DE102013208714A1

DE102013208714A1 - Pumpenanordnung mit mehreren Übersetzungsverhältnissen

Info

Publication number: DE102013208714A1
Application number: DE102013208714A
Authority: DE
Inventors: John C. Schultz; Philip C. Lundberg
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2013-11-21
Anticipated expiration: 2033-05-14
Also published as: US20130309104A1; DE102013208714B4; CN103423440A; US9500197B2; CN103423440B

Abstract

Eine Pumpenanordnung für ein Fahrzeuggetriebe, die mit einer Primärantriebsmaschine, einer Kettenantriebsanordnung, einer Hydraulikpumpe mit einem Rotor und einer Planetenradgruppe verbunden ist. Ein antreibendes Kettenrad der Kettenantriebsanordnung ist mit der Primärantriebsmaschine drehfest gekoppelt. Die Planetenradgruppe enthält ein erstes, ein zweites und ein drittes Element. Das erste Element kann sich mit der Pumpe drehen und das dritte Element kann sich mit dem angetriebenen Kettenrad drehen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Hydraulikpumpenanordnungen für automatische Kraftfahrzeuggetriebe und insbesondere auf außeraxiale Pumpenanordnungen, die mehrere Übersetzungsverhältnisse besitzen.
HINTERGRUND
Die Angaben in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung dar und können, müssen jedoch nicht Stand der Technik bilden.
Viele moderne automatische Kraftfahrzeuggetriebe verwenden gesteuertes Hydraulikfluid (Getriebeöl), um Kupplungen und Bremsen zu betätigen, um gewünschte Eingriffkombinationen zu erzielen und um eine nützliche Folge von Übersetzungsverhältnissen bereitzustellen. Die Steuerung eines solchen Hydraulikfluids wird durch einen Ventilkörper erzielt, der mehrere Steuerschieber enthält, die eine Hydraulikfluidströmung durch einen Komplex von Durchlässen zu Kupplungs- und Bremsaktoren leiten. Der Ventilkörper wird typischerweise von einer Zahnradpumpe oder Flügelpumpe, die durch die Kraftmaschinenausgangswelle oder die Getriebeeingangswelle angetrieben wird, mit Hydraulikfluid unter Druck versorgt.
Da dies eine übliche Getriebekonfiguration ist und da das Fertigungsvolumen derartiger Automatikgetriebe groß ist, ist eine umfangreiche Forschung und Entwicklung erfolgt, um die Kosten zu verringern und um die Leistung solcher Pumpen zu optimieren. Beispielsweise sind die Vereinfachung solcher Pumpen, um ihr Gewicht und ihre Kosten zu verringern, die Verringerung ihrer Größe, um ihren Gehäuseeinbau zu verbessern, die Verbesserung ihrer Niederdrehzahlleistung, die Verbesserung ihrer Niedertemperaturleistung und die Verringerung von Hochdrehzahl-Energieverlusten alles Bereiche der Entwicklung und der Verbesserung gewesen.
Insbesondere kann eine typische Getriebepumpe mit oder ungefähr mit der gleichen Drehzahl wie die Kraftmaschine des Fahrzeugs gedreht werden. Die Pumpen sind oftmals so bemessen, dass sie Hydraulikdruck- und Hydraulikvolumenanforderungen des Getriebes unter Bedingungen niedriger Drehzahl im Leerlauf der Kraftmaschine erfüllen. Reibungskräfte in der Pumpe nehmen zu, wenn die Größe der Pumpe zunimmt. Daher tragen Pumpen mit größerem Durchmesser und höherer Förderleistung, die Hydraulikanforderungen des Getriebes bei einer Drehzahl in der Umgebung der Kraftmaschinenleerlaufdrehzahl erfüllen, oftmals zu unerwünschten Schleppverlusten bei und verringern den Wirkungsgrad des Fahrzeugs. Diese Pumpen stellen eine viel größere Ölströmung bereit als das Getriebe bei höheren Kraftmaschinendrehzahlen braucht, was zu einem Verlust im Gesamtgetriebewirkungsgrad führt.
Die vorliegende Erfindung ist auf Verbesserungen gerichtet, die Pumpenschleppverluste verringern und den Getriebewirkungsgrad verbessern und dabei Hydraulikanforderungen des Getriebes bei Kraftmaschinenleerlaufdrehzahlen erfüllen.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Pumpenanordnung für ein Fahrzeuggetriebe, das mit einer Primärantriebsmaschine gekoppelt ist, enthält eine Kettenantriebsanordnung, eine Hydraulikpumpe mit einem Rotor, eine Planetenradgruppe und eine erste und eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung. Die Kettenantriebsanordnung enthält ein antreibendes Kettenrad und ein angetriebenes Kettenrad. Das antreibende Kettenrad ist mit der Primärantriebsmaschine drehfest gekoppelt. Die Planetenradgruppe enthält ein erstes, ein zweites und ein drittes Element. Das erste Element ist mit dem Rotor der Hydraulikpumpe drehbar, während das dritte Element mit dem angetriebenen Kettenrad der Kettenantriebsanordnung drehbar ist. Die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung kann wahlweise in Eingriff sein, um das zweite Element der Planetenradgruppe mit einem stationären Element zu verbinden. Die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung kann wahlweise in Eingriff sein, um das erste oder das zweite oder das dritte Element mit einem Weiteren des ersten, des zweiten und des dritten Elements zu verbinden. Die Drehmomentübertragungsvorrichtungen können in Eingriff sein, um wenigstens einen ersten und einen zweiten Übersetzungszustand herzustellen. Im zweiten Übersetzungszustand dreht sich der Rotor der Pumpe mit einer Drehzahl, die höher als die doppelte Drehzahl des dritten Elements der Planetenradgruppe ist.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die erste und die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung Kegelkupplungen.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Pumpenanordnung ferner eine Schaltvorrichtung und ein Vorbelastungselement. Die Schaltvorrichtung weist eine erste Position, in der die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung nicht in Eingriff ist und die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung in Eingriff ist, und eine zweite Position, in der die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung nicht in Eingriff ist und die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung in Eingriff ist, auf. Das Vorbelastungselement drängt die Schaltvorrichtung in die zweite Position.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Pumpe eine Düse, die die Kavitation bei hohen Pumpendrehzahlen verringert.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das Getriebe eine vorgegebene Hydraulikdruck- und Strömungsanforderung. Die Pumpe besitzt eine Förderleistung, die kleiner als die Hydraulikströmungsanforderung des Getriebes ist, wenn die Pumpe mit der Drehzahl der Primärantriebsmaschine des Fahrzeugs unter Leerlaufbedingungen arbeitet.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung fördert die Pumpe weniger als zehn Kubikzentimeter Hydraulikfluid pro Umdrehung des Rotors der Pumpe.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste Element der Planetenradgruppe ununterbrochen direkt mit dem Rotor der Pumpe verbunden und ist das dritte Element der Planetenradgruppe ununterbrochen direkt mit dem angetriebenen Kettenrad der Kettenantriebsanordnung verbunden.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Pumpenanordnung ferner einen Elektromotor, eine erste Einwegkupplung und eine zweite Einwegkupplung. Die erste Einwegkupplung ist zwischen dem Elektromotor und dem dritten Element der Planetenradgruppe angeordnet, während die zweite Einwegkupplung zwischen der Primärantriebsmaschine und dem dritten Element der Planetenradgruppe angeordnet ist. Die erste und die zweite Einwegkupplung sind so orientiert, dass die Primärantriebsmaschine oder der Elektromotor, je nachdem, wer die höhere Drehzahl hat, das dritte Element der Planetenradgruppe antreibt.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zweite Einwegkupplung am antreibenden Kettenrad der Kettenantriebsanordnung angeordnet.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Pumpenanordnung ferner einen Elektromotor, eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung, eine vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung, eine fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung und eine sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung. Die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung kann wahlweise in Eingriff sein, um das dritte Element der Planetenradgruppe mit dem Rotor der Pumpe zu verbinden, während die vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung wahlweise in Eingriff sein kann, um das angetriebene Kettenrad der Kettenantriebsanordnung mit dem dritten Element der Planetenradgruppe zu verbinden, die fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung wahlweise in Eingriff sein kann, um das erste Element der Planetenradgruppe mit dem Rotor der Pumpe zu verbinden und die sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung wahlweise in Eingriff sein kann, um den Elektromotor mit dem ersten Element der Planetenradgruppe zu verbinden.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet der Elektromotor bei etwa 12 Volt.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste Element der Planetenradgruppe ein Sonnenrad, ist das zweite Element der Planetenradgruppe ein Hohlrad und ist das dritte Element der Planetenradgruppe ein Trägerelement.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Primärantriebsmaschine eine Kraftmaschine.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung wahlweise in Eingriff sein, um das zweite Element der Planetenradgruppe mit dem dritten Element der Planetenradgruppe zu verbinden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine Pumpenanordnung für ein Fahrzeuggetriebe, das mit einer Primärantriebsmaschine gekoppelt ist, eine Kettenantriebsanordnung, eine Hydraulikpumpe mit einem Rotor und eine Planetenradgruppe. Die Kettenantriebsanordnung enthält ein antreibendes Kettenrad und ein angetriebenes Kettenrad. Das antreibende Kettenrad ist mit der Primärantriebsmaschine drehfest gekoppelt. Die Planetenradgruppe enthält ein erstes, ein zweites und ein drittes Element. Das erste Element ist mit dem Rotor der Hydraulikpumpe drehbar, während das dritte Element mit dem angetriebenen Kettenrad der Kettenantriebsanordnung drehbar ist.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das zweite Element der Planetenradgruppe für eine Drehung mit einem Rotor eines Elektromotors verbunden.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste Element der Planetenradgruppe ein Hohlrad, während das zweite Element der Planetenradgruppe ein Sonnenrad ist und das dritte Element der Planetenradgruppe ein Trägerelement ist.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste Element der Planetenradgruppe ein Trägerelement, während das zweite Element der Planetenradgruppe ein Sonnenrad ist und das dritte Element der Planetenradgruppe ein Hohlrad ist.
Weitere Aspekte, Vorteile und Anwendungsbereiche gehen aus der hier gegebenen Beschreibung hervor. Selbstverständlich haben die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur den Zweck der Veranschaulichung, wobei sie den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung in keinerlei Weise einschränken.
1 ist eine schematische Ansicht einer Pumpenanordnung, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung enthält;
2 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Pumpenanordnung, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung enthält;
3 ist ein Kupplungsdiagramm, das die Pumpenanordnungen von 1 und 2 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung weiter beschreibt;
4 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Pumpenanordnung, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung enthält;
5 ist ein Kupplungsdiagramm, das die Pumpenanordnung von 4 gemäß Prinzipien der vorliegenden Erfindung weiter beschreibt;
6 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Pumpenanordnung, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung enthält;
7 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Pumpenanordnung, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung enthält; und
8 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht der Pumpenanordnung von 7 gemäß Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen nicht einschränken.
In 1 ist eine Pumpenanordnung für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Pumpenanordnung 10 wird durch eine Primärantriebsmaschine 12 über eine Kettenantriebsanordnung 14 angetrieben. In dem gegebenen Beispiel ist die Primärantriebsmaschine 12 eine Benzinkraftmaschine. Es sollte anerkannt werden, dass die Primärantriebsmaschine 12 andere Konfigurationen wie etwa eine Flexkraftstoff-, eine Diesel- oder eine Hybrid-Kraftmaschine sein könnte, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Kettenantriebsanordnung 14 enthält ein antreibendes Kettenrad 16, das mit der Kraftmaschine 12 drehfest verbunden ist, ein angetriebenes Kettenrad 18 und eine Kette 19, die mit dem antreibenden Kettenrad 16 und mit dem angetriebenen Kettenrad 18 in Eingriff ist. Das Verhältnis der Kettenradgrößen kann verändert werden, um eine geringe Drehzahldifferenz zwischen dem antreibenden Kettenrad 16 und dem angetriebenen Kettenrad 18 zu erzeugen. Daher kann das Verhältnis der Kettenradgrößen eingestellt werden, um ein Untersetzungsverhältnis, ein direktes Antriebsverhältnis oder ein geringes Übersetzungsverhältnis für die Pumpe 20 zu schaffen, wenn die Planetenradgruppe 22 verriegelt ist, wie später beschrieben wird.
Die Pumpenanordnung 10 enthält eine Pumpe 20, eine Planetenradgruppe 22, eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 24, eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 26 und eine Aktoranordnung 28. In dem gegebenen Beispiel ist die Pumpenanordnung 10 in einem Gehäuse 29 des Getriebes angeordnet. Die Pumpenanordnung 10 treibt die Pumpe 20 mit verschiedenen Vielfachen der Drehzahl der Primärantriebsmaschine 12 an, wie später beschrieben wird. Die Pumpe 20 kann, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, irgendein Pumpentyp sein. Die Pumpe 20 ist so bemessen, dass sie die Hydraulikströmungsanforderung des Getriebes erfüllt, wenn sie mit einem Vielfachen der Drehzahl der Primärantriebsmaschine 12, die durch die Pumpenanordnung 10 bereitgestellt wird, läuft. In dem gegebenen Beispiel ist die Pumpe 20 einen Gerotorpumpe, die Hydraulikfluid mit etwa 5 cm³/U fördert. In einer alternativen Ausführungsform ist die Pumpe 20 eine ausgeglichene Flügelpumpe, die Hydraulikfluid mit etwa 8 bis 10 cm³/U fördert. Die Pumpe 20 enthält eine ringförmige Düse 30, um die Kavitation bei hohen Drehzahlen zu begrenzen. Die ringförmige Düse 30 ist im Wesentlichen beschaffen, wie im Patent der Vereinigten Staaten Nr. 7,281,904 , erteilt am 16. Oktober 2007 an Schultz u. a, die hiermit in Bezug auf die technischen Merkmale der ringförmigen Aussparung oder der Düse durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist, beschrieben ist. In einer alternativen Ausführungsform ist die Düse im Wesentlichen beschaffen, wie im Patent der Vereinigten Staaten Nr. 8,105,049 , erteilt am 31. Januar 2012 an Schultz, die hiermit in Bezug auf die technischen Merkmale der Aussparung oder der Düse durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist, beschrieben.
Die Planetenradgruppe 22 enthält ein Sonnenrad 22A, ein Hohlrad 22B, ein Trägerelement 22C und mehrere Planetenräder 22D, die von dem Trägerelement 22C getragen werden. Das Sonnenrad 22A ist mit einem Rotor der Pumpe 20 verbunden, um sich als ein einteiliger Drehkörper zu drehen. Das Trägerelement 22C ist mit dem angetriebenen Kettenrad 18 der Kettenantriebsanordnung 14 drehfest verbunden, um sich wie ein einteiliger Körper zu drehen. Die Zahnungen der Planetenradgruppe 22 sind vorzugsweise derart, dass sich das Sonnenrad 22A mit einem Vielfachen vom etwa Zweifachen bis etwa Neunfachen der Drehzahl des Trägerelements 22C dreht, wenn das Hohlrad 22B geerdet ist. Das Drehzahlvielfache ist so gewählt, dass der Energieeingang für den ausgewählten Pumpentyp und für die Getriebeölanforderung optimal ist. In dem gegebenen Beispiel ist die Drehzahl des Sonnenrades 22A etwa 4,5 mal höher als die Drehzahl des Trägerelements 22C und daher etwa 4,5 mal höher als jene der Primärantriebsmaschine 12. In dem gegebenen Beispiel ist die Planetenradgruppe 22 in das angetriebene Kettenrad 18 eingebaut und radial innerhalb desselben angeordnet.
Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass andere Anordnungen und Verbindungen der Planetenradgruppe 22 mit der Pumpe 20 und der Primärantriebsmaschine 12 ebenfalls möglich sind, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem sind andere Getriebeanordnungen, die keine Planetenradgruppen enthalten, ebenfalls möglich und können dasselbe Ziel der Verringerung von Pumpverlusten erreichen und dennoch Hydraulikanforderungen durch Verringern der Größe der Pumpe und durch wahlweises Antreiben der Pumpe mit Drehzahlen, die höher sind als die Drehzahl der Primärantriebsmaschine, erfüllen.
Die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 24 erdet oder bremst wahlweise das Hohlrad 22B der Planetenradgruppe 22 gegenüber einem stationären Element oder dem Gehäuse 29. Die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 26 verbindet wahlweise das Hohlrad 22B mit dem Trägerelement 22C der Planetenradgruppe 22. In dem gegebenen Beispiel sind die erste und die zweite Kupplung 24, 26 Kegelkupplungen, die zu Synchronisierkegeln eines manuellen Getriebes ähnlich sind. Die Kegelkupplungen schaffen günstige Drehverlust-, Gehäuseeinbau- und Betätigungseigenschaften. Es sollte anerkannt werden, dass andere Typen von Kupplungen eingebaut sein könnten, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Aktoranordnung 28 enthält eine Schaltgabel 32 und ein Vorbelastungselement 34. Die Schaltgabel 32 besitzt eine erste Position und eine zweite Position. In der ersten Position bringt die Schaltgabel 32 die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 26 in Eingriff, während sie den Eingriff der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung 24 löst, um das Hohlrad 22B und das Trägerelement 22C für eine gemeinsame Drehung zu verbinden. Daher ist die Planetenradgruppe 22 zu einer Drehung als eine einzige Einheit verriegelt, wenn die Schaltgabel 32 in der ersten Position ist. Folglich drehen sich die gesamte Planetenradgruppe 22 und der Rotor der Pumpe 20 mit derselben Drehzahl wie das angetriebene Kettenrad 18, um ein Direktantrieb- oder Untersetzungsverhältnis zwischen der Primärantriebsmaschine 12 und der Pumpe 20 für die Verwendung bei hohen Kraftmaschinendrehzahlen zu schaffen. In der zweiten Position bringt die zweite Schaltgabel 32 die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 24 in Eingriff, während sie den Eingriff der zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung 26 löst, um das Hohlrad 22B gegenüber dem stationären Element oder Gehäuse 29 zu erden. Daher ist die Drehzahl des Sonnenrades 22A und des Rotors der Pumpe 20 höher als die Drehzahl des Trägerelements 22C und des angetriebenen Kettenrades 18 für die Verwendung bei niedrigen Drehzahlen der Primärantriebsmaschine 12. In dem gegebenen Beispiel wird die zweite Position der Schaltgabel 22 gewählt, wenn die Drehzahlen der Primärantriebsmaschine 22 im Bereich von Leerlaufbedingungen bis zu etwa 2000 Umdrehungen pro Minute hegen. Es sollte anerkannt werden, dass die wirklichen Schaltpunkte der Pumpenanordnung 10 anhand der Pumpengröße, des Getriebeverhältnisses, des gewünschten Pumpenausgangs und anderer Faktoren verändert werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das Vorbelastungselement 34 drängt die Schaltgabel 32 in die zweite Position, um das erste Übersetzungsverhältnis oder den Direktantrieb für verringerte parasitäre Verluste im ersten Übersetzungsverhältnis zu erzeugen. Die Schaltgabel 32 wird vorzugsweise durch einen Hydraulikaktor (nicht gezeigt) betätigt, um das zweite Übersetzungsverhältnis zu erzielen. In einer alternativen Ausführungsform wird die Schaltgabel 32 unter Verwendung eines Druckregulierventils, das die Position verschiebt, um die Schaltgabel 32 zu betätigen, wenn die Pumpe 20 Hydraulikströmungsanforderungen nicht erfüllt, passiv gesteuert.
In 2 ist eine alternative Pumpenanordnung 10' gezeigt. Die Pumpenanordnung 10' ist zu der Pumpenanordnung 10 ähnlich, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten bezeichnen. Die Pumpenanordnung 10' enthält jedoch eine Kettenantriebsanordnung 14', einen Elektromotor 80, eine Zahnradgruppe 81 und eine Einwegkupplung 82. Die Zahnradgruppe 81 reduziert im Allgemeinen die Drehzahl und erhöht das Drehmoment von dem Elektromotor 80 zu der Planetenradgruppe. In dem gegebenen Beispiel ist die Zahnradgruppe 81 zwischen dem Elektromotor 80 und der Einwegkupplung 82 angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform ist die Zahnradgruppe 81 zwischen der Einwegkupplung 82 und der Planetenradgruppe 22 angeordnet. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Zahnradgruppe 81 nicht in der Pumpenanordnung enthalten. Die Kettenantriebsanordnung 14' enthält ein antreibendes Kettenrad 16', bei dem eine Einwegkupplung 84 zwischen der Primärantriebsmaschine 12 und der Kette 19 angeordnet ist. In dem gegebenen Beispiel ist die Einwegkupplung 84 in das antreibende Kettenrad 16' integriert, das an einer Drehmomentwandlernabe (nicht gezeigt) montiert ist. Die Einwegkupplungen 82, 84 sind so orientiert, dass die Primärantriebsmaschine 12 oder der Elektromotor 80, je nachdem, wer die höhere Drehzahl hat, das Trägerelement 22C antreibt. Daher kann die Pumpe 20 unter Übersetzungs- oder Direktantriebsbedingungen entweder durch die Primärantriebsmaschine 12 oder den Elektromotor 80 angetrieben werden, während die bzw. der jeweils Andere abgeschaltet ist. Wenn beispielsweise die Primärantriebsmaschine 12 an einer roten Ampel in einem Kraftmaschinen-Start/Stopp-Betrieb abgeschaltet ist, kann der Elektromotor 80 verwendet werden, um die Pumpe 20 zu betreiben.
Nun wird mit Bezug auf 3 der Betrieb der Pumpenanordnung 10 und der Pumpenanordnung 10 beschrieben. Es wird anerkannt werden, dass Pumpenanordnungen 10, 10' Drehmoment von der Primärantriebsmaschine 12 zu der Pumpe 20 mit wenigstens zwei Drehzahlverhältnissen übertragen können. 3 ist ein Wahrheitstabelle, die die verschiedenen Kombinationen der Drehmomentübertragungsvorrichtungen darstellt, die aktiviert oder in Eingriff gebracht werden können, um die verschiedenen Getriebezustände zu erzielen. Ein ”x” in dem Kasten bedeutet, dass die besondere Kupplung oder Bremse in Eingriff ist, um den gewünschten Übersetzungszustand zu erzielen. Ein leerer Kasten gibt an, dass die besondere Kupplung oder Bremse in dem entsprechenden Drehzahlverhältnis nicht in Eingriff ist. Um beispielsweise den ersten Übersetzungszustand herzustellen, ist die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 26 in Eingriff und ist die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 24 nicht in Eingriff. Um den zweiten Übersetzungszustand herzustellen, ist die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 24 in Eingriff und ist die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 26 nicht in Eingriff.
In 4 ist eine Pumpenanordnung für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet. Die Pumpenanordnung 110 wird durch eine Primärantriebsmaschine 112 über eine Kettenantriebsanordnung 114 und durch einen Elektromotor 113 in verschiedenen Betriebsarten angetrieben. In dem gegebenen Beispiel ist die Primärantriebsmaschine 12 eine Benzinkraftmaschine. Es sollte anerkannt werden, dass die Primärantriebsmaschine 12 andere Konfigurationen wie etwa jene einer Flexkraftstoff-, eine Diesel- oder eine Hybrid-Kraftmaschine haben könnte, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Elektromotor 113 ist vorzugsweise ein verhältnismäßig kostengünstiger Motor, der eine hohe Drehzahl und einen verhältnismäßig niedrigen Drehmomentausgang bereitstellt. In dem gegebenen Beispiel ist der Elektromotor 113 ein Induktionsmotor, der keine Permanentmagneten besitzt. Außerdem arbeitet der Elektromotor 113 vorzugsweise mit einem Standard-12-Volt-Kraftfahrzeugelektrosystem. Die Kettenantriebsanordnung 114 enthält ein antreibendes Kettenrad 116, das mit der Kraftmaschine 112 drehfest verbunden ist, ein angetriebenes Kettenrad 118 und eine Kette 119, die mit dem antreibenden Kettenrad 116 und mit dem angetriebenen Kettenrad 118 in Eingriff ist.
Die Pumpenanordnung 110 enthält eine Pumpe 120, eine Planetenradgruppe 122, eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 124, eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 126, eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung 128, eine vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung 130, eine fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 132, eine sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung 134 und ein Vorbelastungselement 136. In dem gegebenen Beispiel ist die Pumpenanordnung 110 in einem Gehäuse 129 des Getriebes angeordnet. Die Pumpenanordnung 110 treibt die Pumpe 120 mit verschiedenen Vielfachen der Drehzahl der Primärantriebsmaschine 12 oder der Drehzahl des Elektromotors 113 an, wie später beschrieben wird. Die Pumpe 120 kann, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, irgendein Pumpentyp sein. Die Pumpe 120 ist so bemessen, dass sie Hydraulikströmungsanforderungen des Getriebes erfüllt, wenn sie mit einem Vielfachen der Drehzahl der Primärantriebsmaschine 112 läuft, die durch die Pumpenanordnung 110 bereitgestellt wird. In dem gegebenen Beispiel ist die Pumpe 120 eine Gerotorpumpe, die Hydraulikfluid mit etwa 5 cm³/U fördert und auf einem Standard-12-Volt-Bus eines Fahrzeugs arbeitet. In einer alternativen Ausführungsform ist die Pumpe 120 eine ausgeglichene Flügelpumpe, die Hydraulikfluid mit etwa 8 bis 10 cm³/U fördert. Die Pumpe 120 enthält eine ringförmige Düse 131, um eine Kavitation bei hohen Drehzahlen zu begrenzen. Die ringförmige Düse 130 ist zu der oben beschriebenen ringförmigen Düse 30 ähnlich.
Die Planetenradgruppe 122 enthält ein Sonnenrad, 122A, ein Hohlrad 122B, ein Trägerelement 122C und mehrere Planetenräder 122D, die von dem Trägerelement 122C getragen werden. Die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 124 kann wahlweise in Eingriff gelangen, um das Hohlrad 122B mit einem stationären Element oder dem Gehäuse 129 zu erden oder zu bremsen. Die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 126 kann wahlweise in Eingriff gelangen, um das Hohlrad 122B mit dem Trägerelement 122C zu verbinden. Das Vorbelastungselement 136 drängt unter Standardbedingungen die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 126 in die Eingriffposition und die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 124 in die Nichteingriffposition. Die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung 128 kann wahlweise in Eingriff gelangen, um das Trägerelement 122C mit dem Rotor der Pumpe 120 zu verbinden. Die vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung 130 kann wahlweise in Eingriff gelangen, um das angetriebene Kettenrad 118 der Kettenantriebsanordnung 114 mit dem Trägerelement 122C zu verbinden. Die fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 132 kann wahlweise in Eingriff gelangen, um das Sonnenrad 122A mit dem Rotor der Pumpe 120 zu verbinden. Die sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung 134 kann wahlweise in Eingriff gelangen, um das Sonnenrad 122A mit dem Elektromotor 113 zu verbinden. In dem gegebenen Beispiel sind die Drehmomentübertragungsvorrichtungen 124, 126, 128, 130, 132, 134 Kegelkupplungen, die zu Synchronisierkupplungen eines manuellen Getriebes ähnlich sind. Die Kegelkupplungen stellen nützliche Drehverlust-, Gehäuseeinbau- und Betätigungseigenschaften bereit. Es sollte anerkannt werden, dass andere Typen von Kupplungen eingebaut werden könnten, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Jede der Drehmomentübertragungsvorrichtungen 124, 126, 128, 130, 132, 134 wird vorzugsweise durch einen (nicht gezeigten) Hydraulikaktor betätigt.
Nun wird mit Bezug auf 5 die Funktionsweise der Ausführungsform der Pumpenanordnung 110 beschrieben. Es wird anerkannt werden, dass die Pumpenanordnung 110 Drehmoment von der Primärantriebsmaschine 112 oder dem Elektromotor 113 an die Pumpe 120 in mehreren verschiedenen Übersetzungsverhältnissen übertragen kann. 5 ist eine Wahrheitstabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungsvorrichtungen (die in der oberen Zeile gezeigt sind), die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Getriebezustände (die in der ersten Spalte gezeigt sind) zu erzielen, darstellt. Ein ”x” in dem Kasten bedeutet, dass die bestimmte Kupplung oder Bremse in Eingriff ist, um den gewünschten Übersetzungszustand zu erzielen. Ein leerer Kasten gibt an, dass die bestimmte Kupplung oder Bremse in dem entsprechenden Drehzahlverhältnis ausgerückt ist. Ein ”o” in dem Kasten gibt an, dass die bestimmte Kupplung oder Bremse eingerückt oder ausgerückt sein kann, ohne den Zustand der Pumpenanordnung 110 zu verändern. Um beispielsweise den ersten Übersetzungszustand zu bilden, sind die zweite, die vierte und die fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 126, 130, 132 in Eingriff. Der erste Zustand ist ein Kraftmaschinen-Direktantriebszustand, in dem die Pumpe 120 ungefähr mit der gleichen Drehzahl wie die Primärantriebsmaschine 112 arbeitet. Um den zweiten Übersetzungszustand herzustellen, sind die erste, die vierte und die fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 124, 130, 132 in Eingriff. Der zweite Übersetzungszustand ist ein Kraftmaschinen-Schnellübersetzungszustand, in dem die Pumpe 120 schneller als die Primärantriebsmaschine 112 läuft. Um den dritten Übersetzungszustand herzustellen, sind die erste, die dritte und die sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung 124, 128, 134 in Eingriff. Der dritte Übersetzungszustand ist ein Motor-Untersetzungszustand, in dem die Pumpe 120 mit einer Drehzahl arbeitet, die niedriger ist als die Drehzahl des Elektromotors 113, und das Drehmoment von dem Motor 113 zu der Pumpe 120 vervielfacht ist. Um den vierten Übersetzungszustand zu bilden, sind die fünfte und die sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung 132, 134 in Eingriff. Der vierte Übersetzungszustand ist ein Motor-Direktantriebszustand, in dem die Pumpe 120 ungefähr mit der gleichen Drehzahl wie der Elektromotor 113 arbeitet.
In 6 ist eine Ausführungsform einer Pumpenanordnung 200 gezeigt. Die Pumpenanordnung 200 enthält eine Primärantriebsmaschine 212, eine Kettenantriebsanordnung 214, einen Elektromotor 215, eine Pumpe 220 und eine Planetenradgruppe 222. Die Primärantriebsmaschine 212 ist ähnlich zu den Primärantriebsmaschinen 12, 112, der Elektromotor 215 ist ähnlich zu den Elektromotoren 80, 113 und die Pumpe 220 ist ähnlich zu den Pumpen 20, 120. Die Kettenantriebsanordnung 214 enthält ein antreibendes Kettenrad 216, das mit der Primärantriebsmaschine 212 drehfest verbunden ist, ein angetriebenes Kettenrad 218 und eine Kette 219, die mit dem antreibenden Kettenrad 218 und mit dem angetriebenen Kettenrad 218 in Eingriff ist. Die Planetenradgruppe 222 enthält ein Sonnenrad 222A, ein Hohlrad 222B, ein Trägerelement 222C und mehrere Planetenräder 222D, die von dem Trägerelement 222C getragen werden. Das Sonnenrad 222A ist mit einem Rotor des Elektromotors 215 verbunden, das Trägerelement 222C ist mit dem angetriebenen Kettenrad 218 der Kettenantriebsanordnung 214 drehfest verbunden und das Hohlrad 222 ist mit einem Rotor der Pumpe 220 verbunden. Wenn die Pumpenanordnung 200 betrieben wird, können sowohl die Primärantriebsmaschine 212 als auch der Elektromotor 215 unabhängig voneinander oder zusammenwirkend den Rotor oder die Pumpe 220 antreiben. Außerdem beschränkt die Primärantriebsmaschine 212 die Drehung des Trägerelements 222C während eines Start/Stopp-Betriebs des Fahrzeugs.
In 7 und in 8 ist eine Ausführungsform einer Pumpenanordnung 300 gezeigt. Die Pumpenanordnung 300 enthält eine Primärantriebsmaschine 312, eine Kettenantriebsanordnung 314, einen Elektromotor 315, eine Pumpe 320 und eine Planetenradgruppe 322. Die Primärantriebsmaschine 312 ist zu den Primärantriebsmaschinen 12, 112, 212 ähnlich, der Elektromotor 315 ist zu den Elektromotoren 80, 113, 215 ähnlich und die Pumpe 320 ist zu den Pumpen 20, 120, 220 ähnlich. Die Kettenantriebsanordnung 314 enthält ein antreibendes Kettenrad 316, das mit der Primärantriebsmaschine 312 drehfest verbunden ist, ein angetriebenes Kettenrad 318 und eine Kette 319, die mit dem antreibenden Kettenrad 318 und mit dem angetriebenen Kettenrad 318 in Eingriff ist. Die Planetenradgruppe 322 enthält ein Sonnenrad 322A, ein Hohlrad 322B, ein Trägerelement 322C und mehrere Planetenräder 322D, die von dem Trägerelement 322C getragen werden. Das Sonnenrad 322A ist mit einem Rotor des Elektromotors 315 verbunden, das Trägerelement 322C ist mit einem Rotor der Pumpe 320 drehfest verbunden und das Hohlrad 322B ist mit dem angetriebenen Kettenrad 318 der Kettenantriebsanordnung 314 verbunden. Wenn die Pumpenanordnung 300 betrieben wird, können sowohl die Primärantriebsmaschine 312 als auch der Elektromotor 315 unabhängig voneinander oder zusammenwirkend den Rotor oder die Pumpe 320 antreiben. Außerdem beschränkt die Primärantriebsmaschine 312 eine Drehung des Hohlelements 322B während eines Start/Stopp-Betriebs des Fahrzeugs.
Die dargestellten Ausführungsformen haben mehrere nützliche Eigenschaften. Durch Vorsehen eines Betriebszustands, in dem die Pumpe um ein Vielfaches schneller als die Kraftmaschine angetrieben wird, kann die Größe der Pumpe verringert werden und können Pumpenschleppkräfte verringert werden. Außerdem kann in einer Ausführungsform ein kleiner Elektromotor die Pumpe mit erhöhtem Drehmoment und verringerter Drehzahl über die Planetenradgruppe antreiben. Die Drehmomentvervielfachung ermöglicht die Verwendung eines kleinen 12-Volt-Motors, der mit hohen Drehzahlen läuft. Ferner kann dann, wenn niedrigere Temperaturen die Fähigkeit der Batterie verringern, dem Motor Strom zuzuführen, die Pumpe mit einem Vielfachen der Kraftmaschinendrehzahl statt mittels des Motors laufen.
Die Beschreibung der Erfindung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft, wobei Abwandlungen, die nicht von der Idee der Erfindung abweichen, im Schutzbereich der Erfindung liegen sollen. Solche Abwandlungen werden nicht als Abweichung vom Erfindungsgedanken und vom Schutzbereich der Erfindung angesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7281904 [0037]
US 8105049 [0037]

Claims

Pumpenanordnung für ein Fahrzeuggetriebe, das mit einer Primärantriebsmaschine gekoppelt ist, wobei die Pumpenanordnung umfasst: eine Kettenantriebsanordnung, die ein antreibendes Kettenrad und ein angetriebenes Kettenrad enthält, wobei das antreibende Kettenrad mit der Primärantriebsmaschine drehfest gekoppelt ist; eine Hydraulikpumpe, die einen Rotor besitzt; eine Planetenradgruppe, die ein erstes, ein zweites und ein drittes Element enthält, wobei das erste Element mit dem Rotor der Hydraulikpumpe drehbar ist und das dritte Element mit dem angetriebenen Kettenrad der Kettenantriebsanordnung drehbar ist; eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung, die wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das zweite Element der Planetenradgruppe mit einem stationären Element zu verbinden; und eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung, die wahlweise in Eingriff gelangen kann, um eines des ersten, des zweiten und des dritten Elements mit einem Weiteren des ersten, des zweiten und des dritten Elements zu verbinden, wobei die Drehmomentübertragungsvorrichtungen in Eingriff gelangen können, um wenigstens einen ersten und einen zweiten Übersetzungszustand herzustellen, und wobei sich im zweiten Übersetzungszustand der Rotor der Pumpe mit einer Drehzahl dreht, die mehr als doppelt so hoch wie eine Drehzahl des dritten Elements der Planetenradgruppe ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung Kegelkupplungen sind.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, die ferner eine Schaltvorrichtung und ein Vorbelastungselement enthält, wobei die Schaltvorrichtung eine erste Position, in der die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung nicht in Eingriff ist und die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung in Eingriff ist, und eine zweite Position, in der die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung nicht in Eingriff ist und die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung in Eingriff ist, aufweist und wobei das Vorbelastungselement die Schaltvorrichtung in die zweite Position drängt.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Pumpe eine Düse enthält, die eine Kavitation bei hohen Drehzahlen verringert.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Getriebe eine vorgegebene Hydraulikdruckanforderung und eine vorgegebene Strömungsanforderung besitzt und wobei die Pumpe eine Förderleistung hat, die geringer ist als die Hydraulikströmungsanforderung des Getriebes, wenn die Pumpe mit der Drehzahl der Primärantriebsmaschine des Fahrzeugs unter Leerlaufbedingungen arbeitet.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, wobei das erste Element der Planetenradgruppe ununterbrochen direkt mit dem Rotor der Pumpe verbunden ist und das dritte Element der Planetenradgruppe ununterbrochen direkt mit dem angetriebenen Kettenrad der Kettenantriebsanordnung verbunden ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 6, die ferner einen Elektromotor, eine erste Einwegkupplung und eine zweite Einwegkupplung enthält, wobei die erste Einwegkupplung zwischen dem Elektromotor und dem dritten Element der Planetenradgruppe angeordnet ist und die zweite Einwegkupplung zwischen der Primärantriebsmaschine und dem dritten Element der Planetenradgruppe angeordnet ist und wobei die erste und die zweite Einwegkupplung so orientiert sind, dass die Primärantriebsmaschine oder der Elektromotor, je nachdem, wer die höhere Drehzahl besitzt, das dritte Element der Planetenradgruppe antreibt, wobei die zweite Einwegkupplung an dem antreibenden Kettenrad der Kettenantriebsanordnung angeordnet ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, die ferner einen Elektromotor, eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung, eine vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung, eine fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung und eine sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung enthält, wobei die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das dritte Element der Planetenradgruppe mit dem Rotor der Pumpe zu verbinden, die vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das angetriebene Kettenrad der Kettenantriebsanordnung mit dem dritten Element der Planetenradgruppe zu verbinden, die fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das erste Element der Planetenradgruppe mit dem Rotor der Pumpe zu verbinden, und die sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung wahlweise in Eingriff gelangen kann, um den Elektromotor mit dem ersten Element der Planetenradgruppe zu verbinden.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, wobei das erste Element der Planetenradgruppe ein Sonnenrad ist, das zweite Element der Planetenradgruppe ein Hohlrad ist und das dritte Element der Planetenradgruppe ein Trägerelement ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, wobei die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung wahlweise in Eingriff gelangen kann, um das zweite Element der Planetenradgruppe mit dem dritten Element der Planetenradgruppe zu verbinden.