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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Hydraulikgetriebepumpenanordnung und
insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schaffung einer
Hydraulikgetriebepumpenanordnung mit Differentialbetätigung,
welche hydraulische Leistung zu einem Fahrzeuggetriebe führt.
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Allgemein
gesagt, erfordern Landfahrzeuge einen Antriebsstrang, der aus drei
Grundbestandteilen besteht. Diese Teile umfassen ein Leistungsaggregat
(beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine), eine Leistungsübertragung
und Räder.
Der Leistungsübertragungsteil
wird typischerweise einfach als "Getriebe" bezeichnet. Gemäß dem Antriebsleistungsbedarf
des Fahrzeugs werden das Motordrehmoment und die Drehzahl in dem
Getriebe umgewandelt.
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Getriebe
enthalten im allgemeinen ein oder mehrere Zahnradsätze. Eine
Art eines Zahnradsatzes, die gewöhnlich
in Automatikgetrieben eingesetzt wird, ist ein Planetenradsatz,
der nach der relativen Drehung der "Planetenräder" benannt ist, die sich jeweils auf ihrer
einzelnen Achse drehen und dabei um ein "Sonnenrad" umlaufen. Planetenradsätze bestehen
aus drei Bestandteilen, die alle ständig kämmen: einem Sonnenrad, einem
Planetenträger
mit Planetenrädern
und einem umgebenden Zahnkranz oder Hohlrad. Wenn ein Bestandteil
ortsfest gehalten wird und sich ein weiterer Bestandteil dreht,
wird der dritte Bestandteil entweder bei einer Verminderung oder
einer Erhöhung
der Drehzahl oder einer Drehung in der Gegenrichtung angetrieben.
Die Planetenradsätze, die
in den heutigen Automatikgetrieben gewöhnlich verwendet werden, sind
eigentlich "Planetenradsätze mit
doppelter Übersetzung", da sie im Grunde
zwei Planetenradsätze
sind, welche gemeinsame Teile aufweisen. Beispielsweise werden bei
den meisten Dreiganggetrieben zwei Zahnkränze, zwei Planetenträger und
ein gemeinsames Sonnenrad verwendet, welches in Axialrichtung lang
genug ist, um mit beiden Planetenträgern zu kämmen. Indem man die von dem
Motor zu drehenden Bestandteile und die "zu haltenden" Bestandteile ändert, kann man zwei verschiedene
Untersetzungen (den 1. Gang und den 2. Gang) sowie den Rückwärtsgang
erhalten, und ebenso kann man ein Verhältnis 1 : 1 (einen dritten Gang)
erhalten. Mithin umfassen Getriebe typischerweise eine Mehrzahl
von Kupplungs- oder Bremsenanordnungen, die als Haltemechanismen
in dem Getriebe verwendet werden.
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Ein
Beispiel für
eine in einem Getriebe als "Haltemechanismus" verwendete Vorrichtung
ist die Freilaufkupplung. Freilaufkupplungen besitzen innere und äußere Gelenkkörper, die
eine relative Drehung der zwei Gelenkkörper in einer Richtung zulassen,
jedoch in der Gegendrehrichtung miteinander sperren. Wenn die Gelenkkörper bei
Anwendung auf konzentrischen Wellen befestigt sind, werden die Wellen
miteinander in einer Drehrichtung gehalten und können in der anderen Drehrichtung
freilaufen.
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Reibungskupplungen
mit Mehrscheibenpackungen sind ein anderes Beispiel für eine Kupplungsanordnung,
die gewöhnlich
zu diesem Zweck in einem Getriebe eingesetzt wird. Bei der Reibungskupplungs-
oder Bremsenanordnung mit Mehrscheibenpackungen wird gewöhnlich eine
Kupplungsnebenanordnung verwendet, welche einen Satz Scheiben und
einen Satz Kupplungsscheiben umfasst, die untereinander verzahnt
sind. Die Scheiben und die Kupplungsscheiben laufen in einen kontinuierlichen Schmiermittelstrombad.
Die Kupplungs- oder die Bremsenanordnung umfasst typischerweise
auch einen Betätigungskolben.
Wenn ein Bestandteil eines Zahnradsatzes beispielsweise während eines
speziellen Gangwechsels gehalten werden soll, wird ein Kolben betätigt, so
dass die Scheiben oder Kupplungsscheiben miteinander in Kontakt
gebracht werden. Bei bestimmten Anwendungen werden bekanntlich mehrere
Freilaufkupplungen oder Vorrichtungen mit Mehrscheibenpackungen
verwendet, um in dem Getriebe verschiedene Antriebsverbindungen
herzustellen, um bei Betrieb verschiedene Übersetzungen vorzusehen oder
einen Bestandteil abzubremsen. Mithin müssen die Zahnradsätze und
die Halte- und Schaltvorrichtungen in dem Getriebe mit einer Schmierung versehen
werden, um deren ungehinderte und wirksame Betätigung sicherzustellen und dabei
unangemessenen Verschleiß zu
vermeiden. Des Weiteren wirkt die Schmierung derart, dass übermäßige Wärme beseitigt
wird und die inneren Teile des Getriebes bis auf akzeptable projektierte Betriebstemperaturen
gekühlt
werden.
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Die
Mehrscheibenreibungskupplungen, Bremsensysteme und Zahnradsätze in dem
Getriebe gründen
sich traditionell auf eine kontinuierliche "spritzende" Versorgung mit Kühlmittel, typischerweise einem Öl, das allgemein
als Fluid für
Automatikgetriebe (ATF) bekannt ist, um die während des Betriebs erzeugte
Wärme zu
beseitigen und verschiedene Bewegungsteile zu schmieren. Zu diesem Zweck
umfasst das Getriebe typischerweise eine Hydraulikpumpe, die das
ATF unter Druck zuführt,
um verschiedene Teile mit dem Fluiddruck zu versehen, der zum Betätigen, Schmieren
und Kühlen
dieser Teile notwendig ist. Die Getriebepumpe wird von dem Fahrzeugmotor über eine
Art von Verbindung mit einer Eingangswelle angetrieben. Die Pumpe
saugt das ATF durch einen Filter hindurch aus einem Vorratsbehälter oder
einer Ölwanne
heraus. Der ATF-Druck wird typischerweise mit Hilfe eines mit Magnetschalter
betätigten
Reglerventils reguliert. Der Magnetschalter betätigt ein Ventilglied, um mit Hilfe
einer von einem Steuermodul empfangenen Kommandospannung einen Vorspanndruck
in der Hauptdruckleitung des Getriebes zu erzeugen. Auf diese Weise
werden der Fluiddruck und der Fluidstrom in der Hauptdruckleitung
des Getriebes auf einen gewünschten
Wert reguliert. Als Alternative wird bei manchen Getrieben zu dem
gleichen Zweck ein weniger komplizierter, von einer mechanischen
Feder vorgespannte Druckregler verwendet.
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Wenn
die Pumpe durch eine Leistungseingabe in den Fahrzeugmotor angetrieben
wird, ist der entstehende Strom des ATF-Fluids durch die Hauptleitung
des Getriebes hindurch sowohl im Druck wie auch in der Menge proportional
der Motordrehzahl oder "linear" mit dieser. Umgekehrt
erfordert das Getriebe, dass das ATF in dessen Arbeitsbereich im
wesentlichen ein konstantes Volumen und einen konstanten Druck aufweist.
Da herkömmliche
Getriebepumpen von dem Fahrzeugmotor angetrieben werden, sind die
herkömmliche
Getriebepumpe und deren mechanische Antriebsteile derart bemessen, dass
sie alle möglichen
Bedingungen zum Schmieren, Betätigen
und Kühlen
des Getriebes erfüllen, wenn
der Motor und dadurch der Pumpenmechanismus leer laufen. Mithin
erzeugt die Getriebepumpe immer dann, wenn die Motordrehzahl über die
Leerlaufdrehzahl ansteigt, ein höheres
Volumen und einen höheren
ATF-Druck als notwendig, und die Versorgung mit dem ATF wird zu
stark. Diese überschüssige Menge
des ATF wird durch das Reglerventil einfach als vergeudete Energie
in die Ölwanne
zurückgeleitet.
Diese vergeudete Energie ist ein unnötiger mechanischer Verlust,
durch welchen dem Motor Leistung entzogen und der Wirkungsgrad des
Getriebes und des gesamten Fahrzeugs vermindert wird.
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Bei
einem Blick weiter nach vorn auf neue technologische Fortschritte
bei der Konstruktion von Fahrzeugen tauchen Hybridfahrzeuge mit
mehreren Leistungsquellen und mehreren Betriebsarten zur Leistungsübertragung
auf. Mit Hybridfahrzeugkonstruktionen kann sowohl für geringe
Emissionen gesorgt als auch die Kraftstoffökonomie verbessert werden.
Damit das erfolgen kann, werden bei manchen Hybridfahrzeugkonstruktionen
die Antriebsarten zwischen Elektro- und herkömmlichen Motoren in einer solchen
Weise umgeschaltet, dass die Verbrennungskraftmaschine zu Zeitpunkten
während
des Betriebs des Fahrzeugs unterhalb einer standardmäßigen oder
herkömmlichen
Leerlaufdrehzahl liegen kann oder ausgeschaltet sein kann. Das könnte eintreten,
wenn (beispielsweise an einer Verkehrsampel) keine Vorwärtsbewegung
des Fahrzeugs erfolgt, oder wenn das Fahrzeug ausläuft, oder
wenn es nur von der elektrischen Leistungsquelle angetrieben wird.
Dadurch wird ein weiterer Nachteil bei herkömmlichen Getriebepumpenkonstruktionen
hervorgehoben; und zwar findet wenig oder kein Strom des ATF statt,
wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in einem Zustand unterhalb
des Leerlaufs befindet. Mithin ist es in der Technik erforderlich,
die Bedingungen zum Schmieren, Kühlen
und Betätigen
des Getriebes in einem Hybridfahrzeug während dieser Betriebsbedingungen
zu erfüllen.
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Dieser
Nachteil an der herkömmlichen
Automatikgetriebepumpe ist auch in einem anderen speziellen Fall
bei herkömmlichen
Fahrzeugen zu erkennen. Wenn der Motor bei einem herkömmlichen
Fahrzeug ausgeschaltet ist und sich der Antriebsstrang des Fahrzeugs
dennoch bewegt, beispielsweise wenn ein Fahrzeug abgeschleppt wird,
kommt es zu keiner ATF-Schmierung an den Lagern und den Zahnradsätzen des
Getriebes. Durch einfaches Abschleppen des Fahrzeugs könnte Schaden
an den inneren Arbeitselementen des Getriebes selbst entstehen.
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Angesichts
des Obigen wird der Fachmann erkennen, dass spezielle Nachteile
bei herkömmlichen
Konstruktionen und der Funktionsweise von ATF-Getriebepumpen bestehen. Der erste ist
die zu starke Zuführung
eines Stroms des ATF für
Motordrehzahlen bei Leerlauf oder darüber, was zu einer Beeinträchtigung
der Motorleistungsressourcen führt,
und der zweite ist das Unvermögen
herkömmlicher
Konstruktionen, das Getriebe hinreichend mit dem ATF zu versorgen,
wenn der Motor ausgeschaltet oder unterhalb des Leerlaufzustands
ist. Durch diese Nachteile wird eine Getriebepumpenkonstruktion
notwendig, welche sowohl leistungsfähiger ist als auch funktionieren
kann, wenn der Fahrzeugmotor unterhalb des Leerlaufzustands, ausgeschaltet
oder in anderer Weise getrennt ist, die Betätigung des Getriebes und damit
die des Fahrzeugs jedoch notwendig ist.
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In
DE 381 12 412 , auf welchem
der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert, ist eine Hydraulikgetriebepumpenanordnung
offenbart, mit: einer Pumpe, die Fluid unter Druck zu vorgegebenen
Teilen in einem Getriebe liefern kann, einem funktionsmäßig mit der
Pumpe verbundenen Elektromotor und einer Differentialgetriebeanordnung,
die zwischen einem Motor und dem Elektromotor eingesetzt ist, wobei
die Differentialgetriebeanordnung derart wirkt, dass sie bei Motordrehzahlen über einem
vorgegebenen Pegel das Motordrehmoment zwischen der Pumpe und dem
Elektromotor teilt, wodurch Fluid unter Druck zu dem Getriebe geliefert
wird und der Elektromotor zur Erzeugung von Elektrizität angetrieben
wird, und der Elektromotor betätigbar
ist, um die Pumpe mit Motordrehzahlen unter dem vorgegebenen Pegel
anzutreiben, wodurch während
dieses Betriebszustands Fluid unter Druck zu dem Getriebe geliefert
wird, wobei das Differentialgetriebe ein Hohlrad und ein Sonnenrad
umfasst, wobei das Differential, die Pumpe und der Elektromotor
gemeinsam entlang einer gemeinsamen angetriebenen Welle angeordnet
sind und funktionsmäßig miteinander
verbunden sind.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Hydraulikgetriebepumpenanordnung
geschaffen, mit: einer Pumpe, die Fluid unter Druck zu vorgegebenen
Teilen in einem Getriebe liefern kann, einem funktionsmäßig mit
der Pumpe verbundenen Elektromotor und einer Differentialgetriebeanordnung,
die zwischen einem Motor und dem Elektromotor eingesetzt ist, wobei
die Differentialgetriebeanordnung derart wirkt, dass sie bei Motordrehzahlen über einem
vorgegebenen Pegel das Motordrehmoment zwischen der Pumpe und dem
Elektromotor teilt, wodurch Fluid unter Druck zu dem Getriebe geliefert
wird und der Elektromotor zur Erzeugung von Elektrizität angetrieben
wird, und der Elektromotor betätigbar
ist, um die Pumpe mit Motordrehzahlen unter dem vorgegebenen Pegel
anzutreiben, wodurch während
dieses Betriebszustands Fluid unter Druck zu dem Getriebe geliefert
wird, wobei das Differentialgetriebe ein Hohlrad, ein Sonnenrad
und einen Träger
umfasst, der eine Mehrzahl von Planetenrädern trägt, wobei das Differential,
die Pumpe und der Elektromotor gemeinsam entlang einer gemeinsamen
angetriebenen Welle angeordnet sind und funktionsmäßig miteinander
verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass: die Differentialanordnung
des weiteren ein Antriebszahnrad umfasst, das funktionsmäßig mit
dem Motor und dem Hohlrad verbunden ist, wobei das Sonnenrad über die
Differentialanordnung in angetriebenem Verhältnis funktionsmäßig mit
dem Hohlrad verbunden ist; und der Elektromotor eine verlängerte Abtriebswelle
umfasst, die als gemeinsame angetriebene Welle dienen kann, und
die funktionsmäßig mit
dem Sonnenrad des Differentials verbunden ist und dabei funktionsmäßig durch
ein inneres Pumpenzahnradelement der Pumpe hindurch verläuft, wobei
der Träger
funktionsmäßig mit
dem inneren Pumpenzahnradelement verbunden ist.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird des Weiteren ein Verfahren zur Lieferung
von hydraulischer Leistung zu einem Kraftfahrzeuggetriebe geschaffen, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer
Hydraulikgetriebepumpenanordnung gemäß der Erfindung; und Steuern
des Betriebs der Hydraulikgetriebepumpenanordnung derart, dass die
Differentialgetriebeanordnung die Pumpe von dem Elektromotor antreiben
lässt,
wenn der Kraftfahrzeugmotor unter einer vorgegebenen Drehzahl pro
Minute läuft,
und dass die Differentialgetriebeanordnung sowohl die Pumpe als
auch den Elektromotor von der Leistungseingabe antreiben lässt, wenn der
Kraftfahrzeugmotor über
einer vorgegebenen Drehzahl pro Minute läuft, derart dass der Elektromotor
als Generator wirkt, um während
spezieller Zeiträume
des Betriebs des Motorfahrzeugs elektrische Leistung zurück zu dem
elektrischen System des Automobils zu liefern.
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Mit
der Hydraulikgetriebepumpenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
werden die Nachteile nach dem Stand der Technik als eine Pumpe beseitigt,
die Fluid unter Druck zu vorgegebenen Teilen in einem Getriebe liefern
kann. Die Hydraulikgetriebepumpenanordnung umfasst einen funktionsmäßig mit
der Pumpe verbundenen Elektromotor und eine Differentialgetriebeanordnung,
die zwischen einem Motor und dem Elektromotor eingesetzt ist. Die
Differentialgetriebeanordnung wirkt derart, dass sie bei Motordrehzahlen
oberhalb eines vorgegebenen Pegels das Motordrehmoment zwischen
der Pumpe und dem Elektromotor teilt, wodurch Fluid unter Druck
zu dem Getriebe geliefert wird und der Elektromotor zur Erzeugung
von Elektrizität
angetrieben wird. Der Elektromotor ist betätigbar, um die Pumpe mit Motordrehzahlen
unter dem vorgegebenen Pegel anzutreiben, wodurch während dieses
Betriebszustands Fluid unter Druck zu dem Getriebe geliefert wird.
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Mit
der vorliegenden Erfindung werden deshalb die Mängel und Nachteile nach dem
Stand der Technik beseitigt, bei welchem nicht der richtige Strom
des ATF zu dem Getriebe bereitgestellt werden kann, wenn der Fahrzeugmotor
ausgeschaltet ist oder unterhalb der Leerlaufgeschwindigkeit liegt.
Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung leistungsfähiger als
der Stand der Technik, da durch diese der erforderliche, geregelte
Strom des ATF zu jedem Zeitpunkt, wenn der Motor leer läuft oder
sich oberhalb davon befindet, geliefert wird und gleichzeitig jede überschüssig aufgebrachte
Motorleistung in nutzbare elektrische Energie umgewandelt wird,
die zu dem elektrischen Fahrzeugsystem zurück geführt wird.
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Um
die Erfindung gut verständlich
zu machen, wird im Folgenden eine Ausführungsform derselben an Hand
der anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
Seitenansicht der Hydraulikgetriebepumpenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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2 eine
Querschnittsansicht einer Gerotorpumpe der Hydraulikgetriebepumpenanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist; und
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3 eine
Querschnittsansicht eines Differentialplanetenradsatzes der Hydraulikgetriebepumpenanordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
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Eine
Hydraulikgetriebepumpenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in 1 allgemein mit 10 bezeichnet, wobei
zur Beschreibung gleicher Strukturen überall in den Figuren gleiche
Ziffern verwendet werden. Die Hydraulikgetriebepumpenanordnung 10 umfasst
einen allgemein mit 12 bezeichneten Elektromotor, eine
allgemein mit 14 bezeichnete Differentialzahnradsatzanordnung
und eine allgemein mit 16 bezeichnete Hydraulikpumpe. Das
Differential 14 weist die Form eines Planetenradsatzes auf.
In den 1 und 3 ist das Differential 14 auf einer
Haltekonstruktion 18 angebracht und umfasst ein Antriebszahnrad 20,
das funktionsmäßig mit
einem Hohlrad 22 verbunden ist. Die Drehbewegungskraft
wird von einem Leistungseingabe des Fahrzeugmotors zu dem Antriebszahnrad 20 geliefert. Das
Hohlrad 22 weist innere Zähne 23 auf, die mit
einer Mehrzahl von Planetenrädern 24 kämmen können. Die
Planetenräder 24 sind
auf einzelnen Wellenstümpfen 26 angebracht,
die in einen Trägerrahmen 28 eingepasst
sind. Die Planetenräder 24 kämmen auch
mit einem einzigen, zentralen Sonnenrad 30. Bei der bevorzugten
Ausführungsform
weist der Planetenradträgerrahmen 28 eine
zweiteilige Konstruktion auf, die zusammen auf den Wellenstümpfen 26 über das
Sonnenrad 30 pressgepasst ist und dieses zum Teil umhüllt. Das
Sonnenrad 30 ist auf einer zentralen Welle 32 kerbverzahnt,
welche das Differential 14 und den Elektromotor 12 miteinander
verbindet.
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Die
allgemein mit 16 bezeichnete Getriebepumpe ist an einem
anderen Halteglied 34 befestigt. Das Pumpenhalteglied 34 umfasst
in Kombination mit einem Pumpenbohrungsglied 50 und einem
Pumpenendglied 36 den Pumpenkörper, der allgemein mit 40 bezeichnet
ist. Wie in 1 gezeigt ist, befindet sich
das Pumpenhalteglied 34 derart in Ausrichtung mit dem Halteglied 18,
dass der Pumpenkörper 40 und
das Differential 14 entlang der Längsachse "A" in
Ausrichtung und in zusammenwirkende Verbindung miteinander gebracht
werden, wenn diese Teile der vorliegenden Erfindung zusammengefügt werden.
Der Fachmann wird erkennen, dass die in den Figuren dargestellten
Halteglieder 18 und 34 jedes herkömmliche
Bauteil umfassen können,
das dem Getriebe oder der umgebenden Fahrzeugkonstruktion gewöhnlich zugeordnet
ist, und dass die Halteglieder 18 und 34 an sich
und in der in den Figuren dargestellten Weise keinen Teil der vorliegenden
Erfindung bilden. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Getriebepumpe 16 eine
Gerotorpumpe mit einem Zahnradsatz, der ein erstes oder inneres
Pumpenzahnradelement 42 mit äußeren Zähnen 44 und ein zweites
oder äußeres Pumpenzahnradelement 46 mit
inneren Zähnen 48 umfasst.
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In
den 1 und 2 ist die Außenseite des äußeren Pumpenzahnradelementes 46 oberflächengeglättet und
ist in der Bohrungsöffnung 45 des Pumpenbohrungsglieds 50 in
einer eng tolerierten, jedoch drehbaren Passung angeordnet. Die
Anzahl der äußeren Zähne 44 in
dem inneren Pumpenzahnradelement 42 ist um einen geringer
als die Anzahl der Zähne 48 in
dem äußeren Pumpenzahnradelement 46.
Das innere Pumpenzahnradelement 42 ist in einer solchen
Weise in dem äußeren Zahnradelement 46 angeordnet,
dass sämtliche
Zähne 44 und 48 vom
vollen Eingriff bis fast zum Nichteingriff in einer Form eines dauernden
Kontaktes stehen.
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Wie
am besten in 2 gezeigt ist, ist das äußere Pumpenzahnradelement 46 auf
einer radialen Achse "B" in dem Pumpenbohrungsglied 50 angeordnet.
Das innere Pumpenzahnradelement 42 ist in Linie mit der
zentralen Achse "A" in dem äußeren Zahnradelement
angeordnet. Die radiale Achse "B" ist zu der zentralen
Achse "A" exzentrisch, und
dadurch ist das äußere Pumpenzahnradelement 46 relativ
zu der radialen Achse des inneren Pumpenzahnradelementes 42 versetzt.
Die Bohrungsöffnung 45 des
Pumpenbohrungsglieds 50 ist auf der Achse "B" zentriert, wodurch eine Anpassung an
die versetzte Axialverschiebung des äußeren Pumpenzahnradelements 46 erfolgt.
Auf diese Weise treibt das innere Pumpenzahnradelement 42,
während
es sich um die Achse "A" dreht, das äußere Pumpenzahnradelement 46 in
der Bohrungsöffnung 45 derart
an, dass durch das Kämmen
der Zähne 44 und 48 Zwischenräume zwischen
den Zahnradzähnen
geschaffen werden, welche Pumpenkammern 52 und 54 bilden, die
sich jeweils ausdehnen und zusammenziehen, wenn sich die Elemente
drehen. Wie weiter in 2 gezeigt ist, durchlaufen die
Zähne der
Zahnradelemente, während
sich diese drehen, eine als "C-D" gezeigte Linie.
Die Linie C-D ist durch die Achsen "A und B" gezogen und zeigt die Radialpunkte
bei der Drehung der Zahnradglieder 42 und 46 an,
an denen sich die Zähne 44 und 48 in
ihrer offensten bzw. ihrer vollsten Eingriffsstellung befinden.
Mit anderen Worten, die Zwischenräume zwischen den Zahnradzähnen gehen
von den Expansionskammern 52 in die Kontraktionskammern 54 über und
umgekehrt, da die Zähne
des Zahnradsatzes die jeweiligen Radialpunkte "C" und "D" ihrer Drehung durchlaufen. In dem Pumpenbohrungsglied 50 und
dem Pumpenendglied 36 sind in bekannter Weise ein Einlasskanal 64 und eine
Einlassöffnung 66 hindurch
bis zu einem Bereich ausgearbeitet, der an einem Punkt in der Drehung
der kämmenden
Zähne,
an dem sie Expansionskammern 52 bilden, auf dieselben trifft.
Das Pumpenbohrungsglied 50 und das Pumpenendglied 36 weisen
des Weiteren einen Auslasskanal 60 und eine Einlassöffnung 62 auf,
die ebenfalls in bekannter Weise hindurch bis zu einem Bereich ausgearbeitet sind,
der dort auf die kämmenden
Zähne trifft,
wo sie Kontraktionskammern 54 bilden. Der Fachmann sollte
erkennen, dass die Einlassöffnung 66 und
die Einlassöffnung 62 in
einer bekannten Weise in Fluidverbindung mit (nicht gezeigten) ATF-Leitungen
stehen, wodurch die Verteilung und die Zuführung des AFT in dem gesamten
Getriebe bei Bedarf möglich
würde.
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Wie
in 1 gezeigt wird, ist der allgemein mit 12 bezeichnete
Elektromotor auf der dem Pumpenkörper 40 gegenüberliegenden
Seite des Halteglieds an dem Pumpenhalteglied 34 angeordnet.
Der Pumpenkörper 40,
das Differential 14 und der Elektromotor 12 werden
alle in Ausrichtung und in entlang der Längsachse "A" untereinander
zusammenwirkende Verbindung gebracht, wenn diese Teile der vorliegenden
Erfindung zusammengefügt
werden. Die Antriebswelle des Elektromotors 12 dient als
gemeinsame zentrale Welle 32 der vorliegenden Verbindung.
Die gemeinsame Welle 32 weist an ihrem Umfang einen kerbverzahnten
Bereich 38 auf, der in das Sonnenrad 30 des Differentials 14 eingreift.
Des Weiteren weist das innere Pumpenzahnradelement 42 der
Pumpe 16 eine vorstehende Hülse 39 auf, die bei 41 in
den Trägerrahmen 28 des
Differentialgetrieberadsatzes 14 eingreift. Dadurch wird
der Elektromotor 12 über
das Sonnenrad 30, die Planetenräder 24 und den Trägerrahmen 28 des Differentialgetrieberadsatzes 14 mit
dem inneren Pumpenzahnradelement 42 der Pumpe 16 verbunden.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
bestehen zwei Betriebsarten. Die erste Betriebsart ist angedacht,
wenn ein Strom des ATF zur Betätigung
des Getriebes erforderlich ist, jedoch der Fahrzeugmotor ausgeschaltet
ist oder sich unterhalb des Leerlaufzustands befindet, wo eine ungenügende Zufuhr
des ATF durch die mechanische Verbindung von dem Motor zu dem Leistungseingang
zur Verfügung
steht. In dieser ersten Art, bei welcher der Fahrzeugmotor ausgeschaltet
ist oder sich unterhalb des Leerlaufzustands befindet, meldet ein
Leitungsdruckregler einem elektronischen Fahrzeugsteuersystem, dass
der Strom des ATF unterhalb eines erforderlichen Schwellwerts liegt.
Dann setzt das Fahrzeugsteuersystem oder der Leitungsdruckregler
den Elektromotor 12 in Gang. Der Elektromotor 12 versetzt
seine Abtriebswelle 32 in Drehung, welche durch seine Verbindung
mit dem inneren Pumpenzahnradelement 42 der Pumpe 16 über das
Sonnenrad 30, die Planetenräder 24 und den Trägerrahmen 28 des
Differentials 14 die Pumpe 16 derart antreibt,
dass sie einen unter Druck stehenden AFT-Strom erzeugt.
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Das
tritt ein, wenn sich das innere Pumpenzahnradelement 42 dreht
und dadurch das äußere Pumpenzahnradelement 46 antreibt.
Das ATF, welches zu der Einlassöffnung 66 und
dem Einlasskanal 64 der Pumpe 16 geführt wird,
fließt
in die offenen Expansionskammern 52 zwischen den Zahnradzähnen 44 und 48.
Die Expansionskammern 52 leiten das ATF auf Grund ihrer
Drehung in dem Pumpenkörper 40 an
dem axialen Punkt "C" vorbei, an welchem
die Zahnradzähne 44 und 48 miteinander
zu kämmen beginnen.
Dann verdrängen
die Zahnradzähne 44 und 48 das
ATF in den Auslasskanal 60 und die Auslassöffnung 62,
wenn sie sich in Richtung zu dem axialen Punkt "C" drehen
und enger kämmen
und die Kammern 54 zusammenziehen und dadurch einen Überdruck
erzeugen und das ATF herauspumpen. Ein (nicht gezeigter) Leitungsdruckregler
setzt ein Eingabesignal an das Fahrzeugsteuersystem zur Regulierung
des Betriebs des Elektromotors 12 und dadurch zur Steuerung
des AFT-Drucks zu dem Getriebe ab.
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Bei
einer nicht einschränkenden
Ausführungsform
kann das System derart konfiguriert sein, dass es den Elektromotor 12 nach
Maßgabe
der abgefühlten
Zuführung
des AFT einfach ein- und ausschaltet. Bei einer anderen, nicht einschränkenden Ausführungsform
kann der Elektromotor 12 zur Steuerung der Zuführung des
AFT mit regelbaren Drehzahlen und nicht durch Ein und Aus angetrieben
werden. Es sollte zu erkennen sein, dass in dieser Betriebsart dann,
wenn der Fahrzeugmotor ausgeschaltet ist oder sich unterhalb der
Leerlaufdrehzahl befindet und die Abtriebswelle 32 des
Elektromotors 12 das Sonnenrad 30 und den Trägerrahmen 28 des
Differentials 14 in Drehung versetzt, die Planetenräder 24 in
dem Trägerrahmen 28 auf
Grund der Beschaffenheit des Planetenradsatzes beide umlaufen und sich
um das Sonnenrad 30 drehen, ohne Kraft auf das Hohlrad 22 aufzubringen.
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Die
erste Betriebsart ist angedacht, wenn ein Strom des ATF zur Betätigung des
Getriebes erforderlich ist und der Fahrzeugmotor mit oder oberhalb des
Leerlaufzustands läuft.
Wenn der Motor mit oder oberhalb des Leerlaufzustands läuft, wird
das Antriebszahnrad 20 und dadurch das Hohlrad 22 des Differentials 14 durch
den funktionsmäßig angeschlossenen
Leistungseingang von dem Fahrzeugmotor angetrieben. Bei dieser zweiten
Art treten zwei funktionelle Betriebsarten gleichzeitig auf. Zum
einen werden die Planetenräder 24 und
der Trägerrahmen 28 durch
das von dem Fahrzeugmotor zu dem Differentialhohlrad 22 eingegebene
Drehmoment in Drehung versetzt. Wie in 1 gezeigt
wird, ist der Trägerrahmen 28 funktionsmäßig mit
dem inneren Pumpenzahnradelement 42 der Getriebepumpe 16 verbunden,
so dass die Getriebepumpe 16 durch die dem Trägerrahmen 28 auferlegte
Drehung angetrieben wird und dadurch ein unter Druck stehendes Volumen
des AFT zu dem Getriebe geliefert wird. Wie weiter oben erläutert, fließen durch
die Betätigung der
Pumpe über
das Eingangssignal des Fahrzeugmotors oberhalb der Leerlaufebene
zu große
Mengen des ATF, so dass ein Leitungsdruckregler oder Reglerventil
anderswo in dem Fahrzeuggetriebe den überschüssigen Strom zu der Ölwanne zurück leitet.
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Zum
zweiten führt
in der oben allgemein beschriebenen Weise das von dem Fahrzeugmotor
eingegebene Drehmoment, durch welches das Differentialhohlrad 22,
die Planetenräder 24 und
den Trägerrahmen 28 in
Drehung versetzt werden, auch zu einer Drehung des Sonnenrades 30.
Das Sonnenrad 30 ist in der in 1 gezeigten
Weise funktionsmäßig mit
der gemeinsamen zentralen Welle 32 verbunden, was zu der
Drehung der Welle 32 führt.
Wie weiter oben beschrieben ist, ist die gemeinsame zentrale Welle 32 funktionsmäßig die
verlängerte
Abtriebswelle des Elektromotors 12.
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Der
Fachmann sollte erkennen, dass der Elektromotor 12 dann,
wenn er ausgeschaltet ist (d.h. die Wicklungen des Motors nicht
unter Spannung stehen) und sich die Welle 32 des Motors
mechanisch dreht, der Elektromotor 12 elektrisch als Generator funktioniert.
Dazu kommt es auf Grund der umgekehrten Beschaffenheit von Elektromotoren,
bei denen bei Drehung des gewickelten Magnetankers auf der Welle
eines Elektromotors in den Erregerwicklungen des Motors ein Magnetfeld
aufgebaut wird, welches einen elektrischen Strom erzeugt oder produziert.
Auf diese Weise funktioniert der Elektromotor 12 der vorliegenden
Erfindung bei Leerlauf des Fahrzeugmotors und oberhalb davon als
Generator und erzeugt aus der mechanischen Energie, die von dem Fahrzeugmotor über den
Differentialzahnradsatz 14 auf die Motorwelle 32 aufgebracht
wird, einen elektrischen Strom. Dieser erzeugte elektrische Strom
wird zu dem elektrischen System des Fahrzeugs zurückgespeist,
um entweder die Batterie zu laden oder beim Bedienen anderer elektrisch
betätigter,
dem Fahrzeug zugeordneter Teile mitzuhelfen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Lieferung
von hydraulischer Leistung zu einem Kraftfahrzeuggetriebe. Das Verfahren
umfasst die Schritte des Bereitstellens einer Pumpe 16, die
funktionsmäßig um eine
Achse "A" herum betätigt wird,
wie sie von einer gemeinsamen angetriebenen Welle 32 gebildet
wird, des Bereitstellens eines Elektromotors 12, der elektrisch
mit dem elektrischen System eines Automobils verbunden ist, und
des Bereitstellens einer Differentialgetriebeanordnung 14, das
zwischen einen Leistungseingabe 20 und dem Elektromotor 12 geschaltet
ist. Das Verfahren umfasst auch die Schritte des Steuerns des Betriebs
der Differentialgetriebeanordnung 14 derart, dass die Differentialgetriebeanordnung 14 die
Pumpe 16 von dem Elektromotor 12 antreiben lässt, wenn
der Kraftfahrzeugmotor unter einer vorgegebenen Drehzahl pro Minute
läuft,
und des Steuerns der Differentialgetriebeanordnung 14 derart,
dass sie sowohl die Pumpe 16 als auch den Elektromotor 12 von
der Leistungseingabe 20 antreiben lässt, wenn der Kraftfahrzeugmotor
oberhalb einer vorgegebenen Drehzahl pro Minute läuft, derart
dass der Elektromotor 12 als Generator wirkt, um während spezieller
Zeiträume des
Betriebs des Motorfahrzeugs elektrische Leistung zurück zu dem
elektrischen System des Automobils zu liefern.
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Zusammenfassend
gesagt, werden mit der bevorzugten Erfindung deshalb zwei Betriebsarten bereitgestellt.
Bei der ersten Art wird der Elektromotor 12 dazu genutzt, über den
Differentialzahnradsatz 14 die Getriebepumpe 16 anzutreiben,
welche für
einen regulierten Strom des ATF zu dem Getriebe sorgt, wenn der
Fahrzeugmotor ausgeschaltet ist oder sich unterhalb des Leerlaufzustands
befindet. Bei der zweiten Art wird eine Leistungseingabe von dem
Fahrzeugmotor dazu genutzt, über
den Differentialzahnradsatz 14 die Getriebepumpe 16 anzutreiben;
welche für
einen Strom des ATF zu dem Getriebe sorgt, wenn sich der Fahrzeugmotor
in oder oberhalb des Leerlaufzustands befindet. Gleichzeitig lässt das
Differential 14 bei der zweiten Art die überschüssige mechanische
Leistung von dem Motor in nutzbare elektrische Energie umwandeln,
indem es die überschüssige mechanische
Energie zu dem Elektromotor 12 umlenkt.
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Da
der Differentialzahnradsatz 14 funktionsmäßig mit
dem Fahrzeugmotor derart verbunden ist, dass entweder der Motor
oder der Elektromotor 12 wahlweise die Getriebepumpe 16 antreiben
kann, sorgen Veränderungen
in den Übersetzungen
innerhalb der Konstruktion des Differentialzahnradsatzes 14 für weitere
Ausführungsformen.
In einem Beispiel ermöglicht
zwar der Differentialzahnradsatz 14 gemäß der vorliegenden Ausführungsform,
dass durch die Leistungseingabe des Fahrzeugmotors die gesamte erforderliche
Leistung bei Leerlauf oder oberhalb desselben bereitgestellt wird,
wenn der Elektromotor 12 ausgeschaltet ist; bei einer anderen
Ausführungsform
jedoch kann der Differentialzahnradsatz 14 derart konstruiert
sein, dass er nur einen Teil der Bewegungskraft zum Betätigen der
Getriebepumpe 16 von dem Fahrzeugmotor aufnimmt, wobei
die restliche Kraft von dem Elektromotor 12 aufgenommen würde. Insbesondere
könnten
die Verhältnisse
des Differentialzahnradsatzes derart ausgelegt sein, dass durch
die Motorleistungseingabe in die Getriebepumpe 16 alle
möglichen
Bedingungen zum Schmieren, Betätigen
und Kühlen
des Getriebes nur dann erfüllt
würden,
wenn der Motor mit hoher oder mit maximaler Drehzahl läuft. Mithin
würde der
Elektromotor 12 veranlasst, den größeren Teil der erforderlichen
Antriebskraft über
den Differentialzahnradsatz 14 für die Getriebepumpe 16 bereitzustellen,
wobei nur eine minimaler oder ergänzender Eingang von der Kupplung
mit dem Motor kommt. Deshalb würde
kein oder sehr wenig Überschuss
im AFT-Strom überhaupt
auftreten, da die Leistungseingabe von dem Elektromotor 12 von
einem Leitungsdrucksteuermodul genau gesteuert werden könnte. Dadurch
würde auch
gleich die Notwendigkeit zur Rückgewinnung überschüssiger mechanischer
Energie und deren Umwandlung in elektrische Energie ausgeschlossen.
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In
einem anderen Beispiel könnte
der Differentialzahnradsatz 14 derart konstruiert sein,
dass die Getriebepumpe 16 derart von dem Fahrzeugmotor
angetrieben wird, dass alle möglichen
Bedingungen zum Schmieren, Betätigen
und Kühlen
des Getriebes nur dann erfüllt
würden,
wenn der Motor einen Mittelwert der Drehzahl zwischen Motorleerlauf
und -maximum erreicht. Dadurch würde
es notwendig, dass der Elektromotor 12 einen Teil der erforderlichen
Antriebskraft über
den Differentialzahnradsatz 14 bis zu dem Punkt bereitstellt,
an welchem das Leitungsdrucksteuermodul einen zu großen Druck
(von dem Elektromotor wie auch dem Fahrzeugmotor) sensiert und den
Elektromotor 12 ausschaltet. Dadurch würde der Betrag des zu großen ATF-Stroms vermindert
und trotzdem innerhalb von Teilen des Betriebsbereiches des Fahrzeugs
eine Umwandlung überschüssiger mechanischer
Energie auf Grund der Betätigung
der Getriebepumpe 16 von dem Motor aus in elektrische Energie
durch den Elektromotor 12 zugelassen.
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Demgemäß betrifft
die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Schaffung einer Getriebepumpe für
eine hydraulische Getriebepumpe mit Differentialbetätigung,
welche die Nachteile herkömmlicher
Konstruktionen beseitigt, die nicht für einen ordnungsgemäßen Strom
des ATF zu dem Getriebe sorgen können,
wenn der Motor ausgeschaltet ist oder sich unterhalb des Leerlaufzustands
befindet. Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung effektiver
als der Stand der Technik, da sie immer dann, wenn sich der Motor
im Leerlaufzustand oder oberhalb davon befindet, für den erforderlichen, regulierten
Strom des ATF sorgt und gleichzeitig jede überschüssige aufgebrachte Motorleistung
in nutzbare elektrische Energie umwandelt, welche zu dem elektrischen
System des Fahrzeugs zurück
gespeist wird. Weiterhin werden diese Aufgaben mit dem Verfahren
und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
auf wirksame, kostengünstige
und verhältnismäßig einfache
Weise erfüllt.