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Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für ein Doppelkupplungsgetriebe.
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Aus der nicht veröffentlichten
DE 10 2020 207 140.3 der Anmelderin ist ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem Getriebe bekannt, das ein Hydrauliksystem aufweist. Das Getriebe ist als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet und weist eine Eingangswelle auf, welche über eine Trennkupplung mit einer Antriebswelle verbindbar ist. Ein Verbrennungsmotor ist mit der Eingangswelle verbunden. Ein Rotor einer elektrischen Maschine ist mit der Antriebswelle verbunden.
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Darüber hinaus umfasst das Hydrauliksystem ein Kühlölverteiler-Ventil, das als vorsteuerbares geregeltes 3/2-Wegeventil ausgebildet ist. Das Kühlölverteiler-Ventil ist zur geregelten Kühlölversorgung der Trennkupplung sowie von weiteren Kupplungen eines Doppelkupplungssystems und zur Rückführung von Kühlöl vorgesehen. Zur Vorsteuerung wirkt ein Vorsteuerdruck einer Vorsteuerstufe direkt auf einen Vorsteueranschluss des Kühlöl-Verteilerventils, das gegen den Vorsteuerdruck der Vorsteuerstufe angefedert ist. Zusätzlich ist das Hydrauliksystem mit einem vorsteuerbaren Kühl-Ventil ausgebildet, das als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist und über das die elektrische Maschine mit Kühlöl beaufschlagt werden kann.
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Des Weiteren ist stromab eines Systemdruckventils ein sogenanntes Kühlerschutz-Ventil vorgesehen. Über das Kühlerschutz-Ventil ist Hydraulikfluid ab einer Druckschwelle in Richtung eines Anschlusses des Kühlölverteiler-Ventils und zusätzlich in Richtung von Saugseiten von Pumpen führbar. Bei geschlossenem Kühlerschutzventil und entsprechendem Betriebszustand des Kühlölverteiler-Ventils wird zumindest ein Teil eines Ölvolumenstromes, der am Kühlölverteiler-Ventil anliegt, vom Kühlölverteiler-Ventil zu den Saugseiten der Pumpen geführt.
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Das Hydrauliksystem ist durch einen hohen Betätigungsaufwand und durch einen großen Bauraumbedarf gekennzeichnet, was jedoch unerwünscht ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Hydrauliksystem bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Hydrauliksystem eines Doppelkupplungsgetriebes mit wenigstens einer Pumpeneinheit und mit einem Verteilerventil zum Verteilen eines von der Pumpeneinheit über eine Zuführleitung am Verteilerventil anliegenden Ölvolumenstromes zwischen drei Getriebebereichen vorgeschlagen. Die drei Getriebebereiche stehen über Ausgangsleitungen mit dem Verteilerventil in Verbindung. Ein Ventilschieber des Verteilerventils ist in Abhängigkeit einer veränderbaren Steuergröße betätigbar.
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Erfindungsgemäß ist das Verteilerventil dazu eingerichtet, den anliegenden Ölvolumenstrom in Abhängigkeit der Steuergröße nur in Richtung eines Getriebebereiche zu führen. Des Weiteren ist das Verteilerventil dazu eingerichtet, den anliegenden Ölvolumenstrom in Abhängigkeit der Steuergröße gleichzeitig in Richtung von zwei der drei Getriebebereiche mit variierbaren Verteilungsgraden weiterzuleiten. Zusätzlich ist das Verteilerventil dazu eingerichtet, den anliegenden Ölvolumenstrom in Abhängigkeit der Steuergröße und mit variierenden Verteilungsgraden in Richtung aller drei Getriebebereiche weiterzuleiten.
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Mit dem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem können gleichzeitig mehrere Ölvolumenströme in ein hydraulisches Steuergerät und aus dem hydraulischen Steuergerät bedarfsgerecht mit geringem Hardwareaufwand bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf verteilt werden.
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Bei einer konstruktiv einfachen und mit geringem Aufwand betreibbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen ist an einer Steuerfläche des Ventilschiebers des Verteilerventils die Steuergröße in Form eines Vorsteuerdruckes anlegbar. Der Vorsteuerdruck wirkt einer Federkraft einer Federeinrichtung entgegen, die am Ventilschieber angreift. Dann besteht die Möglichkeit, den Ventilschieber bei kontinuierlicher Bedruckung der Ventiltasche kontinuierlich bzw. stetig gegen die Federeinrichtung zu verschieben.
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Die jeweilige Schaltstellung des Verteilerventils ist dann von einem Vorsteuerdruck abhängig, der im Bereich einer elektrohydraulischen Vorsteuerstufe einstellbar ist.
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Eine erste Ausgangsleitung kann vom Verteilerventil in Richtung eines ersten Getriebebereiches verlaufen, über den eine elektrische Maschine temperierbar ist. Dann ist die elektrische Maschine auf konstruktiv einfache Art und Weise und mit geringem Betätigungsaufwand über das Verteilerventil zum betriebszustandsabhängigen Kühlen und Schmieren mit Hydraulikfluid beaufschlagbar.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass ein Doppelkupplungssystem und eine Kupplung über einen zweiten Getriebebereich der drei Getriebebereiche vom Verteilerventil aus mit einem Hydraulikfluidvolumenstrom zum Kühlen versorgt werden. Der zweite Getriebebereich kann über eine zweite Ausgangsleitung mit dem Verteilerventil in Verbindung stehen. Dabei kann das Doppelkupplungssystem dazu eingerichtet sein, jeweils eine Wirkverbindung zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang herzustellen. Zusätzlich kann die weitere Kupplung dazu vorgesehen sein, eine Wirkverbindung zwischen dem Getriebeeingang und einer Brennkraftmaschine herzustellen.
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Die elektrische Maschine kann zusätzlich mit dem Getriebeeingang gekoppelt sein. Zudem kann der jeweils in Richtung des zweiten Getriebebereiches geführte Anteil des Ölvolumenstromes teilweise zur Temperierung der weiteren Kupplung und zum anderen Teil zur Temperierung des Doppelkupplungssystems vorgesehen sein. Dann sind thermische Überlastungen des Doppelkupplungssystems und auch der weiteren Kupplung betriebszustandsabhängig vermeidbar und zusätzlich ist ein mit dem Getriebe ausgeführter Antriebsstrang mit geringen Verlustleistungen betreibbar.
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Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass ein Ölvolumenstrom ausgehend vom Verteilerventil über eine dritte Ausgangsleitung in Richtung eines dritten Getriebebereiches der drei Getriebebereiche führbar ist, der ein Ansaugbereich der Hydraulikpumpe ist. Dann sind hydraulische Verluste während Betriebszuständen des Hydrauliksystems begrenzbar, während den von der Hydraulikpumpe Ölvolumenströme am Verteilerventil anliegen, die jeweils größer sind als aktuell vorliegende Kühlölbedarfe im Bereich der elektrischen Maschine und/oder im Bereich des Doppelkupplungssystems und der weiteren Kupplung.
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Eine Verbindung zwischen der Zuführleitung und der ersten Ausgangsleitung des Verteilerventils, die mit dem ersten Getriebebereich gekoppelt ist, kann in einem definierten ersten Stellwegbereich des Ventilschiebers über den Ventilschieber freigegeben sein. Sind zusätzlich die Verbindungen zwischen den weiteren Ausgangsleitungen des Verteilerventil und der Zuführleitung über den Ventilschieber gesperrt, ist nur die elektrische Maschine über das Verteilerventil mit dem anliegenden Ölvolumenstrom beaufschlagbar.
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Dies ist beispielsweise während eines Standladebetriebs eines elektrischen Speichers über die elektrische Maschine im Stand eines mit dem Doppelkupplungsgetriebe ausgeführten Hybridfahrzeuges von Vorteil. Während eines solchen Standladebetriebes wird die elektrische Maschine, die dann über die weitere Kupplung mit der Brennkraftmaschine verbunden und von dieser angetrieben wird, generatorisch betrieben und kann auf einfache Art und Weise im erforderlichen Umfang gekühlt werden. Des Weiteren ist auch dann ein hoher Kühlölbedarf im Bereich der elektrischen Maschine erforderlich, wenn mit dem Hybridfahrzeug beispielsweise ein Anfahrfahrvorgang mit hoher Last durchgeführt wird. Hohe Lasten treten insbesondere während eines Anfahrens am Hang und/oder im Hängerbetrieb auf.
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Bei abgeschalteter Hydraulikversorgung, wie während eines Motorstarts der Brennkraftmaschine oder während Start-Stopp-Situationen, wird das Doppelkupplungssystem bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ohne entsprechende Betätigung des Verteilerventils zunächst noch nicht mit Öl beaufschlagt. Dadurch kann eine Initialbenetzung von Reibbelägen des Doppelkupplungssystems sowie der weiteren Kupplung und eine jeweils daraus resultierende Erhöhung des Schleppmomentes vermieden werden. Damit sind beispielsweise bei niedrigen Betriebstemperaturen sogenannte Einlegeblocker im Bereich von Synchronisierungen des Doppelkupplungsgetriebes auf einfache Art und Weise vermeidbar.
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Durch eine Verschiebung des Ventilschiebers ausgehend vom ersten Stellwegbereich in eine erste Stellrichtung wird der Anteil des Ölvolumenstroms, der von der Zuführleitung zur ersten Ausgangsleitung geführt wird, innerhalb eines zweiten Stellwegbereiches des Ventilschiebers bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems stetig reduziert. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass der Anteil des Ölvolumenstroms, der von der Zuführleitung zur zweiten Ausgangsleitung weitergeleitet wird, gleichzeitig stetig ansteigt.
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Wird der Ventilschieber ausgehend vom zweiten Stellwegbereich des Ventilschiebers weiter in Richtung der ersten Stellrichtung verstellt, wird der Ölvolumenstrom bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems innerhalb eines dritten Stellwegbereiches des Ventilschiebers von der Zuführleitung zur zweiten Ausgangsleitung weitergeleitet. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass die Zuführleitung dann durch den Ventilschieber von der ersten Ausgangsleitung und von der dritten Ausgangsleitung getrennt ist. Dadurch steht der gesamte Ölvolumenstrom, der am Verteilerventil anliegt, für die Temperierung des Doppelkupplungssystems und auch der weiteren Kupplung zur Verfügung. Dies ist beispielsweise während lang anhaltender Schlupfphasen im Bereich des Doppelkupplungssystems und/oder im Bereich der weiteren Kupplung vorteilhaft, weil dann auf einfache Art und Weise Betriebszustände, die die Funktionsweise der Kupplungen aufgrund thermischer Belastungen dauerhaft beeinträchtigen, verhindert werden können.
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Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass durch eine Verschiebung des Ventilschiebers ausgehend vom dritten Stellwegbereich in die erste Stellrichtung der Anteil des Ölvolumenstroms, der von der Zuführleitung zur zweiten Ausgangsleitung geführt wird, innerhalb eines vierten Stellwegbereiches des Ventilschiebers stetig reduziert wird. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Anteile des Ölvolumenstroms, die von der Zuführleitung zur ersten Ausgangsleitung und zur dritten Ausgangsleitung weitergeleitet werden, gleichzeitig stetig ansteigen.
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Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems kann der Hydraulikfluidvolumenstrom, der am Verteilerventil anliegt, im vierten Stellwegbereich des Ventilschiebers des Verteilerventils mit variierenden Verteilungsgraden in Richtung aller Ausgangsleitungen weitergeleitet werden. Dies ist insbesondere während Betriebszuständen des Hydrauliksystems von Vorteil, während welchen der am Verteilerventil anliegende Hydraulikfluidvolumenstrom einen Kühlölbedarf der elektrischen Maschine und auch des Doppelkupplungssystems und der weiteren Kupplung übersteigt. Die überschüssige Ölmenge ist vom Verteilerventil auf einfache Art und Weise wieder in den Ansaugbereich der Hydraulikpumpe einleitbar, wodurch energetische Verluste begrenzt werden können.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems bleiben die Anteile des Ölvolumenstroms, die von der Zuführleitung zur zweiten Ausgangsleitung und zu dritten Ausgangsleitung geführt werden, während einer Verschiebung des Ventilschiebers ausgehend vom vierten Stellwegbereich in die erste Stellrichtung innerhalb eines fünften Stellwegbereiches des Ventilschiebers gleich und entsprechen vorzugsweise einander. Dadurch wird auf konstruktiv einfache Art und Weise und mit geringem Bauraumbedarf erreicht, dass auch bei hohen Drehzahlen Übersetzungswechsel im Doppelkupplungsgetriebe möglich sind.
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Bei einer bauraumgünstigen und mit geringem Aufwand betätigbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ist das Verteilerventil als 5/4-Wegeventil ausgebildet.
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Ist zwischen dem Verteilerventil und dem ersten Getriebebereich eine Drosseleinheit vorgesehen, ist die Kühlölmenge, die der elektrischen Maschine zuführbar ist, auf konstruktive einfache Art und Weise und ohne zusätzlichen Betätigungsaufwand begrenzt.
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Die weitere Kupplung steht bei einer mit geringem Betätigungsaufwand betreibbaren Ausführungsform des Hydrauliksystems stromauf des Doppelkupplungssystems mit dem Verteilerventil in Wirkverbindung. Des Weiteren kann zwischen dem Verteilerventil und der weiteren Kupplung sowie zwischen dem Verteilerventil und dem Doppelkupplungssystem jeweils wenigstens eine Drosseleinheit vorgesehen sein, um den jeweils in Richtung der weiteren Kupplung und des Doppelkupplungssystems führbaren Ölvolumenstrom begrenzen zu können.
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Zusätzlich kann ein Pumpenventil vorgesehen sein, das in Abhängigkeit der Steuergröße betätigbar ist. Dabei kann über das Pumpenventil eine Verbindung zwischen einer Förderseite einer ersten Pumpe der Hydraulikpumpe und einem Niederdruckbereich des Hydrauliksystems herstellbar sein, während eine Förderseite einer zweiten Pumpe der Hydraulikpumpe mit einem Hochdruckbereich des Hydrauliksystems in Verbindung steht. Dadurch ist ein mit dem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem ausgeführtes Getriebe mit hohem Wirkungsgrad betreibbar.
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Die beiden Pumpen können als separate Pumpen oder als eine Zweikreispumpe ausgeführt sein. Der Hochdruckkreis bzw. der erste Druckkreis kann zur Druckversorgung von zumindest einem Schaltaktuator des Getriebes vorgesehen sein. Der Niederdruckkreis bzw. der zweite Druckkreis kann zur Kühlung und/oder Schmierung von zumindest einer Komponente des Getriebes vorgesehen sein. Ein Ausgang der zweiten Pumpe kann über ein Rückschlagventil mit dem ersten Druckkreis verbunden sein, sodass der Hochdruckkreis über das Rückschlagventil durch die zweite Pumpe mit Hydraulikfluid versorgbar ist. Das Pumpenventil kann ein federbelastetes Schaltventil sein, das dazu eingerichtet ist, eine Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang der zweiten Pumpe und dem Niederdruckkreis bedarfsweise freizugeben und abzusperren.
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Erfolgt die Vorsteuerung des Pumpenventils über eine Vorsteuerstufe, besteht die Möglichkeit, den Hochdruckkreis unabhängig vom Druck im Hochdruckkreis über beide Pumpen mit Hydraulikfluid zu versorgen. Dies ist dann von Vorteil, wenn der Hochdruckkreis einen hohen Hydraulikfluidvolumenbedarf hat, um einen angeforderten Betriebszustand des Getriebes darstellen zu können.
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Des Weiteren ist der Ausgang der zweiten Pumpe unabhängig vom Druck des Hochdruckkreises über das Pumpenventil mit dem Niederdruckkreis verbindbar. Ist der Druck im Niederdruckkreis niedriger ist als der Druck im Hochdruckkreis, ist das Hydrauliksystem mit einer geringeren Leistungsaufnahme betreibbar, da die zweite Pumpe dann nur gegen den niedrigeren Druck des Niederdruckkreises arbeitet.
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Vorzugsweise ist die Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang der zweiten Pumpe und dem Niederdruckkreis mittels des Pumpenventil derart schaltbar, dass die Verbindungsleitung bei einem Vorsteuerdruck bzw. bei einem Ausgangsdruck der Vorsteuerstufe kleiner als ein Grenzwert gesperrt ist, und dass die Verbindungsleitung bei einem Vorsteuerdruck größer als der Grenzwert oder gleich dem Grenzwert freigegeben ist.
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Der Grenzwert kann so gewählt sein, dass die Verbindungsleitung bei hohem Hydraulikfluidvolumenbedarf des Hochdruckkreises durch das Pumpenventil gesperrt ist. Dann ist eine ausreichende Versorgung verschiedener Schaltelemente des Getriebes über den Hochdruckkreis gewährleistet.
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Des Weiteren ist über eine geeignete Festlegung des Grenzwertes des Vorsteuerdruckes gewährleistbar, dass die zweite Pumpe bei geringem Hydraulikfluidvolumenbedarf des Hochdruckkreises nur gegen den hydraulischen Widerstand des Niederdruckkreises arbeitet. Ein solcher Betriebspunkt kann beispielsweise bei hydraulisch oder mechanisch verriegelbaren oder rastierbaren Aktuatoren im Hochdruckkreis auftreten, welche keinen hohen Druck zum Halten des Betriebszustands erfordern.
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Der Hochdruckkreis kann stromab einer Förderseite der ersten Pumpe und stromauf eines vorsteuerbaren Druckregelventils, wie eines Druckbegrenzungsventils, vorgesehen sein. Dann ist der Druck im Hochdruckkreis mit geringem Steuer- und Regelaufwand in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Betriebszustandes des Getriebes einstellbar.
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Liegt der Niederdruckkreis stromab des vorsteuerbaren Druckregelventils, ist eine Versorgung des Hochdruckkreises mit Hydraulikfluid mit geringem Aufwand gegenüber der Versorgung des zweiten Druckkreises priorisiert.
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Eine Förderseite der zweiten Pumpe kann über das Pumpenventil direkt stromab des vorsteuerbaren Druckregelventils mit dem Niederdruckkreis verbindbar sein. Dann ist auf konstruktiv einfache Art und Weise gewährleistet, dass der gesamte Niederdruckkreis stromab des vorsteuerbaren Druckregelventils mit dem Förderstrom der zweiten Pumpe beaufschlagt wird.
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Des Weiteren kann ein Parksperrenventil vorgesehen sein, das auf kosten- und bauraumgünstige Art und Weise in Abhängigkeit der Steuergröße betätigbar ist. Darüber hinaus kann über das Parksperrenventil eine Parksperre ab Überschreiten eines definierten Wertes der Steuergröße mit einer hydraulischen Stellkraft beaufschlagt werden, die die Parksperre in den ausgelegten Betriebszustand überführt und vorzugsweise auch in diesem hält.
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Der Vorsteuerdruck der Vorsteuerstufe wirkt bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems unmittelbar auf einen Vorsteueranschluss des Parksperrenventils. Das Parksperrenventil geht bei Vorliegen eines Vorsteuerdruckes größer oder gleich einem zweiten Grenzwert des Vorsteuerdruckes in eine Schaltstellung über, in der das Parksperrenventil eine weitere Verbindungsleitung freigibt. Wenn ein Parksperrenzylinder über die Verbindungsleitung ausgehend vom Hochdruckkreis mit einem Betätigungsdruck beaufschlagbar ist, mittels dem eine Parksperre des Getriebes in seinen ausgelegten Betriebszustand überführbar oder im ausgelegten Betriebszustand haltbar ist, ist ein unerwünschtes Einlegen der Parksperren mit geringem Steuer- und Regelaufwand vermeidbar.
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Wenn der erste Grenzwert größer ist als der zweite Grenzwert des Vorsteuerdruckes, ist gewährleistet, dass die Parksperre bei hohen Hydraulikfluidvolumenbedarfen des Hochdruckkreises in Richtung ihres ausgelegten Zustandes hydraulisch betätigt wird.
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Eine bauraumgünstige und durch eine hohe Leistungsdichte gekennzeichnete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems umfasst zwei 9/2-Wegeventile, die im ersten Druckkreis angeordnet sind und den ein 4/2-Wegeventil vorgeschaltet ist. Das 4/2-Wegeventil, das als ein Druckregelventil ausgeführt sein kann, ist dazu eingerichtet, einen Druck einzustellen. Dieser Druck ist über die 9/2-Wegeventile jeweils zur Betätigung mehrerer Kolben-Zylinder-Einheiten in Richtung von Kolbenräumen der Kolben-Zylinder-Einheiten weiterleitbar. Kolben der Kolben-Zylinder-Einheiten können mit sogenannten Schaltstangen verbunden sein, um Schaltelemente, wie Synchronisierungen formschlüssiger Schaltelemente, betätigen zu können.
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Bei einer einfach betreibbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems weisen die 9/2-Wegeventile zwei diskrete Endschaltstellungen auf. Dabei können die 9/2-Wegeventile jeweils in Richtung einer der diskreten Endschaltstellungen federbelastet und in Richtung der anderen diskreten Endschaltstellung über eine Vorsteuerstufe direkt hydraulisch betätigbar sein.
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Dabei werden im vorliegenden Fall unter diskreten Endstellungen eines Wegeventils Schaltstellungen verstanden, die ein Wegeventil jeweils in einem definierten Betriebszustandsbereich aufweist. Das bedeutet, dass ein solches Wegeventil im Betrieb keine Zwischenschaltstellungen einnimmt, die zwischen den diskreten Endschaltstellungen liegen. Ein solches Wegeventil überfährt lediglich die Zwischenstellen während eines Umschaltvorganges zwischen den beiden diskreten Endschaltstellungen.
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Das 4/2-Wegeventil kann ebenfalls zwei Endschaltstellungen aufweisen und in Richtung einer der Endschaltstellungen federbelastet und in Richtung der anderen Endschaltstellung über eine Vorsteuerstufe direkt hydraulisch betätigbar sowie in beliebig viele Zwischenschaltstellungen überführbar sein. Dann ist der Druck im Bereich des 4/2-Wegeventils auf konstruktiv einfache Art und Weise stufenlos variierbar.
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Es kann eine elektrisch antreibbare weitere Pumpe vorgesehen sein, deren Ausgangsseite mit dem Hochdruckkreis in Verbindung steht. Dann ist der Hochdruckkreis auch in Betriebszuständen des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ausreichend mit Hydraulikfluid versorgbar, in den die erste Pumpe und die zweite Pumpe keinen Hydraulikfluidvolumenstrom oder einen nicht ausreichenden Hydraulikfluidvolumenstrom zur Verfügung stellen.
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Vorzugsweise ist das Rückschlagventil federbelastet. Dadurch kann ein unbeabsichtigtes Öffnen des Rückschlagventils, beispielsweise aufgrund von mechanischen Schwingungen, vermieden werden.
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Das Hydrauliksystem kann ein Bestandteil des Getriebes sein, sodass die Elemente des Hydrauliksystems baulich in das Getriebe integriert sind. Das Getriebe mit dem Hydrauliksystem kann Bestandteil eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten Ansprüche 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.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs mit einem Doppelkupplungsgetriebe;
- 2 bis 5 Hydraulikschemata eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems, wobei ein Verteilerventil jeweils in verschiedenen Betriebszuständen dargestellt ist;
- 6 Verläufe verschiedener Verteilungsgrade eines am Verteilerventil anliegenden Hydraulikvolumenstromes in Abhängigkeit eines Stellweges eines Ventilschiebers des Verteilerventils; und
- 7 eine tabellarische Darstellung von Schaltzuständen des Verteilerventils und auch eines Pumpenventils.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 1 mit einem Getriebe G, welches ein Hydrauliksystem HY aufweist. Das Getriebe G ist beispielhaft als ein Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet. Das Getriebe G weist eine Eingangswelle AN auf, welche über eine Trennkupplung K0 mit einer Antriebswelle GW1 verbindbar ist. Ein Verbrennungsmotor VM ist mit der Eingangswelle AN verbunden. Ein Rotor einer elektrischen Maschine EM2 ist mit der Antriebswelle GW1 verbunden.
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Durch Schließen einer ersten Kupplung K1 ist die Antriebswelle GW1 mit einem ersten Teilgetriebe TG1 verbindbar. Durch Schließen einer zweiten Kupplung K2 ist die Antriebswelle GW1 mit einem zweiten Teilgetriebe TG2 verbindbar. Jedem der Teilgetriebe TG1, TG2 sind verschiedene Übersetzungsstufen i1, i2, i3, i4 zugeordnet, welche durch Ansteuerung einer hydraulischen Schalt-Aktuatorik SK1, SK2 selektiv mit einer Abtriebswelle GW2 verbindbar sind.
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Die Abtriebswelle GW2 ist mit einem Differentialgetriebe AG verbunden, welches die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs verteilt. Die erste Kupplung K1 und die zweite Kupplung K2 bilden ein Doppelkupplungssystem DKS des Getriebes G, und sind jeweils durch hydraulische Aktuatoren AK1, AK2 betätigt. Die Trennkupplung K0 ist durch einen hydraulischen Aktuator AK0 betätigbar.
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Das Getriebe G weist ferner eine Zentralsynchronisierung ZSY auf. Diese umfasst zwei schaltbare Pfade zur Drehmomentübertragung, welche die Eingangswellen der beiden Teilgetriebe TG1, TG2 miteinander verbinden. Jedem der Pfade sind eine Synchronisierungsübersetzung iZ1, iZ2 und eine Kupplung Z1, Z2 zugeordnet. Die beiden Kupplungen Z1, Z2 sind mittels hydraulischer Aktuatoren AZ1, AZ2 betätigbar.
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Das Getriebe G weist eine Parksperre PS auf. Die Parksperre PS umfasst ein Parksperrenrad PSR, welches mit der Abtriebswelle GW2 verbunden ist. Das Parksperrenrad PSR weist eine Verzahnung auf, in welche eine Klinke einrasten kann. Rastet die Klinke in die Verzahnung des Parksperrenrades PSR ein, so ist die Drehbewegung der Abtriebswelle GW2 gehemmt. Die Klinke wird durch einen hydraulischen Aktuator APS gesteuert.
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Die Schalt-Aktuatorik SK1, SK2 sowie die Aktuatoren AK1, AK2, AK0, AZ1, AZ2, APS werden durch das Hydrauliksystem HY betätigt. Die Druckversorgung des Hydrauliksystems HY erfolgt über eine Hydraulikpumpe HP, die eine erste Pumpe MP1 und eine zweite Pumpe MP2 umfasst. Zusätzlich kann eine dritte Pumpe EP vorgesehen sein, die von einem exklusiv der dritten Pumpe EP zugeordneten Elektromotor EM1 angetrieben wird. Die Pumpen MP1 und MP2 werden von der Antriebswelle GW1 angetrieben, welche durch die elektrische Maschine EM2, bzw. bei geschlossener Trennkupplung K0 durch den Verbrennungsmotor VM angetrieben wird. Alle Pumpen MP1, MP2 und EP saugen Hydraulikfluid aus einem Tank T des Hydrauliksystems HY an, und fördern das Hydraulikfluid zu einer hydraulischen Steuereinheit HCU, welche die Ölzufuhr zu den Verbrauchern des Hydrauliksystems HY steuert. Das Getriebe G weist eine elektronische Steuereinheit ECU auf, welche zumindest zur Steuerung des Hydrauliksystems HY eingerichtet ist. Ein Temperatursensor TS misst die Temperatur des Hydraulikfluids im Tank T, und übermittelt die Information an die elektronische Steuereinheit ECU.
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Die hydraulische Steuereinheit HCU ist in 1 als eine einzige Baugruppe dargestellt. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Die hydraulische Steuereinheit HCU kann baulich in mehrere einzelne Steuereinheiten aufgeteilt sein, welche über geeignete hydraulische Schnittstellen miteinander verbunden sind.
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Der Aufbau des in 1 dargestellten Getriebes G ist nur beispielhaft anzusehen. Die Teilgetriebe TG1, TG2 könnten mehr als nur vier Übersetzungsstufen i1, i2, i3, i4 aufweisen. Es könnten weitere Schalt-Aktuatorik-Einheiten vorgesehen sein. Zur Bildung von einem oder mehreren Windungsgängen könnten die beiden Teilgetriebe TG1, TG2 über ein oder mehrere weitere Schaltkupplungen verbunden sein. Das Getriebe G könnte ohne die Zentralsynchronisierung ZSY ausgebildet sein. Das Getriebe G könnte auch nur eine einzige Schaltaktuatorik-Einheit aufweisen, welche beispielhaft zum Umschalten zwischen einem ersten Gang und einem zweiten Gang des Getriebes G eingerichtet ist.
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2 zeigt einen Teil des Schaltplans des Hydrauliksystems HY gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel. Das Hydrauliksystem HY weist die erste Pumpe MP1 und die zweite Pumpe MP2 auf. Die erste Pumpe MP1 dient zur Druckversorgung eines ersten Druckkreises H1 des Hydrauliksystems HY, der einen Hochdruckkreis darstellt. Dem ersten Druckkreis H1 ist die Schalt-Aktuatorik SK1, SK2 des Getriebes G zugeordnet. Die zweite Pumpe MP2 dient zur Druckversorgung eines zweiten Druckkreises H2 des Hydrauliksystems HY, über den beispielsweise die Schmierung und/oder die Kühlung des Getriebes G mit Hydraulikfluid versorgt wird und der ein Niederdruckkreis ist. Beide Pumpen MP1, MP2 saugen Hydraulikfluid über einen Filter FI aus dem Tank T an.
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Ein Ausgang der zweiten Pumpe MP2 ist über ein Rückschlagventil SV mit dem ersten Druckkreis H1 derart verbunden, dass die zweite Pumpe MP2 Hydraulikfluid in den ersten Druckkreis H1 fördern kann. In umgekehrter Richtung nimmt das Rückschlagventil SV die Sperrstellung ein, sodass eine Förderung von Hydraulikfluid von der ersten Pumpe MP1 in den zweiten Druckkreis H2 verhindert wird. Das Rückschlagventil SV ist durch eine Feder in der Sperrstellung vorbelastet.
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Der Ausgang der zweiten Pumpe MP2 ist über eine Verbindungsleitung L mit dem zweiten Druckkreis H2 verbindbar. In der Verbindungsleitung L ist ein federbelastetes und hydraulisch vorsteuerbares Schaltventil bzw. Pumpenventil PV angeordnet. Ein Vorsteueranschluss des Schaltventils PV ist mit dem Ausgang eines Aktuators APV bzw. einer elektrohydraulischen Vorsteuerstufe unmittelbar verbunden.
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Das Schaltventil PV weist zwei diskrete Schaltstellungen auf. Ist der Ausgangsdruck der elektrohydraulischen Vorsteuerstufe APV kleiner als ein Grenzwert, so verharrt das Schaltventil PV aufgrund der Federvorspannung in seiner ersten diskreten Endschaltstellung. In der ersten diskreten Endschaltstellung, die in 2 gezeigt ist, sperrt das Schaltventil PV die Verbindung zwischen dem Ausgang der zweiten Pumpe MP2 und dem zweiten Druckkreis H2. Wird die zweite Pumpe MP2 in diesem Betriebszustand des Schaltventils PV betrieben, so fördert die zweite Pumpe MP2 über das Rückschlagventil SV in den ersten Druckkreis H1.
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Dieser Betriebszustand wird beispielsweise bei der Befüllung der Schaltaktuatoren SK1, SK2 eingenommen. Denn dieser Betriebszustand ist durch einen hohen Volumenstrombedarf und einen mittleren Druckbedarf gekennzeichnet, und ist nur von verhältnismäßig kurzer Dauer. In diesem Betriebszustand des Hydrauliksystems HY, der nachfolgend auch als Einkreisbetrieb der Pumpen MP1 und MP2 bzw. des Hydrauliksystems HY bezeichnet wird, fördern beide Pumpen MP1, MP2 in den ersten Druckkreis H1, sodass der hohe Volumenstrombedarf in kurzer Zeit gedeckt werden kann.
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Ist der Ausgangsdruck der elektrohydraulischen Vorsteuerstufe APV größer als der Grenzwert oder gleich dem Grenzwert, schaltet das Schaltventil PV in seine zweite diskrete Endschaltschaltstellung um. In der zweiten diskreten Endschaltschaltstellung gibt das Schaltventil PV die Verbindung zwischen dem Ausgang der zweiten Pumpe MP2 und dem zweiten Druckkreis H2 frei. Dann arbeitet die zweite Pumpe MP2 nur gegen den hydraulischen Widerstand des zweiten Druckkreises H2. Dieser Betriebszustand des Hydrauliksystems HY wird nachfolgend als Zweikreisbetrieb der Pumpen MP1 und MP2 bzw. des Hydrauliksystems HY bezeichnet und ist energetisch günstiger als der Einkreisbetrieb.
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Der Zweikreisbetrieb der Pumpen MP1 und MP2 ist beispielsweise für den Leckage-Ausgleich der dem ersten Druckkreis H1 zugeordneten Aktuatoren von Bedeutung, wenn diese mechanisch oder hydraulisch nicht rastiert oder verriegelt sind. Denn dafür sind ein verhältnismäßig hoher Druck und ein geringer Volumenstrombedarf erforderlich.
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Der Druck im ersten Druckkreis H1 wird über ein Druckregelventil PSYS geregelt. Das Druckregelventil PSYS, das nachfolgend auch als Systemdruckventil bezeichnet wird, ist stromab der Förderseite der ersten Pumpe MP1 angeordnet. An einem Vorsteueranschluss des Systemdruckventils PSYS wirkt ein Vorsteuerdruck unmittelbar, der über einen weiteren Aktuator ASYS bzw. eine weitere Vorsteuerstufe stufenlos geregelt einstellbar ist. Der Vorsteuerdruck ist gleichwirkend zu einer Federkraft am Systemdruckventil PSYS anlegbar und wirkt in Richtung einer ersten Endschaltstellung des Systemdruckventils PSYS. In der ersten Endschaltstellung des Systemdruckventils PSYS ist das Systemdruckventil PSYS geschlossen.
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Stromab des Systemdruckventils PSYS schließt sich der zweite Druckkreis H2 an. Der zweite Druckkreis H2 wird über das Systemdruckventil PSYS erst dann von der ersten Pumpe MP1 mit Hydraulikfluid versorgt, wenn der erste Druckkreis H1 entsprechend der Vorgabe über die weitere Vorsteuerstufe ASYS gesättigt ist. Die über das Pumpenventil PV schaltbare Verbindungsleitung L mündet stromab des Pumpenventils PV und direkt stromab des Systemdruckventils PSYS in den zweiten Druckkreis H2.
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Zusätzlich ist stromab des Systemdruckventils PSYS ein sogenanntes Kühlerschutz-Ventil KSV vorgesehen. Über das Kühlerschutz-Ventil KSV ist Hydraulikfluid ab einer Druckschwelle des Drucks im zweiten Druckkreis H2 in Richtung eines Anschlusses eines Verteilerventils KUV und zusätzlich zur Saugaufladung der Pumpen MP1 und MP2 in Richtung der Saugseiten der Pumpen MP1 und MP2 führbar. Um den Hydraulikfluidvolumenstrom, der in Richtung der Saugseiten der Pumpen MP1 und MP2 geführt wird, begrenzen zu können, ist vorliegend zwischen dem Kühlerschutzventil KSV und den Saugseiten eine Drossel D1 vorgesehen.
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Stromauf des Kühlerschutz-Ventils KSV zweigt eine Leitung L2 in Richtung eines Kühlers KU ab, der ausgangsseitig mit einer Zuführleitung ZL des Verteilerventils KUV in Verbindung steht. Das Verteilerventil KUV ist als vorsteuerbares geregeltes 5/4-Wegeventil ausgebildet und zur geregelten Kühlölversorgung der Trennkupplung K0 und der Kupplungen K1 und K2 sowie der elektrischen Maschine EM2 vorgesehen. Die Trennkupplung K0, die Kupplungen K1 und K2 und die elektrische Maschine EM2 sind hierfür stromab des Verteilerventils KUV im zweiten Druckkreis H2 angeordnet. Zur Vorsteuerung wirkt der Vorsteuerdruck p_APV der Vorsteuerstufe APV direkt auf einen Vorsteueranschluss bzw. auf eine Steuerfläche KUVVSF eines Ventilschiebers KUVVS des Verteilerventils KUV, wobei der Ventilschieber KUVVS gegen den Vorsteuerdruck p_APV der Vorsteuerstufe APV mittels einer Federeinrichtung KUVF angefedert ist.
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Der Vorsteuerdruck der Vorsteuerstufe APV wirkt auch unmittelbar auf einen Vorsteueranschluss eines Parksperrenventils PSV, das in Richtung einer in 2 dargestellten diskreten Endschaltstellung angefedert ist. Das Parksperrenventil PSV geht bei Vorliegen eines Vorsteuerdruckes der Vorsteuerstufe APV größer oder gleich einem zweiten Grenzwert des Vorsteuerdruckes in eine zweite diskrete Endschaltstellung über. In der zweiten diskreten Endschaltstellung gibt das Parksperrenventil PSV eine weitere Verbindungsleitung L3 frei. Über die weitere Verbindungsleitung L3 wird der Aktuator APS der Parksperre PS, der als sogenannter Parksperrenzylinder ausgeführt ist, ausgehend vom ersten Druckkreis H1 mit einem Betätigungsdruck beaufschlagt. Mittels des Betätigungsdruckes ist die Parksperre PS des Getriebes G in ihren ausgelegten Betriebszustand überführbar oder im ausgelegten Betriebszustand haltbar.
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Der erste Grenzwert des Vorsteuerdruckes der Vorsteuerstufe APV ist größer als der zweite Grenzwert des Vorsteuerdruckes. Das bedeutet, dass die Ansprechgrenze des Parksperrenventil PSV niedriger ist als die Ansprechgrenze des Pumpenventils PV. Dadurch wird erreicht, dass die Parksperre PS dann ausgelegt ist, wenn die zweite Pumpe MP2 über das Pumpenventil PV mit dem zweiten Druckkreis H2 verbunden ist.
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Die Schalt-Aktuatoren SK1, SK2 und die Aktuatoren AZ1, AZ2 sind vorliegend als Kolben-Zylinder-Einheiten ausgeführt. Kolben KSK1, KSK2, KAZ1, KAZ2 der Schalt-Aktuatoren SK1, SK2 und der Aktuatoren AZ1, AZ2 stehen über Schaltstangen SSK1, SSK2, SAZ1, SAZ2 mit Schaltelementen des Getriebes G in Verbindung. Über die Schaltelemente sind vorliegend sechs Übersetzungen für Vorwärtsfahrt sowie eine Übersetzung für Rückwärtsfahrt im Getriebe G darstellbar.
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Kolbenräume SK1A, SK1B, SK2A, SK2B, AZ1A, AZ1B, AZ2A und AZ2B der Kolben-Zylinder-Einheiten SK1, SK2, AZ1 und AZ2 sind über zwei Schaltventile MUX1, MUX2 sowie ein weiteres vorsteuerbares Regelventil MUX3 ausgehend von einem Aktuator ASKAZ mit Druck beaufschlagbar. Der Aktuator ASKAZ ist als elektrohydraulische Vorsteuerstufe ausgeführt, an der der Druck des ersten Druckkreises H1 anliegt. Über den an den Kolben-Zylinder-Einheiten SK1, SK2, AZ1 und AZ2 angelegten Druck kann das Getriebe G in dem jeweils aktuell angeforderten Betriebszustand gehalten werden bzw. in einen solchen Betriebszustand überführt werden.
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Die Schaltventile MUX1 und MUX2 sind als 9/2-Wegeventile ausgeführt, die jeweils über Aktuatoren AMUX1 und AMUX2 zwischen zwei diskreten Endschaltstellungen umschaltbar sind. Dabei sind die Schaltventile MUX1 und MUX2 in Richtung einer der Endschaltstellungen federbelastet und in Richtung der anderen Endschaltstellung über die Aktuatoren AMUX1 und AMUX2 direkt hydraulisch betätigbar. Die Aktuatoren AMUX1 und AMUX2 sind als hydraulische Schalter bzw. als Magnetventile ausgeführt, an den jeweils der Druck des ersten Druckkreises H1 anliegt.
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Das Regelventil MUX3 ist zwischen dem Aktuator ASKAZ und den Schaltventilen MUX1, MUX2 angeordnet. Zudem ist das Regelventil MUX3 als 4/2-Wegeventil ausgebildet, in dessen Bereich der Druck zusätzlich zum Aktuator ASKAZ einstellbar ist. Der über das Regelventil MUX3 stufenlos variierbare Druck ist über die Schaltventile MUX1 und MUX2 in Richtung der Kolbenräume SK1A, SK1B, SK2A, SK2B, AZ1A, AZ1B, AZ2A und AZ2B weiterleitbar, um die Kolben-Zylinder-Einheiten SK1, SK2, AZ1 und AZ2 zu betätigen.
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Zur Vorsteuerung des Regelventils MUX3 wirkt ein Vorsteuerdruck eines Aktuators AMUX3 unmittelbar auf einen Vorsteueranschluss des Regelventils MUX3, das dem Vorsteuerdruck entgegenwirkend in Richtung einer ersten Endschaltstellung angefedert ist. Die erste Endschaltstellung des Regelventils MUX3 ist in 2 gezeigt. In der ersten Endschaltstellung des Regelventils MUX3 ist der Druck, der in Richtung der Schaltventile MUX1 und MUX2 weitergeleitet wird, minimal bzw. im Wesentlichen gleich null. Darüber hinaus ist das Regelventil MUX3 vom Vorsteuerdruck des Aktuators AMUX3 entgegen der anliegenden Federkraft in eine zweite Endschaltstellung überführbar. Der Druck, der in der zweiten Endschaltstellung des Regelventils MUX3 an den Schaltventilen MUX1 und MUX2 anliegt, ist maximal und entspricht dem Druck, der im Bereich des Aktuators ASKAZ eingestellt ist. Um die Schalt-Aktuatoren SK1 und SK2 sowie die Aktuatoren AZ1 und AZ2 im jeweils erforderlichen Umfang betätigen zu können, ist das Druckregelventil MUX3 in beliebig viele Zwischenschaltstellungen zwischen den beiden Endschaltstellungen überführbar.
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Des Weiteren liegt der Druck des ersten Druckkreises H1 an den Aktuatoren AK0, AK1 und AK2 an, die bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems HY als elektrohydraulische Regelventile ausgebildet sind. Im Bereich der Aktuatoren AK0, AK1 und AK2 ist jeweils ein Betätigungsdruck für die Kupplungen K1 und K2 sowie für die Trennkupplung K0 einstellbar.
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Der Kolbenraum SK1A ist in den beiden diskreten Endschaltstellungen der Schaltventile MUX1 und MUX2, die diese ohne entsprechende Ansteuerung seitens der Aktuatoren AMUX1 und AMUX2 aufweisen, mit dem über den Aktuator ASKAZ eingestellten Druck beaufschlagt. Hierfür muss auch das Regelventil MUX3 die dafür erforderliche Endschaltstellung oder Zwischenschaltstellung aufweisen.
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Zusätzlich kann die dritte Pumpe EP vorgesehen sein, um das Hydrauliksystem HY auch bei stehenden Pumpen MP1 und MP2 mit Hydraulikfluid zu versorgen. Eine Ausgangsseite der dritten Pumpe EP steht mit dem ersten Druckkreis H1 in Verbindung. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles kann es vorgesehen sein, dass die dritte Pumpe EP im Bereich einer Schnittstelle S1 oder im Bereich einer Schnittstelle S2 mit dem ersten Druckkreis H1 in Verbindung steht.
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Die erste Schnittstelle S1 ist stromauf des Aktuators ASYS vorgesehen. Bei einer Anbindung der dritten Pumpe EP im Bereich der ersten Schnittstelle S1 und einer entsprechenden Auslegung der Förderleistung der dritten Pumpe EP kann über die dritte Pumpe der volle Funktionsumfang des Hydrauliksystems HY zur Verfügung gestellt werden.
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Die zweite Schnittstelle S2 liegt zwischen dem Schaltventil MUX1 und dem Kolbenraum SK1A der Kolben-Zylinder-Einheit SK1. Der Funktionsumfang des Hydrauliksystems HY ist eingeschränkt, wenn die dritte Pumpe EP im Bereich der zweiten Schnittstelle S2 angebunden ist und lediglich von der dritten Pumpe EP Hydraulikfluid in das Leitungssystem des Hydrauliksystems HY eingeleitet wird.
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Die beiden Pumpen MP1 und MP2 können separate Pumpen sein. Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, dass jede Pumpe eine Pumpenflut einer doppelflutigen Pumpe, wie einer doppelhubigen Flügelzellenpumpe oder dergleichen, ist.
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3 bis 5 zeigen jeweils den in 2 dargestellten Schaltplan, wobei der Ventilschieber KUVVS des Verteilerventils KUV jeweils verschiedene Schaltstellungen innerhalb unterschiedlicher und aneinander angrenzender Stellwegbereiche des Ventilschiebers KUVVS aufweist.
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Darüber hinaus zeigt 6 verschiedene Verläufe von Verteilungsgraden VAL1, VAL2 und VAL3 eines jeweils über die Zuführleitung ZL am Verteilerventil KUV anliegenden Hydraulikfluidvolumenstromes in Richtung von Ausgangsleitungen AL1, AL2 und AL3 des Verteilerventils KUV über dem Vorsteuerdruck p_APV des Druckreglers APV. Die Ausgangsleitung AL1 zweigt vom Verteilerventil KUV zur elektrischen Maschine EM2 ab, während die Ausgangsleitung AL2 vom Verteilerventil KUV zu den Kupplungen K0, K1 und K2 verläuft. Die dritte Ausgangsleitung AL3 zweigt vom Verteilerventil KUV zu den Saugseiten der Pumpen MP1 und MP2 ab.
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Der Verteilungsgrad VAL1 gibt jeweils den Anteil des am Verteilerventil KUV anliegenden Hydraulikfluidvolumenstromes an, der über die Ausgangsleitung AL1 zur elektrischen Maschine EM2 geführt wird, die in einem ersten Getriebebereich G1 angeordnet ist. Zusätzlich ist der Verteilungsgrad VAL2 gleich dem Quotienten aus dem anliegenden Hydraulikfluidvolumenstrom und dem Anteil, der vom Verteilerventil KUV in Richtung der Kupplungen K0 bis K2 geführt wird, die in einem zweiten Getriebebereich G2 vorgesehen sind. Der Verteilungsgrad VAL3 gibt jeweils den Anteil des anliegenden Hydraulikfluidvolumenstromes an, der im Bereich des Verteilerventils KUV in Richtung der Saugseiten der Pumpen MP1 und MP2 weitergeleitet wird, wobei die Saugseiten in einem dritten Getriebebereich G3 angeordnet sind.
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Die Verläufe der Verteilungsgrade VAL1 bis VAL3 variieren in Abhängigkeit des Vorsteuerdruckes p_APV und der jeweils damit korrespondierenden Schaltstellung des Ventilschiebers KUVVS des Verteilerventils KUV. Der gesamte Verstellweg VW des Ventilschiebers KUWS, den der Ventilschieber KUVVS mit kontinuierlich verändertem Vorsteuerdruck p_APV kontinuierlich und somit stufenlos durchläuft, ist funktional in mehrere aneinander angrenzende Stellwegbereiche VW1 bis VW5 unterteilbar. Dabei korrespondieren die Stellwegbereiche VW1 bis VW5 jeweils mit fünf Druckbereichen p_APV1 bis p_APV5 des Vorsteuerdruckes p_APV.
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Der erste Druckbereich p_APV1 erstreckt sich bei dem nachfolgend beispielhaft betrachteten Ausführungsbeispiel von 1 bar bis 1,6 bar. Der Ventilschieber KUVVS ist bei einen Druckwert von 1 bar des Vorsteuerdruckes p_APV, der dann gleich dem Umgebungsdruck ist, aufgrund der am Ventilschieber KUVVS angreifenden Federkraft der Federeinrichtung KUVF in seiner in 2 gezeigten ersten Endstellung angeordnet. Mit steigendem Vorsteuerdruck p_APV wird der Ventilschieber KUVVS des Verteilerventils KUV ausgehend von seiner ersten Stellung gegen die Federkraft der Federeinrichtung KUVF stetig in Richtung seiner in 5 gezeigten zweiten Endstellung verschoben, die der Ventilschieber am Ende des vierten Stellwegbereiches VW4 und im gesamten fünften Stellwegbereich VW5 aufweist. Das bedeutet, dass der Ventilschieber KUVVS im fünften Stellwegbereich VW5 in seiner zweiten Endstellung verbleibt, die er bereits am Ende des vierten Druckbereiches p_APV4 eingenommen hat.
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Der sich an den ersten Druckbereich p_APV1 anschließende zweite Druckbereich p_APV2 liegt zwischen 1,6 bar und 2,35 bar. 3 zeigt den Ventilschieber KUVVS des Verteilerventils KUV exemplarisch in einer Schaltstellung innerhalb des zweiten Stellwegbereiches VW2.
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Der auf den zweiten Druckbereich P_APV2 folgende dritte Druckbereich p_APV3 liegt zwischen 2,35 bar und 3,07 bar, dem der dritte Stellwegbereich VW3 zugeordnet ist. In 4 ist der Ventilschieber KUVVS des Verteilerventils KUV exemplarisch in einer Schaltstellung innerhalb des dritten Stellwegbereiches VW3 gezeigt. Dann folgen der vierte Druckbereich p_APV4, der sich von 3,07 bar bis 3,25 bar erstreckt, und der fünfte Druckbereich p_APV5, der bei 3,25 bar beginnt. Der Ventilschieber KUVVS ist ab dem Druckwert von 3,25 bar des Vorsteuerdruckes p_APV in seiner gegenüber der ersten Endstellung vollständig umgeschobenen zweiten Endstellung angeordnet.
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In der in 2 dargestellten Schaltstellung des Ventilschiebers KUVVS des Verteilerventils KUV, die der Ventilschieber KUVVS im ersten Druckbereich p_APV1 und somit zu Beginn des ersten Stellwegbereiches VW1 aufweist, wird der über die Zuführleitung ZL am Verteilerventil KUV anliegende gesamte Ölvolumenstrom in Richtung der elektrischen Maschine EM2 weitergeleitet. Im gesamten ersten Stellwegbereich VW1 wird vom Verteilerventil KUV weder zu den Kupplungen K0 bis K2 noch zu den Saugseiten der Pumpen MP1 und MP2 Öl geführt. Aus diesem Grund ist der Verteilungsgrad VAL1 im gesamten ersten Verstellwegbereich VW1 gleich eins, während die Verteilungsgrade VAL2 und VAL3 gleich null sind.
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Somit steht im ersten Druckbereich p_APV1 des Vorsteuerdruckes p_APV der gesamte Hydraulikfluidvolumenstrom, der durch den Kühler KU und durch ein Rückschlagventil BP-V strömt, zur Kühlung der elektrischen Maschine EM2 zur Verfügung. Das Rückschlagventil BP-V ist in einer Leitung angeordnet, die parallel zum Kühler KU verläuft. Dies kann in speziellen Betriebspunkten, wie Hochlast-Anfahrten am Hang mit Hänger, zur priorisierten Kühlung der elektrischen Maschine EM2 des Hybridgetriebes G genutzt werden. Das Pumpenventil PV ist noch geschlossen, weshalb sich das Hydrauliksystem HY im Einkreisbetrieb befindet.
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Um einen zu großen Anstieg des Hydraulikfluidvolumenstroms in Richtung der zweiten elektrischen Maschine EM2 zu vermeiden, der aufgrund unzureichender hydrostatischer Rücklaufdrücke Ölstaus im Bereich der elektrischen Maschine EM2 verursachen könnte, ist in der Ausgangsleitung AL1 eine Drosseleinheit X7 vorgesehen. Dabei ist die Drosseleinheit X7 so ausgelegt, dass ab einem definierten Menge stromab der Drosseleinheit X7 das Kühlerschutz-Ventil KSV öffnet und so den vom Verteilerventil KUV in Richtung der zweiten elektrischen Maschine EM2 strömenden Hydraulikfluidvolumenstrom begrenzt. Dann fließt das überschüssige Öl bereits stromauf des Kühler KU zurück zur Saugaufladung und wird ohne den Filter FI zu durchströmen auf energetische günstige Art und Weise wieder von den Pumpen MP1 und MP2 angesaugt.
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Mit dieser Ausführung des Hydrauliksystems HY wird gewährleistet, dass bei abgeschalteter Hydraulikversorgung, wie während eines Motorstarts oder während Start-Stopp-Situationen, die Kupplungen K0 bis K2 ohne das Verteilerventil KUV betätigen zu müssen über die Ausgangsleitung AL2 zunächst nicht mit Hydraulikfluid beaufschlagt werden. Dadurch wird eine Initialbenetzung der Beläge der Kupplungen K0 bis K2 vermieden und Schleppmomente werden im Bereich der Kupplungen K0 bis K2 nicht erhöht. Damit können z. B. bei niedrigen Betriebstemperaturen sogenannte Einlegeblocker im Bereich von Synchronisierungen des Getriebes G vermieden werden.
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Wenn der Vorsteuerdruck p_APV das Vorsteuerdruckniveau von 1,6 bar überschreitet, befindet sich der Ventilschieber KUVVS des Verteilerventils KUV in seinem zweiten Verstellwegbereich VW2. Im zweiten Verstellwegbereich VW2 ist die Zugangsleitung ZL sowohl mit der ersten Ausgangsleitung AL1 als auch mit der zweiten Ausgangsleitung AL2 verbunden. Je nach Stellung des Ventilschiebers KUVVS innerhalb des zweiten Verstellwegbereiches VW2 wird der Hydraulikfluidvolumenstrom aus der Zuführleitung ZL mit variierenden Verteilungsgraden VAL1 und VAL2 auf die beiden Ausgangsleitungen AL1 und AL2 verteilt.
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Dabei weist der Verteilungsgrad VAL1 bei 1,6 bar gleich den Wert eins auf, während der Verteilungsgrad VAL2 gleich null ist. Im Bereich der oberen Grenze des zweiten Druckbereiches p_APV2 des Vorsteuerdruckes p_APV, die bei 2,35 bar liegt, ist der Verteilungsgrad VAL1 gleich null und der Verteilungsgrad VAL2 gleich eins. Dazwischen variieren die Werte der Verteilungsgrade VAL1 und VAL2 gemäß den in 6 idealisiert dargestellten Verläufen der Verteilungsgrade VAL1 und VAL2 zwischen den Vorsteuerdruckwerten 1,6 bar und 2,35 bar. Damit wird der Hydraulikfluidvolumenstrom, der am Verteilerventil KUV anliegt, im zweiten Druckbereich p_APV nur zur Kühlung der elektrischen Maschine EM2 und des Doppelkupplungssystems DKS und der weiteren Kupplung K0 verwendet. Um die Kühlölvolumenströme in Richtung des Doppelkupplungssystems DKs und in Richtung der weiteren Kupplung K0 auf einfache Art und Weise zu begrenzen, sind zwischen dem Verteilerventil KUV und dem Doppelkupplungssystem DKS sowie zwischen dem Verteilerventil KUV und der weiteren Kupplung K0 Drosseleinheiten X5 bzw. X6 vorgesehen.
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Zusätzlich ist in 6 ein vertikaler Verlauf VAPS dargestellt, der bei einem Druckwert des Vorsteuerdruckes p_APV gleich 1,87 bar innerhalb des zweiten Druckbereiches p_APV2 vorgesehen ist. Der Verlauf VAPS repräsentiert die Ansprechgrenze des Parksperrenventils PSV, das mit Überschreiten des Vordrucksteuerwertes gleich 1,87 bar gegen die Federkraft seiner Federeinrichtung umschaltet. In umgeschaltetem Zustand des Parksperrenventils PSV liegt der Druck des Hochdruckkreises H1 am Aktuator APS an und die Parksperre PS wird ausgelegt und in ausgelegtem Zustand gehalten.
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Betriebspunkte des Hydrauliksystems HY sind innerhalb des zweiten Druckbereiches p_APV2 entweder über eine sogenannte Kennlinienansteuerung oder über einen sogenannten Puls-Weiten-Modulierten Modus (PWM-Modus) einstellbar. Dabei wird ein Betriebspunkt des Hydrauliksystems HY, der beispielsweise durch einen Verteilungsgrad VAL2 gleich 0,2 und einen Verteilungsgrad VAL1 gleich 0,8 gekennzeichnet ist, während einer Kennliniensteuerung durch Vorgabe eines definierten Betätigungsstromes und damit eines definierten Vorsteuerdruckwertes p_APV angefahren. Im Unterschied dazu wird ein Betriebspunkt des Hydrauliksystems HY während eines PWM-Modus durch entsprechendes zeitgesteuertes, pendelndes Verändern des Betätigungsstromes des Aktuators APV um definierte Werte eingestellt.
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Darüber hinaus werden Betriebspunkte des Hydrauliksystems HY innerhalb des zweiten Druckbereiches p_APV2 typischerweise nach Schaltungen im Getriebe G angefahren. Während einer Schaltung im Getriebe G wird der Verteilungsgrad VAL2 auf null reduziert und damit die Kühlung der Kupplungen K0 bis K2 unterbrochen, um die Schleppmomente an den Synchronisierungen gering zu halten.
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Nach Abschluss einer Schaltung im Getriebe G werden die Kupplungen K0 bis K2 über die Ausgangsleitung AL2 wieder mit Kühlöl beaufschlagt, um die thermischen Belastungen der jeweils schlupfenden Kupplung K0, K1 und/oder K2 zu verringern. Die thermischen Belastungen der Kupplungen K0 bis K2 variieren je nach Lastzustand. Während eines Anfahrvorganges am Hang mit zugeschalteter Brennkraftmaschine VM, während dem die weitere Kupplung K0 sich im Schlupfbetrieb befindet, ist der Kühlölbedarf im Bereich der Kupplung K0 hoch, während die elektrische Maschine EM2 im Feldschwächungsbetrieb nur wenig Kühlöl benötigt. Zur Umsetzung einer Gangprädiktion, für die im Getriebe G ein sogenannter Schattengang einzulegen ist, ist das Hydrauliksystem HY im Einkreisbetrieb zu betreiben.
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Im dritten Druckbereich p_APV, d. h. bei Druckwerten des Vorsteuerdruckes p_APV zwischen 2,35 bar und 3,07 bar fließt der gesamte zur Verfügung stehende Hydraulikfluidvolumenstrom von der Zuführleitung ZL über das Verteilerventil KUV zur zweiten Ausgangsleitung AL2 und damit zu den Kupplungen K0 bis K2. Damit ist neben der alleinigen Kühlung der elektrischen Maschine EM2 über das Verteilerventil KUV bei thermischer Überlastung der weiteren Kupplung K0 auch eine 100%ige Kühlung der Kupplungen K0 bis K2 möglich. Dies kann beispielsweise aufgrund eines lang andauernden Schlupfbetriebes der weiteren Kupplung K0 oder einer der Kupplungen K1 oder K2 erforderlich sein. Hierbei kann das Hydrauliksystem HY sowohl im Einals auch im Zweikreisbetrieb betrieben werden.
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Im vierten Druckbereich p_APV4, d. h. im Druckbereich zwischen 3,07 bar und 3,25 bar, wird der am Verteilerventil KUV anliegende Hydraulikfluidvolumenstrom im Bereich des Verteilerventiles KUV zwischen allen Ausgangsleitungen AL1 bis AL3 verteilt und das Hydrauliksystem HY wird im Zweikreisbetrieb betrieben. Dabei wird zunächst der Anteil des Hydraulikfluidvolumenstromes, der bei einem Vorsteuerdruck p_APV gleich 3,07 bar vollständig in Richtung der zweiten Ausgangsleitung AL2 geführt wird, mit steigendem Vorsteuerdruck p_APV stetig reduziert. Gleichzeitig steigt der Anteil des Hydraulikfluidvolumenstromes, der in Richtung der ersten Ausgangsleitung AL1 weitergeleitet wird, stetig an. Zusätzlich wird auch zunehmend ein Teil des zur Verfügung stehenden Hydraulikfluidvolumenstromes über die Saugaufladungsleitung AL3 zu den Pumpen MP1 und MP2 die Pumpe zurückgeführt. Dies wirkt sich während sogenannter Hochdrehzahl-Betriebspunkte der mechanisch angetriebenen Ölpumpen MP1 und MP2 vorteilhaft auf den Wirkungsgrad des Getriebes G aus.
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Ähnlich wie im zweiten Druckbereich p_APV2 können die Verteilungsgrade VAL1 bis VAL3 auch im vierten Druckbereich p_APV4 über jeweils abgelegte Verteilerkennlinien oder im PWM-Modus bzw. PWM-Betrieb variiert werden. Während des PWM-Betriebes, der aufgrund der großen Gradienten der Verläufe der Verteilungsgrade VAL1 bis VAL3 eine bessere Umsetzung der gewünschten Verteilungsgrade VAL1 bis VAL3 ermöglicht, wird beispielsweise zwischen einer 100%igen Verteilung des Hydraulikfluidvolumenstromes in Richtung der zweiten Ausgangsleitung AL2 und einem vollständigen Sperren der zweiten Ausgangsleitung AL2 über eine Pulsweiten- und Pulslückenansteuerung gewechselt. Dadurch wird ein zeitlicher Mittelwert für die Hydraulikfluidvolumenströme erzeugt, die jeweils zu den stromab des Verteilerventiles KUV angeordneten einzelnen hydraulischen Verbrauchern EM2, K0 bis K2 und MP1, MP2 betriebszustandsabhängig zu führen sind.
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Um auch in den sogenannten Hochdrehzahl-Arbeitspunkten noch Schaltungen im Getriebe G durchführen zu können, wird die Kühlung der Kupplungen K0 bis K2 im Bereich des Verteilerventils KUV abgeschaltet. Dies geschieht im Betriebsbereich des Hydrauliksystems HY bei Druckwerten des Vorsteuerdruckes p_APV größer als 3,25 bar. Bei Druckwerten des Vorsteuerdruckes p_APV wird nur mehr Hydraulikfluid in Richtung der dritten Ausgangsleitung AL3 und in Richtung der ersten Ausgangsleitung AL1 weitergeleitet.
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Zudem ist in 6 ein Verlauf VPV gezeigt, der einen Umschaltgrenzbereich p_APV6 des Vorsteuerdruckes p_APV zwischen dem Einkreis- und dem Zweikreisbetrieb der Hydraulikpumpe HP angibt. Der Umschaltgrenzbereich p_APV6 resultiert aus der Hysterese der elektromagnetischen Stufe der Vorsteuerstufe APV. Dabei bewirkt die Hysterese, dass die Hydraulikpumpe HP ausgehend von Druckwerten des Vorsteuerdruckes p_APV unterhalb des Umschaltgrenzbereiches p_APV6 erst ab Druckwerten des Vorsteuerdruckes p_APV oberhalb des Umschaltgrenzbereiches p_APV6 vom Einkreisbetrieb in den Zweikreisbetrieb übergeht, da erst dann das Pumpenventil PV umschaltet.
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Zusätzlich wechselt die Hydraulikpumpe HP aufgrund der Hysterese erst dann vom Zweikreisbetrieb in den Einkreisbetrieb, wenn der Vorsteuerdruck p_APV ausgehend von einem Druckwert oberhalb des Umschaltgrenzbereiches p_APV6 auf einen Wert unterhalb des Umschaltgrenzbereiches p_APV6 abgesenkt wird.
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In 7 ist eine Tabelle dargestellt, die mögliche Schaltzustände des Verteilerventils KUV und auch des Pumpenventils PV zeigt, die mit der Schaltungstopologie des Hydrauliksystems HY erreichbar sind. Der ersten Spalte der Tabelle ist jeweils entnehmbar, ob das Hydrauliksystem HY im Einkreisbetrieb oder im Zweikreisbetrieb betrieben wird. Dabei bezeichnet die Zahl null den Einkreisbetrieb und die damit korrespondierende Schaltstellung des Pumpenventils PV. Die Zahl eins bezeichnet den Zweikreisbetrieb und die damit korrespondierende Schaltstellung des Pumpenventils PV.
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Die Zahl 1 bezeichnet in der zweiten Spalte der Tabelle, wenn von der Zuführleitung ZL über das Verteilerventil KUV Hydraulikfluid zur dritten Ausgangsleitung AL3 geführt wird. Die Zahl null hingegen gibt jeweils an, dass die Verbindung zwischen der Zuführleitung ZL und der dritten Ausgangsleitung AL3 gesperrt ist.
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Die dritte Spalte betrifft die jeweils die Verbindung zwischen der Zuführleitung ZL und der zweiten Ausgangsleitung ALS, während die vierte Spalte jeweils den Zustand der Verbindung zwischen der Zuführleitung ZL und der ersten Ausgangsleitung AL1 wiedergibt. Dabei bezeichnet die Zahl eins jeweils den geöffneten Zustand und die Zahl Null den geschlossenen bzw. den gesperrten Zustand der Verbindungen. In der fünften Spalte sind die einzelnen Zeilen mit den Buchstaben A bis P bezeichnet.
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Die vorbeschriebene Verteilerlogik des Hydrauliksystems ist in einer binären Darstellung nicht vollständig erreichbar. Es lassen sich in den prinzipiell möglichen Schaltlogikzuständen nach Tabelle 1 nur die in den Zeilen A bis D und I bis P angegebenen Schaltzustände erreichen. In den Schaltzuständen, die in den Zeilen E bis H angegeben sind, fließt über das Verteilerventil KUV kein Öl in die dritte Ausgangsleitung AL3 und damit in Richtung der Saugaufladung der Pumpen MP1 und MP2. Jedoch kann Öl auch in diesen Schaltzuständen implizit über das Kühlerschutz-Ventil KSV zur Saugaufladung zu den Saugseiten der Pumpen MP1 und MP2 gelangen.
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Bezugszeichenliste
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- AG
- Differentialgetriebe
- AK0
- Aktuator der Trennkupplung
- AK1
- Aktuator der ersten Kupplung
- AK2
- Aktuator der zweiten Kupplung
- AL1 bis AL3
- Ausgangsleitung des Verteilerventils
- AMUX1
- Aktuator des Schaltventils MUX1
- AMUX2
- Aktuator des Schaltventils MUX2
- AMUX3
- Aktuator des Regelventils MUX3
- AN
- Eingangswelle
- APS
- Aktuator
- APV
- Aktuator des Pumpenventils
- ASKAZ
- Aktuator des Schalt-Aktuatorik
- ASYS
- Aktuator des Systemdruckventils
- AZ1
- Aktuator
- AZ1A
- Kolbenraum
- AZ1B
- Kolbenraum
- AZ2
- Aktuator
- AZ2A
- Kolbenraum
- AZ2B
- Kolbenraum
- BP-V
- Rückschlagventil
- DKS
- Doppelkupplungssystem
- DW
- Antriebsrad
- D1
- Drossel
- ECU
- elektronische Steuereinheit
- EM1
- Elektromotor
- EM2
- elektrische Maschine
- EP
- dritte Pumpe
- FI
- Filter
- G
- Getriebe
- G1 bis G3
- Getriebebereich
- GW1
- Antriebswelle
- GW2
- Abtriebswelle
- HCU
- hydraulische Steuereinheit
- HP
- Hydraulikpumpe
- HY
- Hydrauliksystem
- H1
- erster Druckkreis
- H2
- zweiter Druckkreis
- iZ1, iZ2
- Synchronisierungsübersetzung
- i1, i2, i3, i4
- Übersetzungsstufen
- KAZ1
- Kolben
- KAZ2
- Kolben
- KSK1
- Kolben
- KSK2
- Kolben
- KSV
- Kühlerschutz-Ventil
- KU
- Kühler
- KUV
- Verteilerventil
- KUVF
- Federeinrichtung des Verteilerventils
- KUVVS
- Ventilschieber des Verteilerventils
- KUWSF
- Steuerfläche des Ventilschiebers
- K0
- Trennkupplung
- K1
- erste Kupplung
- K2
- zweite Kupplung
- L
- Verbindungsleitung
- L2
- Leitung
- L3
- weitere Verbindungsleitung
- MP1
- erste Pumpe
- MP2
- zweite Pumpe
- MUX1
- Schaltventil
- MUX2
- Schaltventil
- MUX3
- Regelventil
- p_APV
- Vorsteuerdruck
- p_APV1 bis p_APV5
- Druckbereich
- p_APV6
- Umschaltgrenzbereich
- PSV
- Parksperrenventil
- PS
- Parksperre
- PSR
- Parksperrenrad
- PSYS
- Druckregelventil
- PV
- Pumpenventil, Schaltventil
- SAZ1, SAZ2
- Schaltstange
- SK1
- Schalt-Aktuator
- SK1A
- Kolbenraum
- SK1B
- Kolbenraum
- SK2
- Schalt-Aktuator
- SK2A
- Kolbenraum
- SK2B
- Kolbenraum
- SSK1, SSK2
- Schaltstange
- SV
- Rückschlagventil
- S1, S2
- Schnittstelle
- T
- Tank
- TG1
- erstes Teilgetriebe
- TG2
- zweites Teilgetriebe
- TS
- Temperatursensor
- VAL1 bis VAL3
- Verteilungsgrad
- VAPS
- Ansprechgrenze des Parksperrenventils
- VM
- Verbrennungsmotor
- VPV
- Verlauf der Ansprechgrenze des Pumpenventils PV
- VW
- Stellweg des Ventilschiebers
- VW1 bis VW5
- Stellwegbereich des Ventilschiebers
- X5 bis X7
- Drosseleinheit
- ZL
- Zuführleitung
- ZSY
- Zentralsynchronisierung
- Z1, Z2
- Kupplung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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