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Die
Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem einer Getriebeeinrichtung
mit einer Getriebehauptpumpe und einer Zusatzpumpe gemäß der im
Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art und ein Verfahren
zum Betreiben eines derartigen Hydrauliksystems gemäß der im
Oberbegriff des Patentanspruches 8 näher definierten Art.
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Um
sowohl den Verbrauch als auch Schadstoffemissionen von mit Verbrennungsmotoren
ausgeführten
und aus der Praxis bekannten Fahrzeugen reduzieren zu können, wird
die Verbrennungsmaschine bei verschiedenen Fahrzeugkonzepten in
geeigneten Betriebszuständen
eines Fahrzeugs abgeschaltet. Derartige Funktionen werden unter
anderem als Motor-Start-Stopp-Funktionen
bezeichnet, die in Abhängigkeit
von Betriebszuständen
verschiedenster Fahrzeugkomponenten aktiviert oder deaktiviert werden
und selbst bei kurzen Fahrzeugstillständen ein Abschalten der Verbrennungsmaschine
auslösen.
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Damit
ein herkömmlicher
Fahrbetrieb durch eine Motor-Start-Stopp-Funktion nicht beeinträchtigt wird,
ist bei einer fahrerseitig angeforderten Weiterfahrt des Fahrzeugs,
insbesondere bei der Einfahrt in stark befahrene und vorfahrtberechtigte
Straßen,
ein kurzer Startvorgang der Verbrennungsmaschine und ein sofortiger
Kraftschlussaufbau in einem Getriebe des Fahrzeuges erforderlich.
Bei herkömmlich
ausgeführten,
beispielsweise mit einem Drehmomentwandler ausgebildeten Automatgetrieben
oder automatisierten Schaltgetrieben, welche mit nasslaufenden Lamellenkupplungen
ausgeführt
sind, werden die Kupplungen über
eine mit dem Getriebe gekoppelte Getriebehauptpumpe im Wesentlichen
nur bei laufendem Verbrennungsmotor mit dem erforderlichen Ansteuerdruck
versorgt. Beim Kraftschlussaufbau im Getriebe ist zunächst ein
Lüftspiel
der zuzuschaltenden Kupplungen zu überwinden und anschließend sind
die zuzuschaltenden Kupplungen durch ein Anheben des Ansteuerdrucks
gemäß vorgegebener
Zuschaltkennlinien vollständig
zu schließen.
Der Ausgleich des Lüftspiels
einer Kupplung sowie deren Zuschaltung in den Kraftschluss eines
Getriebes wird durch Führen
eines bestimmten Hydraulikfluidvolumenstromes in einen Kolbenraum
der hydraulisch ansteuerbaren und zuzuschaltenden Kupplung erreicht,
welches von der durch die gestartete Verbrennungsmaschine angetriebenen
Getriebehauptpumpe bereitzustellen ist.
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Sind
vor einer Wiederanfahrt des Fahrzeuges aufgrund der abgeschalteten
Verbrennungsmaschine mehrere Schaltelemente einer Getriebeeinrichtung
geöffnet
und für
die Wiederanfahrt des Fahrzeuges zu schließen, verlängert sich die Zeit zwischen
dem Beginn des Startvorganges der Verbrennungsmaschine und dem Zeitpunkt,
zu welchem der Kraftschluss im Getriebe vollständig hergestellt ist, unter
Umständen
derart, dass ein mit einer Motor-Start-Stopp-Funktion ausgeführtes Fahrzeug nicht in einem
angestrebten Umfang betrieben werden kann.
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Aus
der Praxis sind weiterhin Antriebsmaschinen bekannt, bei welchen
der Drehmomentwandler des Getriebes durch eine elektrische Maschine
ersetzt ist, wobei hierbei eine fehlende Drehmomentüberhöhung des
Motormoments bei einem Anfahren durch die elektrische Maschine kompensiert
wird. Derartige Antriebsmaschinen können ausschließlich über die
elektrische Maschine betrieben werden, wobei bei einem Anfahren
mittels der elektrischen Maschine eine Drehzahl der elektrischen
Maschine bei insbesondere abgeschaltetem Verbrennungsmotor von Null
aus ansteigt, so dass die Getriebehauptpumpe einen zum Kraftschluss
in der Getriebeeinrichtung nötigen
Hydraulikdruck nicht sofort aufbauen kann.
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Damit
Fahrzeuge mit derartig ausgebildeten Getriebeeinrichtungen mit implementierter
Motor-Start-Stopp-Funktion trotzdem in gewünschter Art und Weise betrieben
werden können,
ist bei bekannten Fahrzeugen neben der Getriebehauptpumpe eine weitere
elektromotorisch betriebene Zusatzpumpe vorgesehen, deren Fördervolumen
von der Drehzahl der Verbrennungsmaschine beziehungsweise einem
Antriebsaggregat unabhängig
ist.
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Eine
Druckseite der Getriebehauptpumpe und eine Druckseite der Zusatzpumpe
sind dabei mit einem insbesondere zum Erzeugen eines Kraftschlusses
in dem Getriebe vorgesehenen Primärdruckkreislauf verbunden,
wobei bezüglich
der Druckseiten der Pumpen stromab des Primärdruckkreislaufes ein zur Druckregelung
des Primärdruckkreislaufes
angeordnetes Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, mittels welchem
der Sekundärdruckkreislauf
betriebszustandsabhängig
mit Hydraulikfluid versorgt werden kann.
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Der
Sekundärdruckkreislauf,
der insbesondere zur Kühlung
und Schmierung der in den Kraftfluss schaltbaren Baugruppen der
Getriebeeinrichtung ausgebildet ist, muss hierbei nicht schon zu
Beginn eines Anfahrvorgangs und somit bei Beginn eines Kraftschlusses
in den Baugruppen der Getriebeeinrichtung mit Hydraulikfluid versorgt
werden, da eine beispielsweise in den in den Kraftfluss geschalteten
Kupplungen anfallende Reibarbeit in Form von Wärmeenergie erst dann an das
Hydraulikfluid abgegeben wird, wenn sich zwischen Lamellen der Kupplungen
und dem Hydraulikfluid eine gewisse Temperaturdifferenz eingestellt
hat. Zu Beginn eines Anfahrvorgangs wird die entstehende Wärmeenergie
in einem Stahlvolumen der Lamellen der Kupplung gespeichert, so
dass auf eine Kühlung
in diesem Zeitintervall verzichtet werden kann.
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Um
sowohl die Versorgung des Primärdruckkreislaufes
als auch des Sekundärdruckkreislaufes – nach Erreichen
einer gewissen Temperaturdifferenz zwischen den Lamellen der Kupplungen
und dem Hydraulikfluid – bei
zu geringem Fördervolumen
der Getriebehauptpumpe bereitstellen zu können, muss die Zusatzpumpe
ein entsprechendes Fördervolumen zur
Verfügung
stellen und mit einer ausreichenden Leistungsfähigkeit ausgeführt werden.
Zur Errei chung einer entsprechend großen Fördermenge der Zusatzpumpe,
muss die die Zusatzpumpe antreibende elektrische Maschine Leistungen
im Bereich von 2 Kilowatt erbringen. Die Zusatzpumpe ist über eine beispielsweise
im Bereich von 350 bis 620 Volt bereitzustellende Zwischenspannung
zu versorgen, da bei der Verwendung von niedrigeren Spannungen eine
zur Leistungserbringung der elektrischen Maschine erforderliche
Stromstärke
unerwünscht
hoch einzustellen ist.
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Bei
Fahrzeugen mit einem Integrierten Startergenerator (ISG), welche
jeweils zwischen der elektrischen Maschine und der Verbrennungsmaschine eine
ISG-Kupplung aufweisen, ist die ISG-Kupplung während eines Aufladebetriebes
eines Energiespeichers der dann generatorisch betriebenen elektrischen
Maschine zu schließen.
Bekannt sind auf Doppelschichtkondensatoren basierende Energiespeicher,
welche sich im Servicefall oder durch lange Standzeiten entladen
können,
so dass die von ihnen bereitgestellte Spannung auf beispielsweise
unter 60 Volt sinken kann.
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Bei
derartig geringen Spannungen des Energiespeichers ist ein gewünschtes
von der Zusatzpumpe zur Versorgung des Primärdruckkreislaufes und gegebenenfalls
des Sekundärdruckkreislaufes zu
Verfügung
zu stellendes Fördervolumen
nicht erreichbar, so dass die ISG-Kupplung nicht geschlossen werden
kann und ein selbsttätiges
Starten der Verbrennungsmaschine nicht mehr möglich ist. Die Verbrennungsmaschine
ist dann über
eine 24-Volt-Batterie
zu starten, um die elektrische Maschine zum Laden der Doppelschichtkondensatoren generatorisch
betreiben zu können,
wobei dieser Vorgang erst nach Ablauf einer von einem Fahrer nicht
akzeptierten Zeitdauer abgeschlossen ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hydrauliksystem
einer Getriebeeinrichtung mit einer Getriebehauptpumpe und einer über eine
elektrische Maschine antreibbaren Zusatzpumpe sowie ein Verfahren zum
Betreiben eines derartigen Hydrauliksystems zur Verfügung zu
stellen, mittels welchen ein Fahrzeugantriebsstrang mit einer in
Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen kleineren
und kostengünstigeren Zusatzpumpe
innerhalb kurzer Betriebszeiten in einen gewünschten Betriebszustand überführbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem Hydrauliksystem mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches
8 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen eines Hydrauliksystems und des Verfahrens
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es
wird ein Hydrauliksystem einer Getriebeeinrichtung mit einer Getriebehauptpumpe
vorgeschlagen, die mit einem über
die Getriebeeinrichtung führbaren
Drehmoment antreibbar ist, und mit einer über eine elektrische Maschine
antreibbaren Zusatzpumpe, mittels welchen ein Primär- und ein
Sekundärdruckkreislauf
betriebszustandsabhängig
mit Hydraulikfluid beaufschlagbar sind, wobei eine Druckseite der
Getriebehauptpumpe und eine Druckseite der Zusatzpumpe stromauf
eines zur Einstellung des Druckes des Primärdruckkreislaufes vorgesehenen Druckbegrenzungsventiles
mit dem Primärdruckkreislauf
verbunden sind und das Druckbegrenzungsventil zwischen den Druckseiten
der Getriebehauptpumpe und der Zusatzpumpe und dem Sekundärdruckkreislauf
angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist die
Druckseite der Zusatzpumpe über
eine in Richtung des Primärdruckkreislaufes
und des Sekundärdruckkreislaufes
sperrbare und das Druckbegrenzungsventil umgehende Hydraulikleitung
mit dem Sekundärdruckkreislauf
in Wirkverbindung bringbar.
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Weiterhin
wird ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Hydrauliksystems
vorgeschlagen, bei welchem die Hydraulikleitung bei einem Fördervolumen
der Getriebehauptpumpe bzw. bei welchem ein durch das Fördervolumen
der Getriebehauptpumpe erzeugter Hydraulikdruck des Primärkreislaufes
kleiner als ein Schwellwert in Richtung des Sekundärdruckkreislaufes
gesperrt sowie in Richtung des Primärdruckkreislaufes geöffnet ist
und die Zusatzpumpe den Primärdruckkreislauf
mit Hydraulikfluid beaufschlagt. Darüber hinaus wird die Hydraulikleitung
bei einem Fördervolumen
der Getriebehauptpumpe bzw. bei einem durch das Fördervolumen
der Getriebehauptpumpe erzeugten Hydraulikdruck größer oder
gleich als der Schwellwert in Richtung des Sekundärdruckkreislaufes
geöffnet
sowie in Richtung des Primärdruckkreislaufes
geschlossen, so dass die Zusatzpumpe den Sekundärdruckkreislauf und die Getriebehauptpumpe
zumindest den Primärdruckkreislauf
mit Hydraulikfluid beaufschlagt.
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Durch
den Einsatz des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems
und den erfindungsgemäßen Betrieb
eines derartigen Hydrauliksystems ist die Zusatzpumpe gegenüber den
eingangs beschriebenen herkömmlichen
Zusatzpumpen vorteilhafterweise leistungsschwächer ausführbar. Dies resultiert aus der
Tatsache, dass der Sekundärdruckkreislauf
von der Zusatzpumpe bei nicht ausreichendem Fördervolumen der Getriebehauptpumpe
nicht über
die durch unerwünscht
hohe hydraulische Verluste gekennzeichnete hydraulische Verbindung über das
Druckbegrenzungsventil zu versorgen ist, sondern über die durch
einen geringeren hydraulischen Widerstand gekennzeichnete Hydraulikleitung
bei geringerer Förderleistung
der Zusatzpumpe mit dem erforderlichen Hydraulikfluidvolumen beaufschlagbar
ist.
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Da
die Zusatzpumpe bei dem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem im Vergleich
zu aus der Praxis bekannten Zusatzpumpen zur Erfüllung der Maximalanforderung,
welche bei einer Anfahrt mit einer Grenzsteigung von 30% erreicht
wird, leistungsschwächer
ausbildbar ist, ist die Zusatzpumpe über einen Anschluss an eine
24-Volt-Batterie, z. B. eine 24-Volt-Starterbatterie, betreibbar.
Die Zusatzpumpe ist somit im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Lösungen kleiner,
kostengünstiger
und mit einem geringeren Bauraumbedarf ausführbar.
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Eine
ausreichende Versorgung der Zusatzpumpe über eingangs erwähnte Doppelschichtkondensatoren
ist somit in allen Betriebszuständen
möglich,
da eine reduzierte Spannung der Doppelschichtkondensatoren nach
einem durch eine längere Standzeit
oder durch einen Servicefall ausgelösten Entladevorgang der Doppelschichtkondensatoren
für den
Betrieb der im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Zusatzpumpen
kleiner dimensionierten Zusatzpumpe des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems
ausreichend hoch ist.
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Zum
wahlweisen Sperren oder Freigeben der die Zusatzpumpe mit dem Sekundärkreislauf
verbindenden Hydraulikleitung ist die Hydraulikleitung bei einer
konstruktiv einfachen Ausführung
des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems
mit einem zwischen der Zusatzpumpe und dem Sekundärdruckkreislauf
angeordneten Umschaltventil ausgebildet, welches betriebszustandsabhängig zwischen
einem die Hydraulikleitung freigebenden Zustand und einem die zweite
Hydraulikleitung sperrenden Zustand umschaltbar ist.
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Ein
ohne elektrische Ansteuerung mögliches Umschalten
des Umschaltventils zwischen dem die Hydraulikleitung freigebenden
Zustand und dem die Hydraulikleitung sperrenden Zustand kann dadurch erreicht
werden, dass das Umschaltventil in Abhängigkeit eines Hauptdruckes
des Primärdruckkreislaufes
betätigt
wird. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass das Umschaltventil bei
einem Hauptdruck kleiner oder gleich als ein vordefinierter Schwellwert
die die Zusatzpumpe mit dem Sekundärdruckkreislauf verbindende
Hydraulikleitung sperrt und bei einem Hauptdruck größer als
der Schwellwert die Hydraulikleitung im Bereich zwischen der Zusatzpumpe
und dem Sekundärdruckkreislauf
freigibt.
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Bei
einer eine größere Flexibilität bei der
Umschaltung des Umschaltventils zwischen dem die Hydraulikleitung
sperrenden Zustand und dem die Hydraulikleitung freigebenden Zustand
ermöglichenden Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems
ist das Umschaltventil durch ein elektrisch ansteuerbares Magnetventil
vorgesteuert. Hierdurch ist das Umschaltventil bei einer entsprechenden
Vorsteuerung des Magnetventils, welche beispielsweise über ein
hydraulisches Steuergerät
erfolgt, im Vergleich zu einem in Abhängigkeit des Hauptdruckes des
Primärdruckkreislaufes
betätigten
Umschaltventils auch erst bei Druckwerten größer als der Schwellwert von
der die Hydraulikleitung sperrenden in die die Hydraulikleitung
freigebende Schaltstellung oder in umgekehrter Richtung umschaltbar.
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Bei
einer weiteren Ausbildung des Hydrauliksystems ist das Umschaltventil
unabhängig
vom Hauptdruck des Primärdruckkreislaufes
oder eines hierzu äquivalenten
Druckwertes durch eine elektrische Ansteuerung, beispielsweise über das
elektrische Getriebesteuergerät,
zwischen dem die Hydraulikleitung freigebenden Zustand und dem die
Hydraulikleitung sperrenden Zustand umschaltbar.
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Eine
Sperrung der Verbindung zwischen der Druckseite der Zusatzpumpe
und des Primärdruckkreislaufes
erfolgt bei einer einfachen und kostengünstigen Ausführungsform
des Hydrauliksystems nach der Erfindung über ein Rückschlagventil. Die Verbindung
wird dann im Bereich des Rückschlagventils
bei Vorliegen eines auf der primärkreislaufseitigen
Seite des Rückschlagventils
wirkenden Hydraulikdrucks größer als
ein Hydraulikdruck auf der zusatzpumpenseitigen Seite des Rückschlagventils selbständig gesperrt.
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Der
im Primärdruckkreislauf
vorliegende Druck ist bei einer konstruktiv einfachen Ausführungsform
des Hydrauliksystems durch einen mit dem Druckbegrenzungsventil
zusammenwirkenden Druckregler mit geringem Steuer- und Regelaufwand einstellbar.
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Bei
einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Hydraulikleitung sowohl
in Richtung des Primärdruckkreislaufes
als auch in Richtung des Sekundärdruckkreislaufes
gesperrt, wenn der Primärdruckkreis lauf
und der Sekundärdruckkreislauf
von der Getriebehauptpumpe ausreichend mit Hydraulikfluid versorgt
werden.
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Bei
einer getriebehauptpumpenseitigen Versorgung des Primärdruckkreislaufes
und des Sekundärdruckkreislaufes
mit Hydraulikfluid besteht die Möglichkeit,
dass der im Sekundärdruckkreislauf
vorliegende Hydraulikdruck den von der Zusatzpumpe zur Verfügung gestellten
Hydraulikdruck übersteigt und
somit von der Zusatzpumpe kein Hydraulikfluid in Richtung des Sekundärdruckkreislaufes
führbar
ist. Die Zusatzpumpe ist dann abschaltbar. Durch das Sperren der
Hydraulikleitung im Bereich zwischen der Zusatzpumpe und dem Sekundärdruckkreislauf ist
eine Leckage des Hydrauliksystems im Bereich der abgeschalteten
Zusatzpumpe auf einfache Art und Weise vermieden.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispielen,
wobei zugunsten der Übersichtlichkeit
in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele
für bau-
und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet
werden.
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Es
zeigt:
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1 eine
stark schematisierte Darstellung eines Hydrauliksystems einer Getriebeeinrichtung mit
einer Getriebehauptpumpe und einer Zusatzpumpe, wobei die Zusatzpumpe über eine
mittels eines Umschaltventils sperrbare Hydraulikleitung direkt
mit einem Sekundärdruckkreislauf
verbunden ist;
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2 eine 1 entsprechende
Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles
des Hydrauliksystems, bei dem das Umschaltventil über ein
Magnetventil umschaltbar ist; und
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3 eine 1 entsprechende
Darstellung einer dritten Ausführungsform
des Hydrauliksystems, bei dem das Umschaltventil elektrisch betätigbar ist.
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In 1 ist
eine stark schematisierte Darstellung eines Hydrauliksystems 1 einer
Getriebeeinrichtung eines Fahrzeugs bzw. eines Fahrzeugantriebsstranges
gezeigt, das in an sich bekannter Art und Weise mit einem Hybridantrieb
ausgeführt
ist. Der Hybridantrieb umfasst ein als Verbrennungsmaschine ausgebildetes
Antriebsaggregat, eine elektrische Maschine 6 und eine
Getriebeeinrichtung 2. Die Getriebeeinrichtung 2 kann
grundsätzlich
jedes aus der Praxis bekannte automatisierte Handschaltgetriebe
oder Automatgetriebe sein, welches mit hydraulisch ansteuerbaren
Schaltelementen, wie reibschlüssigen
Schaltkupplungen oder Lamellenbremsen, ausgebildet ist und auch
in Nutzkraftfahrzeugen, wie Bussen oder dgl. einsetzbar ist.
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In
der Getriebeeinrichtung 2 ist ein Kraftschluss mittels
den über
das Hydrauliksystem 1 hydraulisch ansteuerbaren Schaltelementen
herstellbar, wobei die Schaltelemente über einen Primärdruckkreislauf 3 mit
Betätigungsdruck
beaufschlagbar sind. Eine Kühlung
und Schmierung der Schaltelemente und weiterer Baugruppen der Getriebeeinrichtung 2 erfolgt über einen
in Bezug auf den Primärdruckkreislauf 3 nachrangig
mit Hydraulikfluid versorgten Sekundärdruckkreislauf 8.
Ein Systemdruck pHD bzw. ein Hauptdruck des Primärkreislaufes wird über eine
vom Antriebsaggregat des Fahrzeuges mechanisch antreibbare und eine
Konstantpumpe darstellende Getriebehauptpumpe 4 erzeugt.
Die Getriebehauptpumpe 4 ist vorliegend als Innenzahnradpumpe
ausgebildet und über
eine mechanische Kopplung mit einem Getriebeeingang bzw. einer Turbinenwelle 5 der
Getriebeeinrichtung 2 von dem Antriebsaggregat und einen
entsprechenden Ladezustand der der elektrischen Maschine 6 zugeordneten elektrischen
Energiespeicher vorausgesetzt auch von der elektrischen Maschine 6 antreibbar,
wobei der elektrische Antrieb der Getriebehauptpumpe 2 durch
einen hohen Bedarf an elektrischer Energie gekennzeichnet ist.
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Für eine Verbrauchsoptimierung
und eine Reduzierung von Schadstoffemissionen des Fahrzeuges ist
eine so genannte Motor-Start-Stopp-Funktion vorgesehen, mittels
welcher das Antriebsaggregat in vordefinierten Betriebszuständen des
Fahrzeuges abgeschaltet und bei Vorliegen eines oder mehrerer vordefinierter
Startkriterien vorzugsweise über die
elektrische Maschine 6 wieder gestartet wird.
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So
wird das Antriebsaggregat beispielsweise bei aktiviertem Bremslicht
und im Fahrzeugstillstand und/oder bei fahrerseitig betätigtem Kupplungspedal selbst
während
sehr kurzer Stillstandsphasen des Fahrzeuges bei Vorliegen einer
Wählhebelposition ”D” für Vorwärtsfahrt
abgeschaltet und bei Vorliegen verschiedener Startkriterien, wie
beispielsweise bei Unterschreiten einer Bremsdruckschwelle, bei
einem Lösen
der Fahrzeugbremse, bei deaktiviertem Bremslicht, bei einer fahrerseitigen
Wählhebelbetätigung in
eine Position, in der ein Start des Antriebsaggregates angefordert
wird, bei einer Betätigung
des Gaspedals größer oder
kleiner als ein Schwellwert, bei einer steuersystemseitigen Ankündigung
eines Startvorganges des Antriebsaggregates, bei Vorliegen einer
Abtriebsdrehzahl größer oder
kleiner als ein Schwellwert, bei Vorliegen einer vordefinierten Ladebilanz
eines elektrischen Speichers des Fahrzeuges oder in Abhängigkeit
von Komfortkriterien, wie eine Anforderung zur Klimatisierung der
Fahrgastzelle, wieder gestartet.
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Zu
Beginn eines Zuschaltvorganges des Antriebsaggregates wird die Turbinenwelle 5 der
Getriebeeinrichtung 2 vom Antriebsaggregat nur mit geringer
Drehzahl angetrieben, weshalb ein von der Getriebehauptpumpe 4 erzeugtes
Fördervolumen
niedrig ist und für
die Erzeugung eines für
die Herstellung des Kraftflusses in der Getriebeeinrichtung erforderlichen
Hydraulikdrucks im Primärdruckkreislauf 3 nicht ausreicht.
Um auch in derartigen Betriebszuständen eines Fahrzeugantriebsstranges
einen zur Versorgung insbesondere des Primärdruckkreislaufes 3 notwendigen
Hydraulikdruck sicher zur Verfügung stellen
zu können,
ist der Getriebeeinrichtung 2 zusätzlich eine von der elektrischen
Maschine 6 antreibbare und mit einer von der Drehzahl der
Turbinenwelle 5 unabhängigen
Förderleistung
ausgeführte
Zusatzpumpe 7 zugeordnet, mittels der der hydraulische
Systemdruck pHD im Primärkreislauf 3 des
Hydrauliksystems 1 der Getriebeeinrichtung 2 insbesondere
zum Ansteuern der Schaltelemente auch bei abgeschaltetem Antriebsaggregat
in gewünschtem
Umfang erzeugbar ist.
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Maximale
Leistungsanforderungen an die Zusatzpumpe 7 ergeben sich
während
eines Anfahrvorganges eines Fahrzeuges bei gleichzeitiger Zuschaltung
des Antriebsaggregates bzw. der Verbrennungsmaschine und bei einer
Grenzsteigung von 30%, wobei hierbei für eine Schmierung und/oder Kühlung einer
die elektrische Maschine 6 mit dem Antriebsaggregat bei
entsprechender Übertragungsfähigkeit
koppelnden ISG-Kupplung ein Fördervolumenstrom
von 50 Liter pro Minute und ein Hydraulikdruck von 18 bar für eine Drehmomentübertragung eines
Verbrennungsmoments erforderlich sind.
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Die
Getriebehauptpumpe 4 stellt bei einem reinen elektromaschinenseitigen
Antrieb, etwa bei einer Getriebeeingangsdrehzahl oberhalb von 400 Umdrehungen
pro Minute den zur Versorgung des Primärdruckkreislaufes erforderlichen
hydraulischen Systemdruck pHD und oberhalb von etwa 1000 Umdrehungen
pro Minute den zur Versorgung des Sekundärdruckkreislaufes 8 erforderlichen
Hydraulikfluidvolumenstrom bereit.
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Eine
Druckseite der Getriebehauptpumpe 4 und eine Druckseite
der Zusatzpumpe 7 sind stromab mit einem Druckbegrenzungsventil 9 verbunden,
wobei ein elektrisch ansteuerbarer Druckregler 10 zur Einstellung
des im Primärdruckkreislauf 3 vorliegenden
Systemdrucks pHD mit dem Druckbegrenzungsventil 9 zusammenwirkt.
Das Druckbegrenzungsventil 9 ist dabei zwischen den Druckseiten
der Getriebehauptpumpe 4 und der Zusatzpumpe 7 und
dem Sekundärdruckkreislauf 8 angeordnet,
wobei das Druckbegrenzungsventil 9 bei Erreichen eines über den
Druckregler 10 einstellbaren Schwellwerts des Systemdrucks
pHD eine Verbindung mit dem Sekundärdruckkreislauf 8 zumindest
teilweise freigibt und der Sekundärkreislauf 8 über diesen
hydraulischen Pfad mit Hydraulikfluid versorgt wird. Hierdurch wird sichergestellt,
dass zunächst
eine ausreichende Versorgung des Primärdruckkreislaufes 3 mit
Hydraulikfluid gewährleistet
ist, bevor auch der Sekundärdruckkreislauf 8 mit
Hydraulikfluid versorgt wird.
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Die
Druckseite der Zusatzpumpe 7 ist zusätzlich über eine in Richtung des Primärdruckkreislaufes 3 und
des Sekundärdruckkreislaufes 8 sperrbare
und das Druckbegrenzungsventil 9 umgehende Hydraulikleitung
L1 direkt mit dem Sekundärdruckkreislauf 8 in
Wirkverbindung bringbar. Ein in der Hydraulikleitung L1 angeordnetes
Umschaltventil 11 ist dabei zwischen einer die Druckseite
der Zusatzpumpe 7 mit dem Sekundärdruckkreislauf 8 verbindenden
Schaltstellung und einer die Druckseite der Zusatzpumpe 7 vom
Sekundärdruckkreislauf 8 trennenden
Schaltstellung umschaltbar.
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Zwischen
der Zusatzpumpe 7 und dem Primärdruckkreislauf 3 ist
die Hydraulikleitung L1 mittels eines Rückschlagventils 12 sperrbar,
wobei das Rückschlagventil 12 die
Hydraulikleitung L1 in Richtung des Primärdruckkreislaufes 3 freigibt,
wenn ein zusatzpumpenseitiger Druck in der Hydraulikleitung L1,
der durch ein entsprechendes Fördervolumen
der Zusatzpumpe 7 erzeugt wird, größer ist als der hydraulische
Systemdruck pHD auf der dem Primärdruckkreislauf 3 zugewandten
Seite des Rückschlagventils 12.
Das Rückschlagventil 12 sperrt
die Hydraulikleitung L1 zwischen der Zusatzpumpe 7 und dem
Primärdruckkreislauf 3,
wenn der in der Hydraulikleitung L1 in dem der Zusatzpumpe 7 zugewandten Teil
vorliegende Hydraulikdruck kleiner ist als der hydraulische Systemdruck
pHD, der in Bezug auf das Rückschlagventil 12 in
dem der Zusatzpumpe 7 abgewandten Bereich der Hydraulikleitung
L1 anliegt.
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Bei
Vorliegen eines Betriebszustandes des Fahrzeugantriebsstranges,
in dem die Getriebehauptpumpe 4 einen zur Versorgung des
Primärdruckkreislaufes 3 ausreichenden
hydraulischen Systemdruck pHD noch nicht bereitstellt, wird von
der Zusatzpumpe 7 über
das Rückschlagventil 12 Hydraulikfluid
in Richtung des Druckbegrenzungsventils 9 gefördert, wobei
sich das Umschaltventil 11 hierbei in seiner die Hydraulikleitung
L1 in Richtung des Sekundärkreislaufes 8 sperrenden
Schaltstellung befindet. Durch das von der Zusatzpumpe 7 bereitgestellte
Hydraulikfluidfördervolumen
wird der Primärdruckkreislauf 3 mit
Hydraulikfluid versorgt, wobei über
die Zusatzpumpe 7 und das Druckbegrenzungsventil 9 bei
nicht ausreichend fördernder
Getriebehauptpumpe 4 im Primärkreislauf 3 vorliegend
ein hydraulischer Systemdruck pHD von 18 bar bei einem Fördervolumen
von 10 Liter pro Minute eingestellt wird.
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Der
Sekundärdruckkreislauf 8 wird
während dieses
Betriebszustandes über
das Druckbegrenzungsventil 9 noch nicht oder nur unwesentlich
mit Hydraulikfluid versorgt. Die während eines Anfahrvorganges
des Fahrzeuges in den Schaltelementen der Getriebeeinrichtung 2 anfallende
und in Wärmeenergie
umgewandelte Reibarbeit wird zunächst
im Stahlvolumen der Schaltelemente gespeichert, so dass die Schaltelemente
eine Betriebstemperatur, ab welcher diese zu kühlen sind, noch nicht erreicht
haben und eine Versorgung des Sekundärdruckkreislaufes 8 noch
nicht erforderlich ist.
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Bei
steigender Drehzahl des Antriebsaggregates bzw. der Turbinenwelle 5 der
Getriebeeinrichtung 2 erhöht sich das Fördervolumen
der Getriebehauptpumpe 4 und auch der hydraulische Systemdruck
pHD im Primärdruckkreislauf 3.
In Abhängigkeit
eines über
den Druckregler 10 einstellbaren und an dem Druckbegrenzungsventil 9 anliegenden
Vorsteuerdruckes pRHD wird der Systemdruck pHD im Bereich des Druckbegrenzungsventils 9 eingestellt. Ab
Erreichen eines über
den Druckregler 10 eingestellten Druckwerts des hydraulischen
Systemdrucks pHD wird Hydraulikfluid über das Druckbegrenzungsventil 9 in
Richtung des Sekundärdruckkreislaufes 8 geführt.
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Mit
zunehmend steigender Antriebsleistung des Antriebsaggregates wird
der Primärdruckkreislauf 3 von
der Getriebehauptpumpe 4 ausreichend mit Hydraulikfluid
versorgt. Dann wird der hydraulische Systemdruck pHD im Primärkreislauf über den Druckregler 10 auf
eine Umschaltschwelle des Umschaltventils 11 angehoben.
Dies führt
dazu, dass das mit dem hydraulischen Systemdruck pHD beaufschlagte
Umschaltventil 11 in die die Zusatzpumpe 7 über die
Hydraulikleitung L1 mit dem Sekundärdruckkreislauf 8 verbindende
Schaltstellung umgeschaltet wird.
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Durch
die Umschaltung des Umschaltventils 11 und die Verbindung
der Zusatzpumpe 7 mit dem Sekundärdruckkreislauf 8 fällt der
in der Hydraulikleitung L1 vorliegende Druck vom Niveau des Systemdrucks
pHD, der in etwa 18 bar entspricht, auf einen Druckwert von vorzugsweise
2 bar ab. Dieser Druckwert entspricht im Wesentlichen dem Gegendruck der
Hydraulikleitung L1 und des Sekundärdruckkreislaufs 8.
Da der im Primärdruckkreislauf 3 von
der Getriebehauptpumpe 4 erzeugte Systemdruck pHD in Bezug
auf die Zusatzpumpe 7 stromab des Rückschlagventils 12 dann
größer ist
als der in Bezug auf die Zusatzpumpe 7 stromauf des Rückschlagventils 12 in
der Hydraulikleitung L1 vorliegende Druck, wird die Hydraulikleitung
L1 im Bereich des Rückschlagventils 12 gesperrt
und es wird von der Zusatzpumpe 7 über das Rückschlagventil 12 in
Richtung des Primärdruckkreislaufes 3 kein
Hydraulikfluid mehr geführt..
Da der der Zusatzpumpe 7 nunmehr entgegenstehende hydraulische
Widerstand auf ein neuntel reduziert ist, ist die Fördermenge
der Zusatzpumpe 7 theoretisch um den Faktor 9 anhebbar,
um die über den
Sekundärdruckkreislauf 8 zu
kühlenden
und zu schmierenden Schaltelemente ausreichend mit Hydraulikfluid
zu versorgen.
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Mit
zunehmender Antriebsleistung des Antriebsaggregates und einem damit
einhergehenden Anstieg der Fördermenge
der Getriebehauptpumpe 4 erreicht der Druck im Primärdruckkreislauf 3 Werte, zu
den das Druckbegren zungsventil 9 eine Verbindung zum Sekundärdruckkreislauf 8 zumindest
teilweise öffnet
und sowohl der Sekundärdruckkreislauf 8 als
auch der Primärdruckkreislauf 3 von
der Getriebehauptpumpe 4 in gewünschtem Umfang mit Hydraulikfluid
versorgt werden. Das bedeutet, dass eine zusätzliche zusatzpumpenseitige
Versorgung des Sekundärdruckkreislaufes 8 über die
Hydraulikleitung L1 dann nicht mehr erforderlich ist und die Zusatzpumpe 7 nicht
länger
von der elektrischen Maschine 6 anzutreiben ist.
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Da
die Zusatzpumpe 7 in abgeschaltetem Zustand bei im Bereich
des Umschaltventils 11 geöffneter Hydraulikleitung L1
eine Leckage des Hydrauliksystems 1 darstellt, wird der
am Umschaltventil 11 anliegende hydraulische Systemdruck
pHD des Primärdruckkreislaufes 3 über den
Druckregler 10 auf einen Druckwert kleiner als die Umschaltdruckschwelle
des Umschaltventils 11 eingestellt. Dies führt dazu,
dass das Umschaltventil 11 in seine die Zusatzpumpe 7 vom
Sekundärdruckkreislauf 8 trennende
Schaltstellung umschaltet und die Zusatzpumpe 7 vom Sekundärdruckkreislauf 8 trennt
sowie ein unerwünschtes
Abfließen
von Hydraulikfluid im Bereich der Zusatzpumpe 7 in Richtung
eines drucklosen Bereiches bzw. eines Ölsumpfes der Getriebeeinrichtung 2 sicher
verhindert ist.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel des
Hydrauliksystems 1, welches sich im Wesentlichen im Bereich
des Umschaltventils 11 von dem in 1 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel
des Hydrauliksystems 1 unterscheidet, weshalb in der nachfolgenden
Beschreibung zu 2 lediglich auf die Unterschiede
eingegangen wird und bezüglich der
weiteren Funktionalitäten
auf die Beschreibung zu 1 verwiesen wird.
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Bei
dem in 2 dargestellten Hydrauliksystem 1 ist
dem Umschaltventil 11 ein Magnetventil 13 zugeordnet, über welches
der hydraulische Systemdruck pHD des Primärdruckkreislaufes 3 dem
Umschaltventil 11 betriebszustandsabhängig zuführbar ist. Das Magnetventil 13 ist
dem Umschaltventil 11 vorgeschaltet, um das Umschaltventil 11 in
Abhängigkeit
der elektrischen Ansteuerung des Magnetventils 13 und des
Systemsdrucks pHD aus seiner die Hydraulikleitung L1 sperrenden
in seine die Hydraulikleitung L1 öffnenden Schaltstellung oder
in umgekehrter Richtung überführen zu
können.
-
Die
Anordnung des Magnetventils 13 bietet auf einfache Art
und Weise die Möglichkeit,
das Umschaltventil 11 auch bei Druckwerten des hydraulischen
Systemsdrucks pHD des Primärdruckkreislaufes 3 größer als
die Umschaltdruckschwelle des Umschaltventils 11 aus ihrer
die Hydraulikleitung L1 freigebenden Schaltstellung in die die Hydraulikleitung L1
sperrende Schaltstellung zu überführen, da
die Druckzuführung
des Systemdruckes pHD in Richtung des Umschaltventils 11 im
Bereich des Magnetventils 13 bei entsprechender elektrischer
Betätigung des
Magnetventils 13 jederzeit sperrbar ist.
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel
des Hydrauliksystems 1 ist in 3 gezeigt.
Das dritte Ausführungsbeispiel
des Hydrauliksystems 1 unterscheidet sich von den in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispielen
des Hydrauliksystems 1 wiederum lediglich im Bereich des
Umschaltventils 11, welches bei dem in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
des Hydrauliksystems 1 elektrisch zwischen den beiden vorbeschriebenen
Schaltstellungen und somit unabhängig
vom hydraulischen Systemdruck pHD des Primärdruckkreislaufes 3 und
auch ohne zusätzliches
Magnetventil umschaltbar ausgeführt
ist, um die Zusatzpumpe 7 und den Sekundärdruckkreislauf 8 bedarfsweise
miteinander in Wirkverbindung bringen zu können..
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- 1
- Hydrauliksystem
- 2
- Getriebeeinrichtung
- 3
- Primärdruckkreislauf
- 4
- Getriebehauptpumpe
- 5
- Turbinenwelle
- 6
- elektrische
Maschine
- 7
- Zusatzpumpe
- 8
- Sekundärdruckkreislauf
- 9
- Druckbegrenzungsventil
- 10
- Druckregler
- 11
- Umschaltventil
- 12
- Rückschlagventil
- 13
- Magnetventil
- L1
- Hydraulikleitung
- pHD
- Hauptdruck,
hydraulischer Systemdruck
- pRHD
- Vorsteuerdruck