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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf, welcher ein Volumen von Hydraulikfluid enthält.
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Der hydraulische Kreislauf umfasst eine Niederdruckleitung, eine Hochdruckleitung und eine Pumpe. Die Pumpe weist ein erstes Pumpenteil und ein zweites Pumpenteil auf, die relativ zueinander drehbar sind, wobei durch eine Drehbewegung des ersten Pumpenteils relativ zum zweiten Pumpenteil Hydraulikfluid von der Niederdruckleitung zu der Hochdruckleitung förderbar ist und wobei über das Hydraulikfluid ein Drehmoment von dem ersten Pumpenteil auf das zweite Pumpenteil übertragbar ist. Ferner umfasst der hydraulische Kreislauf eine in der Hochdruckleitung vorgesehene Drosseleinrichtung, um einen Förderstrom der Pumpe wahlweise zu drosseln und hierdurch eine erwünschte Drehmomentübertragung einzustellen. Die Drehmomentübertragungseinrichtung weist ferner einen Fluidsumpf auf, aus dem Hydraulikfluid in den Kreislauf einspeisbar ist. Eine derartige Drehmomentübertragungseinrichtung ist beispielsweise in der
DE 10 2007 026 141 A1 beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt Bezug genommen wird.
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Drehmomentübertragungseinrichtungen dieser Art können insbesondere als hydrostatische Kupplungen Anwendung finden. Eine hydrostatische Kupplung kann als Ersatz einer Hauptkupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Sie kann aber auch an verschiedenen anderen Positionen in dem Antriebsstrang angeordnet sein, beispielsweise in einem Verteilergetriebe eines Kraftfahrzeugs mit zuschaltbarem Allradantrieb. Hydrostatische Kupplungen der vorstehend beschriebenen Art können auch bei Lastschaltgetrieben mit zwei mechanischen Getriebezweigen zur Anwendung kommen. Derartige Lastschaltgetriebe sind in der
DE 10 2007 026 133 A1 beschrieben.
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In der Hochdruckleitung wird das Hydraulikfluid durch Energieeintrag, insbesondere bei Anfahr- und Schaltvorgängen, thermisch belastet. Die in der Drosseleinrichtung erfolgenden Scherungsvorgänge fördern die Bildung von Gasblasen. Hierdurch kann sich eine Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit des Hydraulikfluids und somit der Drehmomentübertragungseinrichtung ergeben. Daher muss das Hydraulikfluid nach der Belastung in der Hochdruckleitung und der Drosseleinrichtung auf geeignete Weise aufbereitet oder rekonditioniert werden. Dies kann beispielsweise in einem offenen Fluidsumpf erfolgen, in dem die Gasblasen an die Oberfläche des Fluidspiegels steigen. Allerdings ist eine derartige Lösung mit einem hohen Platzbedarf, einer unerwünschten Schaumbildung, einer mangelhaften Kühlung sowie nachteiligen Schwalleffekten verbunden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Rekonditionierung des Hydraulikfluids bei hydrostatischen Kupplungssystemen zu verbessern.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Bei der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung ist in der Niederdruckleitung eine Rekonditionierkammer vorgesehen, welche sich auf einem gegenüber dem Fluidsumpf erhöhten Druckniveau befindet und welche einen überwiegenden Anteil des in dem Kreislauf enthaltenen Volumens von Hydraulikfluid aufnimmt. Es wird also nicht der offene, d.h. unter Atmosphärendruck stehende, Fluidsumpf zur Rekonditionierung des Hydraulikfluids herangezogen, sondern ein Druckbehälter in der von der Drosseleinrichtung abgehenden Rückflussleitung des geschlossenen Hydraulikkreislaufs. Ein derartiger Druckbehälter ermöglicht ein effektives Austreiben des Gasvolumens aus dem Flüssigkeitsvolumen (Entgasung) sowie eine effiziente Kühlung und Partikelabscheidung.
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Da die Rekonditionierkammer einen großen Teil des Fluidvolumens des geschlossenen hydraulischen Kreislaufs aufnimmt, können sich in der Rekonditionierkammer strömungsberuhigte Zonen mit einer großen Verweildauer des hydraulischen Fluids bilden. Somit kann sich das Hydraulikfluid in den strömungsberuhigten Zonen der Rekonditionierkammer besonders gut regenerieren.
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Vorzugsweise ist die Rekonditionierkammer im Wesentlichen vollständig mit Hydraulikfluid gefüllt, d.h. das Hydraulikfluid besitzt nur eine geringe freie Oberfläche. Ein Hin- und Herschwappen des Hydraulikfluids in der Rekonditionierkammer wird somit vermieden, ohne die Notwendigkeit von Schwallblechen oder ähnliche Vorrichtungen zur Strömungsberuhigung. Aufgrund der geringen freien Fluidoberfläche wird zusätzlich verhindert, dass das Hydraulikfluid eventuell vorhandene Luft aufnimmt.
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Die Rekonditionierkammer kann eine Gasabscheideeinrichtung zum Abführen von im Hydraulikfluid vorhandenen Gasvolumina umfassen. Die Gasabscheideeinrichtung ermöglicht es, unerwünschte Gasblasen aus der geschlossenen Rekonditionierkammer herauszufördern und somit den Gasgehalt in dem Hydraulikfluid kontinuierlich zu verringern.
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Die Gasabscheideeinrichtung kann insbesondere ein Überdruckventil zum Ausblasen der Gasvolumina aus der Rekonditionierkammer umfassen. Dies ermöglicht eine ständige automatische Entgasung des Hydraulikfluids mittels des bereitstehenden Systemdrucks. Zweckmäßigerweise ist das Überdruckventil an der höchsten Stelle der Rekonditionierkammer angeordnet.
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Das Überdruckventil kann mit dem Fluidsumpf in druckloser Verbindung stehen. Beispielsweise kann das Überdruckventil in Fallrichtung über dem offenen Fluidsumpf angeordnet sein. Sofern das Überdruckventil absichtlich nicht vollständig gasdicht ist, kann das ständig ausgeblasene Gasvolumen auch geringe Mengen von Hydraulikfluid mit fördern, welches hierdurch selbständig dem Fluidsumpf zugeführt wird. Hierdurch ist besonders wirksam sichergestellt, dass die Rekonditionierkammer ständig im Wesentlichen frei von Gasvolumina ist.
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Die genannte Gasabscheideeinrichtung kann ferner ein Sieb zum Filtern des durch die Rekonditionierkammer strömenden Hydraulikfluids umfassen. Das Sieb dient dazu, im Hydraulikfluid vorhandene Gasblasen aufzufangen und in der Rekonditionierkammer zurückzuhalten. Dadurch wird verhindert, dass Gasblasen zusammen mit dem abströmenden Hydraulikfluid aus der Rekonditionierkammer austreten und wieder in den Ansaugbereich der Pumpe gelangen.
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Vorzugsweise ist das Sieb gegenüber der Horizontalen geneigt, sodass die zurückgehaltenen Gasbläschen entlang der Sieboberfläche nach oben wandern können. In einem kleinen Gasvolumen im oberen Abschnitt der Rekonditionierkammer können sich die Gasbläschen dann ansammeln, und sie können beispielsweise durch das genannte Überdruckventil ausgefördert werden. Insbesondere kann die genannte Oberfläche des Siebs sowohl einem Fluideinlass der Rekonditionierkammer als auch dem genannten Überdruckventil zugewandt sein, um einen direkten Transport der Gasbläschen zu dem Überdruckventil zu ermöglichen. Vorzugsweise weist das Sieb eine relativ große Maschenweite auf, beispielsweise 100 bis 120 µm.
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Die Rekonditionierkammer kann ferner eine Strahlzerstäubungseinrichtung aufweisen, durch welche Hydraulikfluid in die Rekonditionierkammer förderbar ist. Eine derartige Strahlzerstäubungseinrichtung, die auch als Diffusor bezeichnet wird, trägt zur gleichmäßigen Verteilung des zugeführten Hydraulikfluids in der Rekonditionierkammer und ggf. an dem genannten Sieb bei. Ferner wird der Bildung von unerwünschten Totwasser-Zonen innerhalb der Rekonditionierkammer entgegengewirkt.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Rekonditionierkammer ferner eine Ablenkwand zum Erzeugen von Strömungswirbeln in dem Hydraulikfluid. Hierdurch ist das Einhalten einer vorbestimmten Verweildauer des Hydraulikfluids in der Rekonditionierkammer gewährleistet, und es wird somit eine gründlichere Rekonditionierung und insbesondere eine effektivere Kühlung des Hydraulikfluids ermöglicht. Unerwünschte Totwasserzonen werden vermieden.
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Die Rekonditionierkammer kann ferner einen Wärmetauscher aufweisen. Das in der Rekonditionierkammer aufgenommene Fluidvolumen kann so auf effektive Weise gekühlt werden. Bei dem Wärmetauscher kann es sich gemäß einer Ausführungsform um eine externe Kühlvorrichtung handeln, beispielsweise um in der Rekonditionierkammer angeordnete und von außen gespeiste Kühlschlangen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Wandabschnitt der Rekonditionierkammer eine gemeinsame Trennfläche mit einem benachbarten Getriebeölbehälter bilden. Auf diese Weise kann die überschüssige Wärme des Hydraulikfluids in vorteilhafter Weise an das Getriebeöl übertragen werden. Gemäß einer vorteilhaft einfachen Ausführungsform kann ein Wandabschnitt der Rekonditionierkammer nach außen weisende Kühlrippen umfassen, um so die Kühlung des Hydraulikfluids in der Rekonditionierkammer mittels der Umgebungsluft zu bewirken.
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Vorzugsweise steht die Rekonditionierkammer mit einer Vordruckpumpe in Verbindung. Die Vordruckpumpe, die beispielsweise durch einen Motor betrieben werden kann, erzeugt den Druck, unter welchem die Niederdruckleitung und somit auch die Rekonditionierkammer steht. Beispielsweise kann die Vordruckpumpe derart ausgelegt sein, dass in der Niederdruckleitung und somit in der Rekonditionierkammer ein Druck von etwa 3 bar herrscht. Zwischen der Vordruckpumpe und der Niederdruckleitung ist vorzugsweise ein Rückschlagventil vorgesehen, um den Druck in der Niederdruckleitung zu halten.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung.
- 2 zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Rekonditionierkammer.
- 3 zeigt einen schematischen Horizontalschnitt durch eine Rekonditionierkammer.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung, die hier als Lastschaltgetriebe mit zwei mechanischen Getriebezweigen ausgebildet ist, wie dies aus der
DE 10 2007 026 133 A1 generell bekannt ist. Die Verteilung eines über die einzelnen mechanischen Getriebezweige übertragenen Antriebsmoments basiert im Wesentlichen auf einer Drucksteuerung des durch zwei Pumpen
18,
20 geförderten Hydraulikfluids in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf
30. Die Pumpen
18,
20 sind jeweils mit einer Hochdruckleitung
54 bzw.
54' und einer Saugleitung
56,
56' verbunden. Die Saugleitungen
56,
56' stehen über eine gemeinsame Saugleitung
56" mit einer gemeinsamen Niederdruckleitung
64 in Verbindung, wobei in der Saugleitung
56" ein Rückschlagventil
60 und eine Drehdurchführung
66 angeordnet sind. Die Drehdurchführung
66 ist notwendig, da die Pumpen
18,
20 und die ihnen zugeordneten Leitungen
54,
56 bzw.
54',
56' rotieren (rotierender Bereich
Ro oberhalb der strichpunktierten Linie), während die restlichen, zum Teil noch nachfolgend zu beschreibenden Komponenten des hydraulischen Kreislaufs
30 stationär angeordnet sind (stationärer Bereich
S unterhalb der strichpunktierten Linie).
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Der Saugleitung 56" wird unter Druck stehendes Hydraulikfluid durch die von einem Motor M angetriebene Vordruckpumpe 70 zugeführt, wobei der Motor M von einer Getriebesteuereinheit 72 (transmission control unit, TCU) elektrisch angesteuert wird. Die Vordruckpumpe 70 entnimmt das Hydraulikfluid einem Fluidsumpf 74. Das Hydraulikfluid wird über ein Hydraulikfluidfilter 62 und ein weiteres Rückschlagventil 60' in die Saugleitung 56" bzw. die Niederdruckleitung 64 eingespeist.
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In den Hochdruckleitungen 54, 54' der Pumpen 18, 20 sind Drosselventile D1 bzw. D2 angeordnet, die durch die Getriebesteuereinheit 72 steuerbar sind (vgl. strichpunktiert dargestellte Steuerleitungen). Das Drosselventil D1 ist der Pumpe 18 zugeordnet, während das Drosselventil D2 der Pumpe 20 zugeordnet ist. Die Hochdruckleitungen 54, 54' münden somit in die gemeinsame Niederdruckleitung 64, die im Bereich des Rückschlagventils 60' wiederum in die Saugleitung 56" mündet.
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Mittels einer Betätigung der beiden Drosselventile
D1 und
D2 kann durch selektiven Druckaufbau bis zu einem hydrostatischen Blockieren das durch die Pumpen
18,
20 übertragene Drehmoment gesteuert werden, um bei dem Lastschaltgetriebe einen Gangwechsel zu ermöglichen. Die Vorgehensweise bei einem durchzuführenden Gangwechsel ist aus der
DE 10 2007 026 133 A1 bekannt und wird daher nicht näher erläutert.
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Das von den beiden Drosselventilen D1 und D2 abströmende Hydraulikfluid gelangt durch eine weitere Drehdurchführung 66' in einen oberstromigen Abschnitt 67 der Niederdruckleitung 64, welcher in eine nachfolgend noch genauer zu beschreibende Rekonditionierkammer 80 mündet. Von der Rekonditionierkammer 80 gelangt das Hydraulikfluid in einen unterstromigen Abschnitt 68 der Niederdruckleitung 64 und über die Drehdurchführung 66 sowie das Rückschlagventil 60 wieder zurück zu den Pumpen 18, 20. In der Rekonditionierkammer 80 herrscht aufgrund der Verbindung mit der Vordruckpumpe 70 ein gegenüber dem Fluidsumpf 74 (Atmosphärendruck) erhöhter hydrostatischer Druck (z.B. 3 bar). Die Rekonditionierkammer 80 bildet somit einen Drucktank. Ein Sieb 90 ist derart in der Rekonditionierkammer 80 angebracht, dass jegliches durch die Kammer 80 hindurchströmendes Hydraulikfluid das Sieb 90 passieren muss. Ferner ist ein Wärmetauscher 92 vorgesehen, der eine Abkühlung des in der Rekonditionierkammer 80 befindlichen Fluids bewirkt. Im oberen Bereich der Rekonditionierkammer 80 ist ein Überdruckventil 94 vorgesehen, welches in den Fluidsumpf 74 mündet.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ermöglichen die Drosselventile D1 und D2 auch einen direkten Fluidstrom über ein jeweiliges Rückschlagventil 60" in die Saugleitungen 56, 56'. Dieser alternative Strömungsweg ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 wird eine beispielhafte Rekonditionierkammer 80 detaillierter beschrieben. Die Rekonditionierkammer 80 weist einen ersten oberen Wandabschnitt 82 und einen zweiten oberen Wandabschnitt 84 auf (vgl. 2). Der erste obere Wandabschnitt 82 verläuft im Wesentlichen horizontal, während der zweite obere Wandabschnitt 84 gegenüber der Horizontalen geneigt ist. Der Flüssigkeitsspiegel 86 des in der Rekonditionierkammer 80 vorhandenen Hydraulikfluids befindet sich unmittelbar unterhalb des ersten oberen Wandabschnitts 82, sodass die Rekonditionierkammer 80 praktisch vollständig mit Hydraulikfluid gefüllt ist. Vorzugsweise befindet sich der Flüssigkeitsspiegel 86 noch höher. Insbesondere kann der gesamte Innenraum der Kammer 80 mit Hydraulikfluid befüllt sein, d.h. bis hoch zu dem Überdruckventil 94.
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An einer Seitenwand 88 der Rekonditionierkammer 80 ist ein Einlass 100 sowie ein Auslass 102 für das Hydraulikfluid vorgesehen. Der Einlass 100 ist bei dem gezeigten Beispiel oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 86 angeordnet und mündet somit in ein Gasvolumen 104. Ein Diffusor 106 ist in den Einlass 100 integriert, mittels welchem eintretendes Hydraulikfluid unter Bildung von Strahlwirbeln in die Rekonditionierkammer 80 eingeleitet wird.
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Der erste obere Wandabschnitt 82 weist eine leichte Wölbung nach oben auf, wobei an der höchstgelegenen Stelle eine Ausblasöffnung 108 mit dem bereits genannten Überdruckventil 94 vorgesehen ist. Das Überdruckventil 94 mündet in eine Ausblasleitung 112, deren Austrittsöffnung 114 in Fallrichtung über dem Fluidsumpf 74 angeordnet ist. Die Außenseite 116 des zweiten oberen Wandabschnitts 84 ist mit Kühlrippen 118 versehen, die mittels eines äußeren Luftstroms 120 (z.B. Umgebungsluft) eine Kühlung des in der Rekonditionierkammer 80 befindlichen Hydraulikfluids bewirken. Derartige Kühlrippen 118 können natürlich auch an anderen Wandabschnitten vorgesehen sein.
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Der in 2 rechte seitliche Wandabschnitt 122 grenzt unmittelbar an einen benachbarten Getriebeölbehälter 124 an (z.B. Hauptgetriebe des Kraftfahrzeugs), sodass ein effektiver Wärmeübergang zu diesem möglich ist. Über den Auslass 102, der im unteren Bereich der Seitenwand 88 angeordnet ist, kann Hydraulikfluid aus der Rekonditionierkammer 80 abgeführt werden.
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Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, ist im Inneren der Rekonditionierkammer 80 eine vertikale Ablenkwand 126 vorgesehen, welche in der Lage ist, in dem durch die Rekonditionierkammer 80 hindurchströmenden Hydraulikfluid Strömungswirbel 128 zu erzeugen. In dem Horizontalschnitt gemäß 3 besitzt die Ablenkwand 126 einen gekrümmten Verlauf.
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Im Folgenden wird die Funktion der Rekonditionierkammer 80 beschrieben. Von den Drosselventilen D1 und D2 (1) abströmendes Hydraulikfluid gelangt über den Einlass 100 und den Diffusor 106 (2) in die Rekonditionierkammer 80 und füllt diese bis zu dem Flüssigkeitsspiegel 86. Im Fluid vorhandene Gasbläschen 130 werden an den Maschen des Siebes 90 aufgefangen und steigen entlang der geneigten Sieboberfläche nach oben. Die Gasbläschen 130 gelangen in das Gasvolumen 104 und erhöhen dessen Druck. Sobald der Druck in dem Gasvolumen 104 einen durch das Überdruckventil 94 vorgegebenen Schwellendruck übersteigt, kommt es zum Ausblasen der überschüssigen Luft aus der Rekonditionierkammer 80. Das unterhalb des Siebs 90 befindliche Hydraulikfluid ist somit im Wesentlichen frei von überschüssigem Gas.
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Abgesehen von der Entgasung des Hydraulikfluids findet über den Wärmetauscher 92, die Kühlrippen 118 sowie den an den Getriebeölbehälter 126 angrenzenden seitlichen Wandabschnitt 122 eine effektive Kühlung des Hydraulikfluids statt.
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Der Diffusor 106 sowie die Ablenkwand 126 sorgen über die Bildung von Strömungswirbeln 128 für eine angemessene Verweilzeit des Hydraulikfluids in der Rekonditionierkammer 80, um das Austreiben von Gasbläschen 130 und die Abscheidung von Partikeln zu unterstützen. Eine zusätzliche Partikelabscheidevorrichtung kann vorgesehen sein.
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Das Hydraulikfluid, welches die Rekonditionierkammer 80 über den Auslass 102 verlässt, ist somit regeneriert und insbesondere entgast, gekühlt und gereinigt, und das Fluid kann wieder den Pumpen 18, 20 zugeführt werden. Dadurch dass die Rekonditionierkammer 80 im Wesentlichen vollständig mit Fluid befüllt ist, werden keinerlei Schwallbleche benötigt. Besonders vorteilhaft gegenüber einer herkömmlichen Rekonditionierung im offenen Fluidsumpf 74 sind der erhöhte Druck (verbesserte Entgasung) und die Minimierung der freien Oberflächen. In dem Fluidsumpf 74 verweilt nur ein geringes Restvolumen des Hydraulikfluids, wodurch sich eine vorteilhaft geringe Luftaufnahme ergibt. Der Fluidsumpf 74 dient somit im Wesentlichen als Leckagesammler.
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Bezugszeichenliste
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- 18, 20
- Pumpe
- 30
- hydraulischer Kreislauf
- 54, 54'
- Hochdruckleitung
- 56, 56', 56"
- Saugleitung
- 60, 60', 60"
- Rückschlagventil
- 62
- Hydraulikfluidfilter
- 64
- Niederdruckleitung
- 66, 66'
- Drehdurchführung
- 67
- oberstromiger Abschnitt der Niederdruckleitung
- 68
- unterstromiger Abschnitt der Niederdruckleitung
- 70
- Vordruckpumpe
- 72
- Getriebesteuereinheit
- 74
- Fluidsumpf
- 80
- Rekonditionierkammer
- 82
- erster oberer Wandabschnitt
- 84
- zweiter oberer Wandabschnitt
- 86
- Flüssigkeitsspiegel
- 88
- Seitenwand
- 90
- Sieb
- 92
- Wärmetauscher
- 94
- Überdruckventil
- 100
- Einlass
- 102
- Auslass
- 104
- Gasvolumen
- 106
- Diffusor
- 108
- Ausblasöffnung
- 112
- Ausblasleitung
- 114
- Austrittsöffnung
- 116
- Außenseite
- 118
- Kühlrippen
- 120
- Luftstrom
- 122
- seitlicher Wandabschnitt
- 124
- Getriebeölbehälter
- 126
- Ablenkwand
- 128
- Strömungswirbel
- 130
- Gasbläschen
- M
- Motor
- D1, D2
- Drosselventil
- Ro
- rotierender Bereich
- S
- stationärer Bereich
