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Die Erfindung betrifft einen Pumpenaktor für eine hydraulische Kupplungsbetätigungsanordnung, bei welchem eine, ein Hydraulikfluid umwälzende und eine Volumenstromquelle darstellende Pumpe mit einem Elektromotor zu deren Ansteuerung verbunden ist.
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Aus der
DE 43 09 901 A1 ist ein hydraulischer Stellantrieb, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Reibungspumpe, bekannt. Bei einem solchen hydraulischen Stellantrieb sind ein Elektromotor, eine Hydraulikpumpe, ein Hydraulikdruckspeicher, ein Steuerventil und ein Stellzylinder zu einem Antriebsmodul zusammengefasst.
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Bei der Verwendung eines solchen Aktors für die Ansteuerung einer hydraulisch betätigten Kupplung muss davon ausgegangen werden, dass die Kupplungskennlinie zwei Steifigkeitsbereiche umfasst. Im ersten Steifigkeitsbereich ist der Druck niedrig und steigt über dem, der Kupplung zugeführten Volumenstrom nur geringfügig an. Im zweiten Steifigkeitsbereich nimmt der Druck über dem zugeführten Volumenstrom deutlich zu. Die als Volumenstromquelle dienende Pumpe muss im Hinblick auf eine gute Dynamik somit für den ersten Steifigkeitsbereich einen hohen Volumenstrom bei niedrigem Druck und für den zweiten Steifigkeitsbereich einen deutlich kleineren Volumenstrom bei einem höheren Druck liefern. Diese zwei gegensätzlichen Anforderungen an die hydraulische Versorgung bei der Betätigung der Kupplung führen dazu, dass die Pumpe und ihr Antrieb entweder überdimensioniert ist oder ein Kompromiss bei den Anforderungen eingegangen werden muss oder die Pumpe an die sich ändernde Charakteristik der Kupplungskennlinie angepasst werden muss, was beispielsweise durch eine Verstellung des Verdrängungsvolumens erfolgen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pumpenaktor anzugeben, bei welchem die Dynamik der Kupplungsansteuerung bedarfsabhängig geändert werden kann.
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Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Elektromotor mit einer Vorkommutierung verwendet wird. Mittels eines solchen vorkommutierbaren Elektromotors kann eine höhere Drehzahl des Elektromotors erreicht werden als eigentlich durch die an dem Elektromotor anliegende Maximalspannung vorgegeben ist. Dadurch kann die Hydraulikflüssigkeit schneller gefördert werden. Mittels dieser Kombination wird erreicht, dass für eine Kupplung zu Beginn ein hoher Volumenstrom bei geringem Druck und ab dem Kontakt der Kupplungsreibflächen ein hoher Druck mit geringem Volumenstrom eingestellt wird.
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Vorteilhafterweise wird zur Vorkommutierung der Kommutierungszeitpunkt des Elektromotors verschoben. Da durch Änderungen der Kommutierungszeit ein Überdrehen des Elektromotors bei anliegender Maximalspannung erreicht wird, wird die Dynamik der Förderung des Fluids erhöht. Die Pumpe arbeitet somit schneller als vorher.
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In einer Variante ist die Pumpe als Konstantpumpe ausgebildet, welche pro Umdrehung ein konstantes Volumen fördert. Bei der Befüllung einer Kupplung besitzt eine solche Konstantpumpe ein Verdrängungsvolumen, das so groß ist, dass das maximal zulässige Drehmoment und der maximal zulässige Strom zum Elektromotor nicht überschritten werden. Im unteren Druckbereich wird daher die Leistung des Elektromotors nicht ausgeschöpft. Durch die Vorkommutierung des Elektromotors wird eine Drehzahlerhöhung ermöglicht, mittels welcher somit auch im unteren Druckbereich eine höhere Leistung eingestellt wird. Der dabei geförderte höhere Volumenstrom hat die Wirkung, dass sowohl die Befüllzeit als auch die Zeit zum Entleeren der Kupplung reduziert werden.
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In einer Alternative ist die Pumpe als Verstellpumpe ausgebildet, deren Volumenförderung pro Umdrehung veränderbar ist. Wird das Volumen aus der Kupplung wieder zurückgepumpt, befindet sich eine solche Verstellpumpe aufgrund des im Kupplungszylinder herrschenden Druckes in einem zurückgeschwenkten Zustand, was bedeutet, dass ein kleines Verdrängungsvolumen pro Umdrehung gefördert wird. Da der Druck auf die Verdrängerelemente der Verstellpumpe in Antriebsrichtung wirkt, korreliert er in dieser Drehrichtung nicht mit dem Antriebsmoment. Aufgrund des kleinen Verdrängungsvolumens wird das Volumen aus der Kupplung langsamer hinausgefördert als von der Antriebsleistung der Pumpe theoretisch möglich ist. Die Verwendung des vorkommutierten Elektromotors in Kombination mit der Verstellpumpe ermöglicht zum einen die Verwendung einer, um das Verhältnis der Drehzahlüberhöhung im maximalen Volumen reduzierten Pumpe sowie eine höhere Dynamik beim Entleeren der Kupplung.
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In einer Ausführungsform ist ein Verdrängungsvolumen der Verstellpumpe druckabhängig ausgebildet.
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In einer Weiterbildung ist zwischen der Pumpe und der Kupplung eine Ventilschaltung angeordnet. Mittels dieser Ventilschaltung kann die Strömungsrichtung des Hydraulikfluids in die Kupplung oder aus der Kupplung heraus eingestellt werden.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Pumpenaktors,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Pumpenaktors.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei welchem eine Konstantpumpe 1 mit einem Elektromotor 2 verbunden ist, welcher eine Vorkommutierung aufweist und die Konstantpumpe 1 ansteuert. Die Konstantpumpe 1 ist mit einem Druckmittelspeicher 3 verbunden, aus welchem ein Hydraulikfluid entnommen wird und durch den Antrieb der Konstantpumpe 1 durch den Elektromotor 2 zur Kupplung 4 transportiert wird, wobei zwischen der Konstantpumpe 1 und der Kupplung 4 eine Ventilschaltung 5 ausgebildet ist. Der Elektromotor 2 ist dabei mit einem Steuergerät 6 verbunden.
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Der elektrisch kommutierte Elektromotor 2 verfügt über drei, von einem Strom in drei Phasen U, V, W beaufschlagten Spulenkörper, die nacheinander mittels der Phasen U, V, W bestromt werden, so dass ein magnetisches Wechselfeld kommutiert wird, das an einem Rotor 7 des Elektromotors 2 angeordnete Polpaare abstößt und damit eine Drehung des Rotors 7 erzwingt. Der Elektromotor 2 ist mit einer Endstufe 8 verschaltet, die mit einer Spannungsversorgung 9 verbunden ist, welche im Steuergerät 6 positioniert sind.
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Im Betrieb der Kupplung 4 wird der Elektromotor 2 von dem Steuergerät 6 nach einer in dem Steuergerät 6 abgespeicherten Kommutierungstabelle mittels einer Blockkommutierung angesteuert. Blockkommutierung bedeutet dabei, dass der Elektromotor 2 so angesteuert wird, dass immer eine der Phasen U, V, W des Elektromotors 2 stromlos geschaltet ist, während die anderen beiden Phasen U, V, W bestromt sind.
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Bei der vorliegenden Lösung wird der Kommutierungszeitpunkt des Elektromotors 2 verändert, wodurch die Drehzahl des Elektromotors 2 über den durch die Spannung vorgegebenen Maximalwert erhöht wird. Vorteilhafterweise wird zur Vorkommutierung des Elektromotors 2 zu einem, die Stellung des Rotors 7 des Elektromotors 2 repräsentierenden Phasenwinkel ein Offset-Phasenwinkel hinzuaddiert und der so gebildete Summenphasenwinkel der Kommutierung zugrunde gelegt. Durch die Verwendung des Offset-Phasenwinkels zur Steuerung der Kommutierung wird eine Position des Rotors 7 simuliert, die das Steuergerät 6 zur Einstellung einer höheren Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 7 bei einer vorgegebenen Last veranlasst. Dadurch wird die gewünschte Position des Rotors 7 schneller erreicht, was eine Erhöhung der Dynamik der Ansteuerung darstellt.
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Der Offset-Phasenwinkel wird in Abhängigkeit einer effektiven Motorkonstante bestimmt. Aufgrund der Tatsache, dass durch den Offset-Phasenwinkel unterschiedliche Drehmoment/Motorstrom-Verhältnisse eingestellt werden, kann der Motorstrom berechnet oder auch gemessen werden. Die effektive Motorkonstante wird dem Offset-Phasenwinkel zugeordnet, welcher zur Erhöhung des Summenphasenwinkels der nächsten Kommutierung verwendet wird, um die Ansteuerdynamik des Elektromotors 2 zu erhöhen.
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Die elektromotorisch angetriebene Konstantpumpe 1 zur Befüllung der Kupplung 3 besitzt ein Verdrängungsvolumen, das so groß ist, dass das maximal zulässige Drehmoment und der maximal zulässige Strom des Elektromotors 2 nicht überschritten werden. Im unteren Druckbereich wird daher die Leistung des Elektromotors 2 nicht ausgeschöpft. Die Kombination mit dem Elektromotor 2 einschließlich der zugehörigen Endstufe 8, der durch Vorkommutierung eine Drehzahlerhöhung ermöglicht, nutzt auch im unteren Druckbereich eine höhere Leistung und reduziert durch den höheren Volumenstrom die Befüllzeit der Kupplung 3, wodurch die Dynamik des Pumpenaktors erhöht wird.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem als Pumpe eine Verstellpumpe 10 benutzt wird, die es ermöglicht, den Volumenstrom pro Umdrehung zu ändern. Diese druckbetätigte Verstellpumpe 10 besitzt im unteren Druckbereich ein größeres Verdrängungsvolumen als im oberen Druckbereich, da bei selbstständig druckbetätigten Verstellpumpen der Druck auf die Verstellung wirkt und das Verdrängungsvolumen reduziert. Hierdurch wird bereits beim Befüllen der Kupplung eine Reduzierung der Befüllzeit erreicht.
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Soll das Verdrängungsvolumen aus der Kupplung 3 wieder zurückgepumpt werden, befindet sich die Verstellpumpe 10 aufgrund des im Kupplungszylinder herrschenden Druckes im zurückgeschwenkten Zustand. Da der Druck auf die Verdrängerelemente zur Verstellpumpe 10 in Antriebsrichtung wirkt, korreliert er in dieser Drehrichtung nicht mit dem Antriebsmoment. Aufgrund des kleinen Verdrängungsvolumens wird das Volumen aus dem Kupplungszylinder langsamer herausbefördert als von der Antriebsleistung der Verstellpumpe 10 theoretisch möglich. Auch in diesem Fall des Entleerens der Kupplung 3 mittels der Verstellpumpe 10 erlaubt die Kombination der Verstellpumpe 10 mit dem vorkommutierbaren Elektromotor 2 die Verwendung einer um das Verhältnis der Drehzahlüberhöhung im maximalen Volumen reduzierten Pumpe sowie eine höhere Dynamik bei dem Entleeren der Kupplung, wodurch die Zeit zum Entleeren der Kupplung reduziert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Konstantpumpe
- 2
- Elektromotor
- 3
- Druckmittelspeicher
- 4
- Kupplung
- 5
- Ventilschaltung
- 6
- Steuergerät
- 7
- Rotor des Elektromotors
- 8
- Endstufe
- 9
- Spannungsversorgung
- 10
- Verstellpumpe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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