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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum impulsartigen Freigeben einer in einem Speichergehäuse bevorratbaren Fluidmenge, insbesondere zum Realisieren einer Start-Stopp-Funktion bei Automatikgetrieben, mit einem sich gegen einen ersten Energiespeicher abstützenden Kolben, der innerhalb des Speichergehäuses verfahrbar mit dem Speichergehäuse die aufnehmbare Fluidmenge begrenzt, wobei der Kolben von einer Ventileinrichtung wenigstens in einer, dem Maximum des Volumens der Fluidmenge in dem Speichergehäuse äquivalenten Position gehalten ist, in dem eine fluidführende Verbindung zwischen dem Speichergehäuse und einem Verbraucher durch die Ventileinrichtung gesperrt ist.
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Sowohl zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs als auch zur Verringerung der Schadstoffemissionen von Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen ist vorgesehen, die Verbrennungskraftmaschinen mit Hilfe von verschiedenen Fahrzeugkonzepten in geeigneten Betriebszuständen der Fahrzeuge abzuschalten. Um den Fahrbetrieb trotz solch einer sog. Motor-Start-Stopp-Funktion zu ermöglichen, ist ein kurzer Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine und ein sofortiger Kraftschluß in einem Fahrgetriebe des Fahrzeugs erforderlich.
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Bei bekannten Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen oder beispielsweise bei automatisierten Schaltgetrieben, welche mit naßlaufenden Lamellenkupplungen ausgeführt sind, werden die Kupplungen über eine Fluidversorgungseinrichtung nur bei laufender Verbrennungskraftmaschine ausreichend mit Hydraulikfluid versorgt. Bei Kraftschlußaufbau in solch einem Getriebe ist zunächst ein Kupplungsspiel zu überwinden und die Kupplung oder Kupplungen durch Anheben des Fluiddrucks vollständig zu schließen. Der Spielausgleich einer Kupplung sowie deren Zuschaltung in den Kraftfluß wird durch Führen einer Fluidmenge in einen Kolbenraum der hydraulisch ansteuerbaren und zuzuschaltenden Kupplungen erreicht, wobei die Fluidmenge von der Fluidversorgungseinrichtung bereitgestellt wird. Bei einer Wiederanfahrt des Kraftfahrzeugs nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine ist unter Umständen dann eine Mehrzahl von Schaltelementen in einem Getriebe geöffnet und mithin zu schließen, wodurch ein unzulässig langes Zeitintervall verstreicht, bis ein vollständiger Kraftschluß in dem Getriebe hergestellt ist.
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Diesem Nachteil wird bei bekannten Getrieben mit einer elektromotorisch betriebenen Hydraulikpumpe begegnet, deren Fördervolumen von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine unabhängig ist, und die bei fehlender Druckversorgung über die Getriebehauptpumpe im Hydrauliksystem zumindest einen Druck erzeugt, mittels dessen das Kupplungsspiel ausgleichbar ist. Die elektromotorisch antreibbare Hydraulikpumpe führt allerdings zu einer Verschlechterung des Getriebewirkungsgrades und zur Verteuerung des Getriebes. Zudem bedarf sie eines nicht unerheblichen zusätzlichen Bauraumbedarfs im Kraftfahrzeug und eines konstruktiven Aufwands zur Anbindung an das Hydrauliksystem des Getriebes und an ein elektrisches Steuer- und Regelsystem.
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Die
DE 10 2006 014 758 A1 zeigt und beschreibt eine Vorrichtung zum Speichern von Hydraulikfluid eines Hydrauliksystems einer Getriebeeinrichtung eines Fahrzeugs mit wenigstens einem von einer Gehäuseeinrichtung und einer Begrenzungseinrichtung begrenzten und mit einem Hydrauliksystem zum Austausch von Hydraulikfluid in Wirkverbindung bringbaren Speicherraum, dessen Volumen in Abhängigkeit eines Betriebszustandes der Begrenzungseinrichtung und/oder der Gehäuseeinrichtung zwischen einem Minimum und einem Maximum variierbar ist, wobei die Begrenzungseinrichtung und/oder die Gehäuseeinrichtung von einer Ventileinrichtung wenigstens in dem dem Maximum des Volumens des Speicherraumes äquivalenten Betriebszustand entgegen eines Rückstellbestrebens der Gehäuseeinrichtung und/oder der Begrenzungseinrichtung ausgehend von einem Betriebszustand, der von dem zu dem Minimum des Volumens des Speicherraums äquivalenten Betriebszustandes verschieden ist in Richtung ihres dem Minimum des Volumens des Speicherraums äquivalenten Betriebszustandes in einem die Verbindung zwischen dem Speicherraum und dem Hydrauliksystem sperrenden Zustand haltbar sind.
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Ferner sind Vorrichtungen zum impulsartigen Freigeben einer in einem Speichergehäuse bevorratbaren Fluidmenge für eine Getriebeeinrichtung eines Fahrzeugs bekannt, wobei eine Ventileinrichtung einen in dem Speichergehäuse verfahrbaren Kolben wenigstens in einer, dem Maximum des Volumens der Fluidmenge in dem Speichergehäuse äquivalenten Position hält, in dem die Ventileinrichtung eine fluidführende Verbindung zwischen dem Speichergehäuse und einem Verbraucher sperrt.
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Die bekannten Vorrichtungen bauen zumindest teilweise aufwendig auf und bedürfen eines nicht unerheblichen Bauraumbedarfs.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum impulsartigen Freigeben einer in einem Speichergehäuse bevorratbaren Fluidmenge, insbesondere zur Realisierung einer Start-Stopp-Funktion bei Automatikgetrieben zu schaffen, die einfach aufbaut und robust sowie verschleißfest ist. Eine dahingehende Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit gelöst.
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Dadurch, dass die Ventileinrichtung zum Sperren und Öffnen der fluidführenden Verbindung zwischen dem Speichergehäuse und der darin bevorratbaren, durch den Kolben vorgespannten Fluidmenge durch ein Sitzventil gebildet ist, ist eine leckagefreie Steuerung der Kolbenposition und das impulsartige Freigeben der in dem Speichergehäuse bevorratbaren Fluidmenge ermöglicht.
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Die Ventileinrichtung gewährleistet auch über die Zahl der angenommenen Schaltvorgänge, beispielsweise bei Motor-Start-Stopp-Betrieb, eine sichere Funktion der Vorrichtung mit sehr kurzen Steuerzeiten. Eine als Sitzventil ausgebildete Ventileinrichtung ermöglicht geringe Umlenkverluste und eine vergleichsweise schnelle Freigabe einer großen gespeicherten Fluidmenge, als dies bei Schieberventilen regelmäßig der Fall ist.
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Das Sitzventil kann zweckmäßig in der Art eines Zuschaltventils ausgebildet sein. Ferner kann ein Rückschlagventil, das auch als entsperrbares Rückschlagventil ausgebildet sein kann, in einem Kolben des Sitzventils integriert sein. Das Rückschlagventil ist bevorzugt so aufgebaut, dass es in Füllrichtung des Speichergehäuses angeströmt sperrend wirkt. Dadurch ist ein kontrolliertes, im Vergleich zum Ausströmvorgang gedrosseltes Befüllen des Speichergehäuses lediglich über den freien Querschnitt des Sitzventils vorgegeben.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass, insbesondere bei einer Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug, die Ventileinrichtung als elektromagnetisch betätigtes Ventil ausgebildet ist.
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Dadurch, dass der Kolben der Vorrichtung in dem Speichergehäuse allein durch die Schaltstellung des Sitzventils in seiner Position bestimmt ist, ist die Möglichkeit geschaffen, mit vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand und Bauraumbedarf eine Arretiereinrichtung und eine Betätigungseinrichtung für die Arretiereinrichtung zusammenzufassen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Ventileinrichtung quer zu einer Längsachse des Speichergehäuses in einem Deckel des Speichergehäuses als Einschraubventileinheit lösbar festgelegt. Die Länge der Vorrichtung ist durch diese konstruktive Maßnahme minimiert und ein einfaches Austauschen der Ventileinrichtung bei den meist beengten Raumverhältnissen um ein Automatikgetriebe herum vereinfacht.
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Um die speicherbare Fluidmenge bei gegebener Größe des Speichergehäuses zu maximieren, ist bevorzugt der Kolben der Vorrichtung als Hohlkolben ausgebildet. Dabei ragt von seinem Kolbenboden ein Zylinder axial in Richtung der, der Fluidmenge des Kolbens abgewandten Seite vor und ermöglicht mit seinem Volumen eine Erweiterung des Speichervolumens des Speichergehäuses.
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In den Zylinder ist ein zweiter Kolben längsverschiebbar geführt und der Zylinder ist zu der bevorratbaren Fluidmenge hin offen ausgestaltet. Der zweite Kolben ist von einem zweiten Energiespeicher im Sinne einer Minimierung des Volumens der in dem Speichergehäuse bevorratbaren Fluidmenge vorgespannt. Mit dem Zylinder ist somit ein weiteres Speichervolumen für Hydraulikfluid od. dgl. im Speichergehäuse geschaffen, das parallel zu der übrigen bevorratbaren Fluidmenge abrufbar ist und zeitgleich mit der bevorratbaren Fluidmenge, welche von dem Kolben vorgespannt ist, freigegeben werden kann.
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Es ist vorteilhaft, den ersten und zweiten Energiespeicher jeweils als Druckfeder und insbesondere in Form zylindrischer Schraubendruckfedern auszugestalten. Es versteht sich ferner, dass andere Bauarten der Energiespeicher, wie etwa ein mit Arbeitsgas gefüllter Arbeitsraum oder andere Federbauarten, wie Zugfedern oder Tellerfedern, anwendbar sind. Die Federn können auch über ihre Länge verschiedene Federkonstanten aufweisen, so dass gewünschte Federkennlinien verbunden mit einem jeweiligen Verbraucher, angepaßte Strömungsgeschwindigkeiten und Fülldrücke realisierbar sind.
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Nachstehend die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen schematischen, nicht maßstäblichen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum impulsartigen Freigeben einer in einem Speichergehäuse bevorratbaren Fluidmenge;
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2 einen schematischen, nicht maßstäblichen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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3 einen schematischen, nicht maßstäblichen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach der 2 im entleerten Zustand des Speichergehäuses.
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In der 1 ist in einem Längsschnitt eine Vorrichtung 1 zum impulsartigen Freigeben einer in einem Speichergehäuse 2 bevorratbaren Fluidmenge 3 gezeigt. Die Vorrichtung 1 dient zur Speicherung eines Arbeitsmittels für einen Verbraucher einer hydraulischen Anlage, wie beispielsweise zur Speicherung und impulsartigen Abgabe von Hydrauliköl für einen Schaltzylinder eines Automatikgetriebes eines Personenkraftwagens. Das zylindrische Speichergehäuse 2 weist einen ersten Energiespeicher 4 auf, der als zylindrische Druckfeder ausgebildet ist. Der erste Energiespeicher 4 dient zur Beaufschlagung eines Kolbens 5 mit einer Druckkraft, die ausreichend ist, um den Kolben 5 aus einer arretierten Position (vgl. 2) in eine Position zu verbringen, in der die Fluidmenge 3 aus dem Speichergehäuse 2 impulsartig ausgestoßen ist. Die Fluidmenge 3 ist in der Kolbenposition, wie in der 2 gezeigt, durch eine an sich bekannte Fluidfördereinrichtung 20, wie etwa durch eine Rotationspumpe in der Art einer Flügelzellenpumpe oder Zahnradpumpe, unter Druck in das Speichergehäuse 2 eingebracht.
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Eine Ventileinrichtung 6 regelt den Fluidstrom zwischen dem Speichergehäuse 2 und einem Verbraucher 8 oder der Druckmittelfördereinrichtung 20. Die Ventileinrichtung 6 ist als Sitzventil 9 ausgebildet, wobei ein mit einer ebenen Dichtfläche versehener Ventilkolben 11 auf einem konusartig sich zu der Dichtfläche des Ventilkolbens 11 erweiternden Ventilsitz V in geschlossenem Zustand des Sitzventils zu liegen kommt. Um den Ventilkolben 11 ist zentral und axial geführt ein Rückschlagventil 10 eingebaut, das in Füllrichtung des Speichergehäuses 2 sperrend eingebaut ist.
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Das Rückschlagventil 10 erlaubt ein Durchströmen im Sinne eines Ausströmens der Fluidmenge 3 aus dem Speichergehäuse 2 und bietet somit einen zusätzlichen Öffnungsquerschnitt zu dem von dem Ventilkolben freigegebenen Öffnungsquerschnitt. Dies ist dadurch ermöglicht, dass der an sich einen Ventilsitz steuernde Ventilkolben 11 einen Steuerabschnitt 21 in der Art eines Ventilschiebers aufweist. Der Steuerabschnitt 21 blockiert in einer geschlossenen Position des Sitzventils 9 eine fluidführende Verbindung 22 des Speichergehäuses 2 mit dem Rückschlagventil und öffnet die fluidführende Verbindung 22 bei einer geöffneten Position des Ventilkolbens 11.
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Wie die 1 bis 3 weiter zeigen, ist die Ventileinrichtung 6 als Einschraubventil 12 ausgebildet und lösbar als Funktionseinheit in einem Deckel 13 des Speichergehäuses 2 angeordnet. Die Längsachse der Ventileinrichtung 6 verläuft senkrecht zu der Längsachse des Speichergehäuses 2 und schneidet diese. Der Deckel 13 ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet und mit einem ringförmigen Rand über etwa 1/5 der Länge des Speichergehäuses 2 durch ein Gewinde an der Außenseite mit dem Speichergehäuse 2 verschraubt. Ein an sich bekanntes, als O-Ring gebildetes Dichtelement 23 ist zwischen dem Deckel 13 und dem Speichergehäuse 2 eingebracht.
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Die als elektromagnetisches Ventil gebildete Ventileinrichtung 6 ist in Abhängigkeit des Betriebszustandes einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs, in dessen Automatikgetriebe die Vorrichtung 1 eingebaut ist, angesteuert. Im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine wird das Speichergehäuse 2 von der Druckmittelfördereinrichtung 20 mit der Fluidmenge 3 beschickt, wobei der Kolben 5 entgegen der Rückstellkraft des als Druckfeder 18 gebildeten, ersten Energiespeichers 4 in die in 2 gezeigte Position gebracht wird. Das Sitzventil 9 wird nach dem Befüllvorgang des Speichergehäuses 2 geschlossen und hält somit als hydraulische Arretiereinrichtung den Kolben 5 in der in der 2 gezeigten Position.
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Wie die 2 und 3 zeigen, kann der Kolben 5 auch in der Art eines Hohlkolbens mit einem Zylinder 14 ausgebildet sein. Der Zylinder 14 ist einstückig mit dem Kolbenboden 15 gebildet und durch den Kolbenboden 15 hindurch geführt, so dass der Kolbenboden 15 selbst eine Öffnung 23 zum Eintritt von Fluid in den Zylinder 14 aufweist. Ein zweiter Kolben 16 ist axial verschiebbar in dem Zylinder 14 gelagert. Der zweite Kolben 16 weist einen ähnlichen Längsschnitt wie der Kolben 5 auf und wird in gleicher Weise wie der Kolben 5 von einem zweiten Energiespeicher 17 im Sinne einer Verringerung seines Speichervolumens für Fluid angefedert.
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Der zweite Energiespeicher 17 ist als Druckfeder 19 ausgebildet. Die Druckfeder 19 stützt sich an einem Deckel 24 ab, der an dem freien Ende des Zylinders 14 mit diesem über eine Bördelverbindung verbunden ist. Zum Druckausgleich weist der Deckel 13 eine Durchgangsbohrung auf. Dadurch ist es beispielsweise auch möglich, den jeweils rückseitigen Raum der beiden Kolben 5,16 mit einem Arbeitsgas entsprechend vorzuspannen. Der zweite Kolben 16 ist über einen in der Nähe der Öffnung 23 an dem Innenumfang des Zylinders 14 eingesetzten Sprengring 25 verliersicher gehalten, wobei der Sprengring 25 als Anschlag für den zweiten Kolben 16 dient. In gleicher Weise wie der Deckel 24 des Zylinders 14 ist ein Deckel 26 gegenüberliegend zu dem Deckel 13 des Speichergehäuses 2 mit der Wand des Speichergehäuses 2 mittels einer Bördelverbindung verbunden. Der Deckel 26 ist mit einem U-förmigen Querschnitt, ähnlich wie der Deckel 13, mit seinem Rand an der Innenseite des Speichergehäuses 2 festgelegt, wobei ein Dichtelement 27 in eine Umfangsnut des Deckels 24 eingelegt ist.
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Bei einer Anforderung zum Starten der Verbrennungskraftmaschine wird der Ventilkolben 11 des Sitzventils 9 in die in 1 gezeigte Position gebracht. Der Steuerabschnitt 21 des Ventilkolbens ist als Durchmesserrücksprung zwischen zwei Dichtbereichen 28,28' angeordnet. Der Steuerabschnitt 21 gelangt in teilweise oder vollkommene Überdeckung mit einer Fluidöffnung 29 zwischen dem Ventilkolben 11 und dem Innenraum des Speichergehäuses 2, wodurch Fluid in eine als Querkanal 30 von dem Steuerbereich 21 ins Innere des Ventilkolbens 11 geführten fluidführenden Verbindung 7 gelangt. Ein in Richtung der Längsachse des Ventilkolbens 11 angeordneter Kanal 31 verbindet den Querkanal mit dem Rückschlagventil 10 und das Rückschlagventil 10 wiederum mit einem Fluidauslaß 32 der Ventileinrichtung 6. Die Fluidmenge 3 kann über das Rückschlagventil 10 und eine nicht gezeigte fluidführende Verbindung von dem Ventilsitz zu dem Inneren des Speichergehäuses 2 zu dem Verbraucher 8 strömen. Dabei wird auch die in dem Zylinder 14 enthaltene Fluidmenge entleert.
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Die 2 und 3 zeigen eine besonders vorteilhafte Bauweise des Deckels 13 des Speichergehäuses 2. Dabei ist der Deckel 13 als Scheibe mit Anschlagflächen 33 für den ungeformten Endbereich des Speichergehäuses 2 ausgebildet. Die Ventileinrichtung 6 ist in einem, mit einem Schraubstutzen 34 versehenen Befestigungsflansch 35 für die Vorrichtung 1 angeordnet. Der Schraubstutzen 34 läßt sich in eine Öffnung in den Deckel 13 einschrauben. In dem Schraubstutzen 34 ist eine Bohrung 36 eingebracht, die den Innenraum des Speichergehäuses 2 mit der Ventileinrichtung 6 fluidführend verbindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006014758 A1 [0005]
