DE102016223386A1

DE102016223386A1 - Pumpensystem, Automatikgetriebe und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016223386A1
Application number: DE102016223386.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander Haberstock; Thilo Schmidt; Christian Popp
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-05-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pumpensystem (4) für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs. Das Pumpensystem (4) umfasst eine erste Pumpe (6), eine zweite Pumpe (7), ein erstes Kupplungselement einer ersten Kupplung (13), ein zweites Kupplungselement einer zweiten Kupplung (14), einen ersten Aktuator (19), einen zweiten Aktuator (20) und eine Antriebsvorrichtung (5, 43). Die erste Pumpe (6) ist dazu eingerichtet, das erste Kupplungselement derart mit Druck zu beaufschlagen, dass das erste Kupplungselement betätigt wird, und die zweite Pumpe (7) ist dazu eingerichtet, das zweite Kupplungselement derart mit Druck zu beaufschlagen, dass das zweite Kupplungselement betätigt wird. Weiterhin ist ein durch die erste Pumpe (6) förderbarer Volumenstrom variabel einstellbar und ein durch die zweite Pumpe (7) förderbarer Volumenstrom ist variabel einstellbar. Ferner ist der erste Aktuator (19) dazu eingerichtet, den Volumenstrom der ersten Pumpe (6) einzustellen, der zweite Aktuator (20) ist dazu eingerichtet, den Volumenstrom der zweiten (7) Pumpe einzustellen, und die Antriebsvorrichtung (5, 43) ist dazu eingerichtet, die erste Pumpe (6) und die zweite Pumpe (7) anzutreiben. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Automatikgetriebe mit einem derartigen Pumpensystem (4) sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Automatikgetriebe.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpensystem zur Steuerung von Kupplungsdrücken in Automatikgetrieben eines Kraftfahrzeugs. Weitere Ansprüche sind auf ein Automatikgetriebe mit einem derartigen Pumpensystem und auf ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Automatikgetriebe gerichtet.
Es sind Systeme zur Ansteuerung von Kupplungen bekannt, bei denen die Druckregelung in einer Kupplung via Pumpe ohne Ventilsystem erfolgt. Zur Druckregelung wird dabei die Drehzahl der Pumpe so geregelt, dass die Kupplung den gewünschten Druck einstellt. Der Regelkreis schließt sich dadurch, dass der Druck über einen Drucksensor an eine elektronische Ansteuereinheit übermittelt wird. Ein Vorteil eines solchen Systems ist der sehr geringe Aufwand in der hydraulischen Steuerung, da kein zusätzliches Ventilsystem benötigt wird und das System somit sehr geringe Leckagen aufweist. Ein weiterer Vorteil liegt in der sehr bedarfsgerechten Leistungsaufnahme des Systems.
Zum Füllen der Kupplung wird zwar ein hoher Volumenstrom, jedoch ein geringer Druck benötigt. Gleichzeitig wird bei Einstellung eines hohen Druckes ein sehr geringer Volumenstrom benötigt, was jeweils eine geringe hydraulische Leistungsaufnahme darstellt (Druck * Volumenstrom). Nachteilig ist hierbei jedoch, dass je Kupplungssystem jeweils ein Elektromotor zum Antrieb der Pumpe verwendet werden muss, so dass sich dieses System aufgrund von Kosten und dem Bauraumbedarf nicht zum Betrieb eines Hydrauliksystems mit mehreren Schaltelementen eignet. Wird zudem z.B. über solch ein System eine Kupplung mit hohem Druck angesteuert, ist der Volumenbedarf in der Regel sehr gering. Somit wird durch die konstante Verdrängung der Pumpe beim Betrieb nur ein sehr geringer Volumenstrom und somit eine sehr niedrige Drehzahl des Elektromotors angefordert. In einem Betriebszustand mit niedriger Drehzahl aber hohem Moment besitzen Elektromotoren einen sehr schlechten elektrischen Wirkungsgrad, wodurch es trotz günstiger hydraulischer Leistung zu einer sehr hohen elektrischen Aufnahmeleistung und zu einer entsprechenden Erwärmung der elektrischen Komponenten (Leistungselektronik + Motor) kommt.
Weiterhin sind Hydrauliksysteme bekannt, die eine von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs angetriebene Pumpe mit konstantem Verdrängungsvolumen aufweisen und deren geförderter Volumenstrom (nachfolgend auch als Förderstrom bezeichnet) proportional zur Drehzahl des Motors ist. Unter einem Verdrängungsvolumen einer Pumpe ist das Volumen zu verstehen, das theoretisch, d.h. ohne Abzug von Leckageverlusten, von der Pumpe bei einer Umdrehung deren Antriebswelle gefördert wird. Bei einer Pumpe mit einem verstellbaren Verdrängungsvolumen ist der Förderstrom in weiten Betriebsbereichen unabhängig von der Antriebsdrehzahl der Pumpe. Jedes Kupplungsansteuersystem besteht aus einem Aktuator und einem oder mehreren Schieberventilen die über einen gemeinsamen Versorgungsdruck versorgt werden und somit eine individuelle Druckansteuerung jeder Kupplung ermöglichen. Die für das Hydrauliksystem gemeinsame Pumpe ist so auszulegen, dass bei gleichzeitig hohen Förderströmen (z.B. zum Füllen eines Schaltelements) sehr hohe Drücke erbracht werden können (zum Halten von geschlossenen Schaltelementen). Dies ergibt dann eine sehr große Pumpe mit entsprechend hoher Aufnahmeleistung, wobei diese hohe Aufnahmeleistung nur bei Schaltungen benötigt wird, so dass diese Pumpe bei hohen Motordrehzahlen und für den konstanten Fahrbetrieb überdimensioniert ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Pumpensystem, ein Automatikgetriebe und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche zum Schalten von Kupplungselementen einen besonders geringen Energiebedarf aufweisen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Pumpensystem umfasst eine erste Pumpe, eine zweite Pumpe, ein erstes Kupplungselement einer ersten Kupplung, ein zweites Kupplungselement einer zweiten Kupplung, einen ersten Aktuator, einen zweiten Aktuator und eine Antriebsvorrichtung.
Die erste Pumpe ist dazu eingerichtet, das erste Kupplungselement derart mit Druck zu beaufschlagen, dass das erste Kupplungselement betätigt wird und die zweite Pumpe ist dazu eingerichtet, das zweite Kupplungselement derart mit Druck zu beaufschlagen, dass das zweite Kupplungselement betätigt wird. Das erste Kupplungselement ist ein Bestandteil einer ersten Kupplung und das zweite Kupplungselement ist ein Bestandteil einer zweiten Kupplung. Wenn das erste/zweite Kupplungselement von der ersten/zweiten Pumpe mit Druck beaufschlagt wird, kann sich das erste/zweite Kupplungselement in eine Stellung bewegen, in welcher die erste/zweite Kupplung geschlossen ist. Wenn das erste/zweite Kupplungselement von der ersten/zweiten Pumpe nicht mit Druck beaufschlagt wird, kann sich das erste/zweite Kupplungselement, z.B. mittels eines Rückstellelements, in eine Stellung bewegen, in welcher die erste/zweite Kupplung geöffnet ist (sogenannte „normally-open“-Stellung der ersten/zweiten Kupplung). Alternativ kann sich, wenn das erste/zweite Kupplungselement von der ersten/zweiten Pumpe mit Druck beaufschlagt wird, das erste/zweite Kupplungselement in eine Stellung bewegen, in welcher die erste/zweite Kupplung geöffnet ist. Gemäß dieser Alternative kann sich, wenn das erste/zweite Kupplungselement von der ersten/zweiten Pumpe nicht mit Druck beaufschlagt wird, das erste/zweite Kupplungselement, z.B. mittels eines Rückstellelements, in eine Stellung bewegen, in welcher die erste/zweite Kupplung geschlossen ist (so genannte „normally-closed“-Stellung der ersten/zweiten Kupplung).
Weiterhin ist ein durch die erste Pumpe förderbarer Volumenstrom mittles einer Verstellung des Verdrängungsvolumens variabel einstellbar und ein durch die zweite Pumpe erzeugter Förderstrom auf die gleiche Weise variabel einstellbar. Somit können der jeweilige Kupplungsdruck und der Kupplungsvolumenstrom der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe über die jeweilige Pumpe eingestellt werden. Ferner ist der erste Aktuator dazu eingerichtet, den Förderstrom der ersten Pumpe einzustellen und der zweite Aktuator ist dazu eingerichtet, den Förderstrom der zweiten Pumpe einzustellen. Somit kann eine Druckregelung der ersten/zweiten Kupplung durch eine Verstellung des Verdrängungsvolumens der ersten/zweiten Pumpe mittels des ersten/zweiten Aktuators erfolgen, wobei der Förderstrom und der Druck optimal an den Bedarf der ersten/zweiten Kupplung angepasst werden können.
Außerdem ist die Antriebsvorrichtung dazu eingerichtet, die erste Pumpe und die zweite Pumpe anzutreiben. Die Antriebsvorrichtung ist dazu eingerichtet, die erste Pumpe und die zweite Pumpe gleichzeitig anzutreiben. Dazu kann die Antriebsvorrichtung insbesondere eine Antriebswelle antreiben, wobei die erste Pumpe und die zweite Pumpe von der Antriebswelle angetrieben werden. Die erste Pumpe kann während einer Entleerung der ersten Kupplung als ein sogenannter Hydraulikmotor wirken, der durch den Entleerprozess der ersten Kupplung angetrieben wird. Somit kann entgegen aus dem Stand der Technik bekannten Pumpensystemen der Druck der Hydraulikflüssigkeit nicht nur verlustbehaftet in einen Sumpf bzw. Tank entlüftet, sondern die enthaltene Energie kann teilweise zurückgewonnen werden. Sofern nämlich insbesondere während der Entleerung der ersten Kupplung die zweite Kupplung mit Hydraulikflüssigkeit befüllt wird, kann die Antriebsvorrichtung durch die vorstehend beschriebene Wirkung der ersten Pumpe als Hydraulikmotor entlastet werden, indem die Antriebsvorrichtung weniger Energie für die Befüllung der zweiten Kupplung aufbringen muss. Das Gleiche gilt sinngemäß, sofern die zweite Kupplung entleert und die erste Kupplung befüllt wird.
Das erfindungsgemäße Pumpensystem kann weiterhin wenigstens eine weitere Pumpe (dritte Pumpe, vierte Pumpe, ..., n-te Pumpe), wenigstens ein weiteres Kupplungselement (drittes Kupplungselement, viertes Kupplungselement, ..., n-tes Kupplungselement) einer weiteren Kupplung (dritte Kupplung, vierte Kupplung, ..., n-te Kupplung) und wenigstens einen weiteren Aktuator (dritter Aktuator, vierter Aktuator, ..., n-ter Aktuator) umfassen. Die wenigstens eine weitere Pumpe, das wenigstens eine weitere Kupplungselement und der wenigstens eine weitere Aktuator können insbesondere die gleichen Funktionalitäten, strukturellen und funktionellen Beziehungen untereinander aufweisen wie vorstehend und im Folgenden im Zusammenhang mit der ersten und zweiten Pumpe, dem ersten und dem zweiten Kupplungselement sowie dem ersten und dem zweiten Aktuatoren beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Pumpensystem weiterhin einen ersten Drucksensor und einen zweiten Drucksensor umfasst. Der erste Drucksensor ist dazu eingerichtet, einen ersten Druckwert zu ermitteln, mit welchem die erste Pumpe das erste Kupplungselement beaufschlagt und der zweite Drucksensor ist dazu eingerichtet, einen zweiten Druckwert zu ermitteln, mit welchem die zweite Pumpe das zweite Kupplungselement beaufschlagt. Weiterhin ist der erste Drucksensor dazu eingerichtet, den ersten Druckwert an den ersten Aktuator oder an eine erste Steuerungseinheit zu übermitteln, und der zweite Drucksensor ist dazu eingerichtet, den zweiten Druckwert an den zweiten Aktuator oder an eine zweite Steuerungseinheit zu übermitteln. Ferner ist der erste Aktuator dazu eingerichtet, den von der ersten Pumpe förderbaren Volumenstrom in Abhängigkeit von dem ersten Druckwert einzustellen, und der zweite Aktuator ist dazu eingerichtet, den von der zweiten Pumpe förderbaren Volumenstrom in Abhängigkeit von dem zweiten Druckwert einzustellen.
Bei der ersten Steuerungseinheit und der zweiten Steuerungseinheit kann es sich um eine einzige zentrale Steuereinheit für die erste Pumpe und für die zweite Pumpe handeln. Weiterhin kann die erste/zweite Steuerungseinheit der ersten/zweiten Pumpe zugeordnet und insbesondere ein Bestandteil der ersten/zweiten Pumpe sein. Die erste/zweite Hydraulikpumpe ist hinsichtlich ihres Verdrängungsvolumens variabel und frei einstellbar. Der erste/zweite Aktuator, z.B. ein elektromagnetischer Aktuator, ist mit der ersten/zweiten Pumpe hydraulisch verbunden und dazu eingerichtet das Verdrängungsvolumen der ersten/zweiten Pumpe zu verstellen. Der erste/zweite Drucksensor kann z.B. an eine erste/zweite Hydraulikleitung zwischen einem Druckausgang der ersten/zweiten Pumpe und dem ersten/zweiten Kupplungselement angeschlossen sein und den Druck innerhalb der ersten/zweiten Hydraulikleitung messen. Der erste/zweite Drucksensor kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, einen gemessenen Druckwert in einen Spannungswert zu transformieren. Einen den gemessenen Druck repräsentierenden Wert kann der erste/zweite Drucksensor direkt an den ersten/zweiten Aktuator oder an eine erste Steuerungseinheit/zweite Steuerungseinheit oder an eine zentrale elektrische Steuerungseinheit übermitteln. In Abhängigkeit des empfangenen Druckwertes kann der erste/zweite Aktuator (evtl. gesteuert durch die erste/zweite Steuerungseinheit oder die zentrale Steuereinheit) die erste/zweite Pumpe derart steuern, dass das Verdrängungsvolumen der ersten/zweiten Pumpe erhöht, erniedrigt oder konstant gehalten wird. Dadurch können die Förderströme der ersten/zweiten Pumpe und der Druck, welcher an dem ersten/zweiten Kupplungselement anliegt, optimal an den jeweiligen Bedarf angepasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Pumpensystem weiterhin einen ersten Positionssensor und einen zweiten Positionssensor umfasst. Der erste Positionssensor ist dazu eingerichtet eine erste Position des ersten Kupplungselements zu ermitteln, und der zweite Positionssensor ist dazu eingerichtet, eine zweite Position des zweiten Kupplungselements zu ermitteln. Weiterhin ist der erste Positionssensor dazu eingerichtet, die erste Position an den ersten Aktuator oder an eine erste Steuerungseinheit zu übermitteln, und der zweite Positionssensor ist dazu eingerichtet die zweite Position an den zweiten Aktuator oder an eine zweite Steuerungseinheit zu übermitteln. Ferner ist der erste Aktuator dazu eingerichtet, den von der ersten Pumpe förderbaren Volumenstrom in Abhängigkeit von der ersten Position einzustellen und der zweite Aktuator ist dazu eingerichtet, den von der zweiten Pumpe förderbaren Volumenstrom in Abhängigkeit von der zweiten Position einzustellen.
Bei der ersten Steuerungseinheit und der zweiten Steuerungseinheit kann es sich um eine einzige zentrale Steuereinheit für die erste Pumpe und für die zweite Pumpe handeln. Weiterhin kann die erste/zweite Steuerungseinheit der ersten/zweiten Pumpe zugeordnet und insbesondere ein Bestandteil der ersten/zweiten Pumpe sein. Die erste/zweite Hydraulikpumpe ist hinsichtlich ihres Verdrängungsvolumens variabel und frei einstellbar. Der erste/zweite Aktuator, z.B. ein elektromagnetischer Aktuator, ist mit der ersten/zweiten Pumpe hydraulisch verbunden und dazu eingerichtet, das Verdrängungsvolumen der ersten/zweiten Pumpe zu verstellen und einen entsprechenden Positionswert direkt an den ersten/zweiten Aktuator oder an eine erste Steuerungseinheit/zweite Steuerungseinheit oder an eine zentrale elektrische Steuerungseinheit übermitteln. In Abhängigkeit des empfangenen Positionswertes kann der erste/zweite Aktuator (evtl. gesteuert durch die erste/zweite Steuerungseinheit oder die zentrale Steuereinheit) die erste/zweite Pumpe derart steuern, dass das Verdrängungsvolumen der ersten/zweiten Pumpe erhöht, erniedrigt oder konstant hält. Dadurch können der Förderstrom der ersten/zweiten Pumpe und der Druck, welcher an dem ersten/zweiten Kupplungselement anliegt, optimal an den jeweiligen Bedarf angepasst werden.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor umfasst, wobei der Elektromotor und/oder der Verbrennungsmotor dazu eingerichtet sind, die erste Pumpe und die zweite Pumpe anzutreiben. Dadurch kann insbesondere die Redundanz und die Flexibilität des Antriebs der ersten und der zweiten Pumpe erhöht werden. Der Elektromotor kann dabei in zwei entgegengesetzten Drehrichtungen antreibbar sein und bei dem Verbrennungsmotor kann es sich insbesondere um einen dem Antrieb des Kraftfahrzeugs dienenden Verbrennungsmotor handeln. Die erste und die zweite Pumpe können auf einer gemeinsamen Antriebswelle liegen, welche durch den Elektromotor und/oder durch den Verbrennungsmotor angetrieben werden kann.
Die Antriebsvorrichtung kann weiterhin ein Überlagerungsgetriebe umfassen, wobei der Elektromotor und der Verbrennungsmotor eingangsseitig mit dem Überlagerungsgetriebe verbunden sind und die erste Pumpe und die zweite Pumpe ausgangsseitig mit dem Überlagerungsgetriebe verbunden sind. Anstatt des Überlagerungsgetriebes kann auch ein Freilauf vorgesehen werden. Die erste und die zweite Pumpe können auf einer gemeinsamen Antriebswelle liegen, welche durch den Elektromotor und/oder durch den Verbrennungsmotor über das Überlagerungsgetriebe angetrieben werden kann. Dadurch können auch bei geringen Drehzahlen oder bei Stillstand des Verbrennungsmotors, zum Beispiel beim Segeln Motor aus, MSA) die erste Kupplung und die zweite Kupplung betrieben werden. Dabei kann in Kauf genommen werden, dass bei höheren Drehzahlen der Elektromotor nicht mehr im optimalen Betriebspunkt läuft (da der Elektromotor nur noch eine Differenzdrehzahl zur ausgelegten Drehzahl der ersten/zweiten Pumpe erbringen muss) und daher der Wirkungsgrad verschlechtert wird.
Als erste Pumpe und/oder zweite Pumpe ist besonders gut eine verstellbare Flügelzellenpumpe, eine verstellbare Gerotorpumpe oder eine verstellbare Axialkolbenpumpe geeignet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Aktuator und/oder der zweite Aktuator den Volumenstrom der jeweiligen Pumpe direkt einstellt oder aktuiert. In diesem Zusammenhang kann der erste Aktuator und/oder der zweite Aktuator in besonders geeigneter Weise einen Proportionalmagneten, einen Schrittmotor und/oder einen Piezoaktuator umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Aktuator und/oder der zweite Aktuator den Volumenstrom der jeweiligen Pumpe indirekt einstellt. In diesem Zusammenhang kann der erste Aktuator und/oder der zweite Aktuator in besonders geeigneter Weise einen elektrohydraulischen Aktuator umfassen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die erste Pumpe und die zweite Pumpe eine identische Geometrie aufweisen und in Stapelbauweise zueinander angeordnet sind. Die identische Geometrie kann sich insbesondere auf die Geometrie zur Ansteuerung der Kupplungen bzw. deren Kupplungselemente beziehen. Dadurch kann der Aufbau des Pumpensystems weiter vereinfacht werden und das Pumpensystem kann kleiner bauen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass das Pumpensystem weiterhin eine Kühl-/Schmierpumpe umfasst, wobei die Antriebsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die erste Pumpe, die zweite Pumpe und die Kühl-/Schmierpumpe anzutreiben. Die Kühl-/Schmierpumpe kann insbesondere in ihrem Verdrängungsvolumen verstellbar sein, wobei eine entsprechende Verstellung des Verdrängungsvolumens über einen weiteren Aktuator erfolgen kann, wie dies weiter oben im Zusammenhang mit dem ersten und dem zweiten Aktuator beschrieben ist. Alternativ kann die Kühl-/Schmierpumpe als Pumpe mit konstantem Verdrängungsvolumen ausgeführt sein und einen eigenen elektromotorischen Antrieb aufweisen. Außerdem kann ein gemeinsames Druckgussgehäuse zur Aufnahme aller Pumpen mit entsprechender Kanalentflechtung vorgesehen sein, wobei ein Filter direkt an ein Gehäuse einer Steuerung angeschraubt werden kann.
Weiterhin kann ein Automatikgetriebe ein vorstehend beschriebenes erfindungsgemäßes Pumpensystem umfassen. Ferner kann ein Kraftfahrzeug ein Automatikgetriebe mit einem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Pumpensystem umfassen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt

1 eine Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Getriebe, welches ein erfindungsgemäßes Pumpensystem umfasst,
2 einen Hydraulik-Schaltplan eines erfindungsgemäßen Pumpensystems zum Einsatz in dem Getriebe des Fahrzeugs nach 1, wobei das Pumpensystem von einem Elektromotor angetrieben wird,
3 einen Hydraulik-Schaltplan eines weiteren erfindungsgemäßen Pumpensystems zum Einsatz dem Getriebe des Fahrzeugs nach 1, wobei das Pumpensystem von einem Elektromotor und einem Verbrennungsmotor angetrieben wird,
4 eine Hydraulikpumpe, welche in dem Pumpensystem nach 2 oder 3 eingesetzt werden kann, in einer ersten Förderstellung,
5 die Hydraulikpumpe nach 4 in einer zweiten Förderstellung,
6 die Hydraulikpumpe nach 5 in einer dritten Förderstellung,
7 eine weitere Hydraulikpumpe, welche in dem Pumpensystem nach 2 oder 3 eingesetzt werden kann, in einer ersten Förderstellung,
8 die Hydraulikpumpe nach 7 in einer zweiten Förderstellung,
9 die Hydraulikpumpe nach 7 in einer dritten Förderstellung und
10 eine weitere Hydraulikpumpe, welche in dem Pumpensystem nach 2 oder 3 eingesetzt werden kann, in einer exemplarischen Förderstellung,

Das durch 1 gezeigte Kraftfahrzeug 1 umfasst einen Antrieb in Form eines Verbrennungsmotors 2 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs, welcher mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Getriebes, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Automatikgetriebe 3, verbunden ist. Das Automatikgetriebe 3 weist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pumpensystems 4 zur Druckversorgung des Automatikgetriebes 3 mit Hydrauliköl auf.
Wie durch 2 gezeigt, umfasst ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Pumpensystems 4 eine Antriebsvorrichtung in Form eines Elektromotors 5, insgesamt sieben Hydraulikpumpen 6 bis 12, insgesamt sechs hydraulisch schaltbare Kupplungen 13 bis 18, sieben Aktuatoren 19 bis 25 und sechs Drucksensoren 28 bis 33. Jede der Hydraulikpumpen 6 bis 12 wird durch den Elektromotor 5 angetrieben. Dazu treibt der Elektromotor 5 eine Antriebswelle 26 an, auf welcher alle Hydraulikpumpen 6 bis 12 sitzen. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebswelle 26 auch von einem Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) angetrieben werden, z.B. dem Verbrennungsmotor 2 aus 1.
Eine erste Hydraulikpumpe 6 ist über eine erste Hydraulikleitung 27 mit einer ersten Kupplung 13 hydraulisch verbunden. Die erste Hydraulikpumpe 6 ist dazu eingerichtet, eine Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl, aus einem Tank T über einen Filter F anzusaugen und unter Druck in die erste Hydraulikzeitung 27 zu fördern, sodass ein erstes Kupplungselement (nicht gezeigt) der ersten Kupplung 13 betätigt wird. Zwischen dem Filter F und der ersten Hydraulikpumpe 6 ist ein federbelastetes Rückschlagventil R angeordnet, das mit dem Tank T verbunden ist und in Richtung des Tanks T bei Überschreiten eines bestimmten Drucks öffnet.
Die erste Hydraulikpumpe 6 ist hinsichtlich ihres Verdrängungsvolumens variabel und frei einstellbar. Ein erster Aktuator 19, z.B. ein elektromagnetischer Aktuator mit einem Proportional-Magneten, ist mit der ersten Hydraulikpumpe 6 verbunden und dazu eingerichtet, das Verdrängungsvolumen der ersten Hydraulikpumpe 6 zu verstellen. Ein erster Drucksensor 28 ist an die erste Hydraulikleitung 27 angeschlossen und misst den Druck innerhalb der ersten Hydraulikleitung 27. Der erste Drucksensor 28 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, einen gemessenen Druckwert in einen Spannungswert zu transformieren. Einen den gemessenen Druck repräsentierenden Wert übermittelt der erste Drucksensor 28 an eine zentrale elektrische Steuerungseinheit 29. Die Steuerungseinheit 29 steuert in Abhängigkeit des empfangenen Druckwertes den ersten Aktuator 19, sodass dieser das Verdrängungsvolumen der ersten Hydraulikpumpe 6 erhöht, erniedrigt oder konstant hält. Dadurch können der Förderstrom der ersten Pumpe 6 sowie der Druck innerhalb der ersten Hydraulikleitung 27 und der Druck an dem ersten Kupplungselement der ersten Kupplung 13 optimal an den jeweiligen Bedarf angepasst werden.
Auf ähnliche Weise ist eine zweite Hydraulikpumpe 7 über eine zweite Hydraulikleitung 30 mit einer zweiten Kupplung 14 hydraulisch verbunden. Die zweite Hydraulikpumpe 7 ist dazu eingerichtet, eine Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl, aus einem Tank T über einen Filter F anzusaugen und unter Druck in die zweite Hydraulikzeitung 30 zu fördern, sodass ein zweites Kupplungselement (nicht gezeigt) der zweiten Kupplung 14 betätigt wird. Zwischen dem Filter F und der zweiten Hydraulikpumpe 7 ist ein federbelastetes Rückschlagventil R angeordnet, das mit einem Tank T (dieser Tank T kann derselbe sein, aus dem auch die erste Pumpe ansaugt) verbunden ist und in Richtung des Tanks T bei Überschreiten eines bestimmten Drucks öffnet.
Die zweite Hydraulikpumpe 7 ist hinsichtlich ihres Verdrängungsvolumens variabel und frei einstellbar. Ein zweiter Aktuator 20, z.B. ein elektromagnetischer Aktuator mit einem Proportional-Magneten, ist mit der zweiten Hydraulikpumpe 7 verbunden und dazu eingerichtet, das Verdrängungsvolumen der zweiten Hydraulikpumpe 7 zu verstellen. Ein zweiter Drucksensor 31 ist an die zweite Hydraulikleitung 30 angeschlossen und misst den Druck innerhalb der zweiten Hydraulikleitung 30. Der zweite Drucksensor 31 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, einen gemessenen Druckwert in einen Spannungswert zu transformieren. Einen den gemessenen Druck repräsentierenden Wert übermittelt der zweite Drucksensor 31 an die zentrale elektrische Steuerungseinheit 29. Die Steuerungseinheit 29 steuert in Abhängigkeit des empfangenen Druckwertes den zweiten Aktuator 20, sodass dieser das Verdrängungsvolumen der zweiten Hydraulikpumpe 7 erhöht, erniedrigt oder konstant hält. Dadurch können der Förderstrom der zweiten Pumpe 7 sowie der Druck innerhalb der zweiten Hydraulikleitung 30 und der Druck an dem zweiten Kupplungselement der zweiten Kupplung 14 optimal an den jeweiligen Bedarf angepasst werden.
Die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit der ersten Hydraulikpumpe 6, der ersten Hydraulikleitung 27, der ersten Kupplung 13, dem ersten Kupplungselement, dem ersten Drucksensor 28, der Steuerungseinheit 29, sowie dem ersten Aktuator 19 gelten sinngemäß auch für

- eine dritte Hydraulikpumpe 8, eine vierte Hydraulikpumpe 9, eine fünfte Hydraulikpumpe 10 und eine sechste Hydraulikpumpe 11,
- eine dritte Hydraulikleitung 32, eine vierte Verbindungsleitung 34, eine fünfte Verbindungsleitung 36 und eine sechste Verbindungsleitung 38,
- eine dritte Kupplung 15 mit einem dritten Kupplungselement (nicht dargestellt), eine vierte Kupplung 16 mit einem vierten Kupplungselement (nicht dargestellt), eine fünfte Kupplung 17 mit einem fünften Kupplungselement (nicht dargestellt) und eine sechste Kupplung 18 mit einem sechsten Kupplungselement (nicht dargestellt),
- einen dritten Drucksensor 33, einen vierten Drucksensor 35, einen fünften Drucksensor 37 und einen sechsten Drucksensor 39 sowie
- einen dritten Aktuator 21, einen vierten Aktuator 22, einen fünften Aktuator 23 und einen sechsten Aktuator 24.

Wird eine der Kupplungen 13 bis 18 mit Hydraulikflüssigkeit befüllt, so wird zu Beginn zur Überwindung des Füllvolumens der jeweiligen Kupplung 13 bis 18 ein relativ hoher Förderstrom, aber nur ein geringer Druck benötigt. Nachdem die jeweilige Kupplung 13 bis 18 befüllt ist, wird aufgrund der sehr viel kleineren Elastizität zur Einstellung des nun höheren Drucks nur noch ein geringerer Förderstrom benötigt. Da die Regelung für jede Kupplung 13 bis 18 separat erfolgt, können alle Pumpen 13 bis 18 mit derselben Antriebsmaschine, in dem durch 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Elektromotor 5, bei annähernd gleichbleibender Drehzahl betrieben werden. Die Verstellpumpen 6 bis 11 sind dabei so auszulegen, dass sie sowohl die jeweilige Kupplung 13 bis 18 mit Volumen befüllen, als auch entleeren können.
Hierzu weisen die Hydraulikpumpen 6 bis 11 jeweils einen Verstellbereich auf, der über eine Neutrallage (Null-Förderstrom) hinausgeht. Idealerweise sind die Pumpen 6 bis 11 derart ausgelegt, dass sie in einem nicht durch den jeweiligen Aktuator 19 bis 24 betätigten Zustand, z.B. in einem unbestromten Zustand, die jeweilige Kupplung 13 bis 18 vollständig entleeren, so dass das Automatikgetriebe 3 bei einem Ausfall der zentralen elektronischen Steuerung 29 geöffnet wird („normally-open“). Die Pumpen 6 bis 11 wirken beim Entleeren der jeweiligen Kupplung 13 bis 18 als ein sogenannter Hydraulikmotor, der durch den Entleerprozess der jeweiligen Kupplung 13 bis 18 angetrieben wird. Somit wird entgegen aus dem Stand der Technik bekannten Pumpensystemen der Druck der Hydraulikflüssigkeit nicht nur verlustbehaftet in einen Sumpf bzw. Tank entlüftet, sondern die enthaltene Energie kann teilweise zurückgewonnen werden, indem der Pumpenantrieb (der Elektromotor 5) weniger Energie für die druckbehafteten Kupplungen, d.h. diejenigen Kupplungen, die gleichzeitig befüllt werden, aufbringen muss.
Bei den Aktuatoren kann es sich um elektrisch-magnetische Aktuatoren handeln. Die Aktuatoren 19 bis 24 können z.B. dazu eingerichtet sein, einen Verstellmechanismus der jeweiligen Verstellpumpe 6 bis 11 bei einer Bestromung aus einer Förderstellung „Kupplung leeren“ in eine Förderstellung „Kupplung füllen“ zu verstellen, bis ein vorgesehener Druck in der jeweiligen Kupplung 13 bis 18 erreicht ist. Bei einem dichten Nachfolgesystem verstellt der jeweilige Aktuator 19 bis 24 die jeweilige Pumpe 6 bis 11 anschließend in eine Neutrallage, bei der weder Volumen entnommen bzw. nachgefördert wird. Wenn sich die jeweilige Hydraulikpumpe 6 bis 11 in der Neutrallage befindet, ist das Drehmoment, das der Elektromotor 5 gegen den Druck erbringen muss aufgrund des geringen bzw. idealerweise nicht vorhandenen Verdrängungsvolumens sehr gering, so dass der Energiebedarf nahezu nur dem Schleppmoment der jeweiligen Hydraulikpumpe 6 bis 11 entspricht. Zudem kann bei Antrieb des Pumpensystems 4 über den Elektromotor 5 dieser in seinem idealen Wirkungsgradpunkt betrieben werden. Es wird kein Übervolumenstrom erzeugt bzw. es ergibt sich keine hydraulische Verlustleistung aus Mengen, die die jeweilige Hydraulikpumpe 6 bis 11 zu viel liefert. Dies gilt für alle Betriebspunkte des Fahrzeugs 1 bzw. des Automatikgetriebes 3 und ist nicht begrenzt auf einen sehr eingeschränkt nutzbaren Zyklus-Betrieb.
Bei den Hydraulikpumpen 6 bis 12 kann es sich insbesondere um verstellbare Flügelzellenpumpen, verstellbare Gerotorpumpen oder verstellbare Axialkolbenpumpen handeln. Weiterhin kann das Pumpensystem 4 - wie durch 2 gezeigt - stapelweise ausgeführt sein, wobei alle Hydraulikpumpen 6 bis 12 eine identische Geometrie zur Ansteuerung der Kupplungen 13-18 bzw. eines Kühlers 41 (siehe unten) aufweisen. Ferner können die Hydraulikpumpen 6-12 in einem gemeinsamen Druckgussgehäuse (nicht gezeigt) angeordnet sein, wobei Kanäle der Hydraulikpumpen 6-12 entsprechend entflechtet werden können und wobei die Filter F der Hydraulikpumpen 6-12 direkt an ein Gehäuse (nicht gezeigt) der Steuerungseinheit 29 angeschraubt werden können. Außerdem kann alternativ oder zusätzlich zu den Drucksensoren 28, 31, 33, 35, 37 und 39 für jede Kupplung 13 bis 18 ein Positionssensor (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welcher jeweils eine Position des jeweiligen Schaltelements der jeweiligen Kupplung 13 bis 18 erfasst, einen entsprechenden Positionswert an die Steuerungseinheit 29 ermittelt, welche in Abhängigkeit von dem empfangenen Positionswert das Verdrängungsvolumen der Hydraulikpumpen 6 bis 12 über die Aktuatoren 19 bis 24 einstellt.
Eine siebte Hydraulikpumpe 12 sitzt ebenfalls auf der Antriebswelle 26 und wird von dem Elektromotor 5 angetrieben. Die siebte Hydraulikpumpe 12 ist (auch wenn nicht durch 1 gezeigt) dazu eingerichtet, eine Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl, aus einem Tank T über einen Filter F anzusaugen und unter Druck in eine siebte Hydraulikleitung 40 zu fördern. Zwischen dem Filter F und der siebten Hydraulikpumpe 6 ist ein federbelastetes Rückschlagventil R angeordnet, das mit dem Tank T verbunden ist und in Richtung des Tanks T bei Überschreiten eines bestimmten Drucks öffnet. Auch bei der siebten Hydraulikpumpe 12 handelt es sich um eine in ihrem Verdrängungsvolumen verstellbare Hydraulikpumpe, wobei eine Verstellung des Verdrängungsvolumens über einen siebten Aktuator 25 erfolgen kann, welcher über die zentrale Steuerungseinheit 29 angesteuert werden kann. Ausgangsseitig ist die siebte Hydraulikpumpen 12 über die siebte Hydraulikleitung 40 mit einem Kühler 41 und einer Schmierung 42 des Automatikgetriebes 3 sowie mit dem Tank T verbunden.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Pumpensystems 4 mit einer Antriebsvorrichtung, welche einen in zwei entgegengesetzten Drehrichtungen antreibbaren Elektromotor 5, einen Verbrennungsmotor 43 sowie ein Überlagerungsgetriebe 44 umfasst. Bei dem Verbrennungsmotor 43 kann es sich insbesondere um den durch 1 gezeigten Verbrennungsmotor 2 des Kraftfahrzeugs 1 handeln, wobei der Verbrennungsmotor 2 dem Antrieb des Kraftfahrzeugs 1 dient. Anstatt des Überlagerungsgetriebes 43 kann auch ein Freilauf (nicht gezeigt) vorgesehen werden.
Das Pumpensystem 4 nach 3 unterscheidet sich von dem Pumpensystem 4 nach der 2 lediglich durch die Antriebsvorrichtung, ansonsten sind die beiden Pumpensysteme 4 nach 2 und nach 3 identisch. Die Hydraulikpumpen 6 bis 12 nach 3 liegen auf einer gemeinsamen Antriebswelle 26, welche durch den Elektromotor 5 und/oder den Verbrennungsmotor 43 über das Überlagerungsgetriebe 44 angetrieben werden kann. Dadurch können auch bei geringen Drehzahlen oder bei Stillstand des Verbrennungsmotors 43, zum Beispiel beim Segeln Motor aus, MSA) die Kupplungen 13 bis 18 bzw. der Kühler 41 und die Schmierung 42 betrieben werden. Dabei kann in Kauf genommen werden, dass bei höheren Drehzahlen der Elektromotor 5 nicht mehr im optimalen Betriebspunkt läuft (da der Elektromotor 5 nur noch eine Differenzdrehzahl zur ausgelegten Drehzahl der jeweiligen Pumpe 6 bis 12 erbringen muss) und daher der Wirkungsgrad verschlechtert wird.
Im Folgenden wird beispielhaft berechnet, wie hoch eine mögliche Energie- bzw. Leistungseinsparung in einem Konstantfahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 nach 1 mit einem Pumpensystem nach 3 im Vergleich mit zwei aus dem Stand der Technik bekannten Pumpensystemen ist.
Ein erstes, aus dem Stand der Technik bekanntes Pumpensystem weist eine Konstantpumpe auf, welche in ein Ein-Kreissystem einspeist. Die Konstantpumpe weist ein Verdrängungsvolumen von 15 cm³ pro Umdrehung der Konstantpumpe (cm³/rev) auf, wobei eine Drehzahl einer Verbrennungskraftmaschine, welche die Konstantpumpe antreibt, 1000 1/min beträgt und ein Druck von 5 bar innerhalb des Ein-Kreissystems vorherrscht. Ein Volumenstrombedarf während der Konstantfahrt beträgt in dem Ein-Kreissystem 3l/min und in einem Schmiersystem 5 l/min. Daraus ergibt sich eine aufgenommene hydraulische Leistung von 125 W, welche sich zusammensetzt aus einem hydraulischen Bedarf bzw. einer von dem Ein-Kreissystem und dem Schmiersystem hydraulisch aufgenommenen Leistung von 5 bar * (3 l/min + 5 l/min) = 67 W und einer Verlustleistung von 58 W.
Dem gegenübergestellt wird ein Zweikreissystem mit einer ersten Konstantpumpe und einer zweiten Konstantpumpe, wobei die erste Konstantpumpe ein Verdrängungsvolumen von 5 cm³/rev, die zweite Konstantpumpe ein Verdrängungsvolumen von 10 cm³/rev aufweist und eine Drehzahl einer Verbrennungskraftmaschine, welche die Konstantpumpe antreibt, 1000 1/min beträgt. Ein Betriebsdruck liegt bei 5 bar, ein Volumenbedarf bei Konstantfahrt beträgt in einem Hochdruckkreis 3 l/min bei 5 bar Betriebsdruck, und in einem Niederdruckkreis 5 l/min bei einem Betriebsdruck von 1 bar. Daraus ergeben sich eine aufgenommene hydraulische Leistung von 59 W, ein Bedarf im Hochdrucksystem von 25 W und ein Bedarf im Niederdrucksystem von 8,5 W. Es entsteht eine Verlustleistung von 26 W.
Die vorstehend beschriebenen zwei Pumpensysteme mit Konstantpumpe(n) werden jetzt verglichen mit einem Pumpensystem, welches ähnlich dem Pumpensystem 4 nach 3 ist, allerdings zur besseren Vergleichbarkeit lediglich drei Pumpen 6, 7 und 12, zwei Kupplungen 13, 14 und einen Kühl-, Schmiermittelkreis 41, 42 aufweist. Eine Druckregelung kann mit dem Pumpensystem 4 gemäß den oben stehenden Ausführungen mittels der verstellbaren Hydraulikpumpen 6, 7 und 12 erfolgen. Es wird von einer Drehzahl von 1000 1/min der Verbrennungskraftmaschine 43 ausgegangen, welche die Hydraulikpumpen 6 bis 8 antreibt. Weiterhin beträgt der Betriebsdruck 5 bar. Ein Volumenbedarf bei Konstantfahrt beträgt 0,5 l/min je Druckabnehmer 13, 14 und 41, 42. Dabei wird davon ausgegangen, das keine sonstigen Leckagen vorliegen. Es entsteht eine aufgenommene hydraulische Leistung in einem Hochdruckkreis von 5 bar * 0,5 l/min * 3 = 12,5 W und eine aufgenommene Leistung in einem Niederdruckreis von 1 bar * 5 l/min = 8,3 W. In der Summe ergibt sich somit eine hydraulische Leistung von 20,8 W. Dadurch ergibt sich eine Verlustleistung von 0 W.
In konventionellen hydraulischen Systemen ist kein ausschließlicher Betrieb des Getriebes über eine vom Elektromotor angetriebene Versorgungspumpe möglich, da bei Schaltungen im Hochlastbereich die angeforderte hydraulische bzw. elektrische Leistung viel zu groß werden würde. So wäre zum Beispiel bei einem Betrieb einer Schaltung mit 20 bar Systemdruck, einer statischen Leckagen von 15 l/min und einem Kupplungsfüllbedarf von 10 l/min eine hydraulische Leistung von mindestens 840 W erforderlich. Zuzüglich elektrischer Verluste würde dies zu einer kurzfristigen Aufnahmeleistung von über 1500 W führen (bzw. 150 A bei 12V Bordnetzspannung), was typischerweise nicht durch ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs aufgebracht werden kann.
Das durch 2 und 3 gezeigte Pumpensystem 4 ermöglicht jedoch eine Auslegung über eine Pumpenregelung wie oben beschrieben, wobei ein reiner Betrieb über den Elektromotor 5 bzw. die elektrisch angetriebenen Hydraulikpumpen 6 bis 12 in einfacher Weise möglich ist, da jede der Hydraulikpumpen 6 bis 12 lediglich die zum Druckerhalt notwendige Leckagemenge erbringen muss und die zu füllenden Kupplungen 13 bis 18 lediglich geringe Gegendrücke aufweisen. Geht man zur besseren Vergleichbarkeit mit den vorstehend beschriebenen konventionellen Pumpensystemen davon aus, dass drei Hydraulikpumpen 6 bis 8 und drei Kupplungen 13 bis 15 vorliegen, sieht die Bilanz bei einem solchen Pumpensystem folgenden Energiebedarf vor: 20 bar * 2 l/min * 3 Kupplungen + 1 Kupplung * 3 bar * 10 l/min = 250 W hydraulische Leistung. Daraus ergibt sich eine elektrische Leistung von 450 W.
Die sich hieraus ergebenden elektrischen Leistungen und Ströme können einfach von einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs 1 nach 1 aufgebracht werden. Dadurch wird eine Kostenoptimierung ermöglicht, insbesondere für ein Hybridgetriebe (oder auch andere Getriebe), da die Ansteuerung über nur elektrische Pumpen erfolgen kann.
4 zeigt, wie eine Regelung insbesondere der Pumpen 6 bis 11 aus 2 oder 3 erfolgen kann. Beispielhaft wird in den folgenden Ausführungen auf die Hydraulikpumpe 6, die Kupplungen 13, den Drucksensor 28 und den Aktuator 19 Bezug genommen. Die folgenden Ausführungen gelten sinngemäß jedoch insbesondere auch für die Hydraulikpumpen 7 bis 11 und auch 12, die Kupplungen 14 bis 18 sowie dem Kühl- und Schmierkreislauf 41, 42, die Drucksensoren 31, 33, 35 und 37 und 39 sowie die Aktuatoren 20 bis 24 und 25.
In dem durch 4 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt sich bei der Hydraulikpumpe um eine Flügelzellenpumpe. Die Flügelzellenpumpe 6 umfasst einen Stator 62, einen Rotor 63 und insgesamt acht in Umfangsrichtung des Rotors 63 verteilte Flügel 64, welche in bekannter Weise in radialer Richtung aus dem Rotor 63 eingefahren und ausgefahren werden können und von denen der besseren Übersicht halber lediglich ein Flügel mit einem Bezugszeichen („64“) versehen ist. Eine Rotationsrichtung des Rotors 63 ist durch eine Drehpfeil 65 angezeigt. Der Stator 62 ist auf der in 4 bis 6 linken Seite mechanisch fest mit einem ein- und ausfahrbaren Element 66, z.B. einem zylindrischen Stempel-Element, des Aktuators 19 verbunden. Weiterhin ist der Stator 62 auf der in 4 bis 6 rechten Seite mechanisch fest mit einer Feder 67 verbunden. Durch das ausfahrbare Element 66 und die Feder 67 ist der Stator 62 zwischen einer in 4 rechts dargestellten ersten Endstellung und einer in 6 links dargestellten zweiten Endstellung beweglich. Der Rotor 63 rotiert zwar, ändert jedoch seine Position nicht, d.h. der Rotor 63 ist translatorisch betrachtet ortsfest.
In der ersten Endstellung des Stators 62 befindet sich der Rotor 63 in einer äußerst rechten Position relativ zu dem Stator 62 (4), wobei das ein- und ausfahrbare Element 66 des unbestromten Aktuators 19 minimal ausgefahren ist, keine Druckkraft auf den Stator 62 ausübt und eine Vorspannkraft der Feder 67 den Stator 62 in seiner ersten Endstellung vorspannt. In der zweiten Endstellung des Stators 62 befindet sich der Rotor 63 in einer äußerst linken Position relativ zu dem Stator 62 (6), wobei das ein- und ausfahrbare Element 66 des maximal bestromten Aktuators 19 maximal ausgefahren ist, eine Druckkraft auf den Stator 62 ausübt, welche der Vorspannkraft der Feder 67 entgegengerichtet ist, und den Stator 62 entgegen der Vorspannkraft der Feder 67 in der zweiten Endstellung hält. 5 zeigt den Stator 62 in einer Mittelstellung, in welcher der Stator 62 den Rotor 62 konzentrisch umgibt, wobei der Aktuator 19 derart bestromt ist, dass sein ein- und ausfahrbare Element 66 derart ausgefahren ist, dass es eine Druckkraft auf den Stator 62 ausübt, welche der Vorspannkraft der Feder 67 entgegengerichtet ist, und den Stator 62 entgegen der Vorspannkraft der Feder 67 in der Mittelstellung hält.
Durch eine Verschiebung des Stators 62 relativ zu dem ortsfesten Rotor 63 kann auf das Verdrängungsvolumen und die Förderrichtung der Flügelzellenpumpe 6 Einfluss genommen werden.
Wenn sich der Stator 62 in seiner ersten Endstellung befindet (4) und der Rotor 63 entgegen des Uhrzeigersinns 65 rotiert, befindet sich die Flügelzellenpumpe 6 in einer Förderstellung „Kupplung entleeren“ („normally open“). In dieser Förderstellung saugen die Flügel 64 des Rotors 63 Hydraulikflüssigkeit aus der Kupplung 13 an und fördern die angesaugte Hydraulikflüssigkeit durch die Flügelzellenpumpe 6 in Richtung des federbelasteten Rückschlagventils R. Wird dabei am Rückschlagventil R ein Druck erreicht, welcher das Rückschlagventil R entgegen der Federvorspannung öffnet, so fließt die geförderte Hydraulikflüssigkeit über das Rückschlagventil R in den Tank T ab.
Wenn sich der Stator 62 in seiner zweiten Endstellung befindet (6) und der Rotor 63 entgegen des Uhrzeigersinns 65 rotiert, befindet sich die Flügelzellenpumpe 6 in einer Förderstellung „Kupplung befüllen“. In dieser Förderstellung saugen die Flügel 64 des Rotors 63 Hydraulikflüssigkeit über den Filter F aus dem Tank T an und fördern die angesaugte Hydraulikflüssigkeit über die Flügelzellenpumpe 6 in die Kupplung 13 hinein.
Wenn sich der Stator 62 in seiner Mittelstellung befindet (5) und der Rotor 63 entgegen des Uhrzeigersinns 65 rotiert, befindet sich die Flügelzellenpumpe 6 in einer Förderstellung „Druckhalten bei Null-Verdrängungsvolumen“. In dieser Förderstellung wird die Kupplung 13 idealerweise weder entleert noch befüllt und der Druck innerhalb einer ersten Hydraulikleitung 27 zwischen der Flügelzellenpumpe 6 und der Kupplung 13 bleibt annähernd konstant.
Die Flügelzellenpumpe 6 ist somit hinsichtlich ihres Verdrängungsvolumens variabel und frei einstellbar, wobei eine Verstellung über den ersten Aktuator 19 wie vorstehend erläutert erfolgt. Ein erster Drucksensor 28 ist an die erste Hydraulikleitung 27 angeschlossen und misst den Druck innerhalb der ersten Hydraulikleitung 27. Einen den gemessenen Druck repräsentierenden Wert übermittelt der erste Drucksensor 28 entweder - wie durch 4 bis 6 gezeigt - unmittelbar an den ersten Aktuator 19, welcher in Abhängigkeit des empfangenen Druckwertes das ein- und ausfahrbare Element 66 entsprechend ein- oder ausfährt, oder - wie durch 2 oder 3 gezeigt - an eine zentrale elektrische Steuerungseinheit 29, welche in Abhängigkeit des empfangenen Druckwertes den ersten Aktuator 19 derart ansteuert, so dass dieser das ein- und ausfahrbare Element 66 entsprechend ein- oder ausfährt. Dadurch können der Förderstrom der Flügelzellenpumpe 6 und der Druck innerhalb der ersten Hydraulikleitung 27 und an dem ersten Kupplungselement der ersten Kupplung 13 optimal an den jeweiligen Bedarf angepasst werden.
7 bis 9 zeigt die Pumpenanordnung nach 4 bis 6 in einer ersten modifizierten Konfiguration, wobei im Folgenden zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich auf die Unterschiede zu 4 bis 6 eingegangen wird. Der durch 4 bis 6 gezeigte Drucksensor 28 entfällt. Stattdessen weist die erste Hydraulikleitung 27 eine Abzweigung 68 auf, über welche Hydraulikflüssigkeit unter dem in der ersten Hydraulikleitung 27 herrschenden Druck in eine Steuerleitung 69 abfließen und auf den Stator 62 eine Druckkraft in der gleichen Richtung wie die Vorspannkraft der Feder 67 ausüben kann. Der Aktuator 19 kann mittels seines ein- und ausfahrbaren Elements 66 eine der Vorspannung der Feder 67 und der Druckkraft der Hydraulikflüssigkeit entgegen gerichtete Druckkraft auf den Stator 62 ausüben. Es erfolgt somit eine Regelung des Verdrängungsvolumens mittels einer internen Rückführung.
10 zeigt die Pumpenanordnung nach 4 bis 6 in einer zweiten modifizierten Konfiguration, wobei im Folgenden zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich auf die Unterschiede zu 4 bis 6 eingegangen wird. Gemäß 10 erfolgt eine Regelung des Drucks an dem ersten Kupplungselement der ersten Kupplung 13 durch Selbsthemmung zum stromlosen Betrieb (stromlose Druckhaltefunktion). Dabei entfallen die Feder 67 sowie der erste Aktuator 19 und der Stator 62 ist anders ausgestaltet als in 4 bis 6 dargestellt. Der Stator 62 weist ein erstes Zahnprofil 70 auf, welches mit einem zweiten Zahnprofil 71 auf dem ein- und ausfahrbaren Element 66 des ersten Aktuators 19 korrespondiert, sodass der Stator 62 bei einem Ein- und Ausfahren des Elements 66 seine Relativposition zu dem Rotor 63 ändert und dadurch sowohl auf das Verdrängungsvolumen bzw. den Förderstrom als auch auf die Förderrichtung der Flügelzellenpumpe 6 Einfluss genommen werden kann. Die Zahnprofile 71 und 71 sind dabei derart selbsthemmend aufeinander abgestimmt, dass eine vorgesehene Relativposition des Stators 62 zu dem Rotor 63 gehalten werden kann, sofern die Selbsthemmung nicht durch eine äußere einwirkende Kraft, z.B. ausgeübt durch das ein- und ausfahrbare Element 66, überwunden wird.
Sofern z.B. der Aktuator 19 unbestromt ist und sich sein ein- und ausfahrbares Element 66 in seiner minimal eingefahrenen Stellung befindet, kann sich der Rotor 63, wie durch 10 gezeigt, in einer äußerst rechten Position relativ zu dem Stator 62 befinden, wobei die Selbsthemmung den Rotor 63 und den Stator 62 in dieser Stellung zueinander hält. Förderrichtung und Verdrängungsvolumen verhalten sich ähnlich wie im Zusammenhang mit 4 weiter oben beschrieben. Durch entsprechende Bestromung des Aktuators 19 und damit verbundenes Ein- und Ausfahren des Elements 66 können auch die anderen Stellungen gemäß 5 und 6 mit entsprechenden Fördervolumina und Förderrichtungen eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Verbrennungsmotor
3: Automatikgetriebe
4: Pumpensystem
5: Elektromotor
6: erste Hydraulikpumpe
7: zweite Hydraulikpumpe
8: dritte Hydraulikpumpe
9: vierte Hydraulikpumpe
10: fünfte Hydraulikpumpe
11: sechste Hydraulikpumpe
12: siebte Hydraulikpumpe
13: erste Kupplung
14: zweite Kupplung
15: dritte Kupplung
16: vierte Kupplung
17: fünfte Kupplung
18: sechste Kupplung
19: erster Aktuator
20: zweiter Aktuator
21: dritter Aktuator
22: vierter Aktuator
23: fünfter Aktuator
24: sechster Aktuator
25: siebter Aktuator
26: Antriebswelle
27: erste Hydraulikleitung
28: erster Drucksensor
29: zentrale elektronische Steuerungseinheit
30: zweite Hydraulikleitung
31: zweiter Drucksensor
32: dritte Hydraulikleitung
33: dritter Drucksensor
34: vierte Hydraulikleitung
35: vierter Drucksensor
36: fünfte Hydraulikleitung
37: fünfter Drucksensor
38: sechste Hydraulikleitung
39: fünfter Drucksensor
40: siebte Hydraulikleitung
41: Kühler
42: Schmierung
43: Verbrennungsmotor
44: Überlagerungsgetriebe
62: Stator
63: Rotor
64: Flügel
65: Drehrichtung Rotor
66: ein- und ausfahrbares Element erster Aktuator
67: Feder
68: Abzweigung
69: Steuerleitung
70: erstes Zahnprofil
71: zweites Zahnprofil

Claims

Pumpensystem (4) für ein Automatikgetriebe (3) eines Kraftfahrzeugs (1), das Pumpensystem (4) umfassend: - eine erste Pumpe (6), - eine zweite Pumpe (7), - ein erstes Kupplungselement einer ersten Kupplung (13), - ein zweites Kupplungselement einer zweiten Kupplung (14), - einen ersten Aktuator (19), - einen zweiten Aktuator (20) und - eine Antriebsvorrichtung (5, 43), wobei - die erste Pumpe (6) dazu eingerichtet ist, das erste Kupplungselement derart mit Druck zu beaufschlagen, dass das erste Kupplungselement betätigt wird, - die zweite Pumpe (7) dazu eingerichtet ist, das zweite Kupplungselement derart mit Druck zu beaufschlagen, dass das zweite Kupplungselement betätigt wird, - ein durch die erste Pumpe (6) förderbarer Volumenstrom variabel einstellbar ist, - ein durch die zweite Pumpe (7) förderbarer Volumenstrom variabel einstellbar ist, - der erste Aktuator (19) dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom der ersten Pumpe (6) einzustellen, - der zweite Aktuator (20) dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom der zweiten (7) Pumpe einzustellen, und - die Antriebsvorrichtung (5, 43) dazu eingerichtet ist, die erste Pumpe (6) und die zweite Pumpe (7) anzutreiben.
Pumpensystem (4) nach Anspruch 1, das Pumpensystem (4) weiterhin umfassend: - einen ersten Drucksensor (28) und - einen zweiten Drucksensor (31), wobei - der erste Drucksensor (28) dazu eingerichtet ist, einen ersten Druckwert zu ermitteln, mit welchem die erste Pumpe (6) das erste Kupplungselement beaufschlagt, - der zweite Drucksensor (31) dazu eingerichtet ist, einen zweiten Druckwert zu ermitteln, mit welchem die zweite Pumpe (7) das zweite Kupplungselement beaufschlagt, - der erste Drucksensor (28) dazu eingerichtet ist, den ersten Druckwert an den ersten Aktuator (19) oder an eine erste Steuerungseinheit (29) zu übermitteln, - der zweite Drucksensor (31) dazu eingerichtet ist, den zweiten Druckwert an den zweiten Aktuator (20) oder an eine zweite Steuerungseinheit (29) zu übermitteln, - der erste Aktuator (19) dazu eingerichtet ist, den von der ersten Pumpe (6) förderbaren Volumenstrom in Abhängigkeit von dem ersten Druckwert einzustellen, und - der zweite Aktuator (20) dazu eingerichtet ist, den von der zweiten Pumpe (7) förderbaren Volumenstrom in Abhängigkeit von dem zweiten Druckwert einzustellen.
Pumpensystem (4) nach Anspruch 1 oder 2, das Pumpensystem (4) weiterhin umfassend: - einen ersten Positionssensor und - einen zweiten Positionssensor, wobei - der erste Positionssensor dazu eingerichtet ist, eine erste Position des ersten Kupplungselements zu ermitteln, - der zweite Positionssensor dazu eingerichtet ist, eine zweite Position des zweiten Kupplungselements zu ermitteln, - der erste Positionssensor dazu eingerichtet ist, die erste Position an den ersten Aktuator (19) oder an eine erste Steuerungseinheit (29) zu übermitteln, - der zweite Positionssensor dazu eingerichtet ist, die zweite Position an den zweiten Aktuator (20) oder an eine zweite Steuerungseinheit (29) zu übermitteln, - der erste Aktuator (19) dazu eingerichtet ist, den von der ersten Pumpe (6) förderbaren Volumenstrom in Abhängigkeit von der ersten Position einzustellen, und - der zweite Aktuator (20) dazu eingerichtet ist, den von der zweiten Pumpe (7) förderbaren Volumenstrom in Abhängigkeit von der zweiten Position einzustellen.
Pumpensystem (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Antriebsvorrichtung (5, 43) einen Elektromotor (5) und einen Verbrennungsmotor (43) umfasst, wobei der Elektromotor (5) und/oder der Verbrennungsmotor (43) dazu eingerichtet sind, die erste Pumpe (6) und die zweite Pumpe (7) anzutreiben.
Pumpensystem (4) nach Anspruch 4, wobei die Antriebsvorrichtung weiterhin ein Überlagerungsgetriebe (44) umfasst, wobei der Elektromotor (5) und der Verbrennungsmotor (43) eingangsseitig mit dem Überlagerungsgetriebe (44) verbunden sind und die erste Pumpe (6) und die zweite Pumpe (7) ausgangsseitig mit dem Überlagerungsgetriebe (43) verbunden sind.
Pumpensystem (4) nach Anspruch 4, wobei die Antriebsvorrichtung (5, 43) weiterhin einen Freilauf umfasst, wobei der Elektromotor (5) und der Verbrennungsmotor (43) eingangsseitig mit dem Freilauf verbunden sind und die erste Pumpe (6) und die zweite Pumpe (7) ausgangsseitig mit dem Freilauf verbunden sind.
Pumpensystem (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Pumpe (6) und/oder zweite Pumpe (7) eine verstellbare Flügelzellenpumpe (6), eine verstellbare Gerotorpumpe oder eine verstellbare Axialkolbenpumpe ist.
Pumpensystem (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Aktuator (19) und/oder der zweite Aktuator (20) den Volumenstrom der jeweiligen Pumpe (6, 7) direkt einstellt.
Pumpensystem (4) nach Anspruch 8, wobei der erste Aktuator (19) und/oder der zweite Aktuator (20) einen Proportionalmagneten, einen Schrittmotor und/oder einen Piezoaktuator umfasst.
Pumpensystem (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Aktuator (19) und/oder der zweite Aktuator (20) den Volumenstrom der jeweiligen Pumpe (6, 7) indirekt einstellt.
Pumpensystem (4) nach Anspruch 10, wobei der erste Aktuator (19) und/oder der zweite Aktuator (20) einen elektrohydraulischen Aktuator umfasst.
Pumpensystem (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Pumpe (6) und die zweite Pumpe (7) eine identische Geometrie aufweisen und in Stapelbauweise zueinander angeordnet sind.
Pumpensystem (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das Pumpensystem (4) weiterhin umfassend eine Kühl-/Schmierpumpe (12), wobei die Antriebsvorrichtung (5, 43) dazu eingerichtet ist, die erste Pumpe (6), die zweite Pumpe (7) und die Kühl-/Schmierpumpe (12) anzutreiben.
Automatikgetriebe (3) umfassend ein Pumpensystem (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug (1) umfassend ein Automatikgetriebe (3) nach Anspruch 14.