DE102007026133A1

DE102007026133A1 - Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE102007026133A1
Application number: DE102007026133A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr. Hasewend
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2008-12-11
Also published as: CN101743413A; WO2008148511A3; WO2008148511A2; DE112008001488A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe mit einer Eingangswelle, einem ersten und einem zweiten mechanischen Getriebezweig, die eingangsseitig mit der Eingangswelle und ausgangsseitig über verschiedene Gangstufen mit einer gemeinsamen Ausgangswelle antriebswirksam koppelbar sind, und einer ersten und einer zweiten Pumpe, die jeweils ein stationäres oder drehbares Pumpenteil, einen Rotor, einen Saugraum und einen Druckraum aufweisen. Durch eine Drehbewegung des Rotors relativ zum stationären oder drehbaren Pumpenteil ist ein hydraulisches Fluid aus dem Saugraum in den Druckraum der jeweiligen Pumpe förderbar, wobei der Rotor der ersten Pumpe mit dem ersten mechanischen Getriebezweig antriebswirksam verbunden ist und der Rotor der zweiten Pumpe mit dem zweiten mechanischen Getriebezweig antriebswirksam verbunden ist. Ein von der Eingangswelle auf die mechanischen Getriebezweige übertragenes Atnriebsmoment ist proportional zu dem von der jeweiligen Pumpe erzeugten Pumpendruck, wobei den Pumpen zumindest eine Drucksteuereinrichtung zugeordnet ist, mittels derer ein von den Pumpen geförderter Fluidstrom variabel drosselbar ist, um für einen Gangstufenwechsel die Drehgeschwindigkeit des Rotors bezüglich des stationären oder drehbaren Pumpenteils der jeweiligen Pumpe zu variieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einer Eingangswelle und einem ersten und einem zweiten mechanischen Getriebezweig, die eingangsseitig mit der Eingangswelle und ausgangsseitig über verschiedene Gangstufen mit einer gemeinsamen Ausgangswelle antriebswirksam koppelbar sind.
Herkömmliche Getriebe, welche ein zugkraftunterbrechungsfreies Schalten unter Last ermöglichen – sogenannte Lastschaltgetriebe –, weisen in der Regel eine Reihe von Kupplungselementen und Aktuatoren auf, um einen für einen Fahrer eines Fahrzeugs kaum bemerkbaren und daher komfortablen Gangstufenwechsel durchführen zu können. Die Steuerung eines solchen Schaltvorgangs gestaltet sich bei derartigen Lastschaltgetrieben – bei Personenwagen werden zumeist Doppelkupplungsgetriebe verwendet – unerwünscht aufwändig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgetriebe zu schaffen, das unter Last schaltbar ist, ohne dass der Fahrkomfort durch die Schaltvorgänge beeinträchtigt wird. Die dazu erforderlichen Bauelemente und die Steuerung des Schaltgetriebes sollen möglichst einfach und robust sein. Darüber hinaus soll das Schaltgetriebe derart gestaltet sein, dass eine Vielzahl von Fahrzuständen des Fahrzeugs realisiert werden kann, ohne dass spezielle Bauelemente dafür erforderlich sind.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Schaltgetriebe weist, wie eingangs beschrieben, einen ersten und einen zweiten mechanischen Getriebezweig auf, die eingangsseitig mit der Eingangswelle und ausgangsseitig über verschiedene Gangstufen mit einer gemeinsamen Ausgangswelle antriebswirksam koppelbar sind. Weiterhin umfasst das Schaltgetriebe eine erste und eine zweite Pumpe, die jeweils ein stationäres oder drehbares Pumpenteil, einen Rotor, einen Saugraum und einen Druckraum aufweisen. Durch eine Drehbewegung des Rotors relativ zum stationären oder drehbaren Pumpenteil ist ein hydraulisches Fluid aus dem Saugraum in den Druckraum der jeweiligen Pumpe förderbar, wobei der Rotor der ersten Pumpe mit dem ersten mechanischen Getriebezweig antriebswirksam verbunden ist und der Rotor der zweiten Pumpe mit dem zweiten mechanischen Getriebezweig antriebswirksam verbunden ist. Ein von der Eingangswelle auf die mechanischen Getriebezweige übertragenes Antriebsmoment ist proportional zu dem von der jeweiligen Pumpe erzeugten Pumpendruck. Den Pumpen ist zumindest eine Drucksteuereinrichtung zugeordnet, mittels derer ein von den Pumpen geförderter Fluidstrom variabel drosselbar ist, um für einen Gangstufenwechsel die Drehgeschwindigkeit des Rotors bezüglich des stationären oder drehbaren Pumpenteils der jeweiligen Pumpe zu variieren.
Das erfindungsgemäße Schaltgetriebe umfasst somit zwei separate mechanische Getriebezweige, insbesondere Getriebezweige mit Stirnradgetrieben oder Planetenradgetrieben, die jeweils für die Bildung bestimmter Gangstufen des Schaltgetriebes vorgesehen sind. Beispielsweise können mit dem ersten Getriebezweig die ungeraden Gangstufen gebildet werden, während der zweite Getriebezweig zur Realisierung der geraden Gangstufen und des Rückwärtsgangs vorgesehen ist.
Das erfindungsgemäße Schaltgetriebe umfasst weiterhin eine erste und eine zweite Pumpe, die jeweils einem der beiden Getriebezweige zugeordnet sind. Durch die Pumpen kann die antriebswirksame Kopplung der Eingangswelle mit dem jeweiligen Getriebezweig gesteuert werden, d. h. das Antriebsmoment der Eingangswelle kann je nach Bedarf über einen der Getriebezweige oder – insbesondere bei einem Gangwechsel – über beide Getriebezweige auf die Ausgangswelle übertragen werden. Zu diesem Zweck ist der Rotor der ersten Pumpe mit dem ersten mechanischen Getriebezweig antriebswirksam verbunden (also beispielsweise direkt drehfest verbunden oder indirekt über ein Getriebe verbunden), während der Rotor der zweiten Pumpe mit dem zweiten mechanischen Getriebezweig antriebswirksam verbunden ist.
Wenn eine Drehzahldifferenz zwischen dem Pumpenteil, das stationär oder drehbar angeordnet sein kann, und dem Rotor der Pumpe vorliegt, wird ein hydraulisches Fluid von dem Saugraum der Pumpe in den Druckraum gefördert. Das geförderte Volumen hängt von einer Geometrie der Pumpen und der Drehzahldifferenz zwischen Pumpenteil und Rotor ab. Allerdings ist der in dem Druckraum herrschende Gegendruck zu berücksichtigen, da die Pumpe nicht gegen einen beliebig hohen Gegendruck Fluid fördern kann. Somit kann über einen Eingriff in den geförderten Volumenstrom des hydraulischen Fluids der gegen die Pumpleistung wirkende Gegendruck gesteuert werden, was wiederum die Kopplung des Rotors mit dem stationären oder drehbaren Pumpenteil beeinflusst. Das von der Eingangswelle auf die mechanischen Getriebezweige übertragene Antriebsmoment ist nämlich direkt proportional zu dem Pumpendruck, der aufgrund der Förderleistung der jeweiligen Pumpe einerseits und des Eingriffs mittels der Drucksteuereinrichtung andererseits effektiv erzeugt wird.
Bei einem Wechsel der Gangstufe muss die Drehmomentübertragung von einem Getriebezweig auf den anderen Getriebezweig verlagert werden, und die Drehgeschwindigkeiten der Rotoren relativ zu dem stationären oder drehbaren Pumpenteil der jeweiligen Pumpe müssen variiert werden. Die Steuerung des Gangstufenwechsels erfolgt über die Drucksteuereinrichtung, beispielsweise über ein oder mehrere Drosselventile, mittels derer der Volumenstrom der Pumpen variabel drosselbar ist und somit der Grad der antriebswirksamen Kopplung der Getriebezweige mit der Eingangswelle beeinflusst werden kann.
Da der jeweilige mechanische Getriebezweig lediglich mit einem Rotor der betreffenden Pumpe verbunden ist, der mit einer geringen radialen Erstreckung ausgebildet sein kann, besitzt der jeweilige mechanische Getriebezweig ein vergleichsweise geringes Trägheitsmoment. Hierdurch können Gangstufenwechsel besonders schnell durchgeführt werden, und in den mechanischen Getriebezweigen können kostengünstige Synchronisierungseinrichtungen mit einer geringen Momentenkapazität zum Einsatz gelangen.
Die Steuerung des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes kann auf einer einfach zu realisierenden Hydrauliksteuerung basieren. Aufwändige und verschleißanfällige Reibungskupplungen und deren Aktuatorik – wie beispielsweise bei herkömmlichen Doppelkupplungssystemen – entfallen daher. Außerdem kann bei dem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe die bei einem Anfahrvorgang in dem Getriebe aufgrund hoher Drehzahldifferenzen zwischen der Eingangswelle (Motordrehzahl) und der Ausgangswelle (im Stand des Fahrzeugs gleich Null) anfallende Wärmeleistung durch das hydraulische Fluid abgeführt werden. Im Endeffekt wirkt das die mechanische Kopplung bewirkende Fluid somit gleichzeitig als Kühlmittel, was die Ausgestaltung der Kühlung des Getriebes wesentlich vereinfacht. Die jeweilige Pumpe erfüllt somit letztlich eine dreifache Funktion, nämlich eine Förderung eines hydraulischen Fluids, eine hydrostatische Kopplung zum Zwecke einer Drehmomentübertragung, und einen Kühlmitteltransport. Ein eigenes Bauelement zur Bewältigung der speziellen Bedingungen in einer Anfahr- oder Schaltsituation muss bei dem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe nicht bereitgestellt werden. Ebenso ist keine eigene Kühlmittelpumpe erforderlich.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform des Schaltgetriebes sind mittels der Drucksteuereinrichtung die Pumpen hydraulisch blockierbar, um den jeweiligen Rotor mit dem stationären oder drehbaren Pumpenteil der betreffenden Pumpe im Wesentlichen drehfest, d. h. ohne signifikanten Schlupf zu verbinden. Wie vorstehend bereits diskutiert, können die Pumpen nicht Fluid gegen einen beliebig hohen Gegendruck fördern. Beispielsweise kann durch eine Sperrung des Druckraums der Abfluss von hydraulischem Fluid unterbrochen werden, wodurch sich in dem Druckraum der Fluiddruck erhöht bis der Rotor relativ zu dem stationären oder drehbaren Pumpenteil nicht mehr bewegbar ist. Die Pumpe ist dann durch eine Art stehende Flüssigkeitssäule hydraulisch blockiert, und der Rotor ist nahezu drehfest mit dem Pumpenteil verbunden. Ein geringfügiger Schlupf zwischen dem jeweiligen Rotor und Pumpenteil kann hierbei beispielsweise aufgrund von Undichtigkeiten auftreten. Ein derartiger geringfügiger Schlupf kann sogar erwünscht sein, insbesondere um bei hoher Dauerbelastung (z. B. lange Konstantfahrt ohne Gangstufenwechsel) eine gegenseitige mechanische Verformung der Bauteile (so genanntes Eingraben) zu verhindern.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass mittels der Drucksteuereinrichtung die Pumpen hydraulisch kurzschließbar sind, um den jeweiligen Rotor von dem stationären oder drehbaren Pumpenteil der betreffenden Pumpe zu entkoppeln, d. h. um die ansonsten zwischen dem Rotor und dem Pumpenteil wirksame Antriebsverbindung oder Kopplung aufzuheben. Unter einem hydraulischen Kurzschluss ist ein Leerlauf der betreffenden Pumpe zu verstehen. Die Pumpe erzeugt also keinen oder lediglich einen minimalen Pumpendruck. Dadurch kann sich eine beliebige Drehzahldifferenz zwischen dem Pumpenteil und dem Rotor einstellen. Bei einer Drehzahldifferenz zwischen dem Pumpenteil und dem Rotor wird dann das Fluid im Wesentlichen direkt – und damit fast leistungsverlustfrei – von dem Druckraum in den Saugraum der Pumpe gepumpt. Die Kopplungswirkung zwischen dem Rotor und dem entsprechenden Pumpenteil ist dementsprechend hinreichend gering.
Diese Situation kann beispielsweise erwünscht sein, wenn der entsprechende mechanische Getriebezweig entkoppelt werden soll, d. h. wenn kein Drehmoment von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle über diesen Getriebezweig – bzw. über eine seiner Gangstufen – übertragen werden soll. Zu diesem Zweck weist die Drucksteuereinrichtung insbesondere ein der ersten Pumpe zugeordnetes erstes Steuerventil und ein der zweiten Pumpe zugeordnetes zweites Steuerventil auf. Durch die Steuerventile ist eine jeweilige den Druckraum und den Saugraum der betreffenden Pumpe direkt verbindende Kurzschlussleitung wahlweise zu öffnen oder sperrbar. Die genannte Kurzschlussleitung umgeht insbesondere eine Kühleinrichtung des Schaltgetriebes, und sie verläuft vorzugsweise ausschließlich innerhalb des jeweiligen Pumpenteils (z. B. Pumpengehäuse). Hierdurch werden Leistungsverluste und die hiermit verbundenen Schleppmomente weitestgehend vermieden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes umfasst die Drucksteuereinrichtung zumindest ein steuerbares Drosselventil, mittels dessen der von der ersten Pumpe und/oder von der zweiten Pumpe geförderte Fluidstrom drosselbar ist. Wie vorstehend beschrieben, kann durch das Drosselventil der Fluidstrom und damit der Pumpendruck gesteuert werden, um den Grad der Kopplung zwischen dem Rotor und dem entsprechenden Pumpenteil der betreffenden Pumpe einzustellen, wodurch das auf den mechanischen Getriebezweig übertragene Antriebsmoment variiert wird. Bei dem Drosselventil kann es sich beispielsweise um eine seitlich verfahrbare Lochblende oder um einen axial verfahrbaren Schieber handeln, der mit einem kegelförmigen Ende ein Sitzventil bildet.
Es kann vorgesehen sein, dass das Drosselventil wahlweise entweder mit dem Druckraum der ersten Pumpe oder mit dem Druckraum der zweiten Pumpe koppelbar ist. Mit anderen Worten ist bei dieser Ausführungsform lediglich ein einziges Drosselventil erforderlich, das alternativ mit einer der beiden Pumpen gekoppelt werden kann. Dies schließt nicht aus, dass das Drosselventil von beiden Pumpen abkoppelbar ist. Bei dieser Ausführungsform wird die Anzahl der benötigten Bauteile zur Steuerung des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes weiter reduziert.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes ist der Druckraum der jeweiligen Pumpe über das Drosselventil direkt, d. h. ohne zwischengeschaltete Vordruckpumpe, mit einer jeweiligen Saugleitung der Pumpen koppelbar. In manchen Betriebszuständen – insbesondere bei großen Drehzahldifferenzen – muss nämlich ein großer Fluidstrom gefördert werden. Eine Speisepumpe zum Bereitstellen eines Minimaldrucks des Fluids und zum Ausgleich von Leckageverlusten kann somit wesentlich kleiner dimensioniert werden.
Eine konstruktiv vorteilhafte und kompakte Ausführungsform des Schaltgetriebes sieht vor, dass das Drosselventil an dem stationären oder drehbaren Pumpenteil angeordnet ist. Bei einem um eine Rotationsachse drehbaren Pumpenteil kann das daran angeordnete Drosselventil derart orientiert sein, dass seine Aktuierungsrichtung senkrecht zur Rotationsachse des drehbaren Pumpenteils verläuft, wobei das Drosselventil derart ausgestaltet ist, dass eine bei Rotation des Pumpenteils wirkende Zentrifugalkraft ein Öffnen des Drosselventils unterstützt. Dies stellt einen zusätzlichen Sicherheitsaspekt dar.
Das Drosselventil kann eine Eingangsöffnung, eine erste Ausgangsöffnung und eine zweite Ausgangsöffnung aufweisen, wobei die Eingangsöffnung mit dem Druckraum zumindest einer der Pumpen in Verbindung steht. Die erste Ausgangsöffnung steht über eine erste Verbindungsleitung, die entlang des stationären oder drehbaren Pumpenteils verläuft, direkt mit dem Saugraum zumindest einer der Pumpen in Verbindung, während die zweite Ausgangsöffnung über eine zweite Verbindungsleitung, die entlang einer Kühleinrichtung verläuft, mit dem Saugraum zumindest einer der Pumpen in Verbindung steht. Durch die direkte Verbindung der ersten Ausgangsöffnung mit dem Saugraum zumindest einer der Pumpen werden Strömungswiderstände und damit einhergehende Leistungsverluste verringert.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Drosselventil derart ausgestaltet, dass die durch die Ausgangsöffnungen jeweils ausströmenden Anteile des in das Drosselventil einströmenden Hydraulikfluids durch das Drosselventil steuerbar sind. Mit anderen Worten kann das Schaltgetriebe durch das steuerbare Aufteilen des das Drosselventil durchströmenden Hydraulikfluids auf die Ausgangsöffnungen effizienter betrieben werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in bestimmten Zuständen der ersten Ausgangsöffnung viel Hydraulikfluid zugeführt wird, um Leistungsverluste in dem Schaltgetriebe zu minimieren, während umgekehrt in anderen Zuständen der zweiten Ausgangsöffnung viel Hydraulikfluid zugeführt wird, etwa wenn das Hydraulikfluid stärker gekühlt werden soll.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn ein erstes Drosselventil und ein zweites Drosselventil mit einem gemeinsamen Ventilgehäuse vorgesehen sind, wobei die Drosselventile eine gemeinsame zweite Ausgangsöffnung aufweisen. Dabei ist vorteilhaft, wenn die beiden Drosselventile im Sinne einer mechanischen Zwangsführung derart ausgestaltet sind und zusammenwirken, dass das erste Drosselventil und das zweite Drosselventil nicht gleichzeitig schließbar sind. Ein gleichzeitiges Blockieren der beiden Pumpen ist somit ausgeschlossen.
Eine Ausführungsform derartiger Drosselventile sieht vor, dass ein Ventilschieber des ersten Drosselventils, der zum Verschließen der Ausgangsöffnungen des ersten Drosselventils dient, im geschlossenen Zustand des ersten Drosselventils als Anschlag für eine Schließbewegung eines Ventilschiebers des zweiten Drosselventils wirkt, der zum Verschließen der Ausgangsöffnungen des zweiten Drosselventils dient, und umgekehrt.
Die Drucksteuereinrichtung kann derart ansteuerbar sein, dass ein über die Eingangswelle übertragenes Antriebsmoment entweder entsprechend einer eingelegten Gangstufe ausschließlich auf den ersten mechanischen Getriebezweig übertragen wird, oder entsprechend einer anderen eingelegten Gangstufe ausschließlich auf den zweiten mechanischen Getriebezweig übertragen wird, oder für einen Gangstufenwechsel auf die beiden mechanischen Getriebezweige übertragen wird. Durch entsprechende Ansteuerung der Pumpen mittels der Drucksteuereinrichtung kann das Antriebsmoment somit völlig variabel zwischen den mechanischen Getriebezweigen verteilt werden.
Vorteilhafterweise sind die Rotoren der Pumpen ohne Zwischenschaltung von Reibungskupplungen mit dem jeweiligen mechanischen Getriebezweig antriebswirksam verbunden, wodurch Bauteile eingespart und die Steuerung des Schaltgetriebes vereinfacht wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist das jeweilige Pumpenteil der Pumpen ebenfalls drehbar. In dieser Konfiguration wirken die Pumpen als "hydrostatische Kupplungen" zwischen der Eingangswelle und den Getriebezweigen. Beispielsweise wird bei einem Blockieren einer der Pumpen eine Drehbewegung des durch die Eingangswelle angetriebenen drehbaren Pumpenteils über den Rotor auf den betreffenden Getriebezweig übertragen. Diese "hydrostatischen Kupplungen" lassen sich stufenlos zwischen den Extremzuständen "Übertragung des Antriebsmoments" und "Entkopplung" regeln.
Gemäß einer konstruktiv besonders vorteilhaften Weitebildung ist das Pumpenteil der ersten Pumpe mit dem Pumpenteil der zweiten Pumpe drehfest verbunden, insbesondere einstückig mit dem Pumpenteil der zweiten Pumpe ausgebildet.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes weisen die erste Pumpe und die zweite Pumpe einen gemeinsamen Saugraum auf, was den Aufbau des Schaltgetriebes vereinfacht, die Herstellungskosten verringert und den Wirkungsgrad der Pumpen verbessert.
Insbesondere weist der Saugraum einen Ringraum auf, der beispielsweise seitlich oder radial außenseitig zumindest teilweise durch eine elastische Ringwand begrenzt ist, die eine Volumenänderung des Saugraums in Abhängigkeit des Fluiddrucks im Inneren des Saugraums ermöglicht. Eine vorteilhafte Variante der Ringwand ist als Ringhaube ausgeführt, die zumindest teilweise durch eine Metallhülle oder einen Metallbalg gebildet ist.
Durch die elastische Saugraumbegrenzung wird ein Druckspeicher geschaffen, der unter anderem dazu beiträgt, dass das Auftreten von Kavitation in dem Hydraulikfluid verhindert wird, beispielsweise wenn es zu schlagartigen Druckveränderungen in dem Saugraum kommt.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes ist den beiden mechanischen Getriebezweigen ein jeweiliges Differentialgetriebe zugeordnet. Dabei ist ein Eingang des jeweiligen Differentialgetriebes mit der Eingangswelle gekoppelt, während ein erster Ausgang des jeweiligen Differentialgetriebes mit dem Rotor der jeweiligen Pumpe gekoppelt ist. Ein zweiter Ausgang des jeweiligen Differentialgetriebes ist mit dem betreffenden mechanischen Getriebezweig gekoppelt. Bei dieser Ausführungsform sind die Pumpen als "hydrostatische Bremsen" konfiguriert, die das Antriebsmoment abstützen können. Beispielsweise wird bei einem Blockieren einer der Pumpen der erste Ausgang des Differentialgetriebes blockiert. Dadurch wird der Getriebezweig von der Eingangswelle mit einer Drehzahl angetrieben, die der Übersetzung des Differentialgetriebes entspricht. Wird allerdings die Ausbildung einer Drehzahldifferenz zwischen dem Pumpenteil und dem Rotor durch Druckabsenkung in dem Druckraum ermöglicht, können die Drehmomentübertragung und das Drehzahlverhältnis zwischen dem mechanischen Getriebezweig und der Eingangswelle beeinflusst werden. Auch die "hydrostatischen Bremsen" lassen sich stufenlos zwischen den Extremzuständen "Rotorblockade" und "Rotorleerlauf" regeln.
Insbesondere wird das jeweilige Differentialgetriebe durch ein Planetengetriebe gebildet. Weiterhin kann es vorgesehen sein, die Pumpenteile der Pumpen stationär anzuordnen. Diese Ausführungsform gestaltet sich in konstruktiver Hinsicht besonders einfach, da nicht die gesamte Pumpe rotiert, was auch deren Steuerung vereinfacht.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes mit Differentialgetrieben sind die Eingangswelle und der erste und der zweite mechanische Getriebezweig permanent miteinander gekoppelt, wobei – wie vorstehend erläutert – das über diese Art der Kopplung übertragene Antriebsmoment ebenfalls variabel ist und von dem Betriebszustand der Pumpen abhängt.
Es ist bevorzugt, wenn es sich bei dem genannten stationären oder drehbaren Pumpenteil um ein Pumpengehäuse handelt. Alternativ hierzu kann es sich bei dem genannten Pumpenteil, falls dieses drehbar angeordnet ist, um einen weiteren Rotor der betreffenden Pumpe handeln.
Vorzugsweise sind die Pumpen als reine Pumpen, d. h. nicht als hydrostatische Maschinen mit Pumpen- oder Motorfunktion ausgebildet. In diesem Fall können die Pumpen also nicht selbst hydrostatisch angetrieben werden. Ferner ist es bevorzugt, wenn die Pumpen nicht als Verstellpumpen ausgebildet ist, sondern eine invariable Geometrie, insbesondere eine feste maximale Fördermenge je Umdrehung besitzen. Mit anderen Worten ist keine Einstellbarkeit der Fördermenge je Umdrehung, beispielsweise durch variablen Kolbenhub vorgesehen, sondern die verwendeten Pumpen fördern bei einer gegebenen Drehzahl stets das gleiche Volumen an hydraulischem Fluid. Eine steuerbare und variable Pumpengeometrie ist also nicht vorgesehen. Diese Merkmale bewirken – insbesondere in Kombinati an miteinander – einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau der Pumpen.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die Pumpen Radialkolbenpumpen sind.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine elektrische Maschine mit dem Pumpenteil oder mit dem Rotor wenigstens einer der beiden Pumpen antriebswirksam verbunden, um unabhängig von einer mit der Eingangswelle gekoppelten Verbrennungskraftmaschine ein Antriebsmoment auf einen der mechanischen Getriebezweige übertragen zu können, oder um einen der mechanischen Getriebezweige generatorisch bremsen zu können.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes ist eine Steuereinheit vorgesehen, mittels derer für einen Wechsel in eine höhere Gangstufe, wenn eine Gangstufe des ersten mechanischen Getriebezweigs geschaltet ist, die Drucksteuereinrichtung und ein Gangstufenaktuator derart ansteuerbar sind, dass eine Gangstufe des zweiten mechanischen Getriebezweigs eingelegt wird, während die erste Pumpe noch hydraulisch blockiert ist und die zweite Pumpe hydraulisch kurzgeschlossen ist; danach der Volumenstrom der zweiten Pumpe allmählich soweit gedrosselt wird, bis das Antriebsmoment im Wesentlichen vollständig von dem zweiten Getriebezweig übertragen wird; danach die erste Pumpe für einen Volumenstrom freigegeben wird und die Drehzahl der Eingangswelle abgesenkt wird; und danach die zweite Pumpe hydraulisch blockiert wird. Das genannte Freigeben der ersten Pumpe für einen Volumenstrom kann durch allmähliches Öffnen des zugeordneten Teils der Drucksteuereinrichtung (z. B. Drosselventil) erfolgen, oder alternativ durch ein sofortiges hydraulisches Kurzschließen der ersten Pumpe. Das genannte Absenken der Drehzahl der Eingangswelle entspricht einem Verringern der Dreh zahldifferenz zwischen der Eingangswelle und dem zweiten mechanischen Getriebezweig. Dies geschieht insbesondere durch weiteres Drosseln des Volumenstroms der zweiten Pumpe, wobei zugleich in der Motorsteuerung des Fahrzeugs das Motorlastsignal reduziert wird und somit das Motormoment verringert wird.
Ein Wechsel in eine niedrigere Gangstufe erfolgt im Wesentlichen in umgekehrter Reihenfolge.
Die Erfindung wird im Folgenden rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes,
2 einen Schnitt durch eine Radialkolbenpumpe,
3 bis 6 verschiedene Ausgestaltungen einer Drucksteuereinrichtung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes,
7 eine Ausführungsform eines Doppeldrosselventils,
8 einen Schnitt durch einen Teil einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes,
9 einen Schnitt durch die in 8 dargestellte Ausführungsform senkrecht zur Bildebene der 8,
10 bis 12 schematische Darstellungen verschiedener weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schaltgetriebe, und
13 ein Planetengetriebe, welches zur Kopplung der Eingangswelle mit den hydrostatischen Pumpen und den mechanischen Getriebezweigen dient.
1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes 10. Die linke, einem nicht gezeigten Motor eines Fahrzeugs zugewandte Seite des Schaltgetriebes 10 umfasst eine Eingangswelle 12, die von dem Motor zu einer Drehbewegung angetrieben wird. Von dem Motor werden Drehungleichförmigkeiten in einen das Schaltgetriebe 10 umfassenden Antriebsstrang des Fahrzeugs eingeleitet, die zur Entstehung von Drehschwingungen führen. Um die Drehschwingungen zu reduzieren, weist die Eingangswelle 12 einen Torsionsdämpfer 14 auf.
Die Eingangswelle 12 ist getriebeseitig mit einer ersten und einer zweiten hydrostatischen Pumpe 18, 20 verbunden, die ein gemeinsames Gehäuse 16 aufweisen. Das Gehäuse 16 ist drehfest mit der Eingangswelle 12 gekoppelt.
Die Pumpen 18, 20 weisen jeweils einen Rotor 22 bzw. 24 auf (siehe 2), wobei der Rotor 22 mit einem ersten mechanischen Getriebezweig 26 drehfest verbunden ist, während der Rotor 24 mit einem zweiten mechanischen Getriebezweig 28 drehfest verbunden ist.
Der erste Getriebezweig 26 umfasst eine Hohlwelle 30, die mit den Getriebezahnrädern G1 und G3 permanent drehfest verbunden ist. Weitere Ge triebezahnräder G5 und G7 können wahlweise durch eine Synchronisiereinrichtung 32 drehfest mit der Hohlwelle 30 verbunden werden.
In analoger Weise umfasst der zweite mechanische Getriebezweig 28 eine Getriebewelle 34, die mit einem Getriebezahnrad G2 in permanenter drehfester Verbindung steht, und die wahlweise über eine Synchronisiereinrichtung 32 mit einem Getriebezahnrad G4 gekoppelt werden kann. Außerdem ist an der Getriebewelle 34 ein Zahnrad r befestigt, welches mit einem Getriebezahnrad R in Eingriff ist, durch welches ein Rückwärtsgang gebildet werden kann.
Das Schaltgetriebe 10 umfasst darüber hinaus eine Vorgelegewelle 36, die acht Zahnräder 38 aufweist. Von den acht Zahnrädern 38 sind die mittleren vier Zahnräder 38 durch Synchronisiereinrichtungen 32 wahlweise mit der Vorgelegewelle 36 drehfest koppelbar. Die restlichen vier Zahnräder sind permanent drehfest mit der Vorgelegewelle 36 gekoppelt.
Durch Betätigung eines jeweiligen Gangstufenaktuators (in 1 nicht gezeigt) können die Synchronisiereinrichtungen 32 axial verschoben werden, um in bekannter Weise sechs Vorwärtsgangstufen (entsprechend den Zahnrädern G1 bis G6) und einen Rückwärtsgang (R) zu bilden. Für die Bildung der ersten Gangstufe wird beispielsweise die linke Synchronisiereinrichtung 32 der Vorgelegewelle 36 mit dem zur rechten Seite benachbarten Zahnrad 38 der Vorgelegewelle 36 in Eingriff gebracht, so dass eine Drehbewegung der Hohlwelle 30 über das Getriebezahnrad G1 auf die Vorgelegewelle 36 und schließlich über das Getriebezahnrad G6 auf eine Ausgangswelle 40 des Schaltgetriebes 10 und somit auf weitere Elemente des Antriebsstrangs (nicht gezeigt) des Fahrzeugs übertragen werden kann. Die weiteren Gangstufen des Schaltgetriebes 10 werden in analoger Weise gebildet.
Im Folgenden wird erläutert, wie bei dem Schaltgetriebe 10 ein Antriebsmoment der Eingangswelle 12 in geeigneter Weise auf die Hohlwelle 30 und/oder die Getriebewelle 34 übertragen wird.
Ist beispielsweise eine gerade Gangstufe (zweiter, vierter oder sechster Gang) oder der Rückwärtsgang eingelegt, muss das Drehmoment der Eingangswelle 12 auf die Getriebewelle 34 übertragen werden. Ist eine ungerade Gangstufe eingelegt, so ist die Übertragung des Antriebsmoments auf die Hohlwelle 30 erforderlich. Wenn ein Wechsel der Gangstufe durchgeführt werden soll, muss auch ein Wechsel des Übertragungspfads des Drehmoments stattfinden. Hierbei wird zeitweise über beide mechanischen Getriebezweige 26, 28 ein Teil des Antriebsmoments übertragen, wobei sich der jeweils übertragene Teil des Antriebsmoments während des Gangstufenwechsels verändert. Ein derartiger Gangstufenwechsel soll auch unter Last möglich sein und möglichst sanft verlaufen, so dass der Fahrkomfort nicht durch ein ruckartige Bewegungen des Fahrzeugs oder ähnliche negative Begleiterscheinungen geschmälert wird.
Dies wird durch die Verwendung der zwei hydrostatischen Pumpen 18, 20 erreicht. Durch die Steuerung der Pumpen 18, 20 kann beispielsweise der Rotor 24 bezüglich des Gehäuses 16 gesperrt werden, während der dem Getriebezweig 26 zugeordnete Rotor 22 von dem Gehäuse 16 entkoppelt wird. In diesem Fall wird das Drehmoment der Eingangswelle 12 über die Pumpe 20 vollständig auf die Getriebewelle 34 übertragen. Es ist aber auch möglich, dass die hydrostatischen Pumpen 18, 20 derart gesteuert werden, dass die Rotoren 22, 24 lediglich teilweise mit der Drehbewegung des Gehäuses 16 gekoppelt sind.
Somit werden keine Reibungskupplungen benötigt, um die Drehmomentverteilung auf die mechanischen Getriebezweige 26, 28 vorzunehmen und variieren zu können. Diese Aufteilung erfolgt nur über die Pumpen 18, 20, die funktionell im Wesentlichen identisch sind.
Ein für die Verwendung in dem Schaltgetriebe 10 besonders geeigneter Pumpentyp sind Radialkolbenpumpen. Die Funktionsweise einer Radialkolbenpumpe 20 wird nachfolgend anhand von 2 erläutert, die einen Schnitt durch eine Radialkolbenpumpe 20 zeigt. Die dargestellte Radialkolbenpumpe 20 lässt sich – neben ihrer Pumpenfunktion – im Prinzip auch als Motor betreiben, d. h. sie kann durch gesteuerte Druckbeaufschlagung eine Drehbewegung erzeugen. Da allerdings für das Schaltgetriebe 10 lediglich die Pumpenfunktion – d. h. Förderung eines Hydraulikfluids bei Drehzahldifferenz zwischen dem Gehäuse 16 und dem Rotor 22, 24 – von Bedeutung ist, werden lediglich die für das Verständnis des Schaltgetriebes 10 notwendigen Aspekte der Radialkolbenpumpe 20 betrachtet. Mit anderen Worten kann in einem Schaltgetriebe 10 eine vereinfachte Version der beispielhaft dargestellten Radialkolbenpumpe 20 verwendet werden, und aufgrund des einfacheren Aufbaus ist dies auch bevorzugt.
Die dargestellte Radialkolbenpumpe 20 umfasst den Rotor 24, der im Bereich der Pumpe 20 einen kreisrunden Umriss besitzt, wobei der Mittelpunkt 44 der Kreisform bezüglich der gemeinsamen Rotationsachse 46 des Gehäuses 16 und des Rotors 24 bzw. der zugeordneten Getriebewelle 34 versetzt ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Rotor 24 um einen Exzenter. Der Rotor 24 steht mit fünf Kolben 48 in Antriebsverbindung, die jeweils einen Kolbenraum 50 aufweisen. Bei einer Drehung des Rotors 24 relativ zum Gehäuse 16 werden die Volumina der Kolbenräume 50 alternierend vergrößert bzw. verkleinert. Mit anderen Worten wird durch die Drehbewegung des Rotors 22 relativ zu dem Gehäuse 16 ein Hydraulikfluid, welches zunächst durch ein Ventil 52 einströmt, anschließend durch ein weiteres Ventil 52' des jeweiligen Kolbens 48 wieder ausgestoßen. Es wird somit ein Hydraulikfluid von einem mit dem Ventil 52 in Verbindung stehenden Saugraum (nicht gezeigt) zu einem Druckraum (nicht gezeigt) gefördert, der mit dem Ventil 52' in Verbindung steht. Die Ventile 52, 52' können bei einer reinen Pumpe 20 – also ohne hydraulische Motorfunktion – einfache Rückschlagventile in Form von passiven Sitzventilen sein.
In dem in 2 dargestellten Zustand wird bei einer Drehung des Rotors 24 gegen den Uhrzeigersinn anfänglich Hydraulikfluid in den Kolben 48 eines Zylinders 51a der Radialkolbenpumpe 20 angesaugt, da der Kolbenraum 50 zunächst ein minimales Volumen aufweist. In der Ansaugphase befinden sich auch die Kolben 48 der Zylinder 51b und 51c. Ist ein maximales Volumen des jeweiligen Kolbenraums 50 erreicht, wird durch die Wirkung der Drehung des Rotors 24 nun das Volumen des Kolbenraums 50 wieder verringert, d. h. der Fluiddruck erhöht. Bei Zunahme des Drucks schließt das als Rückschlagventil wirkende Ventil 52 automatisch. Durch die weitere Drehung des Rotors 24 wird das Volumen des Kolbenraums 50 weiter verringert, und das Hydraulikfluid wird somit weiter unter Druck gesetzt, bis ab einem gewissen Schwellwert das Ventil 52' (z. B. ein federkraftbeaufschlagtes Kugelventil) öffnet und das Hydraulikfluid in den nicht gezeigten Druckraum abgegeben wird.
2 wurde beispielhaft unter der Annahme beschrieben, dass das Gehäuse 16 nicht drehbar gelagert ist. Es ist allerdings leicht ersichtlich, dass die geförderte Menge des Hydraulikfluids lediglich von einer Drehzahldifferenz zwischen dem Gehäuse 16 und dem Rotor 24 abhängt. Mit anderen Worten wird kein Hydraulikfluid gefördert, wenn sich das Gehäuse 16 und der Rotor 24 mit der gleichen Drehzahl drehen.
Zu der 2 ist auch noch anzumerken, dass eine im Wesentlichen gleichartige Pumpe 18 axial versetzt zu der gezeigten Pumpe 20 angeordnet sein kann, wobei die beiden Pumpen 18, 20 insbesondere ein gemeinsames Gehäuse 16 besitzen können (vgl. 1). Jede der beiden Pumpen 18, 20 besitzt jedoch einen zugeordneten Saugraum und einen eigenen jeweiligen Druckraum.
Bei der hier beschriebenen Anwendung der Radialkolbenpumpe 20 ist nicht unbedingt die Förderung eines Hydraulikfluids von zentraler Bedeutung, sondern eine gesteuerte Kopplung des Gehäuses 16 mit den Rotoren 22, 24. Dies lässt sich in Umkehrung des vorstehend beschriebenen Funktionsprinzips der Radialkolbenpumpe 20 dadurch realisieren, dass die Förderung des Hydraulikfluids bewusst verhindert wird. Kann die Pumpe 20 nämlich durch das Ventil 52' kein Hydraulikfluid abgeben, so kann sich der Rotor 24 gegenüber dem Gehäuse 16 nicht mehr drehen. Die Kopplung wird aufgehoben, indem die Hydraulikfluidförderung wieder zugelassen wird.
Die Verteilung des über die einzelnen mechanischen Getriebezweige 26, 28 übertragenen Antriebsmoments der Eingangswelle 12 gemäß 1 basiert somit im Wesentlichen auf einer Drucksteuerung des durch die Pumpen 18, 20 geförderten Hydraulikfluids bzw. auf dem druckraumseitig vorliegenden Pumpendruck. Eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Drucksteuerung 53 ist in 3 gezeigt.
3 zeigt die Pumpen 18, 20. Die Pumpen 18, 20 sind jeweils mit einer Druckleitung 54 bzw. 54' und einer Saugleitung 56, 56' verbunden. Zwi schen den Druckleitungen 54, 54' und den Saugleitungen 56, 56' besteht jeweils eine direkte Verbindung über eine Kurzschlussleitung 58 bzw. 58'. Die der Pumpe 18 zugeordnete Kurzschlussleitung 58 kann durch ein Ventil V1 wahlweise gesperrt werden, was einem Schaltzustand 0 (geschlossen) des Ventils V1 entspricht. Ist das Ventil V1 geöffnet, liegt ein Schaltzustand 1 (offen) vor. Ein analoges Ventil V2 ist der Pumpe 20 zugeordnet.
Die Saugleitungen 56, 56' stehen über eine gemeinsame Saugleitung 56'' mit einer hydraulischen Steuereinheit 64 (hydraulic control unit, HCU) in Verbindung, wobei in der Saugleitung 56'' Rückschlagventile 60, ein Hydraulikfluidfilter 62 und eine Drehdurchführung 66 angeordnet sind. Die Drehdurchführung 66 ist notwendig, da die Pumpen 18, 20 und die ihnen zugeordneten Leitungen 54, 56, 58 bzw. 54', 56', 58 und Ventile V1, V2 rotieren (rotierender Bereich Ro oberhalb der gestrichelten Linie), während die restlichen, zum Teil noch nachfolgend zu beschreibenden Komponenten der Steuerung 53 stationär angeordnet sind (stationärer Bereich S unterhalb der gestrichelten Linie).
Durch die hydraulische Steuereinheit 64 können Steuerleitungen 68 druckbeaufschlagt werden, um einerseits die Ventile V1 und V2, andererseits auch Drosselventile D1 und D2 – deren Funktion nachstehend erläutert wird – mittels eines Steuerdrucks anzusteuern. Die hydraulischen Ventile V1 und V2 sind aus Sicherheitsgründen derart konzipiert, dass sie in einen offenen Zustand (Schaltzustand 1) schalten, wenn der Steuerdruck eine bestimmte Schwelle unterschreitet.
Der hydraulischen Steuereinheit 64 wird unter Druck stehendes Hydraulikfluid durch eine mit einem Motor M in Verbindung stehende Pumpe 70 zugeführt, wobei der Motor M von einer Getriebesteuereinheit 72 (trans mission control unit, TCU) elektrisch angesteuert wird. Die Pumpe 70 entnimmt das Hydraulikfluid einem Sumpf 74, der auch mit der hydraulischen Steuereinheit 64 in Verbindung steht.
Die Druckleitungen 54, 54' der Pumpen 18, 20 weisen Drosselventile D1 bzw. D2 auf, die durch die hydraulische Steuereinheit 64 steuerbar sind. Das Drosselventil D1 ist der Pumpe 18 zugeordnet, während das Drosselventil D2 der Pumpe 20 zugeordnet ist. Die Druckleitungen 54, 54' münden in eine gemeinsame Druckleitung 54'', die wiederum mit der Saugleitung 56'' verbunden ist. Im Verlauf der Druckleitung 54'' ist ein Wärmetauscher 76 angeordnet, der zur Reduktion der Temperatur des Hydraulikfluids dient.
In dem dargestellten Zustand befinden sich die Ventile V1, V2 in dem Schaltzustand 1, d. h. die jeweiligen Saugleitungen 56, 56' und Druckleitungen 54, 54' sind über die entsprechenden Kurzschlussleitungen 58, 58' kurzgeschlossen. Das Gehäuse 16 und die Rotoren 22, 24 der Pumpen 18, 20 sind entkoppelt, da Hydraulikfluid bei einer Drehzahldifferenz von den Druckseiten der Pumpen 18, 20 zu deren Saugseiten gepumpt werden kann. Die Rotoren 22, 24 können sich demnach – bis auf ein Schleppmoment – frei drehen, das Schaltgetriebe 10 befindet sich in einem Leerlaufzustand.
Falls die erste Gangstufe eingelegt ist und das Antriebsmoment des Motors vollständig über den ersten mechanischen Getriebezweig 26 übertragen werden soll, dann muss der mit der Hohlwelle 30 drehfest verbundene Rotor 22 der ersten Pumpe 18 bezüglich des mit der Eingangswelle 12 drehfest verbundenen Gehäuses 16 blockiert sein (vgl. 1). Zu diesem Zweck müssen das in 3 gezeigte Ventil V1 (Schaltzustand 0) und das Drosselventil D1 vollständig geschlossen sein. Aufgrund der Sperrung der Druckleitung 54 herrscht druckraumseitig der ersten Pumpe 18 ein sehr hoher Druck, so dass der Rotor 22 gemeinsam mit dem Gehäuse 16 rotiert. Die Pumpe 18 ist somit hydraulisch blockiert. Die zweite Pumpe 20 befindet sich hingegen in dem in 3 gezeigten kurzgeschlossenen Zustand (V2 Schaltzustand 1).
Nachfolgend soll nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 die Funktionsweise des Schaltgetriebes 10 anhand eines Wechsels von der ersten Gangstufe in die zweite Gangstufe beschrieben werden.
Da die zweite Pumpe 20 kurzgeschlossen ist, kann mittels der zugeordneten Synchronisiereinrichtung 32 die neue Gangstufe eingelegt werden, d. h. das Getriebezahnrad G2 des zweiten mechanischen Getriebezweigs 28 wird drehfest mit der Getriebewelle 34 gekoppelt.
Danach wird eine Übernahme eines Teils des Antriebsmoments durch den zweiten Getriebezweig 28 eingeleitet, indem das Ventil V2 geschlossen wird (Schaltzustand 0) und das Drosselventil D2, ausgehend von einem offenen Zustand, kontinuierlich geschlossen wird. Durch die Drosselung mittels des Drosselventils D2 erhöht sich der Druck in der Druckleitung 54' der zweiten Pumpe 20, wobei deren Förderleistung im Wesentlichen gleich bleibt, da die Motordrehzahl und die Drehzahl der Ausgangswelle 40 zunächst im Wesentlichen beibehalten werden. Mit zunehmender Drosselung mittels des Drosselventils D2 wird zunehmend mehr Antriebsmoment über den zweiten mechanischen Getriebezweig 28 übertragen, während das über den ersten Getriebezweig 26 übertragene Antriebsmoment in gleichem Maße abnimmt. Während dieser Phase des Schaltvorgangs drehen sich das Gehäuse 16 und der Rotor 24 des zweiten Getriebezweigs 28 noch unterschiedlich schnell. Der Rotor 22 des ersten Getriebezweigs 26 hingegen dreht sich aufgrund der fortbestehenden Sperrung der Druckleitung 54 weiterhin im Block mit dem Gehäuse 16.
Durch die Drosselung wird schließlich ein Zustand erreicht, in dem im Wesentlichen das gesamte Antriebsmoment über den zweiten Getriebezweig 28 übertragen wird, da dieser aufgrund zunehmender Kopplung zwischen Rotor 24 und Gehäuse 16 und dem größeren Übersetzungsverhältnis der zweiten Gangstufe schneller rotiert. Nun kann die Motordrehzahl aktiv abgesenkt werden, wobei das Absenken der Motordrehzahl durch ein zunehmendes Schließen des Drosselventils D2 unterstützt wird. Um ein gegenseitiges Verklemmen der beiden Getriebezweige 26, 28 zu verhindern, die aufgrund unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse verschiedenen Motordrehzahlen entsprechen würden, wird die erste Pumpe 18 durch Betätigung des Ventils V1 kurzgeschlossen (Schaltzustand 1) und damit der erste Getriebezweig 26 von der Eingangswelle 12 entkoppelt. Für dieses Freigeben der vorherigen Blockade der ersten Pumpe 18 muss das Antriebsmoment noch nicht unbedingt vollständig über den zweiten Getriebezweig 28 übertragen werden; ein gewisses von dem ersten Getriebezweig 26 noch übertragenes Restmoment kann für eine rasche Absenkung der Motordrehzahl (also der Drehzahl der Eingangswelle 12) sogar erwünscht sein.
Durch das vollständige Schließen des Drosselventils D2 baut sich in der Leitung 54' nun ein so hoher Druck auf, dass der Rotor 24 gegenüber dem Gehäuse 16 der zweiten Pumpe 20 im Wesentlichen vollständig blockiert wird. Durch Betätigung der entsprechenden Synchronisiereinrichtung 32 wird anschließend oder gleichzeitig der erste Gang ausgerückt. Der Gangstufenwechsel ist damit abgeschlossen.
Grundsätzlich kann das hydraulische Kurzschließen und/oder das hydraulische Blockieren der Pumpen 18, 20 auch ausschließlich über die Drosselventile D1, D2 erfolgen, wobei auf die Kurzschlussleitungen 58, 58' verzichtet werden kann.
Gangstufenwechsel zwischen anderen Gangstufen erfolgen auf analoge Weise. Gangstufenwechsel von einer höheren in eine niedrigere Gangstufe erfolgen im Wesentlichen in umgekehrter Reihenfolge.
Aus den vorstehenden Beschreibungen wird deutlich, dass die Steuerung 53 des Schaltgetriebes 10 somit vollständig auf Reibungskupplungen verzichten kann. Lediglich die einfachen Ventile V1 und V2 und die Drosselventile D1 und D2 müssen in geeigneter Weise angesteuert werden. Die Steuerung ist überdies robust, kostengünstig und einfach aufgebaut.
Zudem ergeben sich in einer Anfahrsituation bei dem Schaltgetriebe 10 Vorteile gegenüber herkömmlichen Lastschaltgetrieben, also in einer Situation, in der das Gehäuse 16 der Pumpen 18, 20 schnell rotiert (Motordrehzahl), während der gewählte Getriebezweig 26, 28 keine Rotation aufweist, da das Fahrzeug steht. Somit liegt eine hohe Drehzahldifferenz zwischen dem Gehäuse 16 und dem entsprechenden Rotor 22, 24 vor, was eine große Förderleistung der Pumpe 18 bzw. 20 nach sich zieht und zu einer erhöhten Wärmeentwicklung in der Pumpe 18 bzw. 20 führt. Wie vorstehend beschrieben, wird dabei das geförderte Hydraulikfluid aber von der Pumpe 18 bzw. 20 weggefördert. Die in der Pumpe 18 bzw. 20 entstandene Abwärme kann dann auf effiziente Weise durch den Wärmetauscher 76 abgeführt werden. Zusätzliche Bauelemente für eine Anfahrsituation des Fahrzeugs werden somit nicht benötigt. Ganz allgemein besteht daher auch in normalen Situationen einer der Vorteile des Schaltgetriebes 10 darin, dass die Kühlung der kuppelnden Elemente – also der Pumpen 18, 20 – durch das Aktuierungsfluid selbst erfolgt und daher sehr effizient ist. Eine eigene Kühlmittelpumpe ist nicht erforderlich.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Drucksteuerung 53. Diese Ausführungsform weist lediglich ein einziges Drosselventil D auf, welches durch das Umschaltventil U alternativ einer der beiden Pumpen 18, 20 zugeordnet werden kann. Diese Vereinfachung gegenüber der in 3 gezeigten Ausführungsform ist möglich, da das Drosselventil D bei einem Gangwechsel jeweils nur zur Steuerung einer der beiden Pumpen 18, 20 benötigt wird.
5 zeigt eine weitere Variante der Drucksteuerung 53. Das Drosselventil D ist bei dieser Ausführungsform in dem stationären Bereich S der Steuerung 53 angeordnet und wird elektrisch durch die Getriebesteuereinheit 72 angesteuert. Somit wird eine hydraulische Steuerleitung 68 eingespart und auf eine aufwändige Drehdurchführung 66 kann verzichtet werden.
In 5 ist ebenfalls angedeutet, dass die hydraulische Steuereinheit 64 außerdem zusätzliche Aufgaben übernehmen kann, wie beispielsweise die Ansteuerung einer hydraulisch betätigten Kupplung 78 zur Zuschaltung eines Allradantriebs. Damit kommt zum Ausdruck, dass die Implementierung der Steuerung 53 in ein bestehendes hydraulisches System eines Fahrzeugs einfach und flexibel gestaltet werden kann, wobei auf grundlegende bereits vorliegende Komponenten, wie beispielsweise eine Pumpe 70, Filter 62, einen Sumpf 74 und ähnliches, zurückgegriffen werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der Drucksteuerung 53 ist in 6 gezeigt. Im Gegensatz zu den vorstehend diskutierten Varianten sind keine Kurz schlussleitungen 58, 58' und Ventile V1 und V2 vorgesehen. In den Druckleitungen 54 und 54' sind Drosselventile D1 und D2 angeordnet, die jeweils einen Eingang HP1, HP2 und – anders als die in 3 bis 5 gezeigten Drosselventile D1, D2 – jeweils zwei Ausgänge aufweisen. Der Eingang HP1 des Drosselventils D1 ist mit der Druckleitung 54 der Pumpe 18 verbunden, während der Eingang HP2 des Drosselventils D2 mit der Druckleitung 54' der Pumpe 20 verbunden ist. Ein Ausgang R1 des Drosselventils D1 und ein Ausgang R2 des Drosselventils D2 stehen über jeweils ein Rückschlagventil 60 direkt mit den Saugleitungen 56, 56' der Pumpen 18, 20 in Verbindung. Ein jeweils zweiter Ausgang LPO der Drosselventile D1, D2 steht mit der Druckleitung 54'' in Verbindung. Über Steuerleitungen 68 werden den Drosselventilen D1, D2 hydraulische Steuersignale zugeführt.
Die Drosselventile D1, D2 übernehmen in dieser Ausführungsform neben ihrer Drosselfunktion somit zusätzlich die Aufgaben der Ventile V1 und V2, was eine vereinfachte Bauweise und Ansteuerung der Drucksteuerung 53 mit sich bringt. Insbesondere reduziert sich durch diese Bauweise die Anzahl der erforderlichen Drehdurchführungen 66.
Wie durch den die Drosselventile D1, D2 umgebenden gestrichelten Kasten angedeutet, ist es vorteilhaft, die Drosselventile D1, D2 zu einem Doppeldrosselventil D' zusammenzufassen. Eine Ausführungsform des Doppeldrosselventils D' wird nachstehend anhand von 7 beschrieben.
7 zeigt einen Querschnitt durch ein Doppeldrosselventil D', welches allerdings nicht die in dem gestrichelten Kasten der 6 enthaltenen Rückschlagventile 60 aufweist. Die den Eingängen HP1, HP2 und den Ausgängen R1, R2, LPO des Doppeldrosselventils D' zugeordneten Drei ecke symbolisieren die Strömungsrichtung des Hydraulikfluids durch die entsprechenden Öffnungen.
Das Doppeldrosselventil D' weist im Wesentlichen ein Ventilgehäuse 100 und zwei darin angeordnete Ventilschieber 110, 110' auf, die zusammen die Drosselventile D1 und D2 bilden. Das in 7 vollständig geöffnete Drosselventil D2 erhält von der Pumpe 20 gefördertes Hydraulikfluid durch den Eingang HP2, welches an dem Ausgang R2 wieder abgesaugt und dem Saugraum der Pumpe 20 zugeführt wird. Durch das Absaugen des Fluids an dem Ausgang R2 entweicht nur wenig Hydraulikfluid durch den Ausgang LPO, den sich das Drosselventil D2 mit dem Drosselventil D1 teilt. Das Hydraulikfluid verbleibt somit in dieser Stellung des Drosselventils D2 im Wesentlichen im rotierenden Bereich Ro (siehe 6), wodurch ein kurzer Strömungsweg bereitgestellt wird und daher der durch die Drucksteuerung 53 verursachte Schleppwiderstand minimiert wird. Mit anderen Worten schließt das Drosselventil D2 die Pumpe 20 kurz und übernimmt die Funktion der Kurzschlussleitung 58 der vorstehend diskutierten Ausführungsformen.
Im Gegensatz zu Drosselventil D2 ist das Drosselventil D1 in der Darstellung gemäß 7 vollständig geschlossen. Der Strom von Fluid von dem Eingang HP1 zu den Ausgängen LPO und/oder R1 wird durch den Ventilschieber 110 blockiert. Diese führt zu einer Blockierung der Pumpe 18, die somit Drehmoment von dem Gehäuse 16 auf den Rotor 22 überträgt.
Durch Variieren eines gegen die von Federn 112, 112' ausgeübte Federkraft wirkenden Steuerdrucks in den Steuerleitungen 68 und 68a kann die Stellung der Ventilschieber 110, 110' verändert werden. Die Drosselventile D1, D2 können grundsätzlich unabhängig voneinander aktuiert werden. Damit allerdings ein gleichzeitiges Verschließen beider Drossel ventile D1, D2 – und damit ein gleichzeitiges Blockieren beider Pumpen 18, 20 – verhindert wird, weisen die dem jeweils anderen Ventilschieber 110, 110' zugewandten Enden der Ventilschieber 110' bzw. 110 Anschlagfortsätze 114, 114' auf, die derart dimensioniert sind, dass die Enden der Ventilschieber 110, 110' im geschlossenen Zustand über die Mitte einer Ausgangskammer 116 hinaus ragen, die dem Ausgang LPO vorgelagert ist. Dieses Sicherheitsmerkmal ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn eines der Ventile D1, D2 festsitzt und das andere Ventil D2 bzw. D1 geschlossen wird. Der schließende Ventilschieber 110, 110' drückt dann den anderen, festsitzenden Ventilschieber 110' bzw. 110 aus seiner Position, so dass die entsprechende Pumpe 20 bzw. 18 nicht mehr blockiert ist.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Doppeldrosselventils D' während eines Schaltvorgangs erläutert.
Wie bereits beschrieben, ist die Pumpe 18 in der in 7 dargestellten Ausgangslage durch das verschlossene Drosselventil D1 blockiert, wodurch Drehmoment von dem Motor auf den ersten mechanischen Getriebezweig 26 übertragen wird. Nach dem Schaltvorgang soll das Drehmoment über den zweiten Getriebezweig 28 übertragen werden.
Nachdem die gewünschte Gangstufe des zweiten Getriebezweigs 28 eingelegt worden ist, wird das Drosselventil D2 betätigt und der Ventilschieber 110' bewegt sich nach rechts. Hierdurch wird zunächst der Ausgang R2 geschlossen. Das von der Pumpe 20 geförderte Fluid entweicht somit über den Ausgang LPO und verlässt den rotierenden Bereich Ro. Aufgrund des verlängerten Strömungsweges des Hydraulikfluids werden nun Schleppmomente erzeugt, die jedoch zunächst kaum spürbar sind. Schließlich nähert sich der Ventilschieber 110' einer Steuerkante 118'. Dies bedeutet, dass an der Pumpe 20 ein zunehmender Druck aufgebaut wird und dem entsprechend ein zunehmender Teil des Antriebsmoments über die Pumpe 20 übertragen wird. Die durch die verstärkte Leistung der Pumpe 20 erzeugte Wärme wird durch das geförderte Hydraulikfluid über den Ausgang LPO abgeführt und dem Fluid im stationären Bereich S durch den Wärmetauscher 76 wieder entzogen.
Bevor das Drosselventil D2 vollständig geschlossen ist, wird das Drosselventil D1 geöffnet, d. h. der Steuerdruck in der Steuerleitung 68 reduziert und/oder in der Steuerleitung 68a erhöht, wodurch der Ventilschieber 110 unter Mitwirkung der Feder 112 nach rechts bewegt wird. Die zeitliche Abstimmung zwischen dem vollständigen Schließen des Drosselventils D2 und dem Beginn des Öffnens des Drosselventils D1 ist unkritisch, da in der der Pumpe 18 zugeordneten Druckleitung 54 – nachdem die Pumpe 20 bereits einen wesentlichen Anteil des Antriebsmoments übernommen hat – nur noch ein geringer Druck herrscht. Die Steuerung der Drosselventile D1, D2 wird zusätzlich dadurch vereinfacht, dass derartige Drosseln generell eine quadratische Kennlinie besitzen. Dementsprechend entweicht mit dem Öffnen des Drosselventils D1 auch kein wesentlicher Fluidstrom durch den Ausgang LPO.
Das Drosselventil D1 wird nun zügig geöffnet, während das Drosselventil D2 nun vollständig geschlossen wird. Während dieser Phase erfolgt der erforderliche Ausgleich des Drehzahlunterschieds der Getriebezweige 26, 28, der durch die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse der eingelegten Gangstufen bedingt ist. Abschließend kann nun die Gangstufe des ersten Getriebezweigs 28 ausgerückt werden, wodurch der Gangstufenwechsel vollzogen ist.
8 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil einer konstruktiven Umsetzung einer Ausführungsform des Schaltgetriebes 10. Rechts im Bild sind die beiden Pumpen 18, 20 zu sehen, die ein gemeinsames, drehbar gelagertes Gehäuse 16 aufweisen. Die Rotoren 22, 24 der Pumpen 18 bzw. 20 sind mit den entsprechenden Wellen 30, 34 verbunden.
Ein nach links ragender Fortsatz 120 des Gehäuses 16 nimmt das Doppeldrosselventil D' und Abschnitte der den Pumpen 18, 20 zugeordneten Druckleitungen 54, 54' und Saugleitungen 56, 56' auf. Mit anderen Worten ist das Doppeldrosselventil D' in das Gehäuse 16 integriert.
Durch Drehdurchführungen 66 in einem Getriebegehäuse 122 sind der Ausgang LPO des Doppeldrosselventils D' mit der Druckleitung 54'' und die Eingänge R1, R2 mit der Saugleitung 56'' im stationären Bereich S verbunden. Drehdurchführungen 66 sind auch für die Steuerleitungen 68 vorgesehen. Die mit den Ausgängen R1 und R2 verbundenen Saugleitungen 56, 56' der Pumpen 18 bzw. 20 stehen mit einem gemeinsamen Saugraum 124 in Verbindung. Zur Wahrung der Übersichtlichkeit sind nicht alle Elemente des Doppeldrosselventils D' mit Bezugzeichen versehen, das aber – mit Ausnahme von Details bezüglich der hydraulischen Aktuierung der Ventilschieber 110, 110' – im Wesentlichen dem Doppeldrosselventil D' von 7 gleicht.
Die integrierte und kompakte Anordnung der Pumpen 18, 20 und des diese steuernden Doppeldrosselventils D' ermöglicht kurze – und damit Schleppmomente minimierende – Strömungskanäle für das Umwälzen des Fluids im Leerlauf der Pumpen 18, 20. Die Bauweise ist außerdem robust und einfach.
Am Beispiel der Pumpe 20 wird nachfolgend der Strömungsweg des Hydraulikfluids beschrieben, wobei das Vorliegen einer Drehzahldifferenz zwischen der Getriebewelle 34 und dem Gehäuse 16 vorausgesetzt wird.
Wenn sich der Rotor 24 aus der dargestellten Position bewegt, wird Hydraulikfluid durch das Ventil 52 aus dem Saugraum 124 in den Kolben 48 gesaugt. Bei einer fortgesetzten Drehung des Rotors 24 wird das nun in dem Kolben 48 befindliche Hydraulikfluid unter Druck gesetzt, bis der Fluiddruck die Federkraft einer Feder in dem Ventil 52' übertrifft, wodurch das Ventil 52' geöffnet wird und Hydraulikfluid durch die Druckleitung 54' zu dem Eingang HP2 des Doppeldrosselventils D' fließen kann. Wie vorstehend beschrieben, wird ein Großteil des Fluids über den Ausgang R2 und die Saugleitung 56' wieder dem Saugraum 124 zugeführt. Ein Teil des Fluids kann auch durch den Ausgang LPO entweichen und über die Leitung 54'' einem Wärmetauscher 76 zugeführt werden. Das abgeführte Hydraulikfluid kann durch die Leitung 56'' und eine Drehdurchführung 66 wieder in den rotierenden Bereich Ro eingespeist werden.
Der beiden Pumpen 18, 20 gemeinsame Saugraum 124 ist als ein Ringraum ausgebildet, der die Pumpen 18, 20 in Umfangsrichtung umschließt. Der Saugraum 124 ist einerseits durch das Pumpengehäuse 16 und andererseits durch eine Ringhaube 126 begrenzt. Bei der Ringhaube 126 handelt es sich um eine elastische Hülle, insbesondere aus Metall, beispielsweise um einen Metallbalg. Zwei entsprechend geformte Stahlbleche werden beispielsweise entlang einer mittigen, in Umfangsrichtung verlaufenden Verbindungsstelle umgebördelt und miteinander verschweißt. Alternativ kann beispielsweise eine einteilige Ringhaube vorgesehen sein, die wenigstens eine elastische Seitenwand (also eine elastische sich in radialer Richtung erstreckende Ringwand) und eine im Wesentlichen inelastische Deckfläche aufweist (also eine im Wesentlichen inelastische sich in axialer Richtung erstreckende Ringwand). Hierdurch ist die Aufnahmekapazität des Saugraums 124 unabhängiger von der Drehzahl, da keine oder nur eine geringfügige Vergrößerung des Saugraums 124 aufgrund von Zentrifugalkräften erfolgt.
Die Verwendung der Ringhaube 126 bietet eine Reihe von Vorteilen. Insbesondere wirkt der Saugraum 124 durch die elastischen Eigenschaften der Ringhaube 126 als Druckspeicher, wodurch beispielsweise Kavitation in dem Fluid verhindert wird, die ansonsten bei großen Druckveränderungen im Saugraum 124 – etwa bei einem plötzlichem Betrieb einer der Pumpen 18, 20, wenn eine große Drehzahldifferenz zwischen dem entsprechenden Rotor 22, 24 und dem Gehäuse 16 vorliegt – entstehen kann. Kavitation kann unter anderem zu einer Schädigung der Bauteile und des Hydraulikfluids führen und ist deshalb möglichst zu vermeiden. Weiterhin verbessert die Ringhaube 126 die Kühlung des Fluids und vermindert die Geräuschentwicklung sowie aerodynamische Verluste. Diese Vorteile können aber auch durch andersartig gestaltete elastische Saugraumbegrenzungen erzielt werden.
In dem Fluid im Inneren des Saugraums 124 eventuell vorhandene Gasbläschen werden durch die Zentrifugalkraft radial nach innen gedrängt und sammeln sich aufgrund einer dachartigen Schräge 128 am Einlass eines Entlüftungskanals 130, so dass das Gas über ein Entlüftungsventil 132 entweichen kann.
Abweichend von der in 8 gezeigten Ausführungsform kann das Doppeldrosselventils D' bezüglich der Rotationsachse 46 um 90° gedreht angeordnet sein, so dass die Fliehkraft eine Öffnungsbewegung der Drosselventile D1, D2 unterstützt.
9 zeigt einen Schnitt durch den Gehäusefortsatz 120 entlang der Schnittlinie AA', wobei Einzelheiten des Doppeldrosselventils D nicht dar gestellt sind. 9 verdeutlicht schematisch eine beispielhafte Anordnung der Druckleitungen 54, 54' und der Saugleitungen 56, 56' in dem Fortsatz 120, wobei die Saugleitungen 56, 56' zusammengefasst sind, da sie mit dem beiden Pumpen 18, 20 gemeinsam zugeordneten Saugraum 124 verbunden sind und somit in den Saugleitungen 56, 56' stets der gleiche Druck herrscht. Aus 9 ist außerdem zu entnehmen, dass die Pumpen 18, 20 in dem dargestellten Beispiel jeweils 5 Kolben aufweisen, da jeweils 5 Druckleitungen 54, 54' vorhanden sind. Die Pumpen 18, 20 können aber auch andere Kolbenzahlen aufweisen.
10 zeigt, dass das Schaltgetriebe 10 auch auf einfache Weise mit einem Hybridantrieb kombiniert werden kann. Der Teil des Schaltgetriebes 10 ab dem Gehäuse 16 nach rechts entspricht der Ausführungsform, die vorstehend anhand von 1 diskutiert wurde. Links davon ist wiederum der Torsionsdämpfer 14 vorgesehen, der allerdings mit einer Kupplung 78 kombiniert ist. Dadurch kann das Schaltgetriebe 10 von dem Motor (nicht gezeigt) getrennt werden, so dass ein Antriebsmoment auf das Gehäuse 16 von einem elektrischen Motor 80 erzeugt werden kann. Der elektrische Motor 80 kann beim Bremsen auch als Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden.
11 zeigt eine weitere Ausführungsform des Schaltgetriebes 10, das wieder in weiten Teilen der in 1 gezeigten Ausführungsform entspricht. Der Rotor das elektrischen Motors/Generators 80 ist hier mit der Hohlwelle 30 des ersten Getriebezweigs 26 drehfest gekoppelt. In diesem Fall kann auf die Kupplung 78 verzichtet werden.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform des Schaltgetriebes 10, wobei die Pumpen 18, 20 zwischen den mechanischen Getriebezweigen 26, 28 angeordnet sind. Auch diese Ausführungsform ist auf einfache Weise mit einem Hybridantrieb kombinierbar.
13 zeigt eine weitere Anwendungsmöglichkeit der hydrostatischen Pumpen 18, 20 gemäß des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens. Die Pumpen 18, 20 weisen kein gemeinsames, drehfest mit der Eingangswelle 12 verbundenes Gehäuse auf. Das jeweilige Gehäuse 16 der Pumpen 18, 20 ist stattdessen stationär befestigt, dreht sich also nicht. Das Antriebsmoment der Eingangswelle 12 wird über Planetengetriebe 82 auf die mechanischen Getriebezweige 26, 28 übertragen. Ein Sonnenrad 84 des jeweiligen Planetengetriebes 82 ist hier mit dem Rotor 22 bzw. 24 der zugeordneten Pumpe 18, 20 drehfest verbunden. Die mechanischen Getriebezweige 26, 28 sind mit einem jeweiligen Planetenträger 86 drehfest gekoppelt, an dem Planetenräder 88 drehbar gelagert sind. Das Antriebsmoment der Eingangswelle 12 wird auf ein jeweiliges Hohlrad 90 übertragen. Die Planetenräder 88 kämmen mit dem jeweiligen Sonnenrad 84 und dem jeweiligen Hohlrad 90. Selbstverständlich können die Planetengetriebe 82 auch anders konfiguriert sein als hier beispielhaft beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wirken die Rotoren 22, 24 sozusagen als "Bremsen", mit welchen die jeweiligen Sonnenräder 84 gebremst oder festgehalten werden können. Die Planetengetriebe 82 wirken somit als Differentialgetriebe zur Verteilung eines Antriebsmoments der Eingangswelle 12. Wird eine der Pumpen 18, 20 hydraulisch blockiert und die andere hydraulisch kurzgeschlossen, wird das Antriebsmoment der Eingangswelle 12 vollständig über dem der blockierten Pumpe 18, 20 zugeordneten mechanischen Getriebezweig 26 bzw. 28 übertragen. Diese Ausführungsform kann ebenfalls durch die Drucksteuerung 53 gesteuert werden, die vorstehend anhand der 3 bis 5 beschrieben wurde. Allerdings ergeben sich Vorteile in baulicher Hinsicht, da die Pumpengehäuse 16 nicht rotieren, was beispielsweise die Führung der Steuerleitungen 68 vereinfacht.

10: Schaltgetriebe
12: Eingangswelle
14: Torsionsdämpfer
16: Gehäuse
18, 20: hydrostatische Pumpe
22, 24: Rotor
26, 28: mechanischer Getriebezweig
30: Hohlwelle
32: Synchronisiereinrichtung
34: Getriebewelle
G1–G7, R: Getriebezahnräder
r, 38: Zahnrad
36: Vorgelegewelle
40: Ausgangswelle
44: Mittelpunkt des Rotors
46: Rotationsachse
48: Kolben
50: Kolbenraum
51a–e: Zylinder
52, 52': Ventil
53: Steuerung
54, 54', 54'': Druckleitung
56, 56', 56'': Saugleitung
58, 58': Kurzschlussleitung
60: Rückschlagventil
62: Filter
64: hydraulische Steuereinheit
66: Drehdurchführung
68, 68a: Steuerleitung
70: Pumpe
72: Getriebesteuereinheit
74: Sumpf
76: Wärmetauscher
78: Kupplung
80: Elektromotor/Generator
82: Planetengetriebe
84: Sonnenrad
86: Planetenträger
88: Planetenrad
90: Hohlrad
100: Ventilgehäuse
110, 110': Ventilschieber
112, 112': Feder
114, 114': Anschlagfortsatz
116: Ausgangskammer
118, 118': Steuerkante
120: Gehäusefortsatz
122: Getriebegehäuse
124: Saugraum
126: Ringhaube
128: Schräge
130: Entlüftungskanal
132: Entlüftungsventil
V1, V2: Ventil
D, D1, D2: Drosselventil
D': Doppeldrosselventil
HP1, HP2: Drosselventileingang
R1, R2,: LPO Drosselventilausgang
U: Umschaltventil
M: Motor
Ro: rotierender Bereich
S: stationärer Bereich
AA': Schnittline

Claims

Schaltgetriebe mit einer Eingangswelle (12), einem ersten und einem zweiten mechanischen Getriebezweig (26, 28), die eingangsseitig mit der Eingangswelle (12) und ausgangsseitig über verschiedene Gangstufen (G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, R) mit einer gemeinsamen Ausgangswelle (40) antriebswirksam koppelbar sind, und einer ersten und einer zweiten Pumpe (18, 20), die jeweils ein stationäres oder drehbares Pumpenteil (16), einen Rotor (22, 24), einen Saugraum und einen Druckraum aufweisen, wobei durch eine Drehbewegung des Rotors (22, 24) relativ zum stationären oder drehbaren Pumpenteil (16) ein hydraulisches Fluid aus dem Saugraum in den Druckraum der jeweiligen Pumpe (18, 20) förderbar ist, wobei der Rotor (22) der ersten Pumpe (18) mit dem ersten mechanischen Getriebezweig (26) antriebswirksam verbunden ist und der Rotor (24) der zweiten Pumpe (20) mit dem zweiten mechanischen Getriebezweig (28) antriebswirksam verbunden ist, wobei ein von der Eingangswelle (12) auf die mechanischen Getriebezweige (26, 28) übertragenes Antriebsmoment von dem von der jeweiligen Pumpe (18, 20) erzeugten Pumpendruck abhängt, wobei den Pumpen (18, 20) zumindest eine Drucksteuereinrichtung zugeordnet ist, mittels derer ein von den Pumpen (18, 20) geförderter Fluidstrom variabel drosselbar ist, um für einen Gangstufenwechsel die Drehgeschwindigkeit des Rotors (22, 24) bezüglich des stationären oder drehbaren Pumpenteils (16) der jeweiligen Pumpe (18, 20) zu variieren.
Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Drucksteuereinrichtung (53) die Pumpen (18, 20) hydraulisch blockierbar sind, um den jeweiligen Rotor (22, 24) mit dem stationären oder drehbaren Pumpenteil (16) der betreffenden Pumpe (18, 20) im Wesentlichen drehfest zu verbinden.
Schaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Drucksteuereinrichtung (53) die Pumpen (18, 20) hydraulisch kurzschließbar sind, um den jeweiligen Rotor (22, 24) von dem stationären oder drehbaren Pumpenteil (16) der betreffenden Pumpe (18, 20) zu entkoppeln.
Schaltgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung ein der ersten Pumpe (18) zugeordnetes erstes Steuerventil (V1) und ein der zweiten Pumpe (20) zugeordnetes zweites Steuerventil (V2) aufweist, durch welche eine jeweilige den Druckraum und den Saugraum verbindende Kurzschlussleitung (58) der betreffenden Pumpe (18, 20) wahlweise zu öffnen oder sperrbar ist.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung zumindest ein steuerbares Drosselventil (D, D1, D2) umfasst, mittels dessen ein von der ersten Pumpe (18) und/oder der zweiten Pumpe (20) geförderter Fluidstrom drosselbar ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (D) wahlweise entweder mit dem Druckraum der ersten Pumpe (18) oder mit dem Druckraum der zweiten Pumpe (20) koppelbar ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum der jeweiligen Pumpe (18, 20) über das Drosselventil (D, D1, D2) mit einer jeweiligen Saugleitung (56'') der Pumpen koppelbar ist.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (D, D1, D2) an dem stationären oder drehbaren Pumpenteil (16) angeordnet ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenteil (16) um eine Rotationsachse (46) drehbar ist, und dass das Drosselventil (D, D1, D2) eine Aktuierungsrichtung aufweist, die senkrecht zur Rotationsachse (46) des drehbaren Pumpenteils (16) angeordnet ist, wobei das Drosselventil (D, D1, D2) derart ausgestaltet ist, dass eine bei Rotation des Pumpenteils (16) wirkende Zentrifugalkraft ein Öffnen des Drosselventils (D, D1, D2) unterstützt.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (D, D1, D2) eine Eingangsöffnung (HP1, HP2), eine erste Ausgangsöffnung (R1, R2) und eine zweite Ausgangsöffnung (LPO) aufweist, wobei die Eingangsöffnung mit dem Druckraum zumindest einer der Pumpen (18, 20) in Verbindung steht, wobei die erste Ausgangsöffnung über eine erste Verbindungsleitung (56, 56'), die entlang des stationären oder drehbaren Pumpenteils (16) verläuft, direkt mit dem Saugraum (124) zumindest einer der Pumpen in Verbindung steht, und wobei die zweite Ausgangsöffnung (LPO) über eine zweite Verbindungsleitung (54''), die entlang einer Kühleinrichtung (76) verläuft, mit dem Saugraum zumindest einer der Pumpen (18, 20) in Verbindung steht.
Schaltgetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (D, D1, D2) derart ausgestaltet ist, dass die durch die Ausgangsöffnungen jeweils ausströmenden Anteile des in das Drosselventil (D, D1, D2) einströmenden Hydraulikfluids durch das Drosselventil (D, D1, D2) steuerbar sind.
Schaltgetriebe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Drosselventil (D1) und ein zweites Drosselventil (D2) mit einem gemeinsamen Ventilgehäuse (100) vorgesehen sind, wobei die Drosselventile (D1, D2) eine gemeinsame zweite Ausgangsöffnung (LPO) aufweisen.
Schaltgetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drosselventile (D1, D2) derart ausgestaltet sind und zusammenwirken, dass das erste Drosselventil und das zweite Drosselventil nicht gleichzeitig schließbar sind.
Schaltgetriebe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilschieber (110) des ersten Drosselventils (D1), der zum Verschließen der Ausgangsöffnungen des ersten Drosselventils (D1) dient, im geschlossenen Zustand des ersten Drosselventils (D1) als Anschlag für eine Schließbewegung eines Ventilschiebers (110') des zweiten Drosselventils (D2) wirkt, der zum Verschließen der Ausgangsöffnungen des zweiten Drosselventils (D2) dient, und umgekehrt.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Verbindungsstrecke des Druckraums der jeweiligen Pumpe mit der Saugleitung der Pumpen eine Kühleinrichtung (76) zum Kühlen des mittels des Drosselventils (D, D1, D2) gedrosselten hydraulischen Fluids angeordnet ist.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung derart ansteuerbar ist, dass ein über die Eingangswelle (12) übertragenes Antriebsmoment entweder entsprechend einer eingelegten Gangstufe (G1, G3, G5, G7) ausschließlich auf den ersten mechanischen Getriebezweig (26) übertragen wird, oder entsprechend einer anderen eingelegten Gangstufe (G2, G4, G6, R) ausschließlich auf den zweiten mechanischen Getriebezweig (28) übertragen wird, oder für einen Gangstufenwechsel auf die beiden mechanischen Getriebezweige (26, 28) übertragen wird.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (22, 24) der Pumpen (18, 20) ohne Zwischenschaltung von Reibungskupplungen mit dem jeweiligen mechanischen Getriebezweig (26, 28) antriebswirksam verbunden sind.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpe (18) und die zweite Pumpe (20) einen gemeinsamen Saugraum (124) aufweisen.
Schaltgetriebe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugraum (124) einen Ringraum aufweist, der zumindest teilweise durch eine elastische Ringwand begrenzt ist, die eine Volumenänderung des Saugraums in Abhängigkeit des Fluiddrucks im Saugraum ermöglicht.
Schaltgetriebe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringwand Teil einer Ringhaube (126) ist oder durch eine Ringhaube (126) gebildet ist, die aus Metall ausgeführt ist.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Pumpenteil (16) der Pumpen (18, 20) ebenfalls drehbar ist.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenteil (16) der ersten Pumpe (18) mit dem Pumpenteil (16) der zweiten Pumpe (20) drehfest verbunden ist, insbesondere einstückig mit dem Pumpenteil (16) der zweiten Pumpe (20) ausgebildet ist.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (12) mit dem jeweiligen Pumpenteil (16) der Pumpen (18, 20) drehfest gekoppelt ist.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden mechanischen Getriebezweigen (26, 28) ein jeweiliges Differentialgetriebe zugeordnet ist, wobei ein Eingang des jeweiligen Differentialgetriebes mit der Eingangswelle (12) gekoppelt ist, ein erster Ausgang mit dem Rotor (22, 24) der jeweiligen Pumpe (18, 20) gekoppelt ist, und ein zweiter Ausgang mit dem jeweiligen mechanischen Getriebezweig (26, 28) gekoppelt ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Differentialgetriebe durch ein Planetengetriebe (82) gebildet ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenteile (16) der Pumpen (18, 20) stationär angeordnet sind.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (12) und der erste und der zweite mechanische Getriebezweig (26, 28) permanent miteinander gekoppelt sind.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen (18, 20) als reine Pumpen ausgebildet sind und eine invariable Geometrie besitzen.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen (18, 20) Radialkolbenpumpen sind.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Maschine (80) mit dem Pumpenteil (16) oder mit dem Rotor (22, 24) wenigstens einer der beiden Pumpen (18, 20) antriebswirksam gekoppelt ist.
Schaltgetriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (53) vorgesehen ist, mittels derer für einen Gangstufenwechsel, wenn eine Gangstufe des ersten mechanischen Ge triebezweigs (26) geschaltet ist, die Drucksteuereinrichtung und ein Gangstufenaktuator derart ansteuerbar sind, dass – eine Gangstufe des zweiten mechanischen Getriebezweigs (28) eingelegt wird, während die erste Pumpe (18) hydraulisch blockiert ist und die zweite Pumpe (20) hydraulisch kurzgeschlossen ist; – danach der von der zweiten Pumpe (20) geförderte Fluidstrom allmählich soweit gedrosselt wird, bis das Antriebsmoment im Wesentlichen vollständig über den zweiten mechanischen Getriebezweig (28) übertragen wird; – danach die hydraulische Blockade der ersten Pumpe (18) geöffnet wird und die Drehzahl der Eingangswelle (12) verringert wird; und – danach die zweite Pumpe (20) hydraulisch blockiert wird.
Schaltgetriebe nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit (53) die Drucksteuereinrichtung derart ansteuerbar ist, dass für das Öffnen der hydraulischen Blockade der ersten Pumpe (18) die erste Pumpe hydraulisch kurzgeschlossen wird.
Schaltgetriebe nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit (53) die Drucksteuereinrichtung und der Gangstufenaktuator derart ansteuerbar sind, dass nach dem Öffnen der hydraulischen Blockade der ersten Pumpe (18) die noch geschaltete Gangstufe des ersten mechanischen Getriebezweigs (26) ausgerückt wird.