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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebseinrichtung.
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Eine solche Antriebseinrichtung ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Die Antriebseinrichtung ist Bestandteil eines Antriebsstranges eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, und dient insbesondere dazu, eine von wenigstens einer Antriebseinheit des Antriebsstrangs bereitgestellte Leistung an wenigstens ein Rad des Kraftwagens übertragen, so dass der Kraftwagen angetrieben wird. Hierzu umfasst die Antriebseinrichtung ein Schaltgetriebe. Das Schaltgetriebe kann als Handschaltgetriebe oder als automatisiertes Schaltgetriebe ausgebildet sein. Das Schaltgetriebe dient insbesondere dazu, die Leistung an die Räder zu übertragen, sowie von der Antriebseinheit bereitgestellte Drehmomente in dem gegenüber unterschiedliche, das heißt höhere oder geringere Drehmomente zu wandeln. Hierzu weist das Schaltgetriebe beispielsweise eine Mehrzahl von unterschiedlichen Fahrstufen oder Gängen auf, die sich beispielsweise in ihrer Übersetzung voneinander unterscheiden. Die Antriebseinrichtung umfasst ferner eine von dem Schaltgetriebe antreibbare Pumpe, welche eine Saugseite und eine Druckseite aufweist. Mittels der Pumpe ist das Schaltgetriebe mit einem Schmiermittel versorgbar. Bei dem Schmiermittel handelt es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit wie Öl, welches auch als Schmieröl oder Getriebeöl bezeichnet wird. Mit anderen Worten dient die Pumpe zum Fördern des Schmiermittels, beispielsweise von einem Schmiermittelreservoir zum Schaltgetriebe. Hierbei saugt die Pumpe das Schmiermittel auf der Saugseite an und fördert das Schmiermittel von der Saugseite zur Druckseite, auf der das Schmiermittel von der Pumpe wegströmt. Dies bedeutet, dass das Schmiermittel die Pumpe auf der Saugseite anströmt. Zum Fördern des Schmiermittels umfasst die Pumpe beispielsweise wenigstens ein Pumpenelement, das beispielsweise an einem Gehäuse relativ zu dem Gehäuse bewegbar-aufgenommen ist.
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Darüber hinaus ist eine Ventileinrichtung vorgesehen, welche zwischen wenigstens einer Kurzschlussstellung und wenigstens einer Schließstellung verstellbar ist. In der Kurzschlussstellung gibt die Ventileinrichtung einen die Druckseite mit der Saugseite fluidisch verbindenden Kurzschlusskanal frei, so dass das Schmiermittel auf der Druckseite in den Kurzschlusskanal einströmen, den Kurzschlusskanal durchströmen und somit zur Saugseite zurückströmen kann. Hierbei umgeht das den Kurzschlusskanal durchströmende Schmiermittel das Pumpenelement. Dies bedeutet, dass zumindest ein Teil des Schmiermittels bei geöffneter Ventileinrichtung, das heißt wenn sich die Ventileinrichtung in ihrer Kurzschlussstellung befindet, mittels des Pumpenelements im Kreis gefördert wird, da das Schmiermittel von der Saugseite zur Druckseite mittels des Pumpelements gefördert wird und wieder über den Kurzschlusskanal unter Umgehung des Pumpenelements von der Druckseite zurück zur Saugseite strömen kann. In der Schließstellung ist der Kurzschlusskanal mittels der Ventileinrichtung fluidisch versperrt, so dass das Schmiermittel den Kurzschlusskanal nicht durchströmen kann.
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Darüber hinaus umfasst die Antriebseinrichtung eine betätigbare Kupplungseinrichtung zum Koppeln des Schaltgetriebes mit der Antriebseinheit. Durch Betätigen der Kupplungseinrichtung, welche beispielsweise eine Lamellenkupplung ist, wird die Kupplungseinrichtung beispielsweise ausgekuppelt oder geöffnet, so dass die Antriebseinheit von dem Schaltgetriebe entkoppelt ist und das Schaltgetriebe nicht von der Antriebseinheit angetrieben werden kann. Wird die Betätigung der Kupplungseinrichtung beendet beziehungsweise wird die Kupplungseinrichtung entsprechend erneut betätigt, so wird die Kupplungseinrichtung eingekuppelt beziehungsweise geschlossen, so dass die Antriebseinheit mit dem Schaltgetriebe gekoppelt ist und das Schaltgetriebe von der Antriebseinheit angetrieben werden kann. Darunter ist zu verstehen, dass Drehmomente von der Antriebseinheit über die Kupplungseinrichtung durch das Schaltgetriebe übertragen werden.
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Bei der genannten Ventileinrichtung handelt es sich üblicherweise um ein Überdruckventil zum Begrenzen eines auf der Druckseite herrschenden Drucks des Schmiermittels. Das Überdruckventil ist somit ein Druckbegrenzungsventil oder Druckbegrenzer, mittels welchem verhindert wird, dass der Druck des Schmiermittels auf der Druckseite einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
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Eine Pumpe mit einer solchen Ventileinrichtung ist beispielsweise der
DE 199 13 897 A1 als bekannt zu entnehmen.
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Zum Wechseln beziehungsweise Ändern der Fahrstufen beziehungsweise Gänge des Schaltgetriebes sind Betätigungskräfte aufzubringen, welche auch als Schaltkräfte bezeichnet werden und üblicherweise hoch sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Antriebseinrichtung sowie ein Verfahren zu schaffen, mittels welchen die Betätigungskräfte besonders gering gehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Antriebseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Betätigungskräfte zum Wechseln von Fahrstufen beziehungsweise Gängen des Schaltgetriebes besonders gering gehalten werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ventileinrichtung in Abhängigkeit von der Betätigung der Kupplungseinrichtung zwischen der Kurzschlussstellung und der Schließstellung verstellbar ist. Mit anderen Worten ist die Pumpe als kupplungsbetätigt schaltbare Pumpe ausgebildet. Wird die Kupplungseinrichtung beispielsweise betätigt und dabei geöffnet, so wird vorzugsweise die Ventileinrichtung in ihre Kurzschlussstellung verstellt, so dass das Schmiermittel über den Kurzschlusskanal von der Druckseite zur Saugseite zurückströmen kann und demzufolge mittels der Pumpe im Kreis gefördert wird. Dadurch kann das Schleppmoment des Schaltgetriebes während eines Wechsels einer Fahrstufe beziehungsweise eines Ganges des Schaltgetriebes, das heißt während eines Schaltvorganges reduziert werden, da das Schaltgetriebe im Vergleich zur Schließstellung der Ventileinrichtung ein geringeres Drehmoment zum Antreiben der Pumpe bereitstellen muss. Hierdurch können insbesondere Betätigungskräfte beziehungsweise Schaltkräfte beim Rückschalten reduziert werden. Ferner können schleppmomentbedingte Schaltablaufstörungen beim Einspuren von Synchronisierungen, wie beispielsweise zweite Druckpunkte und Kaltschaltkratzen, sowie Schaltablaufstörungen beim Entsperren der Synchronisierungen, wie beispielsweise Entsperrhemmungen, insbesondere dann, wenn das Schaltgetriebe nur eine geringe Temperatur aufweist, zumindest gering gehalten werden. Mit anderen Worten ist es möglich, zu synchronisierende Schleppmomente im Schaltgetriebe, welche durch hydraulische Pumpleistungen bedingt sind, zu reduzieren, so dass die erforderlichen Betätigungskräfte, insbesondere Schaltkräfte, insbesondere dann gering gehalten werden können, wenn das Schaltgetriebe eine nur geringe Temperatur aufweist. Ferner können Entsperrstörungen beziehungsweise Entsperrhemmungen beim Entsperren der Synchronisierungen zumindest gering gehalten werden. Außerdem ist es möglich, die Verlustleistung der Pumpe während des Wechsels der Fahrstufen beziehungsweise Schaltvorgangs zu reduzieren.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Versorgungskanal vorgesehen ist, welcher von einer Flüssigkeit zum Betätigen der Kupplungseinrichtung durchströmbar ist. Hierbei ist die Ventileinrichtung als hydraulisch betätigbare und fluidisch mit dem Versorgungskanal verbundene Ventileinrichtung ausgebildet, welche mittels der Flüssigkeit verstellbar ist. Dies gestaltet das Betätigen der Ventileinrichtung besonders einfach.
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Die Ventileinrichtung kann des Weiteren als elektrisch betätigbare Ventileinrichtung ausgebildet sein.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn wenigstens eine Sensoreinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher die Betätigung der Kupplungseinrichtung erfassbar und ein die Betätigung der Kupplungseinrichtung charakterisierendes, elektrisches Signal bereitstellbar ist. Hierbei ist die elektrisch betätigbare Ventileinrichtung in Abhängigkeit von dem Signal verstellbar.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Ventileinrichtung als Überdruckventil zum Begrenzen eines auf der Druckseite herrschenden Drucks des Schmiermittels ausgebildet ist.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen, insbesondere einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung, wobei die Ventileinrichtung zwischen der Kurzschlussstellung und der Schließstellung in Abhängigkeit von der Betätigung der Kupplungseinrichtung verstellt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und ungekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Vorderansicht eines Schaltgetriebes einer Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen;
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2 eine schematische, geschnittene und perspektivische Seitenansicht des Schaltgetriebes;
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3 eine schematische und geschnittene Vorderansicht einer von dem Schaltgetriebe antreibbaren Pumpe zum Versorgen des Schaltgetriebes mit einem Schmiermittel in Form von Öl;
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4 eine weitere schematische und teilweise geschnittene Vorderansicht der Pumpe, welche ein Überdruckventil zum Begrenzen eines auf einer Druckseite der Pumpe herrschenden Drucks des Öls aufweist;
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5 eine schematische Darstellung der Antriebseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, bei welcher eine von dem Überdruckventil unterschiedliche und zusätzlich dazu vorgesehene Ventileinrichtung in Abhängigkeit von einer Betätigung einer Kupplungseinrichtung der Antriebseinrichtung zwischen einer Kurzschlussstellung und einer Schließstellung verstellbar ist, wobei sich die Ventileinrichtung in der Schließstellung befindet;
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6 eine weitere schematische Darstellung der Antriebseinrichtung gemäß 5, wobei sich die Ventileinrichtung in ihrer Kurzschlussstellung befindet;
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7 eine schematische Darstellung der Antriebseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei sich die als Überdruckventil ausgebildete Ventileinrichtung in ihrer Schließstellung befindet;
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8 eine weitere schematische Darstellung der Antriebseinrichtung gemäß
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7, wobei sich die Ventileinrichtung in ihrer Kurzschlussstellung befindet;
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9 ein hydraulischer Schaltplan der Antriebseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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10 ein hydraulischer Schaltplan der Antriebseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
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11 ein hydraulischer Schaltplan der Antriebseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform; und
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12 ein hydraulischer Schaltplan der Antriebseinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Schaltgetriebe einer Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen. Das Schaltgetriebe 10 ist auch in 2 in einer geschnittenen und perspektivischen Seitenansicht gezeigt und insbesondere als Handschaltgetriebe ausgebildet. Das Schaltgetriebe 10 weist eine Mehrzahl von schaltbaren Gängen auf, die jeweilige Zahnräder umfassen, welche auch als Gangräder bezeichnet werden. Die Zahnräder sind Getriebeelemente, die in einem Getriebegehäuse 12 des Schaltgetriebes 10 angeordnet sind. Als weitere Getriebeelemente umfasst das Schaltgetriebe 10 Wellen, welche an dem Getriebegehäuse 12 um eine Drehachse relativ zu dem Getriebegehäuse 12 drehbar gelagert sind. Eine dieser Wellen ist eine aus 2 erkennbare Vorgelegewelle 14. Die genannten Gangräder sind dabei auf den Wellen angeordnet. Aus 2 ist ein Abtriebsflansch 16 des Schaltgetriebes zu erkennen, über welchen das Schaltgetriebe 10 mit einer Welle des Kraftwagens verbindbar ist. Das Schaltgetriebe 10 kann über den Abtriebsflansch 16 Drehmomente bereitstellen, welche über den Abtriebsflansch 16 auf die Welle übertragen werden können.
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In Zusammenschau mit 5 ist erkennbar, dass die Antriebseinrichtung eine Kupplungseinrichtung umfasst, welche als Kupplung 18 bezeichnet ist. Die Antriebseinrichtung ist beispielsweise Bestandteil eines Antriebsstrangs zum Antreiben des Kraftwagens, wobei der Antriebsstrang wenigstens eine Antriebseinheit umfasst. Diese Antriebseinheit ist beispielsweise ein Motor, insbesondere ein Verbrennungsmotor, welcher eine Abtriebswelle aufweist, über welche der Motor Antriebsleistung und somit Drehmomente zum Antreiben des Kraftwagens bereitstellt. In einem Drehmomentenfluss von dem Motor zu dem Schaltgetriebe 10 ist die Kupplung 18 zwischen dem Motor und dem Schaltgetriebe 10 angeordnet. Die Kupplung 18 dient somit dazu, die vom Motor bereitgestellten Drehmomente auf das Schaltgetriebe 10 übertragen, so dass das Schaltgetriebe 10 von den Drehmomenten und somit von dem Motor angetrieben wird. Die Kupplung 18 ist zwischen einer in 5 gezeigten geschlossenen Stellung und wenigstens einer in 6 gezeigten geöffneten Stellung bewegbar. In der geschlossenen Stellung ist der Motor mit dem Schaltgetriebe 10 über die Kupplung 18 gekoppelt, so dass die vom Motor bereitgestellten Drehmomente über die Kupplung 18 auf das Schaltgetriebe 10 übertragen werden und das Schaltgetriebe 10 vom Motor angetrieben wird. In der geöffneten Stellung jedoch ist der Motor vom Schaltgetriebe 10 entkoppelt, so dass das Schaltgetriebe 10 nicht vom Motor angetrieben wird.
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Die Kupplung 18 ist beispielsweise über ein Betätigungselement, insbesondere in Form eines Pedals 32, von dem Fahrer des Kraftwagens betätigbar und dadurch aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung überführbar. Mit anderen Worten, betätigt der Fahrer das Pedal, wobei das Pedal mit einer Kraft beaufschlagt ist, so wird dadurch die Kupplung 18 durch den Fahrer betätigt und dabei aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung verstellt. Beendet der Fahrer die Betätigung des Pedals, das heißt, beendet der Fahrer die Beaufschlagung des Pedals mit der Kraft, so wird die Kupplung 18 mittels wenigstens eines Federelements, welches in der geöffneten Stellung der Kupplung 18 gespannt ist, aus der geöffneten Stellung zurück in die geschlossene Stellung bewegt, da sich das Federelement zumindest teilweise entspannen kann, wenn der Fahrer die Betätigung des Pedals beendet.
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Die Kupplung 18 wird betätigt, das heißt aus ihrer geschlossenen Stellung in ihre geöffnete Stellung bewegt, um einen Gangwechsel, das heißt einen Schaltvorgang, durchzuführen. Mit anderen Worten, soll von einem der Gänge in einen anderen der Gänge des Schaltgetriebes 10 geschaltet werden, so wird die Kupplung 18 geöffnet, um den Drehmomentenfluss zwischen dem Motor und dem Schaltgetriebe 10 zu unterbrechen und dadurch einen beschädigungsfreien und verschleißarmen Gangwechsel zu ermöglichen. Bislang wurde auf eine von dem Fahrer zu bewirkende Betätigung der Kupplung 18 Bezug genommen. Die vorigen und folgenden Ausführungen können jedoch auch ohne weiteres auf eine automatische beziehungsweise automatisierte Betätigung der Kupplung 18 oder einer entsprechenden Kupplungseinrichtung übertragen werden, wobei zum Betätigen der Kupplung 18 wenigstens ein Aktor vorgesehen ist.
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Aus 3 und 4 ist erkennbar, dass die Antriebseinrichtung auch eine im Ganzen mit 20 bezeichnete Pumpe umfasst, welche auch als Ölpumpe bezeichnet wird. Die Pumpe 20 wird von dem Schaltgetriebe 10 angetrieben. Hierbei ist die Pumpe 20 als permanent angetriebene Ölpumpe ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Pumpe 20 permanent mit dem Schaltgetriebe 10 gekoppelt und demzufolge von dem Schaltgetriebe 10 antreibbar ist. Aus 3 ist erkennbar, dass die Pumpe 20 eine Saugseite 22 und eine Druckseite 24 aufweist und dazu dient, das Schaltgetriebe 10 mit einem Schmiermittel in Form von Öl zu versorgen. Die Pumpe 20 weist dabei ein Gehäuse 26 mit einem Pumpenraum 28 auf, in welchem wenigstens ein in 3 nicht dargestelltes Pumpenelement aufgenommen ist. Das Pumpenelement ist relativ zu dem Gehäuse 26 bewegbar, insbesondere drehbar, und wird von dem Schaltgetriebe 10 angetrieben, wodurch das Schmiermittel mittels der Pumpe 20, das heißt mittels des Pumpenelements, gefördert wird.
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Mittels der Pumpe 20 wird insbesondere wenigstens ein Radsatz des Schaltgetriebes 10 mit dem Schmiermittel (Öl) versorgt und dadurch geschmiert, wobei beispielsweise eine Trockensumpfschmierung realisierbar ist. Die Pumpe 20 kann alternativ als Zusatzschmierpumpe bei einer Tauchschmierung ausgebildet sein. Im Rahmen des Förderns des Öls saugt die Pumpe 20 auf ihrer Saugseite 22 das Öl an, wobei das Öl mittels des Pumpenelements von der Saugseite 22 auf der Druckseite 24 gefördert wird. Dies bedeutet, dass das Öl auf der Saugseite 22 die Pumpe 20 anströmt und auf der Druckseite 24 von der Pumpe 20 wegströmt.
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Zum Betätigen der Kupplung 18 ist eine Betätigungseinrichtung 30 vorgesehen, welche das Pedal 32 umfasst, welches auch als Kupplungspedal bezeichnet wird. Ferner umfasst die Betätigungseinrichtung 30 einen Geberzylinder 34 und einen Geberkolben 36, welcher in dem Geberzylinder 34 translatorisch bewegbar aufgenommen und gelenkig mit dem Kupplungspedal (Pedal 32) bewegbar ist. Die Kupplung 18 ist dabei als hydraulisch betätigbare beziehungsweise hydraulisch betätigte Kupplung ausgebildet, wobei die vom Fahrer auf das Kupplungspedal (Pedal 32) ausgeübte Kraft hydraulisch, das heißt über eine Flüssigkeit, auf die Kupplung 18 übertragen wird. Die Betätigungseinrichtung 30 umfasst ferner einen Nehmerzylinder 38 und einen Nehmerkolben 40, welcher translatorisch bewegbar in dem Nehmerzylinder 38 angeordnet ist. Eine Arbeitskammer 41 des Geberzylinders 34 ist über einen durch eine Kupplungsleitung 42 begrenzten Versorgungskanal 44 fluidisch mit eine Arbeitskammer 46 des Nehmerzylinders 38 verbunden.
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Durch Betätigen des Kupplungspedals 32 wird der Geberkolben 36 in Richtung eines Bodens 48 des Geberzylinders 34 bewegt, wodurch die Flüssigkeit zum Betätigen der Kupplung 18 über wenigstens eine Öffnung 50 im Boden 48 aus der Arbeitskammer 41 gedrückt wird. Die aus der Arbeitskammer 41 gedrückte Flüssigkeit kann durch die Kupplungsleitung 42 hindurch und in den Arbeitsraum des Nehmerzylinders 38 strömen. Dadurch wird der Nehmerkolben 40 von einem Boden 52 des Nehmerzylinders 38 wegbewegt. Der Nehmerkolben 40 ist über einen Hebel 54 gelenkig mit der Kupplung 18 verbunden, so dass – wenn der Nehmerkolben 40 vom Boden 52 wegbewegt wird – die Kupplung 18 geöffnet wird. In der Arbeitskammer 46 des Nehmerzylinders 38 ist ferner ein Federelement 56 angeordnet, welches einerseits am Boden 52 abgestützt und andererseits mit dem Nehmerkolben 40 verbunden ist.
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Beispielsweise ist die Kupplung 18 als hydraulisch betätigte Ein- oder Mehrscheibenkupplung ausgebildet. Die vorigen und folgenden Ausführungen sind jedoch auch beispielsweise auf manuell-mechanisch betätigte Kupplungen oder elektrisch betätigte Kupplungen übertragbar.
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Beispielsweise ist eine Trockensumpfschmierung des Radsatzes des Schaltgetriebes 10 vorgesehen, wobei die Pumpe 20 direkt von der Vorgelegewelle 14 angetrieben wird.
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Aus 4 ist ein Überdruckventil 58 erkennbar, welches dazu dient, einen auf der Druckseite 24 herrschenden Druck des Öls zu begrenzen. Hierzu umfasst das Überdruckventil 58 eine Überdruckkolben 60, welcher – wenn der auf der Druckseite 24 herrschende Druck des Schmiermittels einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet – öffnet. Dabei ist wenigstens ein erster Kurzschlusskanal vorgesehen, welcher beispielsweise als Bohrrohr ausgebildet ist, welcher auch als Absteuerbohrung bezeichnet wird. Diese Absteuerbohrung verläuft beispielsweise in dem Gehäuse 26. Das Überdruckventil 58, insbesondere der Überdruckkolben 60, ist zwischen einer Kurzschlussstellung und einer Schließstellung verstellbar, insbesondere translatorisch bewegbar. Öffnet der Überdruckkolben 60, so befindet er sich in seiner Kurzschlussstellung, in welcher der Überdruckkolben 60 den ersten Kurzschlusskanal, das heißt die Ansteuerbohrung, fluidisch freigibt. Über den ersten Kurzschlusskanal ist die Saugseite 22 mit der Druckseite 24 fluidisch verbunden. Wird der ersten Kurzschlusskanal fluidisch freigegeben, so kann das Öl auf der Druckseite 24 in den ersten Kurzschlusskanal einströmen, den ersten Kurzschlusskanal durchströmen und über diesen zurück zur Saugseite 22 strömen. Das den ersten Kurzschlusskanal durchströmende Öl wird somit vom Pumpenelement im Pumpenraum 28 im Kreis gefördert. In der Schließstellung ist der erste Kurzschlusskanal mittels des Überdruckventils 58, insbesondere des Überdruckkolbens 60, fluidisch versperrt, so dass das Öl den ersten Kurzschlusskanal nicht durchströmen kann. In der Kurzschlussstellung ergibt sich somit eine Kurzschlussströmung des Öls, so dass zumindest ein Teil des Öls mittels des Pumpenelements im Kreis gefördert wird, da das Öl, beziehungsweise zumindest ein Teil des Öls, von der Saugseite 22 zur Druckseite 24 gefördert wird und gleich wieder, das heißt beispielsweise ohne den Radsatz zu schmieren, zurück zur Saugseite 22 strömen kann.
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Dadurch, dass die Pumpe 20 permanent von der Vorgelegewelle 14 angetrieben wird, wirkt auf die Vorgelegewelle 14 ein Schleppmoment, welches – falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind – permanent, das heißt bei geschlossener und auch bei geöffneter Kupplung 18 permanent verzögernd auf die Vorgelegewelle 14 wirkt. Dieses Schleppmoment der Pumpe 20 ist umso größer, je kälter das Öl und je höher dessen Viskosität ist. Üblicherweise werden die Vorgelegewelle 14 und somit die Pumpe 20 bei Schaltvorgängen und einer damit einhergehenden, jeweiligen Drehzahlanpassung durch eine Synchronisierung bei Hochschaltungen verzögert und bei Rückschaltungen beschleunigt, um eine jeweilige Gleichlaufdrehzahl zum Einlegen des gewünschten, einzulegenden Gangs zu gewährleisten, wobei dieser gewünschte, einzulegende Gang auch als Zielgang bezeichnet wird. Hierbei wirkt sich der Schleppmoment der Pumpe 20 insbesondere bei Rückschaltungen üblicherweise in folgenden Punkten negativ auf den Schaltvorgang aus: je höher der Schleppmoment ist, umso höher sind die erforderlichen Betätigungs- beziehungsweise Schaltkräfte an der Synchronisierung und damit an einem in dem Innenraum des Kraftwagens angeordneten Schalthebel, über welchen der Fahrer den Schaltvorgang, das heißt den Gangwechsel vornehmen kann. Je höher das Schleppmoment ist, umso häufiger treten Einspurstörungen, wie zweite Druckpunkte, Kaltschaltkratzen oder Entsperrhemmung auf, die den Schaltkomfort verschlechtern. Je höher das Schleppmoment ist, umso größer ist die fahrzeugseitige Verzögerung während des Schaltvorgangs und damit der Verlust der kinetischen Energie des Kraftwagens.
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Die Pumpe 20 ist beispielsweise als Gerotorpumpe ausgebildet. Die vorigen und folgenden Ausführungen können jedoch ohne Weiteres auch auf andere Pumpentypen übertragen werden. Beispielsweise ist das Überdruckventil 58 in einem Pumpendeckel 62 angeordnet, welche mit dem Gehäuse 26 zu verbinden ist. Das Überdruckventil 58 verbindet die Druckseite 24 mit der Saugseite 22 im Falle einer Drucküberschreitung des auslegungsbedingten Überdrucks über den ersten Kurzschlusskanal, welcher auch als Überströmkanal bezeichnet wird, wodurch eine sogenannte Kreislaufförderung der Pumpe 20 bewirkt wird. Diese Kreislaufförderung wird auch als Nullförderung bezeichnet.
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Um nun die genannten Nachteile, welche von dem aus dem Antrieb der Pumpe 20 resultierenden Schleppmoment bewirkt werden, zumindest zu reduzieren, ist – wie aus 5 und 6 erkennbar ist – eine Ventileinrichtung 64 vorgesehen, welche auch als Steuerventil bezeichnet wird. 5 und 6 zeigen eine erste Ausführungsform der Antriebseinrichtung, bei welcher die Ventileinrichtung 64 eine vom Überdruckventil 58 unterschiedliche und zusätzlich dazu vorgesehene Ventileinrichtung ist. Somit ist bei der ersten Ausführungsform ein vom ersten Kurzschlusskanal unterschiedlicher und zusätzlich dazu vorgesehener, zweiter Kurzschlusskanal 66 vorgesehen, welcher einen Öldruckleitungsteil 68 und einen Ölsaugleitungsteil 70 umfasst. Die Ventileinrichtung 64 ist dabei zwischen wenigstens einer Kurzschlussstellung und wenigstens einer Schließstellung verstellbar. In der Kurzschlussstellung gibt die Ventileinrichtung 64 den weiteren Kurzschlusskanal 66 frei, über welchen die Saugseite 22 mit der Druckseite 24 fluidisch verbunden ist, wobei diese Kurzschlussstellung in 6 gezeigt ist. Wie bereits zum Überdruckventil 58 geschildert, kann somit zumindest ein Teil des Öls auf der Druckseite 24 in den weiteren Kurzschlusskanal 66 einströmen, den weiteren Kurzschlusskanal 66 durchströmen und dadurch zurück zur Saugseite 22 unter Umgehung des Pumpenraums 28 und des darin angeordneten Pumpenelements strömen, so dass eine Kreislaufförderung der Pumpe 20 bewirkt ist, ohne dass jedoch hierzu das Überdruckventil 58 geöffnet ist. In der Schließstellung der Ventileinrichtung 64 ist der weitere Kurzschlusskanal 66 mittels der Ventileinrichtung 64 fluidisch versperrt, so dass das Öl den weiteren Kurzschlusskanal 66 nicht durchströmen kann. Diese Schließstellung ist in 5 dargestellt.
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Die Ventileinrichtung 64 ist dabei ein zusätzliches Schaltventil zwischen der Druckseite 24 und der Saugseite 22 der Pumpe 20. Die Ventileinrichtung 64 umfasst dabei einen Zylinder 71, in welchem ein Kolben 72, vorliegend in Form eines Doppelkolbens translatorisch bewegbar angeordnet ist. Der Zylinder 71 weist einen im Ganzen mit 74 bezeichneten Arbeitsraum auf, welcher mittels des Kolbens 72 in zwei Arbeitskammern 76 und 78 unterteilt ist. Die Kupplungsleitung 42 ist dabei an die Arbeitskammer 76 angeschlossen, wobei die Arbeitskammer 78 im weiteren Kurzschlusskanal 66 angeordnet ist. Aus 6 ist erkennbar, dass der Öldruckleitungsteil 68 und der Ölsaugleitungsteil 70 fluidisch mit der Arbeitskammer 78 gekoppelt sind.
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Ferner umfasst die Ventileinrichtung 64 ein Federelement 80, welches einerseits am Zylinder 71 und andererseits am Kolben 72 abgestützt ist.
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Gegenüber der in 6 gezeigten Kurzschlussstellung ist das Federelement 80 in der in 5 gezeigten Schließstellung der Ventileinrichtung 64 zumindest teilweise entspannt, wobei die Verbindung zwischen dem Öldruckleitungsteil 68 und dem Ölsaugleitungsteil 70 im unbetätigten Zustand der Ventileinrichtung 64 beziehungsweise des Kolbens 72 federbelastet, das heißt mittels des Federelements 80 geschlossen beziehungsweise unterbrochen ist. In diesem Zustand kann die Pumpe 20 den maximalen Druck des Öls aufbringen beziehungsweise bewirken und fördert das Öl auf die Druckseite 24 und insbesondere in den Öldruckleitungsteil 68, so dass das Öl zu jeweiligen Schmierstellen im Schaltgetriebe 10 gelangen kann. Somit wirkt an der Vorgelegewelle 14 das volle, föderungsbedingte Schleppmoment der Pumpe 20. Wie aus 5 erkennbar ist, ist hierbei das Kupplungspedal (Pedal 32) unbetätigt und der Geberzylinder 34 der Betätigungseinrichtung 30 ist drucklos. Der Nehmerzylinder 38 und die Ventileinrichtung 64 sind somit ebenfalls drucklos, und die Kupplung 18 ist geschlossen.
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Wird nun zum Einleiten eines Schaltvorgangs das Kupplungspedal durch den Fahrer betätigt, wie es in 6 dargestellt ist, so baut sich im Geberzylinder 34 und somit in einem Kupplungshydrauliksystem ein Druck zum Betätigen des Nehmerzylinders 38 und somit der Kupplung 18 auf. Der als Steuerkolben fungierende Kolben 72 im Zylinder 71 wird dabei gegen die Federkraft des Federelements 80, das heißt unter Komprimieren des Federelements 80 soweit verschoben, dass die zuvor genannte Verbindung zwischen dem Öldruckleitungsteil 68 und dem Ölsaugleitungsteil 70 freigegeben wird. Mit anderen Worten ist dann der weitere Kurzschlusskanal 66 fluidisch freigegeben, so dass der Öldruckleitungsteil 68 fluidisch mit dem Ölsaugleitungsteil 70 verbunden ist. Der Druck des Öls auf der Druckseite 24 wird somit entlastet, und die Pumpe 20 fördert im Kreis beziehungsweise im Kreislauf zwischen dem Öldruckleitungsteil 68 und dem Ölsaugleitungsteil 70. Das Antriebsmoment der Pumpe 20 und damit das an der Vorgelegewelle 14 wirkende Schleppmoment verringern sich auf ein zur zumindest nahezu drucklosen Umlaufförderung notwendiges Drehmoment.
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Wird nun vom Fahrer des Schalthebel betätigt, um einen Gangwechsel beziehungsweise Schaltvorgang zu vollziehen, so wirkt an zu synchronisierenden Drehmassen des Schaltgetriebes 10 ein deutlich geringeres Schleppmoment. Hieraus ergeben sich folgende Vorteile: eine Reduktion der Schaltkräfte, insbesondere bei kaltem Schaltgetriebe 10, eine Reduktion von Einspurstörungen an der Synchronisierung wie zweite Druckpunkte und Kaltschaltkratzen, eine Reduktion von Entsperrstörungen an der Synchronisierung (Entsperrhemmung) sowie eine Reduktion der fahrzeugseitigen Verzögerung während des Schaltvorgangs und damit eine Verringerung des Verlustes der kinetischen Energie des Kraftwagens.
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In der Kurzschlussstellung der Ventileinrichtung 64 fördert die Pumpe 20 kein Öl oder nur eine geringe Ölmenge an die entsprechenden Schmierstellen. Für Öldüsen, welche auch auf die Synchronisierungen gerichtet sind, ist dies zwar von Vorteil, da das Öl in einem Reibpaket der Synchronisierungen erst durch schaltfkraftbedingte Axialkraft aus der Synchronisierung abgeleitet werden muss, um den vollen Reibwert aufzubauen. An Lagerschmierstellen und Zahnkontaktstellen ist jedoch eine Schmierung im Lastbetrieb des Schaltgetriebes 10 erforderlich. Im Falle einer Schaltung, das heißt während die Kupplung 18 geöffnet ist, wirken jedoch auf den Radsatz im Vergleich zum Nennmoment des Schaltgetriebes 10 nur vergleichsweise geringe Drehmomente. Weiterhin nimmt der zeitliche Anteil einer Schaltung, gemessen an der Gesamtbetriebsdauer des Schaltgetriebes 10, einen geringen Anteil ein. Daher kann davon ausgegangen werden, dass die vor jedem Schaltvorgang erfolgte Ölschmierung sowie die Notlaufeigenschaften der ölbenetzten Radsatzpaare im quasi lastlosen Zustand des Schaltvorgangs ausreichend sind, um die Schmierung der Getriebekomponenten ohne Verringerung der Lebensdauer des Schaltgetriebes 10 zu realisieren.
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7 und 8 zeigen eine zweite Ausführungsform der Antriebseinrichtung. Bei der zweiten Ausführungsform übernimmt die Ventileinrichtung 64 die zuvor beschriebene Funktion des Überdruckventils 58. Mit anderen Worten ist bei der zweiten Ausführungsform das Überdruckventil 58 in die Ventileinrichtung 64 integriert. Hierbei fungiert ein Teil des Kolbens 72 als Überdruckkolben 60, der entgegen einer Federkraft eines Federelements 82 öffnet, wenn der auf der Druckseite 24 herrschende Druck des Öls den vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
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Bei der zweiten Ausführungsform ist die Ventileinrichtung 64 somit in den Pumpendeckel 62 integriert.
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Wird nun das Kupplungspedal vom Fahrer betätigt, wird neben der Ausrückung der Kupplung 18, wie bei der ersten Ausführungsform, ein Druck im Zylinder 71 aufgebaut, wodurch der als Steuerkolben fungierende Kolben 72 verschoben wird, wie es in 8 dargestellt ist.
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Der mit dem Kolben 72 verbundene beziehungsweise in den Kolben 72 integrierte Überdruckkolben 60 wird hiermit ebenfalls verschoben, und gibt den Überstromkanal, das heißt den ersten Kurzschlusskanal 90 zwischen der Druckseite 24 und der Saugseite 22 der Pumpe 20 frei. Bei der zweiten Ausführungsform wird somit der erste Kurzschlusskanal 90 sowohl zur Druckbegrenzung als auch zum Bewirken der Nullförderung beziehungsweise der Kreislaufförderung während eines Schaltvorgangs verwendet. Durch Freigeben des ersten Kurzschlusskanals 90 wird nun wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, das Öl zumindest nahezu drucklos im Kreis gefördert. Das Schleppmoment der Pumpe 20 wird auf das Reibmoment der Pumpe 20 und des strömenden Öls reduziert.
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Mittels der zweiten Ausführungsform kann der Bauraumbedarf der Ventileinrichtung 64 besonders gering gehalten werden, ohne zusätzliche Ölleitungen zum Steuerventil (Ventileinrichtung 64) zu benötigen. Weiterhin entfällt im Vergleich zur ersten Ausführungsform ein Steuerkolben und eine Feder durch Doppelnutzung des Überdruckkolbens 60 und dessen Federelements 82.
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9 zeigt einen Schaltplan der ersten Ausführungsform, wobei 10 einen Schaltplan der zweiten Ausführungsform zeigt. In 9 und 10 sind mit 84 die genannten Schmierstellen bezeichnet, wobei mit 86 die Öldüsen bezeichnet sind, welche auch als Beölungsdüsen bezeichnet werden. Ferner ist in 9 und 10 das Ölsreservoir mit 88 bezeichnet. Wie aus 9 zu erkennen ist, ist die Ventileinrichtung 64 beispielsweise als 2/2-Wege-Ventil ausgebildet.
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11 zeigt einen hydraulischen Schaltplan einer dritten Ausführungsform der Antriebseinrichtung. Bei der dritten Ausführungsform ist die Ventileinrichtung 64 wie bei der ersten Ausführungsform eine vom Überdruckventil 58 unterschiedliche, zusätzlich dazu vorgesehene Ventileinrichtung. Jedoch ist die Ventileinrichtung 64 bei der dritten Ausführungsform als elektrohydraulisches Steuerventil ausgebildet, welches die gleichen Funktionen und Aufgaben erfüllt, wie die Ventileinrichtung 64 der ersten und der zweiten Ausführungsform. Mit anderen Worten ist die Ventileinrichtung 64 als elektrisch betätigbare Ventileinrichtung ausgebildet.
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12 zeigt einen hydraulischen Schaltplan einer vierten Ausführungsform der Antriebseinrichtung. Bei der vierten Ausführungsform übernimmt die Ventileinrichtung 64 wie bei der zweiten Ausführungsform die Funktion des Überdruckventils. Mit anderen Worten ist auch bei der vierten Ausführungsform das Überdruckventil 58 in die Ventileinrichtung 64 integriert. Bei der vierten Ausführungsform ist die Ventileinrichtung 64 jedoch wie bei der dritten Ausführungsform als elektrisch betätigbare Ventileinrichtung, insbesondere als elektrohydraulisches Steuerventil, ausgebildet. Dabei erfüllt die Ventileinrichtung 64 der vierten Ausführungsform die gleichen Aufgaben und Funktionen wie die Ventileinrichtung 64 der ersten und der zweiten Ausführungsform. Die als elektrisch betätigbare Ventileinrichtung ausgebildete Ventileinrichtung ist beispielsweise für automatisierte Kupplungssysteme sowie für automatisierte Schaltgetriebe einsetzbar, um den Vorteil der Schleppmomentreduzierung während des Schaltvorgangs auch hier nutzen zu können. Hierbei kann beispielsweise ein für die dann automatisierte Kupplung 18 verwendetes Steuersignal, anhand dessen die Kupplung 18 geöffnet wird, genutzt werden, um das elektrohydraulische Steuerventil zu betätigen und damit die Nullförderung der Pumpe 20 während des Schaltvorgangs zu erreichen. Eine bedarfsgerechte Ansteuerung der Pumpe 20 je nach Last und Drehzahl des Schaltgetriebes 10 ist damit ebenfalls möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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