DE102018112663A1

DE102018112663A1 - Hydraulikeinrichtung mit zwei unterschiedlichen Fluidquellen zur Versorgung entweder eines ersten Verbrauchers oder eines zweiten Verbrauchers

Info

Publication number: DE102018112663A1
Application number: DE102018112663.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Baehr; Marco Grethel; Carsten Mayer; Yunfan Wei
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2019-11-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinrichtung (1) mit einer Pumpe (2), die einerseits an eine Kühlmittelleitung (3) zum Versorgen eines ersten Verbrauchers (5) mit Hydraulikmittel zu dessen Kühlung und/oder Schmierung angeschlossen ist und andererseits an eine Aktuierungsleitung (4) zum Versorgen eines zweiten Verbrauchers (6) mit demselben Hydraulikmittel zu dessen Betätigung angeschlossen ist, wobei die Pumpe (2) als Reversierpumpe ausgebildet ist, wobei eine erste Hydraulikmittelquelle (7) und eine davon unterschiedliche zweite Hydraulikmittelquelle (8) so eingebunden sind, dass je nach Förderrichtung der Pumpe (2) aus der einen oder anderen Hydraulikmittelquelle (7 oder 8) Hydraulikmittel zum ersten oder zweiten Verbraucher (5 oder 6) verbringbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinrichtung mit einer Pumpe, die einerseits an eine Kühlmittelleitung zum Versorgen eines ersten Verbrauchers, wie eines Lagers, eines Wärmetauschers oder eines Kühlers, mit Hydraulikmittel, wie Öl, zu dessen Kühlung und/oder Schmierung anschließbar ist / angeschlossen ist und andererseits an eine Aktuierungsleitung zum Versorgen eines zweiten Verbrauchers, wie eines Aktors, etwa eines hydraulischen Stellgliedes, bspw. eines (Kupplungs- / Brems-) Nehmerzylinders, vorzugsweise nach Art eines CSC's, mit demselben Hydraulikmittel zu dessen bedarfsgerechten Betätigung anschließbar ist / angeschlossen ist, wobei die Pumpe als Reversierpumpe ausgebildet ist.
Aus dem Stand der Technik ist bereits eine hydraulische Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung bekannt. So offenbart bspw. die WO 2012/113368 A2 eine solche hydraulische Einrichtung mit einem nahe der Kupplung angeordneten hydraulischen Arbeitszylinder, der über eine hydraulische Leitung mit einer Volumenstromquelle verbunden ist. Der Volumenstrom dieser Volumenstromquelle ist durch eine Steuereinheit in Abhängigkeit von Signalen der der hydraulischen Einrichtung zugeordneten Sensoren beeinflussbar. Die Volumenstromquelle ist durch eine in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnete Kombination aus einem Elektromotor und einer Pumpe gebildet.
In einer älteren Patentanmeldung der Anmelderin, die noch nicht veröffentlicht ist, ist auch eine weitere hydraulische Aktorik für ein serielles Hybridgetriebe offenbart.
Die Erfindung ist also auf dem Gebiet einer kombinierten Ölversorgung für Kühl- / Schmier-Aufgaben und eine Aktuierung beheimatet. Moderne Antriebskonzepte in Fahrzeugen, wie z. B. Hybride, DHT, E-Achsen, zeichnen sich im Vergleich zu Vielganggetrieben, wie z. B. heutige Doppelkupplungsgetriebe, mit sechs bis sieben oder Stufenautomatikgetrieben, mit acht bis neun Gängen, durch eine reduzierte Anzahl an Betätigungselementen aus. Auf der anderen Seite gewinnen die bedarfsgerechte Kühlung und das Schmieren von Lagern, das Schmieren von verbleibenden Betätigungselementen, das Schmieren von Elektroantrieben und deren Ansteuerung, zunehmend an Bedeutung.
Neben den bekannten hydraulischen Einrichtungen und hydraulischen Aktorikausgestaltungen sind auch Prinzipien einer Fluidbereitstellung für Kühl- / Schmier-Aufgaben und Aktuierungsaufgaben vom Prinzip bekannt und teilweise im Markt etabliert. So ist die Ausbildung einer Hydraulik mit einer mechanisch und einer elektrisch angetriebenen Pumpe, sowie den entsprechenden Ventilen, um die Volumenströme aufzuteilen bzw. Drücke einzuregeln, bekannt. Auch ist die Verwendung von so genannten Power Packs bekannt, mit einer oder mehreren elektrisch angetriebenen Pumpen und einem Druckspeicher im Aktorkreis sowie den entsprechenden Ventilen. Diesbezüglich sind auch Lösungen bekannt, bei der eine Kühlölpumpe eine Teilmenge des Fluids in ein „Zwischenbecken“ leitet. Aus diesem Zwischenbecken saugt dann eine zweite Pumpe, nämlich eine Pumpe für den Aktorkreis, das Fluid an. Darüber hinaus sind auch Einzelaktoren für die fluidische Aktuierung, so genannte Hydrostaten oder so genannte Pumpenaktoren bekannt, mit in der Regel einer zusätzlichen mechanischen oder elektrischen Pumpe für die Kühl- / Schmier-Aufgabe.
Die bestehenden Lösungen haben jedoch diverse Nachteile. So sind herkömmliche Hydraulikausgestaltungen und Power Packs nicht als konsequente Power on Demand Aktoren zu sehen. Eine Lösung mit Einzelaktoren und einer zusätzlichen Kühl- / Schmier-Ölpumpe ist leider sehr aufwändig.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Nachteile abzustellen, oder wenigstens zu mildern. Insbesondere ist es die Aufgabe, den „Real Power on Demand“-Gedanken auf die Kombination der Funktionen Kühlung / Schmierung und Aktuierung zu übertragen und die Aufwände hierfür zu minimieren.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Hydraulikeinrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine erste Hydraulikmittelquelle und eine davon unterschiedliche zweite Hydraulikmittelquelle so eingebunden sind, dass je nach Förderrichtung der Pumpe nur aus der einen oder der anderen Hydraulikmittelquelle Hydraulikmittel zum ersten oder zweiten Verbraucher verbringbar ist. Es können also elektrisch angetriebene Reversierpumpen mit einer ersten Förderrichtung eingesetzt werden, um das Fluid bedarfsgerecht der Kühl- / Schmier-Aufgabe zuzuführen und in einer zweiten Förderrichtung Fluid der Aktuierungsaufgabe zuzuführen. Dabei können mehrere Kühl- / Schmier-Aufgaben und/oder mehrere Aktuierungsaufgaben erfüllt werden. Dabei bedienen sich die beiden Förderrichtungen unterschiedlicher Fluidquellen. Dabei hat es sich bewährt, wenn die Fluidquelle für die Kühl- / Schmier-Aufgabe der so genannte Getriebesumpf ist, aus dem die Pumpe ansaugt. Als Fluidquelle für die Aktorfunktion oder die Aktorfunktionen ist ein vom Getriebesumpf separater Volumenspeicher vorgesehen, der zuvor direkt oder indirekt über das Fördern von Kühl- / Schmier-Fluid befüllt wurde. Dieser Volumenspeicher, also die zweite Hydraulikmittelquelle liegt vorzugsweise oberhalb der Pumpe, zumindest aber oberhalb des so genannten Getriebesumpfes, also der ersten Hydraulikmittelquelle.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Einbindung derart ist, dass Hydraulikmittel aus der ersten Hydraulikmittelquelle nur zum ersten Verbraucher verbringbar ist und/oder Hydraulikmittel aus der zweiten Hydraulikmittelquelle nur zum zweiten Verbraucher verbringbar ist. Bei Richtungsumkehr der Reversierpumpe wird also gezielt aus der einen Hydraulikmittelquelle Öl zum einen Verbraucher und nur aus der anderen Hydraulikmittelquelle zum anderen Verbraucher verbracht. Es können diesbezüglich auch bauliche Maßnahmen vorgehalten werden, wie etwa Rückschlagventile.
Es hat sich bewährt, wenn die erste Hydraulikmittelquelle als Getriebesumpf ausgebildet ist und/oder die zweite Hydraulikmittelquelle als Volumenspeicher ausgebildet ist. Eine geschickte Einbindung der Einzelbauteile ist dann die Folge.
Wenn der Volumenspeicher am höchsten Punkt eine Blende mit Loch besitzt oder einen federvorgespannten und über einen mechanischen Anschlag gesicherten Kolben oder eine Membran besitzt oder als elastischer Volumenkörper oder als dicke Leitung ausgebildet ist, so kann geschickt auf unterschiedliche Bauraumangebote eingegangen werden. Auch kann kostengerecht konstruiert werden.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenspeicher in der Kühlmittelleitung oder einem Abzweig davon angeordnet ist. Ist eine Integration in die Kühlmittelleitung realisiert, so wird besonders wenig Bauraum benötigt. Die Integration in einen Abzweig hat andere Vorteile.
Es ist bevorzugt, wenn in der Aktuierungsleitung zwischen einer Versorgungsleitungseinmündung und dem zweiten Verbraucher ein (Druck-) Filter angeordnet ist. Dadurch kann die Ölreinheit erhöht werden. Dieses Filterelement muss bei der Kühlfunktion nicht durchströmt werden.
Von Vorteil ist es auch, wenn zwischen der Versorgungsleitungseinmündung und der ersten Hydraulikmittelquelle ein Rückschlagventil vorhanden ist, um einen Rückfluss zur ersten Hydraulikmittelquelle zu unterbinden.
Darüber hinaus hat es sich bewährt, wenn die Pumpe als eine elektrisch angetriebene Reversierpumpe, etwa nach Art eines elektrischen Pumpenaktors (EPA) ausgebildet ist. Es ist auch bevorzugt, wenn im Abzweig ein Siphon eingearbeitet ist und/oder an die Kühlmittelleitung ein Belüftungsventil angeschlossen ist.
Mit anderen Worten wird die Erfindung mit folgender Funktionsweise konkretisiert:
Bei der Kühl- / Schmier-Funktion ist davon auszugehen, dass diese mit großen Zeitanteilen und in Summe mit großer geförderter Fluidmenge einhergeht. Weiterhin ist davon auszugehen, dass dieser Volumenstrom über einen Wärmetauscher gekühlt werden muss. Das Kühlfluid wird typischerweise nach seiner Kühlaufgabe im Getriebesumpf gesammelt und über einen so genannten Saugfilter erneut über die Pumpe angesaugt. Während dieser Funktion wird eine Teilmenge einem Volumenspeicher / Reservoir zugeführt. Dort steht es der zweiten Drehrichtung der Pumpe zur Verfügung, um zu den Aktorfunktionen zugeführt / gepumpt zu werden. Die Aktorfunktionen werden auf bekannte Weise realisiert, wodurch ein im Vergleich mit der Kühlaufgabe kleiner Volumenbedarf realisiert werden kann. Ein kontinuierliches Saugen aus dem Getriebesumpf ist weder aus Volumen- noch aus thermischen Gründen erforderlich.
Um in Aktorrichtung Druck aufbauen zu können, ist in der Saugleitung ein Rückschlagventil vorteilhaft. Die hydraulischen Widerstände in der Kühlleitung und zum Volumenspeicher sind über die Leitungsquerschnitte und/oder Höhenlage der Komponenten zueinander so ausgelegt, dass in Aktorrichtung das benötigte Fluid dem Volumenspeicher entnommen wird, ohne über die Kühlleitung Luft anzusaugen. Die Kühlleitung ist dabei auch als Kühlmittelleitung bezeichnet. Es kann erforderlich werden, dass in der Kühlleitung ein weiteres Rückschlagventil angeordnet wird. Optional kann vor der Aktuierung ein weiteres Filterelement angeordnet werden, um die Ölreinheit bei Bedarf in Richtung der Aktuierung zu erhöhen. Das Filterelement / der Filter ist somit dem zweiten Verbraucher, der für die Aktuierungsfunktion(en) zuständig ist, vorgeschalten. Dieses Filterelement muss bei der Kühlfunktion nicht zwingend durchströmt werden.
Der Volumenspeicher kann grundsätzlich parallel zur Kühlleitung bzw. deren hydraulischen Widerstand oder vorteilhaft Teil dieser Strecke sein.
Der hydraulische Widerstand des gefilterten Volumenspeichers in Parallelausführung ist dabei größer auszulegen, als der hydraulische Widerstand der Kühl- / Schmier-Funktion. Sicher erreicht wird diese Bedingung, indem der Volumenspeicher eine Volumenbegrenzung enthält. Eine Volumenbegrenzung kann am einfachsten über einen geschlossenen Raum realisiert werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn dieser Raum an seiner höchsten Stelle eine Blende, z. B. mit einem Durchmesser von 0,8 mm +/- 10 % enthalt, um den Volumenspeicher zu entlüften. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang auch, wenn der Volumenspeicher über einen Kolben mit einem mechanischen Anschlag gebildet wird.
Um die Entleerung zu unterstützen, kann eine Feder mit geringer Federrate hilfreich sein. Die Federrate ist so gewählt, dass im Zusammenspiel mit der gewählten Kolbenfläche ein Druck unterhalb oder in der Größenordnung des Kühlöldruckes erreicht wird. Die Federwirkung kann optional auch über ein angeschlossenes Gasvolumen realisiert werden. Anstatt des Kolbens und der Feder kann auch eine elastische Membrane oder ein kompletter elastischer Volumenkörper zum Einsatz kommen. Auch in diesem Fall ist die Elastizität so auszulegen, dass im ausreichend gefüllten Zustand, der Druck größer wird, als der erforderliche Kühlöldruck.
Ausreichend gefüllt bedeutet dabei grundsätzlich für alle Volumenspeichervarianten, dass mindestens das Volumen der zu betätigenden Elemente vorhanden ist.
Um im Stillstand der Pumpe das ungewollte Entleeren des Volumenspeichers zu verhindern, ist das Rückschlagventil in der Saugleitung möglichst dicht auszuführen. Damit auch bei längerer Standzeit oder bei einer Fehlfunktion des Rückschlagventils vor einer Aktorfunktion nicht zuerst über die Kühlfunktion der Volumenspeicher gefüllt werden muss, können ein Siphon und/oder eine Belüftungsvorrichtung hilfreich sein, um das gespeicherte Fluidvolumen aufrecht zu erhalten.
Man könnte auch sagen, dass die Lösung darin besteht, dass eine elektrisch angetriebene Reversierpumpe (EPA) in einer ersten Förderrichtung Fluid der Kühl- / Schmier-Stelle zuführt und in einer zweiten Förderrichtung einer Betätigung zuführt. Dabei werden die beiden Förderrichtungen aus unterschiedlichen Fluidquellen versorgt. Die Quelle für die Kühlung / Schmierung ist der Getriebesumpf (Fluid unterhalb der Pumpe), wobei die Fluidquelle für die Aktorfunktion ein Volumenspeicher ist, der zuvor über das Fördern von Kühl- / Schmier-Fluid gefüllt wurde.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigt die einzige 1 einen schematischen Schaltplan einer ersten Ausführungsform.
Die Zeichnung ist lediglich schematischer Natur und dient nur dem Verständnis der Erfindung.
Das erste Ausführungsbeispiel der 1 bezieht sich auf eine Hydraulikeinrichtung 1. Sie besitzt eine Pumpe 2. Die Pumpe 2 ist auf der einen Seite mit einer Kühlmittelleitung 3 und auf der anderen Seite mit einer Aktuierungsleitung 4 gekoppelt. Über die Kühlmittelleitung / Kühlleitung 3 wird ein erster Verbraucher 5 oder mehrere erste Verbraucher 5 versorgt. Die Versorgung erfolgt zum Kühlen und/oder Schmieren. Der erste Verbraucher 5 kann ein Lager, ein Wärmetauscher und/oder ein Kühler sein.
Ein zweiter Verbraucher 6 wird über die Aktuierungsleitung 4 versorgt. Die Versorgung erfolgt um eine Betätigung am zweiten Verbraucher 6 zu zeitigen. Der zweite Verbraucher 6 kann ein Aktor, etwa ein hydraulisches Stellglied, ein Nehmerzylinder, insbesondere ein Kupplungsnehmerzylinder, vorzugsweise nach Art eines CSC's, sein.
Die Pumpe 2 ist dabei als Reversierpumpe ausgebildet. Es gibt eine erste Hydraulikmittelquelle 7 und eine zweite Hydraulikmittelquelle 8.
Die erste Hydraulikmittelquelle 7 ist als Getriebesumpf 9 ausgebildet. Die zweite Hydraulikmittelquelle 8 ist als Volumenspeicher 10 ausgebildet.
Der Volumenspeicher 10 kann in die Kühlmittelleitung 3 integriert sein, oder aber in einem Abzweig 11 von der Kühlmittelleitung 3 weg enthalten sein. Dieser Abzweig 11 kann eine Sackgasse sein und einen Siphon 12 enthalten.
Ferner kann ein Belüftungsventil 13 an die Kühlmittelleitung 3 angeschlossen sein.
Zwischen der Pumpe 2 und dem zweiten Verbraucher 6 kann ein Filter 14, etwa ein Filterelement bzw. ein Druckfilter angeordnet sein. Dieser Filter 14 ist optional. Natürlich können auch Ventile, insbesondere Rückschlagventile hier positioniert sein. Jedenfalls führt eine Versorgungsleitung 15 vom Getriebesumpf 9 zu einer Versorgungsleitungseinmündung 16 in die Aktivierungsleitung 4. Zwischen der Versorgungsleitungseinmündung 16 und einem Saugfilter 17, der dem Getriebesumpf nach- / vorgeschalten ist, kann ein Rückschlagventil 18 eingebaut sein. Ein weiteres Rückschlagventil 19 kann zwischen der Pumpe 2 und dem ersten Verbraucher vorhanden sein.
Der Volumenspeicher 10 besitzt eine Volumenbegrenzung 20. Die als Reversierpumpe ausgebildete Pumpe 2 ist mit einem Elektromotor 21 verbunden, der über eine Steuereinheit 22 gesteuert oder gar geregelt wird. Letztlich bilden die Pumpe 2, der Elektromotor 21 und die Steuereinheit 22 einen EPA aus.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulikeinrichtung
2: Pumpe
3: Kühlmittelleitung
4: Aktuierungsleitung
5: erster Verbraucher
6: zweiter Verbraucher
7: erste Hydraulikmittelquelle
8: zweite Hydraulikmittelquelle
9: Getriebesumpf
10: Volumenspeicher
11: Abzweig
12: Siphon
13: Belüftungsventil
14: Filter
15: Versorgungsleitung
16: Versorgungsleitungseinmündung
17: Saugfilter
18: Rückschlagventil
19: Rückschlagventil
20: Volumenbegrenzung
21: Elektromotor
22: Steuereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2012/113368 A2 [0002]

Claims

Hydraulikeinrichtung (1) mit einer Pumpe (2), die einerseits an eine Kühlmittelleitung (3) zum Versorgen eines ersten Verbrauchers (5) mit Hydraulikmittel zu dessen Kühlung und/oder Schmierung angeschlossen ist und andererseits an eine Aktuierungsleitung (4) zum Versorgen eines zweiten Verbrauchers (6) mit demselben Hydraulikmittel zu dessen Betätigung angeschlossen ist, wobei die Pumpe (2) als Reversierpumpe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Hydraulikmittelquelle (7) und eine davon unterschiedliche zweite Hydraulikmittelquelle (8) so eingebunden sind, dass je nach Förderrichtung der Pumpe (2) aus der einen oder anderen Hydraulikmittelquelle (7 oder 8) Hydraulikmittel zum ersten oder zweiten Verbraucher (5 oder 6) verbringbar ist.
Hydraulikeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbindung derart ist, dass Hydraulikmittel aus der ersten Hydraulikmittelquelle (7) nur zum ersten Verbraucher (5) verbringbar ist und/oder Hydraulikmittel aus der zweiten Hydraulikmittelquelle (8) nur zum zweiten Verbraucher (6) verbringbar ist.
Hydraulikeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hydraulikmittelquelle (7) als Getriebesumpf (9) ausgebildet ist und/oder die zweite Hydraulikmittelquelle (8) als Volumenspeicher (10) ausgebildet ist.
Hydraulikeinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenspeicher (10) am höchsten Punkt eine Blende mit Loch besitzt, einen federvorgespannten und über einen mechanischen Anschlag gesicherten Kolben oder eine Membran besitzt, oder als elastischer Volumenkörper ausgebildet ist.
Hydraulikeinrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenspeicher in der Kühlmittelleitung (3) oder einem Abzweig (11) davon angeordnet ist.
Hydraulikeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aktuierungsleitung (4) zwischen einer Versorgungsleitungseinmündung (16) und dem zweiten Verbraucher (6) ein Filter (14) angeordnet ist.
Hydraulikeinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Versorgungsleitungseinmündung (16) und der ersten Hydraulikmittelquelle (7) ein Rückschlagventil (18) vorhanden ist, um einen Rückfluss zur ersten Hydraulikmittelquelle (7) zu unterbinden.
Hydraulikeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Verbraucher (5) und der Pumpe (2) ein Rückschlagventil (19) vorhanden ist, um einen Rückfluss aus dem ersten Verbraucher (5) zu unterbinden.
Hydraulikeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) als eine elektrisch angetriebene Reversierpumpe (EPA) ausgebildet ist.
Hydraulikeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Abzweig (11) ein Siphon (12) eingearbeitet ist und/oder an die Kühlmittelleitung (3) ein Belüftungsventil (13) angeschlossen ist.