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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln wenigstens eines hydraulisch betätigbaren Schaltelementes einer Getriebeeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Getriebeeinrichtung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 12 näher definierten Art.
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Bei aus der Praxis bekannten Getrieben werden Schaltelemente aufgrund einer geforderten hohen Leistungsdichte vorzugsweise hydraulisch betätigt. Üblicherweise erzeugt ein zentrales hydraulisches Steuergerät mittels Druckreglern und diesen nachgeschalteten Ventileinheiten einen Steuerdruck im hydraulischen System und die zur Betätigung der Schaltelemente notwendigen Hydraulikfluidvolumenströme. Das zentrale hydraulische Steuergerät wird im Betrieb eines Automatgetriebes von einer permanent angetriebenen Ölpumpe bzw. Pumpeneinrichtung versorgt, mittels welcher das Hydrauliksystem eines Getriebes mit den über alle Betriebszustände des Getriebes erforderlichen Hydraulikfluidvolumenströmen beaufschlagbar ist.
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Nachteilig dabei ist jedoch, dass der von der Pumpeneinrichtung geförderte Hydraulikfluidvolumenstrom nicht bedarfsabhängig sondern drehzahlabhängig, d. h. in Abhängigkeit der Drehzahl der Antriebsmaschine des Fahrzeugs, erzeugt wird und die Pumpenkennlinie der Pumpeneinrichtung für einen Betriebszustand ausgelegt wird, in dem die Pumpeneinrichtung ihr minimales Fördervolumen aufweist und die über das Hydrauliksystem mit Steuerdruck und Hydraulikfluid zu versorgenden Verbraucher des Getriebes einen hohen Bedarf an Hydraulikfluid aufweisen. Dadurch werden von der Pumpeneinrichtung bei hohen Antriebsdrehzahlen der Pumpeneinrichtung, d. h. in hohen Drehzahlbereichen der Antriebsmaschine, im Hydrauliksystem Hydraulikfluidvolumenströme umgewälzt, die von den hydraulischen Verbrauchern des Getriebes in diesem Umfang nicht benötigt werden. In diesen Betriebsbereichen weist die Pumpeneinrichtung eine unnötig hohe Leistungsaufnahme auf, die den Wirkungsgrad eines Automatgetriebes reduziert und zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauches von mit einem derartigen Automatgetriebe ausgeführten Fahrzeugen im Vergleich zu Fahrzeugen führt, die mit Handschaltgetrieben ausgestattet sind, deren Schaltelemente im Wesentlichen mechanisch angesteuert werden.
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Des Weiteren sind hydraulische Systeme von mit hydraulisch ansteuerbaren Schaltelementen ausgeführten Getrieben bekannt, bei welchen eine zentrale Versorgungsleitung von einer zentralen Pumpeneinrichtung mit auf ein vordefiniertes Druckniveau verdichtetem Hydraulikfluid, ähnlich einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Dieselbrennkraftmaschine, versorgt wird. Die Versorgungsleitung ist über im Bereich hydraulisch anzusteuernder Schaltelemente angeordnete Druckregler derart mit den Schaltelementen in Wirkverbindung bringbar, dass die Schaltelemente mit den zur Betätigung notwendigen Drücken und Hydraulikfluidvolumenströmen versorgt bzw. beaufschlagt werden.
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Nachteilig dabei ist jedoch, dass auch der üblicherweise auf ein niedrigeres Steuerdruckniveau bzw. Schmierkreislauf- oder Kühlölkreislaufdruckniveau anzuhebende Teil des Hydraulikfluids eines Automatgetriebes, auf das hohe Haltedruckniveau des Teils des Hydraulikfluides eines Automatgetriebes verdichtet wird, der zur Ansteuerung von Lamellenkupplungen oder Lamellenbremsen vorgesehen ist. Dadurch ist die Leistungsaufnahme der Pumpeneinrichtung auch bei diesen hydraulischen Systemen höher als zur Versorgung der Verbraucher eines Automatgetriebes erforderlich. Dies führt zur Verschlechterung des Wirkungsgrades eines Automatgetriebes und zu einem unerwünscht hohen Kraftstoffbedarf eines Fahrzeuges.
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Aus der
DE 40 07 162 A1 ist eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen von schwenkbaren Klappen, Hauben oder Türen, insbesondere zum Heben und Senken von Laderaumklappen, Heckklappen, Motorhauben und dergleichen von Kraftfahrzeugen bekannt. Die Vorrichtung weist ein Verstellorgan mit einem Zylinder und einem im Zylinder in Längsrichtung beweglichen Kolben mit einer Kolbenstange auf, deren Verstellbereich dem maximalen Öffnungswinkel der Klappe, Haube oder Tür entspricht. Das Verstellorgan besteht aus einer hydraulischen Steuerfeder, deren Zylinder mit einem steuerbaren Hydraulikantrieb verbunden ist.
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Die
DE195 13 346 A1 betrifft eine elektromechanische Stellvorrichtung, mit einem Elektromotor zur Betätigung einer Spindel in einem Gehäuse, die mit einem Arbeitskolben zusammenwirkt, wobei der Arbeitskolben einen hydraulisch beaufschlagten Arbeitsraum begrenzt, an dem ein erster Druckmittelanschluss eine Druckmittelverbindung zu einem Druckmittelverbraucher herstellt und ein weiterer Druckmittelanschluss mit einem Druckversorger in Verbindung steht, mit einem Anschlag, an dem die Spindel in einer Grundstellung positioniert ist. Der Anschlag wirkt mit wenigstens einem Federelement zusammen, wobei in der entspannten Lage des Federelementes die Spindel in ihrer Grundstellung am Anschlag verharrt, in der vorgespannten Lage des Federelementes die Spindel einen Reservehub vollzieht, welcher die maximale Endlage der Spindel bestimmt.
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Die
DE 100 10 636 A1 betrifft eine elektromechanische Verstelleinheit zum Einstellen der Schaltstellungen eines Kraftfahrzeug-Verteilergetriebes umfasst einen elektromechanischen Antrieb sowie ein von dem elektromechanischen Antrieb angetriebenes Stellgetriebe. Auf einem innerhalb der Verstelleinheit vorgesehenen Schaltungsträger ist eine Elektronikschaltung realisiert, die mit einem Sensormittel zur Erfassung einer Bewegungsgröße des Stellgetriebes in elektrischer Verbindung steht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln wenigstens eines hydraulisch betätigbaren Schaltelementes einer Getriebeeinrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welcher eine Getriebeeinrichtung mit einem hohen Wirkungsgrad betreibbar ist, und eine Getriebeeinrichtung zu schaffen, die mit einem hohen Wirkungsgrad betreibbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und einer Getriebeeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln wenigstens eines hydraulisch betätigbaren Schaltelementes einer Getriebeeinrichtung, ist mit einem von einer Steuer- und/oder Reglereinheit ansteuerbaren Elektromotor ausgeführt. Das Schaltelement ist mit einer mit einem hydraulischen Betätigungsdruck beaufschlagbaren Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführt und in einem mit einem Ölsumpf der Getriebeeinrichtung verbundenen Bauraum anordenbar. Des Weiteren ist eine mit dem Elektromotor wirkverbundene Antriebswandlereinrichtung vorgesehen, mittels der der rotatorische Antrieb des Elektromotors in den hydraulischen Betätigungsdruck für das Schaltelement umwandelbar ist.
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Somit ist vorzugsweise für jedes Schaltelement eine eigenständige Aktuatorik bzw. Ansteuereinheit zur hydraulischen Betätigung eines Schaltelementes zur Verfügung stellbar sowie elektrische Energie betriebszustandsbezogen, bedarfsgerecht und für jedes Schaltelement individuell in hydraulische Betätigungsenergie umwandelbar.
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Das bedeutet, dass die für die Betätigung eines Schaltelementes aufzubringende Energie nur dann benötigt wird, wenn eine elektrische Getriebesteuereinrichtung die Betätigung eines Schaltelementes, d. h. ein Zuschalten oder ein Abschalten des Schaltelementes, anfordert. Zusätzlich ist durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung keine aus der Praxis bekannte zentrale Ölversorgung auf hohem und den Wirkungsgrad einer Getriebeeinrichtung verschlechternden Druckniveau erforderlich, womit ein mit der Vorrichtung nach der Erfindung ausgeführtes Automatgetriebe mit einem mit im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Automatgetrieben besseren Wirkungsgrad betreibbar ist.
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Neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Getriebeeinrichtung vorzugsweise mit einer zentralen Pumpeneinrichtung ausgebildet sein, über welches ein Schmier- und Kühlölsystem auf niedrigem Druckniveau mit Hydraulikfluid versorgt wird, wobei eine derartige Pumpeneinrichtung im Betrieb der Getriebeeinrichtung eine erheblich geringere Leistungsaufnahme aufweist als herkömmliche aus der Praxis bekannte Pumpeneinrichtungen, die zur Einstellung des zur Versorgung bzw. zum Betätigen der Schaltelemente einer Getriebeeinrichtung erforderlichen Steuerdrucks vorgesehen sind.
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Grundsätzlich werden vorliegend unter dem Begriff Getriebeeinrichtung alle Getriebe verstanden, bei welchen der Kraftfluss im Getriebe mittels Schaltelementen beeinflusst wird und die Schaltelemente nicht ausschließlich manuell betätigt werden. D. h., dass von dem Begriff Getriebeeinrichtung beispielsweise Stufenautomatgetriebe, wie Planetengetriebe, Vorgelegegetriebe oder Getriebe in gemischter Bauweise, Doppelkupplungsgetriebe, automatisierte Schaltgetriebe, zumindest bereichsweise stufenlos verstellbare Getriebe, wie Toroidvariatoren, Umschlingungsvariatoren, hydrostatische Variatoren oder elektrische Variatoren, so genannte Verteilergetriebe, Achsgetriebe oder Getriebeeinrichtungen, welche nicht in Straßenfahrzeugen Anwendung finden, wie beispielsweise Schiffswendegetriebe, umfasst sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung mit mehreren in mit einem Ölsumpf verbundenen Bauraum angeordneten und betätigbaren Schaltelementen ist zur Betätigung der Schaltelemente jedem Schaltelement genau eine erfindungsgemäße Vorrichtung zugeordnet, womit für jedes Schaltelement eine eigenständige und durch eine geringe Leistungsaufnahme gekennzeichnete Aktuatorik zur hydraulischen Betätigung vorgesehen ist. Damit kann eine erfindungsgemäß ausgeführte Getriebeeinrichtung mit einer geringeren Leistungsaufnahme und somit mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben werden als aus dem Stand der Technik bekannte Getriebeeinrichtungen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung ist es vorgesehen, dass die Elektromotoren der den Schaltelementen zugeordneten Vorrichtungen zum Betätigen der Schaltelemente mittels einer gemeinsamen Steuer- und/oder Reglereinheit betrieben werden. Damit besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, die zur Betätigung der Schaltelemente vorgesehene Aktuatorik kosten- und bauraumgünstig auszuführen.
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Alternativ hierzu ist es bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung vorgesehen, dass Elektromotoren der den Schaltelementen zugeordneten Vorrichtungen zum Betätigen der Schaltelemente zu Gruppen zusammengefasst sind und die Elektromotoren jeweils mittels einer einer Gruppe zugeordneten Steuer und/oder Reglereinheit betreibbar sind. Damit wird vorteilhafterweise erreicht, dass bei einem Ausfall einer der Steuer- und/oder Reglereinheiten die mittels weiterer Steuer- und/oder Reglereinheiten der Getriebeeinrichtung betreibbaren und zu Gruppen zusammengefassten Elektromotoren weiterhin betätigbar sind und die Getriebeeinrichtung zumindest in einem Notlaufbetrieb weiter zur Verfügung steht.
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Eine weitere alternative Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass jedem Elektromotor jeder Vorrichtung eine separate Steuer- und/oder Reglereinheit zugeordnet ist, mittels welchen die Elektromotoren betreibbar sind. Damit ist bei einem Ausfall einer Steuer- und/oder Regiereinheit nur das dieser Steuer- und/oder Regiereinheit zugeordnete bzw. das damit zusammenwirkende Schaltelement betroffen und nicht in gewünschtem Umfang betätigbar. Die erfindungsgemäße Getriebeeinrichtung ist somit in einem Notlaufbetrieb betreibbar, der gegenüber einer störungsfreien Betriebsweise in geringerem Umfang eingeschränkt ist, als die Ausführungsform einer Getriebeeinrichtung, die zu Gruppen zusammengefassten Elektromotoren aufweist.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei zur Verbesserung der Übersichtlichkeit in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Es zeigt:
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1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln eines hydraulisch betätigbaren Schaltelementes; und
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2 eine 1 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln nach der Erfindung.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 zum Steuern und/oder Regeln eines hydraulisch betätigbaren Schaltelementes 2 einer nicht näher dargestellten Getriebeeinrichtung, welches in einem mit einem Ölsumpf der Getriebeeinrichtung verbundenen Bauraum der Getriebeeinrichtung angeordnet ist. Dabei ist das Schaltelement 2 vorliegend derart dem Gehäuse der Getriebeeinrichtung angeordnet, dass das Schaltelement 2 mit dem Ölsumpf befindlichem Hydraulikfluid in Kontakt treten kann. Das Schaltelement 2 ist mit einer mit einem hydraulischen Betätigungsdruck p beaufschlagbaren Kolben-Zylinder-Einheit 3 ausgebildet und stellt vorliegend eine reibschlüssige Lamellenkupplung eines Automatgetriebes zum Zu- bzw. Abschalten einer Gangstufe des Automatgetriebes dar.
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Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 eine Steuer- und/oder Reglereinheit 4 sowie einen von dieser ansteuerbaren Elektromotor 5 auf. Zusätzlich ist eine mit dem Elektromotor 5 wirkverbundene Antriebswandlereinrichtung 6 vorgesehen, mittels der der rotatorische Antrieb des Elektromotors 5 in den hydraulischen Betätigungsdruck p für das Schaltelement 2 umwandelbar ist.
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Die Antriebswandlereinrichtung 6 ist mit einer Zylinder-Kolben-Einrichtung 7 ausgebildet, dessen Kolben 8 in Abhängigkeit des rotatorischen Antriebs des Elektromotors 5 in Bezug auf den Zylinder 9 der Zylinder-Kolben-Einrichtung 7 translatorisch verschiebbar ist. Der rotatorische Antrieb des Elektromotors 5 wird mittels einem mit einer Motorausgangswelle 5A wirkverbundenen und vorliegend als Spindel-Mutter-Anordnung ausgeführten Getriebe 10 in die translatorische Betätigungsbewegung des Kolbens 8 transformiert. Selbstverständlich liegt es im Ermessen des Fachmannes, das Getriebe 10 auch als Kugel-Rampe-System oder in beliebiger anderer Bauform auszuführen, mittels der der rotatorische Antrieb des Elektromotors in eine translatorische Betätigungsbewegung umwandelbar ist.
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Das bedeutet, dass der Kolben 8 in Abhängigkeit einer Rotation der Motorausgangswelle 5A des Elektromotors 5 entweder von dem Elektromotor 5 weg oder auf diesen zu bewegt wird, um den Betätigungsdruck p für das Schaltelement 2 betriebszustandsabhängig und bedarfsgerecht zur Betätigung des Schaltelementes 2 zu variieren.
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Die Vorrichtung 1 stellt eine Einheit aus einem hochdynamisch ausgeführten Elektromotor 5 und der zum Transformieren der Drehbewegung des Elektromotors 5 in eine lineare Bewegung des Kolbens 8 der Zylinder-Kolben-Einrichtung 7 vorgesehenen Antriebswandlereinrichtung 6 dar.
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Die Kolben-Zylinder-Einheit 3 des Schaltelementes 2 und die Zylinder-Kolben-Einrichtung 7 der Antriebswandlereinrichtung 6 begrenzen einen Druckraum 11, wobei der Druck im Druckraum 11 vorliegend dem Betätigungsdruck p des Schaltelementes 2 entspricht und bei einer weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 1, bei der zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit 3 und der Zylinder-Kolben-Einrichtung 7 ein als hydraulischer Übersetzer wirkender Stufenkolben vorgesehen ist, einem zu dem Betätigungsdruck p äquivalenten Druck entspricht.
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Der Druck im Druckraum 11 variiert in Abhängigkeit der translatorischen Bewegung des Kolbens 8 in Bezug auf den Zylinder 9 der Zylinder-Kolben-Einrichtung 7 sowie eines Zustandes der dem Schaltelement 2 zugeordneten Kolben-Zylinder-Einheit 3, wobei der Druck im Druckraum 11 bzw. der Betätigungsdruck p des Schaltelementes 2 mit zunehmendem Verschiebeweg des Kolbens 8 in Richtung der Kolben-Zylinder-Einheit 3 ansteigt und eine translatorische Betätigungsbewegung des Kolbens 12 der Kolben-Zylinder-Einheit 3 gegenüber dem Zylinder 13 bewirkt. Dadurch wird ein Lamellenpaket des Schaltelementes 2 zunehmend verpresst und die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 2 wird auf ein gewünschtes Maß angehoben. Dabei wird der Betätigungsdruck p durch einen mittels der Steuer- und/oder Reglereinheit 4 im Druckraum 11 vordefinierten Ölstrom eingestellt, der einer im Druckraum 11 kontrolliert bewegten und mit Druck beaufschlagten Ölsäule entspricht.
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Die Spindel-Mutter-Anordnung 10 der Antriebswandlereinrichtung 6 ist vorliegend selbsthemmend ausgeführt, so dass der Kolben 8 gegenüber dem Zylinder 9 der Zylinder-Kolben-Einrichtung 7 bei unbestromtem Elektromotor 5 in der jeweils aktuellen Stellung verbleibt. Damit besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, das Schaltelement 2 ohne weitere Energieaufwendung in seinem aktuellen Zustand zu halten und einen Wirkungsgrad des mit der Vorrichtung 1 ausgeführten Getriebes im Vergleich zu herkömmlichen Getriebeeinrichtungen zu verbessern.
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Um einen durch Fertigungstoleranzen bedingten Leckagevolumenstrom aus dem Druckraum 11 ausgleichen zu können, ist der Druckraum 11 mit einer Hydraulikleitung 14 verbindbar. Über die Hydraulikleitung 14 ist dem Druckraum 11 vorzugsweise bei nicht betätigtem Schaltelement 2, d. h. bei niedrigen Druckwerten im Druckraum 11, Hydraulikfluid zuführbar, so dass der Druckraum 11 im Wesentlichen über die gesamte Betriebsdauer der Vorrichtung 1 ein konstantes Füllvolumen aufweist.
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Die Hydraulikleitung 14 ist vorliegend mit einem Pumpenaggregat 15 verbunden, mittels welchem Hydraulikfluid aus einem Ölsumpf 16 der Getriebeeinrichtung in den Druckraum 11 führbar ist. Das Pumpenaggregat 15 ist zur Versorgung eines Kühl- und Schmierölkreislaufes 17 vorgesehen, wobei die Verbindung zwischen dem Druckraum 11 und dem Pumpenaggregat 15 über eine vorliegend als Rückschlagventil ausgeführte Sperreinrichtung 18 bei einem positiven Druckgefälle zwischen dem Druckraum 11 und der Druckseite des Pumpenaggregats 15 gesperrt ist.
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Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass die Hydraulikleitung 14 in einem Bereich in den Druckraum 11 mündet, der von dem Kolben 8 der Zylinder-Kolben-Einrichtung 7 während der Betätigung des Schaltelementes 2 überfahren wird, so dass der Mündungsbereich der Hydraulikleitung 14 bei mit höheren Drücken im Druckraum 11 korrespondierenden Stellungen des Kolbens 8 von dem Druckraum 11 getrennt ist.
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Bei der Vorrichtung 1 gemäß 1, welche zum Betätigen des als Lamellenkupplung ausgeführten Schaltelementes 2 vorgesehen ist, wird die Leckage besonders dann begünstigt, wenn der Zylinder 13 der Kolben-Zylinder-Einheit 3 als rotierendes Bauteil ausgeführt ist, da im Bereich zwischen dem Kolben 12 und dem Zylinder 13 eine für die Funktionsweise der Vorrichtung 1 erforderliche Abdichtung nur mit hohem Dichtaufwand zur Verfügung stellbar ist. Bei einem als Lamellenbremse ausgeführten Schaltelement ist der Dichtaufwand in diesem Bereich geringer, da zumindest eine Hälfte des Schaltelementes gehäusefest und somit nicht rotierend ausgeführt ist.
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Um den Dichtaufwand im vorbeschriebenen Bereich der Vorrichtung 1 zu reduzieren, kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass das als rotierendes Bauteil ausgeführte Schaltelement 2 von einem nicht rotierenden hydraulischen Betätigungselement, d. h. der Kolben-Zylinder-Einheit 3, angesteuert wird, wobei dann zur Drehzahlentkopplung zwischen dem Schaltelement 2 und der Kolben-Zylinder-Einheit 3 ein sogenanntes Ein- bzw. Ausrücklager, welches beispielsweise als Axialkugellager ausgeführt sein kann, angeordnet ist.
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Weiterhin besteht abweichend von der vorbeschriebenen translatorischen Bewegung des Kolbens 8 der Zylinder-Kolben-Einrichtung 7 auch die Möglichkeit, den Zylinder 9 zu verschieben, während der Kolben 8 der Zylinder-Kolben-Einrichtung 7 ortsfest ausgeführt ist. Zusätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, sowohl den Kolben 8 als auch den Zylinder 9 durch den Elektromotor 5 anzusteuern und relativ zueinander zu bewegen, um das Schaltelement 2 zu betätigen. Letztgenannte Ausführung führt sowohl zu einer Verringerung des Verschiebewegs des Kolbens 8 als auch des Zylinders 9 der Zylinder-Kolben-Einrichtung 7 der Antriebswandlereinrichtung 6, da der Kolben 8 und der Zylinder 9 aufgrund der gegensinnigen Verschiebung des Kolbens 8 und des Zylinders 9 während der Einstellung des Betätigungsdruckes p im Druckraum 11 jeweils im Vergleich zu einer alleinigen Verschiebung des Kolbens 8 oder des Zylinders 9 jeweils nur den halben Verschiebeweg zurücklegen müssen.
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Alternativ zu der pumpenseitigen Versorgung des Kühl- und Schmierölkreislaufes ist es bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform der Getriebeeinrichtung vorgesehen, dass die Bauteile des Automatgetriebes auf einfache Art und Weise durch Eintauchen der rotierenden Bauteile des Automatgetriebes in den Ölsumpf des Automatgetriebes gekühlt und geschmiert werden und das Pumpenaggregat 15 lediglich zur Versorgung des Druckraumes 11 vorgesehen ist.
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Um den aktuellen Zustand der Vorrichtung 1 und des Schaltelementes 2 bestimmen zu können, sind vorliegend ein der Antriebswandlereinrichtung 6 zugeordneter Wegsensor 19 zum Ermitteln einer axialen Stellung der Mutter 10A in Bezug auf die Spindel 10B der Spindel-Mutter-Anordnung 10 und ein Drucksensor 20 zur Ermittlung des Betätigungsdruckes p des Schaltelements 2 vorgesehen.
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Zwischen dem Schaltelement 2 und dem Kolben 12 der Kolben-Zylinder-Einheit 3 ist eine Federeinrichtung 21 mit vordefinierter Federkennlinie vorgesehen, so dass das Lamellenpaket des Schaltelementes 2 bei steigendem Betätigungsdruck p und dem damit korrespondierenden Verschiebeweg des Kolbens 12 durch die gemäß der Federkennlinie ansteigende Federkraft der Federeinrichtung 21 verpresst wird.
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Bei Kenntnis des Verschiebewegs des Kolbens 12 der Kolben-Zylinder-Einheit 3 ist die am Schaltelement 2 wirkende Betätigungskraft mittels der Federkennlinie der Federeinrichtung 21 bestimmbar, wobei der Verschiebeweg des Kolbens 12 mit dem Wegsensor 19 oder vorzugsweise über einen zur Bestimmung einer Winkelposition des Elektromotors 5 vorgesehenen und dem Elektromotor 5 zugeordneten Positionssensor 22 bestimmbar ist. Die Ausführung der Vorrichtung 1 gemäß 1 mit der Federeinrichtung 21 zwischen dem Kolben 12 und dem Schaltelement 2 stellt eine kostengünstige Ausführungsform dar, da zur Bestimmung des Zustandes der Vorrichtung 1 auf den Drucksensor 20 verzichtet werden kann.
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Neben dem Positionssensor 22 kann dem Elektromotor 5 bei einer weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 1 auch ein Drehzahlsensor zum Bestimmen des Zustandes der Vorrichtung nach der Erfindung zugeordnet sein.
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2 zeigt eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäß ausgeführten Vorrichtung zu Steuern und/oder Regeln des Schaltelementes 2, welche sich von dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen im Bereich der Antriebswandlereinrichtung 6 unterscheidet. Die Antriebswandlereinrichtung 6 der Vorrichtung 1 gemäß 2 ist vorliegend als eine von dem Elektromotor 5 antreibbare Pumpeneinrichtung 23 ausgeführt, welche den Druckraum 11 der Kolben-Zylinder-Einheit 3 des Schaltelementes 2 bei entsprechendem elektromotorseitigen Antrieb mit dem Betätigungsdruck p oder bei entsprechender Ausführung der Vorrichtung 1 mit einem zu dem Betätigungsdruck p des Schaltelementes 2 äquivalenten hydraulischen Druck beaufschlagt. Dabei ist der Druckraum 11 mit der Druckseite der Pumpeneinrichtung 23 verbunden, während die Pumpeneinrichtung 23 saugseitig mit dem Ölsumpf 16 des Automatgetriebes in Verbindung steht.
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Um eine Leistungsaufnahme der Pumpeneinrichtung 23 in betätigtem Zustand des Schaltelementes 2 zu verringern bzw. den Wirkungsgrad des Automatgetriebes zu verbessern, ist die Vorrichtung 1 im Bereich zwischen der Pumpeneinrichtung 23 und einer dem Druckraum 11 zugewandten Stirnfläche 24 des Kolbens 12 mit einer vorliegend als Sperrventil bzw. als rotierendes Ventil ausgebildeten Halteeinrichtung 25 ausgeführt, mittels der die Verbindung zwischen der Pumpeneinrichtung 23 und der Kolben-Zylinder-Einheit 3 des Schaltelementes 2 auf einfache Art und Weise sperrbar ist und der Betätigungsdruck p ohne weiteren elektromotorseitigen Antrieb der Pumpeneinrichtung 23 haltbar ist.
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Hiervon abweichend kann der Kolben
12 der Kolben-Zylinder-Einheit
3 in einer zu dem betätigten Zustand des Schaltelementes
2 äquivalenten Position mittels einer aus der
DE 102 05 411 A1 bekannten Halteeinrichtung entsprechenden Halteeinrichtung gehalten werden, wobei die Halteeinrichtung bei einer Betätigung des Kolbens
12 in Richtung seiner das Schaltelement betätigenden Position einrastet und bei einer darauf folgenden weiteren Betätigung des Kolbens
12 in einen deaktivierten Zustand überführt wird, in dem der Kolben
12 in eine zu einem nicht betätigten Zustand des Schaltelementes
2 äquivalente Position verfahrbar ist.
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Das bedeutet, dass die Pumpeneinrichtung 23 zum Betätigen des Schaltelementes 2 zunächst vom Elektromotor 5 angetrieben werden muss. Im betätigten Zustand des Schaltelementes 2 wird die dafür erforderliche Betätigungskraft entweder durch Sperren des Sperrventils der Halteeinrichtung 25 oder durch mechanisches Verriegeln des Kolbens 12 zur Verfügung gestellt, so dass der Elektromotor 5 nicht weiter bestromt wird.
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Zur Ermittlung des Zustandes der Vorrichtung 1 ist der Pumpeneinrichtung 23 ein Druckbestimmungssensor 26 zugeordnet, mittels welchem der Betätigungsdruck p des Schaltelementes p oder ein hierzu äquivalenter Druckwert, der gleichzeitig dem Förderdruck der Pumpeneinrichtung 23 entspricht, ermittelt.
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Dem Elektromotor 5 der Vorrichtung 1 gemäß 2 und der Vorrichtung 1 gemäß 1 ist eine Leistungselektronik, die zur Steuerung des Leistungsflusses des Elektromotors 5 vorgesehen ist, und eine Steuer- und/oder Regelelektronik, die zur Verarbeitung von Informationen vorgesehen ist, umfassende Elektronik 27 zugeordnet, die mit der Steuer- und/oder Reglereinheit 4 wirkverbunden ist, wobei die Elektronik wahlweise entweder in das Gehäuse des Elektromotors 5 integriert oder an das Gehäuse des Elektromotors 5 montiert sein kann.
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Der Vorteil der Vorrichtung 1 gemäß 2 gegenüber der Vorrichtung 1 gemäß 1 ist, dass eine Leckage im Druckraum 11 durch die Pumpeneinrichtung 23 auf einfache Art und Weise ausgleichbar ist und das Automatgetriebe ohne das Pumpenaggregat 15 gemäß 1 ausgeführt werden kann, so dass die vorbeschriebene einfache Ausführung der Schmier- und Kühlölversorgung des Automatgetriebes durch Eintauchen rotierender Bauteile des Autmatgetriebes in den Ölsumpf ohne pumpenseitige Versorgung realisierbar ist.
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Zur Reduzierung eines Bauraumbedarfs des Automatgetriebes kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 1 gemäß 1 oder gemäß 2 zur Ansteuerung von zwei oder mehreren Schaltelementen des Automatgetriebes vorgesehen ist, wobei die gemäß einer im Getriebesteuergerät hinterlegten Schaltlogik angesteuerten Schaltelemente, welche von derselben Vorrichtung betätigt werden, von der Schaltlogik niemals gleichzeitig zugeschaltet werden.
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Eine kostengünstige Ausgestaltung ist dann gegeben, wenn mehrere zur Betätigung von Schaltelementen eines Automatgetriebes vorgesehene erfindungsgemäße Vorrichtungen in einer parallelen Anordnung als ganzheitlich gespritzter Block zusammengefasst werden, so dass die Elektromotoren, die Leistungselektronik, die Vorortelektronik und die Antriebswandlereinrichtungen jeweils gleichartig ausgeführt sind, wobei dieses Baukastensystem auf einfache Art und Weise an den jeweils vorliegenden Anwendungsfall anpassbar ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist neben der vorbeschriebenen Betätigung von Lamellenkupplungen oder -bremsen auch zur Betätigung anderer Schaltelemente einer Getriebeeinrichtung, wie einer hydraulisch betätigten Synchronisierung, eines Parksperrenaktuators oder eines beliebigen anderen Schaltelementes, geeignet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Schaltelement
- 3
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 4
- Steuer- und/oder Reglereinheit
- 5
- Elektromotor
- 5A
- Motorausgangswelle
- 6
- Antriebswandlereinrichtung
- 7
- Zylinder-Kolben-Einrichtung
- 8
- Kolben der Zylinder-Kolben-Einrichtung
- 9
- Zylinder der Zylinder-Kolben-Einrichtung
- 10
- Getriebe, Spindel-Mutter-Anordnung
- 10A
- Mutter
- 10B
- Spindel
- 11
- Druckraum
- 12
- Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit
- 13
- Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit
- 14
- Hydraulikleitung
- 15
- Pumpenaggregat
- 16
- Ölsumpf
- 17
- Kühl- und Schmierölkreislauf
- 18
- Sperreinrichtung
- 19
- Wegsensor
- 20
- Drucksensor
- 21
- Federeinrichtung
- 22
- Positionssensor
- 23
- Pumpeneinrichtung
- 24
- Stirnfläche
- 25
- Halteeinrichtung
- 26
- Druckermittlungssensor
- 27
- Elektronik des Elektromotors
