetriebes ist die Klappe 26c der Trennwand 26 geschlossen und es wird z. B. über die Zahnräder 34 nur das Schmieröl aus dem oberen Ölreservoir 14 umgewälzt. Die Schmierölmenge des Ölreservoirs 14 kann von 1/3 bis zu 2/3 der Gesamtschmierölmenge des Ölsumpfes betragen.
Durch die Trennwand 26 sind das Schmieröl im unteren Ölreservoir 16 und die das Ölreservoir 16 eingrenzenden Seitenwände 20, 22, die Stirnwände 18 und der Boden 24 mit den Kühlrippen 24a wärmetechnisch quasi kurzgeschlossen beziehungsweise können keine Wärme abführen. Dies bewirkt zunächst eine beschleunigte Aufheizung des umgewälzten Schmieröles, unterstützt durch das sich schneller in der Brennkraftmaschine erhitzende Kühlwasser im Wärmetauscher 28.
Bei Erreichen einer Schmieröltemperatur von z. B. 100°C beginnt die Klappe 26c der Trennwand 26 zu öffnen und verbindet nunmehr die beiden Ölreservoire 14, 16 miteinander. Dadurch kann kühleres Schmieröl aus dem unteren Ölreservoir 16 sich mit dem Schmieröl aus dem oberen Ölreservoir 14 vermischen; zudem wird die Wärmeabstrahlung nach außen über die Gehäusewände 18, 20, 22, 24 erhöht.
Bei weiter zunehmender Temperatur der nunmehr gesamten Schmierölmenge wird diese über den Wärmetauscher 28 zusätzlich gekühlt, so dass schädliche Schmieröltemperaturen bei hohen Belastungen des Wechselgetriebes vermieden werden können.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
Das Trennelement 12 kann z. B. vertikal oder schräg verlaufend auch nebeneinander liegende Ölreservoire 14, 16 unterteilen, z. B. bei einem Getriebe mit Schmieröl oder HydraulikölUmwälzpumpe, deren Ansaugöffnung dann in einem der Ölreservoire angeordnet ist, von dem aus das Schmieröl umgewälzt wird.
Anstelle einer Klappe 26c können auch mehrere Klappen vorgesehen sein, die entsprechende Öffnungen 26b in der Trennwand 26 steuern. Ferner können statt der Bimetallelemente 36 auch Metalle mit einer Formgedächtnislegierung eingesetzt sein.
Die Klappen 26c können auch durch entsprechend angeordnete Thermostatventile ersetzt oder z. B. durch Wachsthermostate betätigt sein.
Gegebenenfalls kann es auch ausreichend sein, wenn das Trennelement 12 nur mit der Trennwand 26 ohne Wärmetauscher 28 ausgeführt ist.
In der 2 ist ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem der Ölsumpf ebenfalls durch ein Trennelement 12 in die beiden Ölreservoire 14, 16 unterteilt ist. Das Trennelement 12 setzt sich in der 2 aus einem Plattenwärmetauscher 28 und einer ebenen, horizontal angeordneten Trennwand 26 zusammen.
Im Unterschied zur 1 ist die, die beiden Ölrerservoire 14, 16 miteinander verbindende Öffnung 26b nicht zentral innerhalb der Trennwand 26 vorgesehen, sondern es sind randseitige Strömungsöffnungen 26b vorgesehen, die teilweise von den jeweiligen Seitenwänden 20, 22 begrenzt sind.
Die beiden Strömungsöffnungen 26b sind so bemessen, dass zu Beginn einer Aufheizphase zunächst größtenteils nur die im oberen Ölreservoir 14 vorhandene Ölmenge erwärmt und umgewälzt wird, während mit dem unteren Ölreservoir 16 nahezu kein Ölaustausch stattfindet. Im weiteren Verlauf der Aufheizphase wird das Schmieröl im unteren Ölreservoir 16 aufgrund der einsetzenden natürlichen Konvektion mit dem erwärmten Schmieröl des oberen Reservoirs 14 vermischt.
Auf diese Weise wird zu Beginn der Aufheizphase eine beschleunigte Aufheizung des im oberen Reservoirs 14 vorhandenen Schmieröls erreicht. Durch die zeitverzögerte einsetzende Vermischung mit dem kalten Schmieröl des unteren Reservoirs 16 kann eine thermische Beschädigung des im Ölsumpf vorhandenen Schmieröl verhindert werden.

Claims

Vorrichtung zum Konditionieren von in einem Antriebsaggregat befindlichem Schmieröl, insbesondere in Geschwindigkeits-Wechselgetrieben für Kraftfahrzeuge, wobei das Schmieröl in einem Ölsumpf des Aggregates angeordnet ist und durch Tauchschmierung und/oder durch Druckumlaufschmierung umwälzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) des Ölsumpfes durch ein Trennelement (12) in zumindest zwei Ölreservoire (14, 16) unterteilt ist, dass das Schmieröl des einen Ölreservoirs (14) umwälzbar ist und dass die beiden Ölreservoire (14, 16) über zumindest eine Öffnung (26b) miteinander verbindbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (26b) im Trennelement (12) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (26b) als ein Spalt zwischen dem Getriebegehäuse (10) und dem Trennelement (12) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass gegebenenfalls ein Strömungsquerschnitt der Öffnung (26b) temperaturabhängig veränderbar ist, und dass insbesondere die Öffnung (26b) bei einer definierten Betriebstemperatur des umgewälzten Schmieröles aufsteuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (12) etwa horizontal ausgerichtet das Gehäuse (10) in ein oberes und ein unteres Ölreservoir (14, 16) unterteilt und dass das Schmieröl des oberen Ölreservoirs (14) umwälzbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (12) zumindest an einer, vorzugsweise seiner dem unteren Ölreservoir (16) zugewandten Oberfläche wärmeisoliert ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (12) mit einem Kühlmedium durchströmten Wärmetauscher (28) kombiniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (28) mit Kühlwasser der Brennkraftmaschine des Antriebsaggregates durchströmt ist, wobei die Wärmetauscherflächen dem oberen Schmierölreservoir (14) zugewandt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlwasser führenden Rohre (28a) des Wärmetauschers (28) an dem Trennelement (12), insbesondere einer die beiden Reservoire (14, 16) teilenden Trennwand (26), angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (26) aus wärmeisolierendem Material, insbesondere aus Kunststoff, gefertigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (28) über die Rohre (28a) hintergreifende Vorsprünge (26a) auf die Trennwand (26) aufgeclipst ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine die beiden Reservoire (14, 16) verbindende Öffnung (26b) durch zumindest eine in dem Trennelement (12) bzw. in der Trennwand (26) angeordnete Klappe (26c) gesteuert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (26c) zumindest teilweise aus Bimetall oder einem Metall mit einer Formgedächtnislegierung hergestellt ist, die bei einer zunehmenden Erwärmung des Schmieröles in dem oberen Ölreservoir (14) die Öffnung (26b) freigibt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass flächige Bimetallelemente (36) oder Formgedächtniselemente in die an der Trennwand (26) aus Kunststoff angeformte Klappe (26c) integriert sind.