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Die Erfindung betrifft ein Betätigungssystem zum Betätigen von mindestens zwei Kupplungen und einem Getriebe, mit einem Hydrauliksystem zum Betätigen der Kupplungen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betätigen von mindestens zwei Kupplungen und einem Getriebe mit einem derartigen Betätigungssystem.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2016 217 381 A1 ist eine Fluidanordnung zum fluidischen Betätigen von mehreren Kraftfahrzeugkomponenten bekannt, wobei diese Fluidanordnung mehrere Fluidstromquellen aufweist, von denen zumindest zwei Fluidstromquellen je eine Fluidpumpe mit einer ersten Förderrichtung und mit einer der ersten Förderrichtung entgegengesetzten zweiten Förderrichtung umfasst, wobei die Fluidstromquellen fluidtechnisch derart in der Fluidanordnung verschaltet sind, dass zumindest eine der Fluidstromquellen zum Betätigen von zwei der Kraftfahrzeugkomponenten und zumindest eine der Fluidstromquellen zum Betätigen einer auch durch eine andere der Fluidstromquellen betätigbare Kraftfahrzeugkomponente geeignet ist, zumindest durch drei Fluidstromquellen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Betätigen von mindestens zwei Kupplungen und einem Getriebe zu vereinfachen.
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Die Aufgabe ist bei einem Betätigungssystem zum Betätigen von mindestens zwei Kupplungen und einem Getriebe, mit einem Hydrauliksystem zum Betätigen der Kupplungen, dadurch gelöst, dass das Hydrauliksystem mindestens eine Saugstrahlpumpe zur Kupplungskühlung umfasst. Mit der Saugstrahlpumpe können die Leistungsaufnahme und damit die Betriebskosten des Betätigungssystems gesenkt werden.
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Bei einem Betätigungssystem zum Betätigen von mindestens zwei Kupplungen und einem Getriebe, mit einem Hydrauliksystem zum Betätigen der Kupplungen, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass das Hydrauliksystem konzentrische Kupplungsnehmerzylinder zum Betätigen der Kupplungen umfasst. Die konzentrischen Kupplungsnehmerzylinder werden auch mit den englischen Begriffen Concentric Slave Cylinder, abgekürzt CSC, bezeichnet. Die konzentrischen Kupplungsnehmerzylinder haben den Vorteil, dass sie weitgehend leckagefrei arbeiten. Dadurch können die Leistungsaufnahme und die Betriebskosten des Betätigungssystems weiter reduziert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Betätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungssystem einen elektromechanischen Getriebeaktor umfasst. Bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen und Messungen hat sich herausgestellt, dass insbesondere die Kombination der Saugstrahlpumpe zur Kupplungskühlung mit dem konzentrischen Kupplungsnehmerzylindern und dem elektromechanischen Getriebeaktor deutliche Vorteile im Hinblick auf die Leistungsaufnahme und die Betriebskosten des Betätigungssystems mit sich bringen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Betätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Getriebeaktor zwei Elektromotoren umfasst. Der elektromechanische Getriebeaktor mit den zwei Elektromotoren wird auch als 2-Motor-Getriebeaktor bezeichnet. Besonders vorteilhaft kann ein herkömmlicher elektromechanischer Getriebeaktor in dem Betätigungssystem mit der Saugstrahlpumpe und den konzentrischen Kupplungsnehmerzylindern kombiniert werden. So wird die Darstellung eines Baukastens für ein Betätigungssystem zum Betätigen von mindestens zwei Kupplungen und einem Getriebe ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Betätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem einen Ventilblock umfasst, dem eine mechanisch durch einen Fahrzeugantrieb angetriebene Volumenstromquelle zugeordnet ist. Bei dem Fahrzeugantrieb handelt es sich zum Beispiel um eine Brennkraftmaschine, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Bei der Volumenstromquelle handelt es sich vorzugsweise um eine Hydraulikpumpe, die mechanisch durch die Brennkraftmaschine angetrieben ist. Die Brennkraftmaschine stellt im Betrieb den Antrieb der Volumenstromquelle sicher.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Betätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilblock und der elektromechanische Getriebeaktor durch ein gemeinsames lokales Steuergerät angesteuert sind. Mit dem gemeinsamen lokalen Steuergerät wird die Darstellung einer kompakten Kombination aus einer Hydraulik für CSC-betätigte Kupplungen, einer Saugstrahlpumpe für die Kühlung, einen herkömmlichen elektromechanischen Getriebeaktor ermöglicht.
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Bei einem Betätigungssystem zum Betätigen von mindestens zwei Kupplungen und einem Getriebe, mit einem Hydrauliksystem zum Betätigen der Kupplungen, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass das Hydrauliksystem einen Niederdruckspeicher umfasst. Der vorzugsweise hydraulisch an den Ventilblock angebundene Niederdruckspeicher stellt vorteilhaft einen Hydraulikdruck bereit, der insbesondere dann, wenn die Brennkraftmaschine beziehungsweise der Fahrzeugantrieb still steht, genutzt werden kann, um zum Beispiel eine der Kupplungen zu betätigen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Betätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kupplungen durch den Niederdruckspeicher, zumindest bis zu einem Tastpunkt, betätigbar ist. Der Niederdruckspeicher steht vorteilhaft über eine Ventileinrichtung mit einem hydraulischen Hauptkanal in dem Ventilblock in Verbindung. Die Ventileinrichtung ist vorzugsweise als 4/3-Wegeventil ausgeführt. Besonders vorteilhaft ist ein Rückschlagventil zwischen die Ventileinrichtung und den hydraulischen Hauptkanal geschaltet, das verhindert, dass Volumen in unerwünschter Art und Weise aus dem Niederdruckspeicher abgelassen wird.
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Die oben angegebene Aufgabe ist alternativ oder zusätzlich durch ein Verfahren zum Betätigen von mindestens zwei Kupplungen und einem Getriebe mit einem vorab beschriebenen Betätigungssystem gelöst. Durch das Hydrauliksystem mit der Saugstrahlpumpe, den konzentrischen Kupplungsnehmerzylindern und dem Niederdruckspeicher sowie dem Ventilblock für die Aktuierung von ein bis drei Kupplungen und der direkt durch den Fahrzeugantrieb angetriebenen Hydraulikpumpe kann das Druckniveau gegenüber herkömmlichen Betätigungssystemen erhöht werden. So kann die Kupplungsansteuerung über die weitgehend leckagefreien konzentrischen Kupplungsnehmerzylindern stabil und komfortabel durchgeführt werden. Durch den Niederdruckspeicher kommt das Betätigungssystem mit kleineren Volumenströmen in dem Hydrauliksystem aus als herkömmliche Betätigungssysteme.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Ventilblock für ein vorab beschriebenes Betätigungssystem. Der Ventilblock ist separat handelbar. In den Ventilblock sind vorteilhaft fünf Ventileinrichtungen und drei Rückschlagventile integriert. Eine der Ventileinrichtungen ist das vorab beschriebene, dem Niederdruckspeicher zugeordnete 4/3-Wegeventil. Eines der Rückschlagventile ist dem 4/3-Wegeventil zugeordnet. Ein weiteres Rückschlagventil ist zwischen das 4/3-Wegeventil und eine erste Kupplung geschaltet. Dieses Rückschlagventil sperrt in Richtung des 4/3-Wegeventils und verhindert so, dass in unerwünschter Art und Weise beim Betätigen der ersten Kupplung Hydraulikmedium in den Druckspeicher zurückfließen kann. Ein drittes Rückschlagventil, das zu der Volumenstromquelle, die als Hydraulikpumpe ausgeführt ist, hin sperrt, ist zwischen die Volumenstromquelle und eine als 3/2-Druckregelventil ausgeführte Ventileinrichtung geschaltet, welche die Volumenstromquelle mit dem hydraulischen Hauptkanal in dem Ventilblock verbindet. Drei weitere 3/2-Druckregelventile sind den beiden Kupplungen und der Saugstrahlpumpe zur Kupplungskühlung zugeordnet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Betätigungssystems zum Betätigen von zwei Kupplungen und einem Getriebe mit einem Hydrauliksystem, das eine Saugstrahlpumpe zur Kupplungskühlung, konzentrische Kupplungsnehmerzylinder zum Betätigen der Kupplungen, einen Niederdruckspeicher, einen Ventilblock und einen elektromechanischen Getriebeaktor umfasst; und
- 2 den Ventilblock aus 1 in Form eines Hydraulikschaltplans.
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In 1 ist ein Betätigungssystem 1 zum Betätigen eines Getriebes 2 schematisch dargestellt. Das Betätigungssystem 1 umfasst ein Hydrauliksystem 3 zum Betätigen von zwei Kupplungen 4, 6. Die Kupplungen 4, 6 sind Teilkupplungen 14, 16 einer Doppelkupplung 12. Das Hydrauliksystem 3 umfasst des Weiteren eine Saugstrahlpumpe 8 zur Kupplungskühlung und einen Niederdruckspeicher 9.
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Die Betätigung der Kupplungen 4, 6 erfolgt durch konzentrische Kupplungsnehmerzylinder 64, 65. Die konzentrischen Kupplungsnehmerzylinder 64, 65, die Saugstrahlpumpe 8 und der Niederdruckspeicher 9 werden über einen Ventilblock 40 durch ein Ansteuerungssystem 10 gesteuert.
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Das Ansteuerungssystem 10 steuert die Doppelkupplung 12 an. Die Doppelkupplung 12 umfasst eine erste hydraulisch betätigbare Teilkupplung 14, die der Kupplung 4 entspricht, und eine zweite hydraulisch betätigbare Teilkupplung 16, die der Kupplung 6 entspricht. Die erste Teilkupplung 14 wird durch eine erste Kupplungskühlung 18 und die zweite Teilkupplung 16 wird durch eine zweite Teilkupplung 20 gekühlt. Die erste Teilkupplung 14 wird durch einen ersten hydraulischen Zylinder 22 und die zweite Teilkupplung 16 durch einen zweiten hydraulischen Zylinder 24 betätigt.
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Eine Sensierung des Ist-Zustands der ersten Teilkupplung 14 erfolgt durch eine erste Sensorvorrichtung 26 und eine Sensierung des Ist-Zustands der zweiten Teilkupplung 16 erfolgt durch eine zweite Sensorvorrichtung 28. Die erste Sensorvorrichtung 26 und die zweite Sensorvorrichtung 28 können als Drucksensoren ausgebildet sein und durch den an der jeweiligen Teilkupplung 14, 16 anliegenden Druck einen Ist-Zustand, beispielsweise Offenstellung oder Schließstellung, der jeweiligen Teilkupplung 14, 16 detektieren.
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Ein Fahrzeugantrieb 30, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, ist mit einer Volumenstromquelle 32 verbunden, und treibt diese an. Die Volumenstromquelle 32 ist eine fluidische Energiequelle und in diesem Ausführungsbeispiel als eine Fluidpumpe ausgebildet. Die Volumenstromquelle 32 fördert ein Arbeitsfluid über eine hydraulische Leitung aus einem Reservoir 34 an eine hydraulische Schaltlogik 36. Dies wird anhand der durchgehenden Linien dargestellt. Die Förderrichtung der Volumenstromquelle 32 wird mit Hilfe des Pfeils in der Volumenstromquelle 32 angedeutet. Das Arbeitsfluid soll in diesem Ausführungsbeispiel ein Hydrauliköl sein.
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Die hydraulische Schaltlogik 36 umfasst einen Ventilblock 40, der mit einem lokalen Steuergerät 46 des Getriebeaktors 50 verbunden ist. Das lokale Steuergerät 46 ist als ein Getriebesteuergerät ausgebildet. Das lokale Steuergerät 46 Ventilendstufen, um mit den Ventilen der hydraulischen Schaltlogik 36 verbunden zu werden. Die Verbindungen sind gestrichelt dargestellt und können Steuersignale zur Betätigung der Teilkupplungen 14, 16, der Kupplungskühlungen 18, 20 und/oder zur Rückführung des Arbeitsfluids in das Reservoir 34 darstellen. Die Verbindungen sind als gestrichelte Linien dargestellt.
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Das lokale Steuergerät 46 ist ebenfalls mit den Sensorvorrichtungen 26, 28 verbunden und empfängt die Sensorsignale der Sensorvorrichtungen 26, 28. Das lokale Steuergerät 46 steuert einen Aktorantrieb 48. Der Aktorantrieb 48 umfasst zwei elektrische Motoren 61, 62. Das lokale Steuergerät 46 ist auf einem Getriebeaktor 50 angeordnet. Der Getriebeaktor 50 umfasst einen mit dem Aktorantrieb 48 verbundene Aktormechanik 52.
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Die Aktormechanik 52 wird über den Aktorantrieb 48 angetrieben und ist mit einem Gangsteller 54 verbunden und betätigt diesen um einen Gang des Kraftfahrzeugs zu ändern. Dies ist mit dem Pfeil dargestellt. Der Gangsteller 54 umfasst auch den Radsatz des Getriebes. Dies ist als eine Verbindung zwischen einem Rad 56 und dem Gangsteller 54 dargestellt. Weiterhin ist der Gangsteller 54 mit dem lokalen Steuergerät 46 zur Übertragung von Sensorsignalen verbunden.
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Das lokale Steuergerät 46 ist in diesem Ausführungsbeispiel um vier Ventilendstufen für einen maximalen Strom von 2A erweitert. Über das lokale Steuergerät 46 können die Ventile der hydraulischen Schaltlogik 36 für die Kupplungsbetätigung gesteuert beziehungsweise geregelt werden. Hierzu können auch über das Getriebesteuergerät 46 die IST-Zustände der Teilkupplungen 14, 16 eingelesen werden.
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Abhängig von der Ausführung der Doppelkupplungen 12 kann die Versorgung von drei bis vier Ventilen mit dem Arbeitsfluid notwendig sein.
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Das Betätigungssystem 1 stellt eine kostengünstige Aktorik für ein Getriebe mit ein bis drei Reibkupplungen und einem Getriebemechanismus dar, der auch als Active Interlock bezeichnet wird. Bei der Volumenstromquelle 32 handelt es sich um eine direkt durch den Fahrzeugmotor angetriebene Hydraulikpumpe.
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Über den Ventilblock 40 kann zusätzlich zu den beiden Kupplungen 4, 6 eine dritte Kupplung betätigt werden, insbesondere eine sogenannte KO-Kupplung in einem Hybridantriebsstrang. Die dritte Kupplung kann genauso in das Hydrauliksystem 3 eingebunden werden wie die Kupplung 6.
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Das in 1 dargestellte Hydrauliksystem 3 liefert unter anderem den Vorteil, dass eine kleinere Pumpengröße für die Hydraulikpumpe 32 für eine minimierte Leistungsaufnahme verwendet werden kann. Dadurch kann, insbesondere in einem Teillastbereich, eine zuviel geförderte Hydraulikfluidmenge reduziert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird in dem Hydrauliksystem 3 das Druckniveau gegenüber herkömmlichen Hydrauliken erhöht und die Kupplungsansteuerung über die weitgehend leckagefreien CSCs ausgeführt, um, insbesondere bei kleinen Motordrehzahlen, auch mit kleinen Volumenströmen auszukommen. Dadurch kann die geringere Pumpengröße ausgeglichen werden.
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Durch die Verwendung des elektromechanischen Getriebeaktors 50 kann der Ventilblock 40 verkleinert und die Anzahl der benötigten Ventile verringert werden. Darüber hinaus verbessert sich die Robustheit des Betätigungssystems 1, da die Gangbetätigung nicht in das schmutzsensible Hydrauliksystem 3 eingebunden ist.
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Für nasse Kupplungssysteme ermöglicht die Saugstrahlpumpe 8 in Verbindung mit geringen Druckabfällen im Kühlungszweig, vorteilhaft auch bei kleinen Motordrehzahlen, die stabile Bereitstellung des benötigten Kühlölvolumenstroms. So kann mit geringer Leistungsaufnahme der nötige Kühlölvolumenstrom kostengünstig bereitgestellt werden.
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Bei Hybridantrieben und bei Fahrzeugen mit einem Start-Stopp-System besteht die Gefahr, dass die Hydraulikkanäle während des Stillstands des Fahrzeugs leerlaufen und somit eine Verzögerung bei der Wiederanfahrt auftritt. Als Abhilfe ist zu diesem Zweck in das Hydrauliksystem 3 der Niederdruckspeicher eingebunden, der dafür sorgt, dass die Kanäle in dem Hydrauliksystem 3 gefüllt bleiben. Darüber hinaus kann der Niederdruckspeicher 9 vorteilhaft dazu verwendet werden, die als Anfahrkupplung ausgeführte erste Kupplung 4 an den Tastpunkt zu bringen.
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In 2 ist der Ventilblock 40 in Form eines Hydraulikschaltplans dargestellt. In dem Ventilblock 40 ist eine Ventileinrichtung 70 integriert, die als 4/3-Wegeventil ausgeführt ist. Die Ventileinrichtung 70 weist auf ihrer in 2 linken Seite einen Anschluss für den Niederdruckspeicher 9 auf.
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Auf ihrer in 2 rechten Seite weist die Ventileinrichtung 70 einen Anschluss für die Kupplung 4 und zwei Anschlüsse für die Kupplung 4 beziehungsweise einen hydraulischen Hauptkanal 69 auf. Ein Rückschlagventil 71 ist zwischen die Ventileinrichtung 70 und den hydraulischen Hauptkanal 69 geschaltet. Die Ventileinrichtung 70 wird elektromagnetisch betätigt und ist in ihre in 2 dargestellte Stellung vorgespannt.
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Ein Rückschlagventil 72 ist zwischen die Ventileinrichtung 70 und die Kupplung 4 geschaltet. Der Kupplung 4 ist eine als 3/2-Druckregelventil ausgeführte Ventileinrichtung 74 zugeordnet. Die Ventileinrichtung 74 ist zwischen den hydraulischen Hauptkanal 69 und die Kupplung 4 geschaltet. Das Rückschlagventil 71 sperrt, ausgehend von der Ventileinrichtung 70, in Richtung des hydraulischen Hauptkanals 69. Das Rückschlagventil 72 sperrt, ausgehend von der Kupplung 4, in Richtung der Ventileinrichtung 70.
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Eine Ventileinrichtung 76, die genauso ausgeführt ist wie die Ventileinrichtung 74, ist der Kupplung 6 zugeordnet. Eine Ventileinrichtung 78, die genauso wie die Ventileinrichtungen 74 und 76 ausgeführt ist, ist der Saugstrahlpumpe 8 zugeordnet.
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Eine Ventileinrichtung 79, die genauso ausgeführt ist wie die Ventileinrichtungen 74, 76 und 78, ist zwischen die Volumenstromquelle 32 beziehungsweise das Reservoir 34 und den hydraulischen Hauptkanal 69 beziehungsweise einen hydraulischen Rücklaufkanal 68 geschaltet. Ein Rückschlagventil 80 ist zwischen die Volumenstromquelle 32 und die Ventileinrichtung 79 geschaltet. Das Rückschlagventil 80 sperrt in Richtung der Volumenstromquelle 32.
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In dem in 2 dargestellten Normalbetrieb des Betätigungssystems (1 in 1) ist der Niederdruckspeicher 9 über die Ventileinrichtung 70 mit dem Hauptkanal 69 der Hydraulik verbunden, so dass der Niederdruckspeicher 9 immer vollgeladen wird. Bei kleinen Drehzahlen oder vollem Niederdruckspeicher 9 kann die Ventileinrichtung 70 über ihre Mittelstellung oder nicht dargestellte Zwischenstellung hydraulisch abgekapselt werden.
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Während des Stillstands des Fahrzeugs und somit dem Stillstand der Volumenstromquelle 32 kann der Niederdruckspeicher 9 bei ansonsten geschlossenen Ventilen in der Mittelstellung der Ventileinrichtung 70 den hydraulischen Hauptkanal 69 gefüllt halten, so dass bei einem Wiederstart die Hydraulik schnell wieder einsatzbereit ist. Darüber hinaus kann der Niederdruckspeicher 9, wenn die Ventileinrichtung 70 in ihre dritte Schaltstellung umgeschaltet wird, über das Rückschlagventil 72 direkt in den Kupplungszweig der Kupplung 4 fördern, die als Anfahrkupplung oder K1 -Kupplung ausgeführt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungssystem
- 2
- Getriebe
- 3
- Hydrauliksystem
- 4
- Kupplung
- 6
- Kupplung
- 8
- Saugstrahlpumpe
- 9
- Niederdruckspeicher
- 10
- Ansteuerungssystem
- 12
- Doppelkupplung
- 14
- erste Teilkupplung
- 16
- zweite Teilkupplung
- 18
- erste Kupplungskühlung
- 20
- zweite Kupplungskühlung
- 22
- erster hydraulischer Zylinder
- 24
- zweiter hydraulischer Zylinder
- 26
- erste Sensorvorrichtung
- 28
- zweite Sensorvorrichtung
- 30
- Fahrzeugantrieb
- 32
- Volumenstromquelle
- 34
- Reservoir
- 36
- hydraulische Schaltlogik
- 40
- Ventilblock
- 46
- lokales Steuergerät
- 48
- Aktorantrieb
- 50
- Getriebeaktor
- 52
- Aktormechanik
- 54
- Gangsteller
- 56
- Rad
- 61
- Elektromotor
- 62
- Elektromotor
- 64
- konzentrischer Kupplungsnehmerzylinder
- 65
- konzentrischer Kupplungsnehmerzylinder
- 68
- hydraulischer Rücklaufkanal
- 69
- Hauptkanal
- 70
- Ventileinrichtung
- 71
- Rückschlagventil
- 72
- Rückschlagventil
- 74
- Ventileinrichtung
- 76
- Ventileinrichtung
- 78
- Ventileinrichtung
- 80
- Rückschlagventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016217381 A1 [0002]
