DE102004025764B4

DE102004025764B4 - Hydraulikkreislauf zur Ölversorgung eines Automat-, insbesondere eines Stufenautomatgetriebes für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102004025764B4
Application number: DE102004025764.7A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Fiedeler Winfried; Dipl.-Ing. Gethöfer Frank
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2024-05-27
Also published as: US20050263352A1; DE102004025764A1; JP2005337502A

Abstract

Hydraulikkreislauf (3, 12) zur Ölversorgung eines Automatgetriebes für Kraftfahrzeuge, umfassend einen Niederdruckkreis (4) zur Förderung eines ersten Volumenstromes (V1) mit einem ersten Druckniveau (P1) und einem Hochdruckkreis (5) zur Förderung eines zweiten Volumenstromes (V2) mit einem zweiten, höheren Druckniveau (P2),
wobei das erste Druckniveau (P1) des ersten Volumenstromes (V1) bedarfsweise auf das höhere Druckniveau (P2) modulierbar ist und beide Volumenströme (V1, V2) bei gleichem hohen Druckniveau (P2) summierbar sind,
wobei dem Niederdruckkreis (4) zur Förderung des ersten Volumenstromes (V1) ein erstes Förderorgan (6) und dem Hochdruckkreis zur Förderung des zweiten Volumenstromes (V2) ein zweites Förderorgan (7) zugeordnet ist und wobei beide Förderorgane (6, 7) als Zweikreispumpe ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweikreispumpe als Doppelflügelzellenpumpe (1) mit asymmetrischer Volumenstromaufteilung ausgebildet ist, welche einen ersten Volumenstrom (V1) für den Niederdruckkreis (4) und einen zweiten Volumenstrom (V2) für den Hochdruckkreis (5) fördert, wobei ein Rotor (2) der Doppelflügelzellenpumpe (1) so angeordnet ist, dass sich unterschiedliche Volumenströme (V1, V2) ergeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikkreislauf zur Ölversorgung eines Automat-, insbesondere eines Stufenautomatgetriebes für Kraftfahrzeuge nach dem Gegenstand der älteren Patentanmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 103 10 183 A1 .
Die Ölversorgung von Automatikgetrieben, insbesondere Stufenautomaten erfolgt in der Praxis über eine als Innenzahnradpumpe ausgebildete Ölpumpe, welche im Bereich zwischen Drehmomentwandler und Getriebegehäuse angeordnet und motorseitig, d. h. über das Pumpenrad des Wandlers angetrieben wird. Bei einer derartigen Auslegung besteht bei niedrigen Motordrehzahlen meist eine Unterversorgung und bei hohen Motordrehzahlen eine Überversorgung, die Ölpumpe muss daher abgeregelt werden. Dies kann - wie in der WO 93/ 11 376 A1 der Anmelderin vorgeschlagen - durch eine Drosselung im Ansaugbereich erfolgen, wobei sich neben einer Innenzahnradpumpe auch eine Radialkolbenpumpe als vorteilhaft erweist. Durch die sauggedrosselte Pumpe ergibt sich ab einer bestimmten Antriebsdrehzahl ein nahezu konstanter Förderstrom bei einer ebenso nahezu konstanten Leistungsaufnahme.
Eine weitere Verbesserung sind so genannte Tandempumpen, d. h. mechanisch angetriebene Zwei-Pumpensysteme, bei denen eine der beiden Pumpen bei höheren Drehzahlen auf drucklose Förderung geschaltet wird. Eine Weiterentwicklung einer solchen Tandempumpe wurde durch die WO 99/ 25 979 A1 der Anmelderin bekannt, nämlich eine Kombination aus einem herkömmlichen mechanischen Antriebsteil mit einem elektrischen Antriebsteil für eine Ölpumpe, wobei der elektrische Antrieb den unteren Drehzahlbereich und der mechanische Antrieb den oberen Drehzahlbereich abdeckt. Damit ist eine verbesserte Versorgung des Getriebes gegeben.
Ein weiterer Vorschlag, den Ölförderstrom dem Bedarf des Getriebes anzupassen, wurde durch die DE 101 59 147 A1 der Anmelderin bekannt, wobei eine innenverzahnte Hydraulikpumpe mindestens zwei Pumpenstufen aufweist, welche in eigenen Druckkanälen Ölströme mit unterschiedlichem Druckniveau fördern. Dabei kann die zweite Pumpenstufe situationsabhängig zu- oder abgeschaltet werden, z. B. wenn eine Schaltung durch einen Schaltbefehl eingeleitet wird und ein erhöhter Ölbedarf zur Kupplungsbefüllung gedeckt werden soll.
Ferner wurden durch die DE 39 13 414 A1 Mehrkreis-Regelpumpen zur Druckmittelversorgung mehrerer Hydraulikkreise mit unterschiedlichen und wechselnden Druck- und Mengenbedürfnissen, insbesondere für die Druck-, Schmier- und Kühlmittelversorgung von CVT-Antriebskonzeptionen und Getriebeschaltautomaten bekannt. Dabei werden mittels einer Flügelzellenpumpe zwei und mehr Förderströme unterschiedlichen Druckniveaus erzeugt und jeweils den einzelnen Verbrauchern zugeleitet. Die einzelnen Verbraucher werden also jeweils durch spezifische, an ihren Bedarf angepasste Förderströme von einer Pumpe beliefert.
Eine weitere Mehrkreispumpe wurde durch die US 5 722 815 A bekannt, wobei durch eine regelbare Gerotorpumpe mit drei druckseitigen Ausgängen drei Förderströme erzeugt werden, die in Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl zu- oder abschaltbar sind, wobei in höheren Drehzahlbereichen eine Abregelung, verbunden mit einer Leistungseinsparung erfolgt.
Schließlich ist in der älteren Anmeldung DE 103 10 183 A1 der Anmelderin eine Mehrkreis-Radialkolbenpumpe beschrieben, die mindestens zwei Teilströme mit unterschiedlichem Druckniveau fördert, die bedarfsweise zu- oder abschaltbar sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen in einen Hochdruck- und einen Niederdruckkreis aufgetrennten Hydraulikkreislauf zur Ölversorgung eines Automatikgetriebes derart zu verschalten, dass eine an den Bedarf des Getriebes angepasste Ölversorgung erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass beide Volumenströme bedarfsweise summierbar sind und ein Volumenstrom mit Hochdruckniveau förderbar ist. Hierfür sind geeignete Schaltungsmittel vorgesehen. Die unterschiedlichen Förderströme werden von einer als Doppelflügelzellenpumpe ausgebildeten Zweikreispumpe mit asymmetrischer Volumenstromaufteilung erzeugt. Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt eine Anpassung der Ölversorgung an den aktuellen Bedarf des Getriebes und bringt somit den Vorteil einer Leistungseinsparung. Ein erhöhter bzw. maximaler Ölbedarf auf der Hochdruckseite liegt insbesondere bei einem Gangwechsel vor, wenn die Schaltelemente mit Drucköl befüllt werden müssen. Da ein Gangwechsel statistisch nur einen Zeitanteil von wenigen Prozent ausmacht, kann außerhalb der Zeit für den Gangwechsel ein geringerer Hochdruck-Volumenstrom, der zur Nachfüllung der Leckage der Kupplungen ausreichend ist, gefördert werden; dagegen kann der zweite Volumenstrom zur Schmierung und Kühlung auf einem niedrigeren Druckniveau gefördert werden. Die sich daraus ergebende Einsparung an Antriebsleistung schlägt sich auch in einem geringeren Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges nieder.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nach einer ersten erfindungsgemäßen Variante wird der Druck im Hochdruckkreis durch ein Druckbegrenzungsventil und der Druck im Niederdruckkreis durch ein über einen Druckregler ansteuerbares Druckbegrenzungsventil eingestellt. Während das Druckbegrenzungsventil für den Hochdruckkreis auf einem konstanten Druck bleibt, kann das Druckbegrenzungsventil für den Niederdruckkreis variiert, z. B. bei einem Gangwechsel auf einen höheren Druck eingestellt werden. Dann wird auch im Niederdruckkreis ein Förderstrom mit dem höheren Druckniveau P2 erzeugt. Vorteilhafterweise ist hierfür ein Rückschlagventil zwischen beiden Kreisen vorgesehen, welches zum Hochdruckkreis öffnet, sodass beide Kreise vereinigt sind und ein erhöhter Förderstrom mit dem höheren Druckniveau P2 gefördert wird. Nach dem Gangwechsel wird der Einstellwert des Druckbegrenzungsventils im Niederdruckkreis wieder auf das Druckniveau P1 zurückgeführt, womit sich auch das Rückschlagventil schließt.
In einer zweiten Variante ist für die Summierung beider Volumenströme ein schaltbares Wegeventil vorgesehen, welches in einer ersten Schaltstellung eine getrennte Parallelströmung beider Volumenströme erlaubt und in einer zweiten Schaltstellung beide Volumenströme zu einem Strom zusammenführt, d. h. summiert. Das Druckbegrenzungsventil des Niederdruckkreises ist damit außer Funktion, d. h. beide Förderorgane bzw. Pumpen arbeiten gegen das Druckbegrenzungsventil mit dem höheren Druckniveau P2.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind verschiedene Pumpenkonzepte vorgesehen, wobei in einer ersten Ausführung das erste Förderorgan für den Niederdruckkreis elektrisch und das zweite Förderorgan für den Hochdruck mechanisch angetrieben ist, insbesondere durch das Pumpenrad des Drehmomentwandlers des Stufenautomaten. Möglich ist jedoch auch, beide Förderorgane für den Hochdruck und den Niederdruck in einer Pumpe, d. h. einer Zweikreispumpe zu integrieren. Die Pumpen können - wie bekannt - als Innen- oder Außenzahnradpumpen, als Radialkolbenpumpen oder Flügelzellenpumpen ausgebildet sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden genauer beschrieben. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Doppelflügelzellenpumpe mit asymmetrischer Volumenstromaufteilung,
2 eine erste Schaltungsvariante zur Summierung beider Volumenströme und
3 eine zweite Variante zur Summierung der Volumenströme.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine Doppelflügelzellenpumpe 1, welche zwei Volumenströme V1 für einen nicht dargestellten Niederdruckkreis und einen zweiten Volumenstrom V2 für einen nicht dargestellten Hochdruckkreis fördert. Die Fördermengen des Volumenstroms V1 und V2 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel unterschiedlich, was durch unterschiedliche Breiten der Pfeile V1, V2 angedeutet ist. Die Doppelflügelzellenpumpe 1 weist einen Rotor 2 mit einem Mittelpunkt M auf, welcher in der Zeichnung nach links oder rechts verschoben werden kann, sodass sich gleiche oder unterschiedliche Fördermengen ergeben. Wie bereits erwähnt, umfasst die Ölversorgung sowohl die Schmierung und Kühlung als auch die Befüllung der Schaltelemente, also Kupplungen und Bremsen des Stufenautomaten, was auf unterschiedlichem Druckniveau mit gleichen oder ungleichen Förderströmen erfolgt - daher ist die Gesamtversorgung in zwei Volumenströme V1, V2 mit dem Niederdruckniveau P1 und dem Hochdruckniveau P2 aufgeteilt. Die Doppelflügelzellenpumpe 1 ist ein Beispiel von vielen möglichen Pumpenkonzepten für die Ölversorgung eines Stufenautomatgetriebes für Kraftfahrzeuge. Die Aufteilung in zwei Volumenströme könnte ebenso durch eine Zweikreisradialkolbenpumpe gemäß der älteren Anmeldung DE 103 10 183 A1 erfolgen.
2 zeigt ein Schaltschema eines nur teilweise dargestellten Hydraulikkreislaufes 3 mit einem Niederdruckkreis 4 und einem Hochdruckkreis 5, welche jeweils von einem Förderorgan 6, 7 mit Hydrauliköl versorgt werden. Der Hochdruckkreis 5 weist ein Druckniveau P2 auf, welches durch ein Druckbegrenzungsventil 8 fest eingestellt ist. Dieses Druckniveau P2 entspricht dem Haupt-, Betriebs- oder Systemdruck, welcher für die Befüllung der nicht dargestellten Schaltelemente erforderlich ist. Der Niederdruckkreis 4 weist ein Druckniveau P1 auf, welches durch ein regelbares Druckbegrenzungsventil 9 einstellbar ist. Die elektromagnetische Einstellung erfolgt durch einen nicht dargestellten Druckregler. Zwischen dem Niederdruckkreis 4 und dem Hochdruckkreis 5 ist eine Verbindungsleitung 10 mit einem Rückschlagventil 11 angeordnet, welches in Richtung Hochdruckkreis 5 öffnet.
Durch das dargestellte Schaltschema sind zwei Betriebsweisen möglich, nämlich eine erste mit zwei Volumenströmen unterschiedlichen Druckniveaus P1, P2 sowie eine zweite Betriebsweise mit nur einem Volumenstrom, der das höhere Druckniveau P2 aufweist.
Beim Betrieb mit zwei Volumenströmen - außerhalb der Zeit eines Gangwechsels - ist das regelbare Druckbegrenzungsventil 9 auf das niedrige Druckniveau P1 eingestellt, und das Förderorgan 6 fördert einen Volumenstrom V1 mit dem Druckniveau P1 über einen Leitungsabschnitt 4a in den Hydraulikkreislauf 3, d. h. vornehmlich für Schmier- und Kühlungszwecke. Das Förderorgan 7 dagegen fördert einen Volumenstrom V2 mit dem höheren Druckniveau P2 über einen Leitungsabschnitt 5a in den Hydraulikkreislauf 3, wobei dieser entsprechend 1 geringere Volumenstrom V2 zur Haltung der Drücke in den Schaltelementen, d. h. zur Nachfüllung von Leckageöl in den Schaltelementen verwendet wird.
Die zweite Betriebsweise wird dann eingeleitet, wenn ein Gangwechsel im Stufenautomat erfolgen soll. In diesem Fall wird ein größerer Volumenstrom mit dem höheren Druckniveau P2 benötigt. Daher wird das Druckbegrenzungsventil 9 vom Druckregler angesteuert und auf das höhere Druckniveau P2 eingestellt. Der Druck im Niederdruckkreis 4 steigt damit auf den Hochdruck P2 an, sodass das Rückschlagventil 11 öffnet und eine Verbindung zum Hochdruckkreis 5 herstellt. Beide Förderorgane 6, 7 fördern jetzt - bei maximaler Leistung - zwei Volumenströme mit dem Druckniveau P2, welche hinter dem Rückschlagventil 11 vereinigt und über einen Leitungsabschnitt 5a in den Hydraulikkreislauf 3 eingespeist werden. Das für den Gangwechsel vorgesehene Schaltelement kann nunmehr mit Drucköl befüllt und die Schaltung durchgeführt werden. Nach dem Gangwechsel reduziert der Druckregler im Druckbegrenzungsventil 9 das Druckniveau von P2 auf P1, sodass wieder zwei Volumenströme unterschiedlichen Druckniveaus gefördert werden. Das Förderorgan 6 arbeitet dann wieder mit verminderter Leistung.
Eine nicht dargestellte Variante der in 2 dargestellten Ausführung besteht darin, das Rückschlagventil 11 entfallen zu lassen, wobei die Öffnung zum Hochdruckkreis 5 durch das aufgrund des hohen Niederdrucks in Stellung „offen“ ausgelenkte Druckbegrenzungsventil 8 erfolgt.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen teilweise dargestellten Hydraulikkreislauf 12 mit einem abgewandelten Schaltschema zur Summierung der beiden Volumenströme V1, V2, wobei gleiche Bezugszahlen für gleiche Teile verwendet werden. Im Hochdruckkreis 5 ist das Förderorgan 7 und das Druckbegrenzungsventil 8 zur Einstellung des erhöhten Druckniveaus P2 vorgesehen. Dem Niederdruckkreis 4 mit Förderorgan 6 ist ein Druckbegrenzungsventil 13 zugeordnet, welches auf das Niederdruckniveau P1 fest eingestellt ist; es ist im Unterschied zum Druckbegrenzungsventil 9 in 2 also nicht regelbar. Die Förderstränge von Niederdruckkreis 4 und Hochdruckkreis 5 sind durch ein ansteuerbares Wegeventil 14 miteinander verbunden, welches zwei Schaltstellungen 14a, 14b zulässt. In der Zeichnung ist eine erste Schaltstellung 14a dargestellt, bei welcher die Volumenströme V1 des Niederdruckkreises 4 und V2 des Hochdruckkreises 5 voneinander getrennt sind. Beide Volumenströme mit unterschiedlichem Druckniveau gelangen über die Leitungsabschnitte 4a, 5a in den Hydraulikkreislauf 12, analog dem Ausführungsbeispiel gemäß 2. In der zweiten Schaltstellung des Wegeventils 14, dargestellt durch das Symbol 14b, werden beide Volumenströme V1 aus dem Niederdruckkreis 4 und V2 aus dem Hochdruckkreis 5 vereinigt. Das Förderorgan 6 arbeitet somit gegen das Druckbegrenzungsventil 8 mit dem erhöhten Druckniveau P2, sodass sich ein summierter Förderstrom des Hochdruckniveaus P2 ergibt, der über den Leitungsabschnitt 5a in den Hydraulikkreislauf 12 eingespeist wird. Analog dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 kann bei dieser Schaltstellung 14 b der Gangwechsel erfolgen. Nach Durchführung der Schaltung wird das Wegeventil 14 in die Schaltstellung 14a zurückgestellt, beide Kreise 4, 5 sind dann wieder getrennt, und das Förderorgan 6 arbeitet wieder gegen das Druckbegrenzungsventil 13 mit dem Niederdruckniveau P1.
Bezugszeichenliste

1: Doppelflügelzellenpumpe
2: Rotor
3: Hydraulikkreislauf
4: Niederdruckkreis
4a: Leistungsabschnitt
5: Hochdruckkreis
5a: Leitungsabschnitt
6: erstes Förderorgan
7: zweites Förderorgan
8: Druckbegrenzungsventil (HD), fest
9: Druckbegrenzungsventil (ND), regelbar
10: Verbindungsleitung
11: Rückschlagventil
12: Hydraulikkreislauf
13: Druckbegrenzungsventil (ND), fest
14: Wegeventil
14a: erste Schaltstellung
14b: zweite Schaltstellung
V1: erster Volumenstrom
V2: zweiter Volumenstrom
P1: Niederdruck
P2: Hochdruck
M: Mittelpunkt, Rotor

Claims

Hydraulikkreislauf (3, 12) zur Ölversorgung eines Automatgetriebes für Kraftfahrzeuge, umfassend einen Niederdruckkreis (4) zur Förderung eines ersten Volumenstromes (V1) mit einem ersten Druckniveau (P1) und einem Hochdruckkreis (5) zur Förderung eines zweiten Volumenstromes (V2) mit einem zweiten, höheren Druckniveau (P2), wobei das erste Druckniveau (P1) des ersten Volumenstromes (V1) bedarfsweise auf das höhere Druckniveau (P2) modulierbar ist und beide Volumenströme (V1, V2) bei gleichem hohen Druckniveau (P2) summierbar sind, wobei dem Niederdruckkreis (4) zur Förderung des ersten Volumenstromes (V1) ein erstes Förderorgan (6) und dem Hochdruckkreis zur Förderung des zweiten Volumenstromes (V2) ein zweites Förderorgan (7) zugeordnet ist und wobei beide Förderorgane (6, 7) als Zweikreispumpe ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweikreispumpe als Doppelflügelzellenpumpe (1) mit asymmetrischer Volumenstromaufteilung ausgebildet ist, welche einen ersten Volumenstrom (V1) für den Niederdruckkreis (4) und einen zweiten Volumenstrom (V2) für den Hochdruckkreis (5) fördert, wobei ein Rotor (2) der Doppelflügelzellenpumpe (1) so angeordnet ist, dass sich unterschiedliche Volumenströme (V1, V2) ergeben.
Hydraulikkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summierung der Volumenströme (V1, V2) bei Einleitung eines Gangwechsels im Stufenautomatgetriebe erfolgt.
Hydraulikkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hochdruckkreis (5) ein Druckbegrenzungsventil (8) zur Einhaltung des zweiten Druckniveaus (P2) zugeordnet ist.
Hydraulikkreislauf nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Niederdruckkreis (4) ein Druckbegrenzungsventil (9) zur Einhaltung des ersten Druckniveaus (P1) zugeordnet ist.
Hydraulikkreislauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (9) zur Änderung des ersten Druckniveaus (P1) durch einen Druckregler (9) ansteuerbar ist.
Hydraulikkreislauf (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hochdruckkreis (5) und dem Niederdruckkreis (4) ein zum Hochdruckkreis (5) öffnendes Rückschlagventil (11) angeordnet ist.
Hydraulikkreislauf (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Volumenströme (V1, V2) über ein schaltbares Wegeventil (14) summierbar sind.
Hydraulikkreislauf (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegeventil (14) zwei Schaltstellungen (14a, 14b) aufweist, nämlich eine erste (14a), in welcher beide Volumenströme (V1, V2) getrennt sind, und eine zweite (14b), in welcher beide Volumenströme (V1, V2) zusammengeführt sind.