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Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung mit einer Ölwanne und mit einem in der Ölwanne angeordneten hydraulischen Steuergerät und mit einer wenigstens zweiflutigen Flügelzellenpumpe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der Praxis ist eine Getriebevorrichtung mit einem im Bereich einer Ölwanne angeordneten hydraulischen Steuergerät und mit einer zweiflutigen Flügelzellenpumpe bekannt. Die Flügelzellenpumpe besteht aus einem Stator bzw. einem Hubring, in dem ein Zylinder bzw. Rotor drehbar angeordnet ist. Der Rotor berührt die Innenwand des Stators jeweils zwischen Einlass- und Auslassöffnungen der Flügelzellenpumpe. Diese Stellen sind jeweils die Trennstellen zwischen den Saugbereichen und den beiden Druckräumen der Flügelzellenpumpe.
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In den Rotor sind mehrere radial verlaufend angeordnete Führungen eingearbeitet. In diesen Führungen sitzen Drehschieber bzw. Flügel. Diese Flügel unterteilen den Raum zwischen Hubring und Rotor in Umfangsrichtung in mehrere Kammern. Um die radialen Abstandsänderungen zwischen dem Rotor und dem Hubring während eines Umlaufes auszugleichen, können sich die Drehschieber in den Führungen in radialer Richtung des Rotors bewegen. Sie werden meist durch im Grund der schlitzartigen Führungen angebrachte Federn gegen die Innenwand des Hubrings gedrückt. Im Betrieb der Flügelzellenpumpe verstärkt die an den Flügeln angreifende Fliehkraft die Druckkraft, mit der die Flügel gegen die Innenwand des Hubrings gepresst werden, womit eine Abdichtung zwischen den Kammern gewährleistet wird.
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In der Ölwanne ist bekannterweise ein Hydraulikfluidreservoir bzw. ein Ölsumpf der Getriebevorrichtung vorgesehen, in dem das Hydraulikfluid üblicherweise unter Umgebungsdruck, d. h. im Wesentlichen drucklos, bevorratet wird. Die Flügelzellenpumpe ist in Einbaulage der Getriebevorrichtung in einem Fahrzeug oberhalb der Ölwanne im Gehäuse der Getriebevorrichtung positioniert. Den in Umfangsrichtung der Flügelzellenpumpe zueinander beabstandeten Saugseiten der Flügelzellenpumpe ist über einen den Hubring der Flügelzellenpumpe radial umgebenden und umfangsseitig verlaufenden Ringraum Hydraulikfluid in radialer Richtung nach innen gerichtet zuführbar. Der Ringraum wird in radialer Richtung und in Umfangsrichtung des Hubrings vom Hubring und dem Gehäuse der Getriebevorrichtung begrenzt.
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Im Betrieb der Flügelzellenpumpe wird Hydraulikfluid von der Flügelzellenpumpe zunächst über einen Ansaugbereich aus dem Hydraulikfluidreservoir in Richtung des Ringraumes angesaugt. Zusätzlich wird Hydraulikfluid über einen mit der Förderseite der Flügelzellenpumpe verbundenen sogenannten Saugaufladungsbereich in Richtung des Ringraumes geleitet. Im Saugaufladungsbereich liegt der Förderdruck der Flügelzellenpumpe an. Über den Saugaufladungsbereich bzw. die Saugaufladung wird von der Flügelzellenpumpe gefördertes Hydraulikfluid, dass aktuell nicht für die Versorgung von hydraulischen Verbrauchern der Getriebevorrichtung benötigt wird, zur Verbesserung des Pumpenwirkungsgrades in Richtung der beiden Saugseiten der Flügelzellenpumpe zurückgeführt.
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Dabei wird zur Vermeidung von Druckniveaus auf den Saugseiten der Flügelzellenpumpe kleiner als ein Schwellwert, unterhalb dem in der Flügelzellenpumpe Kavitation auftritt, das aus dem Hydraulikfluidreservoir bzw. dem Sumpf der Getriebevorrichtung angesaugte, im Wesentlichen drucklose Hydraulikfluid und das über die Saugaufladung unter Förderdruck der Flügelzellenpumpe zugeführte Hydraulikfluid vor dem Eintritt in den Ringraum im Bereich einer definierten Mischstrecke vermischt. Hierfür mündet der Saugaufladungsbereich stromauf des Ringraumes in den Ansaugbereich. Die Mischstrecke verläuft in Einbaulage der Getriebevorrichtung in einem Fahrzeug im Wesentlichen parallel zur Fahrzeughochachse.
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Nahe des Mündungsbereichs der Mischstrecke in den Ringraum bzw. mit in Umfangsrichtung geringem Abstand vom Mündungsbereich der Mischstrecke ist der erste Pumpeneinlass vorgesehen. Im Bereich des ersten Pumpeneinlasses wird ein Teil des in den Ringraum eingeleiteten Hydraulikfluids durch den Hubring hindurch oder seitlich an diesem vorbei radial nach innen in den ersten Saugbereich der Flügelzellenpumpe zwischen Hubring und Rotor bzw. in die von den Flügeln begrenzten Kammern geführt. Ausgehend von einem dem ersten Pumpeneinlass in Bezug auf die Drehrichtung des Rotors vorgeschalteten Anlagebereich zwischen der Außenseite des Rotors und der Innenseite des Hubrings vergrößert sich zunächst der radiale Abstand zwischen der Außenseite des Rotors und der Innenseite des Hubrings bis ein Maximum des Abstandes erreicht wird. Dabei wird Hydraulikfluid über den ersten Pumpeneinlass angesaugt. Nach Erreichen des Maximums verkleinert sich der Abstand in Umfangsrichtung des Hubrings bis zum nächsten Anlagebereich zwischen dem Rotor und dem Hubring. In diesem Umfangsbereich der Flügelzellenpumpe wird das Hydraulikfluid aus den dann mit der Förderseite verbundenen Kammern der Flügelzellenpumpe mit Förderdruck ausgeschoben.
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Zwischen dem Rotor und dem Hubring schließt sich auf der dem ersten Pumpeneinlass abgewandten Seite des zweiten Anlagebereiches in Umfangsrichtung des Rotors und des Hubrings der zweite Pumpeneinlass an. Der zweite Pumpeneinlass wird mit dem Teil des in den Ringraum eingeleiteten Hydraulikfluidvolumenstroms beaufschlagt, der nicht über den ersten Pumpeneinlass aus dem Ringraum in das Innere der Flügelzellenpumpe abgeleitet wird. Der radiale Abstand zwischen der Außenseite des Rotors und der Innenseite des Hubrings steigt ausgehend vom zweiten Anlagebereich in Umfangsrichtung stetig an, so dass sich bei rotierendem Rotor eine Saugwirkung einstellt. Nach Erreichen des Maximums des radialen Abstandes nimmt der radiale Abstand in Umfangsrichtung des Hubrings ausgehend vom zweiten Anlagebereich bei weiterer Rotation des Rotors gegenüber dem Hubring wieder ab und es wird bei rotierendem Rotor das zuvor über den zweiten Pumpeneinlass angesaugte Hydraulikfluid wieder aus der Flügelzellenpumpe mit Förderdruck ausgeschoben.
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Des Weiteren begrenzen zwischen dem Mündungsbereich der Mischstrecke in den Ringraum und dem Bereich des Ringraumes, aus dem Hydraulikfluid über den zweiten Pumpeneinlass in die Flügelzellenpumpe eingeleitet wird, der Hubring und das Gehäuse sowohl in Umfangsrichtung des Hubrings als auch in radialer Richtung einen Dichtspalt. Dadurch wird gewährleistet, dass das dem zweiten Pumpeneinlass in Umfangsrichtung durch den Ringraum zugeführte Hydraulikfluid nicht zwischen dem Hubring und dem Gehäuse in Umfangsrichtung des Hubrings am zweiten Pumpeneinlass vorbei geführt und eine Pumpenleistung nicht beeinträchtigt wird.
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Die Flügelzellenpumpe ist bei der bekannten Getriebevorrichtung in einer sogenannten Zwischenplatte der Getriebevorrichtung in Fahrzeughochrichtung oberhalb der Ölwanne angeordnet. Die Zwischenplatte ist mit Übergabestellen ausgebildet, über die das von der Flügelzellenpumpe geförderte und anschließend über ein hydraulisches Getriebesteuergerät gezielt verteilte Hydraulikfluid verschiedenen Aktoren und mit Hydraulikfluid zu beaufschlagenden Bauteilen der Getriebevorrichtung zuführbar ist.
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Dabei ist die Flügelzellenpumpe im Bereich der Zwischenplatte auch oberhalb des ebenfalls in der Ölwanne angeordneten hydraulischen Getriebesteuergerätes positioniert. Vom hydraulischen Getriebesteuergerät führt die Saugaufladung in Richtung der Mischstrecke weg. Im Bereich des hydraulischen Getriebesteuergerätes wird der über die Saugaufladung zur Saugseite der Flügelzellenpumpe rückgeführte Hydraulikfluidvolumenstrom eingestellt. Dadurch ist eine ausreichend lange Mischstrecke zur Verfügung stellbar, über die das aus dem Bereich des Hydraulikfluidreservoirs angesaugte Hydraulikfluid mit dem Hydraulikfluid der Saugaufladung so mischbar ist, dass im Bereich der Pumpeneinlässe der Flügelzellenpumpe Kavitation vermieden wird.
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Neuere Getriebekonzepte werden zunehmend im Getriebeinnenraum oberhalb der Ölwanne, d. h. insbesondere im Bereich der Zwischenplatte mit zusätzlichen Hybridkomponenten ausgeführt. Dafür wird zusätzlicher Bauraum im Getriebeinneren benötigt. Dieser zusätzliche Bauraum ist nur durch Vergrößern äußerer Abmessungen eines Getriebes im Bereich der Zwischenplatte zur Verfügung stellbar, wenn die Getriebepumpe im vorbeschriebenen Umfang ausgeführt und an der oben genannten Stelle im Getriebe positioniert ist. Der für die Anordnung einer Getriebevorrichtung im Fahrzeug zur Verfügung stehende Bauraum ist jedoch besonders in diesem Bereich stark begrenzt. Da der für den Einbau einer Getriebevorrichtung im Fahrzeug zur Verfügung stehende Bauraum nur durch erhebliche konstruktive fahrzeugseitige Änderungen vergrößerbar ist, wird diese Maßnahme aus Kostenaspekten von den Fahrzeugherstellern oftmals nicht akzeptiert. Damit sind neuere Getriebegenerationen, insbesondere hybridisierte Getriebevorrichtungen, nicht in bestehende Fahrzeugsysteme integrierbar.
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Um hybridisierte Getriebevorrichtungen dennoch in bestehende Fahrzeugsysteme integrieren zu können, wird versucht, die als Flügelzellenpumpe ausgeführte Getriebepumpe aus dem Bereich der Zwischenplatte heraus zu verlagern und in anderen Bereichen innerhalb des Getriebes anzuordnen. Eine Anordnung der Flügelzellenpumpe in anderen Bereichen des Innenraumes eines Getriebes ist jedoch nicht ohne weiteres möglich. Beispielsweise wird von Fahrzeugherstellern oftmals eine definierte Bodenfreiheitslinie eines Fahrzeuges gefordert, die einen definierten Abstand zwischen dem untersten Punkt einer Fahrzeugunterseite und dem jeweils vom Fahrzeug befahrenen Untergrund darstellt. Aus diesem Grund dürfen die äußeren Abmessungen eines Getriebes in Einbaulage im Fahrzeug diese Bodenfreiheitslinie nicht unterschreiten.
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Des Weiteren ist im Bereich der Flügelzellenpumpe Kavitation zu vermeiden, um die Lebensdauer der Flügelzellenpumpe nicht zu beeinträchtigen und mit geringem Wartungsaufwand betreiben zu können. Hierfür ist eine Mindestlänge für die Mischstrecke erforderlich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine bauraumgünstige Getriebevorrichtung zu schaffen, die durch eine hohe Lebensdauer und einen geringen Wartungsaufwand gekennzeichnet ist sowie auf kostengünstige Art und Weise in bestehende Fahrzeugsysteme integrierbar ist, ohne dabei eine definierte Bodenfreiheitslinie zu unterschreiten.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung umfasst eine Ölwanne und ein in der Ölwanne angeordnetes hydraulisches Steuergerät sowie eine wenigstens zweiflutige Flügelzellenpumpe. Saugseiten der Flügelzellenpumpe ist über einen einen Hubring der Flügelzellenpumpe umfangsseitig umgebenden Ringraum aus einem ein Hydraulikfluidreservoir in der Ölwanne mit dem Ringraum verbindenden Ansaugbereich und aus einer Saugaufladung der Flügelzellenpumpe Hydraulikfluid zuführbar. Der Ringraum ist vom Hubring und einem den Hubring umgebenden Gehäuse der Getriebevorrichtung begrenzt. Der Hubring bildet bereichsweise mit seiner Außenseite in Umfangsrichtung des Hubringes in einem Anlagebereich mit dem Gehäuse einen Dichtspalt aus.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Flügelzellenpumpe in der Ölwanne angeordnet ist und somit aus dem Bereich der Zwischenplatte heraus verlagert ist, in dem durch die Anordnung von zusätzlichen Hybridkomponenten gegebenenfalls nur wenig Bauraum zur Verfügung steht. Zusätzlich erstreckt sich der Dichtspalt in Umfangsrichtung des Hubrings zwischen einem der Pumpeneinlässe und einem Umfangsbereich des Hubringes, der einen Ansaugbereich des Hydraulikfluides aus dem Hydraulikfluidreservoir begrenzt, womit bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf der Flügelzellenpumpe im Inneren der Getriebevorrichtung eine möglichst lange Mischstrecke realisierbar ist. Des Weiteren schließen ein Verlauf des Ansaugbereiches und der Verlauf der Saugaufladung in Einbaulage der Getriebevorrichtung, vorzugsweise in einem Fahrzeug, jeweils mit einer Hochachse der Getriebevorrichtung zumindest bereichsweise einen Winkel ein.
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Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung sowohl mit einer schräg gegenüber der Hochachse des Getriebes verlaufenden Ansaugung des Hydraulikfluids aus dem Hydraulikfluidreservoir als auch mit einer schräg gegenüber der Hochachse verlaufenden Saugaufladung ausgehend von der Förderseite der Flügelzellenpumpe ausgeführt. Dadurch ist im Vergleich zu einer in Hochrichtung der Getriebevorrichtung verlaufenden Ansaugung aus dem Hydraulikfluidreservoir und einer in Hochrichtung verlaufenden Saugaufladung stromauf des Ringraumes eine große Mischstreckenlänge zur Verfügung stellbar, ohne eine definierte Bodenfreiheitslinie zu überschreiten. Durch die schrägen Verläufe der Ansaugung und der Saugaufladung im Bereich der Ölwanne wird in Fahrzeugquerrichtung in erforderlichem Umfang zur Verfügung stehender Bauraum genutzt. Ein Bauraumbedarf der Getriebevorrichtung ist dann in Fahrzeughochrichtung trotz entsprechend langer Mischstrecke ausreichend gering.
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Unter den Begriffen Verlauf des Ansaugbereiches und Verlauf der Saugaufladung wird jeweils eine Erstreckungsrichtung eines wesentlichen Teils einer Verbindungsleitung oder eines Verbindungskanals zwischen dem Hydraulikfluidreservoir im Ölsumpf bzw. zwischen der Förderseite der Flügelzellenpumpe und der Saugseite der Flügelzellenpumpe verstanden, in der bzw. in dem jeweils Hydraulikfluid geführt wird. Dabei besteht durchaus die Möglichkeit, dass die jeweilige Verbindungsleitung oder der jeweilige Verbindungskanal nicht durchgehend gradlinig ausgebildet ist und auch gekrümmte Bereiche umfassen kann. Grundsätzlich wird jedoch angestrebt, den jeweiligen Verlauf der Ansaugung und auch der Saugaufladung im strömungstechnischen Sinne so auszugestalten, dass das Hydraulikfluid der Flügelzellenpumpe mit möglichst geringen Strömungsverlusten zuführbar ist.
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Die Flügelzellenpumpe ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung bauraumgünstig im hydraulischen Steuergerät angeordnet. Hierdurch sind die Flügelzellenpumpe und das Steuergerät mit geringem Aufwand als ein vormontierbares Modul ausführbar, womit ein Montageaufwand der Getriebevorrichtung reduzierbar ist.
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Im Bereich des Dichtspaltes ist zwischen der Außenseite des Hubrings und dem Gehäuse bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung eine linienförmige Anlage vorgesehen. Dadurch ist in Umfangsrichtung des Hubrings die Breite des Dichtspaltes zwischen dem Pumpeneinlass und dem Umfangsbereich des Hubrings, der den Ansaugbereich begrenzt, gering ausführbar und nahezu der gesamte Umfang der Flügelzellenpumpe als Mischstrecke für die Vermischung des aus dem Hydraulikfluidreservoir angesaugten Hydraulikfluides mit dem von der Saugaufladung unter Druck zugeführten Hydraulikfluid nutzbar. Dies bietet den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung unter Einhaltung einer definierten Bodenfreiheitslinie mit geringen äußeren Abmessungen ausführbar ist. Zusätzlich ist gewährleistet, dass im Bereich der Pumpeneinlässe der Flügelzellenpumpe auf konstruktiv einfache und bauraumgünstige Art und Weise jeweils ein einer Kavitation entgegenwirkender Druck anliegt, wobei dies ohne Vergrößerung der äußeren Abmessungen des Gehäuses der Getriebevorrichtung erreicht wird.
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Der Winkel zwischen dem Verlauf der Saugaufladung und der Hochachse entspricht bei einer bauraumgünstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung wenigstens annähernd dem Winkel, den der Verlauf des Saugbereiches mit der Hochachse einschließt.
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Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, dass der Winkel zwischen dem Verlauf der Saugaufladung und der Hochachse größer ist als der Winkel, den der Ansaugbereich mit der Hochachse einschließt. Dann ist ein den Ansaugbereich von der Saugaufladung trennender Gehäusebereich mit einer für die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung erforderlichen Wandstärke auf einfache Art und Weise bei gleichzeitig kompakter Bauweise der Getriebevorrichtung darstellbar.
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Bei einer weiteren bauraumgünstigen und mit geringem Aufwand herstellbaren sowie durch eine hohe Lebensdauer gekennzeichneten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung weist die Ölwanne in axialer Richtung der Flügelzellenpumpe verlaufende und einander gegenüberliegende Seitenwände auf, die beispielsweise plan bzw. im Wesentlichen eben ausgeführt sein können. Wenigstens eine dieser Seitenwände ist so ausgeführt, dass deren Verlauf einen Winkel mit der Hochachse der Getriebevorrichtung einschließt und in Fahrzeughochrichtung höher ist als die andere Seitenwand.
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Entspricht der Winkel, den die Seitenwand mit der Hochachse einschließt, im Wesentlichen dem Winkel zwischen dem Verlauf des Ansaugbereiches und der Hochachse, sind die äußeren Abmessungen der Getriebevorrichtung im Bereich der Ölwanne in Fahrzeugquerrichtung auf das zur Darstellung der erforderlichen Mischstreckenlänge vorzusehende Mindestmaß begrenzbar. Damit ist die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung einerseits in gewünschtem Umfang bauraumgünstig ausführbar und anderseits ist eine die Lebensdauer begrenzende Kavitation sicher vermieden.
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Die Pumpeneinlässe sind bei einer weiteren im Wesentlichen kraftausgeglichen betreibbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung am Umfang des Stators verteilt in verschiedenen Umfangsbereichen des Hubrings und im Wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet.
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Bei einer ebenfalls durch eine hohe Lebensdauer gekennzeichneten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung weist der vom Gehäuse und vom Stator begrenzte Ringraum stromab des ersten Pumpeneinlasses einen auf den Strömungsquerschnitt des ersten Pumpeneinlass abgestimmten Strömungsquerschnitt auf. Dabei ist die Auslegung derart, dass der im Betrieb der Getriebevorrichtung über die Mündungsbereiche in den Ringraum geführte Hydraulikfluidvolumenstrom im Wesentlichen hälftig aus dem Ringraum in Richtung des ersten Pumpeneinlasses abfließt, während der restliche Hydraulikfluidvolumenstrom im Ringraum umfangsseitig in Richtung des zweiten Pumpeneinlasses weiterströmt. Dabei wird angestrebt, dass sich durch die Gestaltung des Strömungsquerschnittes des Ringraumes stromab des ersten Pumpeneinlasses im Ringraum ein Gegendruck aufbaut, der den hälftigen Abfluss des stromauf des ersten Pumpeneinlasses in den Ringraum einströmenden Hydraulikfluidvolumenstromes begünstigt. Dies kann beispielsweise durch eine konstruktiv entsprechend gestaltete Drosselstelle des Ringraumes im Umfangsbereich des Ringraumes zwischen dem ersten Pumpeneinlass und dem zweiten Pumpeneinlass erreicht werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Anspruches oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen oder unmittelbar aus der Zeichnung hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine zweidimensionale Teilschnittansicht einer Getriebevorrichtung mit einer Ölwanne und einer darin angeordneten zweiflutigen Flügelzellenpumpe;
- 2 eine vereinfachte dreidimensionale Schnittansicht der Flügelzellenpumpe sowie des die Flügelzellenpumpe umgebenden Gehäusebereiches der Getriebevorrichtung; und
- 3 eine vereinfachte dreidimensionale Schnittansicht der Flügelzellenpumpe sowie des die Flügelzellenpumpe umgebenden Gehäusebereiches der Getriebevorrichtung entlang einer in 2 näher gekennzeichneten Schnittlinie III-III.
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In 1 ist eine Teilschnittansicht einer Getriebevorrichtung 1 dargestellt, die eine Ölwanne 2 und ein in der Ölwanne 2 angeordnetes hydraulisches Steuergerät 3 aufweist. Die Getriebevorrichtung 1 kann beispielsweise Teil eines Fahrzeugantriebsstranges eines Kraftfahrzeuges mit einer Antriebsmaschine und mit einem Abtrieb sein, über das Drehmoment zwischen der Antriebmaschine und dem Abtrieb übertragbar ist. Im Bereich des hydraulischen Steuergerätes 3 ist eine vorliegend zweiflutig ausgeführte Flügelzellenpumpe 4 angeordnet. Ansaugseiten 5A, 5B der Flügelzellenpumpe 4 sind über einen einen Hubring 6 der Flügelzellenpumpe 4 umfangsseitig umgebenden Ringraum 7 mit Hydraulikfluid beaufschlagbar. Der Ringraum 7 wird in radialer Richtung Y der Flügelzellenpumpe 4 vom Hubring 6 und einem den Hubring 6 umgebenden Gehäuse 8 der Getriebevorrichtung 1 und in axialer Richtung X der Flügelzellenpumpe 4 vom Gehäuse 8 begrenzt.
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Des Weiteren begrenzen der Hubring 6 und das Gehäuse 8 sowohl radialer Richtung Y als auch in axialer Richtung X in der in 2 und 3 beispielhaft näher dargestellten Weise umfangsseitig zueinander beabstandete Pumpeneinlässe 9, 10. Durch die Pumpeneinlässe 9, 10 ist Hydraulikfluid aus dem Ringraum 7 radial nach innen zu den Ansaugseiten 5A, 5B der Flügelzellenpumpe 4 führbar. Im Bereich der Pumpeneinlässe 9 und 10 ist der Hubring 6 in axialer Richtung X jeweils mit geringerer axialer Breite als in den weiteren Umfangsbereichen des Hubringes 6 ausgeführt. Zusätzlich ist das Gehäuse 8 im Bereich der Pumpeneinlässe 9, 10 mit einer größeren axialen Breite als in den weiteren Umfangsbereichen des Hubrings 6 ausgebildet. Damit ist in axialer Richtung X zwischen einer Stirnfläche 26 des Hubringes 6 und einer der Stirnfläche 26 zugewandten Gehäusewand 28 sowie zwischen einer weiteren Stirnfläche 27 des Hubringes 6 und einer der weiteren Stirnfläche 27 zugewandten Gehäusewand 29 jeweils ein den Ringraum 7 mit den Ansaugseiten 5A, 5B verbindender Strömungsquerschnitt ausgebildet.
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Im Hubring 6 ist ein Rotor 30 drehbar angeordnet. Der Rotor 30 berührt eine Innenseite 31 des Hubrings 6 jeweils zwischen den Ansaugseiten 5A, 5B und Förderseiten 32, 33 der Flügelzellenpumpe 4. Anlagebereiche 34, 35 zwischen einer Außenseite 36 des Rotors 30 und der Innenseite 31 des Hubrings 6 bilden jeweils die Trennstellen zwischen den beiden Ansaugseiten 5A, 5B und den beiden Förderseiten 32, 33 bzw. den beiden Druckräumen der Flügelzellenpumpe 4.
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In den Rotor 30 sind mehrere in radialer Richtung Y verlaufende Führungen 37 eingearbeitet. In diesen Führungen sitzen Flügel 38 bzw. sogenannte Drehschieber. Diese Flügel 38 unterteilen den Ringraum 7 zwischen dem Hubring 6 und dem Rotor 30 in Umfangsrichtung in mehrere Kammern 39. Um während eines Umlaufes des Rotors 30 auftretende radiale Abstandsänderungen zwischen dem Rotor 30 und dem Hubring 6 auszugleichen, können sich die Flügel 38 in den Führungen 37 in radialer Richtung Y des Rotors 30 bewegen. Vorliegend werden die Flügel 38 im Bereich ihrer der Innenseite 31 des Hubrings 6 abgewandten Stirnflächen 41 in den Führungen 37 mit hydraulischem Druck beaufschlagt und gegen die Innenwand 31 des Hubrings 6 gedrückt. Im Betrieb der Flügelzellenpumpe 4 verstärkt die an den Flügeln 38 angreifende Fliehkraft die Druckkraft, mit der die Flügel 38 gegen die Innenwand bzw. die Innenseite 31 des Hubrings 6 gepresst werden. Damit wird in Umfangsrichtung U der Flügelzellenpumpe 4 eine Abdichtung zwischen den Kammern 39 gewährleistet. Die Pumpeneinlässe 9 und 10 der Flügelzellenpumpe 4 sind in verschiedenen Umfangsbereichen des Hubrings 6 und im Wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet.
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In der Ölwanne 2 ist vorliegend ein Hydraulikfluidreservoir 11 bzw. ein Ölsumpf der Getriebevorrichtung 1 angeordnet, in dem Hydraulikfluid unter Umgebungsdruck, d. h. im Wesentlichen drucklos, bevorratet wird. Die Flügelzellenpumpe 4 ist in Einbaulage der Getriebevorrichtung 1 in Fahrzeughochrichtung oberhalb des Ölsumpfes 11 in der Ölwanne 2 angeordnet.
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Im Betrieb der Flügelzellenpumpe 4 wird Hydraulikfluid von der Flügelzellenpumpe 4 zunächst über einen Ansaugbereich 14 aus dem Ölsumpf 11 in Richtung des Ringraumes 7 angesaugt. Zusätzlich wird Hydraulikfluid über einen mit den Förderseiten 32, 33 im Bereich des hydraulischen Steuergerätes 3 verbindbaren Saugaufladungsbereich 16 in Richtung des Ringraumes 7 geleitet. Im Saugaufladungsbereich 16 liegt der Förderdruck der Flügelzellenpumpe 4 an. Über den Saugaufladungsbereich bzw. die Saugaufladung 16 wird von der Flügelzellenpumpe 4 gefördertes Hydraulikfluid, das aktuell nicht für die Versorgung von hydraulischen Verbrauchern der Getriebevorrichtung 1 benötigt wird, zur Verbesserung des Pumpenwirkungsgrades in Richtung der beiden Ansaugseiten 5A, 5B der Flügelzellenpumpe 4 zurückgeführt.
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Zur Vermeidung von Druckniveaus auf den Ansaugseiten 5A, 5B der Flügelzellenpumpe 4 kleiner als ein Schwellwert, unterhalb dem in der Flügelzellenpumpe 4 Kavitation auftritt, wird das aus dem Hydraulikfluidreservoir 11 bzw. dem Ölsumpf der Getriebevorrichtung 1 angesaugte und im Wesentlichen drucklose Hydraulikfluid und das über die Saugaufladung 16 unter Förderdruck der Flügelzellenpumpe 4 zugeführte Hydraulikfluid vor dem Eintritt in den Ringraum 7 im Bereich einer definierten Mischstrecke 42 vermischt. Dabei erstreckt sich die Mischstrecke 42 vorliegend von einem Mündungsbereich 15 der Saugaufladung 16 in die Mischstrecke 42 und einem Mündungsbereich 13 des Ansaugbereiches 14 in die Mischstrecke 42 bis hin zum ersten Pumpeneinlass 9. Zusätzlich findet auch im weiteren Strömungsverlauf des zugeführten Hydraulikfluids stromab der Mischstrecke 42 nach dem Eintritt in den Ringraum 7 weiterhin eine Vermischung der beiden Hydraulikfluidvolumenströme aus dem Ölsumpf 11 und aus der Saugaufladung 16 statt. Somit stellt sich der an die Mischstrecke 42 anschließende Ringraum 7 ebenfalls eine Mischstrecke für die beiden Hydraulikfluidvolumenströme dar. Der Mündungsbereich 13 des Ansaugbereiches 14 in die Mischstrecke 42 sowie der Mündungsbereich 15 der Saugaufladung in die Mischstrecke 42 sind stromauf der Pumpeneinlässe 9 und 10 der Flügelzellenpumpe 4 angeordnet.
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Der erste Pumpeneinlass 9 schließt sich in Strömungsrichtung des Hydraulikfluides aus der Mischstrecke 42 in den Ringraum 7 an die Mischstrecke 42 an. Ein radialer Abstand bzw. ein lotrechter Abstand zwischen der Außenseite 36 des Rotors 30 und der Innenseite 31 des Hubrings 6 vergrößert sich in Umfangsrichtung U ausgehend vom ersten Anlagebereich 35 des Rotors 30 am Hubring 6 bis zu einem Maximum. Dieser Umfangsbereich der Flügelzellenpumpe 4 entspricht der Ansaugseite 5A, in deren Bereich Hydraulikfluid über den ersten Pumpeneinlass 9 in die Kammern 39 der Flügelzellenpumpe 4 bei drehendem Rotor 30 eingesaugt wird. Ausgehend vom Maximum des radialen Abstands verkleinert sich der radiale Abstand in Umfangsrichtung U bis zum nächsten Anlagebereich 34 zwischen dem Rotor 30 und dem Hubring 6. In diesem Umfangsbereich, der der Förderseite 32 der Flügelzellenpumpe 4 entspricht, wird das Hydraulikfluid bei rotierendem Rotor 30 aus den Kammern 39 der Flügelzellenpumpe 4 mit Förderdruck ausgeschoben.
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An den zweiten Anlagebereich 34 zwischen dem Rotor 30 und dem Hubring 6 schließt sich in Umfangsrichtung U des Rotors 30 und des Hubrings 6 der zweite Pumpeneinlass 10 an, der mit dem Teil des in den Ringraum 7 eingeleiteten Hydraulikfluidvolumenstroms beaufschlagt wird, der nicht über den ersten Pumpeneinlass 9 aus dem Ringraum 7 abgeleitet wird. Der radiale Abstand zwischen der Außenseite 36 des Rotors 30 und der Innenseite 31 des Hubrings 6 steigt ausgehend vom Anlagebereich 34 in Umfangsrichtung U wieder an. Nach Erreichen des Maximums des radialen Abstandes nimmt der radiale Abstand in Umfangsrichtung U zwischen dem Gehäuse 8 und dem Hubring 6 wieder ab und es wird das zuvor über den zweiten Pumpeneinlass 10 angesaugte Hydraulikfluid aus den Kammern 39 der Flügelzellenpumpe 4 mit Förderdruck ausgeschoben. Für das über die Förderseiten 32 und 33 ausgeführte Hydraulikfluid umfasst das Gehäuse 8 eine in 3 näher gezeigte Auslassöffnung 43, über die das Hydraulikfluid in Richtung des hydraulischen Steuergerätes 3 weitergeleitet wird.
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Der Hubring 6 bildet zwischen dem zweiten Pumpeneinlass 10 und einem Umfangsbereich 44 des Hubringes 6 zwischen seiner Außenseite 40 und dem Gehäuse 8 einen Dichtspalt 17 aus. Der Umfangsbereich 44 des Hubrings 6 begrenzt mit dem Gehäuse 8 den Ansaugbereich 14. Je schmäler der Anlagebereich zwischen der Außenseite 40 des Hubrings 6 und der der Außenseite 40 des Hubrings 6 zugewandten Gehäusewand in Umfangsrichtung U ist, desto länger erstreckt sich der Ringraum 7 in Umfangsrichtung U zwischen dem Ende der Mischstrecke 42 und dem Ende des zweiten Pumpeneinlasses 10. Idealerweise liegt im Bereich des von der Außenseite 40 des Hubringes 6 und dem Gehäuse 8 im Anlagebereich gebildeten Dichtspalts 17 in axialer Richtung X eine linienförmige Berührung bzw. Anlage zwischen der Außenseite 40 des Hubringes 6 und der Innenseite des Gehäuses 8 vor.
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Je schmäler der Anlagebereich bzw. der Dichtspalt 17 zwischen der Außenseite 40 des Hubrings 6 und dem Gehäuse 8 in Umfangsrichtung U ausgeführt ist, desto länger ist die gesamte Mischstrecke, die die Mischstrecke 42 und den Ringraum 7 umfasst, in Umfangsrichtung U ausbildbar.
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Eine linienförmige Berührung im Dichtspalt 17 bietet die Möglichkeit, den Pumpeneinlass 10 in Umfangsrichtung U des Hubrings 6 sowie in Strömungsrichtung des Hydraulikfluides im Ringraum 7 mit größtmöglichem Abstand vom Beginn der Mischstrecke 42 bzw. dem Mündungsbereich 15 der Saugaufladung 16 anzuordnen. Hierdurch wird erreicht, dass die gesamte Mischstrecke sehr lange ausführbar ist. Dies ist deshalb von Vorteil, weil mit zunehmender Vermischung von aus dem Hydraulikfluidreservoir 11 angesaugtem Hydraulikfluid mit aus der Saugaufladung 16 unter Druck zur Verfügung gestelltem Hydraulikfluid eine Kavitation im Bereich der Flügelzellenpumpe 4 vermieden wird.
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Sowohl ein Verlauf 19 bzw. eine Erstreckungsrichtung des Ansaugbereiches 14 als auch ein Verlauf 20 bzw. eine Erstreckungsrichtung der Saugaufladung 16 schließen in Einbaulage der Getriebevorrichtung 1 mit einer Hochachse 21 der Getriebevorrichtung 1 jeweils einen Winkel α bzw. β ein. Der Winkel β zwischen dem Verlauf 20 der Saugaufladung 16 und der Hochachse 21 ist hier größer als der Winkel α, den der Verlauf 19 des Ansaugbereiches 14 mit der Hochachse 21 einschließt. Damit wird für die Auslegung der Länge der Mischstrecke 42 und auch der Mischstrecke des Ringraumes 7 nicht nur Bauraum in Fahrzeughochrichtung, sondern auch in Fahrzeugquerrichtung und somit in Querrichtung Q der Getriebevorrichtung 1 genutzt. Die Fahrzeughochrichtung ist hierbei als in Richtung der Hochachse 21 der Getriebevorrichtung 1 verlaufend definiert. Linien, welche wie die Hochachse 21 von einem schrägen Doppelstrich gekreuzt werden, verlaufen parallel zueinander.
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Dann ist eine möglichst lange Mischstrecke 42 zur Verfügung stellbar, ohne eine vorzugsweise fahrzeugherstellerseitig vorgegebene Bodenfreiheitslinie 18 eines Fahrzeuges zu unterschreiten. Die schräge Aufladung der Flügelzellenpumpe 4 ausgehend von der Saugaufladung 16 und die schräge Ansaugung von Hydraulikfluid aus dem Ansaugbereich 14 bietet die Möglichkeit, die im Vergleich zu einer Anordnung der Flügelzellenpumpe in einer Zwischenplatte der Getriebevorrichtung verlorene Mischstreckenlänge in Fahrzeughochrichtung durch Ausnutzung des in Fahrzeughochrichtung und in Fahrzeugquerrichtung Q zur Verfügung stehendem Bauraum zu kompensieren. Dies ist vorteilhafterweise erreichbar, ohne die äußeren Abmessungen der Getriebevorrichtung 1 vergrößern zu müssen.
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Die Ölwanne 2 weist in axialer Richtung X verlaufende und einander gegenüberliegende Seitenwände 22, 23 auf, die eben ausgeführt sind. Die Seitenwände 22, 23 schließen wiederum jeweils einen Winkel γ, δ mit der Hochachse 21 ein. Die Seitenwand 22 ist in Fahrzeughochrichtung höher als die Seitenwand 23 ausgeführt. Dabei entsprechen die Winkel γ, δ, die die Seitenwände 22 und 23 jeweils mit der Hochachse 21 einschließen, im Wesentlichen dem Winkel α zwischen dem Verlauf 19 des Ansaugbereiches 14 und der Hochachse 21. Diese Ausgestaltung der Ölwanne 2 ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung mittels eines Gussverfahrens, während welchem die Ölwanne ohne verlorenen Kern herstellbar ist.
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Zusätzlich weist der vom Gehäuse 8 und vom Hubring 6 begrenzte Ringraum 7 stromab des ersten Pumpeneinlasses 9 einen auf die Strömungsquerschnitte des ersten Pumpeneinlasses 9 abgestimmten Verlauf des Strömungsquerschnittes 24 auf. Dabei ist der Verlauf des Strömungsquerschnittes 24 des Ringraumes 7 stromab des ersten Pumpeneinlasses 9 mit einer Drosselstelle bzw. Engstelle ausgebildet. Dadurch wird gewährleistet, dass sich in Umfangsrichtung U nach dem ersten Pumpeneinlass 9 im Ringraum 7 im Betrieb der Flügelzellenpumpe 4 ein Gegendruck aufbaut. Der Gegendruck bewirkt, dass der im Betrieb der Getriebevorrichtung 1 über die Mündungsbereiche 13 und 15 bzw. über die Mischstrecke 42 in den Ringraum 7 geführte Hydraulikfluidvolumenstrom im Wesentlichen hälftig aus dem Ringraum 7 in Richtung des ersten Pumpeneinlasses 9 abfließt, während der restliche Hydraulikfluidvolumenstrom im Ringraum 7 umfangsseitig in Richtung des zweiten Pumpeneinlasses 10 weiterströmt.
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Bei der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung 1 wird nahezu der gesamte Umfangsbereich der Flügelzellenpumpe 4 mit Ausnahme des Dichtspaltes 17 und des Umfangsbereiches 44 des Hubrings 6 als Mischstrecke für die Vermischung zwischen dem über den Aufladungsbereich 16 und dem über den Ansaugbereich 14 in den Ringraum 7 jeweils einströmenden Hydraulikfluidvolumenstrom genutzt. Dadurch ist im Bereich der Pumpeneinlässe 9 und 10 auf einfache Art und Weise ein hoher Druck zur Verfügung stellbar, so dass eine Kavitation in der Flügelzellenpumpe 4 über deren gesamten Betriebsbereich sicher vermieden ist.
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Zusätzlich ist eine Ansaughöhe des von der Flügelzellenpumpe 4 vorzugsweise über ein Filtermedium aus dem Hydraulikfluidreservoir 11 angesaugten Hydraulikfluids im Vergleich zu einer nicht winkeligen Anordnung des Verlaufes 19 des Ansaugbereiches 14 in Fahrzeughochrichtung geringer. Damit treten bei der Getriebevorrichtung 1 geringere Druckverluste im Ansaugbereich 14 auf.
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Des Weiteren bietet die Anordnung der Flügelzellenpumpe 4 im Bereich des hydraulischen Steuergerätes 3 den Vorteil, dass das jeweils den Ansaugseiten 5A, 5B der Flügelzellenpumpe 4 zugeführte Hydraulikfluid durch eine geringere Anzahl an abzudichtenden Schnittstellen zwischen dem hydraulischen Steuergerät 3 und der Peripherie des hydraulischen Steuergerätes 3 zu führen ist, als dies bei einer Anordnung der Pumpe im Bereich der Zwischenplatte 25 der Fall ist. Damit ist die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung 1 gegenüber aus der Praxis bekannten Getriebelösungen, bei welchen die Flügelzellenpumpe im Bereich einer in 1 gezeigten Zwischenplatte 25 angeordnet ist, konstruktiv einfacher und kostengünstiger ausführbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebevorrichtung
- 2
- Ölwanne
- 3
- hydraulisches Steuergerät
- 4
- Flügelzellenpumpe
- 5A, 5B
- Ansaugseiten der Flügelzellenpumpe
- 6
- Hubring
- 7
- Ringraum
- 8
- Gehäuse
- 9, 10
- Pumpeneinlass
- 11
- Hydraulikfluidreservoir, Ölsumpf
- 12
- Förderseite der Flügelzellenpumpe
- 13
- Mündungsbereich des Ansaugbereiches
- 14
- Ansaugbereich
- 15
- Mündungsbereich der Saugaufladung,
- 16
- Saugaufladungsbereich, Saugaufladung
- 17
- Dichtspalt
- 18
- Bodenfreiheitslinie
- 19
- Verlauf des Ansaugbereiches
- 20
- Verlauf des Aufladungsbereiches
- 21
- Hochachse der Getriebevorrichtung
- 22, 23
- Seitenwand der Ölwanne
- 24
- Strömungsquerschnitt des Ringraumes
- 25
- Zwischenplatte
- 26, 27
- Stirnfläche des Hubrings
- 28, 29
- Gehäusewand
- 30
- Rotor
- 31
- Innenseite des Hubrings
- 32, 33
- Förderseite der Flügelzellenpumpe
- 34,35
- Anlagebereich
- 36
- Außenseite des Rotors
- 37
- Führung
- 38
- Flügel
- 39
- Kammer
- 40
- Außenseite des Hubrings
- 41
- Stirnfläche des Flügels
- 42
- Mischstrecke
- 43
- Auslassöffnung
- 44
- Umfangsbereich des Hubrings
- Q
- Querrichtung der Getriebevorrichtung, Fahrzeugquerrichtung
- U
- Umfangsrichtung
- X
- axiale Richtung der Flügelzellenpumpe
- Y
- radiale Richtung der Flügelzellenpumpe
- α, β
- Winkel
- γ, δ
- Winkel
