-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung und/oder Beeinflussung
eines Drehmoments einer Welle nach der im Oberbegriff von Anspruch
1 näher
definierten Art.
-
Aus
dem allgemeinen Stand der Technik sind die verschiedensten Vorrichtungen
zur Übertragung und/oder
Beeinflussung eines Drehmoments einer Welle bekannt. Ein Beispiel
hierfür
ist die bei einem sogenannten Direktschaltgetriebe eingesetzte Doppelkupplung.
Hierbei ist eine der beiden Kupplungen eingerückt und steht dadurch in Verbindung
mit einem der beiden Getriebestränge
des Direktschaltgetriebes, wohingegen die andere Kupplung ausgerückt ist.
Ein derartiges Direkt schaltgetriebe und eine zugehörige Doppelkupplung
sind zum Beispiel in der
DE
103 49 220 A1 oder der
DE 197 11 820 A1 beschrieben. Zur Versorgung
und Druckbeaufschlagung der Kupplung mit der Hydraulikflüssigkeit
wird bei diesen Systemen eine meist von einer Kurbelwelle einer
zugehörigen
Brennkraftmaschine angetriebene Konstantpumpe eingesetzt, die jedoch
zum einen eine aufwändige
und meist wenig dynamische Regelung erforderlich macht und die zum
anderen durch ihren ständigen
Betrieb relativ viel Energie verbraucht.
-
Wenn
alternativ, wie beispielsweise in der
DE 102 61 709 A1 beschrieben,
eine elektrisch betriebene Förderpumpe
eingesetzt wird, so führt
dies zu noch größeren Problemen
hinsichtlich der Dynamik, da solche Pumpen eine relativ hohe Drehzahl benötigen, um
ihre Trägheit
zu überwinden.
-
Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Übertragung
und/oder Beeinflussung eines Drehmoments einer Welle mit einem hydraulisch
betätigten
Schaltelement zu schaffen, welche ein hochdynamisches Schalten des Schaltelements
ermöglicht
und dabei einen möglichst
geringen Energieverbrauch aufweist.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
-
Durch
die erfindungsgemäße Auslegung
der Förderpumpe
für einen
mit hoher Frequenz intermittierend arbeitenden Förderbetrieb ergibt sich eine sehr
hohe Dynamik der erfindungsgemäß voll variablen
Förderpumpe,
so dass eine Umschaltung des Schaltelements innerhalb einer sehr
kurzen Zeit möglich
ist. Durch den intermittierenden Betrieb der Förderpumpe wird dieselbe vorteilhafterweise
nur dann benötigt,
wenn das Schaltelement umgeschaltet werden soll, so dass in denjenigen
Zeitpunkten, in denen keine Umschaltung erforderlich ist, auch keine Energie
verbraucht wird. Gegenüber
bekannten Systemen kann auf diese Weise eine erhebliche Energieeinsparung
erzielt werden. Des weiteren ist durch den voll variablen Betrieb
der Förderpumpe
der auf das Schaltelement wirkende Druck sehr genau einstellbar,
da die Förderpumpe
exakt geregelt werden kann.
-
Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung der Förderpumpe gegenüber bekannten Lösungen,
bei denen die Förderpumpe
durch die Kurbelwelle angetrieben wird, liegt in der verhältnismäßig geringen
Baugröße und in
der flexiblen Anbringung der Förderpumpe,
da diese vollkommen autark betrieben wird und daher nicht an einem
bestimmten Ort eingebaut werden muss. Auf diese Weise lassen sich,
zusätzlich
zu der oben erläuterten
Energieeinsparung, die Kosten noch weiter verringern.
-
Als
besonders gut geeignet zum Erzielen des mit hoher Frequenz intermittierend
arbeitenden Förderbetriebs
hat es sich erwiesen, wenn die Förderpumpe
mit piezoelektrischen, magnetostriktiven und/oder elektrochemischen
Aktuatoren als Förderelementen
ausgebildet ist.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass ein Druckregelventil zum Verstellen des Schaltelements
von seiner Geschlossenstellung in seine Offenstellung vorgesehen
ist. Durch ein derartiges Druckregelventil wird zum einen ein Abschalten
der Förderpumpe
ermöglicht,
wenn das Schaltelement nicht geschaltet werden soll, da hierdurch
der Druck in der Hydraulikleitung beibehalten werden kann. Zum anderen
dient das Druckregelventil zum Öffnen
des Schaltelements, sodass hierfür
die Förderpumpe
ebenfalls nicht betätigt
zu werden braucht. Auf diese Weise trägt das Druckregelventil ebenfalls
zu einer Verringerung des Energieverbrauchs bei.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann
das Schaltelement als Kupplung ausgebildet sein. Alternative bzw.
zusätzliche
Anwendungen bzw. Ausführungsformen
bestehen in der Ausführung
des Schaltelements als Bremse, als Differenzial, als Anfahrkupplung
für ein CVT-Getriebe
oder allgemein als Funktionselement beim Torque Vectoring.
-
Des
weiteren kann vorgesehen sein, dass die Förderpumpe auch zum Schalten
des Direktschaltgetriebes ausgebildet und mit einer Schalteinrichtung
für das
Direktschaltgetriebe verbunden ist. Auf diese Weise kann auch die
für ein
solches Direktschaltgetriebe ansonsten erforderliche Förderpumpe eingespart
werden.
-
Alternativ
dazu kann vorgesehen sein, dass zum Schalten des Direktschaltgetriebes
eine separate Förderpumpe
vorgesehen und mit einer Schalteinrichtung für das Direktschaltgetriebe
verbunden ist.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
-
Es
zeigt:
-
1 eine
erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
-
2 eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
-
3 den
prinzipiellen Aufbau eines Direktschaltgetriebes mit Doppelkupplung;
und
-
4 ein
Diagramm des Druckverlaufs an zwei Schaltelementen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
1 zeigt
eine Vorrichtung 1 zur Übertragung
eines Drehmoments auf eine Welle 2, im vorliegenden Fall
auf eine Getriebewelle eines Getriebes 3 für eine Brennkraftmaschine 4.
Das von der Brennkraftmaschine 4 erzeugte Drehmoment wird über eine
Eingangswelle 5 zu einem Schaltelement 6 übertragen,
welches zwischen einer Offenstellung, in der das Drehmoment nicht
an die Welle 2 weitergeleitet wird, und einer Geschlossenstellung,
in welcher das Drehmoment an die Welle 2 weitergeleitet
wird, verstellbar ist. Das Schaltelement 6 ist somit in
an sich bekannter Weise als Kupplung ausgebildet.
-
In 3 ist
eine beispielhafte Ausführung des
Getriebes 3 dargestellt. Dieses ist im vorliegenden Fall
als Direktschaltgetriebe mit Doppelkupplung ausgebildet, d. h. das
Schaltelement 6 umfasst zwei Kupplungen 6a und 6b.
Dabei ist die erste Kupplung 6a mit einem ersten Getriebestrang 3a des
Getriebes 3 und die zweite Kupplung 6b mit einem
zweiten Getriebestrang 3b des Getriebes 3 verbunden.
Von den beiden Getriebesträngen 3a und 3b wird
das Drehmoment weiter auf einen stark schematisierten Antrieb 7 eines
mit dem Getriebe 3 und der Brennkraftmaschine 4 ausgestatteten,
in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Kraftfahrzeugs übertragen.
-
Aus 1 geht
hervor, dass das Schaltelement 6 hydraulisch betätigt wird
und dass zur Versorgung des Schaltelements 6 mit Hydraulikflüssigkeit eine
Förderpumpe 8 vorgesehen
ist. Die Förderpumpe 8 ist
im vorliegenden Fall für
einen mit hoher Frequenz intermittierend arbeitenden Förderbetrieb
ausgelegt und weist hierzu eine Vielzahl von piezoelektrischen Aktuatoren 9 als
Förderelemente
auf. Alternativ könnten
die Aktuatoren 9 auch magnetostriktiv und/oder elektrochemisch
arbeiten. Von der Förderpumpe 8 führt eine
Hydraulikleitung 10, in der ein Drucksensor 11 angeordnet
ist, zu dem Schaltelement 6. Ein als Duckregelventil ausgebildetes
Ventil 12 ist in einer von der Hydraulikleitung 10 abzweigenden,
zu einem Tank 13 führenden
Rücklaufleitung 10a angeordnet.
Mittels des zwischen zwei Stellungen verstellbaren, im vorliegenden
Fall als 2/2-Wegeventil ausgebildeten Duckregelventils 12 kann
die Hydraulikleitung 10 abgesperrt werden, so dass ein von
der Förderpumpe 8 aufgebauter
Druck innerhalb der Hydraulikleitung 10 bestehen bleibt.
Der mit der Förderpumpe 8 verbundene
Tank 13 kann unter Druck stehen, insbesondere unter einem
höheren
als dem atmosphärischen
Druck, um die Funktion der Förderpumpe 8 zu
unterstützen.
-
Um
das Schaltelement 6 zu schalten, wird zunächst das
Duckregelventil 12 in seine mit "1" bezeichnete
geschlossene Stellung gebracht. Anschließend wird durch die piezoelektrischen
Förderelemente 9 ein
Druck in der Hydraulikleitung 10 aufgebaut, der sich zu
dem Schaltelement 6 fortsetzt und diese von seiner Offenin
seine Geschlossenstellung bringt, sodass das Drehmoment von der
Eingangswelle 5 auf die Getriebewelle 2 übertragen
wird. Wenn der gewünschte
Druck an dem Schaltelement 6 erreicht ist, kann die Förderpumpe 8 ausgeschaltet werden,
da der Druck in der Hydraulikleitung 10 aufgrund des geschlossenen
Duckregelventils 12 bestehen bleibt. Zum Öffnen des
Schaltelements 6 kann das Duckregelventil 12 gemäß der von
dem Drucksensor 11 ermittelten Informationen geöffnet werden, sodass
die Hydraulikflüssigkeit über die
Rücklaufleitung 10a zu
dem Tank zurückströmen kann.
Die Förderpumpe 8 wird
zum Öffnen
des Schaltelements 6 nicht benötigt. Das Schaltelement 6 wird
also mittels der Förderpumpe 8 geschlossen
und mittels des Duckregelventils 12 geöffnet, wobei das Duckregelventil 12 stufenlos
verstellbar ist, um ein sanftes Öffnen
des Schaltelements 6 zu ermöglichen.
-
In 4 ist
der Druckverlauf an den beiden Kupplungen 6a und 6b dargestellt
und es ist die Überschneidung
zwischen den Kupplungen 6a und 6b bei einem Schaltvorgang
erkennbar, wobei mit p6a der Druck an der
Kupplung 6a und mit p6b der Druck an
der Kupplung 6b bezeichnet ist. Zum Schließen der
jeweiligen Kupplung 6a bzw. 6b wird die Förderpumpe 8 mit
Hilfe der Informationen des Drucksensors 11 druckgeregelt
be trieben, um ein sanftes Einrücken
der Kupplungen 6a und 6b zu gewährleisten, wobei
die vorhergehende Förderung
der Hydraulikflüssigkeit
bis zu dem Anlegen der Lamellen bzw. Backen der Kupplungen 6a und 6b geschwindigkeitsgeregelt,
also mit einem hohen Volumenstrom erfolgen kann. Aus Sicherheitsgründen ist
für jede
der Kupplungen 6a und 6b eine separate Förderpumpe 8 vorgesehen.
Selbstverständlich
ist das Öffnen
der Kupplungen 6a und 6b auch durch die Förderpumpe 8 möglich, sodass
die Überschneidung
zwischen den Kupplungen 6a und 6b mit gleichzeitiger
Betätigung der
beiden Förderpumpen 8 durchgeführt werden kann.
-
Zum
Schalten des Direktschaltgetriebes 3, von dem in 1 lediglich
der erste Getriebestrang 3a dargestellt ist, ist eine weitere
Förderpumpe 14 vorgesehen,
die identisch mit der Förderpumpe 8 ausgeführt und
somit für
einen mit hoher Frequenz intermittierend arbeitenden Förderbetrieb
ausgelegt ist und eine Vielzahl piezoelektrischer Aktuatoren 15 als
Förderelemente
aufweist. Der Getriebestrang 3a des Getriebes 3 weist
eine Schalteinrichtung 16 mit zwei Schaltgabeln 16a und 16b und
den Schaltgabeln 16a und 16b zugeordneten Hydraulikzylindern 16c und 16d auf,
die von der Förderpumpe 14 mit
Hydraulikflüssigkeit
versorgt werden.
-
Von
der Förderpumpe 14 führen im
vorliegenden Fall zwei Hydraulikleitungen 17 und 18 zu den
beiden Hyd raulikzylindern 16c und 16d und in den
beiden Hydraulikleitungen 17 und 18 sind jeweilige
Proportionalventile 19 und 20 angeordnet, die zum Öffnen bzw.
Verschließen
der jeweiligen Hydraulikleitung 17 bzw. 18 dienen.
Hierbei wird der Weg zu dem jeweiligen Hydraulikzylinder 16c und 16d und
damit zu den Schaltgabeln 16a bzw. 16b durch eines
der beiden Proportionalventile 19 bzw. 20 freigegeben,
sodass der von der Förderpumpe 14 aufgebrachte
Druck für
ein Schalten der jeweiligen Schaltgabel 16a bzw. 16b und
damit in an sich bekannter Weise für einen Schaltvorgang bzw.
einen Gangwechsel sorgen kann. Bei den beiden Proportionalventilen 19, 20 handelt
es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel
jeweils um 4/3-Wegeventile, deren Aufbau und Wirkungsweise an sich
bekannt ist und daher hierin nicht näher beschrieben wird. Die beiden
4/3-Wegeventile 19 und 20 könnten auch durch
jeweils zwei einfache Schaltventile in Form von 2/2-Wegeventilen
ersetzt werden. In diesem Fall wäre
in jeder einzelnen, zu den Hydraulikzylindern 16c und 16d führenden
Druckleitung ein 2/2-Wegeventil, also insgesamt vier 2/2-Wegeventile
angeordnet.
-
In 2 ist
eine alternative Ausführungsform der
Vorrichtung 1 dargestellt. Dabei wird auf die Förderpumpe 14 verzichtet
und die Förderpumpe 8 versorgt
nicht nur das Schaltelement 6, sondern auch die Schalteinrichtung 16 mit
den beiden Hydraulikzylindern 16c und 16d und
den zugehörigen
Schaltgabeln 16a und 16b. Um dies zu ermöglichen,
zweigt von der zu dem ersten Hydraulikzylinder 16c führenden
Hydraulikleitung 17 die Hydraulikleitung 10 zu dem
Schaltelement 6 ab und das in diesem Fall in der Hydraulikleitung 10 angeordnete
Druckregelventil 12 ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet.
Diese Ausführung macht
es möglich,
dass die Förderpumpe 8 mit
dem Schaltelement 6, mit dem Getriebe 3 oder gleichzeitig mit
dem Schaltelement 6 und dem Getriebe 3 verbunden
werden kann. Hierzu muss selbstverständlich eine entsprechende Schaltstellung
des Druckregelventils 12 und der Proportionalventile 19, 20 vorliegen.
In der dargestellten Position „0" des Druckregelventils 12 und
der Proportionalventile 19, 20 ist die Förderpumpe 8 von
dem Schaltelement 6 und dem Getriebe 3 getrennt.
Dagegen ist die Förderpumpe 8 in
der Position „1" des Druckregelventils 12 und
der Proportionalventile 19 und 20 mit dem Schaltelement 6 und
dem Getriebe 3 verbunden. Wenn nur das Schaltelement 6 betätigt werden
soll, sollte das Druckregelventil 12 geöffnet und die Proportionalventile 19 und 20 geschlossen
sein. Wenn, wie oben beschrieben, die Proportionalventile 19 und 20 durch
jeweils zwei 2/2-Wegeventile ersetzt werden, ist eine bessere Dichtheit
gewährleistet.
-
Der
Einsatz der Förderpumpe 8 sowohl
für das
Schaltelement 6 als auch für das Getriebe 3 ist im
vorliegenden Fall insbesondere dadurch möglich, dass das Betätigen der
Kupplung 6a bzw. 6b stets einen Gangwech sel innerhalb
des Getriebes 3 nach sich zieht, so dass eine Verknüpfung dieser
beiden Schaltvorgänge
vorliegt.
-
Bei
der Regelung zum Schalten des Direktschaltgetriebes 3 erfolgt
zunächst
eine Beschleunigung des jeweiligen Hydraulikzylinders 16c oder 16d bis
zu einem gewissen Punkt, also eine reine Geschwindigkeitsregelung
durch die Förderpumpe 8 bzw. 14,
die mit Hilfe der Information jeweiliger Positionssensoren 21 und 22 sehr
genau gesteuert werden kann. Sobald die Schaltgabel 16a bzw. 16b einrückt bzw.
mit einem entsprechenden Gegenelement Kontakt aufnimmt, wird die
Förderpumpe 8 bzw. 14 kraftgeregelt,
um bei der Synchronisierung einen sanften Gangwechsel sicherzustellen.
Hierzu können nicht
dargestellte Ducksensoren vorgesehen sein bzw. die Positionssensoren 21 und 22 können solche Drucksensoren
umfassen. Nach der Synchronisierung kann wieder eine Geschwindigkeitsregelung
folgen um einen schnellen Gangwechsel sicherzustellen. Nach dem
Einlegen des Gangs kann der Betrieb der Förderpumpe 8 bzw. 14 gestoppt
und das Proportionalventil 19 bzw. 20 in seine
Ausgangsstellung "0" zurückgeführt werden.
Selbstverständlich
kann diese Regelung durch ein nicht dargestelltes, mit der Förderpumpe 8 bzw. 14 sowie
den Positionssensoren 21 und 22 und den Drucksensoren
verbundenes Steuergerät
vorgenommen werden.
-
In
einer nicht dargestellten Ausführungsform der
Erfindung könnte
die Förderpumpe 8 mit
einer doppelt wirkenden Zylinder-Kolben-Einheit verbunden sein,
die wiederum zum Schalten des Schaltelements 6 dient. Bei
dieser Ausführungsform
könnte sowohl
das Öffnen
als auch das Schließen
des Schaltelements 6 über
die Zylinder-Kolben-Einheit von der Förderpumpe 8 übernommen
werden. Hierbei wäre
es möglich,
zwischen der Förderpumpe 8 und
dem Schaltelement 6 statt des Druckregelventils 12 ein
einfacher ausgebildetes Schaltventil vorzusehen, das lediglich in
der Lage sein müsste,
das Auswählen
des Schließens
bzw. Öffnens
des Schaltelements 6 zu ermöglichen.