DE102007026141A1

DE102007026141A1 - Drehmomentübertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE102007026141A1
Application number: DE102007026141A
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: DE112008001489A5; JP2010529374A; US20100219035A1; WO2008148512A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Pumpe, die ein erstes Pumpenteil, ein zweites Pumpenteil, einen Saugraum und einen Druckraum aufweist, wobei das erste Pumpenteil und das zweite Pumpenteil relativ zueinander drehbar sind. Durch eine Drehbewegung des ersten Pumpenteils relativ zum zweiten Pumpenteil ist ein hydraulisches Fluid aus dem Saugraum in den Druckraum der Pumpe förderbar, wobei ein zwischen dem ersten Pumpenteil und dem zweiten Pumpenteil übertragenes Drehmoment von dem von der Pumpe erzeugten Pumpendruck abhängt. Der Pumpe ist zumindest eine Drucksteuereinrichtung zugeordnet, mittels derer ein von der Pumpe geförderter Fluidstrom variabel drosselbar ist, um die Drehgeschwindigkeit des ersten Pumpenteils und des zweiten Pumpenteils der Pumpe relativ zueinander zu variieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in Form einer hydrostatischen Kupplung, die einen Drehzahlausgleich zwischen zwei Wellen ermöglicht.
Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen weisen eine Reihe verschiedener Drehmomentübertragungseinrichtungen auf, durch die das Antriebsmoment eines Motors des Fahrzeugs auf die angetriebenen Räder übertragen wird. Durch die Drehmomentübertragungseinrichtungen kann auch die Drehmomentübertragung bei Fahrzustandsänderungen des Fahrzeugs gesteuert werden. So weisen Antriebsstränge beispielsweise für das Anfahren des Fahrzeugs spezielle Drehmomentübertragungseinrichtungen zwischen dem Motor und einem Hauptgetriebe des Fahrzeugs auf.
Die Besonderheit einer Anfahrsituation besteht darin, dass eine Ausgangswelle des Motors mit einer gegebenen Drehzahl rotiert, während eine Eingangswelle des Hauptgetriebes in Ruhe ist. Bei einem plötzlichen Einkuppeln müsste die Eingangswelle des Hauptgetriebes – und damit auch dessen Bestandteile – schlagartig beschleunigt werden, was zu einer Reihe von Problemen im Antriebsstrang und dem Motor des Fahrzeugs führt. Ähnlich verhält es sich bei einem Wechsel zwischen verschiedenen Gangstufen des Hauptgetriebes. Um diese Situation meistern zu können, weisen Antriebsstränge üblicherweise besondere Anfahrelemente auf, durch die der Motor und das Hauptgetriebe kontrolliert gekoppelt werden kön nen. Bei manuellen oder automatisierten Schaltgetrieben wird gewöhnlich auf eine Reibungskupplung als Anfahrelement zurückgegriffen, während bei Automatikgetrieben hydrodynamische Drehmomentwandler Anwendung finden.
Die bekannten Anfahrelemente weisen allerdings eine Reihe von Nachteilen auf. Wie eingangs beschrieben, liegen in einer Anfahrsituation besonders große Drehzahlunterschiede zwischen dem Motor und dem Hauptgetriebe vor. Diese führen bei der Verwendung einer Reibungskupplung als Anfahrelement zu einer erheblichen Wärmeentwicklung im Inneren der Kupplung, so dass die Reibungskupplung für eine entsprechend große Wärmeaufnahme angelegt werden muss oder für die Kühlung der Reibungskupplung zusätzlich eine leistungsfähige Pumpe benötigt wird. Hydrodynamische Drehmomentwandler weisen dahingegen konstruktionsbedingt einen unbefriedigenden Wirkungsgrad auf, so dass nach Beendigung des Anfahrvorgangs eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung in Eingriff gebracht wird, um die Ausgangswelle des Motors und die Eingangswelle des Hauptgetriebes unter Umgehung des hydrodynamischen Drehmomentwandlers direkt drehfest miteinander zu koppeln. Außerdem verfügt der hydrodynamische Drehmomentwandler über feste charakteristische Eigenschaften, so dass eine aktive Steuerung der Drehmomentübertragungscharakteristik – und damit des Anfahrvorgangs – nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine robuste und kompakte Drehmomentübertragungseinrichtung zu schaffen, deren Drehmomentübertragungsverhalten einfach zu steuern ist. Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs zu schaffen, der eine verbesserte Drehmomentübertragung zwischen dem Motor und dem Hauptgetriebe ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst eine Pumpe, die ein erstes Pumpenteil (z. B. ein Pumpengehäuse), ein zweites Pumpenteil (z. B. einen Pumpenrotor), einen Saugraum und einen Druckraum aufweist, wobei das erste Pumpenteil und das zweite Pumpenteil relativ zueinander drehbar sind, wobei durch eine Drehbewegung des ersten Pumpenteils relativ zum zweiten Pumpenteil ein hydraulisches Fluid aus dem Saugraum in den Druckraum der Pumpe förderbar ist. Über das hydraulische Fluid kann ein Drehmoment zwischen dem ersten Pumpenteil und dem zweiten Pumpenteil übertragen werden, wobei dieses Drehmoment proportional zu dem von der Pumpe erzeugten Pumpendruck ist. Der Pumpe ist zumindest eine Drucksteuereinrichtung zugeordnet, mittels derer ein von der Pumpe geförderter Fluidstrom variabel drosselbar ist, um die Drehgeschwindigkeit des ersten Pumpenteils und des zweiten Pumpenteils relativ zueinander zu variieren.
Die Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst somit eine Pumpe, wobei die Drehmomentübertragung von dem ersten Pumpenteil auf das zweite Pumpenteil – oder umgekehrt – hydrostatisch erfolgt. Das erste Pumpenteil bildet hierbei beispielsweise einen Außenrotor, der das zweite Pumpenteil aber nicht allseitig umschließen muss. Wenn eine Drehzahldifferenz zwischen dem ersten Pumpenteil und zweiten Pumpenteil der Pumpe vorliegt, wird ein hydraulisches Fluid von dem Saugraum der Pumpe in den Druckraum der Pumpe gefördert. Das geförderte Volumen hängt von einer Geometrie der Pumpe und der Drehzahldifferenz zwischen dem ersten Pumpenteil und dem zweiten Pumpenteil ab. Maßgeblich ist auch der in dem Druckraum herrschende Gegendruck, da die Pumpe nicht gegen einen beliebig hohen Gegendruck Fluid fördern kann. Über einen Eingriff in den geförderten Volumenstrom des hydraulischen Fluids kann daher der gegen die Pumpenleistung wirkende Gegendruck gesteuert werden, was wiederum die hydrostatische Kopplung des zweiten Pumpenteils mit dem ersten Pumpenteil – und damit die Drehzahldifferenz und die Drehmomentübertragung zwischen den beiden genannten Bauteilen – beeinflusst. Ein derartiger Eingriff lässt sich auf einfache Weise durch eine Drosselung realisieren. Mit anderen Worten wird durch eine Drosselung des durch die Pumpe geförderten Fluidstroms der Grad der mechanischen Kopplung zwischen dem ersten Pumpenteil und dem zweiten Pumpenteil der Pumpe gesteuert.
Die Steuerung der erfindungsgemäßen Drehmomenteinrichtung basiert auf einer einfach zu realisierenden Hydrauliksteuerung. Aufwändige und verschleißanfällige Reibungskupplungen und deren Aktuatorik – wie beispielsweise bei herkömmlichen Anfahrkupplungen manueller oder automatisierter Schaltgetriebe – entfallen daher. Die Notwendigkeit eine separate Hydraulikpumpe zur Kühlung der Drehmomentübertragungseinrichtung vorzusehen, entfällt ebenfalls, da die bei einem Anfahrvorgang in der Drehmomentübertragungseinrichtung anfallende Wärmeleistung durch das hydraulische Fluid selbst abgeführt wird. Im Endeffekt wirkt das den Grad der mechanischen Kopplung bewirkende Fluid somit gleichzeitig als Kühlmittel. Die Pumpe erfüllt somit letztlich eine dreifache Funktion, nämlich eine Förderung eines hydraulischen Fluids, eine hydrostatische Kopplung zum Zweck der Drehmomentübertragung und einen Kühlmitteltransport.
Im Gegensatz zu einem bei Automatikgetrieben verwendeten hydrodynamischen Drehmomentwandler ist zudem der Grad der mechanischen Kopplung aktiv steuerbar, so dass die Drehmomentübertragung an die jeweils vorliegenden Bedingungen optimal angepasst werden kann.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
Eine konstruktiv vorteilhafte Ausführungsform der Drehmomentübertragungseinrichtung sieht vor, dass sowohl das erste als auch das zweite Pumpenteil drehbar gelagert sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Drehmomentübertragungseinrichtung ist die Pumpe mittels der Drucksteuereinrichtung hydraulisch blockierbar, um das zweite Pumpenteil mit dem ersten Pumpenteil im Wesentlichen drehfest, d. h. ohne signifikanten Schlupf zu verbinden. Wie vorstehend bereits diskutiert, kann die Pumpe 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 das zweite Pumpenteil relativ zu dem ersten Pumpenteil nicht mehr bewegbar ist. Die Pumpe ist dann durch eine Art stehende Flüssigkeitssäule hydraulisch blockiert, und der zweite Pumpenteil ist nahezu drehfest mit dem ersten Pumpenteil verbunden. Ein derartiges vollständiges Blockieren gewährleistet eine in diesem Zustand nahezu verlustfreie Drehmomentübertragung, so dass im Gegensatz zu einem hydrodynamischen Drehmomentwandler auf eine zusätzliche Überbrückungskupplung verzichtet werden kann.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass mittels der Drucksteuereinrichtung die Pumpe hydraulisch kurzschließbar ist, um das zweite Pumpenteil von dem ersten Pumpenteil der Pumpe zu entkoppeln. Unter einem hydrauli schen Kurzschluss ist der Leerlauf der Pumpe zu verstehen, das heißt die Pumpe erzeugt also keinen oder lediglich einen minimalen Pumpendruck, wodurch sich eine beliebige Drehzahldifferenz zwischen dem ersten Pumpenteil und dem zweite Pumpenteil einstellen kann. Mit anderen Worten zirkuliert das Hydraulikfluid in diesem Zustand im Wesentlichen ungedrosselt in dem Hydraulikkreislauf der Pumpe.
Um eine solche Zirkulation zu ermöglichen, kann eine den Druckraum und den Saugraum verbindende Kurzschlussleitung der Pumpe entlang des ersten Pumpenteils – das heißt beispielsweise innerhalb des ersten Pumpenteils und/oder an einer Außenseite des ersten Pumpenteils – verlaufen. Eine derartige Kurzschlussleitung ermöglicht ein im Wesentlichen direktes und damit fast leistungsverlustfreies Umwälzen des Hydraulikfluids von dem Druckraum in den Saugraum der Pumpe. Die Kopplung zwischen dem ersten Pumpenteil und dem zweiten Pumpenteil ist dementsprechend hinreichend gering. Die Drucksteuereinrichtung kann ein Steuerventil aufweisen, durch welches die Kurzschlussleitung wahlweise zu öffnen oder sperrbar ist, oder diese Funktion wird von dem nachstehend noch erläuterten Drosselventil übernommen.
Das Blockieren und das Kurzschließen der Pumpe bilden somit zwei extreme Zustände der Drehmomentübertragungseinrichtung. Im ersten Fall findet eine im Wesentlichen vollständige Übertragung eines Drehmoments beispielsweise von einer Antriebseinheit des Fahrzeugs auf ein manuelles oder automatisiertes Schaltgetriebe oder ein Automatikgetriebes statt, während im zweiten Fall die Antriebseinheit und das Hauptgetriebe im Wesentlichen vollständig entkoppelt sind. Zwischenzustände zwischen diesen beiden Extremen können durch eine Drosselung des durch die Pumpe geförderten Fluidstroms realisiert werden. Zu diesem Zweck kann die Drucksteuereinrichtung zumindest ein steuerbares Drosselventil um fassen, mittels dessen der von der Pumpe geförderte Fluidstrom drosselbar ist. 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 weiterhin vorgesehen sein, dass der Druckraum der Pumpe über das Drosselventil direkt, d. h. ohne zwischengeschaltete Vordruckpumpe und unter Umgehung eines Pumpensumpfs, mit einer Saugleitung der Pumpe koppelbar ist. 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.
Gemäß einer kompakten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung ist das Drosselventil an dem ersten Pumpenteil (z. B. Pumpengehäuse) angeordnet oder in das erste Pumpenteil integriert. Bei einem um eine Rotationsachse drehbaren ersten Pumpenteil kann das daran oder darin angeordnete Drosselventil derart orientiert sein, dass seine Aktuierungsrichtung senkrecht zur Rotationsachse des drehbaren ersten Pumpenteils verläuft, wobei das Drosselventil derart ausgestaltet ist, dass eine bei Rotation des ersten Pumpenteils wirkende Zentrifugalkraft ein Öffnen des Drosselventils unterstützt. Dies stellt einen zusätzlichen Sicherheitsaspekt dar.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass entlang einer Verbindungsstrecke des Druckraums der Pumpe mit einer Saugleitung der Pumpe – das heißt beispielsweise in einem beliebigen Abschnitt dieser Strecke – eine Kühleinrichtung zum Kühlen des mittels des Drosselventils gedrosselten hydraulischen Fluids angeordnet ist, wobei die Kühleinrichtung an einem stationären Gehäuse der Drehmomentübertragungseinrichtung angeord net ist. Eine derartige Kühleinrichtung ermöglicht auf effiziente Weise das Abführen der bei Betrieb der Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere in einer Anfahrsituation, entstehenden Abwärme.
Das Drosselventil kann eine Eingangsöffnung, eine erste Ausgangsöffnung und eine zweite Ausgangsöffnung aufweisen, wobei die Eingangsöffnung mit dem Druckraum der Pumpe in Verbindung steht. Die erste Ausgangsöffnung steht über eine erste Verbindungsleitung, die entlang des ersten Pumpenteils verläuft, direkt mit dem Saugraum der Pumpe in Verbindung, während die zweite Ausgangsöffnung über eine zweite Verbindungsleitung, die – zumindest teilweise – entlang einer Kühleinrichtung verläuft, mit dem Saugraum der Pumpe in Verbindung steht. Durch die im Wesentlichen direkte Verbindung der ersten Ausgangsöffnung mit dem Saugraum der Pumpe 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 die Drehmomentübertragungseinrichtung 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 der Drehmomentübertragungseinrichtung zu minimieren, während umgekehrt in anderen Zuständen der zweiten Ausgangsöffnung viel Hydraulikfluid zugeführt wird, etwa wenn das Hydraulikfluid stärker gekühlt werden soll.
Die Drucksteuereinrichtung kann derart ansteuerbar sein, dass ein variabel bestimmbarer Anteil eines Drehmoments zwischen dem ersten Pumpenteil und dem zweiten Pumpenteil übertragbar ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinheit weist der Saugraum der Pumpe einen Ringraum auf, der beispielsweise seitlich und/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.
Vorheilhafterweise ist das erste Pumpenteil der Pumpe als ein Eingang der Drehmomentübertragungseinrichtung und das zweite Pumpenteil als ein Ausgang der Drehmomentübertragungseinrichtung vorgesehen. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn es sich bei der Pumpe um eine Radialkolbenpumpe handelt.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung ist eine Steuereinheit vorgesehen, mittels derer die Drucksteuereinrichtung derart ansteuerbar ist, dass für ein im Wesentlichen vollständiges Übertragen eines Drehmoments zwischen dem ersten Pumpenteil und dem zweiten Pumpenteil das Drosselventil zum hydraulischen Blockieren der Pumpe vollständig geschlossen wird, und dass für ein gegenseitiges Entkoppeln des ersten Pumpenteils und des zweiten Pumpenteils das Drosselventil zum hydraulischen Kurzschließen der Pumpe vollständig geöffnet wird. Die Steuereinheit kann auch derart ansteuerbar sein, dass zum Erhöhen des zwischen dem ersten Pumpenteil und dem zweiten Pumpenteil übertragenen Drehmoments eine Durchflussrate des Hydraulikfluids durch das Drosselventil verringert wird, und dass zum Verringern des zwischen dem ersten Pumpenteil und dem zweiten Pumpenteil übertragenen Drehmoments die Durchflussrate des Hydraulikfluids durch das Drosselventil erhöht wird.
Vorzugsweise ist das erste Pumpenteil über einen Drehschwingungsdämpfer mit einem Schwungrad verbunden. In dieser Konstellation bildet das erste Pumpenteil funktionell ebenfalls ein Schwungrad. Auf ein herkömmlicherweise vorgesehenes zweites Schwungrad kann somit verzichtet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Drehmomentübertragungseinrichtung sind das erste Pumpenteil mit einem Ausgangselement einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs und das zweite Pumpenteil mit einer Eingangswelle eines Hauptgetriebes verbunden.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinheit, einem Hauptgetriebe und einer Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtung zwischen der Antriebseinheit und dem Hauptgetriebe angeordnet ist.
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 Antriebsstrangs,
2 einen Schnitt durch eine Radialkolbenpumpe,
3 bis 6 verschiedene Ausgestaltungen einer Drucksteuereinrichtung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung,
7 eine Ausführungsform eines Drosselventils,
8 einen Schnitt durch einen Teil einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung,
9 einen Schnitt durch die in 8 dargestellte Ausführungsform senkrecht zur Bildebene der 8,
10 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.
1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 10 eines Fahrzeugs, der einen Motor 12 (z. B. Verbrennungskraftmaschine oder Elektromotor), ein Hauptgetriebe 14, eine als Hauptkupplung dienende Drehmomentübertragungseinrichtung 16 sowie ein Schwungrad 18 aufweist. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 16 bildet in der dargestellten Ausführungsform eine bauliche Einheit aus einem Torsionsdämpfer 20 und einer hydrostatischen Pumpe 22, wobei der Torsionsdämpfer 20 mit einem Pumpengehäuse 24 der Pumpe 22 direkt verbunden ist. Grundsätzlich kann auch eine Drehmomentübertragungseinrichtung 16 ohne integrierten Torsionsdämpfer 20 vorgesehen sein, so dass die Drehmomentübertragungseinrichtung 16 im Wesentlichen aus einer Pumpe 22 und einer dieser zugeordneten Drucksteuereinrichtung (in 1 nicht gezeigt) besteht.
Der Torsionsdämpfer 20 ist wiederum über ein Schwungrad 18 mit dem Motor 12 gekoppelt. Ein Rotor 26 der Pumpe 22 ist drehfest mit einer Eingangswelle 28 des Hauptgetriebes 14 gekoppelt. Das Hauptgetriebe 14 wird im Folgenden nicht ausführlicher beschrieben, da dessen Ausgestaltung grundsätzlich bekannt und für die Funktion der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung 16 nicht weiter von Relevanz ist. Das Hauptgetriebe 14 kann beispielsweise ein manuelles oder automatisiertes Schaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe sein.
Das Pumpengehäuse 24 bildet das erste Pumpenteil, und der Rotor 26 bildet das zweite Pumpenteil, die relativ zueinander verdrehbar sind.
Das Ensemble aus motorseitigem Schwungrad 18 und der Drehmomentübertragungseinrichtung 16 erfüllt mehrere Funktionen. Zum einen können dadurch die von dem Motor 12 in den Antriebsstrang 10 eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten reduziert werden, da das vorstehend genannte Ensemble wie ein Zweimassenschwungrad wirkt. Das getriebeseitige Schwungrad wird dabei durch das Pumpengehäuse 24 gebildet, welches über den Torsionsdämpfer 20 mit dem motorseitigen Schwungrad 18 verbunden ist. Zusätzlich kann die hydrostatische Pumpe als Anfahr- und Schaltkupplung – bei einem manuellen oder automatisierten Schaltgetriebe – oder als Drehmomentwandler – bei einem Automatikgetriebe – genutzt werden.
Wie eingangs ausgeführt, liegt bei einem Anfahren des Fahrzeugs die Situation vor, dass eine Motorausgangswelle 29 durch den Motor 12 zu einer Rotation mit einer bestimmten Drehzahl angetrieben wird, während das Fahrzeug steht und damit die Getriebeeingangswelle 28 in Ruhe ist. Ein antriebswirksames Verbinden des Motors 12 mit dem Hauptgetriebe 14 erfordert daher ein allmähliches Übertragen des Antriebsdrehmoments des Motors 12 auf die Getriebeeingangswelle 28, bis der Zustand einer Drehzahlgleichheit erreicht ist. Wie dies mittels der hydrostatischen Pumpe 22 zu bewerkstelligen ist, wird nachstehend ausführlich anhand der folgenden Figuren beschrieben.
Ein für die Verwendung in einer Drehmomentübertragungseinrichtung 16 besonders geeigneter Pumpentyp sind Radialkolbenpumpen. Die Funktionsweise einer Radialkolbenpumpe 22 wird anhand von 2 erläutert, die einen Schnitt durch eine Radialkolbenpumpe 22 zeigt. Die dargestellte Radialkolbenpumpe 22 lässt sich – neben ihrer Pumpenfunktion – im Prinzip auch als Motor betreiben, das heißt sie kann durch gesteuerte Druckbeaufschlagung eine Drehbewegung erzeugen. Da allerdings in der vorliegenden Anwendung lediglich die Pumpenfunktion – das heißt die Förderung eines Hydraulikfluids bei Drehzahldifferenz zwischen dem Pumpengehäuse 24 und dem Rotor 26 – von Bedeutung ist, werden lediglich die für das Verständnis der Drehmomentübertragungseinrichtung 16 notwendigen Aspekte der Radialkolbenpumpe 22 betrachtet. Mit anderen Worten kann in einer Drehmomentübertragungseinrichtung 16 eine vereinfachte Version der beispielhaft dargestellten Radialkolbenpumpe 22 verwendet werden, und aufgrund des einfachen Aufbaus ist dies auch bevorzugt.
Die dargestellte Radialkolbenpumpe 22 umfasst den Rotor 26, der im Bereich der Pumpe 22 einen kreisrunden Umriss besitzt, wobei der Mittelpunkt 30 der Kreisform bezüglich der gemeinsamen Rotationsachse 32 des Pumpengehäuses 24 und des Rotors 26 bzw. der zugeordneten Eingangswelle 28 des Hauptgetriebes 14 versetzt ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Rotor 26 um einen Exzenter. Der Rotor 26 steht mit fünf Kolben 34 in Antriebsverbindung, die jeweils einen Kolbenraum 36 aufweisen. Bei einer Drehung des Rotors 26 relativ zu dem Gehäuse 24 werden die Volumina der Kolbenräume 36 alternierend vergrößert bzw. verkleinert. Mit anderen Worten wird durch die Drehbewegung des Rotors 26 relativ zu dem Gehäuse 24 ein Hydraulikfluid, welches zunächst durch ein Ventil 38 einströmt, anschließend durch ein weiteres Ventil 38' des jeweiligen Kolbens 34 wieder ausgestoßen. Es wird somit ein Hydraulikfluid von einem mit dem Ventil 38 in Verbindung stehenden Saugraum (nicht gezeigt) zu einem Druckraum (nicht gezeigt) gefördert, der mit dem Ventil 38' in Verbindung steht. Die Ventile 38, 38' können bei einer reinen Pumpe 22 – also ohne hydraulische Motorfunktion – einfache Rückschlagventile im Form von passiven Sitzventilen sein.
In dem in 2 dargestellten Zustand wird bei einer Drehung des Rotors 26 gegen den Uhrzeigersinn anfänglich Hydraulikfluid in den Kolbenraum 36 eines Zylinders 40a der Radialkolbenpumpe 22 angesaugt, da der Kolbenraum 36 zunächst ein minimales Volumen aufweist. In der Ansaugphase befinden sich auch die Kolben 34 der Zylinder 40b und 40c. Ist ein maximales Volumen des jeweiligen Kolbenraums 36 erreicht, wird durch die Wirkung der Drehung des Rotors 26 nun das Volumen des Kolbenraums 36 wieder verringert, das heißt der Fluiddruck erhöht. Bei Zunahme des Drucks schließt das als Rückschlagventil wirkende Ventil 38 automatisch. Durch die weitere Drehung des Rotors 26 wird das Volumen des Kolbenraums 36 weiter verringert, und das Hydraulikfluid wird weiter unter Druck gesetzt, bis ab einem gewissen Schwellwert das Ventil 38' – zum Beispiel ein federkraftbeaufschlagtes Kugelventil – öffnet und das Hydraulikfluid in den nicht gezeigten Druckraum abgegeben wird. Aus der beschriebenen Funktionsweise der Radialkolbenpumpe 22 ist leicht ersichtlich, dass die pro Zeiteinheit geförderte Menge des Hydraulikfluids lediglich von einer Drehzahldifferenz zwischen dem Pumpengehäuse 24 und dem Rotor 26 abhängt. Mit anderen Worten wird kein Hydraulikfluid gefördert, wenn sich das Gehäuse 24 und der Rotor 26 mit der gleichen Drehzahl drehen.
Bei der hier beschriebenen Anwendung der Radialkolbenpumpe 22 ist allerdings nicht die Förderung eines Hydraulikfluids von zentraler Bedeutung, sondern eine gesteuerte hydrostatische Kopplung des Gehäuses 24 mit dem Rotor 26, um Drehmoment von dem Motor 12 auf das Hauptgetriebe 14 übertragen zu können. Dies lässt sich in Umkehrung des vorstehend beschriebenen Funktionsprinzips der Radialkolbenpumpe 22 dadurch realisieren, dass die Förderung des Hydraulikfluids bewusst verhindert wird. Kann die Pumpe 22 nämlich durch das Ventil 38' kein Hydraulikfluid abgeben, so kann sich der Rotor 26 gegenüber dem Gehäuse 24 nicht mehr drehen. Die Kopplung wird aufgehoben, indem die Hydraulikfluidförderung wieder zugelassen wird.
Die Drehmomentübertragung durch die Drehmomentübertragungseinrichtung 16 basiert somit im Wesentlichen auf einer Drucksteuerung des durch die Pumpe 22 geförderten Hydraulikfluids bzw. auf der Steuerung des druckraumseitig vorliegenden Pumpendrucks. Eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Drucksteuerung 42 ist in 3 gezeigt.
Die Pumpe 22 ist mit einer Druckleitung 44 und einer Saugleitung 46 verbunden. Die Druckleitung 44 steht über einen Hydraulikfluidfilter 48, eine Drehdurchführung 50 und ein Rückschlagventil 52 mit der Saugleitung 46 in Verbindung. Die Drehdurchführung 50 ist notwendig, da die Pumpe 22, die Saugleitung 46 und Teile der Druckleitung 44 rotieren (rotierender Bereich Ro oberhalb der gestrichelten Linie), während die restlichen, zum Teil noch nachfolgend zu beschreibenden Komponenten der Steuerung 42 stationär angeordnet sind (stationärer Bereich S unterhalb der gestrichelten Linie).
Die Drucksteuerung 42 weist außerdem eine hydraulische Steuereinheit (hydraulic control unit, HCU) 54 auf, die mit der Druckleitung 44 in Verbindung steht. Der hydraulischen Steuereinheit 54 wird unter Druck stehendes Hydraulikfluid durch eine mit einem Motor M in Verbindung stehende Pumpe 56 zugeführt, wobei der Motor M durch eine Getriebesteuereinheit (transmission control unit, TCU) 58 elektrisch angesteuert wird. Die Pumpe 56 entnimmt das Hydraulikfluid einem Sumpf 60.
Um die durch die Pumpe 22 geförderte Hydraulikfluidmenge steuern zu können, weist die Druckleitung 44 der Pumpe 22 ein Drosselventil D auf, das durch die Getriebesteuereinheit 58 elektrisch ansteuerbar ist. Grundsätzlich ist auch eine hydraulische Steuerung des Drosselventils D durch die hydraulische Steuereinheit 54 möglich. In Strömungsrichtung des Hydraulikfluids hinter dem Drosselventil D der Druckleitung 44 ist ein Wärmetauscher 62 angeordnet, der zur Reduktion der Temperatur des Hydraulikfluids dient. Das Drosselventil D ist im stationären Bereich S angeordnet, weshalb eine Drehdurchführung 50 auch im relativ zu dem Drosselventil D stromaufwärtigen Verlauf der Druckleitung 44 vorgesehen ist.
Die dargestellte Ausführungsform der Drucksteuerung 42 zeichnet sich durch seine einfache Konzeption aus. Die Steuerung der Drehmomentübertragungseinrichtung 16 erfolgt über die Steuerung des Drosselventils D. Im Stand des Fahrzeugs ist das Drosselventil D geöffnet, so dass aufgrund der Drehzahldifferenz zwischen dem durch den Motor 12 angetriebenen Pumpengehäuse 24 und dem mit der Eingangswelle 28 des Hauptgetriebes 14 drehfest verbundenen Rotor 26 Hydraulikfluid im Wesentlichen ungedrosselt durch das geöffnete Drosselventil D gefördert wird. Etwaige Verluste von Hydraulikfluid – beispielsweise durch Leckage an den Drehdurchführungen 50 – werden durch die Zufuhr von Hydraulikfluid durch die hydraulische Steuereinheit 54 ausgeglichen. In diesem Zustand sind der Motor 12 und das Hauptgetriebe 14 im Wesentlichen entkoppelt, wobei lediglich geringe Schleppmomente und Leistungsverluste aufgrund der Zirkulation des Hydraulikfluids in dem Hydraulikkreislauf auftreten. Die durch die Pumpleistung anfallende Wärme kann effizient über den Wärmetauscher 62 abgegeben werden.
Um eine Drehmomentübertragung von dem rotierenden Pumpengehäuse 24 auf den noch ruhenden Rotor 26 einzuleiten, wird das Drosselventil D allmählich geschlossen. Durch die Drosselung mittels des Drosselventils D erhöht sich der Druck in der Druckleitung 44 der Pumpe 22, wodurch zunehmend mehr Drehmoment von dem Pumpengehäuse 24 auf den Rotor 26 übertragen wird. Durch die zunehmende Übertragung von Drehmoment gleicht sich auch allmählich die Drehzahl des Rotors 26 an die Drehzahl des durch den Motor 12 angetriebenen Pumpengehäuses 24 an. Dieser Vorgang setzt sich so lange fort, bis das Drosselventil D vollständig geschlossen ist. Durch die Sperrung des Drosselventils D wird der Rotor 26 gegenüber dem Pumpengehäuse 24 mechanisch blockiert, so dass – abgesehen von Fluidverlusten aufgrund von unvermeidbaren Undichtigkeiten – beide im Wesentlichen mit gleicher Drehzahl rotieren. In diesem Zustand findet eine im Wesentlichen verlustfreie Übertragung von Drehmoment von dem Pumpengehäuse 24 auf den Rotor 26 statt.
Eine Entkopplung des Motors 12 von dem Hauptgetriebe 14 erfolgt analog in Umkehrung des vorstehend beschriebenen Vorgangs.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung 16 basierend auf einer hydrostatischen Pumpe 22 eine Reibungskupplung als Anfahrelement bei einem manuellen oder automatisierten Schaltgetriebe ersetzen kann, wobei auf eine separate Einrichtung zur Kühlung verzichtet werden kann, da die Kühlung des Anfahrelements – also der Pumpe 22 – durch das Aktuierungsfluid selbst erfolgt und daher sehr effizient ist, weshalb eine eigene Kühlmittelpumpe nicht erforderlich ist. Gegenüber einem herkömmlichen Drehmomentwandler ergibt sich unter anderem der Vorteil, dass die vorliegende Drehmomentübertragungseinrichtung 16 keine feste Drehmomentübertragungscharakteristik aufweist, sondern entsprechend der Anforderungen individuell gesteuert werden kann. Außerdem entfällt die Notwendigkeit, eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung vorzusehen, da die Drehmomentübertragung in dem blockierten Zustand im Wesentlichen verlustfrei ist.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Drucksteuerung 42. Diese Ausführungsform weist zusätzlich eine den Druckraum der Pumpe 22 mit dem Saugraum direkt verbindende Kurzschlussleitung 64 auf, durch die die Leerlaufzirkulation des Hydraulikfluids im entkoppelten Zustand der Drehmomentübertragungseinrichtung 16 noch verlustärmer gestaltet werden kann. Die Kurzschlussleitung 64 kann durch ein Steuerventil V je nach Bedarf geöffnet und geschlossen werden. Das Steuerventil V wird durch eine hydraulische Steuerleitung 66 von der hydraulische Steuer einheit 54 betätigt. Eine elektrische Ansteuerung des Ventils V ist ebenfalls möglich. Bei dem Steuerventil V kann es sich um ein einfaches EIN/AUS-Ventil handeln.
5 zeigt eine weitere Variante der Drucksteuerung 42. Das Drosselventil D ist bei dieser Ausführungsform in dem rotierenden Bereich Ro der Steuerung 42 angeordnet und wird hydraulisch durch die hydraulische Steuereinheit 54 angesteuert. Durch die Anordnung des Drosselventils D in dem rotierenden Bereich Ro werden die Leckageverluste an der Drehdurchführung 50 aufgrund des geringeren Hydraulikdrucks in Strömungsrichtung hinter dem Drosselventil D minimiert. Außerdem wird dadurch eine besonders kompakte und robuste Bauweise ermöglicht.
6 zeigt eine weitere Variante der Drucksteuerung 42, die im Gegensatz zu den Varianten der 4 und 5 keine Kurzschlussleitung 64 mit einem Steuerventil V aufweist. Ein Eingang HP des Drosselventils D' ist mit der Druckleitung 44 der Pumpe 22 verbunden. Ein Ausgang R des Drosselventils D' steht über das Rückschlagventil 52 direkt mit der Saugleitung 46 und somit dem Saugraum der Pumpe 22 in Verbindung. Ein zweiter Ausgang LPO des Drosselventils D' steht über dem Wärmetauscher 62 indirekt mit der Saugleitung 46 der Pumpe 22 in Verbindung. Über die Steuerleitung 66 werden dem Drosselventil D' hydraulische Steuersignale zugeführt.
Das Drosselventil D' übernimmt in dieser Ausführungsform neben ihrer Drosselfunktion somit zusätzlich die Aufgaben des Steuerventils V, was eine vereinfachte Bauweise und Ansteuerung der Drucksteuerung 42 mit sich bringt.
Eine Ausführungsform des Drosselventils D' – in 6 durch einen gestrichelten Kasten hervorgehoben – wird nachstehend anhand von 7 beschrieben.
7 zeigt einen Querschnitt durch ein Drosselventil D', welches allerdings nicht das in dem gestrichelten Kasten der 6 enthaltene Rückschlagventil 52 aufweist. Die dem Eingang HP und den Ausgängen R und LPO des Drosselventils D' zugeordneten Dreiecke symbolisieren die Strömungsrichtung des Hydraulikfluids durch die entsprechenden Öffnungen.
Das Drosselventil D' weist ein Ventilgehäuse 68 und einen darin angeordneten Ventilschieber 70 auf. Das in 7 dargestellte Drosselventil D' befindet sich in einem vollständig geschlossenen Zustand. In einem geöffneten Zustand, das heißt wenn der Ventilschieber 70 gegenüber der dargestellten Position nach rechts verschoben ist, erhält das Drosselventil D' von der Pumpe 22 gefördertes Hydraulikfluid durch den Eingang HP, welches das Drosselventil D' durch den Ausgang LPO wieder verlässt. Ist der Ventilschieber 70 um mehr als einen Versatz X nach rechts verschoben, wird ein Großteil des Hydraulikfluids über den Ausgang R abgesaugt und dem Saugraum der Pumpe 22 zugeführt. In diesem Fall schließt das Drosselventil D' die Pumpe 22 kurz und übernimmt die Funktion der Kurzschlussleitung 64 der vorstehend diskutierten Ausführungsformen. Der Großteil des Hydraulikfluids verbleibt daher im rotierenden Bereich Ro, wodurch die durch die Drucksteuerung 42 verursachten Leistungsverluste minimiert werden.
Wie vorstehend bereits angesprochen, ist das Drosselventil D' in der Darstellung gemäß 7 vollständig geschlossen. Der Strom von Fluid von dem Eingang HP zu den Ausgängen LPO und/oder R wird durch den Ven tilschieber 70 blockiert. Dies führt zu einer Blockierung der Pumpe 22, die somit Drehmoment von dem Gehäuse 24 auf den Rotor 26 überträgt.
Durch Variieren eines gegen die von einer Feder 72 ausgeübte Federkraft wirkenden Steuerdrucks in den Steuerleitungen 66 und 66a kann die Stellung des Ventilschiebers 70 verändert werden. Ausgehend von einem geöffneten Zustand des Drosselventils D' werden nachfolgend das Schließen des Drosselventils D' und die Auswirkungen dieses Vorganges beschrieben.
Bei Betätigung des Drosselventils D' bewegt sich der Ventilschieber 70 aus dem geöffneten Zustand nach links. Hierdurch wird zunächst der Ausgang R geschlossen. Das von der Pumpe 22 geförderte Fluid entweicht somit über den Ausgang LPO und verlässt den rotierenden Bereich Ro. Aufgrund des verlängerten Strömungswegs des Hydraulikfluids werden nun Schleppmomente erzeugt, die jedoch zunächst kaum spürbar sind. Schließlich nähert sich der Ventilschieber 70 einer Steuerkante 74. Dies bedeutet, dass an der Pumpe 22 ein zunehmender Druck aufgebaut wird und dementsprechend ein zunehmender Teil des Drehmoments des Motors 12 über die Pumpe 22 übertragen wird. Die durch die verstärkte Leistung der Pumpe 22 erzeugte Wärme wird durch das geförderte Hydraulikfluid über den Ausgang LPO abgeführt und dem Fluid im stationären Bereich S durch den Wärmetauscher 62 wieder entzogen.
8 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil einer konstruktiven Umsetzung einer Ausführungsform der Drehmomentübertragungseinrichtung 16. Rechts im Bild ist die Pumpe 22 zu sehen, die das rotierende Pumpengehäuse 24 und den Rotor 26 umfasst. Der Rotor 26 ist mit der Eingangswelle 28 des Hauptgetriebes 14 verbunden.
Wie 8 zu entnehmen ist, zeichnet sich der Rotor 26 durch eine kompakte Bauweise insbesondere in radialer Richtung aus. Dadurch ist dessen Trägheitsmoment bezüglich der Rotationsachse 32 sehr gering. Das geringe Trägheitsmoment des Rotors 26 verringert die Trägheit des eingangsseitigen Teils des Hauptgetriebes 14, wodurch sich Gangwechsel in dem Hauptgetriebe 14 schneller und leichter durchführen lassen. Außerdem können in dem Hauptgetriebe 14 gegebenenfalls vorhandene Synchronisiereinrichtungen weniger aufwändig konzipiert werden, was ein zusätzliches Einsparpotential darstellt.
Ein nach links ragender Fortsatz 76 des Pumpengehäuses 24 nimmt das Drosselventil D' und Abschnitte der der Pumpe 22 zugeordneten Druckleitung 44 und Saugleitung 46 auf. Mit anderen Worten ist das Drosselventil D' in das Gehäuse 24 integriert.
Durch Drehdurchführungen 50 in einem stationären Gehäuse 78 sind der Ausgang LPO des Drosselventils D' mit der Druckleitung 44 und der Ausgang R mit der Saugleitung 46 im stationären Bereich S verbunden. Eine Drehdurchführung 50 ist auch für die Steuerleitung 66 vorgesehen. Die mit dem Ausgang R verbundene Saugleitung 46 der Pumpe 22 steht mit einem Saugraum 80 in Verbindung.
Die integrierte und kompakte Anordnung der Pumpe 22 und des diese steuernden Drosselventils D' ermöglicht kurze – und damit Schleppmomenten minimierende – Strömungskanäle für das Umwälzen des Fluids im Leerlauf der Pumpe 22. Die Bauweise ist außerdem robust und einfach.
Nachfolgend wird der Strömungsweg des Hydraulikfluids beschrieben, wobei das Vorliegen einer Drehzahldifferenz zwischen der Eingangswelle 28 des Hauptgetriebes 14 einerseits und dem in Lagern 81 drehbar gela gerten Pumpengehäuse 24 – und damit dem mit diesem verbundenen Motor 12 – andererseits vorausgesetzt wird. Dazu müsste das Drosselventil D' – entgegen der Darstellung in 8 – geöffnet sein.
Wenn sich der Rotor 26 aus der in der 8 dargestellten Position bewegt, wird Hydraulikfluid durch das Ventil 38 aus dem Saugraum 80 in den Kolbenraum des Kolbens 34 gesaugt. Bei einer fortgesetzten Drehung des Rotors 26 wird das nun in dem Kolbenraum befindliche Hydraulikfluid unter Druck gesetzt, bis der Fluiddruck die Federkraft einer Feder in dem Ventil 38' übertrifft, wodurch das Ventil 38' geöffnet wird und Hydraulikfluid durch die Druckleitung 44 zu dem Eingang HP des Drosselventils D' strömen kann. Wie vorstehend beschrieben, wird ein Großteil des Fluids bei einem entsprechend weit nach rechts verschobenen Ventilschieber 70 über den Ausgang R und die Saugleitung 46 wieder dem Saugraum 80 zugeführt. Ein Teil des Fluids kann bei geöffnetem Drosselventil D' auch durch den Ausgang LPO entweichen und über die Druckleitung 44 einem Wärmetauscher 62 zugeführt werden. Das abgeführte Hydraulikfluid kann durch die Leitung 46 und eine Drehdurchführung 50 wieder in den rotierenden Bereich Ro eingespeist werden.
Der allen Zylindern 40a–40e der Pumpe 22 gemeinsame Saugraum 80 ist als Ringraum ausgebildet, der die Pumpe 22 im Umfangsrichtung umschließt. Der Saugraum 80 ist einerseits durch das Pumpengehäuse 24 und andererseits durch eine Ringhaube 82 begrenzt. Bei der Ringhaube 82 handelt es sich um eine zumindest abschnittsweise elastische Hülle, insbesondere aus Metall, beispielsweise 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 80 unabhängig von der Drehzahl, da keine oder nur eine geringfügige Vergrößerung des Saugraums aufgrund von Zentrifugalkräften erfolgt.
Die Verwendung der Ringhaube 82 bietet eine Reihe von Vorteilen. Insbesondere wirkt der Saugraum 80 durch die elastische Eigenschaften der Ringhaube 82 als Druckspeicher, wodurch beispielsweise Kavitation in dem Fluid verhindert wird, die ansonsten bei großen Druckveränderungen im Saugraum 80 entstehen kann, etwa bei einem plötzlichen Betrieb der Pumpe 22, wenn eine große Drehzahldifferenz zwischen dem Rotor 26 und dem Gehäuse 24 vorliegt, wie etwa beim Anfahren. Kavitation kann unter anderem zu einer Schädigung der Bauteile und des Hydraulikfluids führen und ist deshalb möglichst zu vermeiden. Weiterhin verbessert die Ringhaube 82 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 80 eventuell vorhandene Gasbläschen werden durch die Zentrifugalkraft radial nach innen gedrängt und sammeln sich aufgrund von zwei dachartigen Schrägen 84 am Einlass eines Entlüftungskanals 86, so dass das Gas über ein Entlüftungsventil 88 entweichen kann.
Abweichend von der in 8 gezeigten Ausführungsform kann das Drosselventil D' bezüglich der Rotationsachse 32 um 90° gedreht angeordnet sein, so dass die Fliehkraft eine Öffnungsbewegung des Drosselventils D' unterstützt.
9 zeigt einen Schnitt durch den Gehäusefortsatz 76 entlang der Schnittlinie AA', wobei Einzelheiten des Drosselventils D' nicht dargestellt sind. 9 verdeutlicht schematisch eine beispielhafte Anordnung der Druckleitungen 44 und Saugleitungen 46 in dem Fortsatz 76. Aus 9 ist zu entnehmen, dass die Pumpe 22 in dem dargestellten Beispiel fünf Kolben aufweist, da fünf Druckleitungen 44 und fünf Saugleitungen 46 vorhanden sind. Die Pumpe 22 kann aber auch andere Kolbenzahlen aufweisen.
10 zeigt eine weiteren Drehmomentübertragungseinrichtung 16', die eine Pumpe 22 und einen Torsionsdämpfer 20 umfasst, wobei diese in Abweichung von der Drehmomentübertragungseinrichtung 16 nicht unmittelbar miteinander verbunden sind. In 10 ist die Drehmomentübertragungseinrichtung 16' mit einem Automatikgetriebe 90 verbunden und ersetzt hier somit einen hydrodynamischen Drehmomentwandler.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung nicht nur als Ersatz einer Hauptkupplung im Antriebsstrang eines Fahrzeugs verwendet werden kann, sondern sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignet, bei denen eine zuverlässige und robuste Drehmomentübertragung von Bedeutung ist, insbesondere auch an anderer Position in einem Antriebsstrang. Beispielsweise kann eine derartige Drehmomentübertragungseinrichtung in einem Verteilergetriebe eines Kraftfahrzeugs mit zuschaltbarem Allradantrieb zum Einsatz gelangen, oder bei einer Sperre oder einem Überlagerungsgetriebe für ein Differentialgetriebe.

10: Antriebsstrang
12: Motor
14: Hauptgetriebe
16, 16': Drehmomentübertragungseinrichtung
18: Schwungrad
20: Torsionsdämpfer
22: hydrostatische Pumpe
24: Pumpengehäuse
26: Rotor
28: Getriebeeingangswelle
29: Motorausgangswelle
30: Mittelpunkt
32: Rotationsachse
34: Kolben
36: Kolbenraum
38, 38': Ventil
40a–e: Zylinder
42: Drucksteuerung
44: Druckleitung
46: Saugleitung
48: Hydraulikfluidfilter
50: Drehdurchführung
52: Rückschlagventil
54: hydraulische Steuereinheit
56: Pumpe
58: Getriebesteuereinheit
60: Sumpf
62: Wärmetauscher
64: Kurzschlussleitung
66, 66a: Steuerleitung
68: Ventilgehäuse
70: Ventilschieber
72: Feder
74: Steuerkante
76: Gehäusefortsatz
78: stationäres Gehäuse
80: Saugraum
81: Lager
82: Ringhaube
84: Schräge
86: Entlüftungskanal
88: Entlüftungsventil
90: Automatikgetriebe
D, D': Drosselventil
M: Motor
V: Steuerventil
HP: Drosselventileingang
LPO, R: Drosselventilausgang
X: Versatz

Claims

Drehmomentübertragungseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Pumpe (22), die ein erstes Pumpenteil (24), ein zweites Pumpenteil (26), einen Saugraum und einen Druckraum aufweist, wobei das erste Pumpenteil (24) und das zweite Pumpenteil (26) relativ zueinander drehbar sind, wobei durch eine Drehbewegung des ersten Pumpenteils (24) relativ zum zweiten Pumpenteil (26) ein hydraulisches Fluid aus dem Saugraum in den Druckraum der Pumpe (22) förderbar ist, wobei über das hydraulische Fluid ein Drehmoment zwischen dem ersten Pumpenteil (24) und dem zweiten Pumpenteil (26) übertragbar ist, das von dem von der Pumpe (22) erzeugten Pumpendruck abhängt, wobei der Pumpe (22) zumindest eine Drucksteuereinrichtung (42) zugeordnet ist, mittels derer ein von der Pumpe (22) geförderter Fluidstrom variabel drosselbar ist, um die Drehgeschwindigkeit des ersten Pumpenteils (24) und des zweiten Pumpenteils (26) relativ zueinander zu variieren.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pumpenteil (24) und das zweite Pumpenteil (26) drehbar angeordnet sind.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Drucksteuereinrichtung (42) die Pumpe (22) hydraulisch blockierbar ist, um das zweiten Pumpenteil (26) mit dem ersten Pumpenteil (24) der Pumpe (22) im Wesentlichen drehfest zu verbinden.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Drucksteuereinrichtung die Pumpe (22) hydraulisch kurzschließbar ist, um das zweite Pumpenteil (26) von dem ersten Pumpenteil (24) der Pumpe (22) zu entkoppeln.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Druckraum und den Saugraum verbindende Kurzschlussleitung (64) der Pumpe (22) entlang des ersten Pumpenteils (24) verläuft.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung (42) ein Steuerventil (V) aufweist, durch welches die Kurzschlussleitung (64) wahlweise zu öffnen oder sperrbar ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung (42) zumindest ein steuerbares Drosselventil (D, D') umfasst, mittels dessen der von der Pumpe (22) geförderte Fluidstrom drosselbar ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum der Pumpe (22) über das Drosselventil (D, D') mit einer Saugleitung (46) der Pumpe (22) koppelbar ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (D, D') an dem ersten Pumpenteil (24) angeordnet ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (D, D') eine Aktuierungsrichtung aufweist, die senkrecht zu einer Rotationsachse (32) des ersten Pumpenteils (24) verläuft, wobei das Drosselventil (D, D') derart ausgestaltet ist, dass eine bei Rotation des ersten Pumpenteils (24) wirkende Zentrifugalkraft ein Öffnen des Drosselventils (D, D') unterstützt.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass entlang einer Verbindungsstrecke des Druckraums der Pumpe (22) mit einer Saugleitung (46) der Pumpe (22) eine Kühleinrichtung (62) zum Kühlen des mittels des Drosselventils (D, D') gedrosselten hydraulischen Fluids angeordnet ist, wobei die Kühleinrichtung (62) an einem stationären Gehäuse (78) der Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (D') eine Eingangsöffnung (HP), eine erste Ausgangsöffnung (R) und eine zweite Ausgangsöffnung (LPO) aufweist, wobei die Eingangsöffnung mit dem Druckraum der Pumpe (HP) in Verbindung steht, wobei die erste Ausgangsöffnung (R) über eine erste Verbindungsleitung, die entlang des ersten Pumpenteils (24) verläuft, direkt mit dem Saugraum (60) der Pumpe (22) in Verbindung steht, und wobei die zweite Ausgangsöffnung (LPO) über eine zweite Verbindungsleitung, die entlang einer Kühleinrichtung (62) verläuft, mit dem Saugraum der Pumpe (22) in Verbindung steht.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (D') derart ausgestaltet ist, dass die durch die Ausgangsöffnungen (R, LPO) jeweils ausströmenden Anteile des in das Drosselventil (D') einströmenden Hydraulikfluids durch das Drosselventil (D') steuerbar sind.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung (42) derart ansteuerbar ist, dass ein variabel bestimmbarer Anteil eines Drehmoments zwischen dem ersten Pumpenteil (24) und dem zweiten Pumpenteil (26) übertragbar ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugraum (80) einen Ringraum aufweist, der zumindest teilweise durch eine elastische Ringwand begrenzt ist, die eine Volumenänderung des Saugraums (80) in Abhängigkeit des Fluiddrucks im Saugraum (80) ermöglicht.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringwand Teil einer Ringhaube (82) ist oder durch eine Ringhaube (82) gebildet ist, die aus Metall ausgeführt ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pumpenteil (24) der Pumpe (22) einen Eingang der Drehmomentübertragungseinrichtung bildet und das zweite Pumpenteil (26) einen Ausgang der Drehmomentübertragungseinrichtung bildet.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (22) eine Radialkolbenpumpe ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, mittels derer die Drucksteuereinrichtung (42) derart ansteuerbar ist, dass für ein im Wesentlichen vollständiges Übertragen eines Drehmoments zwischen dem ersten Pumpenteil (24) und dem zweiten Pumpenteil (26) der Pumpe (22) die Drucksteuereinrichtung zum hydraulischen Blockieren der Pumpe (22) vollständig geschlossen wird, und dass für ein gegenseitiges Entkoppeln des ersten Pumpenteils (24) und des zweiten Pumpenteils (26) die Drucksteuereinrichtung zum hydraulischen Kurzschließen der Pumpe (22) vollständig geöffnet wird.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung (42) derart ansteuerbar ist, dass zum Erhöhen des zwischen dem ersten Pumpenteil (24) und dem zweiten Pumpenteil (26) übertragenen Drehmoments eine Durchflussrate des Hydraulikfluids durch die Drucksteuereinrichtung verringert wird, und dass zum Verringern des zwischen dem ersten Pumpenteil (24) und dem zweiten Pumpenteil (26) übertragenen Drehmoments die Durchflussrate des Hydraulikfluids durch die Drucksteuereinrichtung erhöht wird.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pumpenteil (24) über einen Drehschwingungsdämpfer (20) mit einem Schwungrad (18) verbunden ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pumpenteil (24) mit einem Ausgangselement (29) einer Antriebseinheit (12) des Kraftfahrzeugs und das zweite Pumpenteil (26) mit einer Eingangswelle (28) eines Hauptgetriebes (14) verbunden sind.
Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pumpenteil (24) ein Pumpengehäuse der Pumpe (22) ist.
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinheit (12), einem Hauptgetriebe (14) und einer Drehmomentübertragungseinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtung zwischen der Antriebseinheit (12) und dem Hauptgetriebe (14) angeordnet ist.