DE60214942T2 - Getriebe- Hydraulikpumpenanordnung mit Differentialbetätigung und Verfahren zu ihrem Betrieb - Google Patents

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Um die Erfindung gut verständlich zu machen, wird im Folgenden eine Ausführungsform derselben an Hand der anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine Seitenansicht der Hydraulikgetriebepumpenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 eine Querschnittsansicht einer Gerotorpumpe der Hydraulikgetriebepumpenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 3 eine Querschnittsansicht eines Differentialplanetenradsatzes der Hydraulikgetriebepumpenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Hydraulikgetriebepumpenanordnung (10), mit: einer Pumpe (16), die Fluid unter Druck zu vorgegebenen Teilen in einem Getriebe liefern kann, einem funktionsmäßig mit der Pumpe (16) verbundenen Elektromotor (12), und einer Differentialgetriebeanordnung (14), die zwischen einem Motor und dem Elektromotor (12) eingesetzt ist, wobei die Differentialgetriebeanordnung (14) derart wirkt, dass sie bei Motordrehzahlen über einem vorgegebenen Pegel das Motordrehmoment zwischen der Pumpe (16) und dem Elektromotor (12) teilt, wodurch Fluid unter Druck zu dem Getriebe geliefert wird und der Elektromotor (12) zur Erzeugung von Elektrizität angetrieben wird, und der Elektromotor (12) betätigbar ist, um die Pumpe (16) mit Motordrehzahlen unter dem vorgegebenen Pegel anzutreiben, wodurch während dieses Betriebszustands Fluid unter Druck zu dem Getriebe geliefert wird, wobei das Differentialgetriebe (14) ein Hohlrad (22), einen Sonnenrad (30) und einen Träger (28) umfasst, der eine Mehrzahl von Planetenrädern (24) trägt; wobei das Differential (14), die Pumpe (16) und der Elektromotor (12) gemeinsam entlang einer gemeinsamen angetriebenen Welle (32) angeordnet sind und funktionsmäßig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass: die Differentialanordnung (14) des weiteren ein Antriebszahnrad (20) umfasst, das funktionsmäßig mit dem Motor und dem Hohlrad (22) verbunden ist, wobei das Sonnenrad (30) über die Differentialanordnung (14) in angetriebenem Verhältnis funktionsmäßig mit dem Hohlrad (22) verbunden ist; und der Elektromotor (12) eine verlängerte Abtriebswelle umfasst, die als gemeinsame angetriebene Welle (32) dienen kann, und die funktionsmäßig mit dem Sonnenrad (30) des Differentials verbunden ist und dabei funktionsmäßig durch ein inneres Pumpenzahnradelement (42) der Pumpe (16) hindurch verläuft, wobei der Träger (28) funktionsmäßig mit dem inneren Pumpenzahnradelement (42) verbunden ist.
  2. Hydraulikgetriebepumpenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Pumpe eine Gerotorpumpe mit äußeren Zähnen (44) an dem inneren Pumpenzahnradelement (42) und inneren Zähnen (48) an einem äußeren Pumpenzahnradelement (46) ist, wobei die Anzahl der äußeren Zähne (44) des inneren Pumpenzahnradelementes (42) einer weniger als die Anzahl der inneren Zähne (48) des äußeren Pumpenzahnradelementes (46) beträgt, derart dass die äußeren Zahnradzähne (44) des inneren Pumpenzahnradelementes (42) mit den inneren Zähnen des äußeren Pumpenzahnradelementes (46) kämmen, um eine Pumpwirkung dazwischen bereitzustellen und dadurch Fluid unter Druck zu dem Getriebe zu liefern.
  3. Hydraulikgetriebepumpenanordnung (10) nach Anspruch 2, wobei das innere Pumpenzahnradelement (42) funktionsmäßig auf einer gemeinsamen angetriebenen, eine mittige Pumpenachse "A" bildenden Welle angeordnet ist, wobei das äußere Pumpenzahnradelement (46) eine Achse "B" bildet, die derart relativ zu der mittigen Pumpenachse "A" versetzt ist, dass die inneren und die äußeren Zähne (44, 48) des inneren Pumpenzahnradelementes (42) und des äußeren Pumpenzahnradelementes (46) jeweils Pumpkammern bilden, die sich ausdehnen und zusammenziehen, wenn sich die Zahnradelemente relativ zueinander drehen.
  4. Hydraulikgetriebepumpenanordnung (10) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Mehrzahl von Planetenrädern (24) in dem Träger (28) auf einer jeweiligen Mehrzahl von Wellenstümpfen (26) angeordnet ist und die Planetenräder (24) in kämmendem Verhältnis zwischen dem Sonnenrad (30) und dem Hohlrad (22) angeordnet sind.
  5. Hydraulikgetriebepumpenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei das Differential (14), die Pumpe (16) und der Elektromotor (12) gemeinsam entlang der verlängerten Abtriebswelle des Elektromotors derart angeordnet sind, dass die Abtriebswelle durch das innere Pumpenzahnradelement (42) der Pumpe (16) hindurch verläuft und funktionsmäßig mit dem Sonnenrad (30) der Differentialgetriebeanordnung (14) verbindet, wobei das Sonnenrad (30) funktionsmäßig mit dem inneren Pumpenzahnradelement (42) der Pumpe verbunden ist.
  6. Verfahren zur Lieferung von hydraulischer Leistung zu einem Kraftfahrzeuggetriebe, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Hydraulikgetriebepumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und Steuern des Betriebs der Hydraulikgetriebepumpenanordnung (14) derart, dass die Differentialgetriebeanordnung die Pumpe (16) von dem Elektromotor (12) antreiben lässt, wenn der Kraftfahrzeugmotor unter einer vorgegebenen Drehzahl pro Minute läuft, und dass die Differentialgetriebeanordnung (14) sowohl die Pumpe (16) als auch den Elektromotor (12) von der Leistungseingabe antreiben lässt, wenn der Kraftfahrzeugmotor über 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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