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Die Erfindung betrifft ein Fluidsystem und ein Verfahren zur Aktuierung eines Getriebesystems, mit einer elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe, die eine Hauptvolumenstromquelle in dem Fluidsystem darstellt, und mit mindestens einer zusätzlichen Volumenstromquelle.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2018 104 093 A1 ist ein Fluidsystem für ein stufenlos verstellbares Umschlingungsgetriebe bekannt, mit einer elektromotorisch angetriebenen ersten Pumpe und einer elektromotorisch angetriebenen zweiten Pumpe, wobei ein erster Anschluss der ersten Pumpe mit einem zu einem Reservoir führenden Leitungsabschnitt verbunden ist und ein zweiter Anschluss der ersten Pumpe sowohl mit einer, einem ersten Scheibensatz des Umschlingungsgetriebes zugeordneten, ersten Betätigungseinrichtung als auch mit einem ersten Anschluss der zweiten Pumpe fluidisch verbunden ist, und wobei eine zweiter Anschluss der zweiten Pumpe mit einer, einem zweiten Scheibensatz des Umschlingungsgetriebes zugeordneten, zweiten Betätigungseinrichtung fluidisch verbunden ist, wobei die erste Pumpe seitens ihres ersten Anschlusses mit einem Druckspeicher fluidisch verbunden ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Druckversorgung mindestens eines fluidischen Verbrauchers, insbesondere eines Variators eines stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes, im Betrieb eines Fluidsystems mit einer elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe, die eine Hauptvolumenstromquelle in dem Fluidsystem darstellt, und mit mindestens einer zusätzlichen Volumenstromquelle, sicherzustellen.
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Die Aufgabe ist bei einem Fluidsystem zur Aktuierung eines Getriebesystems, mit einer elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe, die eine Hauptvolumenstromquelle in dem Fluidsystem darstellt, und mit mindestens einer zusätzlichen Volumenstromquelle, dadurch gelöst, dass die zusätzliche Volumenstromquelle zum Schutz eines Variators eines stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes passiv mit der Hauptvolumenstromquelle in dem Fluidsystem verschaltet ist. Verschaltet bedeutet im Hinblick auf die beiden Volumenstromquellen, dass diese über fluidische Ventileinrichtungen mit einer geeigneten Ventillogik fluidisch verschaltet sind. In einem herkömmlichen Umschlingungsgetriebe in einem Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor wird der Variator zum Beispiel dadurch geschützt, das entsprechende Druckregelventile bei einem Stromausfall den vollen Pumpendruck an die Scheibensätze des Variators geben, wobei die Pumpe mechanisch durch die Brennkraftmaschine ständig angetrieben ist, und somit direkt an der Verbrennerdrehzahl hängt, wodurch die Pumpe praktisch immer läuft. In einem hybridisierten oder rein elektrischen Antriebsstrang gibt es einen derartigen mechanischen Antrieb für die Pumpe nicht. Für den Fall, dass die elektromotorisch angetriebene Pumpe, welche die Hauptvolumenstromquelle in dem Fluidsystem mit dem hybridisierten Umschlingungsgetriebe darstellt, ausfallen sollte, wird durch das erfindungsgemäße Fluidsystem mit Hilfe passiver Elemente sichergestellt, dass der Anpressdruck nicht zusammenbricht. So können unerwünschte Getriebeschäden wirksam verhindert werden. Passiv verschaltet bedeutet dabei auch, dass der Schutz ohne erwünschte Signallaufzeiten sichergestellt ist. Der Variator kann im beanspruchten Fluidsystem seine Momentenkapazität auch bei einem Ausfall der Hauptvolumenstromquelle aufrechterhalten und zwar idealerweise aufrechterhalten, ohne seine Übersetzung zu verändern, und zwar besonders vorteilhaft solange, bis die Ansteuerung wieder arbeitsfähig ist oder der zugehörige Antriebsstrang sicher momentenfrei gestellt wurde. Bei der zusätzlichen Volumenstromquelle handelt es sich zum Beispiel um eine elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe oder um einen Fluiddruckspeicher. Die zusätzliche Volumenstromquelle funktioniert vorteilhaft unabhängig von Getriebedrehzahlen. In einem Fehlerfall wird durch eine entsprechende passive Ventillogik sichergestellt, dass sich die zusätzliche Volumenstromquelle automatisch, das heißt selbsttätig, zuschaltet. Die zusätzliche Volumenstromquelle reagiert vorteilhaft passiv auf einen Druckunterschied zwischen mindestens einem Verbraucher, insbesondere dem Variator, gegebenenfalls auch mehreren Verbrauchern und einer Systemdruckversorgung. Darüber hinaus kann die zusätzliche Volumenstromquelle alternativ oder zusätzlich auch zur Erhöhung der Aktuierungsdynamik genutzt werden, indem in hochdynamischen Situationen die Hauptvolumenstromquelle durch die zusätzliche Volumenstromquelle unterstützt wird. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass die Hauptvolumenstromquelle kleiner ausgelegt werden kann. Ein im Folgenden beschriebenes Schutz-Rückschlagventil ist vorteilhaft zwischen die Hauptvolumenstromquelle und eine Fluidversorgung von Scheibensatzventilen geschaltet. Die Scheibensatzventile sind zum Beispiel als Druckminderer ausgeführt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fluidsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Hauptvolumenstromquelle und die zusätzliche Volumenstromquelle ein Schutzventil geschaltet ist, durch das die zusätzliche Volumenstromquelle in einem Normalbetrieb des Fluidsystems von einer Scheibensatzfluidversorgung getrennt bleibt, und durch das die zusätzliche Volumenstromquelle in einem Fehlerfall passiv zugeschaltet wird. Ein erster Fehlerfall liegt zum Beispiel vor, wenn an der Hauptvolumenstromquelle ein Druckabfall festgestellt wird, zum Beispiel mit einem entsprechend angeordneten Drucksensor. Ein zweiter Fehlerfall liegt zum Beispiel vor, wenn die elektrische Versorgung des elektromotorischen Antriebs der Hauptvolumenstromquelle ausfällt. In beiden Fällen wird die zusätzliche Volumenstromquelle passiv zugeschaltet. Das Schutzventil kann auch als Zuschaltventil bezeichnet werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fluidsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzventil über einen Druckunterschied zwischen dem jeweils höheren Scheibensatzdruck und einem Systemdruck betätigt wird. Zu diesem Zweck ist das Schutzventil steuerungsmäßig, zum Beispiel über ein Oder-Ventil, mit der Scheibensatzfluidversorgung verbunden. Der Systemdruck wird mit Hilfe der Hauptvolumenstromquelle über ein entsprechendes Systemdruckventil, das an einen Niederdruckkreis angeschlossen ist, bereitgestellt. Solange der Systemdruck an der Hauptvolumenstromquelle größer als der Verbraucherdruck, insbesondere der Druck der Scheibensatzfluidversorgung, ist, bleibt die zusätzliche Volumenstromquelle vom Verbraucher, insbesondere von der Scheibensatzfluidversorgung, abgetrennt. Sinkt der Druck an der Hauptvolumenstromquelle ab, wird die zusätzliche Volumenstromquelle zugeschaltet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fluidsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Hauptvolumenstromquelle und das Schutzventil ein Schutz-Rückschlagventil geschaltet ist, das in Richtung der Hauptvolumenstromquelle sperrt. Die zusätzliche Volumenstromquelle ist vorzugsweise ein hydraulischer Druckspeicher, der im Normalbetrieb aus der Hauptvolumenstromquelle heraus aufgeladen wird und dessen Ladezustand, zum Beispiel über einen Drucksensor, überwacht wird.
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Zu diesem Zweck ist die vorzugsweise als Hydraulikdruckspeicher ausgeführte zusätzliche Volumenstromquelle über eine weitere hydraulische Verbindung mit dem Schutz-Rückschlagventil, das als passives Rückschlagventil ausgeführt ist, mit der Hauptvolumenstromquelle verbunden, so dass dieses bei einer aktiven Anhebung des Pumpendrucks zum Laden öffnet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fluidsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzventil mit einem Boost-Ventil kombiniert ist. Über das Boost-Ventil kann die vorzugsweise als Hydraulikdruckspeicher ausgeführte zusätzliche Volumenstromquelle auch bei hohen Systemdrücken an die restliche Hydraulik des Fluidsystems angebunden werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fluidsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher-Rückschlagventil zwischen die Hauptvolumenstromquelle und die zusätzliche Volumenstromquelle geschaltet ist. Das Speicher-Rückschlagventil verhindert, dass ein Notvolumen aus der vorzugsweise als Hydraulikdruckspeicher ausgeführten zusätzlichen Volumenstromquelle über unerwünscht große Leckagepfade verschwendet wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fluidsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsystem mindestens einen weiteren fluidischen Verbraucher umfasst. Je nach Ausführung wird der mindestens eine weitere fluidische Verbraucher nur über die Hauptvolumenstromquelle fluidisch versorgt. Alternativ oder zusätzlich kann auch mindestens ein weiterer fluidischer Verbraucher über eine geeignete Verschaltung aus der zusätzlichen Volumenstromquelle versorgt werden.
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Bei einem Fluidsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere bei einem vorab beschriebenen Fluidsystem, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die zusätzliche Volumenstromquelle zur Darstellung einer Boostfunktion und/oder zur Verbesserung der Aktuierungsdynamik im Betrieb des Fluidsystems mit der Hauptvolumenstromquelle in dem Fluidsystem verschaltet ist. Verschaltet bedeutet fluidisch verschaltet, vorzugsweise passiv verschaltet, insbesondere über eine geeignete Ventillogik.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fluidsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Volumenstromquelle ein Hydraulikspeicher ist. Der Hydraulikspeicher, der auch als hydraulischer Druckspeicher bezeichnet wird, wird in dem vorzugsweise als Hydrauliksystem ausgeführten Fluidsystem vorteilhaft aus der elektromotorisch angetriebenen Hauptvolumenstromquelle heraus aufgeladen.
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Die oben angegebene Aufgabe ist alternativ oder zusätzlich durch ein Verfahren zur Aktuierung eines Getriebesystems mit Hilfe eines vorab beschriebenen Fluidsystems gelöst.
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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. Die
1 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele eines Fluidsystems zur Aktuierung eines Getriebesystems mit einer elektromotorisch angetriebenen Pumpe, die eine Hauptvolumenstromquelle in dem Fluidsystem darstellt, und mit einer zusätzlichen Volumenstromquelle; und die
7 und 8 zeigen ein Teilsystem des Fluidsystems aus den 1 bis 6 mit einer Hauptvolumenstromquelle und einer zusätzlichen Volumenstromquelle gemäß zwei weiteren Ausführungsbeispielen.
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In den 1 bis 8 sind ein Fluidsystem 15 und ein Teilsystem 16 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen in Form von Hydraulikschaltplänen dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile werden in den 1 bis 8 die gleichen Bezugszeichen verwendet. Zunächst werden die Gemeinsamkeiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele erläutert. Danach wird auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen eingegangen.
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Die in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele des Fluidsystems 15 und auch die in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiele des Teilsystems 16 umfassen als Hauptvolumenstromquelle 1 eine elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe 14. Die elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe 14 ist vorzugsweise als Hydraulikpumpe ausgeführt und dient in dem vorzugsweise ebenfalls als Hydrauliksystem ausgeführten Fluidsystem 15 beziehungsweise in dem Teilsystem 16 zur Druckölversorgung einer Getriebehydraulik in einem Elektrofahrzeug beziehungsweise einem Hybridfahrzeug oder auch in einem konventionellen Fahrzeug.
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Durch die beanspruchte Ausführung des Fluidsystems 15 beziehungsweise Teilsystems 16 wird sichergestellt, dass in keinem Fall die Druckversorgung eines Variators 4 eines stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes in einem Antriebsstrang des Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs einbricht, während der Variator 4 Drehmoment übertragen muss.
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In dem Fluidsystem 15 beziehungsweise in dem Teilsystem 16, das auch als Fluidsystem 16 bezeichnet wird, wird mit der Hauptvolumenstromquelle 1 über ein Systemdruckventil 2, an das ein Niederdruckkreis 3 angeschlossen ist, ein gewünschter Systemdruck aufrechterhalten. In einem normalen Betrieb des Fluidsystems 15; 16 werden eine Scheibensatzfluidversorgung 13 des Variators 4 und mindestens ein fluidischer Verbraucher 5, 6 aus der Hauptvolumenstromquelle 1 mit Drucköl versorgt.
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Die Scheibensatzfluidversorgung 13 ist in an sich bekannter Art und Weise mit einem Druckminderer 7 und einem Druckminderer 8 ausgestattet. Die Druckminderer 7, 8 sind den nicht näher bezeichneten Scheibensätzen des Variators 4 zugeordnet. Über ein Oder-Ventil 9 wird erreicht, dass immer der jeweils höhere Druck der Scheibensätze des Variators 4 in einer Steuerleitung bereitgestellt wird, die in den 1 bis 6 unten an das Oder-Ventil 9 angeschlossen ist. Der in den 1 bis 6 unten an den Druckminderern 7, 8 bereitgestellte Fluiddruck wird mit einem Drucksensor 10 erfasst.
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Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Fluidsystems 15 umfasst als zusätzliche Volumenstromquelle 11 eine vorzugsweise elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe. Die zusätzliche Volumenstromquelle 11 kann über ein Schutzventil 12 bedarfsabhängig zur Druckölversorgung des Variators 4 und/oder der fluidischen Verbraucher 5, 6 zugeschaltet werden.
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In den 2 bis 8 ist als zusätzliche Volumenstromquelle 21 ein Fluiddruckspeicher, insbesondere ein Hydraulikdruckspeicher, der verkürzt auch als Hydraulikspeicher bezeichnet wird, in das Fluidsystem 15; 16 integriert. Die zusätzliche Volumenstromquelle 21 kann über ein Schutzventil 22 bedarfsabhängig zugeschaltet werden.
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Der hydraulische Druckspeicher, der die zusätzliche Volumenstromquelle 21 darstellt, wird im Normalbetrieb aus der Hauptvolumenstromquelle 1 heraus aufgeladen. Der Ladezustand des Hydraulikdruckspeichers 21 wird mit einem Drucksensor 25 überwacht.
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Der Hydraulikdruckspeicher 21 ist über eine hydraulische Verbindung mit einem Schutz-Rückschlagventil 23 fluidisch mit der Hauptvolumenstromquelle 1 verbunden. Analog ist die zusätzliche Volumenstromquelle 11 in 1 über das passive Schutz-Rückschlagventil 23 fluidisch mit der Hauptvolumenstromquelle 1 verbunden. Das Schutz-Rückschlagventil 23 ist, ebenso wie das Schutzventil 22, durch eine Ausführung in Sitzbauweise vorteilhaft möglichst dicht ausgeführt.
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In den 2 bis 8 sieht man, dass zwischen den Druckminderen 7, 8 und der Hauptvolumenstromquelle 1 beziehungsweise dem Abzweig zum Hydraulikdruckspeicher 21 ein Speicher-Rückschlagventil 24 angeordnet ist. Das Speicher-Rückschlagventil 24 verhindert, dass das in dem Hydraulikdruckspeicher 21 bereitgestellte Notvolumen über zu große Leckagepfade verschwendet wird.
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Die zweite Volumenstromquelle 21 kann vorteilhaft auch genutzt werden, um Spitzenbedarfe des Fluidsystems 15; 16 mit abzudecken und dadurch die Dimensionierung der Hauptvolumenstromquelle 1 zu verkleinern. In den 3 bis 8 sieht man, dass ein vorzugsweise ebenfalls möglichst dicht ausgeführtes hydraulisch betätigtes Boost-Ventil 31 in dem Fluidsystem 15; 16 mit dem Schutzventil 22 kombiniert ist.
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Über das Boost-Ventil 31 wird der Hydraulikdruckspeicher 21, der die zusätzliche Volumenstromquelle 21 darstellt, bei hohen Systemdrücken zusätzlich zu der Hauptvolumenstromquelle 1 zur Fluidversorgung eingebunden. Der Schaltdruck des Boost-Ventils 31 wird bevorzugt an der gleichen Stelle abgegriffen wie der für den Notbetrieb verwendete Schaltdruck.
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Da der Speicherdruck der zusätzlichen Volumenstromquelle 21 in der Regel deutlich größer als der maximal nötige Verbraucherdruck zu wählen ist, kann es sinnvoll sein, den Fluiddruck in dem Hydraulikdruckspeicher 21 auch über ein optionales Druckminderventil 32 passiv auf den maximalen Verbraucherdruck in Hochlastsituationen zu begrenzen. Das Druckminderventil 32 ist in den Ausführungsbeispielen der 3, 5 und 7 dargestellt. In den Ausführungsbeispielen der 4, 6 und 8 wurde auf das Druckminderventil 32 verzichtet.
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In den 5 bis 8 ist ein zusätzliches Boost-Rückschlagventil 36 vorgesehen. Das Boost-Rückschlagventil 36 ist zwischen die Hauptvolumenstromquelle 1 und das Boost-Ventil 31 beziehungsweise das Druckminderventil 32 geschaltet. So können neben den zu schützenden Verbrauchern 5, 6 auch weitere Verbraucher fluidisch versorgt werden. Das Boost-Rückschlagventil 36 ist in den 5 und 6 dem Schutz-Rückschlagventil 23 vorgeschaltet.
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Darüber hinaus kann die Boostfunktion optional auch ohne die vorab beschriebene Sicherheitsfunktion, oder auch durch noch eine weitere zusätzliche Volumenstromquelle, dargestellt werden. In diesem Fall entfallen das Ventil, das auf die Druckdifferenz zwischen den Verbrauchern und der Hauptvolumenstromquelle schaltet, sowie das Oder-Ventil.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hauptvolumenstromquelle
- 2
- Systemdruckventil
- 3
- Niederdruckkreis
- 4
- Variator
- 5
- Verbraucher
- 6
- Verbraucher
- 7
- Druckminderer
- 8
- Druckminderer
- 9
- Oder-Ventil
- 10
- Drucksensor
- 11
- zusätzliche Volumenstromquelle
- 12
- Schutzventil
- 13
- Scheibensatzfluidversorgung
- 14
- Fluidpumpe
- 15
- Fluidsystem
- 16
- Teilsystem
- 21
- zusätzliche Volumenstromquelle
- 22
- Schutzventil
- 23
- Schutz-Rückschlagventil
- 24
- Speicher-Rückschlagventil
- 25
- Drucksensor
- 31
- Boost-Ventil
- 32
- Druckminderventil
- 36
- Boost-Rückschlagventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018104093 A1 [0002]
