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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer beispielsweise für ein Doppelkupplungsgetriebe eines Kraftfahrzeuges bestimmten Verdrängerpumpe und zur Erzeugung eines möglichst konstanten Schalt- oder Kühlöldruckes, bei dem die Antriebsleistung eines elektrischen Antriebes auf zumindest eine insbesondere als Zahnradpumpe ausgeführte Verdrängerpumpeneinheit übertragen wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine zur Anwendung bei dem Verfahren bestimmte Verdrängerpumpe zur Erzeugung von Schalt- oder Kühlöldruck, beispielsweise für ein Doppelkupplungsgetriebe, die mit einem elektrischen Antrieb und mit einer Kraftübertragungseinheit zur Übertragung eines Antriebsmomentes auf zumindest eine Verdrängerpumpeneinheit der Verdrängerpumpe ausgestattet ist.
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Automatisierte Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge werden seit geraumer Zeit in unterschiedlichen Kraftfahrzeugtypen genutzt. Sie sind üblicherweise als Stufenwechselgetriebe in Vorgelegebauweise ausgeführt, bei denen Losräder und Festräder auf wenigstens einer Getriebeeingangswelle sowie einer Getriebeausgangswelle angeordnet und zumindest paarweise im Zahneingriff miteinander sind.
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Da das Geräuschniveau in modernen Fahrzeugen stetig weiter sinkt, können Geräusche, die im Getriebe bei Schaltvorgängen entstehen, immer mehr in den Vordergrund rücken. Insbesondere in geräuscharmen Betriebsphasen, zum Beispiel bei Stillstand, sehr langsamer Fahrt oder bei Hybridfahrzeugen, wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet oder im Leerlauf ist, fallen Geräusche besonders negativ auf.
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Die
DE 10 2011 086 134 A1 betrifft ein Verfahren zum geräuschoptimierten Einlegen von Gängen in einem automatisierten Schaltgetriebe mit durch Druckmittel betätigten Schaltelementen, bei dem durch eine Druckabsenkung des Ansteuerungsdruckes der Aktoren der Systemdruck für einen bestimmten bevorstehenden Schaltvorgang oder eine bestimmte Betriebsphase auf ein niedrigeres Druckniveau abgesenkt wird, sodass der Druck gerade noch ausreichend hoch ist, um die sichere Durchführung des Schaltvorganges zu gewährleisten.
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Die
DE 32 49 585 C2 beschreibt eine Zahnradpumpe für inkompressible Medien, insbesondere eine Schmierölpumpe einer Verbrennungskraftmaschine für Fahrzeuge. Durch die Geometrie der Zähne werden Druckschwankungen in dem abgedichteten Zwischenraum am Zahneingriff der beiden Schrägräder vermieden.
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Ferner betrifft die
WO 2005/001291 A1 eine Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe, insbesondere für Getriebeöl für Automatikgetriebe, mit einem Rotor und mit Seitenwänden, in denen Ausstoßöffnungen angeordnet sind. Dabei soll die Summe der Querschnittsflächen beider Ausstoßöffnungen eines Druckbereiches der Pumpe, bezogen auf dieselbe Zelle, über dem Drehwinkel im Wesentlichen linear oder leicht progressiv ansteigen, um ein akzeptables Geräuschverhalten zu erzielen.
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Bei den aus der
DE 932 882 C bekannten Zahnradpumpen wird eine Abführung der sogenannten Quetschflüssigkeit, die sich im Betrieb der Pumpe in dem Zwischenraum am Zahneingriff der beiden Schrägräder ansammeln kann und dann zu einer größeren Laufunruhe führt, durch eine besondere Formgebung der Zahnflanken erreicht. Die Zahnflanken sämtlicher Zähne sind insbesondere im Wesentlichen ballig ausgeführt, sodass nur für die Zahnmitte ein spielfreier Zahneingriff erhalten wird, während sich an den Zahnenden ein Flankenspiel ergibt, welches für die Quetschflüssigkeit einen Druckausgleich in Bezug auf die Mündungen der Saug- und Druckleitungen erlaubt.
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Aus der
DE 28 10 563 C2 ist noch eine Zahnradpumpe mit speziell geformten Ausnehmungen in den Stirnflächen der Zahnräder einer Schrägverzahnung bekannt.
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Vor allem in der gehobenen Fahrzeugklasse nehmen die Anforderungen an das Geräuschverhalten solcher Verdrängerpumpen zu. Das Geräuschverhalten wird hauptsächlich durch förderprinzipbedingte Volumenstromschwankungen verursacht, weil das verdrängte Volumen bei konstanter Drehzahl zyklisch schwankt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Verdrängerpumpe sowie eine hierfür geeignete Verdrängerpumpe zu schaffen, die einen geräuschoptimierten Betrieb gestattet. Insbesondere sollen unerwünschte, zu Geräuschentwicklungen führende Volumenstromschwankungen sowie Druckpulsationen weitgehend vermieden werden, ohne dass hierzu eine spezielle Drehzahlregelung des elektrischen Antriebes oder eine spezielle Verzahnungsgeometrie erforderlich ist.
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Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem die im Betrieb der Verdrängerpumpe auftretenden Drehungleichförmigkeiten des elektrischen Antriebes mit einem abweichenden Phasenwinkel, insbesondere gegenphasig zu den konstruktiv bedingten Schwankungen des Förderstromes der Verdrängerpumpeneinheit übertragen werden. Die Erfindung macht sich dabei die bei dynamischen Prozessen an Antrieben auftretenden Drehungleichförmigkeiten, also die zyklischen Schwankungen der Drehzahl, verursacht durch periodisch auftretende Drehmomente, zunutze, indem diese den aus dem Verdrängerprinzip der Verdrängerpumpeneinheit resultierenden zyklischen Schwankungen bzw. Schwingungen des verdrängten Volumens bzw. des Fördervolumenstromes mit einem abweichenden Phasenwinkel gezielt überlagert werden. Dadurch ergibt sich im optimalen Fall einer gegenphasigen Überlagerung der Schwankungen bzw. Schwingungen ein nahezu konstanter Druckverlauf bzw. Volumenstromverlauf des mit der Verdrängerpumpe geförderten Fördervolumens. Dabei macht sich die Erfindung die Erkenntnis zunutze, dass nicht etwa die Ansteuerung des elektrischen Antriebes mit dem Ziel, die Drehungleichförmigkeiten zu reduzieren, zu dem gewünschten Ergebnis der mit geringem Aufwand wesentlich reduzierten Druckschwankungen und somit der Vermeidung unerwünschter Geräuschentwicklungen führt. Vielmehr werden erfindungsgemäß lediglich die Drehungleichförmigkeiten des elektrischen Antriebes auf die mit Förderungleichförmigkeiten behaftete Verdrängerpumpeneinheit in geschickter Weise mit einem Phasenversatz übertragen. Es liegt auf der Hand, dass eine solche Schwingungsüberlagerung mit einem vergleichsweise geringen technischen Aufwand realisierbar ist, weil diese im Betrieb keinen ständigen Steuerungseingriff erfordert, sondern in gewissen zeitlichen Abständen und daher im optimalen Fall nur einmalig werkseitig verändert bzw. eingestellt werden muss und anschließend lediglich einen geringen oder keinen weiteren Steuerungs- oder Regelungseingriff erfordert. Darüber hinaus hat sich jedoch auch bereits gezeigt, dass auf diese Weise verblüffend gute Ergebnisse erzielt werden konnten, wobei der erfindungsgemäße Phasenversatz anders als fortlaufende Änderung der Drehzahl des elektrischen Antriebes nicht mit einer verminderten Förderleistung einhergeht. Wesentlich für die Erfindung ist, dass die Kraftübertragung von dem Antrieb auf die Verdrängerpumpeneinheit durch die Ansteuerung des Antriebes derart vorgenommen wird, dass die Drehzahl- oder der Drehmomentverlauf einerseits und der Förderstrom der Verdrängerpumpeneinheit andererseits mit einem Phasenversatz, insbesondere gegenphasig erhalten.
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Die Erfindung ist dadurch realisierbar, dass die Erfassung der jeweiligen Phasenlage und deren optimale Überlagerung herstellerseitig vorgenommen werden kann, sodass im Betrieb keinerlei messtechnische Überwachung mehr erforderlich ist. In vielen Fällen lässt sich die jeweilige Phasenlage bereits konstruktiv bestimmen bzw. versuchsweise ermitteln, sodass der optimale Phasenversatz bereits mit der erstmaligen Inbetriebnahme der Verdrängerpumpe eingestellt werden kann und im weiteren Betrieb keine Anpassung und dementsprechend keine messtechnische Überwachung erforderlich ist.
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Eine andere, ebenfalls besonders praxisgerechte Ausgestaltungsform des Verfahrens wird hingegen auch dann erreicht, wenn die Drehungleichförmigkeiten des elektrischen Antriebes mittels eines Sensors ermittelt werden und die Antriebsleistung des elektrischen Antriebes derart übertragen wird, dass die Drehungleichförmigkeit der Antriebsleistung den konstruktiv bedingten Schwankungen des Förderstromes gegenphasig überlagert wird. Hierdurch können Änderungen der Drehungleichförmigkeiten des elektrischen Antriebes, beispielsweise bedingt durch die elektrische Energieversorgung, erfasst und der relativen Phasenlage entsprechend angepasst werden. Insbesondere kann so mittels der Steuerung die Übertragung der Antriebsleistung flexibel an sich gegebenenfalls ändernde Betriebsbedingungen angepasst werden.
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Weiterhin kann in ähnlicher Weise die Phasenverschiebung aufgrund bestimmter Messwerte eines erfassten Druckverlaufes oder des Volumenstromes des Fördervolumens gesteuert oder geregelt werden. Auf diese Weise können so beispielsweise aufgrund einer Änderung der Viskosität der jeweils geförderten Flüssigkeit, beispielsweise eines Schalt- oder Kühlöles, die sich im Betrieb ableitenden zyklischen Schwankungen des Druckverlaufes oder des Volumenstromes durch eine Änderung der relativen Phasenlage gegenüber dem elektrischen Antrieb entsprechend angepasst werden.
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Hierbei hat es sich bereits als besonders Erfolg versprechend erwiesen, wenn die zur Übertragung der Antriebsleistung des elektrischen Antriebes auf die Verdrängerpumpeneinheit eingesetzte Kraftübertragungseinheit während des Betriebes der Verdrängerpumpe eingestellt wird. Eine besonders einfache Anpassung kann dabei vorgenommen werden, indem während einer kurzen Dauer ein Schlupf der Kraftübertragungseinheit eingestellt und dadurch eine Änderung der relativen Winkelstellung des Antriebes und der Welle der Verdrängerpumpeneinheit erzeugt wird.
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In der Praxis hat es sich bereits als besonders praxisrelevant erwiesen, wenn die Drehungleichförmigkeit durch zumindest einen Messwert mit Bezug auf eine Amplitude, eine Frequenz und/oder eine Phasenlage ermittelt wird, wobei die Werte der Amplitude, der Frequenz und/oder der Phasenlage im Betrieb ermittelt und/oder angepasst werden.
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Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe noch mit einer zur Anwendung bei dem Verfahren bestimmten, insbesondere als eine Zahnradpumpe ausgeführten Verdrängerpumpe zur Erzeugung von Schalt- und/oder Kühlöldruck, beispielsweise bei Doppelkupplungsgetrieben, die mit einem elektrischen Antrieb zur Übertragung eines Antriebsmomentes auf zumindest eine Verdrängerpumpeneinheit mittels einer Kraftübertragungseinheit ausgestattet ist, dadurch gelöst, dass die Antriebsleistung mittels der Kraftübertragungseinheit entsprechend der im Betrieb auftretenden Drehungleichförmigkeiten des elektrischen Antriebes mit einem abweichenden Phasenwinkel, insbesondere gegenphasig zu den konstruktiv bedingten Schwankungen des Förderstromes bzw. der dabei auftretenden Druckpulsationen der Verdrängerpumpeneinheit übertragbar ist. Indem erfindungsgemäß die Drehungleichförmigkeiten des elektrischen Antriebes derart genutzt werden, dass die Amplitude der Drehungleichförmigkeiten stets zeitlich versetzt zu den konstruktiv bedingten Schwankungen des Förderstromes auftreten, wird ein insgesamt nahezu konstanter aus der Verdrängerpumpe austretender Förderstrom mit wesentlich reduzierten Druckpulsationen erreicht. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem bisher versucht wird, die Drehungleichförmigkeiten des elektrischen Antriebes durch eine entsprechende Antriebssteuerung oder die Druckpulsationen durch spezielle Verzahnungen auszugleichen, werden die Drehungleichförmigkeiten und die Druckpulsationen erfindungsgemäß genutzt, um den aus der Verdrängerpumpe austretenden Förderstrom konstant zu halten. Dadurch wird eine problemlose und vergleichsweise einfach realisierbare Möglichkeit zur Reduzierung von unerwünschten Geräuschentwicklungen geschaffen, die im Betrieb auch ohne eine Antriebssteuerung auskommt.
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Hierzu eignet sich eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung, bei welcher die Verdrängerpumpe mit einer steuerbaren Kraftübertragungseinheit, insbesondere einer schaltbaren Kupplung ausgestattet ist, um so einen relativen Phasenversatz zwischen dem elektrischen Antrieb und der Verdrängerpumpeneinheit während des Betriebes einstellen zu können. Hierdurch können insbesondere auch geänderte Umgebungs- oder Betriebsbedingungen berücksichtigt werden, um insbesondere gegenphasige Amplituden zu ermöglichen.
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Die zyklischen Drehungleichförmigkeiten treten bei elektrischen Antrieben üblicher Bauart im Betrieb ohne spezielle Maßnahmen zu deren Erzeugung auf. Eine besondere Ausprägung oder Verstärkung dieser zyklischen Drehungleichförmigkeiten kann zudem auch durch die Auswahl, insbesondere Größe, Anzahl, Position, Orientierung und/oder Verteilung der Magnetanordnung, Spulenanordnung und deren elektrischer Verschaltung unter Berücksichtigung der Amplitude und der Frequenz gezielt an die konstruktive Förderstrompulsation der Verdrängerpumpeneinheit angepasst werden.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer Prinzipdarstellung eine beispielsweise für ein Doppelkupplungsgetriebe eines Kraftfahrzeuges bestimmte Verdrängerpumpe 1 zur Erzeugung eines möglichst konstanten Schaltöldruckes. Die Antriebsleistung eines elektrischen Antriebes 2 wird mittels einer als eine schaltbare Kupplung ausgeführten Kraftübertragungseinheit 3 auf zumindest eine als Zahnradpumpe ausgeführte Verdrängerpumpeneinheit 4 übertragen. Erfindungsgemäß werden die im Betrieb des Antriebes 2 auftretenden Drehungleichförmigkeiten des elektrischen Antriebes 2, deren sinusförmiger Verlauf 5 der Drehzahl bzw. des Drehmomentes des Antriebes 2 lediglich beispielhaft dargestellt ist, mit einem Phasenversatz 6 gegenphasig zu den konstruktiv bedingten Schwankungen eines ebenfalls sinusförmigen Verlaufes 7 eines Förderstromes der Verdrängerpumpeneinheit 4 überlagert, die aus dem Verdrängerprinzip der Verdrängerpumpeneinheit 4 resultieren. Dadurch ergibt sich im Falle einer optimalen gegenphasigen Überlagerung der Schwankungen bzw. Schwingungen ein stark geglätteter Druckverlauf 8 geringer Amplitude des mit der Verdrängerpumpe 1 geförderten Fördervolumens. Durch eine gezielte Auslegung des elektrischen Antriebes 2 mit einer definierten, insbesondere stationären Drehungleichförmigkeit, die phasenversetzt der Förderstrompulsation der Verdrängerpumpeneinheit 4 entgegenwirkt, wird ohne weiteren Regelungs- und Steuerungsaufwand die Förderstrompulsation der Verdrängerpumpe 1 verkleinert. Dabei werden gezielt die Drehungleichförmigkeiten genutzt, um den Pumpenpulsationen entgegenzuwirken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verdrängerpumpe
- 2
- Antrieb
- 3
- Kraftübertragungseinheit
- 4
- Verdrängerpumpeneinheit
- 5
- Verlauf
- 6
- Phasenversatz
- 7
- Verlauf
- 8
- Druckverlauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011086134 A1 [0004]
- DE 3249585 C2 [0005]
- WO 2005/001291 A1 [0006]
- DE 932882 C [0007]
- DE 2810563 C2 [0008]
