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Redaktion: Ralf Stopp, Christa Siefert

Layout: Vera Westermann

Druck: Konkordia GmbH, BühlDas Medienunternehmen

Printed in Germany

Nachdruck, auch auszugsweise, ohneGenehmigung des Herausgebers untersagt.

Vorwort

Innovationen bestimmen unsereZukunft. Experten sagen voraus,dass sich in den BereichenAntrieb, Elektronik und Sicherheitvon Fahrzeugen in den nächsten15 Jahren mehr verändern wirdals in den 50 Jahren zuvor. DieseInnovationsdynamik stellt Herstel-ler und Zulieferer vor immer neueHerausforderungen und wirdunsere mobile Welt entscheidendverändern.

LuK stellt sich diesen Herausfor-derungen. Mit einer Vielzahl vonVisionen und Entwicklungsleistun-gen stellen unsere Ingenieure ein-mal mehr ihre Innovationskraftunter Beweis.

Der vorliegende Band fasst dieVorträge des 7. LuK Kolloquiumszusammen und stellt unsere Sichtder technischen Entwicklungen dar.

Wir freuen uns auf einen interes-santen Dialog mit Ihnen.

Bühl, im April 2002

Helmut Beier

Vorsitzenderder Geschäftsführung LuK Gruppe

LuK KOLLOQUIUM 2002

Inhalt

1 ZMS – nichts Neues? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 Der Drehmomentwandler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3 Kupplungsausrücksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4 Der Interne Kurbelwellendämpfer (ICD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5 Neueste Ergebnisse der CVT-Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

6 Wirkungsgradoptimiertes CVT-Anpresssystem . . . . . . . . . . . . . 61

7 Das 500 Nm CVT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

8 Das Kurbel-CVT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

9 Bedarfsorientiert ansteuerbare Pumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

10 Die temperaturgeregelte Schmierölpumpe spart Sprit . . . . . . . 113

11 Der CO2 Kompressor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

12 Komponenten und Module für Getriebeschaltungen . . . . . . . . 135

13 Die XSG Familie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

14 Neue Chancen für die Kupplung? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

15 Elektromechanische Aktorik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

16 Denken in Systemen – Software von LuK . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

17 Das Parallel-Schalt-Getriebe PSG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

18 Kleiner Startergenerator – große Wirkung. . . . . . . . . . . . . . . . . 213

19 Codegenerierung contra Manufaktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

WESTEV

9 Bedarfsorientiert ansteuerbare Pumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

99LuK KOLLOQUIUM 2002

Bedarfsorientiert ansteuerbare PumpenReduzierte Leistungsaufnahme vonLenk-, Fahrwerks- und Getriebesystemen

Hans Jürgen LauthDirk WebertThomas ScholzIvo Agner

9

9 Bedarfsorientiert ansteuerbare Pumpen

100 LuK KOLLOQUIUM 2002

EinleitungIm Pkw werden zur Verbesserung von Sicher-heit und Komfort Hydrauliksysteme einge-baut. Die bekannten Vorteile sind hohe Lei-stungsdichte, geringes Leistungsgewicht undhohe Dynamik. Verglichen mit geregeltenelektrischen Antrieben wird aber oft eine hö-here Energieaufnahme und somit ein höhererKraftstoffverbrauch genannt.

Durch Auswahl eines geeigneten Pumpen-prinzips und die Ergänzung mit einer bedarfs-gerechten Ansteuerung kann der Energiebe-darf der Pumpen wesentlich gesenkt werden.Eine bereits verbreitete Methode ist der dreh-zahlgeregelte elektromotorische Antrieb vonPumpen bis ca. 0,5 kW Leistung. Im Folgen-den soll jedoch nur auf Anwendungen mit hö-heren Eckleistungen eingegangen werden.Hier erfolgt der Antrieb durch den Verbren-nungsmotor.

Drei Beispiele werden nachfolgend vorgestellt:

Bild 1: Beispiele für Pumpenanwendungen

In der Servolenkung (Open Center) läuft diePumpe oft mit sehr niedrigen Drücken. Diedruckseitige Volumenstromregelung ist seitJahrzehnten Stand der Technik.

In Antiwanksystemen mit Speicher ergebensich hohe Dauerdrücke über den gesamtenDrehzahlbereich. Sauggeregelte Radialkol-benpumpen haben sich hier bewährt.

In stufenlosen Getrieben (CVT) liegen ma-ximale Drücke und Drehzahlen niedriger, eswerden jedoch oft mittlere Drücke erreicht.Verschiedene Pumpentypen sind einsetzbar.

Pumpen für Servolenkungen

Open Center LenksystemIm Automobilbau wird die Lenkunterstützungüblicherweise als Open Center System aus-geführt (Bild 2).

Es ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Gera-deausfahrt der Volumenstrom mit einem niedri-gen Druck durch das System gefördert wird.

Für schnelle Lenkbewegungen wirdvom Volumenstromregler der maxi-male Volumenstrom konstant zurVerfügung gestellt. Für Lenkmanö-ver im üblichen Fahrbetrieb ist aberdeutlich weniger Menge erforder-lich.

Hohe Drücke treten nur beim Len-ken im Stand oder bei niedrigenFahrgeschwindigkeiten auf.

Die Pumpen für derartige Open Cen-ter Lenksysteme werden in der Re-gel als Konstant-Flügelzellenpum-pen ausgeführt und über einen Rie-men vom Motor angetrieben. DieFördermenge der Pumpe steigt so-mit linear zur Motordrehzahl. Da die

Lenkung nur einen begrenzten Volumenstrombenötigt, wird die überschüssige Menge miteinem Volumenstromregler in der Pumpe ab-geregelt und intern umgewälzt. Eine Rege-lung abhängig von anderen Fahrparametern,wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, ist nichtmöglich.



Derartige Systeme verursa-chen in Verbrauchstests (NE-CE) im Fahrzeug einen Mehr-verbrauch von ca. 2%.

Ein Entwicklungsziel für aktu-elle Lenksysteme ist, diesenKraftstoffmehrverbrauch zureduzieren und den Volumen-strom deutlicher an den jewei-ligen Fahrzustand anzupas-sen. Gleichzeitig sind derLenkkomfort und die Dynamikheutiger Systeme beizubehal-ten oder sogar noch zu stei-gern. Den eingeschränktenPlatzverhältnissen im Fahr-zeug ist dabei Rechnung zutragen.Bild 2:

Bild 3:

Elektrisch verstell-barer Volumen-strom (EV2)Durch den Einbau eines elek-trisch ansteuerbaren By-passventils zusätzlich zum vor-handenen Volumenstromregler(Bild 3) kann der Volumenstromelektrisch verstellt werden.Hierbei wird die Volumenstrom-regelung mittels eines Haupt-stromregelkolbens, wie sie sichin der Basispumpe bewährt hat,beibehalten. Parallel zu derHauptstromdrossel wird ein By-pass erzeugt. In diesem ist einProportionalventil geschaltet,durch das ein variabler By-passvolumenstrom einge-stellt wird.

Da der Hauptstromregelkol-ben nach dem Prinzip einer“Druckwaage” ausgeführt ist,wird der Druckabfall über dieHauptstromdrossel und überdas Bypassventil konstant ge-halten. Damit ist der Volumen-



strom, der über den Bypass geleitet wird, pro-portional zum Öffnungsquerschnitt des Ven-tils. Ein Einfluss des Systemdruckes, derwiederum vom Fahrzustand abhängt, ist nichtvorhanden. Somit kann auf eine gesonderteSensierung des Druckes verzichtet werden.

Der Öffnungsweg des Bypassventils kannnun über eine elektronische Steuerung vonFahrzustandsgrößen, wie zum Beispiel Fahr-geschwindigkeit, Lenkwinkel und Lenkwinkel-geschwindigkeit, beeinflusst werden. Der Vo-lumenstrom wird an die Fahrsituation ange-passt. Dadurch kann in Situationen, in denenkeine Lenkunterstützung notwendig ist, derVolumenstrom abgesenkt werden. Da derDurchlaufdruck quadratisch von der Durch-laufmenge abhängt, erreicht man schon durcheine verhältnismäßig geringe Absenkung derMenge eine deutliche Verminderung desDurchlaufdruckes und somit eine Reduzie-rung der hydraulischen Leistungsaufnahme.Wie in der Messung in Bild 4 erkennbar ist,lässt sich durch bedarfsgerechte Anpassungdes Volumenstromes der Durchlaufdruck ineinem extremen Beispiel von 10 bar auf 1 barsenken.

Eine entscheidende Größe für das Energie-sparen bei gleichzeitiger Beibehaltung desLenkkomforts ist die Dynamik der Pumpe. Beischneller Änderung einer Eingangsgröße,z. B. Lenkwinkelgeschwindigkeit bei einemAusweichmanöver, muss die Pumpe in derLage sein, den Volumenstrom so schnell andie aktuellen Bedingungen anzupassen, dassder Fahrer die Regelung nicht spürt. Die LuKLösung ist in der Lage, innerhalb von 30 msden Volumenstrom vom Minimal- auf den Ma-ximalwert zu erhöhen. Damit stellt der Fahreram Lenkrad keinen Unterschied zum Serien-system fest.

Durch bedarfsgerechte Einstellung des Volu-menstromes können im neuen europäischenFahrzyklus (NECE) Minderverbräuche ge-genüber herkömmlichen Open Center Lenk-systemen von ca. 1% realisiert werden.

Durch die fahrparameterabhängige Steue-rung des Volumenstromes lassen sich zu-sätzliche Komfortfeatures mit der Pumpe

realisieren. So ist die Abhängigkeit der För-dermenge von der Fahrgeschwindigkeit pro-grammierbar. Bei herkömmlichen Systemenist die Fördermenge der Pumpe nur von derMotordrehzahl abhängig. Durch eine Absen-kung des Volumenstromes mit zunehmenderGeschwindigkeit lässt sich das Lenkmomenterhöhen, was der Fahrer als straffere, direk-tere Lenkung spürt. Weiterhin kann der Volu-menstrom kurz vor Erreichen des Lenkan-schlages deutlich gedrosselt werden. Damitwird der Lenkanschlag gedämpft.

Bild 4: Vergleichsmessung Standardpumpe – EV2 beim Durchfahren einer Kurve



Einbau im FahrzeugDie vorgestellte Lösungzeichnet sich dadurchaus, dass das Ventilsehr flexibel in derNähe des Druckan-schlusses angeordnetwerden kann. Weil nur einTeil des Volumenstromes über das By-passventil geführt wird und die Druckdiffe-renz klein ist, kann das Ventil sehr kompaktausgeführt werden. Die erforderliche Ma-gnetkraft und somit die Stromaufnahme desVentils bleiben gering. Da mit der Ventilstel-lung direkt auf den Volumenstrom Einflussgenommen wird, lässt sich das System gutsteuern.

Vorteile von EV² � ca. 50% geringere Leistungsaufnahme

der Pumpe (ca. 1% Kraftstoffminderver-brauch)

� reduzierter Kühlaufwand im System

� Verbesserung des Lenkkomforts

� Anpassung der Lenkkräfte an den Fahr-zustand

Hydraulische Fahrwerkspumpenfür aktive FahrwerkssystemeAktive Fahrwerke sind schon seit langemein Ziel der Fahrzeugentwickler. Aktiv be-deutet in diesem Zusammenhang, dass dieKarosseriebewegungen aktiv ausgeglichenwerden können. Alle ausgeführten Systemenutzen hydraulische Komponenten. In derletzten Zeit sind zwei unterschiedliche Kon-zepte mit Pumpen von LuK technisch reali-siert worden (Bild 6).

Bild 5: Anbauvarianten EV²

Open Center SystemBeispiele:

Active Cornering Enhancement(Land Rover Geländewagen)

Dynamic Drive (BMW Luxus-Sportklasse)

Mit beiden Systemen erfolgt ein Wankaus-gleich. Die Radialkolbenpumpe (RKP) mit in-terner Saugdrosselung liefert eine konstanteFördermenge.

Closed Center SystemBeispiel:

Active Body Control(DaimlerChrysler Luxus-/Oberklasse)Das ABC System verfügt zusätzlich zumWankausgleich über eine Kompensation derNickbewegungen der Karosserie. Auch eineNiveauregulierung ist integriert. Zur Druckver-sorgung kommt eine intern und extern saug-gedrosselte Radialkolbenpumpe zum Ein-satz. Dieser Pumpentyp ist in der Lage, diebenötigten Volumenströme von 1- 12 l/minbei 200 bar Systemdruck zu liefern.

Konstantpumpen sind aufgrund des maxima-len Leistungsbedarfes bis ca. 20 KW nur be-dingt einsetzbar.



Bild 6: Pumpenregelung für Antiwanksysteme

Funktion der sauggedrossel-ten RadialkolbenpumpeDie innen betätigten, außen mit Druck beauf-schlagten Kolben werden niederdruckseitigschlitzgesteuert befüllt und hochdruckseitigmit Ventilen gesteuert.

Die generelle Funktionsweise der saugge-drosselten Radialkolbenpumpe ist in Bild 7schematisch dargestellt.

Beim Absenken des Kolbens vom oberen Tot-punkt entsteht ein Unterdruck im Kolbenraum(Vakuum-Hohlräume sind im Bild 7 gelb dar-gestellt). Dieses geschieht solange, bis dieseitlichen Saugbohrungen des Kolbens eineVerbindung zur Saugseite herstellen und da-mit Öl in den Kolben einströmt. Das Ende derBefüllung ist nach weiterem Drehen der Ex-zenterwelle über den unteren Totpunkt hinausmit dem erneuten Verschließen der Saugboh-rungen gegeben. Dies ergibt einen Nichtför-derwinkel, der rein geometrisch bedingt ist.

Unterschieden wird in der Darstellung zwi-schen drei Zuständen, in denen eine saugge-drosselte RKP arbeiten kann.

Im oberen Teil von Bild 7 befindet sich dieRKP im sogenannten nichtabgeregelten Mo-

dus, in dem die Pumpeals Konstantpumpe ar-beitet. Der Kolbenraumist vollständig mit Öl ge-füllt und die Fördermen-ge steigt mit anwachsen-der Pumpendrehzahl.

Im mittleren Teil desBildes 7 ist dargestellt,dass die Befüllzeit mitsteigender Kolbenge-schwindigkeit (Pum-pendrehzahl) nichtmehr ausreicht, um denKolbenraum vollstän-dig zu befüllen (Grenz-drehzahl). Hierbei trittein größerer Nichtför-derwinkel auf.

Dieses Verhalten der sauggedrosselten Radial-kolbenpumpe wird als interne Saugdrosselungbezeichnet. Aus energetischer Sicht ist diese in-terne Saugdrosselung von großer Bedeutung.Wäre der Kolbenraum bei steigender Motor-und somit auch Pumpendrehzahl allzeit kom-plett mit Öl gefüllt, läge eine Konstantpumpeüber dem gesamten Drehzahlbereich vor. DieSaugdrosselung verhindert dieses. Ab einer ge-wissen Drehzahl gelangt immer weniger Öl inden Kolbenraum. Der Volumenstrom bleibt mitder steigenden Drehzahl annähernd konstant.Es wird nur die gewünschte Ölmenge je Zeitein-heit unter Energieeinsatz auf Druck gebracht.Damit entsteht mit geringem Bauaufwand durchdie Saugdrosselung eine Verstellung des För-dervolumens, und der Leistungsbedarf wird ge-genüber einer Konstantpumpe um bis zu 75%reduziert.

Die im unteren Teil von Bild 7 dargestellteextern ansteuerbare Saugdrosselung istdurch ein Ventil in der Saugleitung realisiert.Damit wird der Druck im Saugraum abgesenktund die zur Befüllung der Kolben vorhandeneDruckdifferenz geringer. Hierdurch kann nochweniger Öl in den Zylinder strömen, wodurchdie Energieaufnahme und die Fördermengeder Pumpe weiter absinkt. Verglichen mit ei-ner Konstantpumpe sinkt der Leistungsbedarfum bis zu 90%.



Bild 7: Funktionsprinzip der Radialkolbenpumpe



GeräuschoptimierungDas Pumpenprinzip der sauggedrosseltenRadialkolbenpumpe ist bekannt für seineniedrige Leistungsaufnahme. Nachteilig istdie vergleichsweise hohe Volumenstrompul-sation bzw. Luftschallabstrahlung. Mit stei-gendem Nichtförderwinkel sinkt die Energie-aufnahme, andererseits nimmt die Druckpul-sation zu.

Um den Anforderungen an ein sehr niedrigesGeräuschniveau in Oberklassefahrzeugengerecht zu werden, liegt einer der Entwick-lungsschwerpunkte in der Geräuschreduzie-rung. Ein Beispiel des Entwicklungserfolgeszeigt Bild 8.

Bild 8: Luftschallabstrahlung einerRadialkolbenpumpe

Gezeigt ist die Luftschallabstrahlung über derFrequenz für zwei unterschiedliche Entwick-lungsstände. Durch folgende Maßnahmenkonnte eine Absenkung des Luftschalls umca. 20 dB erreicht werden:

� Detailgestaltung Rückschlagventile amAuslass in Plattenbauweise

� Einsatz von schwingungsdämpfendenKunststoffen statt Stahlblech für die Rie-menscheibe

� Partielle Steifigkeitserhöhungen der Gehäu-seteile

Einbau im Fahrzeug

Bild 9: Radialkolben /Flügelzellen - Tandempumpe

Die Tandemanordnung hilft besonders bei lei-stungsstarken Fahrzeugen mit ihren beeng-ten Motorräumen, den Einbau zu ermöglichen.So ist auch kein zusätzlicher Anbauort im Rie-mentrieb und am Motor erforderlich. Weiterhinreduziert die Tandembauweise das verbauteGewicht. Eine zweite Riemenscheibe und diezweite Pumpenhalterung können entfallen.

Vorteile dersauggedrosselten RKP`sErst durch die Entwicklung und geräuschmä-ßige Adaption von relativ großen sauggedros-selten Radialkolbenpumpen wird der Serien-einsatz von aktiven Fahrwerkssystemen tech-nisch mit folgenden Vorteilen möglich:

� Leistungsaufnahme mit externer Saugdros-selung bis zu 90% geringer als mit Konstant-pumpen

� Durch elektrische Ansteuerung in System-regelung integrierbar

� Durch radiale Bauweise gut geeignet fürTandempumpen

� Akzeptables Geräusch



Hochdruck-GetriebepumpenHeutige Automatikgetriebe für Pkw-Anwen-dungen steuern den Anfahrvorgang, die Über-setzungsänderung und das Betätigen derWendesatzkupplungen für Vorwärts-/Rück-wärtsfahrt sowie Kühlung und Schmierung hy-draulisch. Dazu ist eine hydraulische Druck-versorgungseinheit und eine hydraulischeSteuerung notwendig.

Der Trend zu mehr Komfort bei gleichzeitigerPerformancesteigerung führte zur Entwick-lung stufenloser Getriebe. Die hydraulischenSteuerungen stufenloser Getriebe arbeitenmit deutlich höheren maximalen Druck-niveaus (>30 bar) als bekannte Stufenauto-maten (<20 bar). Dies stellt eine technischeHerausforderung für die Getriebepumpenent-wicklung dar, denn im Gegensatz zu anderenhydraulischen Anwendungen im Fahrzeug ar-beiten Getriebepumpen zeitweise mit starkverschäumtem Automatikgetriebeöl. Darausergeben sich besondere Aufgabenstellungenbezüglich Geräusch und Verschleiß.

Es besteht nun die Aufgabe, eine Druckver-sorgungseinheit auszuwählen, die über einegroße Bandbreite der hydraulischen Anforde-rungen hinweg den Ansprüchen der Automo-bilindustrie entspricht.

Entwicklungsziele

Hydraulische Anforderungen� Druckbereich bis max. 85 bar

� Drehzahlbereich 600...8000 min-1

� Temperaturbereich -40°C...+150°C

� Geringe bis hohe Anteile ungelöster Luft imGetriebeöl

Leistungsaufnahme� Guter volumetrischer Wirkungsgrad bei hö-

heren Drücken, da dieser die Pumpengrößebestimmt.

� Guter hydraulisch-mechanischer Wirkungs-grad bei niedrigen bis mittleren Drücken undDrehzahlen bis 2500 min-1, da dieser fürden Kraftstoffverbrauch entscheidend ist.

� Geringe Leistungsaufnahme bei hohenDrehzahlen und mittleren Drücken, da dieseentscheidend für die Maximalgeschwindig-keit, die max. Beschleunigung des Fahr-zeugs und den Kühlölhaushalt des Getrie-bes ist.

Geräusch� Akzeptables Pumpengeräusch in allen Be-

reichen der hydraulischen Anforderungen.

Kaltstartfähigkeit� Das Selbstansaugen der Getriebepumpe

muss in jedem Fall gewährleistet sein.

KonzeptvergleichEine erste Gegenüberstellung verschiedenerpotenzieller Pumpenprinzipien unter dem Ge-sichtspunkt der Drehmomentaufnahme überder Pumpendrehzahl zeigt Bild 10.

Alle dargestellten Pumpen sind so normiert,dass bei einer Drehzahl von 1000 min-1 undeinem Druck von 20 bar der Förderstrom10,5 l/min beträgt. Das heißt, Pumpen mit ei-nem besseren volumetrischen Wirkungsgradbesitzen ein kleineres theoretisches Förder-volumen. Gleichzeitig wird vorausgesetzt, dassein Volumenstrom von 15 l/min ausreicht, alleFunktionen der Getriebesteuerung ausreichendmit Öl zu versorgen. Die Verstellpumpen (ver-stellbare Flügelzellenpumpe und sauggedros-selte Radialkolbenpumpe) werden auf einenkonstanten Volumenstrom von 15 l/min abgere-gelt. Die zweiflutige Flügelzellenpumpe mit ei-ner Teilung von 50:50 liefert nach Wegschaltungeiner Pumpenhälfte bei 3000 min-1 (lila Pfeil Bild10) noch mindestens 15 l/min.

Für Fahrzeuge mit leistungsstarken Motorenerweist sich der Einsatz der Konstantpumpenals vorteilhaft, da vorrangig mit niedrigen Mo-tordrehzahlen gefahren wird. Der Einfluss der



Bild 10: Vergleich der Drehmomentaufnahme verschiedener Pumpenkonzepte

höheren Leistungsaufnahme auf die Maxi-malgeschwindigkeit ist aufgrund der progres-siven Fahrwiderstandskennlinie gering.

In Fahrzeugen der mittleren Leistungsklasseist der Einsatz der Verstellpumpen nicht ziel-führend, da diese aufwändiger sind und einengroßen Bauraum beanspruchen. Eine guteLösung stellt der Einsatz der zweiflutigen Flü-gelzellenpumpe in diesem Segment dar.

KompensierteInnenzahnradpumpe

Die Innenzahnradpumpe ist die derzeit am häu-figsten verwendete Pumpe bei Stufenautoma-ten, welche durch eine geeignete Spaltkompen-sation im volumetrischen Wirkungsgrad für denHochdruckeinsatz angepasst werden kann.

Die axiale Spaltkompensation beruht auf einerbeidseitigen Anpressung der Axialplatten, beider die äußeren Druckfelder größer sind alsdie den Zahnrädern zugewandten. Diese wer-

den mit einer geringen Kraft an das rotierendeHohlrad und Ritzel gedrückt und damit dieSpalte minimiert.

Zur radialen Spaltkompensation wird gezieltDrucköl in eine geteilte Sichel geführt, die sichspreizen kann und an den rotierenden Zahn-rädern zum Anliegen kommt.

Die Vorteile dieser Art „Vollkontakt“-Spaltkom-pensation kommen insbesondere bei Pumpen-anordnungen am Wandlerhals zum Tragen, dahier die Pumpe geometrisch bedingt radial sehrgroß baut und breite Leckagepfade entstehen.

Weiterhin zeichnet sich die Innenzahnrad-pumpe mit Sichel durch eine geringe kinema-tische Volumenstrompulsation aus. Die ge-zielte Steuerung der Druckausgleichsvorgän-ge über einen großen Drehwinkel hat bei ver-schäumtem Getriebeöl einen positiven Ein-fluss auf das Pumpengeräusch.

Bild 11: Spaltkompensation bei einer Innenzahn-radpumpe



FlügelzellenpumpeDie Kombination der Hochdruckanforderun-gen an Getriebepumpen mit der Reife derLenkhelfpumpen-Technologie macht die Flü-gelzellenpumpe zu einer sehr guten Wahl.

Durch den Einsatz einer doppelhubigen Ring-kontur kann bei der hier betrachteten Flügel-zellenpumpe zweimal pro Umdrehung ange-saugt und ausgedrückt werden. Dadurch bautdiese Pumpe sehr klein und ist für eine An-ordnung als Kompaktpumpe im Getriebe prä-destiniert.

Radial erfolgt die Spaltkompensation durchdie druckbeaufschlagten Flügel.

Axial ist sowohl eine einseitige als auch einedoppelseitige Druckplattenkompensationmöglich (Bild12).

Bild 12: Spaltkompensation bei einer Flügelzel-lenpumpe

Bei niedrigen Drücken läuft der Rotor mit Axi-alspiel zwischen zwei Druckplatten. Aufgrundder geringen Reibungsverluste ermöglichtdieses System sehr gute hydraulisch-mecha-nische Wirkungsgrade in dem für den Kraft-stoffverbrauch relevanten Bereich.

Dieses Axialspiel wird bei höheren Drückendurch gezielte Durchbiegung der Druckplat-

ten durch äußere Druckfelder reduziert. Dasbewirkt eine gute Volumetrie, die aufgrund derfür die Auslegung relevanten Punkte im hö-heren Druckbereich ein kleines theoretischesFördervolumen ermöglicht.

Bild 13: Zweiflutige Flügelzellenpumpe -Hydraulikschema

Durch die Doppelhubigkeit lässt sich einepreiswerte und kompakte Lösung einer Mehr-flutigkeit der Fördermenge realisieren.

Jede Pumpenhälfte bildet hier hydraulisch ge-sehen eine separate Pumpe, die auf verschie-denen Druckniveaus arbeiten kann (Bild 13).

Im einfachsten Fall kann eine Pumpenhälftebedarfsorientiert bei unterschiedlichstenDrehzahlen drucklos in Umlauf geschaltetwerden. Die dabei entstehenden Querkräfteauf den Rotor werden mittels einer balligenLagerung auf die Welle übertragen.

Durch unterschiedliche Hübe am Konturringlassen sich auch unsymmetrische Aufteilun-gen der Pumpenhälften realisieren. Dadurchist es möglich, mit einer zweiflutigen Flügel-zellenpumpe drei verschiedene theoretischeFördervolumina zur Verfügung zu stellen(VA, VB, VA+B). Die notwendige Umschalt-funktion kann oft ohne großen Aufwand in dieGetriebesteuerung integriert werden.



Im für den Kraftstoffverbrauch relevanten Dreh-zahlbereich lässt sich durch den Einsatz einerzweiflutigen Flügelzellenpumpe bis zu 0,7%Kraftstoff im Fahrzeug sparen. Dazu muss diePumpe schon unterhalb von 2500 U/min be-darfsorientiert auf den einflutigen Betrieb umge-schaltet werden.

Bild 14: Einsatz einer Zwischenkapazität bei einer Flügelzellenpumpe

Einen weiteren Vorteil bietet dieses Pumpen-konzept bei Maximalgeschwindigkeit. Hierkönnen bei einem theoretischen Fördervolu-men von 14 cm³ und einem Druck von 25 barca. 1600 Watt eingespart werden. Das ent-spricht bei einem Mittelklassefahrzeug mit200 km/h Höchstgeschwindigkeit einer Erhö-hung der Maximalgeschwindigkeit um1,6 km/h bei gleicher Motorleistung. Weiterhinlässt sich die Maximalbeschleunigung um ca.3% steigern. Der Aufwand für die Kühlung desGetriebeöles wird deutlich reduziert.

Auch die Flügelzellenpumpe hat eine geringekinematische Volumenstrompulsation. DerEinsatz spezieller Umsteuerkerben oder einerZwischenkapazität ermöglicht weiche Druck-ausgleichsvorgänge zur Realisierung niedri-ger Geräuschpegel.

Die Zwischenkapazität stellt hier ein Volumendar, das aufgrund der Elastizität des ver-schäumten Getriebeöles wie ein Druckspei-cher wirkt. Jede Kapazität ist mittels zweierBlenden in Reihe zwischen die auf Druck zubringende Zelle und den Auslass geschaltet(Bild 14).

LuK EmpfehlungBild 15 zeigt eine abschließende qualitativeGegenüberstellung der von LuK favorisiertenPumpenprinzipien für CVT-Getriebe, mit de-nen individuell auf die jeweiligen Anforderun-gen des Kunden eingegangen werden kann.

Bild 15: Vergleich CVT-Pumpen (Hoher Druck)

Merkmal Flügelzellen-pumpe

Innenzahnrad-pumpe

Wirkungs-grad

Akustik / Pulsation

Akustik bei stark ver-schäum-tem Öl

Kosten

Zweiflutige Pumpe darstellbar

Anwen-dung

Empfohlen als Kompaktpum-pe (off axis)

Empfohlen für Wandlerhals-anordnungen (on axis)



ZusammenfassungBei LuK werden Hydraulikpumpen für vieleverschiedene Anwendungen entwickelt. DieIntegration in Systeme mit elektronischerSteuerung und Regelung schafft neue Chan-cen zur Optimierung. Dem Trend nach Redu-zierung des Kraftstoffverbrauchs wird durchelektrische Ansteuerung Rechnung getragen.Serienfähige LuK Pumpen senken den Ener-giebedarf der Systeme wesentlich.

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gen über die Einsatzmöglichkeit einersauggedrosselten Hydraulikpumpe zurLeistungssteuerung, Dissertation RWTHAachen 1995.

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[3] Keith, P.; Pask, M.; Burdock, W.: TheDevelopment of ACE for Discovery II,SAE Paper No. 00PC-60, 1998.

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[5] Jost, K.: The ABC of Body Control, Au-tomotive Engineering International, July1999, S. 60 - 68.

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