DE3913412A1

DE3913412A1 - Kfz - hydraulikpumpe

Info

Publication number: DE3913412A1
Application number: DE19893913412
Authority: DE
Inventors: Walter Schopf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-24
Filing date: 1989-04-24
Publication date: 1990-10-25

Description

KFZ-Hydraulikpumpe zur Schmier-, Druck- und Kühlmittel versorgung von KFZ-Antriebs- und Nebenaggregaten, bevor zugt für CVT's, Getriebeschaltautomaten und Servorein richtungen, wobei die mit Fluid zu versorgenden Antriebs aggregate weitgehend in die Pumpenantriebskonzeption einbezogen sind, bestehend aus den in den Oberbegriffen des Haupt- und Nebenanspruches angeführten Ausführungsmerkmalen.

Bei dem vorgenannten Einsatzfall, dem CVT, besteht die bekannte Problematik, daß eine Konstant-Hydraulikpumpe einer seits bereits bei der niedrigsten Betriebsdrehzahl eine Mindest- bzw. Nennfördermenge erbringen und entsprechend groß dimensio niert sein muß, während in oberen Betriebsdrehzahlbereichen Fördermengenüberschuß produziert wird. Diese unter Verbraucher- bzw. Betriebsdruck produzierte, überschüssige Förderung erfor dert eine hohe Pumpenantriebsleistung. solche Versorgungskon zeptionen sind dadurch verlustreich und unwirtschaftlich. Diese Thematik wird z. B. bereits in Offenlegungsschrift 31 37 001.2 ausgiebig behandelt.

Außer den stark unterschiedlichen Pumpendrehzahlen - in solchen Einsatzfällen läuft üblicherweise die Pumpe antriebsmotorpropor tional - wirken sich die unterschiedlichen Bedarfsmengen bei solchen Einsatzgebieten ebenfalls problematisch aus; d. h. wirt schaftliche Konzeptionen erfordern eine Anpassung der Pumpen förderung an die momentanen Betriebsbedingungen. Solche unter schiedlichen Versorgungsbedürfnisse kommen beim CVT, welche aus bekanntem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe bestehen, aus verschiedenen Gründen zustande:

a) das Verstellvolumen der Kegelscheibe ist, bezogen auf partielle Übersetzungs- und somit Fahrgeschwindigkeits änderungen, nicht gleich,
b) die Beschleunigungs- und somit Übersetzungsänderungsbe dürfnisse und -möglichkeiten sind nicht gleich, sondern fahrgeschwindigkeitsabhängig.

Konkrete Einzelheiten und Zusammenhänge über den übersetzungs abhängigen Druckmittel-Versorgungsbedarf von CVT's werden in einem Fachaufsatz in Antriebstechnik 26, 1987, Nr. 8 "An forderungen an die Druckölversorgung hydraulisch gesteuerter CVT-Getriebe", beschrieben. Antriebsleistung-ökonomische Gesichtspunkte gehen aus der Darstellung und Beschreibung der Fig. 13 hervor.

Ein gravierender Kontrast im Druckmittelbedarf eines CVT liegt z. B. vor zwischen Overdrivefahrweise, wobei kaum Verstellvo lumen gefordert wird, und bei einer spontanen Bremsaktion, bei der der Wandler in seiner Übersetzung spontan fahrzeuggeschwin digkeitsproportional vermindert werden muß, um anschließend wieder zu beschleunigen.

Zur Vergleichsmäßigkeit des Nutzförderstromes und zur Verminderung der Pumpenantriebsverluste sind bereits verschiedene Methoden bekannt. Praktisch ausgeführt wurden z. B. in vorliegenden Ein satzfällen schon Mehrstufenpumpen mit hydraulischen Schaltein richtungen, die bei Fördermengenüberschuß eine bzw. einzelne Pumpenstufen vom Nutzförderstrom abtrennen; diese fördern dann verlustarm im Kreise. Da die Stufenvielfalt aus konstruktiv-wirt schaftlichen Gründen ihre Grenze hat, wird auch nach dem Schalt punkt bzw. zwischen den Schaltpunkten selbst noch Überschuß pro duziert. Solche Lösungen sind bezüglich der Energieeinsparung daher noch nicht optimal. Es sind auch Energiesparlösungen be kannt, die einen Teil der im Förderstromüberschuß enthaltenen Energie regenerativ wiederverwenden. Es ist zweifelsohne generelle am wirtschaftlichsten, Fördermengenüberschuß erst gar nicht zu produzieren, d. h. die Pumpenförderung dem jeweiligen Betriebszustand anzupassen. Hierbei kann es vorteilhaft sein, selbst einen schlechteren Pumpen wirkungsgrad in Kauf zu nehmen, als diesbezüglich hoch qualitative Konstantpumpen einzusetzen, deren Förder mengenüberschuß nicht verwertet werden kann.

Für solche Einsatzfälle sind Verstellpumpen vorteilhaft. Doch sind solche derzeitigen marktüblichen Konzeptionen für den Mobileinsatz aufwendig und teuer. Ferner weisen CVT im Druckpotential unterschiedliche Versorgungskreise auf. Werden diese von einer Verstellpumpe mit versorgt, entstehen wiederum Energieverluste.

Vorteilhaft sind daher Mehrkreis-Druckmittelversorgungs einrichtungen, deren Förderleistung den Bedürfnissen an gepaßt sind bzw. werden können.

Eine solche Druckmittelversorgungseinrichtung betrifft Offenlegungsschrift DE, welche besonders den getriebe-übersetzungsabhängigen Druck mittelbedürfnissen gerecht wird. Die wesentlichen Aus führungsmerkmale dieser Schrift sind Gegenstand des Ober begriffes des Hauptanspruches vorliegender Anmeldeschrift. Ein verbesserungsbedürftiger Nachteil daran ist, daß das der Pumpe zugeordnete Überlagerungsgetriebe einen zusätz lichen Aufwand an Bauraum, Gewicht und Kosten verursacht - im Mobilbau gewichtige, nachteilige Kriterien.

Bei den, dem Erfindungsgegenstand zugeordneten Hauptein satzgebieten CVT- und Getriebeschaltautomaten erfolgt herkömmlicherweise der Pumpenantrieb meist direkt bzw. proportional dem Antriebsmotor. Diese nach konstruktiven und funktionellen Gesichtspunkten zwar günstige Lösung weist aber den gravierenden Nachteil auf, daß solcher art ausgerüstete Kraftfahrzeuge nicht an- oder abge schleppt werden können, da dann die Druckmittelversorgung für die Sicherstellung eines Übertragungspfades im CVT- oder Getriebeschaltautomaten dann eben fehlt. Dies be deutet für die Gebrauchstüchtigkeit und Gebrauchssicher heit ein gewisses Handikap.

Ziel und Aufgabe vorliegenden Erfindungsgegenstandes ist die Reduktion der Pumpenantriebsverluste. Sie erstreckt sich nicht nur auf Druckmittelversorgungseinrichtungen für CVT's oder Getriebeschaltautomaten, sondern ist auch für die Schmierölversorgung der Antriebsmotore und Neben aggregate äußerst relevant. Da eine reichliche Schmieröl versorgung beim Start, besonders nach längerem Stillstand oder bei Kaltstart, wobei häufig noch Ansaugschwierigkeiten vorliegen, lebenswichtig ist, wird sie besonders in diesen Betriebsphasen angestrebt.

Insbesondere soll den stark unterschiedlichen getriebeüber setzungsabhängigen Versorgungsbedürfnissen entsprochen werden. Weiterhin soll der Bauaufwand des Erfindungsgegen standes vorgenannter Offenlegungsschrift vermindert werden.

Die Lösung wird durch die in den Patentansprüchen und Aus führungsbeispielbeschreibungen angeführten Ausführungs merkmalen ermöglicht.

Ausführungsbeispiele

Fig. 1 Schemadarstellung eines Pumpenantriebes gemäß Anspruch 1.

Fig. 2 Schemadarstellung eines Pumpenantriebes gemäß Anspruch 2.

Fig. 3 Längsschnitt und

Fig. 4 Querschnitt zu Fig. 3 eines als Zahnradpumpe ausge bildeten Planeten-Überlagerungsgetriebes für die nach Fig. 1 dargestellte Pumpenantriebskonzeption.

Fig. 5 Geschwindigkeitsvektor-Darstellung für die abso luten und relativen, die Förderleistung bestimmen den Drehzahlen der Pumpenräder und des Pumpenge häuses für eine Fig. 3 und Fig. 4 gemäße Getriebe auslegung.

Fig. 6 Längsschnitt eines als Zahnradpumpe ausgebildeten Planeten-Überlagerungsgetriebes für die nach Fig. 1 gemäßen Antriebskonzeption mit einem weiteren Neben aggregateantrieb, bevorzugt für eine Lichtmaschine.

Fig. 7 Geschwindigkeitsvektor-Darstellung für die abso luten und relativen, die Förderleistung bestimmen den Drehzahlen der Pumpenräder und des Pumpenge häuses für eine Fig. 6 gemäße Getriebeauslegung.

Fig. 8 Längsschnitt einer rotationsfähigen Mehrkreis-Zahn radpumpe für die nach Fig. 2 dargestellte Antriebs konzeption mit koaxialer Antriebsweise.

Fig. 9 Längsschnitt einer rotationsfähigen Mehrkreis- Zahnradpumpe für die nach Fig. 2 dargestellte Antriebskonzeption mit einer koaxialen und radi alen Antriebsbasis.

Fig. 10 Querschnitt zu Fig. 9.

Fig. 11 Längsschnitt und

Fig. 12 Querschnitt einer rotationsfähigen Mehrkreis- Zahnradpumpe für die nach Fig. 2 dargestellte Antriebskonzeption, mit zusätzlichen drehzahl- bzw. fahrgeschwindigkeitsabhängigen Pumpen stufenabschaltungseinrichtungen.

Fig. 13 Dreidimensionale, motordrehzahl- und getriebeüber setzungsabhängige Bedarfsmengen- und Pumpen leistungsdiagramm-Darstellung, aus der die Re lationen der Antriebsleistungsaufnahme herkömm licher fester Pumpen, solcher mit Stufenabschal tung, solcher mit Fördermengenregelung durch erfindungsgemäße Drehzahlüberlagerung, sowie letzterer mit zusätzlicher Stufenabschaltung, her vorgeht.

Erzielbare Vorteile

Die einzelnen ausführungsspezifischen Vorteile werden unter den Beschreibungen und besonders die konkreten energetischen Einsparmöglichkeiten unter Fig. 13 abge handelt und gegenübergestellt.

Allgemein besteht der Nutzeffekt und die Vorteile des erfindungsgemäßen Pumpenantriebes darin:

- Sicherstellung einer ausreichenden Förderleistung, be sonders im unteren Betriebsdrehzahlbereich,
- relativ geringe Förderleistung bei hoher Getriebeüber setzung (durch den Drehzahlüberlagerungseffekt)
- relativ geringe Förderleistung bei hoher Betriebsdreh zahl (durch Integration von drehzahl- bzw. fliehkraft abhängigen Schaltelementen).
- Erweiterung der angestrebten motorantriebsdrehzahlrezi proken Drehzahlregelung auf andere Nebenaggregate.
- Ab- und Anschleppfähigkeit des KFZ (durch Pumpenantrieb über den getriebeabtriebsseitigen bzw. fahrwerksseitigen Antriebspfad.
- Einsparung von Bauaufwand
- a) durch Kombination von Überlagerungsgetriebe und Pumpe gemäß Anspruch 1 (gegenüber bezuggenommener Offen legungsschrift),
- b) durch rotationsfähiges Pumpengehäuse gemäß Anspruch 2 entfällt Überlagerungsgetriebe nach bezuggenommener Offenlegungsschrift und der Getriebe-Pumpenkombination gemäß Anspruch 1.

Beschreibungen zu den Ausführungsbeispielen Zu Fig. 1

Vorliegende schematisch dargestellte Antriebskonzeption besteht im wesentlichen aus dem Antriebsmotor (1), einer Hydrokupplung oder dem Hydrowandler (2), dem nachgeschal teten Zahnradpaar (3, 4), einem aus den beiden Reibschei benpaaren (5 und 6) mit dem über Reibschluß einbezogenen Zugstrang (7) bestehenden Stufenlos-Getriebe mit einem über Zahnradpaar (8, 9) über Differential (10) zum Fahrwerksantrieb (11) führenden Übertragungsstrang.

Das nach Anspruch 1 selbst als Pumpe ausgeführte Überla gerungsgetriebe (12) ist hier zur Verdeutlichung des Dreh zahlüberlagerungseffektes noch als reines Planetengetriebe schematisch dargestellt und treibt eine (weitere) Pumpe (14) an. Nach der erfindungsgemäßen Erweiterung des Pla netengetriebes (12) zur Pumpe kann beispielsweise der vom Hauptmotor mittels durchgehender Welle (15) angetriebene Planetensteg als rotierendes Pumpengehäuse und das innere Sonnenrad und die Planetenräder als Pumpenräder ausgebil det sein. Solch eine Pumpenausführung wird unter Fig. 3, 4 und 5 dargestellt und beschrieben.

Das rotierfähige Getriebegehäuse weist einen Zahnkranz (7) auf, welcher direkt oder auch über einen Kettentrieb mit einem auf der Welle des Abtriebsscheibensatzes (6) ange ordneten Zahn- oder Kettenrades (19) in übertragungsfähiger Verbindung steht. Die Förderungsvariation der Pumpe (14) besteht nun darin, daß die für die Förderung maßgebende Differenzdrehzahl zwischen den Pumpenrädern und dem Pum pengehäuse durch die Gesamtübersetzung der Hydrokupplung oder Hydrowandlers (2) und des mechanischen Wandlers (5, 6, 7) bestimmt wird. So wirkt bei stehendem Abtrieb (Fahrzeugstillstand) eine Pumpendifferenzdrehzahl, die der vollen Motordrehzahl entspricht, bzw. rein proportional ist. Bei fahrendem Fahrzeug wird übersetzungsabhängig dem Pumpengehäuse eine Drehzahl in der gleichen Drehrichtung aufgezwungen, so daß sich die wirksame Differenzdrehzahl in der Pumpe verringert. Die Übersetzung dieses Triebes und die Pumpenleistung wird vorteilhafterweise so abgestimmt, daß einerseits bei ste hendem Abtrieb und minimaler Motordrehzahl bereits die volle benötigte Drehmittelmenge gefördert und andererseits bei höherer Fahrgeschwindigkeit kein unnützer Überschuß pro duziert wird.

Zu Fig. 2

In Abänderung von Fig. 1 erfolgt vom Motor (1) der Antrieb zum CVT (5, 6, 7) über den Hydrowandler (25), der auch durch Strömungsumkehr einen Rückwärtsbetrieb seines Abtriebes ermöglicht. Ein mit dem Motor (1) bestehender Verbindungs pfad (26) führt zur Pumpenwelle (27) der rotationsfähigen Pumpe (28), wovon nähere Ausführungsbeispiele unter Fig. 5 bis 8 dargestellt und beschrieben sind, deren Gehäuse wiederum von einer Getriebeabtriebsbasis über den an ihr angeord neten Zahnkranz (29), der Zahnkette (30) und vom Kettenrad (31) angetrieben wird. Die Förderung der Pumpe (28) ist somit der Differenzdrehzahl zwischen Antriebsmotor und Ge triebeabtriebsbasis proportional.

Zu Fig. 3, 4 und 5

In einem feststehenden Lager- und Öleinführungsflansch (37) befindet sich drehbar gelagert der Hals (59) eines äußeren Pumpengehäuses (35), in welches die Antriebswelle (39) eines zentralen Pumpenrades (40) führt, dem weitere, im Eingriff stehende Pumpenräder (41 und 42) zugeordnet sind, welche in einem gemeinsamen, abermals drehbar angeordneten inneren Pumpengehäuse (38) angeordnet sind. Inneres und äußeres Pumpengehäuse (38 und 35) stehen über dem Zahnkranz (44), und der Verzahnung der gleichzeitig als Planetenräder fungierenden Pumpenräder (41, 42, 43) in Drehverbindung. Dazu veranschaulicht Fig. 5 die Planetengetriebegesetz mäßigkeiten

- die Koordinate 66 stellt den Wälzkreis der Verzahnungen der Pumpenräder 40-41 dar,
- die Koordinate 67 stellt den Steg-Radius der Pumpenräder 41 dar,
- die Koordinate 68 stellt den Wälzkreis der Pumpenräder 41 mit dem Zahnkranz 44 dar.

Wird durch einen externen Antrieb vom CVT-Abtrieb über Zahnkranz (45) auf Gehäuse (35) z. B. mit Winkelgeschwin digkeitsgrößen 70, 71 oder 72 eine Drehbewegung ausgeübt, ergeben sich bei gleichbleibender Antriebsdrehgeschwindig keit (69) die Steggeschwindigkeiten 76, 77 und 78, die re lativ zu der Antriebsgeschwindigkeit 69 die fördermengen bestimmenden Drehzahldifferenzen ergeben. Der Vorteil be steht darin, daß bei niedriger CVT-Übersetzung bzw. ge ringer Fahrgeschwindigkeit die relativen Pumpendrehzahlen und somit die Fördermenge groß - und bei höherer ü-Getrie bestellung bzw. hoher Fahrgeschwindigkeit entsprechend den Erfordernissen die Förderung kleiner ist. Im Ausführungs beispiel erfolgt die Fluidzuführung über Saug-Verschrau bung (46), Kanäle (47, 48, 49) zu den Pumpenstufen, der oder die Abflüsse über Kanal (58, 60) und Druckkreisver schraubungen (61 und 62), wobei letztere unterschiedlichen Verbraucherkreisen zugeordnet sein können. Zwischen den Abflußbereichen befinden sich zur Abdichtung die Dicht ringe (63).

Zu Fig. 6 und 7

Gegenüber vorstehender Ausführung werden die fördermengen bestimmenden Relativdrehzahlen bzw. ihre relativen Dreh geschwindigkeiten (124 bis 127 und 128 bis 131) um ihre Achsen (131 und 112) durch die Absolutdrehzahl des als inneres Sonnenrad angeordneten Pumpenrades (93) bestimmt, welches über Welle (103) mit einem weiteren Nebenaggregat zum Zwecke dessen Antriebs in einer Drehverbindung steht. Der Antrieb dieser Pumpenkonzeption erfolgt motordreh zahlabhängig auf das als Planetensteg wirkende Pumpenge häuse (89) über Steckwelle (90) als auch fahrgeschwindig keitsabhängig über das als äußeres Sonnenrad (92) über Zahnkranz 100. Durch die von beiden Antriebsbasen (90 und 100) abhängigen Relationen ihrer Drehgeschwindigkeiten (114 und 116 bis 119) wird nicht nur die Förderleistung der Pumpe variiert, sondern auch in einem nach Fig. 7 ersichtlichen Maße die der Welle 103 durch unterschied liche Drehgeschwindigkeiten (120 bis 123). Die Druckmit telzuführung erfolgt über die Saugkanäle (102-101), die Abflüsse über die Druckkanäle (94, 95, 96 und 66, 97, 98).

Zu Fig. 8

Bei dieser wieder einfachen Ausführung ist das Pumpenge häuse (135) über eine in einem Pumpenlagerflansch (137) gelagerten Welle (136) von der Getriebeabtriebsseite fahrgeschwindigkeitsabhängig angetrieben. Das quasi als Planetengetriebesteg in geschwindigkeitsmäßiger Hinsicht fungierende Gehäuse (135) birgt ein oder mehrere als Pla netenräder fungierende Pumpenräder (151), ferner ein als inneres Sonnenrad fungierendes Pumpenrad (139), welches über die Welle (138) vom Antriebsmotor angetrieben wird. Das Druckmedium gelangt über Saugkanäle (140, 141, 142) zu den Pumpenstufen, bei Mehrkreisausführungen über die Druckkanäle (143, 144, 145 bzw. 147, 148, 149) zu den Verbraucherkreisen. Diese Ausführung ist besonders bei koaxialer Zuordnung der An- und Abtriebsbasen einer CVT-Antriebskonzeption sehr vorteilhaft.

Zur Fig. 9 und 10

Bei dieser im wesentlichen aus Fig. 3 und 4 hervorgegan genen Modifikation bildet das fahrgeschwindigkeitsabhängig angetriebene Pumpengehäuse (155) funktionell den Planeten steg, in welchem die als Planetenräder (158) fungierenden Pumpenräder (158) gelagert sind, welche sowohl mit einem, als inneres Sonnenrad fungierenden Pumpenrad 160 als auch mit einem als äußeres Sonnenrad fungierenden Zahnrad (159) im Eingriff stehen. Wie daraus ersichtlich, sind dadurch rela tiv viele Pumpenstufen ausführbar. Der Ausführungs- und Vorteilsschwerpunkt dieser Variante liegt in der Möglich keit der Ausbildung bei mäßigem Bauaufwand vieler Pumpen stufen und somit der ökonomischen Versorgung mehrerer bzw. vieler, im Druck unterschiedlicher Verbraucherkreise. Hier bei ist ein Pumpengehäuse (155), angetrieben von einer Fahrwerksbasis über Zahnkranz (165) als Planetensteg ausge bildet. In ihm befindet sich das als inneres Sonnenrad fungierende zentrale Pumpenrad (160), welches über Steck welle (161) vom Motor angetrieben wird. Des weiteren bein haltet Pumpengehäuse (155) einen als äußeres Planetenrad fungierenden, lose drehbaren Zahnkranz (159), welcher mit den Planeten-Pumpenrädern (158) im Eingriff steht. Die Druckmittelzu- und -abführung erfolgt in bekannter Weise durch den im Ölzuführ- und Lagerflansch (157) gelagerten Pumpengehäusehals (156). Diese auf relativ geringem Raum und in einer Ebene unterzubringenden vielfachen Pumpen stufenanordnungsweisen sind besonders auch für Stufenab schaltkonzeptionen sehr günstig. Vorteilhafterweise werden die äußeren, vom Hohlrad gebildeten Pumpenstufen einem Niederdruckversorgungskreis zugeordnet oder bei Stufenweg schaltkonzeptionen als erste entlastet.

Zu Fig. 11 und 12

An einem weitgehend rotationssymmetrischen Pumpengehäuse 171 mit drei äußeren Zahnrädern 172, die mit einem inneren Zahnrad 173 drei Pumpenstufen bilden, befindet sich ver drehfest ein Zahnkranz 174 (für Zahneingriffe oder Zahn kette) als Antriebsbasis für das rotationsfähige Gehäuse welches über den Lagerhals 175 in einen Lager- und Ölein führflansch 176 gelagert ist. Durch die Ansaugbohrung 177 gelangt das zu fördernde Medium über den bevorzugt einge gossenen Kanal 178, durch die zentrale Bohrung 179 über radiale Kanäle 180 zu den Saugbasen 181 _I, 181 _II, 181 _III drei Pumpenstufen. Von den Druckbasen 182 _I, 182 _II, 182 _III Pumpenstufen ausgehend, befinden sich im Lagerhals 175 axial angeordnete Abflußkanäle 183, die in eine Sammelring nut 184 führen, welcher wiederum eine Abflußbohrung 185 zugeordnet ist. Die Pumpenstufen, die bei höherer Antriebs drehzahl von der Nutzförderung entbunden werden sollen, ist in ihrem Verbindungskanal zwischen ihrer Druckbasis 182 I und dem Sammelkanal 184 ein Rückschlagventil 186, 187 ange ordnet, um ein Abfließen des restlichen Nutzförderstromes ebenfalls zur Saugseite hin auszuschließen.

Zum "Pumpenstufenwegschalten" sind zwei alternative Möglich keiten dargestellt:

a) pumpendrehzahlabhängiges fliehkraftgesteuertes Kurzschließen der Druck- und Saugseite:
die Druckbasis 182 I der aus den Pumpenrädern 172 _III und 173 gebildeten Pumpenstufe ist über Kanal 192 mit dem Zylinder 188 verbunden, in dem ein Schaltkolben 189 ver schiebbar, durch eine Feder 193 zum Zentrum hin kraftbe aufschlagt angeordnet ist. Beim Überschreiten einer vor bestimmten, zur Fahrgeschwindigkeit proportionalen Ge häusedrehzahl wird dieser Kolben 189 radial ausgelenkt und öffnet eine bis dahin verdeckte Verbindungsbohrung 190 die mit der Pumpensaugseite in Verbindung steht, so daß diese Pumpenstufe drucklos bzw. druckarm im Kreise fördert. Zur Kompensation des Betriebsdruckeinflusses ist eine axiale Verbindungsbohrung 198 im Kolben 189 angebracht. Durch drehzahlunterschiedliche Ansprechschwel len dieses Schaltkolbens lassen sich nach den unter Fig. 13 beschriebenen sägezahnförmigen Fördertrennlinien mit dem beschriebenen Antriebsenergiespareffekt erzielen.
b) Betriebsdruckgesteuertes Stufenwegschalten:
für Betriebsbedingungen, bei denen ein konstanter Druck der Hydraulikversorgung abverlangt wird, andererseits die Antriebsdrehzahl stark unterschiedlich sein kann, z. B. bei der Versorgung von Getriebeschaltautomaten oder konstant angepreßten CVT-Konzeptionen, ist es aus funktionellen und bauaufwandbezogenen Kriterien vor teilhaft, den Nutzförderstrom auf diese Weise zu regeln. Dazu ist an der Druckbasis 182 _I des Zanradpaares 173-172 _I ein Verbindungskanal 194 zu einem im wesent lichen aus Ventilkugel 195 und Feder 196 bestehenden Überdruckventil angeordnet, welches nach Öffnen über Bohrung 197 eine Verbindung zur Pumpensaugbasis her stellt und somit diese Pumpenstufe vom Nutzförderkreis entbindet.

Zu Fig. 13

In dieser dreidimensionalen Diagrammdarstellung ist Pos. 201 die Drehzahl-, Pos. 202 die Wandlerübersetzungs- und Pos. 203 die Pumpenfördermengen- bzw. Verbraucherbedarfs mengenkoordinate. Die Punkte 204, 205, 206 und 207 um rahmen auf der zweidimensionalen Abszissen 201, 202 für vorliegendes Auslegungsbeispiel den Betriebsbereich, so wohl drehzahl- als auch wandlerübersetzungsmäßig. Der untersten Betriebsdrehzahl n = 1000 min^-1 sei für die niedrigste Wandlerübersetzung n = 0,41 eine Mindestförder menge 208 zugeordnet; diese ist Bezugsbasis für die Koordinate 203.

Werden, wie herkömmlicherweise, Konstantpumpen eingesetzt, und die Nutzfördermenge der Versorgungsanlage durch ein mengengeregeltes Ventil begrenzt, um z. B. den Versorgungs kreis in oberen Drehzahlbereichen nicht mit zuviel Fluid zu beaufschlagen, was abermals ein Erhöhen des Staudruckes und somit Verluste zur Folge hätte, entspricht das Nutz förderspektrum den als Kubus dargestellten Punktrahmen 204-bis-212-204. Die wahre Förderleistung der Pumpe, für die auch die Antriebsleistung erbracht werden muß, entspricht dem gesamten Betriebsbereich 204 ÷ 212 u. 204 ÷ 207-204 zugeordnet, das Rahmengebilde 204-205-206-207-204-208-209-210- 211-208.

Durch bekanntes "Pumpenstufenwegschalten" einer z. B. aus drei Pumpenstufen mit ihren Förderkennlinien 212-216 215-217; 215-209 bestehenden Hydraulik- Versorgungseinrichtung läßt sich eine Fördercharakteristik und Leistungsaufnahme gemäß des Punkteverlaufes 208-215-219- 220-221-216 erreichen. Dieses für das gesamte Regelspektrum 202 gültige reduzierte Förderverhalten ermöglicht zwar - besonders im oberen Drehzahlbereich, wo der verbliebene Leistungsaufwand nur ein Drittel beträgt - eine deutlich erkennbare Energieeinsparung, doch ist der praktische ökonomische Nutzeffekt nicht in dem Maße vorhanden, wie es scheint, da die meiste Betriebszeit in wesentlich kleineren Drehzahlbereichen absolviert wird.

Eine weitere und wesentlich effiziente - für alle Be triebsdrehzahlen zutreffende Förderleistungs- und somit Antriebsleistungseinsparmöglichkeit besteht darin, mit zunehmender Getriebeübersetzung die Förderleistung den Be dürfnissen entsprechend zu reduzieren. Bei Kegelscheiben umschlingungsgetrieben ist das für die Versorgungsmenge weitgehend maßgebende spezifische Verstellvolumen auf Grund geometrischer und fahrzeugdynamischer Kriterien sehr getriebestellungabhängig. So beträgt z. B. der Versorgungsbedarf bei Getriebestellung "ins Schnelle" weniger als ein ¼ der Getriebestellung "ins Langsame". Näheres Konkretes darüber enthält z. B. der Fachartikel "Anforderungen an die Druckölversorgungseinheit hydrau lisch gesteuerter CVT-Getriebe" in Antriebstechnik 26, 1987, Nr. 8. auf vorliegende Fig. 13 bezogen, ent spricht dieser ü-unterschiedliche Versorgungsbedarf dem Rahmeninhalt der Punkte 208-213-222-223-224-225- 226-227-228-229-208.

Zu einer eingangs unter dem Stande der Technik angeführten bekannten Pumpenantriebskonzeption mit vorgeschaltetem Überlagerungsgetriebe und der unter Fig. 1 angeführten erfindungsgemäßen Pumpenausführung sei vorausgesetzt, die fördermengenbestimmende Relativdrehzahlreduktion zwischen Pumpenräder und Pumpengehäuse "im Schnellen" beträgt 1 : 4. Damit ergibt sich in vorliegender Darstellung ein Förder spektrum entsprechend den Rahmen-Eckpunkten 208-209-230-226-208. Der Hauptnutzeffekt liegt somit im "Schnellen"-Betriebsbe reich des Getriebes, bei einer Förderkennlinie der Punkte 226-230; gegenüber ohne dieser Maßnahme ist der Verlauf 211-203. Bei ausgekuppeltem Antrieb, d. h. ü = 0, wird so gar noch z. B. im Betriebspunkt 31 die Förderung erhöht: damit kann besonderen Mengenbedürfnissen, z. B. beim Start, vorteilhafterweise entsprochen werden.

Eine noch wesentlich bessere ökonomische Pumpenkonzeption ergibt sich durch Verbinden des "Stufenwegschaltens" und des übersetzungsabhängigen Differenzdrehzahleinschränkens gemäß der erfindungsgemäßen Pumpenausführung nach Fig. 11 u. 12. Bei Aufteilung der Versorgungseinrichtung, wie bereits eingangs beschrieben, in drei gleiche Stufen und einer ü-abhängigen Drehzahlreduktion 1 : 4, ergibt sich in der Darstellung ein drehzahl- und ü-abhängiges Förderspektrum in einer sägezahnförmigen Ebene durch die Punkte 208-218- 219-220-221-216-232-233-224-235-236-226-208.

Claims

1. KFZ-Hydraulikpumpe zur Schmier-, Druck- und Kühlmittel versorgung von KFZ-Antriebs- und Nebenaggregaten, bevor zugt für CVT- und Servolenkeinrichtungen, wobei die mit Fluid zu versorgenden Antriebsaggregate weitgehend in die Pumpenantriebskonzeption einbezogen sind, bestehend aus einem Antriebsmotor, einem zwischen Antriebs motor und Fahrwerkantrieb angeordneten, in seiner Über setzung variierbaren Getriebe (5, 6, 7) und einer Hydraulikpumpe (14), deren Antrieb über ein vorgeschaltetes Überlagerungsgetriebe erfolgt, mit zuführenden Drehverbindungen (15, 17, 1) zum Überlagerungsgetriebe (12) sowohl von einer an- und abtriebs seitigen Basis des zwischen Motor und Fahrwerksantrieb sitzendes Getriebes, mit einer Gestaltung und Auslegung des Überlagerungsgetriebes (12) und der Übersetzungsverhält nisse der Drehverbindungen derart, daß mit Zusammenführung der Antriebsdrehzahl einerseits und einer der Ausgangs drehzahl des Getriebes direkt proportionalen Drehzahl andererseits bei relativ zur Antriebsdrehzahl zunehmender Abtriebsdrehzahl eine dazu direkt proportional Herabset zung der Drehzahl des Pumpenantriebs (13) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe (12) selbst als Zahnradpumpe ausgebildet ist mit einer inneren Übersetzungsabstimmung, einschließlich der zuführenden Drehverbindungen (17, 18, 19), derart, daß mit Zusammenführung der Drehzahl des Antriebsaggregates (1) einerseits und einer der Ausgangsdrehzahl des Getrie bes (5, 6, 7) direkt proportionalen Drehzahl andererseits bei relativ zur Antriebsdrehzahl zunehmender Abtriebs drehzahl eine dazu direkt proportionale Herabsetzung der die Förderleistung der Pumpe (12) bestimmenden Differenzdrehzahlen zwischen den Pumpenrändern (40, 41) und dem Pumpengehäuse (38) eintritt, ferner nicht ausschließlich dieser Pumpen-Überlagerungsgetriebekombi nation (12) eine oder mehrere weitere Pumpen (14) oder sonstige als Arbeitsmaschinen wirkende KFZ-Nebenaggre gate (24) nachgeschaltet sind.

2. KFZ-Hydraulikpumpe zur Schmier-, Druck- und Kühlmittel versorgung von KFZ-Antriebs- und Nebenaggregaten, bevor zugt für CVT- und Servolenkeinrichtungen, wobei die mit Fluid zu versorgenden Antriebsaggregate weitgehend in die Pumpenantriebskonzeption einbezogen sind, bestehend aus einem Antriebsmotor, einem zwischen Antriebs motor und Fahrwerkantrieb angeordneten, in seiner Über setzung variierbaren Getriebe und einer Hydraulikpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (135, 155, 171) der Hydraulikpumpe (28) rotations fähig angeordnet ist, sowohl die Pumpenwelle (138, 161, 173) als auch das Gehäuse (135, 155, 171) mit einer an- oder ab triebsseitigen Basis des zwischen Antriebsmotor (1) und Fahrwerksantrieb (11) angeordneten Getriebes (5, 6, 7) oder mit dem Motor (1) selbst und dem Fahrwerksantrieb in Drehverbindung stehen, wobei die Übersetzungsverhält nisse dieser Drehverbindungen (26, 29, 31) zu dem im KFZ-Antriebspfad befindlichen Getriebe (5, 6, 7) so abge stimmt sind, daß mit Zusammenführung der Drehzahl des An triebsaggregates (1) einerseits und einer der Ausgangsdreh zahl des Getriebes (5, 6, 7) direkt proportionalen Drehzahl andererseits bei relativ zur Antriebsdrehzahl zunehmender Abtriebsdrehzahl eine dazu direkt proportionale Herabset zung der die Förderleistung bestimmende Differenzdrehzahl zwischen den Pumpenrädern (139, 160, 173) und dem Pumpen gehäuse (135, 155, 171) eintritt.

3. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (38, 88) eine koaxiale Form aufweist, von einem weiteren rotationsfähigen Gehäuse (35, 85) in seinen Umfangskonturen drehbar zueinander umschlossen wird, im Inneren mindestens ein Pumpenzahnrad (40, 41 und 91, 93) aufweist, wovon ein Zahnrad (40, 93) im Zentrum als inneres Sonnenrad eines Planetengetriebe systems angeordnet ist, und das damit im Eingriff ste hende andere Zahnrad (41, 91) als Planetenrad drehbar in einem als Steg eines Planetengetriebes fungierenden Pum pengehäuses (38, 88) gelagert, diese Planetenräder (41, 91) mit ihrer Verzahnung die Umfangskontur des Pum pengehäuses (38, 88) überragen und mit einer als äußeres Sonnenrad des Planetengetriebes fungierende, im umschlie ßenden Gehäuse (35, 85) angeordneten innenverzahnten Zahn kranz (44, 92) im Eingriff stehen, ferner weiterhin das umschließende Gehäuse (35, 85) einen außenverzahnten Zahn kranz (45, 100) aufweist.

4. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Pumpen-Sonnenrad (4, 139, 160, 173) mit dem KFZ-Antriebs motor (1) in einer Drehverbindung steht und das äußere, das Pumpengehäuse (38) umschließende Gehäuse (35) in einer festen Lagerbasis (37) drehbar gelagert ist und der als äußeres Sonnenrad fungierende Zahnkranz (44) mit einer abtriebsseitigen Basis des im KFZ-Antriebspfad sitzenden Getriebes (5, 6, 7) in einer festen Drehverbindung (17, 18, 19) steht.

5. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das als Planetensteg fungierende Pumpengehäuse (88) mit einer getriebeantriebsseitigen Basis in einer Dreh verbindung steht und mit einem Lagerhals (86) ausge stattet ist, ferner der als äußeres Sonnenrad fungie rende Zahnkranz (92) mit einer abtriebsseitigen Getrie bebasis (19) in Drehverbindung steht.

6. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das als inneres Sonnenrad fungierende Pumpenrad (93) eine aus dieser Pumpen-Getriebekombination herausführende Drehverbindung (103) zu einer oder mehreren weiteren, als Ar beitsmaschine fungierenden KFZ-Nebenaggregaten, bevorzugt einer Lichtmaschine (24), aufweist.

7. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das als Zahnradpumpe ausgeführte Planetengetriebesystem (12) so ausgelegt ist, daß mit zunehmendem Übersetzungs verhältnis des im KFZ-Antriebsstrang angeordneten Getrie bes (5, 6, 7) das Drehzahlverhältnis zwischen dem inneren Sonnenrad (93) und seiner motorseitigen Antriebsbasis (90) sowie die Relativdrehzahlen bzw. -geschwindigkeiten der Pumpenräder (93, 91) zum Pumpengehäuse (88) abnimmt.

8. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1 und 7, dadurch ge kennzeichnet, daß das als Zahnradpumpe ausgeführte Planetengetriebe (12) so ausgelegt ist, daß bei stehendem äußeren Gehäuse (17, 85) bzw. äußerem Sonnenrad (92) ein erhöhendes Übersetzungs verhältnis zwischen der als weiterer Nebenaggregatean trieb dienenden Pumpenausgangsbasis (13, 103) und der motordrehzahlproportionalen Eingangsbasis (1, 90) vor liegt.

9. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die rotationsfähige Pumpe (28) mindestens ein Pumpenrad paar aufweist, wovon ein Pumpenrad (139, 160, 173) im Rotationszentrum angeordnet ist, von diesem Pumpenrad zu dem Motor (1) oder einer getriebeantriebsseitigen Basis eine Drehverbindung (161, 161) besteht und das oder die anderen Pumpenräder (158, 172) im rotationsfähigen, mit einer getriebeabtriebsseitigen Basis (31) in Dreh verbindung stehenden, als Pumpengehäuse fungierenden Ge häuse (135, 155, 171) gelagert sind.

10. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Pumpengehäuse (135) auf einer koaxial zum Antriebs motor (1) angeordneten abtriebsseitig des im Fahrwerksan triebspfad angeordneten Getriebes (5, 6, 7) nachfolgenden Getriebewelle (151) angeordnet ist.

11. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (155, 171) einen Hals (156, 175) auf weist, der in einen feststehenden Lagerflansch (157, 176) gelagert ist.

12. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 2 und 9, dadurch ge kennzeichnet, daß das in einem äußeren, die Verzahnung der exzentrisch ge lagerten Pumpenräder (158) umhüllenden Bereich ein innen verzahnter, drehbarer Zahnkranz (159) angeordnet ist, der mit den Pumpenrädern (158) dichtend (weitere Pumpenstu fen bildend) im Eingriff steht.

13. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer festen Lagerbasis (37, 87, 137, 157, 176) drehbar gelagerten Lagerhälse (36, 86, 136, 156, 175) der Pumpengehäuse (88, 135, 155, 171) oder das, das Pumpenge häuse (38) umschließende äußere Gehäuse (35) den Pumpen gehäusen (38, 88, 135, 155, 171) zuführende axiale An saugkanäle (48, 101, 141, 162, 163, 179) und abführende Abflußkanäle (60, 66, 94, 144, 147, 164, 165, 183) auf weist.

14. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß rotationsfähige Pumpengehäuse (38, 88, 135, 155, 171) Ven tileinrichtungen (190, 191, 192, 193, 195, 196) auf weisen, welche drehzahlabhängig durch Fliehkraft betätigt druckseitige Basen (182 I′ 182 II) einzelner Pumpen stufen mit der Pumpensaugseite verbinden.

15. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, 2 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen aus einem weitgehend radial ange ordneten Steuerkolben (189) besteht.

16. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, 2 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung aus einem weitgehend radial ange ordneten Kugelventil (195, 196) besteht.

17. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, 2, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (189) einen seine Stirnflächen verbin denden Kanal (192) aufweist.

18. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe mehrere Zahnradpaare mit mehreren Förderstufen aufweist, die im Druckniveau unterschiedlichen Verbraucher- und Versorgungskreisen zugeordnet sind.

19. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, 2 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß rotationsfähige Pumpengehäuse (38, 88, 135, 155, 171) Ventileinrichtungen (190 bis 196) aufweisen, welche dreh zahlabhängig durch Fliehkraft betätigt einzelne Pumpen stufen wechselweise unterschiedlichen Verbraucher- und Versorgungskreisen zuordnen.

20. KFZ-Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, 2 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß rotationsfähige Pumpengehäuse (38, 88, 135, 155, 171) Ventileinrichtungen (190 bis 196) aufweisen, welche druck abhängig einzelne Pumpenstufen wechselweise unterschied lichen Verbraucher- und Versorgungskreisen zuordnen.