DE3917243A1 - Einrichtung zur druckoelversorgung von lastschaltgetrieben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Druckölversorgung von Lastschaltgetrieben in Kraftfahrzeugen, bei der eine von einem Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges angetriebene Ölpumpe eingangsseitig über eine Saugleitung an ein Ölreservoir und ausgangsseitig über eine Druckleitung an das Lastschaltgetriebe angeschlossen ist.

Einrichtungen der vorstehend genannten Art sind allgemein bekannt.

Im Automobilbau ist es üblich, zur Druckölversorgung Zahnrad­ pumpen einzusetzen, die unmittelbar vom Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges angetrieben werden. Dies bedeutet, daß die Zahnradpumpen mit einer Drehzahl angetrieben werden, die zwischen der Leerlaufdrehzahl und der Höchstdrehzahl des Verbrennungsmotors variiert. Andererseits ist bekannt, daß bei Zahnradpumpen wie bei allen hydrostatischen Konstantpumpen der geförderte Volumenstrom proportional der Drehzahl ist.

Da in einem Kraftfahrzeug die Druckölversorgung bereits bei Leerlaufdrehzahl arbeiten muß, ist es erforderlich, die Zahn­ radpumpe so auszulegen, daß bereits bei Leerlaufdrehzahl der Volumenstrom ausreicht, um die Aggregate des Kraftfahrzeuges, beispielsweise das Lastschaltgetriebe oder eine Kupplung, eine Servolenkung oder dgl. zu versorgen. Dies bedeutet anderer­ seits, daß der Volumenstrom mit zunehmender Drehzahl des Verbrennungsmotors größer wird, als dies an sich erforderlich wäre. Der Volumenstrom des Drucköls muß jedoch verarbeitet werden, so daß entsprechend große Bauteile mit den erforder­ lichen Querschnitten für das Drucköl zur Verfügung gestellt werden müssen. Hieraus ergibt sich eine unerwünschte Erhöhung der Abmessungen und vor allem auch der Gewichte der beteiligten Komponenten des Drucköl-Versorgungssystems.

Weiterhin wird bei bekannten Einrichtungen zur Druckölversorgung von Lastschaltgetrieben oder anderen Aggregaten in Kraftfahr­ zeugen der Ausgangsdruck stets auf dem erforderlichen Maximal­ druck gehalten, beispielsweise durch Vorsehen eines entsprechend eingestellten Überdruckventils. Andererseits wird der Maximal­ druck bei derartigen Einrichtungen immer nur kurzzeitig be­ nötigt, beispielsweise zum Betätigen einer Kupplung.

Hieraus folgt, daß bei bekannten Einrichtungen zur Druckölver­ sorgung sowohl der Volumenstrom wie auch der Druck zumeist auf Werte eingestellt sind, die über den aktuell bzw. im zeitlichen Mittel benötigten Werten liegen. Nun ist ferner bekannt, daß die Antriebsleistung von Zahnradpumpen dem Produkt aus Volumenstrom und Betriebsdruck proportional ist. Da, wie erwähnt, die beiden zuletzt genannten Größen bei bekannten Einrichtungen größer als im zeitlichen Mittel erforderlich eingestellt werden, bedeutet dies, daß auch die Antriebsleistung der Zahnradpumpe relativ hoch ist. Hieraus wiederum folgt, daß dem Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges eine erhebliche Leistung entnommen werden muß, um die Zahnradpumpe anzutreiben. Diese Leistung geht dem eigentlichen Antrieb des Kraftfahrzeuges verloren und wird im wesentlichen in Wärme umgesetzt. Auch dies führt zu unerwünschten Begleiterscheinungen, weil die erhebliche Abwärme nicht nur abgeführt werden muß, z. B. mittels eines Ölkühlers, sondern auch zu einer entsprechenden Dimensio­ nierung und Auslegung der beteiligten Bauteile führt.

Es ist zwar andererseits bekannt, statt hydrostatischer Kon­ stantpumpen bei allgemeinen Anwendungen auch Verstellpumpen, beispielsweise Flügelzellenpumpen, einzusetzen, bei denen sich der Volumenstrom auch bei konstanter Antriebsdrehzahl variieren läßt, die Verwendung einer derartigen Verstellpumpe in einer Einrichtung zur Druckölversorgung von Lastschaltgetrie­ ben würde jedoch die vorstehend aufgezeigten Probleme nicht gesamthaft lösen, weil auch bei einer solchen Anordnung der Druck im System im zeitlichen Mittel zu hoch wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine Ölpumpe mit geringerer Antriebsleistung verwendet werden kann, und daß die Querschnitte und damit die Abmessungen und das Gewicht der beteiligten Bauteile der Einrichtung vermindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ölpumpe eine Verstellpumpe ist und daß der Druck in der Druck­ leitung im Betrieb mittels eines Reglers auf einen vorgegebenen Wert einstellbar ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst. Die Verwendung einer Verstellpumpe als Ölpumpe hat nämlich zum einen den an sich bekannten Vorteil, daß der Volumenstrom jeweils nur so hoch eingestellt wird, wie man ihn tatsächlich benötigt und zwar unabhängig von der Drehzahl. Es ist daher bei der erfindungsgemäßen Einrichtung im Gegensatz zum Stand der Technik nicht mehr erforderlich, den Volumenstrom bereits bei Leerlaufdrehzahl ausreichend hoch zu bemessen und dann zwangsläufig eine Erhöhung des Volumenstromes als Folge der im Betrieb ansteigenden Drehzahl des Antriebsmotors in Kauf zu nehmen, weil bei der erfindungsge­ mäßen Einrichtung der Volumenstrom auch bei steigender Drehzahl auf dem erforderlichen Minimalwert gehalten wird. Ferner hat die kontinuierliche Druckeinstellung im Betrieb der Einrichtung den Vorteil, daß durch entsprechende Vorgabe eines Drucksoll­ wertes der Druck immer nur augenblicksweise auf einen Maximal­ druck angehoben werden kann, wenn dies gerade benötigt wird, beispielsweise zum Betätigen einer Kupplung oder dgl.

Hieraus folgt, daß insgesamt sowohl der Volumenstrom wie auch der Druck im zeitlichen Mittel auf dem jeweils kleinstmöglichen Wert gehalten werden, so daß auch die Antriebsleistung der Verstellpumpe auf ihrem niedrigst möglichen Wert gehalten wird. Dies führt zu einer nur geringen Leistungsentnahme vom Antriebsmotor, zu einer in ihren Abmessungen kleinen Ölpumpe und zu Komponenten der Einrichtung mit verhältnismäßig kleinen Querschnitten und daher ebenso kleinen Abmessungen und Gewich­ ten.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Verstellpumpe mittels eines Verstellorganes auf einen vorgegebenen Ausgangs-Volumenstrom einstellbar.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bekannte und erprobte Verstellpumpen, beispielsweise Flügelzellenpumpen, eingesetzt werden können.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ferner bevorzugt, wenn das Verstellorgan mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit verstellbar ist und ein Druckraum der Kolben-Zylinder-Einheit mittels eines Steuersignales des Reglers an die Druckleitung anschließ­ bar ist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die zur Betätigung des Verstellorganes der Verstellpumpe erforderliche Energie unmit­ telbar dem Drucksystem entnommen wird, so daß separate Versor­ gungseinheiten entbehrlich sind. Außerdem entsteht auf diese Weise ein weiterer geschlossener Regelkreis, der das Regelver­ halten der erfindungsgemäßen Einrichtung fördert.

Weiterhin ist in bevorzugter Weise ein Drucksensor an die Druck­ leitung angeschlossen und mit dem Regler verbunden.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine elektrische oder elektronische Regelung vorgenommen werden kann, bei der nicht nur bekannte und bewährte Reglerkonzepte eingesetzt werden können, sondern darüber hinaus auch die Beeinflussung des Sollwertes in äußerst einfacher Weise vorgenommen werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung steuert der Regler ein zwischen Druckleitung und Druckraum angeordnetes Magnetventil an.

Erfindungsgemäß kann das Magnetventil dabei ein Schaltventil oder ein Proportionalventil sein, mit dem es möglich ist, das Ausgangssignal des Reglers in eine bestimmte Ventilöffnung umzusetzen, so daß dem Druckraum der Kolben-Zylinder-Einheit der gewünschte Arbeitsdruck aus der Druckleitung zugeführt wird.

Bei Alternativen hierzu kann das Magnetventil aber auch als Druckverhältnisventil oder Druckdifferenzventil ausgebildet sein.

Dies hat den Vorteil, daß ein Drucksensor und ein elektronischer Regelkreis nicht mehr erforderlich sind, weil das Magnetventil infolge seiner Bauart selbst für die erforderliche Regelung sorgt, indem von dem nun als Sollwertgeber wirkenden Regler entweder ein Sollwert für das Druckverhältnis oder die Druck­ differenz vorgegeben wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen äußerst schematisierten Hydraulik- und Stromlaufplan für ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Darstellung der Fig. 1, jedoch für eine Variante mit einem Druckverhältnis­ ventil;

Fig. 3 eine Darstellung, ähnlich Fig. 2, jedoch unter Verwendung eines Druckdifferenzventils.

In der Figur bezeichnet 10 insgesamt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drucköl-Versorgungseinheit, die zum Versorgen eines Getriebes 11, insbesondere eines Lastschaltge­ triebes, vorgesehen ist. Die Einheit 10 dient dazu, um Öl 12 aus einem Ölreservoir 13 unter einem bestimmten Druck dem Getriebe 11 zuzuführen.

Hierzu ist eine Saugleitung 20 an das Ölreservoir 13 angeschlos­ sen. In die Saugleitung 20 ist ein erstes Filter 21 eingeschal­ tet. Die Saugleitung 20 führt zu einem Eingang einer Verstell­ pumpe 22. Die Verstellpumpe 22 ist über eine Antriebswelle 23 antreibbar, vorzugsweise durch den in der Figur nicht darge­ stellten Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges, an dessen Bord sich die Einheit 10 befindet. Mit 24 ist eine Verstell­ stange bezeichnet, die zur Einstellung eines Volumenstromes Q am Ausgang der Verstellpumpe 22 dient.

Ein zweites Filter 25 ist in eine Druckleitung 26 am Ausgang der Verstellpumpe 22 eingeschaltet. Die Druckleitung 26 führt dann zum Getriebe 11. An die Druckleitung 26 sind in der üblichen Weise ein Druckspeicher 27 sowie ein Druckbegren­ zungsventil 28 angeschlossen, wobei letzteres über eine Rück­ führleitung 29 mit dem Ölreservoir 13 in Verbindung steht.

An die Druckleitung 26 ist ferner ein Drucksensor 40 angeschlos­ sen, dessen elektrischer Ausgang mit einem ersten Eingang 41 eines Reglers 42 verbunden ist. Einem zweiten Eingang 43 des Reglers 42 ist ein Sollwert zuführbar. Ein Ausgang 44 des Reglers 42 ist an einen Betätigungsmagneten 45 eines Regel- Magnetventils 46 angeschlossen.

Das Regel-Magnetventil 46 ist eingangsseitig mit einem ersten Anschluß 50 an die Druckleitung 26 angeschlossen. Ein zweiter Anschluß 51 des Regel-Magnetventils 46 ist mit einem Druckraum 52 einer Kolben-Zylinder-Einheit 53 verbunden. Diese umfaßt einen mit einer Feder 54 belasteten Kolben 55, der mit der Verstellstange 24 starr verbunden ist.

Ein dritter Anschluß 56 des Regel-Magnetventils 46 ist über eine Rückführleitung 57 ebenfalls mit dem Ölreservoir 13 verbunden.

Die Wirkungsweise der in der Figur dargestellten Einheit 10 ist wie folgt:
Wenn die Verstellpumpe 22 vom Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges angetrieben wird, fördert sie an ihrem Ausgang einen Volumen­ strom Q, der von der jeweiligen Drehzahl der Antriebswelle 23 sowie der Stellung der Verstellstange 24 abhängt. Je nachdem, welche Verbraucher im Getriebe 11 gerade mit Drucköl zu versor­ gen sind, stellt sich als Folge des Volumenstromes Q in der Druckleitung 26 ein Ist-Druck p _ist ein. Dieser Ist-Druck p _ist wird im Drucksensor 40 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das Signal wird im Regler 42 mit einem am zweiten Eingang 43 eingegebenen Soll-Wert, nämlich einem einem Soll-Druck p _soll entsprechenden elektrischen Signal verglichen. Der Regler 42 bildet daraus ein Stellsignal, das einer Druckdifferenz Δ p entspricht. Dieses Stellsignal gelangt auf den Betätigungsmag­ neten 45. Wenn der Ist-Druck p _ist kleiner ist als der Soll- Druck p _soll, so verbindet der Regler 42 durch Ansteuerung des Betätigungsmagneten 45 die Druckleitung 26 mit dem Druckraum 52. Der Kolben 55 wird infolgedessen nach rechts verschoben, so daß die Verstellstange 24 die Verstellpumpe 22 so verstellt, daß ein größerer Volumenstrom Q an ihren Ausgang gefördert wird. Infolgedessen steigt der Druck-Ist-Wert p _ist wieder an.

Entsprechendes gilt, wenn der Ist-Druck p _ist zu hoch sein sollte. In diesem Falle verbindet der Regler 42 den Druckraum 52 mit der Rückführleitung 57, so daß der Kolben 55 unter der Wirkung der Feder 54 nach links verschoben und die Verstellpumpe 22 in Richtung auf einen kleineren Volumenstrom Q verstellt wird.

Infolgedessen wird bei dem jeweiligen Systemdruck p _ist immer nur so viel Öl gefördert, wie momentan verbraucht wird, weil andernfalls der Druck ansteigen bzw. abfallen würde.

Durch Beeinflussung das Soll-Wertes p _soll kann nur der System­ druck p _ist kontinuierlich oder auch stufenweise verstellt werden, je nachdem, wie dies im Einzelfall erforderlich ist. So ist es beispielsweise möglich, zur Betätigung von besonders verbrauchsintensiven Elementen des Druckölsystems zunächst über ein Hochschalten des Soll-Wertes p _soll den Systemdruck p _ist anzuheben, ehe das betreffende Aggregat betätigt wird, um den Systemdruck p _ist nach abgeschlossener Betätigung dieses Aggregates wieder auf einen niedrigeren Wert abzusenken. Dies bedeutet, daß die Höchstleistung der Verstellpumpe 22 jeweils nur kurzfristig aufgebracht werden muß, so daß eine Verstell­ pumpe 22 mit verhältnismäßig niedriger Dauerleistung eingesetzt werden kann.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 diente das Regel-Magnetventil 46 dazu, um, beispielsweise durch getaktetes Öffnen, den Druck aus der Druckleitung 26 in den Druckraum 52 der Kolben-Zylinder- Einheit 53 zu übertragen. Hierzu war ein elektronischer Regel­ kreis mit dem Drucksensor 40 und dem Regler 42 erforderlich.

Fig. 2 zeigt nun eine Alternative, bei der zur weiteren Verein­ fachung und damit Kostenreduzierung der Drucksensor 40 und das Magnetventil 46 der Anordnung gemäß Fig. 1 durch ein einziges Ventil, nämlich ein verstellbares Druckverhältnisventil 46′ ersetzt ist. Das Druckverhältnisventil 46′ in der Anordnung 10′ der Fig. 2 hat die Eigenschaft, zwischen dem Eingangsdruck auf der Druckleitung 26 und dem Ausgangsdruck im Druckraum 52 ein vorgegebenes Verhältnis einzustellen, das in konstruktiv vorgegebenen Grenzen durch elektrische Betätigung verstellt werden kann. Hierzu kann das Druckverhältnisventil 46′ in der in Fig. 1 dargestellten Weise wiederum an den Regler 42 ange­ schlossen sein, der jetzt zur Einstellung des Druckverhältnisses dient. Es versteht sich dabei, daß der Eingangsdruck größer als der Ausgangsdruck sein muß.

Ist beispielsweise der Ausgangsdruck des Druckverhältnisventiles 46′ gleich null, so wird der Kolben 55 unter der Wirkung der Feder 54 in Fig. 2 nach links verschoben und die Verstellpumpe 22 somit auf den maximalen Förderstrom eingestellt. Im entgegen­ gesetzten Fall wird der Kolben 55 in Fig. 2 ganz nach rechts gedrückt, wenn nämlich der Druck im Druckraum 52 die Kraft der Feder 54 überdrückt, so daß nun der Förderstrom der Ver­ stellpumpe 22 gleich null ist.

Hält man das Druckverhältnis des Druckverhältnisventils 46′ konstant, ergibt sich eine bestimmte Stellung des Kolbens 55 und somit ein konstanter Förderstrom Q der Verstellpumpe 22, wodurch sich der Systemdruck p _ist einstellt. Eine Änderung des Ölverbrauchs im Hydrauliksystem, d. h. beispielsweise im Getriebe 11, bewirkt sofort einen Anstieg bzw. Abfall des Systemdrucks p _ist und damit auch des Drucks im Druckraum 52 entsprechend dem jeweils vorherrschenden Druckverhältnis des Druckverhältnisventils 46′. Die Verstellpumpe 22 wird damit nachgestellt, der Förderstrom Q wird verändert, und es stellt sich ein neuer Gleichgewichtszustand ein.

Eine Veränderung des Systemdrucks p _ist ist durch Verstellen des Druckverhältnisses des Druckverhältnisventils 46′ möglich. Wenn z. B. der Systemdruck p _ist erhöht werden soll, so muß das Druckverhältnis ebenfalls vergrößert werden. Da bei Veränderung des Druckverhältnisses am Eingang des Druckverhältnisventils 46′ zunächst immer noch der "alte" Systemdruck p _ist anliegt, wird das neu vorgegebene Druckverhältnis durch Verkleinerung des Drucks im Druckraum 52 erreicht, oder, mit anderen Worten, die Verstellpumpe 22 wird im Hinblick auf einen höheren Volumen­ strom Q verstellt. Auf diese Weise steigen der Druck am Eingang und am Ausgang des Druckverhältnisventils 46′ an, und es stellt sich ein neuer Systemdruck p _ist ein.

Entsprechendes gilt für den Fall, daß der Systemdruck p _ist vermindert werden soll.

Im Regler 42 kann in diesem Fall die Kennlinie zwischen dem Druckverhältnis und dem Systemdruck p _ist abgelegt werden, so daß in diesem Falle auf den Drucksensor 40 verzichtet werden kann.

Fig. 3 zeigt noch eine weitere Variante zur Regelung der Verstellpumpe 22. In Fig. 3 ist das Magnetventil ein Druck­ differenzventil 46′′, um den Druck in der Versorgungseinheit 10′′ einzustellen.

Das Druckdifferenzventil 46′′ hat die Funktion, zwischen Eingangsdruck und Ausgangsdruck jeweils eine vorgegebene Druckdifferenz einzustellen, die ihrerseits wiederum durch elektrische Ansteuerung vorgebbar ist.

Für die Funktion des Druckdifferenzventils 46′′ gilt sinngemäß dasselbe, was vorstehend zum Druckverhältnisventil 46′ der Fig. 2 erläutert wurde.

Allerdings bewirkt eine Änderung des Systemdrucks p _ist bei der Anordnung der Fig. 3 bei konstanter Druckdifferenz eine im Betrag gleichgroße Änderung des Drucks im Druckraum 52. Dies bedeutet, daß die Verstellkräfte am Kolben 55 gegenüber dem Fall der Fig. 2 größer sind, bzw. daß bei gleichgroßen Verstellkräften die Kolben-Zylinder-Einheit 53 kleiner ausge­ bildet werden kann.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Druckölversorgung von Lastschaltgetrieben (11) in Kraftfahrzeugen, bei der eine von einem Antriebs­ motor des Kraftfahrzeuges angetriebene Ölpumpe ein­ gangsseitig über eine Saugleitung (20) an ein Ölreservoir (13) und ausgangsseitig über eine Druckleitung (26) an das Lastschaltgetriebe (11) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölpumpe eine Verstellpumpe (22) ist und daß der Druck (p _ist) in der Druckleitung (26) im Betrieb mittels eines Reglers (42) auf einen vorgegebenen Wert (p _soll) einstellbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellpumpe (22) mittels eines Verstellorganes auf einen vorgegebenen Ausgangs-Volumenstrom (Q) ein­ stellbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellorgan mittels einer Kolben-Zylinder- Einheit (53) verstellbar ist, und daß ein Druckraum (52) der Kolben-Zylinder-Einheit (53) mittels eines Steuersignales des Reglers (42) an die Druckleitung (26) anschließbar ist.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor (40) an die Druckleitung (26) angeschlossen und mit dem Regler (42) verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (42) ein zwischen Druckleitung (26) und Druckraum (52) angeordnetes Magnetventil (46) ansteuert.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil ein Druckverhältnisventil (46′) ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil ein Druckdifferenzventil (46′′) ist.