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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betätigen einer Abkoppeleinheit in einem Antriebsstrang, der mindestens eine angetriebene Achse umfasst.
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Bei dem Antriebsstrang handelt es sich vorzugsweise um einen Kfz-Antriebsstrang mit einer E-Achse, insbesondere einer 2-Gang-E-Achse. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2018 120 446 A1 ist ein Kfz-Antriebsstrang mit einer 2-Gang-E-Achse enthaltend nur einen Planetenträger bekannt. Aus der internationalen Offenlegungsschrift
WO 2017/194047 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Trennkupplung in einem hybridischen Antriebsstrang bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2019 122 920 A1 ist ein Hybridmodul mit Trennkupplung sowie Betätigungseinrichtung bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Betätigen einer Abkoppeleinheit in einem Antriebsstrang, der mindestens eine angetriebene Achse umfasst, zu vereinfachen.
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Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betätigen einer Abkoppeleinheit in einem Antriebsstrang, der mindestens eine angetriebene Achse umfasst, dadurch gelöst, dass die Abkoppeleinheit mit einem in einem Hydrauliksystem vorhandenen Druck hydraulisch passiv betätigt wird. Nicht aktive Antriebe erzeugen ohne Abkopplung vom Antriebsstrang Fahrverluste beziehungsweise Reibungsverluste. Wenn ein Antriebsstrang zwei angetriebene Achsen umfasst, dann können unerwünschte Verluste vorteilhaft dadurch vermieden werden, dass eine in einem normalen Fahrbetrieb nicht benötigte angetriebene Achse abgekoppelt wird. Konventionelle Getriebe haben Kupplungen, mit denen ein angetriebenes Rad oder eine angetriebene Achse abgekoppelt werden kann. Fahrzeuge mit E-Achsen haben oft kein schaltbares Getriebe oder nur ein 2-Gang-Getriebe, wie es zum Beispiel aus der eingangs gewürdigten deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2018 120 446 A1 bekannt ist. Unerwünschte Verluste können durch entsprechende Abkopplungseinheiten reduziert werden. Zum Abkoppeln einer nicht benötigten angetriebenen Achse wird normalerweise ein Aktor benötigt, der ein aktives Element mit einem Elektromotor oder zumindest mit einem elektrisch oder elektromagnetisch angesteuerten Ventil umfasst. In dem beanspruchten Verfahren werden vorteilhaft schon vorhandene aktive Elemente, die zum Beispiel zur Änderung einer Übersetzung verwendet werden, genutzt, um die Abkoppeleinheit hydraulisch passiv zu betätigen. Das liefert den Vorteil, dass die Abkopplung ohne zusätzliche aktive Elemente erfolgt. Dabei wird zum Beispiel ausgenutzt, dass zwei vorhandene Getriebeelemente, wie Kupplungen oder Bremsen, in einem nicht betätigten Zustand kein Drehmoment übertragen, so dass die Abkoppeleinheit mit der Hydraulikversorgung und den bereits vorhandenen aktiven Elementen der Getriebeelemente betätigt werden kann.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abkoppeleinheit mit einem Betätigungsdruck eines von zwei Getriebeelementen passiv betätigt wird. Bei den Getriebeelementen handelt es sich um zwei bereits vorhandene Getriebeelemente, wie Kupplungen oder Bremsen, in dem Antriebsstrang. Hier wird ausgenutzt, dass der Betätigungsdruck nicht immer benötigt wird, um die Getriebeelemente zu betätigen. Dieser Betätigungsdruck wird dann vorteilhaft verwendet, um die Abkoppeleinheit hydraulisch passiv zu betätigen. So kann effektiv Energie im Betrieb des Antriebsstrangs eingespart werden. Die Abkoppeleinheit kann mit dem Betätigungsdruck passiv angesteuert werden oder über ein Oder-Ventil.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeelemente und die Abkoppeleinheit so ausgelegt sind, dass ein Tastpunkt beim Betätigen der Abkoppeleinheit vor einem Tastpunkt der Getriebeelemente erreicht wird. So kann vorteilhaft ein Lüftweg eines der Getriebeelemente genutzt werden, um die Abkoppeleinheit hydraulisch zu betätigen. Das liefert den Vorteil, dass die Funktion der vorhandenen Getriebeelemente nicht beeinträchtigt wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abkoppeleinheit über ein Oder-Ventil betätigt wird, das hydraulisch mit Betätigungszweigen der Getriebeelemente verbunden ist. So kann die hydraulisch passive Betätigung der Abkoppeleinheit mit einem geringen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand realisiert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abkoppeleinheit über ein Druckminderventil betätigt wird, das über ein Oder-Ventil angesteuert wird, das hydraulisch mit Betätigungszweigen der Getriebeelemente verbunden ist. So kann eine effektive hydraulisch passive Betätigung der Abkoppeleinheit auch dann sichergestellt werden, wenn der zum Betätigen der Abkoppeleinheit in dem Hydrauliksystem vorhandene Druck eher gering ist. Die hydraulische Versorgung des Druckminderventils kann über eine Hydraulikdruckquelle erfolgen, über die auch die Getriebeelemente versorgt werden. Die hydraulische Versorgung des Druckminderventils kann aber auch über eine weitere in dem Hydrauliksystem vorhandene Hydraulikdruckquelle erfolgen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeelemente normalerweise offene Kupplungen oder Bremsen sind, die hydraulisch über den jeweils zugehörigen Betätigungszweig geschlossen werden, nachdem über denselben Betätigungszweig ein Schließen der als normalerweise offenen Trennkupplung ausgeführten Abkoppeleinheit eingeleitet wurde. So kann die Abkoppeleinheit mit einem geringen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand hydraulisch passiv betätigt werden, ohne dass der Betätigungskomfort der Kupplungen oder Bremsen beeinträchtigt wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abkoppeleinheit mit einem Rückstaudruck, der in dem Hydrauliksystem vor einem hydraulischen Widerstand herrscht, passiv betätigt wird. Hier kann zum Beispiel ausgenutzt werden, dass der Antriebsstrang in einem nicht bewegten Zustand keine Kühlung und/oder Schmierung benötigt. Dann kann der bereits vorhandene und nicht benötigte Rückstaudruck zur hydraulisch passiven Betätigung der Abkoppeleinheit genutzt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstaudruck einer Kühlung und/oder Schmierung für ein Schließen der als normalerweise offenen Trennkupplung ausgeführten Abkoppeleinheit verwendet wird, bevor ein Achsantrieb der angetriebenen Achse aktiviert wird. Dadurch wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass bei einer Aktivierung der angetriebenen Achse eine ausreichende Kühlung und/oder Schmierung bereitgestellt wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Segelbetrieb eines mit dem Antriebsstrang ausgestatteten Kraftfahrzeugs mindestens eine angetriebene Achse über die passiv betätigte Abkoppeleinheit abgekoppelt wird. So kann mit geringem konstruktivem und fertigungstechnischem Aufwand ein höchst effizienter Segelbetrieb des Antriebsstrangs realisiert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine von zwei angetriebenen Achsen über die passiv betätigte Abkoppeleinheit abgekoppelt wird, um Verluste zu reduzieren, während die andere der zwei angetriebenen Achsen ein mit dem Antriebsstrang ausgestattetes Kraftfahrzeug antreibt. So können wirksam unerwünschte Verluste im Betrieb des Antriebsstrangs mit einfachen Mitteln reduziert werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren gegebenenfalls ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zum Durchführen des vorab beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung angeordnet ist oder auf einem Computer lesbaren Datenträger gespeichert ist. Das Computerprogrammprodukt wird zum Beispiel in einer Steuerung des Hydrauliksystems beziehungsweise des Antriebsstrangs mit dem Hydrauliksystem eingesetzt.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Hydrauliksystem für einen vorab beschriebenen Antriebsstrang.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Abkoppeleinheit, ein Oder-Ventil und/oder ein Druckminderventil für ein derartiges Hydrauliksystem. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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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 Kraftfahrzeugs mit zwei angetriebenen Achsen;
- 2 zwei Ausführungsbeispiele einer Wirkkette in einem Antrieb in unterschiedlichen Positionen einer Abkoppeleinheit;
- 3 ein Hydrauliksystem zum Betätigen einer Abkoppeleinheit in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 4 ein kartesisches Koordinatendiagramm mit zwei Kupplungskennlinien;
- 5 und 6 ähnliche Hydrauliksysteme wie in 3 gemäß zwei weiteren Ausführungsbeispielen;
- 7 ein ähnliches Hydrauliksystem wie in 5 mit einer weiteren Hydraulikdruckquelle.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Antriebsstrang 2 schematisch dargestellt. Der Antriebsstrang 2 umfasst zwei angetriebene Achsen 3, 4. Die angetriebenen Achsen 3, 4 sind mit jeweils zwei Rädern 5, 6; 7, 8 ausgestattet.
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Der angetriebenen Achse 3 ist ein Achsantrieb 9 zugeordnet. Der angetriebenen Achse 4 ist ein Achsantrieb 10 zugeordnet. Im Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 müssen nicht beide Achsantriebe 9, 10 gleichzeitig immer aktiv sein. Um Verluste zu vermeiden, kann einer der Achsantriebe 9, 10 in einem normalen Fahrbetrieb abgeschaltet werden.
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In 2 sind zwei Möglichkeiten einer Wirkkette mit einem Antrieb 11, einer Übersetzungseinrichtung 12, einer Abkoppeleinheit 13 und einem Rad 14 schematisch dargestellt. Bei der Übersetzungseinrichtung 12 handelt es sich zum Beispiel um ein Getriebe. Um unerwünschte Verluste im Betrieb des Antriebs 11 zu vermeiden, kann der Antrieb 11 mit der Abkoppeleinheit 13 abgekoppelt werden. Dadurch können Verluste zum Rad 14 reduziert werden.
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Fahrzeuge mit klassischen Antrieben besitzen Getriebe mit Kupplungen und Gängen. Über die Kupplungen und das Auslegen der Gänge lassen sich hier in der Regel Verluste zum Rad ausreichend abkoppeln.
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Bei Fahrzeugen mit sogenannten E-Achsen sind oft keine schaltbaren Getriebe verbaut. Hier kann die Abkoppeleinheit 13 vorteilhaft verwendet werden, um Verluste im Betrieb zu reduzieren, wenn der jeweilige Antrieb 11 nicht benötigt wird.
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Fahrzeuge mit E-Achsen können auch mehrgängig, insbesondere zweigängig, ausgeführt sein. Auch hier kann die Abkoppeleinheit 13 vorteilhaft genutzt werden, um Verluste zu minimieren. In 2 ist die obere Wirkkette vorzuziehen, weil hier die Abkoppeleinheit 13 näher am Rad 14 angeordnet ist.
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Zur Betätigung der Abkoppeleinheit 13 kann ein entsprechender Aktor verwendet werden. Herkömmliche Aktoren umfassen mindestens ein aktives Element mit einem Elektromotor oder zumindest mit einem elektrischen Ventil.
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In den 3, 5, und 6 ist gezeigt, wie mit einem Hydrauliksystem 60 die gewünschte Abkoppelfunktion realisiert werden kann, ohne dass für die Abkoppeleinheit ein zusätzliches aktives Element benötigt wird. In den Ausführungsbeispielen des Hydrauliksystems 60 der 3, 5 und 6 ist eine Abkoppeleinheit 27; 50 so mit vorhandenen aktiven Elementen verschaltet, dass die Abkoppeleinheit 27; 50 ohne zusätzliche aktive Elemente effektiv betätigt werden kann.
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In den 3, 5 und 6 werden zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile dieselben Bezugszeichen verwendet. Gemeinsamkeiten werden nur einmal beschrieben. Das Hydrauliksystem 60 umfasst eine Hydraulikdruckquelle 15. Die Hydraulikdruckquelle 15 umfasst zum Beispiel mindestens eine Hydraulikpumpe.
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In 6 ist gezeigt, dass die Hydraulikpumpe 15 eine erste Pumpe 41 und eine zweite Pumpe 42 umfasst. Die beiden Pumpen 41, 42 werden durch einen gemeinsamen Elektromotor 40 angetrieben. Ein Druckbegrenzungsventil 39 ist zwischen die Ausgänge der beiden Pumpen 41 und 42 geschaltet.
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In den 3 und 5 ist eine Betätigungsdruckleitung 16 an den Ausgang der Hydraulikdruckquelle 15 angeschlossen. An einem in den 3 und 5 abgeschnitten dargestellten oberen Ende der Betätigungsdruckleitung 16 kann ein hydraulischer Verbraucher, wie eine Parksperre, angeschlossen sein. In der Betätigungsdruckleitung 16 sind zwei Verzweigungen 17, 18 vorgesehen.
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Ein erster Betätigungszweig 19 ist an die Verzweigung 17 angeschlossen. Ein zweiter Betätigungszweig 20 ist an die Verzweigung 18 angeschlossen. Dem ersten Betätigungszweig 19 ist ein erstes Getriebeelement 21 zugeordnet. Dem zweiten Betätigungszweig 20 ist ein zweites Getriebeelement 22 zugeordnet. In den Betätigungszweigen 19, 20 ist jeweils ein Druckminderventil 23, 25 angeordnet.
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Zwischen dem Druckminderventil 23; 25 und dem Getriebeelement 21; 22 ist zusätzlich eine hydraulische Verzweigung 24; 26 vorgesehen. Ein Oder-Ventil 29 ist zwischen die Verzweigungen 24 und 26 geschaltet.
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3 zeigt die einfachste Variante des Hydrauliksystems 60. Die Abkoppeleinheit 27 ist direkt an das Oder-Ventil 29 angeschlossen, das wiederum zwischen die Verzweigungen 24 und 26 geschaltet ist. Bei der Abkoppeleinheit 27 handelt es sich zum Beispiel um eine Trennkupplung. Bei den Getriebeelementen 21 und 22 handelt es sich zum Beispiel um Kupplungen oder Bremsen.
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Die Getriebeelemente 21 und 22 werden über die Druckminderventile 23, 25 betätigt. Im nicht betätigten Zustand übertragen die Getriebeelemente 21, 22, insbesondere die Kupplungen 21, 22, kein Drehmoment. Das bedeutet, dass die Abkoppeleinheit 27 bei geöffneten Kupplungen 21, 22 ebenfalls offen sein kann.
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Im Betrieb des Hydrauliksystems 60 muss dafür gesorgt werden, dass die als Trennkupplung 28 ausgeführte Abkoppeleinheit 27 sicher geschlossen ist, bevor eines der Getriebeelemente, insbesondere eine der Kupplungen, 21, 22 Drehmoment überträgt. Daher ist die Trennkupplung 28 derart auszulegen, dass die Trennkupplung 28 bei einem geringen Druck sicher geschlossen ist, bevor eine der Kupplungen 21, 22 beginnt, Moment zu übertragen. Um das zu erreichen, wird der Druckbereich eines sogenannten Lüftwegs einer der Kupplungen 21, 22 genutzt, um die Trennkupplung 28 zu schließen. Als Lüftweg wird ein Betätigungsweg bis zu einem Tastpunkt bezeichnet. Bei Überschreitung des Tastpunkts wird gezielt Drehmoment übertragen.
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In 4 ist ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer Kupplungskennlinie 32 und einer Abkopplungslinie 33 dargestellt. Auf einer x-Achse 30 ist ein Betätigungsweg in einer geeigneten Wegeinheit aufgetragen. Auf einer y-Achse 31 ist ein Betätigungsdruck in einer geeigneten Druckeinheit aufgetragen. Die Kupplungskennlinie 32 ist den Kupplungen 21, 22 zugeordnet. Die Abkopplungskennlinie 33 gehört zu der Trennkupplung 28. Die Kupplungskennlinie 32 weist einen Tastpunkt 34 auf. Die Abkopplungskennlinie 33 weist einen Tastpunkt 35 auf.
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Ist der Lüftweg einer der Kupplungen 21, 22 überbrückt, beginnen diese proportional dem Druck Drehmoment zu übertragen. Dieses Drehmoment ist auch von der Trennkupplung 28 zu übertragen. Das stellt jedoch kein Problem dar, da auch der Betätigungsdruck der Trennkupplung 28 mit dem Druck einer der Kupplungen 21, 22 weiter steigt, wie man in 4 sieht.
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Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems 60 ist ein zusätzliches Druckminderventil 36 steuerungsmäßig mit dem Oder-Ventil 29 verbunden. Ein zusätzlicher Betätigungszweig 37 für die Abkoppeleinheit 27 ist an eine Verzweigung 38 in der Betätigungsdruckleitung 16 angeschlossen. Das Druckminderventil 36 ist zwischen die Verzweigung 38 und die Abkoppeleinheit 27 geschaltet.
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In 5 wird der über das Oder-Ventil 29 bereitgestellte Betätigungsdruck dafür verwendet, das passive Druckminderventil 36 anzusteuern. Somit steht der Trennkupplung 28 von Anfang an, ein deutlich höherer Druck als nur der Lüftwegdruck einer der Kupplungen 21, 22 zur Verfügung.
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Das Hydrauliksystem 60 kann, wie in 7 gezeigt ist, zusätzlich zu der Hydraulikdruckquelle 15 eine weitere Hydraulikdruckquelle 65 umfassen. In 7 ist die Betätigungsdruckleitung 16 zwischen den hydraulischen Verzweigungen 18 und 38 unterbrochen. An das in 7 untere Ende der Betätigungsdruckleitung 16 ist eine weitere Hydraulikdruckquelle 65 angeschlossen. Die Versorgung des Druckminderventils 36 erfolgt über die weitere Hydraulikdruckquelle 65. Ansonsten entspricht das in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel.
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6 zeigt eine weitere Variante des Hydrauliksystems 60. Von der ersten Hydraulikpumpe 41, die einen höheren Druck liefert, geht eine Betätigungsdruckleitung 43 aus. Die zweite Hydraulikpumpe 42 stellt einen höheren Volumenstrom bereit, allerdings mit einem geringen Druck. Die zweite Hydraulikpumpe 42 dient zur Versorgung einer Kühlung und/oder Schmierung 44 mit Hydraulikmedium. Dabei stellt die Kühlung und/oder Schmierung 44 einen hydraulischen Widerstand 45 dar.
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Die Kühlung und/oder Schmierung 44 ist über eine Versorgungsleitung 62 mit dem Ausgang der zweiten Hydraulikpumpe 42 verbunden. Von der Versorgungsleitung 62 geht eine Steuerungsleitung 46 aus. Die Steuerungsleitung 46 ist steuerungsmäßig mit einem zusätzlichen Druckminderventil 47 verbunden. Das zusätzliche Druckminderventil 47 ist in einem zusätzlichen Betätigungszweig 48 zwischen einer hydraulischen Verzweigung 49 und der Abkoppeleinheit 50 angeordnet. Die Abkoppeleinheit 50 ist als Trennkupplung 51 ausgeführt. Die Verzweigung 49 ist in der Betätigungsdruckleitung 43 vorgesehen.
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Der Druck in der Versorgungsleitung 62 der Kühlung und/oder Schmierung 44 wird verwendet, um das zusätzliche Druckminderventil 47 anzusteuern. Dabei wird ausgenutzt, dass im inaktiven Zustand eines dem Hydrauliksystem 60 zugeordneten Antriebs kein Kühl- und oder Schmiermedium benötigt wird. Dann ist es zulässig, die Kühlung und/oder Schmierung 44 vor einer Aktivierung des Antriebs beziehungsweise vor dem Schließen einer Kupplung einzuschalten, um die als Trennkupplung 51 ausgeführte Abkoppeleinheit 50 hydraulisch passiv zu betätigen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- angetriebene Achse
- 4
- angetriebene Achse
- 5
- Rad
- 6
- Rad
- 7
- Rad
- 8
- Rad
- 9
- Achsantrieb
- 10
- Achsantrieb
- 11
- Antrieb
- 12
- Übersetzungseinrichtung
- 13
- Abkoppeleinheit
- 14
- Rad
- 15
- Hydraulikdruckquelle
- 16
- Betätigungsdruckleitung
- 17
- Verzweigung
- 18
- Verzweigung
- 19
- ersten Betätigungszweig
- 20
- zweiter Betätigungszweig
- 21
- erstes Getriebeelement
- 22
- zweites Getriebeelement
- 23
- Druckminderventil
- 24
- Verzweigung
- 25
- Druckminderventil
- 26
- Verzweigung
- 27
- Abkoppeleinheit
- 28
- Trennkupplung
- 29
- Oder-Ventil
- 30
- x-Achse
- 31
- y-Achse
- 32
- Kopplungskennlinie
- 33
- Abkopplungskennlinie
- 34
- Tastpunkt
- 35
- Tastpunkt
- 36
- Druckminderventil
- 37
- Betätigungszweig
- 38
- Verzweigung
- 39
- Druckbegrenzungsventil
- 40
- Elektromotor
- 41
- erste Pumpe
- 42
- zweite Pumpe
- 43
- Betätigungsdruckleitung
- 44
- Kühlung und/oder Schmierung
- 45
- hydraulischer Widerstand
- 46
- Steuerleitung
- 47
- Druckminderventil
- 48
- Betätigungszweig
- 49
- Verzweigung
- 50
- Abkoppeleinheit
- 51
- Trennkupplung
- 60
- Hydrauliksystem
- 62
- Versorgungsleitung
- 65
- weitere Hydraulikdruckquelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018120446 A1 [0002, 0004]
- WO 2017/194047 A1 [0002]
- DE 102019122920 A1 [0002]
