DE102022212242A1

DE102022212242A1 - Hydrauliksystem, Fahrzeug mit dem Hydrauliksystem sowie Verfahren zum Betreiben des Hydrauliksystems

Info

Publication number: DE102022212242A1
Application number: DE102022212242.9A
Authority: DE
Inventors: Rainer Novak
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2024-05-23

Abstract

Es wird ein Hydrauliksystem 1 für eine elektrische Antriebsanordnung 37 eines Fahrzeugs 36, mit einer mechanischen Pumpe 5 sowie mit einer ersten und einer zweiten elektrischen Pumpe 6,7, wobei die mechanische Pumpe 5 sowie die beiden elektrischen Pumpen 6,7 jeweils auf einer Saugseite über eine Saugleitung 8 mit Fluid aus einer Fluidquelle 2 versorgbar sind, wobei die erste elektrische Pumpe 6 auf einer Niederdruckseite über eine Niederdruckleitung 9 unmittelbar mit einer Niederdruckschnittstelle S2 strömungstechnisch verbunden ist und wobei die zweite elektrische Pumpe 7 auf einer Hochdruckseite über eine Hochdruckleitung 10 unmittelbar mit einer Hochdruckschnittstelle S3 strömungstechnisch verbunden ist, vorgeschlagen, wobei das Hydrauliksystem eine Ventileinrichtung 13 aufweist, welche auf einer Druckseite der mechanischen Pumpe 5 angeordnet ist, wobei die mechanische Pumpe 5 über die Ventileinrichtung 13 wahlweise mit der Niederdruckschnittstelle S2 auf der Niederdruckseite oder mit der Hochdruckschnittstelle S3 auf der Hochdruckseite strömungstechnisch verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für eine elektrische Antriebsanordnung eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit dem Hydrauliksystem sowie ein Verfahren zum Betreiben des Hydrauliksystems.
Elektrische Antriebsstränge in Kraftfahrzeugen weisen üblicherweise eine elektrische Antriebsmaschine sowie ein Getriebe auf, welches Drehzahlen und Drehmomente der Antriebsmaschine auf die Fahrzeugräder übersetzt. Im Betrieb muss die Verlustwärme der elektrischen Maschine abgeführt werden sowie die Antriebs- und Getriebekomponenten geschmiert werden. Weiterhin können Schaltelemente, wie z.B. Kupplungen, vorgesehen sein, welche mittels eines Hydraulikaktuators betätigt werden können.
Die gezielte Zuführung von Schmieröl an die betreffenden Schmier- und Kühlstellen kann dabei über ein Niederdrucknetz erfolgen, wohingegen ein Hochdrucknetz zur Versorgung des Hydraulikaktuators dient. Die Bereitstellung des Hydraulikdrucks in dem Niederdrucknetz und dem Hochdrucknetz kann üblicherweise mittels elektrisch angetriebener Pumpen erfolgen. Aus dem Stand der Technik ist auch ein Niederdrucknetz bekannt, welches eine mechanisch angetriebene Hauptpumpe sowie eine von einem Elektromotor elektrisch angetriebene Zusatzpumpe aufweist, wobei die elektrische Zusatzpumpe dann, wenn die Förderleistung der Hauptpumpe nicht ausreicht, zugeschaltet wird, um eine Schmierölversorgung sicherzustellen.
Die Druckschrift CN 107387598 A offenbart ein Fluidversorgungssystem mit einem Hochdruck-Fluidkreislauf und mit einem Niederdruck-Fluidkreislauf. Der Hochdruck-Fluidkreislauf weist eine elektrische Pumpe und einen Energiespeicher auf, welche zur Versorgung einer Kupplung und einer Gangschaltung mit einem Hochdruckvolumenstrom dienen. Der Hochdruckvolumenstrom wird über einen Drucksensor überwacht, um die elektrische Pumpe und den Energiespeicher zu steuern. Die Fluidversorgung des Niederdruck-Fluidkreislaufs besteht hauptsächlich aus einer weiteren elektrischen Pumpe und einer mechanischen Pumpe, welche zur Schmierung und Kühlung einer Kupplung und einer Welle dienen.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Hydrauliksystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches sich durch ein wirkungsgradoptimiertes Betriebsverhalten auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hydrauliksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen und/oder der Beschreibung.
Gegenstand der Erfindung ist ein Hydrauliksystem, welches für eine elektrische Antriebsanordnung eines Fahrzeuges ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere dient das Hydrauliksystem zur Versorgung der Antriebsanordnung mit einem Fluid, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit, besonders bevorzugt ein Öl. Das Hydrauliksystem ist dabei im Wesentlichen in einen Niederdruckkreis und in einen Hochdruckkreis aufgeteilt.
Die Antriebsanordnung dient dazu, ein Antriebsmoment an den Fahrzeugrädern einer elektrischen Achse bereitzustellen, um das Fahrzeug anzutreiben. Bevorzugt weist die Antriebsanordnung eine elektrische Maschine auf, welche zur Erzeugung des Antriebsmoments ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die elektrische Maschine als eine Traktionsmaschine ausgebildet. Die elektrische Maschine weist vorzugsweise einen Rotor und einen Stator auf, wobei der Rotor in einem Betrieb der elektrischen Maschine eine Antriebswelle relativ zu dem Stator um eine Antriebsdrehachse antreibt.
Weiterhin bevorzugt weist die Antriebsanordnung ein Getriebe auf, welches zur Übersetzung des Antriebsmoments auf mindestens oder genau ein Fahrzeugrad des Fahrzeugs ausgebildet und/oder geeignet ist. Hierzu ist elektrische Maschine mit dem Getriebe getriebetechnisch verbunden. Insbesondere ist die Antriebswelle über mindestens oder genau eine Getriebestufe mit einer Abtriebswelle getriebetechnisch verbunden. Die Antriebswelle bildet dabei einen Getriebeeingang und die Abtriebswelle einen Getriebeausgang. Vorzugsweise ist das Getriebe als ein Untersetzungsgetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von Betrag (i) > 1 (auch Übersetzung ins „Langsame“ oder Untersetzung genannt) ausgebildet. Anders formuliert, wird die Drehzahl an der Abtriebswelle gegenüber der Antriebswelle verkleinert und das übertragene Antriebsmoment vergrößert. Beispielsweise ist das Getriebe als ein Stirnradgetriebe ausgebildet.
Das Hydrauliksystem weist eine mechanische Pumpe auf. Insbesondere ist unter einer mechanischen Pumpe eine mechanisch angetriebene Pumpe zu verstehen. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine hierzu mit der mechanischen Pumpe wirkverbunden. Prinzipiell kann die mechanische Pumpe unmittelbar durch die elektrische Maschine angetrieben werden. Alternativ ist die mechanische Pumpe über das Getriebe durch die elektrische Maschine antreibbar, wobei die mechanische Pumpe hierzu getriebetechnisch an das Getriebe angebunden ist. Im Speziellen ist die mechanische Pumpe wahlweise mit der Antriebswelle oder der Abtriebswelle antriebstechnisch verbunden ist. Hierzu kann die mechanische Pumpe, insbesondere eine Ritzelwelle, kämmend mit einer an der Antriebswelle oder an der Abtriebswelle angeordneten Verzahnung in Eingriff stehen. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die mechanische Pumpe mit einem drehfest mit der Antriebswelle verbundenen Antriebsrad oder mit einem drehfest mit der Abtriebswelle verbundenem Abtriebsrad kämmend in Eingriff steht. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die mechanische Pumpe mit einer/einem zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad angeordneten Zwischenwelle oder Zwischenrad kämmend in Eingriff steht.
Weiterhin weist das Hydrauliksystem eine erste und eine zweite elektrische Pumpe auf. Insbesondere sind die erste und die zweite elektrische Pumpe jeweils als eine elektrisch angetriebene Pumpe zu verstehen. Bevorzugt sind die erste und die zweite elektrische Pumpe durch mindestens einen Elektromotor antreibbar, sodass die beiden elektrischen Pumpen unabhängig von der elektrischen Maschine bzw. der mechanischen Pumpe antreibbar sind. Prinzipiell sind die erste und die zweite elektrische Pumpe durch jeweils einen separaten Elektromotor unabhängig voneinander antreibbar. Alternativ sind die beiden elektrischen Pumpen durch einen gemeinsamen Elektromotor antreibbar. Hierzu können die beiden elektrischen Pumpen über eine gemeinsame Pumpenwelle durch den Elektromotor angetrieben werden. Der Elektromotor treibt dabei über die Pumpenwelle sowohl die erste elektrische Pumpe als auch die zweite elektrische Pumpe wahlweise in einer ersten Drehrichtung oder in einer zweiten Drehrichtung, die entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung gerichtet ist, an. Insbesondere weisen die beiden elektrischen Pumpen ein unterschiedliches Verdrängungsvolumen auf. Somit kann die größere Pumpe bei gegebener Drehzahl einen größeren Volumenstrom fördern als die kleinere Pumpe. Der Hochdruckkreis fordert insbesondere ein höheres Druckniveau und einen geringeren Volumenstrom (Hochdruckvolumenstrom) an als der Niederdruckkreis (Niederdruckvolumenstrom). Beispielsweise ist vorgesehen, dass die erste elektrische Pumpe dazu eingerichtet ist, bei einem Antrieb der Pumpenwelle in der ersten Drehrichtung Fluid in den Niederdruckkreis zu fördern. Wenn die Pumpenwelle hingegen in der zweiten Drehrichtung angetrieben wird, dann ist die zweite Pumpe dazu eingerichtet, Fluid in den Hochdruckkreis zu fördern.
Die mechanische Pumpe sowie die beiden elektrischen Pumpen sind jeweils auf einer Saugseite über eine Saugleitung mit Fluid aus einer Fluidquelle versorgbar. Vorzugsweise sind die mechanische Pumpe und die beiden elektrischen Pumpen über eine gemeinsame Saugleitung an die Fluidquelle angeschlossen. Alternativ können die mechanische Pumpe und/oder die erste und die zweite elektrische Pumpe jedoch auch über jeweils eine separate Saugleitung mit der Fluidquelle verbunden sein. Die Fluidquelle kann als ein Ölspeicher, zum Beispiel ein Öltank, oder als ein Ölsumpf ausgebildet sein.
Die elektrische Pumpe ist auf einer Niederdruckseite über eine Niederdruckleitung unmittelbar mit einer Niederdruckschnittstelle strömungstechnisch verbunden. Insbesondere ist die erste elektrische Pumpe ausgebildet, einen Niederdruckvolumenstrom zur Fluidversorgung der Niederdruckschnittstelle zu erzeugen. Vorzugsweise verläuft der Niederdruckvolumenstrom von der ersten elektrischen Pumpe über die Niederdruckleitung unmittelbar zu der Niederdruckschnittstelle. Vorzugsweise dient die Niederdruckschnittstelle zur Anbindung an den Niederdruckkreis, welcher zur Schmierung und/oder Kühlung von Bauteilen der Antriebsanordnung, insbesondere der elektrischen Maschine und/oder des Getriebes, dient.
Die zweite elektrische Pumpe ist auf einer Hochdruckseite über eine Hochdruckleitung unmittelbar mit einer Hochdruckschnittstelle strömungstechnisch verbunden. Insbesondere ist die zweite elektrische Pumpe ausgebildet, einen Hochdruckvolumenstrom zur Fluidversorgung der Hochdruckschnittstelle zu erzeugen. Vorzugsweise verläuft der Hochdruckvolumenstrom von der ersten elektrischen Pumpe über die Hochdruckleitung unmittelbar zu der Hochdruckschnittstelle. Vorzugsweise dient die Hochdruckschnittstelle zur Anbindung an den Hochdruckkreis, welcher zur Versorgung mindestens oder genau eines Hydraulikaktuators der Antriebsanordnung dient. Besonders bevorzugt verlaufen der Niederdruckvolumenstrom und der Hochdruckvolumenstrom parallel und/oder getrennt zueinander. Im Speziellen weist der Hochdruckvolumenstrom einen höheren Fluiddruck als der Niederdruckvolumenstrom auf.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Hydrauliksystem eine Ventileinrichtung aufweist, welche auf einer Druckseite der mechanischen Pumpe angeordnet ist. Die Ventileinrichtung ist dabei ausgebildet, die mechanische Pumpe wahlweise mit der Niederdruckschnittstelle auf der Niederdruckseite oder mit der Hochdruckschnittstelle auf der Hochdruckseite strömungstechnisch zu verbinden. Hierzu ist die Ventileinrichtung über eine weitere Niederdruckleitung mit der Niederdruckschnittstelle strömungstechnisch verbunden und über eine weitere Hochdruckleitung mit der Hochdruckschnittstelle strömungstechnisch verbunden. Insbesondere ist die mechanische Pumpe ausgebildet, in Abhängigkeit einer Ventilstellung der Ventileinrichtung einen Niederdruckvolumenstrom zur Fluidversorgung der Niederdruckschnittstelle oder einen Hochdruckvolumenstrom zur Fluidversorgung der Hochdruckschnittstelle zu erzeugen. Bevorzugt ist die mechanische Pumpe ausgebildet, einen Hauptvolumenstrom zur Fluidversorgung der Hochdruck- bzw. Niederdruckschnittstelle zu erzeugen, wobei die jeweils entsprechende elektrische Pumpe nur dann zugeschaltet wird, wenn die Förderleistung der mechanischen Pumpe nicht ausreicht. Besonders bevorzugt ist die Ventileinrichtung dabei hydraulisch, vorzugsweise durch einen Förderdruck der zweiten elektrischen Pumpe, betätigbar.
Es wird somit ein Hydrauliksystem vorgeschlagen, bei dem die mechanische Pumpe je nach Betriebspunktanforderung entweder den Niederdruckkreis oder den Hochdruckkreis mit dem Fluid versorgen kann. Es wird somit ein Hydrauliksystem mit einem Niederdruck- und einen Hochdruckkreis vorgeschlagen, welches überwiegend, insbesondere bei geringen Förderleistungen, durch die mechanische Pumpe versorgt wird. Dadurch ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades des gesamten Hydrauliksystems, was sich in einer deutlichen Effizienzsteigerung der gesamten Antriebsanordnung bemerkbar macht.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die mechanische Pumpe in einer Grundstellung der Ventileinrichtung strömungstechnisch mit der Niederdruckschnittstelle verbunden ist und in einer Betätigungsstellung der Ventileinrichtung strömungstechnisch mit der Hochdruckschnittstelle verbunden ist. Anders formuliert, ist in der Grundstellung ein Durchfluss durch die Ventileinrichtung von der Saugseite zu der Niederdruckseite freigegeben und von der Saugseite zu der Hochdruckseite gesperrt. Entsprechend ist in der Betätigungsstellung ein Durchfluss durch die Ventileinrichtung von der Saugseite zu der Hochdruckseite freigegeben und von der Saugseite zu der Niederdruckseite gesperrt. Bevorzugt weist die Ventileinrichtung einen Steuerkolben auf, welcher zwischen der Grundstellung und der Betätigungsstellung bewegbar ist. Vorzugsweise weist die Ventileinrichtung eine Rückstellfeder auf, welche ausgebildet ist, den Steuerkolben selbsttätig von der Betätigungsstellung in die Grundstellung zurückzustellen bzw. in der Grundstellung zu halten. Besonders bevorzugt ist der Steuerkolben bei einer Betätigung der Ventileinrichtung hydraulisch, insbesondere basierend auf dem Förderdruck der zweiten elektrischen Pumpe, von der Grundstellung in die Betätigungsstellung verstellbar. Es wird somit eine Ventileinrichtung vorgeschlagen, welche bei einem konstanten Betrieb, beispielsweise bei einem Fahrbetrieb, die Fluidversorgung der Niederdruckschnittstelle durch die mechanische Pumpe besonders energieeffizient bzw. ohne Aufbringen von elektrischer Energie sicherstellt.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass das Hydrauliksystem ein Vorsteuerventil aufweist, welches einerseits mit der zweiten elektrischen Pumpe und andererseits mit der Ventileinrichtung hydraulisch verbunden ist. Dabei ist das Vorsteuerventil ausgebildet, die Ventileinrichtung in Abhängigkeit eines Fluiddruckes auf der Hochdruckseite von der Grundstellung in die Betätigungsstellung umzuschalten. Insbesondere ist das Vorsteuerventil ausgebildet, einen Vorsteuervolumenstrom zu steuern, welcher von der Hochdruckleitung zu der Ventileinrichtung verläuft. Vorzugsweise dient der Vorsteuervolumenstrom dazu, einen Vorsteuerdruck in einer Vorsteuerkammer der Ventileinrichtung zu erzeugen, wobei der Steuerkolben auf Basis des Vorsteuerdruckes von der Grundstellung in die Betätigungsstellung überführt wird. Besonders bevorzugt ist das Vorsteuerventil in eine Vorsteuerleitung eingebunden, welche die Hochdruckleitung mit der Vorsteuerkammer strömungstechnisch verbindet. Bei einer Betätigung des Vorsteuerventils wird durch den Steuervolumenstrom in der Vorsteuerkammer der Vorsteuerdruck erzeugt bzw. erhöht, welcher auf den Steuerkolben einwirkt, um den Steuerkolben von der Grundstellung in die Betätigungsstellung zu überführen. Besonders bevorzugt ist das Vorsteuerventil elektromagnetisch betätigbar. Folglich muss in vielen Betriebszuständen in denen die mechanische Pumpe einen ausreichenden Hochdruckvolumenstrom für die Hochdruckschnittstelle liefert, die zweite elektrische Pumpe nicht betrieben werden, da die Hochdruckschnittstelle nach dem Umschalten der Ventileinrichtung in die Betätigungsstellung ausschließlich über die mechanische Pumpe versorgt werden kann.
In einer weiteren konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Übermenge an Fluid auf der Niederdruckseite über eine Saugaufladungsleitung zumindest in einen Ansaugbereich der mechanischen Pumpe förderbar ist, um einen Fluiddruck an der Niederdruckschnittstelle auf einem konstanten Druckniveau zu halten. Optional kann vorgesehen sein, dass die Übermenge an Fluid in einen Ansaugbereich der ersten und/oder zweiten elektrischen Pumpe förderbar ist. Anders formuliert, dient die Saugaufladungsleitung zur Rückführung von überschüssigen Fluid von der Niederdruckseite auf die Saugseite, um bevorzugt eine Saugaufladung der mechanischen Pumpe und optional der ersten und/oder zweiten elektrischen Pumpe zu realisieren. Unter einer Saugaufladung ist eine Rückführung des Volumenstroms von der Niederdruckseite zu der Saugseite zu verstehen, um in dem Ansaugbereich einen Fluiddruck zu erzeugen. Bevorzugt liegt in dem Ansaugbereich der Förderdruck der elektrischen bzw. mechanischen Pumpe als der Fluiddruck an. Vorzugsweise ist die Saugaufladungsleitung hierzu unmittelbar in ein Pumpengehäuse der mechanischen bzw. elektrischen Pumpe geführt. Alternativ kann die Saugaufladungsleitung jedoch auch unmittelbar vor der elektrischen bzw. mechanischen Pumpe in die jeweilige Saugleitung eingebunden sein. Besonders bevorzugt ist in der Saugaufladungsleitung ein Überdruckventil angeordnet, wobei das Überdruckventil ausgebildet ist, die in den Ansaugbereich förderbare Übermenge in Abhängigkeit eines Maximaldrucks auf der Niederdruckseite einzustellen. Durch die Abführung der Übermenge an Fluid kann eine bedarfsgerechte Fluidversorgung des Niederdruckkreises sichergestellt werden, wobei zugleich die abgeführte Übermenge zur Verbesserung des Pumpenwirkungsgrades durch eine Saugaufladung der mechanischen und gegebenenfalls der elektrischen Pumpen genutzt werden kann. Dadurch ergibt sich zum einen eine Verbesserung des Wirkungsgrades der elektrischen Maschine bzw. des Getriebes sowie eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Pumpen.
In einer weiteren konkreten Ausführung ist vorgesehen, dass das Hydrauliksystem eine weitere Ventileinrichtung aufweist, welche auf der Hochdruckseite der zweiten elektrischen Pumpe angeordnet ist. Dabei ist die weitere Ventileinrichtung ausgebildet, die Hochdruckseite, insbesondere in Abhängigkeit eines Fluiddrucks, mit der Niederdruckseite strömungstechnisch zu verbinden. Hierzu ist die weitere Ventileinrichtung eingangsseitig an die Hochdruckleitung und ausgangsseitig an die Niederdruckleitung strömungstechnisch angebunden. Vorzugsweise dient die weitere Ventileinrichtung dazu, ein an der Hochdruckschnittstelle anliegendes Druckniveau einzustellen und/oder konstant zu halten. Besonders bevorzugt ist die weitere Ventileinrichtung in Abhängigkeit eines Fluiddruckes auf der Hochdruckseite betätigbar. Vereinfacht gesagt, wird die weitere Ventileinrichtung betätigt, wenn ein an der weiteren Ventileinrichtung eingestellter Fluiddruck erreicht bzw. überschritten wird. Durch die weitere Ventileinrichtung kann somit ein überschüssiger Volumenstrom auf der Hochdruckseite in einfacher Weise auf die Niederdruckseite umgelenkt werden. Bevorzugt kann dieser überschüssige Volumenstrom zur Versorgung der Niederdruckschnittstelle verwendet werden, sodass insbesondere im Betrieb des Hochdruckkreises die Effizienz des Hydrauliksystems weiter verbessert wird.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass in einer Freigabestellung der weiteren Ventileinrichtung eine Übermenge an Fluid auf der Hochdruckdruckseite über die weitere Ventileinrichtung auf die Niederdruckseite zu der Niederdruckschnittstelle förderbar ist, um einen Fluiddruck an der Hochdruckschnittstelle auf einem konstanten Niveau zu halten und/oder einzustellen. Insbesondere ist in einer Schließstellung der weiteren Ventileinrichtung ein Durchfluss durch die weitere Ventileinrichtung von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite solange gesperrt bis ein festgelegter Fluiddruck auf der Hochdruckseite erreicht wird. Bevorzugt weist die weitere Ventileinrichtung hierzu einen weiteren Steuerkolben auf, welcher zwischen der Schließstellung und der Freigabestellung bewegbar ist. Vorzugsweise weist die weitere Ventileinrichtung eine weitere Rückstellfeder auf, welche ausgebildet ist, den weiteren Steuerkolben von der Freigabestellung in die Schließstellung zurückzustellen bzw. in der Schließstellung zu halten. Besonders bevorzugt ist der weitere Steuerkolben bei Erreichen des festgelegten Fluiddrucks selbsttätig von der Schließstellung in die Freigabestellung überführbar. Es wird somit eine weitere Ventileinrichtung vorgeschlagen, welche in einfacher und kostengünstiger Weise einen Fluiddruck an der Hochdruckschnittstelle steuert.
In einer konkreten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Hydrauliksystem ein weiteres Vorsteuerventil aufweist, welches einerseits mit der zweiten elektrischen Pumpe und andererseits mit der weiteren Ventileinrichtung hydraulisch verbunden ist. Dabei ist das weitere Vorsteuerventil ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Fluiddrucks auf der Hochdruckseite, insbesondere in Abhängigkeit eines Förderdruckes der mechanischen Pumpe und/oder der zweiten elektrischen Pumpe, einen Gegendruck in der weiteren Ventileinrichtung zu erzeugen, um den Fluiddruck an der Hochdruckschnittstelle einzustellen. Insbesondere ist das weitere Vorsteuerventil ausgebildet, einen weiteren Vorsteuervolumenstrom zu steuern, welcher von der Hochdruckleitung zu der weiteren Ventileinrichtung verläuft. Vorzugsweise dient der weitere Vorsteuervolumenstrom dazu, einen Vorsteuerdruck zur Bildung bzw. Mitbildung des Gegendruckes in einer weiteren Vorsteuerkammer der Ventileinrichtung zu erzeugen, wobei der weitere Steuerkolben auf Basis des Gegendruckes eine Überführung in die Freigabestellung kontrolliert. Besonders bevorzugt ist das weitere Vorsteuerventil in eine weitere Vorsteuerleitung eingebunden, welche die Hochdruckleitung mit der weiteren Vorsteuerkammer strömungstechnisch verbindet. Bei einer Betätigung des weiteren Vorsteuerventils wird in der weiteren Vorsteuerkammer durch den weiteren Steuervolumenstrom der weitere Vorsteuerdruck bzw. der Gegendruck erzeugt, welcher auf den weiteren Steuerkolben einwirkt, um den weiteren Steuerkolben bis zu dem festgelegten Fluiddruck in der Schließstellung zu halten. Besonders bevorzugt ist das weitere Vorsteuerventil elektromagnetisch betätigbar. Es wird somit ein Hydrauliksystem vorgeschlagen, bei dem der Fluiddruck an der Hochdruckschnittstelle in einfacher Weise eingestellt werden kann, wobei zugleich die Übermenge an Fluid auf der Hochdruckseite für die Versorgung der Niederdruckschnittstelle verwendet werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Ventileinrichtung als ein vorgesteuertes Wegeventil ausgebildet ist. Alternativ oder optional ergänzend ist vorgesehen, dass die weitere Ventileinrichtung als ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist. Insbesondere ist unter einem vorgesteuerten Wegeventil bzw. einem vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil ein Ventil zu verstehen, bei dem die vorhandene Druckenergie im Hydrauliksystem genutzt wird, um das Ventil zu betätigen und/oder zu beeinflussen. Vorzugsweise ist das vorgesteuerte Wegeventil als ein 3/2 Wegeventil ausgebildet. Vorzugsweise ist das vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil als ein 2/2 Wegeventil ausgebildet. Es wird somit eine Ventileinrichtung bzw. weitere Ventileinrichtung vorgeschlagen, welche zum Einsatz in einem Hydrauliksystem mit hohen Fluiddrücken, insbesondere auf der Hochdruckseite, geeignet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Hydrauliksystem einen Fluidverteiler aufweist, welche zur gezielten Zuführung von Fluid an mindestens zwei unterschiedliche Schmier- und/oder Kühlstellen der Antriebsanordnung ausgestaltet und/oder geeignet ist. Dabei ist die Niederdruckschnittstelle über eine Verbindungsleitung mit dem Fluidverteiler verbunden. Insbesondere ist der Fluidverteiler als ein passives Verteilernetz ausgebildet, welches Fluid über mehrere Fluidauslässe, insbesondere Spritzblenden, zu den Schmier- und/oder Kühlstellen zuführt. Insbesondere ist jeweils mindestens oder genau ein Fluidauslass in Richtung einer der Schmier- und/oder Kühlstellen gerichtet. Beispielsweise kann der Fluidverteiler mehr als zwei, vorzugsweise mehr als vier, im Speziellen mehr als acht der Fluidauslässe aufweisen. Im Speziellen ist mindestens eine der Schmier- und/oder Kühlstellen an der elektrischen Maschine und/oder mindestens eine der Schmier- und/oder Kühlstellen an dem Getriebe vorgesehen. Es wird somit ein Hydrauliksystem vorgeschlagen, welches sich durch eine effiziente, insbesondere gezielte, Fluidzuführung auszeichnet.
In einer konkreten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Niederdruckleitung mit einem Wärmetauscher thermisch gekoppelt ist, um dem von der Niederdruckschnittstelle zu dem Fluidverteiler verlaufenden Niederdruckvolumenstrom Wärme zu entziehen. Insbesondere ist der Wärmetauscher an einen Kühlkreis angeschlossen, wobei über den Wärmetauscher ein Austausch von Wärme zwischen dem Niederdruckkreis und dem Kühlkreis erfolgt. Bevorzugt dient der Wärmetauscher dazu, thermische Energie von dem Niederdruckkreis mit höherer Temperatur auf den Kühlkreis mit niedriger Temperatur zu übertragen. Insbesondere sind der Niederdruckkreis und der Kühlkreis hierzu über den Wärmetauscher abschnittsweise thermisch miteinander gekoppelt. Vorzugsweise ist durch den Wärmetauscher eine indirekte Wärmeübertragung zwischen dem Niederdruckkreis und dem Kühlkreis realisiert. Anders formuliert, ist der Wärmetauscher als ein sogenannter Rekuperator ausgebildet. Es wird somit ein Hydrauliksystem vorgeschlagen, welches sich durch eine einfache Anbindung des Niederdruckkreises an einen Kühlkreis auszeichnet.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass das Hydrauliksystem einen Hydraulikaktuator aufweist, welcher zur Betätigung mindestens oder genau eines Schaltelements der Antriebsanordnung ausgebildet und/oder geeignet ist, wobei die Hochdruckschnittstelle über eine weitere Verbindungsleitung mit dem Hydraulikaktuator verbunden ist. Vorzugsweise ist der Hydraulikaktuator ausgebildet, eine mechanische Bewegung basierend auf dem Fluiddruck an der Hochdruckschnittelle zu erzeugen. Insbesondere ist das Schaltelement als eine reibschlüssige und/oder formschlüssig Kupplung ausgebildet. Beispielsweise bildet das Schaltelement einen integralen Bestandteil eines Getriebes, z.B. ein Doppelkupplungsgetriebe, und/oder einer Parksperre oder dergleichen. Es wird somit ein Hydrauliksystem vorgeschlagen, welches zur Ansteuerung von ein oder mehreren Schaltelementen der Antriebsanordnung mit möglichst geringen hydraulischen Verlusten ausgelegt ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit dem Hydrauliksystem, wie dieses bereits zuvor beschrieben wurde. Vorzugsweise ist das Fahrzeug als ein Elektrofahrzeug ausgebildet. Besonders bevorzugt bildet die Antriebsanordnung eine elektrische Achse des Fahrzeuges, welche wahlweise eine Vorder- oder Hinterachse des Fahrzeugs bilden kann.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben des Hydrauliksystems, wie dieses bereits zuvor beschrieben wurde, bei dem:

- in einem Betrieb der Antriebsanordnung zumindest die mechanische Pumpe angetrieben wird, um Fluid aus der Fluidquelle wahlweise an die Niederdruckschnittstelle oder die Hochdruckschnittstelle zu fördern;
- in einem Sonderbetrieb oder in einem Stillstand der Antriebsanordnung die erste elektrische Pumpe angetrieben wird, um Fluid aus der Fluidquelle an die Niederdruckschnittstelle zu fördern, und/oder die zweite elektrische Pumpe angetrieben wird, um Fluid aus der Fluidquelle an die Hochdruckschnittstelle zu fördern.

Insbesondere wird die Niederdruckschnittstelle oder die Hochdruckschnittstelle im Betrieb der Antriebsanordnung, vorzugsweise in einem Fahrbetrieb, im Speziellen bei einer Konstantfahrt, grundsätzlich durch die mechanische Pumpe mit Fluid versorgt. Insbesondere wird die Niederdruckschnittstelle oder die Hochdruckschnittstelle in dem Sonderbetrieb, wie z.B. ein Stillstandbetrieb und/oder ein Startbetrieb und/oder ein Rückwärtsbetrieb der elektrischen Maschine, oder beim Stillstand der Antriebsanordnung bedarfsgerecht durch die jeweilige elektrische Pumpe versorgt. Bevorzugt wird die erste oder die zweite elektrische Pumpe zugeschaltet, wenn die Förderleistung der mechanischen Pumpe nicht ausreicht, um einen minimalen Fluiddruck an der Niederdruckschnittstelle bzw. der Hochdruckschnittstelle sicherzustellen. Insbesondere ist vorgesehen, dass im Stillstand der Antriebsanordnung, vorzugsweise bei einem Stillstand der elektrischen Maschine, die Versorgung der Niederdruckschnittstelle oder der Hochdruckschnittstelle durch die erste bzw. zweite elektrische Pumpe sichergestellt wird.
Unter einem Stillstandbetrieb ist hingegen ein Betrieb der elektrischen Maschine bei einem Fahrzeugstillstand zu verstehen, wobei die elektrische Maschine mit einer Leerlaufdrehzahl betrieben wird, um beispielsweise elektrische Verbraucher, wie zum Beispiel Klimaanlage, Lichtmaschine, Sitzheizung oder dergleichen, mit elektrischer Energie zu versorgen. Insbesondere dient die erste bzw. zweite elektrische Pumpe in dem Stillstandbetrieb dazu, die aufgrund der geringen Drehzahl reduzierte Förderleistung der mechanischen Pumpe durch eine zusätzliche Fluidzufuhr zu kompensieren.
Alternativ oder optional ergänzend ist vorgesehen, dass in einem Startbetrieb der elektrischen Maschine die Fluidzufuhr an der Niederdruck- und/oder der Hochdruckschnittstelle ausschließlich oder größtenteils durch die jeweilige elektrische Pumpe umgesetzt wird. Insbesondere ist unter einem Startbetrieb ein Betrieb der elektrischen Maschine bei einem Fahrzeugstillstand zu verstehen, wobei die elektrische Maschine gestartet wird. Insbesondere kann die erste elektrische Pumpe in einem festgelegten Zeitraum vor und/oder während des Startvorgangs der elektrischen Maschine die Schmier- und/oder Kühlstellen mit ausreichend Fluid versorgen, um einen Trockenlauf der Antriebs- bzw. Getriebekomponenten zu verhindern bzw. zu reduzieren. Alternativ oder optional ergänzend kann die zweite elektrische Pumpe in einem festgelegten Zeitraum vor und/oder während des Startvorgangs der elektrischen Maschine einen Fluiddruck auf der Hochdruckseite aufbauen, um die Funktionsfähigkeit des Hydraulikaktuators sicherzustellen.
Alternativ oder optional ergänzend ist vorgesehen, dass in einem Rückwärtsbetrieb der elektrischen Maschine die Fluidzufuhr an der Niederdruck- und/oder der Hochdruckschnittstelle ausschließlich oder größtenteils durch die jeweilige elektrische Pumpe umgesetzt wird. Insbesondere ist unter einem Rückwärtsbetrieb ein Betrieb der elektrischen Maschine bei einer Rückwärtsfahrt zu verstehen, wobei die elektrische Maschine bzw. die Antriebswelle in der Gegendrehrichtung angetrieben wird. Insbesondere dient die erste bzw. die zweite elektrische Pumpe in dem Rückwärtsbetrieb dazu, die aufgrund der geänderten Drehrichtung veränderte Förderwirkung der mechanischen Pumpe durch eine zusätzliche Fluidzufuhr zu kompensieren.
In einer konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass die Ventileinrichtung in einem Fahrbetrieb der Antriebsanordnung in die Grundstellung geschaltet wird, sodass die Niederdruckschnittstelle ausschließlich oder größtenteils durch die mechanische Pumpe mit Fluid versorgt wird. Somit kann die Fluidversorgung im Fahrbetrieb, insbesondere bei einer Förderstromanforderung an der Niederdruckschnittstelle und ohne Förderstromanforderung an der Hochdruckschnittstelle, ohne Betätigung der Ventileinrichtung vollständig oder größtenteils durch die mechanische Pumpe sichergestellt werden. Dabei wird in dem Fahrbetrieb die erste elektrische Pumpe nur dann zugeschaltet, um einen fehlenden Volumenstrom der mechanischen Pumpe auszugleichen.
In einem Schaltbetrieb der Antriebsanordnung wird die Ventileinrichtung in die Betätigungsstellung geschaltet, sodass die Hochdruckschnittstelle ausschließlich oder größtenteils durch die mechanische Pumpe mit Fluid versorgt wird. Insbesondere wird bei einem Wechsel von dem Fahrbetrieb in den Schaltbetrieb der Vorsteuerdruck durch eine Betätigung des Vorsteuerventils erzeugt, sodass der Steuerkolben der Ventileinrichtung von der Grundstellung in die Betätigungsstellung überführt wird. Die mechanische Pumpe versorgt somit nicht mehr die Niederdruckschnittstelle, sondern die Hochdruckschnittstelle mit dem Fluid. Optional kann dabei zumindest die erste elektrische Maschine zugeschaltet werden, um den fehlenden Niederdruckvolumenstrom an Niederdruckschnittstelle zu erzeugen. Folglich kann in den Betriebszuständen, in denen die mechanische Pumpe einen ausreichenden Hochdruckvolumenstrom liefert, die zweite elektrische Pumpe nach dem Umschalten der Ventileinrichtung unbetätigt bleiben, da die Hochdruckschnittstelle über die mechanische Pumpe versorgt wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Hydrauliksystems als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit dem Hydrauliksystem.

1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung ein Hydrauliksystem 1, welches zur Fluidversorgung einer elektrischen Antriebsanordnung, insbesondere einer elektrischen Achse eines Fahrzeugs dient. Das Hydrauliksystem 1 weist eine Versorgungsschnittstelle S1 zum Anschluss an eine Fluidquelle 2, eine Niederdruckschnittstelle S2 zum Anschluss an einen Niederdruckkreis 3 sowie eine Hochdruckschnittstelle S3 zum Anschluss an einen Hochdruckkreis 4 auf.
Das Hydrauliksystem 1 weist eine mechanische Pumpe 5 sowie eine erste und eine zweite elektrische Pumpe 6, 7 auf, welche zur Versorgung des Nieder- und des Hochdruckkreises 3, 4 mit Fluid aus der Fluidquelle 2 dienen. Hierzu sind die mechanische Pumpe 5 sowie die beiden elektrischen Pumpen 6, 7 auf einer Saugseite über eine gemeinsame Saugleitung 8 fluidtechnisch an die Versorgungsschnittstelle S1 angeschlossen. Weiterhin ist die erste elektrische Pumpe 6 auf einer Druckseite über eine Niederdruckleitung 9 fluidtechnisch an die Niederdruckschnittstelle S2 angeschlossen und die zweite elektrische Pumpe 7 auf einer Druckseite über eine Hochdruckleitung 10 fluidtechnisch an die Hochdruckschnittstelle S3 angeschlossen. Beispielsweise ist das Fluid ein Kühl- und Schmieröl.
Die erste und die zweite elektrische Pumpe 6, 7 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über eine gemeinsame Pumpenwelle 11 antreibbar, welche mit einem Elektromotor 12 antriebstechnisch gekoppelt ist. In einem Betrieb des Elektromotors 12 erzeugen die beiden elektrischen Pumpen 6, 7 somit gleichzeitig einen Volumenstrom. Die erste elektrische Pumpe 6 erzeugt dabei einen Niederdruckvolumenstrom, welcher von der Fluidquelle 2 über die Niederdruckleitung 9 zu der Niederdruckschnittstelle S2 verläuft, um den Niederdruckkreis 3 mit dem Fluid zu versorgen. Die zweite elektrische Pumpe 7 erzeugt dabei einen Hochdruckvolumenstrom, welcher von der Fluidquelle 2 über die Hochdruckleitung 10 zu der Hochdruckschnittstelle S3 verläuft, um den Hochdruckkreis 4 mit dem Fluid zu versorgen. Der Hochdruckvolumenstrom weist hierbei einen deutlich größeren Fluiddruck als der Niederdruckvolumenstrom auf.
Die mechanische Pumpe 5 kann beispielsweise getriebetechnisch mit einer elektrischen Maschine oder einem Getriebe, beispielsweise einer Antriebs - oder Abtriebswelle, der Antriebsanordnung - nicht dargestellt - verbunden sein, wodurch die mechanische Pumpe 5 in einem Betrieb der Antriebsanordnung, insbesondere der elektrischen Maschine, angetrieben wird.
Das Hydrauliksystem 1 weist eine Ventileinrichtung 13 auf, welche auf einer Druckseite der mechanischen Pumpe 5 angeordnet ist. Die Ventileinrichtung 13 ist dabei eingangsseitig mit der mechanischen Pumpe 5 und ausgangseitig über eine weitere Niederdruckleitung 14 mit der Niederdruckschnittstelle S2 sowie über eine weitere Hochdruckleitung 15 mit der Hochdruckschnittstelle S3 fluidtechnisch verbunden. Die Ventileinrichtung 13 ist dabei ausgebildet, die mechanische Pumpe 5 in Abhängigkeit eines Betriebszustandes der Antriebsanordnung wahlweise mit der Niederdruckschnittstelle S2 oder der Hochdruckschnittstelle S3 strömungstechnisch zu verbinden. Hierzu ist die Ventileinrichtung 13 zwischen einer Grundstellung A1 und einer Betätigungsstellung B1 umschaltbar, wobei in der Grundstellung A1 ein Durchfluss in Richtung der Niederdruckschnittstelle S2 freigeben ist und in der Betätigungsstellung B1 ein Durchfluss in Richtung der Hochdruckschnittstelle S3 freigegeben ist. Anders formuliert, erzeugt die mechanische Pumpe 5 bei einem Betrieb der Antriebsanordnung in der Grundstellung A1 der Ventileinrichtung 13 einen Niederdruckvolumenstrom, welcher von der Fluidquelle 2 über die weitere Niederdruckleitung 14 zu der Niederdruckschnittstelle S2 verläuft, um den Niederdruckkreis 3 mit dem Fluid zu versorgen, und in der Betätigungsstellung B1 der Ventileinrichtung 13 einen Hochdruckvolumenstrom, welcher von der Fluidquelle 2 über die weitere Hochdruckleitung 15 zu der Hochdruckschnittstelle S3 verläuft, um den Hochdruckkreis 4 mit dem Fluid zu versorgen.
Die Ventileinrichtung 13 weist einen Steuerkolben 16 auf, welcher zwischen der Grundstellung A1 und der Betätigungsstellung B1 verstellbar ist, um den Durchfluss durch die Ventileinrichtung 13 zu steuern. Die Ventileinrichtung 13 ist dabei als ein vorgesteuertes Wegeventil ausgebildet, welches durch ein Vorsteuerventil 17 hydraulisch von der Grundstellung A1 in die Betätigungsstellung B1 umschaltbar ist. Hierzu ist das Vorsteuerventil 17 in eine Vorsteuerleitung 18 eingebunden, welche die Hochdruckleitung 10 fluidtechnisch mit einer Vorsteuerkammer 19 der Ventileinrichtung 13 verbindet. Beispielsweise ist das Vorsteuerventil 17 elektromagnetisch betätigbar.
In einem Betrieb der zweiten elektrischen Pumpe 7 kann die Vorsteuerkammer 19 durch eine Betätigung des Vorsteuerventils 17 mit einem Vorsteuerdruck beaufschlagt werden, um den Steuerkolben 16 von der Grundstellung A1 in die Betätigungsstellung B1 zu überführen. Die Ventileinrichtung 13 weist zudem eine Rückstellfeder 20 auf, welche den Steuerkolben 16 in Richtung der Grundstellung A1 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt, sodass der Steuerkolben 16 bei Unterschreiten eines festgelegten Vorsteuerdrucks in der Vorsteuerkammer 19 selbsttätig in die Grundstellung A1 zurückgestellt bzw. gehalten wird.
Die elektrischen Pumpen 6, 7 haben im Vergleich zu der mechanischen Pumpe 5 einen schlechteren Wirkungsgrad. Bei stationären Betriebszuständen der elektrischen Maschine, zum Beispiel bei längeren Fahrzeiten des Fahrzeugs, würden die erste bzw. zweite elektrische Pumpe 6, 7 sehr lange in ungünstigen Wirkungsgradpunkten betrieben werden. Die Fluidversorgung der Niederdruckschnittstelle S2 und der Hochdruckschnittstelle S3 soll daher in möglichst vielen Betriebszuständen der elektrischen Maschine ausschließlich oder größtenteils durch die mechanische Pumpe 5 erfolgen. Die elektrischen Pumpen 6, 7 müssen somit nur noch in wenigen Betriebszuständen, wie zum Beispiel bei stillstehendem Fahrzeug oder bei Belastungsniveaus die das Niveau der mechanischen Pumpe 5 überschreiten, zugeschaltet werden.
Die mechanische Pumpe 5 wird dabei derart ausgelegt, dass die mechanische Pumpe 5 in möglichst vielen Betriebszuständen die alleinige Fluidversorgung der Niederdruck- oder Hochdruckschnittstelle S2, S3 sicherstellen kann. Dies hat zur Folge, dass die mechanische Pumpe 5 mengenmäßig zu groß ausgelegt ist, wodurch Betriebszustände existieren, bei der die mechanische Pumpe zu viel Fluid fördert. Die Umwälzgeschwindigkeiten der mechanischen Pumpe 4 werden beispielsweise bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten bzw. Antriebsdrehzahlen höher sein als dies notwendig wäre.
Es wird daher vorgesehen, die Niederdruckseite und die Saugseite über eine Saugaufladungsleitung 21 strömungstechnisch miteinander zu verbinden, um eine Übermenge an Schmiermittel von der Niederdruckseite auf die Saugseite abzuführen. In der gezeigten Ausführung ist die Saugaufladungsleitung 21 hierzu auf der Niederdruckseite mit der Niederdruckleitung 9 und auf der Saugseite mit der Saugleitung 8 strömungstechnisch verbunden. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Saugaufladungsleitung 21 jeweils in einem Ansaugbereich 22 der mechanischen Pumpe 5 bzw. der ersten und zweiten elektrischen Pumpe 5, 7 mündet. Durch die Rückführung der überschüssigen Fluidmenge kann eine Saugaufladung des Ansaugbereichs 22 erfolgen, wobei hierzu in dem Ansaugbereich 22 ein Fluiddruck erzeugt wird, welcher zumindest annähernd oder gleich dem Förderdruck der jeweiligen Pumpe 5, 6, 7 ist. Dadurch kann der Wirkungsgrad der jeweiligen Pumpe 5, 6, 7 deutlich verbessert werden.
Weiterhin ist ein Überdruckventil 23 vorgesehen, welches in die Saugaufladungsleitung 21 integriert ist. Das Überdruckventil 23 hat die Funktion, einen Schmiermittelfluss von der Niederdruckseite auf die Saugseite über die Saugaufladungsleitung 21 zu kontrollieren und einen Schmiermittelfluss von der Saugseite auf die Druckseite zu verhindern. Das Überdruckventil 23 kann hierzu beispielsweise als rein passives druckgesteuertes Rückschlagventil, wie in 1 dargestellt, oder alternativ auch als aktiv schaltbares Ventil, nicht dargestellt, ausgeführt sein.
Das Hydrauliksystem 1 weist eine weitere Ventileinrichtung 24 auf, welche ausgebildet ist, ein Druckniveau an der Hochdruckschnittstelle S3 einzustellen. Hierzu ist die weitere Ventileinrichtung 24 eingangsseitig an die Hochdruckleitung 10 und ausgangsseitig an die Niederdruckleitung 9 fluidtechnisch angebunden. Die weitere Ventileinrichtung 24 ist dabei ausgebildet, die Hochdruckseite in Abhängigkeit eines Fluiddruckes mit der Niederdruckseite strömungstechnisch zu verbinden. Hierzu ist die weitere Ventileinrichtung 24 zwischen einer Schließstellung A2 und einer Freigabestellung B2 umschaltbar, wobei in der Schließstellung A2 ein Durchfluss durch die weitere Ventileinrichtung 24 gesperrt ist und in der Freigabestellung B2 ein Durchfluss durch die weitere Ventileinrichtung 24 freigegeben ist.
Die weitere Ventileinrichtung 24 weist einen weiteren Steuerkolben 25 auf, welcher zwischen der Schließstellung A2 und der Freigabestellung B2 verstellbar ist, um den Durchfluss durch die weitere Ventileinrichtung 24 zu steuern. Die weitere Ventileinrichtung 24 ist als ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil ausgebildet, wobei eine zum Öffnen und/oder Schließen benötigte Druckdifferenz der weiteren Ventileinrichtung 24 durch ein weiteres Vorsteuerventil 26 erzeugbar und/oder veränderbar und/oder einstellbar ist. Hierzu ist das weitere Vorsteuerventil 26 in eine weitere Vorsteuerleitung 27 eingebunden, welche die Hochdruckleitung 10 fluidtechnisch mit einer weiteren Vorsteuerkammer 28 der weiteren Ventileinrichtung 24 verbindet. Beispielsweise ist das weitere Vorsteuerventil 26 elektromagnetisch betätigbar. Die weitere Ventileinrichtung 24 weist zudem eine weitere Rückstellfeder 29 auf, welche den weiteren Steuerkolben 25 in Richtung der Schließstellung A2 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt, um den weiteren Steuerkolben 25 selbsttätig in die Schließstellung A2 zurückzustellen bzw. zu halten. Somit resultiert der Gegendruck aus der auf den weiteren Steuerkolben 25 einwirkenden Rückstellkraft sowie dem in der weiteren Vorsteuerkammer 28 herrschenden Vorsteuerdruck.
In einem Betrieb der mechanischen Pumpe 5 und/oder der zweiten elektrischen Pumpe 7 kann die weitere Vorsteuerkammer 28 durch eine Betätigung des weiteren Vorsteuerventils 26 mit einem weiteren Vorsteuerdruck beaufschlagt werden, um an dem weiteren Steuerkolben 25 einen Gegendruck zu erzeugen, welcher entgegen der Freigabestellung B2 wirkt. Dabei kann ein maximal zulässiger Fluiddruck an der Hochdruckschnittstelle S3 durch den in der weiteren Ventileinrichtung 24 eingestellten Gegendruck definiert sein. Wird der maximal zulässige Fluiddruck an der Hochdruckschnittstelle S3 überschritten, so wird der weitere Steuerkolben 25 von der Schließstellung A2 in die Freigabestellung B2 überführt, sodass eine Übermenge an Fluid von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite strömen kann.
Die Fluidquelle 2 ist beispielsweise durch einen Schmiermittelsumpf gebildet, wobei das Fluid aus dem Niederdruckkreis 3 und dem Hochdruckkreis 4 gemeinsam in dem Schmiermittelsumpf gesammelt und über die Saugleitung 8 durch die mechanische bzw. elektrische Pumpe 5, 6, 7 angesaugt werden kann. Beispielsweise kann in dem Strömungsweg, vorzugsweise unmittelbar nach der Fluidquelle 2 und/oder vor der Versorgungsschnittstelle S1, eine Filtereinrichtung 30, z.B. eine Filtersieb, angeordnet sein.
An die Niederdruckschnittstelle S2 ist ein Fluidverteiler 31 angeschlossen, welcher zur gezielten Verteilung des Fluides an unterschiedliche Schmier- und/oder Kühlstellen der Antriebsanordnung, insbesondere der elektrischen Maschine und/oder des Getriebes, dient. Hierzu weist der Fluidverteiler 31 mehrere Fluidauslässe 32a, 32b, 32c auf, welche jeweils in Richtung einer Schmier- und/oder Kühlstelle gerichtet sind. Beispielsweise kann der erste Fluidauslass 32a in Richtung eines Stators der elektrischen Maschine, der zweite Fluidauslass 32b in Richtung eines Rotors der elektrischen Maschine und der dritte Fluidauslass 32c in Richtung eines Verzahnungsbereichs oder einer Lagerstelle des Getriebes gerichtet sein.
Der Fluidverteiler 31 ist dabei über eine Verbindungsleitung 33 an die Niederdruckschnittstelle S2 angebunden, wobei in die Verbindungsleitung 33 ein Wärmetauscher 34 zum Wärmeaustausch mit einem Kühlkreis, nicht dargestellt, eingebunden ist. Der Wärmetauscher 34 ist beispielsweise in der Art eines Rekuperators ausgestaltet, sodass eine indirekte Wärmeübertragung zwischen dem Niederdruckkreis 3 und dem Kühlkreis erfolgt.
An die Hochdruckschnittstelle S3 ist ein Hydraulikaktuator 35 zur Betätigung von reib- oder formschlüssigen Schaltelementen, wie z.B. Kupplungen, Klauen, Schaltstangen oder einer Parksperre, angebunden. Beispielsweise kann der Hydraulikaktuator 35 mindestens eine Kupplung, z.B. eine Trennkupplung, der Antriebsanordnung betätigen.
In einem Antriebsbetrieb der Antriebsanordnung versorgt zumindest die mechanische Pumpe 5 den Niederdruckkreis 3 mit dem Fluid, wenn sich die Ventileinrichtung 13 in der Grundstellung A1, also im unbetätigten Zustand, befindet. Somit kann beispielsweise in einem reinen bzw. konstanten Fahrbetrieb - d.h. ohne Förderstromanforderung des Hochdruckkreises 4 und reinem Kühl- bzw. Schmiermitteldarf des Niederdruckkreises 3 - das Hydrauliksystem 1 ohne Aufbringen von elektrischer Energie vollständig (je nach Pumpenauslegung und Drehzahl der Antriebsanordnung) durch die mechanische Pumpe 5 mit Fluid versorgt werden. Wenn die Drehzahl der mechanischen Pumpe 5 nicht ausreicht, kann der fehlende Volumenstrom durch Zuschalten der ersten elektrischen Pumpe 6 bedarfsgerecht in den Niederdruckkreis 3 eingespeist werden.
In einem Schaltbetrieb - d.h. mit Förderstromanforderung des Hochdruckkreises 4 - wird die zweite elektrische Pumpe 7 zugeschaltet, wobei die Vorsteuerkammer 19 durch eine Betätigung des Vorsteuerventils 17 mit dem Vorsteuerdruck beaufschlagt wird und somit der Steuerkolben 16 in die Betätigungsstellung B1 verschoben wird, sodass die mechanische Pumpe 5 nicht mehr an den Niederdruckkreis 3, sondern an den Hochdruckkreis 4 angebunden ist. Solange die mechanische Pumpe 5 einen ausreichend hohen Hochdruckvolumenstrom erzeugt, wird die zweite elektrische Pumpe 7 lediglich zum Umschalten der Ventileinrichtung 13 in die Betätigungsstellung B1 genutzt. Folglich muss in vielen Betriebszuständen in denen die mechanische Pumpe 5 einen ausreichenden Hochdruckvolumenstrom liefert, die zweite elektrische Pumpe 7 nicht zugeschaltet werden.
Das Druckniveau an der Hochdruckschnittstelle S3 wird dabei, wie bereits zuvor beschrieben, über die weitere Ventileinrichtung 24 und das weitere Vorsteuerventil 26 eingestellt. Dabei wird ein überschüssiger Volumenstrom auf der Hochdruckseite über die weitere Ventileinrichtung 24 auf die Niederdruckseite befördert, wobei dieser Volumenstrom für die Versorgung der Niederdruckschnittstelle S2 verwendet werden kann.
Bei einer festgelegten Maximalversorgung der Niederdruckschnittstelle S2 wird das Überdruckventil 23, vorzugsweise selbsttätig, geöffnet, sodass ein überschüssiger Volumenstrom auf der Niederdruckseite über das Überdruckventil 23 auf die Saugseite befördert wird, wobei dieser Volumenstrom zur Saugaufladung der jeweils aktiven Pumpen 5, 6, 7 genutzt werden kann. Im Idealfall wird der dadurch aufgebaute Treibstrahl direkt in den Ansaugbereich 22 der mechanischen Pumpe 5 eingespritzt, wodurch deutliche Wirkungsgradverbesserungen an der mechanischen Pumpe 5 erreicht werden. Zudem können Störungen an der Versorgungsschnittstelle S1 durch zu langsame Fluidrückflüsse verhindert werden.
In einem Stillstandbetrieb - d.h. die mechanische Pumpe 5 steht - kann die Hochdruckschnittstelle S3 zur Betätigung des Hydraulikaktuators 35, beispielsweise zum Aus- oder Einlegen einer Parksperre, durch die zweite elektrische Pumpe 7 versorgt werden.
2 zeigt ein Fahrzeug 36 mit dem Hydrauliksystem 1, wie dieses bereits zuvor beschrieben wurde. Das Fahrzeug 36 weist eine Antriebsanordnung 37 für eine elektrische Achse 38 des Fahrzeugs auf. Beispielsweise ist das Fahrzeug 36 als ein Elektrofahrzeug ausgebildet.
Die Antriebsanordnung 36 weist eine elektrische Maschine 39 auf, welche in einem Antriebsbetrieb als Elektromotor zur Erzeugung eines Antriebsmoments und in einem Generatorbetrieb als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie betrieben werden kann. Zudem weist die Antriebsanordnung 1 ein Getriebe 40 auf, welches zur Übersetzung des Antriebsmoments auf mindestens zwei Fahrzeugräder 41 a, 41 b der elektrischen Achse 38 dient. Das Getriebe 40 ist hierzu getriebetechnisch mit der elektrischen Maschine 39 verbunden. Das Getriebe 40 ist beispielsweise als ein Untersetzungsgetriebe ausgebildet, welches ein Übersetzungsverhältnis von i > 1 aufweist. Anders formuliert, dient das Getriebe 40 zur Übersetzung ins Langsame.
Die Antriebsanordnung 37 umfasst in dem gezeigten Beispiel das Hydrauliksystem 1, nach 1, wobei das Hydrauliksystem 1, vorzugsweise die mechanische Pumpe 5, einerseits mit der elektrischen Maschine 39 und/oder dem Getriebe 40 antriebstechnisch verbunden ist und andererseits zur fluidtechnischen Versorgung ein oder mehrerer Komponenten der elektrischen Maschine 39 und/oder des Getriebes 40 eingesetzt werden kann.
Bezugszeichen

1: Hydrauliksystem
2: Fluidquelle
3: Niederdruckkreis
4: Hochdruckkreis
5: mechanische Pumpe
6: erste elektrische Pumpe
7: zweite elektrische Pumpe
8: Saugleitung
9: Niederdruckleitung
10: Hochdruckleitung
11: Pumpenwelle
12: Elektromotor
13: Ventileinrichtung
14: weitere Niederdruckleitung
15: weitere Hochdruckleitung
16: Steuerkolben
17: Vorsteuerventil
18: Vorsteuerleitung
19: Vorsteuerkammer
20: Rückstellfeder
21: Saugaufladungsleitung
22: Ansaugbereich
23: Überdruckventil
24: weitere Ventileinrichtung
25: weiterer Steuerkolben
26: weiteres Vorsteuerventil
27: weitere Vorsteuerleitung
28: weitere Vorsteuerkammer
29: weitere Rückstellfeder
30: Filtereinrichtung
31: Fluidverteiler
32a,b,c: Fluidauslässe
33: Verbindungsleitung
34: Wärmetauscher
35: Hydraulikaktuator
36: Fahrzeug
37: Antriebsanordnung
38: elektrische Achse
39: elektrische Maschine
40: Getriebe
41a,b: Fahrzeugräder
A1: Grundstellung
A2: Schließstellung
B1: Betätigungsstellung
B2: Freigabestellung
S1: Versorgungsschnittstelle
S2: Niederdruckschnittstelle
S3: Hochdruckschnittstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 107387598 A [0004]

Claims

Hydrauliksystem (1) für eine elektrische Antriebsanordnung (37) eines Fahrzeugs (36), mit einer mechanischen Pumpe (5) sowie mit einer ersten und einer zweiten elektrischen Pumpe (6, 7), - wobei die mechanische Pumpe (5) sowie die beiden elektrischen Pumpen (6, 7) jeweils auf einer Saugseite über eine Saugleitung (8) mit Fluid aus einer Fluidquelle (2) versorgbar sind, - wobei die erste elektrische Pumpe (6) auf einer Niederdruckseite über eine Niederdruckleitung (9) unmittelbar mit einer Niederdruckschnittstelle (S2) strömungstechnisch verbunden ist und - wobei die zweite elektrische Pumpe (7) auf einer Hochdruckseite über eine Hochdruckleitung (10) unmittelbar mit einer Hochdruckschnittstelle (S3) strömungstechnisch verbunden ist, gekennzeichnet durch, eine Ventileinrichtung (13), welche auf einer Druckseite der mechanischen Pumpe (5) angeordnet ist, wobei die mechanische Pumpe (5) über die Ventileinrichtung (13) wahlweise mit der Niederdruckschnittstelle (S2) auf der Niederdruckseite oder mit der Hochdruckschnittstelle (S3) auf der Hochdruckseite strömungstechnisch verbindbar ist.
Hydrauliksystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Pumpe (5) in einer Grundstellung (A1) der Ventileinrichtung (13) strömungstechnisch mit der Niederdruckschnittstelle (S2) verbunden ist und in einer Betätigungsstellung (B1) der Ventileinrichtung (13) strömungstechnisch mit der Hochdruckschnittstelle (S3) verbunden ist.
Hydrauliksystem (1) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Vorsteuerventil (17), wobei das Vorsteuerventil (17) einerseits mit der Hochdruckseite und andererseits mit der Ventileinrichtung (13) hydraulisch verbunden ist, wobei das Vorsteuerventil (17) ausgebildet ist, die Ventileinrichtung (13) in Abhängigkeit eines Fluiddruckes auf der Hochdruckseite von der Grundstellung (A1) in die Betätigungsstellung (B1) umzuschalten.
Hydrauliksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übermenge an Fluid auf der Niederdruckseite über eine Saugaufladungsleitung (21) zumindest in einen Ansaugbereich (22) der mechanischen Pumpe (5) förderbar ist, um einen Fluiddruck an der Niederdruckschnittstelle (S2) auf einem konstanten Niveau zu halten.
Hydrauliksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Ventileinrichtung (24), welche auf der Hochdruckdruckseite angeordnet ist, wobei die Hochdruckseite über die weitere Ventileinrichtung (24) mit der Niederdruckseite strömungstechnisch verbindbar ist.
Hydrauliksystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Freigabestellung (B2) der weiteren Ventileinrichtung (24) eine Übermenge an Fluid auf der Hochdruckseite über die weitere Ventileinrichtung (24) auf die Niederdruckseite zu der Niederdruckschnittstelle (S2) förderbar ist, um einen Fluiddruck an der Hochdruckschnittstelle (S3) auf einem konstanten Niveau zu halten und/oder einzustellen.
Hydrauliksystem (1) nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ein weiteres Vorsteuerventil (26), wobei das weitere Vorsteuerventil (26) einerseits mit der Hochdruckseite und andererseits mit der weiteren Ventileinrichtung (24) hydraulisch verbunden ist, wobei das weitere Vorsteuerventil (26) ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Fluiddruckes auf der Hochdruckseite einen Gegendruck in der weiteren Ventileinrichtung (24) zu erzeugen, um den Fluiddruck an der Hochdruckschnittstelle (S3) einzustellen.
Hydrauliksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (13) als ein vorgesteuertes Wegeventil ausgebildet ist und/oder dass die weitere Ventileinrichtung (24) als ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist.
Hydrauliksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Fluidverteiler (31) zur gezielten Zuführung von Fluid an mindestens zwei unterschiedliche Schmier- und/oder Kühlstellen der Antriebsanordnung (37), wobei die Niederdruckschnittstelle (S2) über eine Verbindungsleitung (33) mit dem Fluidverteiler (31) verbunden ist.
Hydrauliksystem (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckleitung (9) mit einem Wärmetauscher (34) thermisch gekoppelt ist, um einen von der Niederdruckschnittstelle (S2) zu dem Fluidverteiler (31) verlaufenden Niederdruckvolumenstrom Wärme zu entziehen.
Hydrauliksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Hydraulikaktuator (35) zur Betätigung eines Schaltelements der Antriebsanordnung (37), wobei der Hydraulikaktuator (35) an die Hochdruckschnittstelle (S3) angebunden ist.
Fahrzeug (36) mit dem Hydrauliksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei dem: - in einem Betrieb der Antriebsanordnung (37) zumindest die mechanische Pumpe (5) angetrieben wird, um Fluid aus der Fluidquelle (2) wahlweise an die Niederdruckschnittstelle (S2) oder die Hochdruckschnittstelle (S3) zu fördern; - in einem Sonderbetrieb oder in einem Stillstand der Antriebsanordnung (37) die erste elektrische Pumpe (6) angetrieben wird, um Fluid aus der Fluidquelle (2) an die Niederdruckschnittstelle (S2) zu fördern und/oder die zweite elektrische Pumpe (7) angetrieben wird, um Fluid aus der Fluidquelle (2) an die Hochdruckschnittstelle (S3) zu fördern.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (13) in einem Fahrbetrieb der Antriebsanordnung (37) in die Grundstellung (A1) geschaltet wird, sodass die Niederdruckschnittstelle (S2) ausschließlich oder größtenteils durch die mechanische Pumpe (5) mit Fluid versorgt wird, und dass die Ventileinrichtung (13) in einem Schaltbetrieb der Antriebsanordnung (37) in die Betätigungsstellung (B1) geschaltet wird, sodass die Hochdruckschnittstelle (S3) ausschließlich oder größtenteils durch die mechanische Pumpe (5) mit Fluid versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fahrbetrieb die erste elektrische Pumpe (6) zugeschaltet wird und/oder in dem Schaltbetrieb die zweite elektrische Pumpe (7) zugeschaltet wird, um einen fehlenden Volumenstrom der mechanischen Pumpe (5) auszugleichen.