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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen von wenigstens zwei Schaltelementen in einem Getriebe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung.
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Vorrichtungen zum Betätigen von Schaltelementen in Getrieben über ein flüssiges Arbeitsmedium, beispielsweise ein Hydrauliköl, sind soweit aus dem Stand der Technik bekannt. In der gattungsgemäßen
DE 10 2015 214 020 A1 ist beispielsweise eine solche Hydraulikvorrichtung, hier für die beiden Kupplungen eines Doppelkupplungsgetriebes als Schaltelemente, beschrieben. Der Kern der Anmeldung liegt dabei im Bereich der dort als Vorbefüllventile bezeichneten Ventile, welche jeweils eine Rücklaufleitung von einem das Schaltelement ansteuernden Ventil hin zu einem Sumpf oder Tank für das Öl in der Art steuern, dass diese schließen, wenn der Druck stromaufwärts dieser Ventile, welche in jeder der Rücklaufleitungen angeordnet sind, kleiner als ein Schwellenwert ist. Die Vorbefüllventile stellen somit Druckhalteventile dar. Hierdurch wird ein völliges Leerlaufen der Rücklaufleitungen verhindert. Dies führt letztlich dazu, dass der Bereich zwischen diesen Vorbefüllventil und dem mit ihm direkt über die Rücklaufleitung verbundenen Ventil und dem mit dem Ventil verbundenen Schaltelement nicht gänzlich leerläuft und deshalb bei der nächsten Schaltung das Schaltelement schneller ansprechen kann. Der Aufbau ist dabei relativ aufwändig, da in jeder der Rücklaufleitungen zwischen dem Ventil und dem Tank ein entsprechender Aufbau angeordnet werden muss.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine verbesserte Vorrichtung im Sinne dieses gattungsgemäßen Standes der Technik anzugeben, welche den Aufbau einfacher und hinsichtlich seiner Betätigbarkeit noch effizienter macht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus dem hiervon abhängigen Unteranspruch. Außerdem ist im Anspruch 3 ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung angegeben. Auch hier ergibt sich eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens aus den abhängigen Unteransprüchen.
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Dadurch, dass in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Rücklaufleitungen in eine gemeinsame Rücklaufrail münden, und zwar direkt, also ohne dass Ventileinrichtungen wie beispielsweise das Druckhalteventil aus dem gattungsgemäßen Stand der Technik dazwischen angeordnet sind, führt in der Praxis zu einem sehr einfachen und effizienten Aufbau. Diese gemeinsame Rücklaufrail, welche auch als Nullrail bezeichnet werden kann, ist dann ihrerseits über das Druckhalteventil mit dem Tank verbunden. Der entscheidende Unterschied und Vorteil gegenüber dem Stand der Technik besteht nun darin, dass beim Entleeren eines Schaltelements, also dem Auslegen des entsprechenden Gangs, der Rücklauf des Arbeitsmediums über die Rücklaufleitung des diesem Schaltelement zugeordneten Ventils erfolgt. Der Rücklauf erfolgt damit in die gemeinsame Rücklaufrail bzw. Nullrail, sodass diese bis zu der Druckschwelle des Druckhalteventils zwischen der Rail und dem Tank befüllt wird. Beim Entleeren des einen Schaltelements werden also die anderen Schaltelemente unmittelbar vorbefüllt, ohne dass ein aktives Füllen der Rücklaufleitungen und der gemeinsamen Nullrail nötig ist. Liegt der Druck in der gesamten Nullrail ohnehin schon oberhalb des Schwellenwerts des Druckhalteventils, fließt das zurückströmende Arbeitsmedium über das Druckhalteventil in den Tank ab.
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Der gesamte Aufbau ist in sich also so einfach und effizient realisiert, dass ohne weitere Maßnahmen und gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit nur genau einem Druckhalteventil eine durchgehende und sehr energieeffiziente Befüllung aller Rücklaufleitungen, welche direkt mit der Nullrail verbunden sind, und welche mittelbar über die im Ruhezustand befindlichen Ventile mit den Leitungen zwischen den Ventilen und den Schaltelementen verbunden sind, erreicht wird. Diese Befüllung führt letztlich zu einem außerordentlich schnellen und effizienten Schaltverhalten, sodass die einzelnen Schaltelemente deutlich schneller ansprechen als ohne einen solchen Aufbau. Gegenüber dem Stand der Technik lässt sich dabei ferner der Aufwand bezüglich der Ventileinrichtungen und der Leitungsführung durch die gemeinsame Nullrail reduzieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung sieht es vor, dass der Druck des Arbeitsmediums in der gemeinsamen Rücklaufrail bzw. Nullrail erfasst wird, wobei beim Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzdrucks der Druck in der Rücklaufrail aktiv erhöht wird. Kommt es über einen längeren Zeitraum hinweg nicht zur Betätigung eines Schaltelements, dann kann es aufgrund der Toleranzen in dem System zu einem ganz oder teilweise erfolgenden Leerlaufen der Nullrail kommen, insbesondere bei höheren Temperaturen des Arbeitsmediums. Um dies auszugleichen, könnte nun ständig Druck auf die Nullrail gegeben werden, um diese auch bei ausbleibenden Schaltvorgängen mit einer ausreichenden Menge an Arbeitsmedium befüllt zu halten. Dies ist jedoch relativ aufwändig und verursacht einen permanenten Energiebedarf. Das erfindungsgemäße Verfahren erfasst dahingegen in der gemeinsamen Rücklaufrail den Druck, beispielsweise über einen Drucksensor, welcher in der Rail selbst oder auch im Bereich eines Ventils bzw. zwischen einem Ventil und dem Schaltelement angeordnet sein kann. Im letztgenannten Fall würde der Drucksensor nur dann korrekt ansprechen, wenn das Schaltelement nicht betätigt und das Ventil dementsprechend in seiner Ruhestellung ist.
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Durch diese Drucküberwachung kann sichergestellt werden, dass der erforderliche Druck vorhanden ist, und dass das System nicht toleranzbedingt unter den Schwellendruck des Druckhalteventils abgefallen ist. Dies würde in der Praxis dazu führen, dass die Leitungen im Falle eines Schaltens zuerst befüllt werden müssen, sodass die Schaltung spürbar langsamer erfolgen würde. Durch die Tatsache, dass hier eine Drucküberwachung vorgesehen ist, und dass der Druck entsprechend dieser Überwachung nur bei Bedarf durch Nachfördern von Arbeitsmedium erhöht wird, ist der ganze Aufbau außerordentlich einfach und energieeffizient.
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Prinzipiell ließe sich dabei selbstverständlich eine separate Ölpumpe vorsehen, um bei Bedarf den Druck zu erhöhen. In der Praxis kann es gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee jedoch auch vorgesehen sein, dass der Druck in der Rücklaufrail durch ein ein- oder mehrfaches kurzzeitiges Ansteuern des Ventils eines nicht betätigten Schaltelements in der Art, dass der Druck nicht zum Betätigen des Schaltelements ausreicht, erhöht wird. Über kurze Druckpulse, welche einen Druck zwischen dem Ventil und dem Schaltelement aufbauen, welcher jedoch nicht zum Betätigen des typischerweise durch eine Feder zurückgestellten Schaltelements ausreichen, kann Druck in dem Bereich zwischen dem Ventil und dem Schaltelement aufgebaut werden. Sobald das Ventilelement dann wieder in seine Ruhestellung zurückkehrt, entleert sich dieser Druck über die Rücklaufleitung in die gemeinsame Rücklaufrail und baut dort das gewünschte Druckniveau, welches durch den Drucksensor entsprechend überwacht werden kann, wieder auf.
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Ein weiterer Vorteil, welcher sich aus dem erfindungsgemäßen Vorrichtungsaufbau ergibt, erschließt sich durch eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem bei einem bekannten naheliegenden Start eines mit der Vorrichtung ausgestatten Fahrzeugs der Druck in der Rücklaufrail bis zum vorgegebenen Schwellenwert des Druckhalteventils aufgebaut wird. Dies kann beispielsweise über eine elektrische Ölpumpe, insbesondere eine sogenannte elektrische Zusatzölpumpe, welche bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor häufig ergänzend zu der über den Verbrennungsmotor angetriebenen Ölpumpe vorhanden ist, erfolgen. Den naheliegenden Start eines Fahrzeugs kann man beispielsweise feststellen, indem eine Person mit einem elektronischen Schlüssel für das Fahrzeug sich dem Fahrzeug nähert, in dem die Tür geöffnet wird, oder in dem die Zündung des Fahrzeugs betätigt wird. Bereits ab diesem Zeitpunkt kann der Druck in der Rücklaufrail bzw. Nullrail aufgebaut werden, um so beim dann zu erwartenden in Kürze erfolgenden Start bereits bereit zu sein und vom ersten Schaltvorgang an entsprechend schnell und effizient zu schalten, da die entsprechenden Leitungen bereits mit dem flüssigen Arbeitsmedium zum Betätigen der Schaltelemente mittels der Ventile gefüllt sind.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des Verfahrens ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend am Beispiel von zwei Schaltelementen unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert ist.
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Die einzige beigefügte Figur zeigt dabei eine Skizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Beispiel zweier Schaltelemente.
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In der Darstellung der Figur sind zwei Schaltelemente 1 und 2 angedeutet, wie sie beispielsweise in einem Fahrzeuggetriebe, insbesondere einem Doppelkupplungsgetriebe, angeordnet sein können. Die Anzahl von zwei der Schaltelemente 1, 2 ist dabei rein beispielhaft zu verstehen, es können auch mehr Schaltelemente vorhanden und in der beschriebenen Art eingebunden sein.
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Jedem der Schaltelemente 1, 2 ist dabei ein Ventil 3, 4 zugeordnet. Beide Ventile 3, 4 sind hier in ihrer Ruhestellung dargestellt. In der hier dargestellten Ruhestellung verbinden sie dabei Leitungen 5 zwischen dem jeweiligen Ventil 3, 4 mit dem jeweiligen Schaltelement 1, 2. Und mit jeweils zwei Rücklaufleitungen 6, welche von den Ventilen 3, 4 ausgehend in eine gemeinsame Rücklaufrail 7 münden. Zur Betätigung der Schaltelemente 1, 2 lassen sich über die Ventile 3, 4 die Leitungen 5 mit einer Druckversorgungsleitung 8 verbinden, um die Schaltelemente 1, 2 zu schalten. Bei einer Rückkehr der Schaltelemente 1, 2, in den hier dargestellten Ruhezustand, sind die Ventile 3, 4 dann so geschaltet, dass ein Rücklauf des Arbeitsmediums über die Leitungen 5 und die Rücklaufleitungen 6 in die Rücklaufrail 7, welche auch als Nullrail 7 bezeichnet werden kann, erfolgt. Die Nullrail 7 ist dann über ein einziges Druckhalteventil 9 mit einem Tank 10 verbunden. Durch dieses Druckhalteventil 9 wird ein gewisser Druck in der Nullrail 7 aufrecht erhalten, beispielsweise ein Druck in der Größenordnung von 0,2 bis 0, 4 bar. Liegt der Druck in der Nullrail 7 darüber, öffnet das Druckhalteventil 9 und lässt das flüssige Arbeitsmedium in den Tank 10 abströmen, bis eben dieser Solldruck der Nullrail 7 erreicht ist und das Druckhalteventil 9 entsprechend schließt. Darüber hinaus kann es bei einer längeren nicht erfolgenden Betätigung der Ventile 3, 4 auch dazu kommen, dass die Nullrail 7, beispielsweise aufgrund von Toleranzen in den Bauteilen, unbeabsichtigt leerläuft. Dazu jedoch später mehr.
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Die Funktion ist nun die Folgende: Ist beispielsweise das Schaltelement 1 entgegen der hier gewählten Darstellung aktiviert und wird dann in die hier dargestellte nicht aktivierte Position verfahren, dann strömt das Arbeitsmedium aus dem Schaltelement 1 über die Leitungen 5, das Ventil 3 und die Rücklaufleitungen 6 in die gemeinsame Nullrail 7. Diese ist jedoch auch mit den Rücklaufleitungen 6 des Ventils 4 und den Leitungen 5 zwischen dem Ventil 4 und dem Schaltelement 2 verbunden. Ist der Solldruck in der Nullrail 7 so eingestellt, dass dessen Druckniveau höher ist als der geodätische Druck der Schaltelemente 1, 2, dann wird somit automatisch bei der Rückkehr des Schaltelements 1 in die Ruhestellung das Schaltelement 2, oder wenn noch weitere Schaltelemente vorhanden sind auch diese, vorbefüllt. Wenn dann über die Druckversorgungsleitung 8 und eine Betätigung des Ventils 4 Druck auf das Schaltelement 2 gegeben wird, kann dieses entsprechend schnell ansprechen. Durch die gemeinsame Nullrail 7, welche zwischen den Ventilen 3, 4 und dem typischerweise genau einen Druckhalteventil 9 die Rücklaufleitungen 6 miteinander verbindet, wird dieser Ausgleich des Drucks und damit ein automatisches Vorbefüllen ohne weiteres Zutun erreicht.
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Wie oben bereits erwähnt kann es sein, dass der Druck in der Nullrail 7 toleranzbedingt unter den Druck des Druckhalteventils 9, also dessen Schwellenwert, abfällt. Um dies zu verhindern, kann beispielsweise ein Drucksensor 11, oder alternativ ein anderer Drucksensor 12, in der Vorrichtung vorgesehen sein, über welchen ein solcher Druckabfall unter einen vorgegebenen Grenzdruck, welcher typischerweise dem Schwellenwert des Druckhalteventils 9 entspricht, erkannt werden kann. In diesem Fall kann erneut Druck in der Nullrail 7 aufgebaut werden, um die entsprechenden Leitungen befüllt zu halten und auch nach einer solchen längeren Phase, in welcher die Schaltelemente 1, 2 nicht betätigt worden sind, ein schnelles Ansprechen derselben sicherzustellen. Dies kann beispielsweise durch eine eigens vorgesehene Ölpumpe erfolgen, was in der Praxis jedoch sehr aufwändig wäre. Bevorzugt ist es so, dass in dieser Situation eines der Ventile 3, 4 ein- oder mehrmalig kurzzeitig geöffnet wird, und zwar so, dass der Druck nicht ausreicht, um das jeweilige Schaltelement 1 oder 2, welches diesem Ventil 3 oder 4 zugeordnet ist, zu betätigen. Vielmehr reicht die Federkraft in dem Schaltelement 1 oder 2 aus, um dieses in der Ruhestellung zu belassen. Dennoch wird ein gewisser Druck in den Leitungen 5 aufgebaut. Bei abgeschaltetem Ventil 3 oder 4, welches wieder in die hier dargestellte Ruhestellung zurückkehrt, breitet sich dieser Druck über die Rücklaufleitungen 6 des jeweiligen Ventils 3 oder 4 in die Nullrail 7 aus und befüllt damit alle mit dieser verbundenen Rücklaufleitungen 6, Ventile 3, 4 und Leitungen 5.
Eine Druckmessung kann entweder mittels des Drucksensors 11 erfolgen, welcher direkt an das Nullrail 7 angeschlossen ist. Alternativ kann die Druckmessung auch über den anderen Drucksensor 12 erfolgen, wobei der andere Drucksensor 12 besonders vorteilhaft an eine der Leitungen 5 angeschlossen ist, welche in einem Fluidstrom beziehungsweise Hydraulikölstrom zwischen den Ventilen 3, 4 und den Schaltelementen 1, 2 angeordnet sind.
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Eine weitere Situation, in welcher die Nullrail 7 typischerweise leer gelaufen sein wird, ist dann zu erwarten, wenn das Fahrzeug über eine längere Zeit abgestellt war, also nicht betrieben worden ist. In diesem Fall kann das Fahrzeug mit dem entsprechenden Getriebe und der Vorrichtung ebenfalls für ein sehr schnelles und effizientes Schalten vorbereitet werden, in dem die Nullrail 7 bis zu dem entsprechenden Grenzdruck befüllt wird. In der Praxis kann dies beispielsweise so erfolgen, dass die Annäherung an das Fahrzeug einer das Fahrzeug später fahrenden Person erkannt wird, indem die Annäherung eines elektronischen Schlüssels oder beispielsweise eines Smartphones mit einer elektronischen Zugangsberechtigung für das Fahrzeug erkannt wird. Ergänzend oder alternativ dazu kann das Öffnen einer Tür oder im Zweifel auch das Betätigen bzw. Einschalten der Zündung des Fahrzeugs genutzt werden. All diese Maßnahmen legen die Vermutung nahe, dass das Fahrzeug mit dem Getriebe und der Vorrichtung in Kürze gestartet wird. In diesem Fall kann, insbesondere über eine elektrische Ölpumpe, welche häufig als Zusatzölpumpe oder im Falle eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs auch als einzige Ölpumpe vorhanden ist, Druck aufgebaut und in die Nullrail 7 gegeben werden. Dies kann entweder direkt erfolgen oder vorzugsweise wieder in der oben beschriebenen Art, bei welcher eines der Ventile 3, 4 entsprechend betätigt wird, um mittelbar Arbeitsmedium in die Nullrail 7 zu fördern, ohne dabei eines der Schaltelement 1 oder 2 zu betätigen. Nachdem die Nullrail 7 befüllt ist, kann ab dem ersten Schaltvorgang dann bereits außerordentlich schnell und effizient geschaltet werden, ohne dass zuvor ein Befüllen der Leitungen 5 notwendig ist, was zu unerwünschten Schaltverzögerungen in der zeitlichen Größenordnung von einigen 10 ms bis einigen 100 ms führen könnte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015214020 A1 [0002]
