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DE102015219990A1 - Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung mit einer Verstellpumpe - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung mit einer Verstellpumpe Download PDF

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DE102015219990A1
DE102015219990A1 DE102015219990.8A DE102015219990A DE102015219990A1 DE 102015219990 A1 DE102015219990 A1 DE 102015219990A1 DE 102015219990 A DE102015219990 A DE 102015219990A DE 102015219990 A1 DE102015219990 A1 DE 102015219990A1
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variable
flow
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Michael Huber
Gernot RIEGERT
Sven Jabs
Stefan Csajagi
Uwe Firzlaff
Boris Schellhammer
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung für ein Getriebe, insbesondere ein Automatikgetriebe, die Pumpenanordnung umfassend eine Verstellpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, gibt an, dass eine erste Betriebsgröße eine veränderbare Drehzahl (n) der Verstellpumpe und eine zweite Betriebsgröße ein von der Verstellpumpe bei dieser Drehzahl erzeugter Förderstrom (Q) ist, wobei mittels der Einstellvorrichtung ein Verdrängungsvolumen der Verstellpumpe und damit der Förderstrom (Q) eingestellt wird. Hierbei wird bei einer Änderung der Drehzahl (n) vor oder während der Einstellung des der geänderten Drehzahl (n2) zugeordneten Förderstroms (Q2) überprüft, ob der sich aus der geänderten Drehzahl (n2) und Soll-Förderstrom (Q2) ergebende neue Soll-Betriebspunkt (B2) in einem zulässigen Betriebsbereich (Z) befindet, wobei für den Fall, dass der Soll-Betriebspunkt (B2) außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs (Z) liegt, ein Korrektur-Soll-Förderstrom (Q2K) für die geänderte Drehzahl (n2) abweichend vom Soll-Förderstrom eingestellt wird, so dass sich ein Korrektur-Soll-Betriebspunkt (B2K) ergibt, welcher innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs (Z) liegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung mit einer Verstellpumpe.
  • Aus der DE 102012202904 A1 der Anmelderin ist eine Pumpenanordnung zum Erzeugen eines variablen Volumenstroms zu einem Verbraucher, insbesondere eines Hydrauliksystems eines Automatikgetriebes bekannt. Der von einer Pumpe erzeugte Volumenstrom wird nachfolgend auch als Förderstrom bezeichnet. Die Pumpenanordnung weist hierbei eine Verstellpumpe auf, wobei beispielhaft eine Ausführung der Verstellpumpe als Flügelzellenpumpe beschrieben ist. Weiterhin umfasst die Pumpenanordnung eine mittels eines veränderbaren Steuerdrucks verstellbare Blende und ein Steuerventil zur Einstellung des jeweiligen Drucks zweier Druckräume, deren Drücke entgegengesetzt gerichtet verschiebend auf einen Hubring der Flügelzellenpumpe wirken. Mit der Position des Hubrings ändert sich die Exzentrizität der Flügelzellenpumpe und damit deren geometrisches Verdrängungsvolumen. Unter dem geometrischen Verdrängungsvolumen ist nachfolgend das Volumen zu verstehen, welches bei einer Umdrehung des Rotors der Flügelzellenpumpe von dieser theoretisch, d. h. ohne Berücksichtigung der Leckage, gefördert wird.
  • Durch die Ausgestaltung und Anordnung der Blende und des Steuerventils ist der von der Flügelzellenpumpe erzeugbare Förderstrom in Abhängigkeit von dem die Blende verstellenden Steuerdruck variabel einstellbar. In der gezeigten Ausgestaltung steigt das Verdrängungsvolumen mit dem Durchflussquerschnitt der verstellbaren Blende. Hierdurch sind beliebige Betriebspunkte der Flügelzellenpumpe, definiert durch eine Drehzahl der Pumpe und einem bei dieser Drehzahl erzeugten Förderstrom, einstellbar, so dass der Förderstrom an den Bedarf der Verbraucher anpassbar ist.
  • In Verdrängerpumpen jeglicher Art, und so auch in der Flügelzellenpumpe tritt das Phänomen der Unterbefüllung auf, wenn bei einem gegebenen Ansaugquerschnitt der Pumpe mit steigender Fördermenge aufgrund hoher Volumenstromanforderungen eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit der Hydraulikflüssigkeit überschritten wird oder wenn aufgrund eines hohen Strömungswiderstands die Zeit nicht ausreicht, um auf der Saugseite der Pumpe deren Arbeitsräume, in welchen die Hydraulikflüssigkeit von der Saug- zur Druckseite transportiert wird, vollständig zu befüllen. Letzteres ist insbesondere bei niedrigen Betriebs- bzw. Öltemperaturen der Fall, da die Hydraulikflüssigkeit, üblicherweise Getriebeöl, bei niedrigen Temperaturen eine höhere Viskosität aufweist, was einen höheren Durchflusswiderstand bewirkt.
  • Durch das Absinken des statischen Drucks in der Hydraulikflüssigkeit bei sehr großen Volumenströmen und damit hohen Strömungsgeschwindigkeiten kommt es zum Auslösen der in der Hydraulikflüssigkeit gelösten Luft. Die Arbeitsräume der Flügelzellenpumpe werden nicht mehr vollständig mit Hydraulikflüssigkeit befüllt, so dass der Förderstrom bei einer weiteren Drehzahlsteigerung nicht weiter ansteigt, bzw. sogar absinkt. Außerdem erhöht sich der Druck in den Arbeitsräumen weder stufenweise noch stetig bei der Drehung zur Druckseite, wie dies bei voll befüllten Arbeitsräumen der Fall wäre. Hierdurch besteht zwischen den Arbeitsräumen und der Druckseite der Pumpe eine hohe Druckdifferenz, was bei der Öffnung der Arbeitsräume zur Druckseite hin zur Kavitation führt. Diese ist mit unerwünschtem Geräusch, Druckpulsationen sowie Werkstoffzerstörung verbunden.
  • In der in der DE 102012202904 A1 , 1 offenbarten Pumpenanordnung führt die Unterbefüllung dazu, dass der Druck vor der Blende aufgrund des bei steigender Drehzahl sinkenden Förderstroms abnimmt. Dies hat zur Folge, dass das Steuerventil in der Bestrebung den Förderstrom anzuheben die auf den Hubring wirkenden Drücke so verändert, dass der Hubring zu einer höheren Exzentrizität, bzw. zur maximalen Exzentrizität und damit dem höchsten Verdrängungsvolumen der Flügelzellenpumpe verschoben wird. Der bei größtem Verdrängungsvolumen aufgrund der hohen Volumenänderung der Arbeitsräume in diesen herrschende geringe Druck, welcher insbesondere bei hohen Drehzahlen deutlich unter dem Umgebungsdruck liegt, begünstigt das Auslösen der Luft und damit die Unterbefüllung zusätzlich, worauf das Steuerventil mit noch stärkerer Verstellung in Richtung einer Vergrößerung des Verdrängungsvolumens reagiert. Hierdurch bricht der Förderstrom der Pumpenanordnung ein und der Hubring verbleibt in der Stellung der maximalen Exzentrizität, bzw. die Flügelzellenpumpe bleibt auf ihr maximales Verdrängungsvolumen eingestellt, so dass die Flügelzellenpumpe weiterhin in dem Kavitationsbereich betrieben wird und nur einen undefinierten geringen Förderstrom erzeugt. Das Hydrauliksystem des Automatikgetriebes kann hierdurch in seiner Funktion zumindest stark beeinträchtigt sein und die Verstellpumpe ist einer hohen Belastung durch die oben genannten Folgen der Kavitation ausgesetzt.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Betreiben der beschriebenen Pumpenanordnung anzugeben, welches verhindert, dass die Pumpenanordnung in einem unzulässigen Betriebsbereich, insbesondere der Unterbefüllung bzw. der Kavitation betrieben wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach wird ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung für ein Getriebe, insbesondere ein Automatikgetriebe angegeben, wobei die Pumpenanordnung eine Verstellpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, umfasst, deren Betriebspunkte mindestens durch einen Wert einer ersten veränderlichen Betriebsgröße und einen Wert einer zweiten Betriebsgröße definiert sind. Die zweite Betriebsgröße ist mittels einer Einstellvorrichtung einstellbar, wobei abhängig von unterschiedlichen Betriebsbedingungen einem bestimmten Wert der ersten Betriebsgröße mindestens ein bestimmter Soll-Wert der zweiten Betriebsgröße zugeordnet ist.
  • Erfindungsgemäß wird bei einer Änderung des Wertes der ersten Betriebsgröße vor oder während der Einstellung des diesem zugeordneten Soll-Wertes der zweiten Betriebsgröße überprüft, ob sich ein neuer Soll-Betriebspunkt innerhalb eines zulässigen Betriebsbereichs befindet. Der neue Soll-Betriebspunkt ergibt sich hierbei aus dem geänderten Wert der ersten Betriebsgröße und dem diesem zugeordneten Soll-Wert der zweiten Betriebsgröße. Für den Fall, dass der Soll-Betriebspunkt außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, wird ein Korrektur-Soll-Wert der zweiten Betriebsgröße abweichend von dem Soll-Wert der zweiten Betriebsgröße eingestellt, so dass sich ein Korrektur-Betriebspunkt, definiert durch den neuen Wert der ersten und dem Korrektur-Soll-Wert der zweiten Betriebsgröße ergibt, welcher innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs liegt. Hierdurch wird vorteilhafter Weise vermieden, dass die Verstellpumpe in einem unzulässigen Betriebsbereich betrieben wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist die erste Betriebsgröße eine veränderbare Drehzahl der Verstellpumpe und die zweite Betriebsgröße ein von der Verstellpumpe bei dieser Drehzahl erzeugter Förderstrom oder eine dem Förderstrom entsprechende Betriebsgröße. Mittels der Einstellvorrichtung wird ein Verdrängungsvolumen der Verstellpumpe, und damit der Förderstrom, eingestellt. Bei einer Änderung der Drehzahl vor oder während der Einstellung des dieser Drehzahl zugeordneten Förderstroms wird überprüft, ob der sich aus der geänderten Drehzahl und einem Soll-Förderstrom ergebende neue Soll-Betriebspunkt in dem zulässigen Betriebsbereich befindet. Für den Fall, dass der Soll-Betriebspunkt außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs liegt, wird ein Korrektur-Soll-Förderstrom für die geänderte Drehzahl abweichend vom Soll-Förderstrom eingestellt, so dass sich ein Korrektur-Soll-Betriebspunkt ergibt, welcher innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs liegt. Bei einem Betrieb der Pumpe im zulässigen Betriebsbereich sind die Arbeitsräume der Verstellpumpe vollständig mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllt, wohingegen bei einem Betrieb der Verstellpumpe außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs in einem unzulässigen Betriebsbereich die Arbeitsräume der Verstellpumpe unterbefüllt sind, so dass in diesen nachteiliger Weise Kavitation auftritt. Dies verursacht eine Zerstörung der Pumpenbauteile, sowie Geräusch und Druckpulsationen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist in einer Steuerungseinheit für mindestens einen Parameterwert ein Kennfeld abgelegt ist, in welchem einer jeweiligen Drehzahl ein maximal zulässiger Förderstromwert zugeordnet ist. Durch die jeweilige Drehzahl und dem dieser zugeordneten maximal zulässigen Förderstromwert ist ein Betriebspunkt definiert, welcher noch innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs liegt. Bei der Überprüfung, ob der sich aus Drehzahl und Soll-Förderstrom ergebende neue Soll-Betriebspunkt in einem zulässigen Betriebsbereich befindet, wird der Soll-Förderstromwert mit dem maximal zulässigen Förderstromwert verglichen, wobei bei einer Überschreitung des maximal zulässigen Förderstromwerts dieser als Korrektur-Soll-Förderstrom eingestellt wird. Als Vorteil dieser Ausgestaltung ist es mit Hilfe des zuvor ermittelten Kennfelds möglich, für jede eingestellte Drehzahl den maximal möglichen Förderstromwert zu ermitteln, ohne auf eine aufwändige Sensorik angewiesen zu sein, welche Bauraum beansprucht, das Gewicht erhöht und Kosten verursacht.
  • Es ist möglich, dass die Parameterwerte unterschiedliche Temperaturen der Hydraulikflüssigkeit oder Betriebstemperaturen bestimmter Getriebebauteile sind. Hierdurch wird der Temperatureinfluss auf die bei tiefen Temperaturen erhöhte Viskosität berücksichtigt, welche den Durchflusswiderstand unter anderem in der Saugleitung der Verstellpumpe erhöht und damit eine Unterbefüllung der Arbeitsräume der Verstellpumpe verursacht.
  • Alternativ zur Überprüfung des maximal zulässigen Förderstroms mittels eines Kennfelds ist es möglich, dass ausgehend von einem Betriebspunkt im zulässigen Betriebsbereich während der Einstellung des der neu eingestellten Drehzahl zugeordneten Förderstroms anhand eines Sensorsignals überprüft wird, ob sich der zur Einstellung verändernde Förderstromwert und damit ein aktuell eingestellter Betriebspunkt einer Grenze zu dem unzulässigen Betriebsbereich annähert. Bei einer festgestellten Annäherung an die Grenze zum unzulässigen Betriebsbereich wird der aktuell eingestellte Förderstromwert, bei welchem die Annäherung an die Grenze festgestellt wurde, als Korrektur-Soll-Förderstromwert bestimmt. Der Korrektur-Soll-Förderstromwert definiert mit der Drehzahl, bei der dieser erreicht wurde, einen nun eingestellten Korrektur-Soll-Betriebspunkt, welcher sich innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs befindet. Ein Indikator für die Annäherung an den unzulässigen Betriebsbereich ist hierbei ein signifikanter Wert oder eine signifikante Änderung des Wertes des Sensorsignals. Der Vorteil dieser Ausgestaltung des Verfahrens ist eine direkte Messung der tatsächlichen Grenze des zulässigen Betriebsbereichs.
  • Bevorzugt ist es möglich, dass das Sensorsignal das Signal eines Körperschallsensors ist, welches ein Indikator für eine Kavitation und damit eine Unterbefüllung der Flügelzellenpumpe ist.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens für einen bevorzugten Anwendungsfall wird bei der Anforderung einer Schaltung zum Wechsel einer Übersetzungsstufe des Automatikgetriebes beim Erreichen einer bestimmten Drehzahl der für diese Betriebsbedingung erforderliche Soll-Förderstromwert mit einem dem Kennfeld zu entnehmenden maximal zulässigen Förderstromwert verglichen. Für den Fall, dass der Soll-Förderstromwert den maximal zulässigen Förderstromwert übersteigt, wird der maximal zulässige Förderstromwert als Korrektur-Soll-Förderstromwert eingestellt, so dass der sich hieraus ergebende neue Soll-Betriebspunkt innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs liegt.
  • In einer alternativen Ausgestaltung hierzu kann der maximal zulässige Förderstromwert auch bei diesem Anwendungsfall mittels eines Sensorsignals bestimmt werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens für einen anderen Anwendungsfall ist vorgesehen, dass ausgehend von einem Betriebspunkt im zulässigen Betriebsbereich bei einem auf einen konstanten Wert eingestellten Förderstrom die Drehzahl so lange erhöht wird, bis anhand des Kennfelds festgestellt wird, dass ab einer bestimmten Drehzahl eine Grenze zu dem unzulässigen Betriebsbereich erreicht wird. Daraufhin wird bei einer weiter sich steigernden Drehzahl der Wert des Förderstroms ständig so mittels des Kennfelds korrigiert, dass sich die durch die jeweils aktuelle Drehzahl und dem dieser zugeordneten Korrektur-Förderstromwert definierten Betriebspunkte im zulässigen Betriebsbereich zumindest nahe der Grenze bewegen. Vorteilhafterweise bleibt hierdurch die Abweichung des eingestellten Korrektur-Förderstromwerts vom Soll-Förderstromwert möglichst gering.
  • Alternativ hierzu ist es bei einer Ermittlung des maximal zulässigen Förderstromwertes mittels eines Sensorsignals möglich, dass ausgehend von einem Betriebspunkt im zulässigen Betriebsbereich zumindest die Drehzahl so lange erhöht wird, bis das Sensorsignal ein Erreichen der Grenze des zulässigen Betriebsbereich bzw. des maximal zulässigen Förderstromwertes erkennt. Daraufhin wird der Förderstromwert um einen bestimmten Betrag verringert und die Drehzahl weiter bis zu einem neuerlichen Erkennen der Grenze des zulässigen Betriebsbereichs durch das Sensorsignal erhöht. Dieser Ablauf wird so lange wiederholt, bis eine maximale Drehzahl und ein bei dieser erzeugter Korrektur-Soll-Förderstrom erreicht ist, so dass sich die durchfahrenen Betriebspunkte auf oder nahe der Grenze zum unzulässigen Bereich bewegen und vorteilhafterweise die Abweichung des eingestellten Korrektur-Förderstromwerts vom Soll-Förderstromwert möglichst gering bleibt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeigt, dass die Einstelleinrichtung zur Einstellung des Förderstroms eine hydraulische Einstellvorrichtung ist, mittels welcher durch eine Druckbeaufschlagung mindestens einer Seite eines Hubringes der Verstellpumpe deren Verdrängungsvolumen und damit in Abhängigkeit von der Drehzahl deren Fördervolumen eingestellt wird.
  • Bei einer solchen Einstelleinrichtung ist es möglich, dass das Sensorsignal ein Drucksignal aus der hydraulischen Einstellvorrichtung ist.
  • Bevorzugt erfolgt die Einstellung des Förderstroms mittels einer mit verstellbaren Blende und einem Steuerventil gemäß der DE 102012202904 A1 , 1 ausgebildeten hydraulischen Einstellvorrichtung. Diese ist in dem genannten Dokument der Anmelderin mit ihren vorteilhaften Wirkungen detailliert beschrieben.
  • Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, dass die hydraulische Einstellvorrichtung des Förderstroms der Flügelzellenpumpe mittels einer verstellbaren Blende und einem Steuerventil nach der DE 102012202904 A1 , 1 erfolgt und das Sensorsignal eine Differenz der Drücke vor und nach der Blende anzeigt. Hierbei ist eine Änderung dieses Sensorsignals gegenüber einem Wert, welcher im zulässigen Betriebsbereich gemessen wurde, ein Indikator für eine Unterbefüllung der Flügelzellenpumpe.
  • Alternativ zu einer hydraulischen Einstellvorrichtung ist es möglich, dass die Einstellung des Förderstroms mittels eines elektromechanischen Aktors erfolgt, welcher je nach einzustellendem Förderstrom unter Berücksichtigung der Drehzahl der Verstellpumpe ein Verdrängungsvolumen der Verstellpumpe verändert.
  • Hierbei ist es bevorzugt möglich, dass der Verstellweg des Hubrings und damit das eingestellte Verdrängungsvolumen bzw. der Förderstrom der Flügelzellenpumpe mittels eines Sensors erfasst wird.
  • Bevorzugt weist ein Automatikgetriebe eine Pumpenanordnung auf, welche mit einem vorstehend beschriebenen Verfahren betrieben wird.
  • Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäße Verfahrens werden anhand von Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen 1 ein Diagramm mit Verläufen eines von der Pumpenanordnung nach dem Stand der Technik geregelten Förderstroms über der Drehzahl,
  • 2 ein erstes Beispiel des Verfahrens zur Einstellung eines Betriebspunktes und
  • 3 ein zweites Beispiel des Verfahrens zur Einstellung eines Betriebspunktes.
  • 1 zeigt ein Diagramm, in welchem Verläufe eines von einer Pumpenanordnung erzeugten Förderstroms Q über einer Drehzahl n dargestellt sind. Dies ist beispielsweise mit der beschriebenen Pumpenanordnung nach DE 102012202904 A1 möglich, wo durch die Einstellung einer bestimmten Blendenquerschnittsfläche unterschiedliche Förderstromverläufe erzeugbar sind. Im Diagramm sind drei jeweils einer Blendenquerschnittsfläche F1, F2 und F3 zugeordnete Förderstromverläufe QF1, QF2 und QF3 gezeigt. F1 ist hierbei die kleinste und F3 die größte Blendenquerschnittsfläche. Die Förderstromverläufe QF1, QF2 und QF3 beginnen bei einer Leerlaufdrehzahl nL, ab welcher aufgrund ihres Antriebs durch einen Verbrennungsmotor die Verstellpumpe erst einen Förderstrom erzeugen kann. Im vorliegenden Beispiel, welches auf der Pumpenanordnung nach DE 102012202904 A1 , 1 basiert, ist die Verstellpumpe als eine Flügelzellenpumpe ausgebildet. Die Flügelzellenpumpe ist auf ihr maximales Verdrängungsvolumen eingestellt, was sich ausgehend von der Leerlaufdrehzahl nL in einem steilen linearen Anstieg bei allen Förderstromverläufen QF1, QF2 und QF3 zeigt. Die Graphen der Förderstromverläufe decken sich real in dem Abschnitt des linearen Anstiegs, wurden aber aus Gründen Übersichtlichkeit parallel zueinander dargestellt. Bei einer Abregeldrehzahl nA1 erreicht bei einer Blendenquerschnittsfläche F1 der Förderstrom die Höhe eines Abregelförderstroms QA1, bei welchem das Steuerventil der Pumpenanordnung betätigt wird und den Hubring der Flügelzellenpumpe zu einer geringeren Exzentrizität verstellt, so dass ein angestrebter Abregelförderstrom QA1 eingestellt wird, der bei einer weiteren Steigerung der Drehzahl n ebenso wie die Blendenquerschnittsfläche konstant bleibt.
  • Bei einer weiteren Steigerung der Drehzahl n über die Abregeldrehzahl nA1 hinaus würde sich ohne eine Regelung die Fördermenge Q weiter erhöhen, in diesem Falle wird jedoch durch die Blende in Verbindung mit dem Steuerventil die Exzentrizität und damit das Verdrängungsvolumen der Flügelzellenpumpe immer weiter zurückgeregelt, so dass die Fördermenge über der Drehzahl n konstant auf einem Niveau in Höhe des Abregelförderstroms QA1 bleibt.
  • Der Förderstrom errechnet sich als Produkt aus Verdrängungsvolumen und Drehzahl, d. h. bei steigender Drehzahl muss das Verdrängungsvolumen so reduziert werden, dass das Produkt gleich bleibt. Analog zum Förderstromverlauf der Blendenquerschnittsfläche A1 verhalten sich die Förderstromverläufe der Blendenquerschnittsflächen A2 und A3, vor welchen erst bei höheren Fördermengen ein zur Verstellung des Steuerventils erforderlicher Druck entsteht. So stellt sich bei der Blendenquerschnittsfläche A2 ab einer Abregeldrehzahl nA2 ein Abregelförderstrom QA2 und bei der größten Blendenquerschnittsfläche A3 ab einer Abregeldrehzahl nA3 ein höchster Abregelförderstrom QA3 ein.
  • Derartige Förderstromverläufe über der Drehzahl sind außer mit einer Pumpenanordnung nach DE 102012202904 A1 auch mit anderen Vorrichtungen möglich. Eine weitere Möglichkeit wäre eine elektromechanische Verstellung der Exzentrizität des Hubrings. Hierzu müsste eine Zuordnung von Exzentrizität und Verdrängungsvolumen in einer elektronischen Steuerungseinheit abgelegt sein. Außerdem muss die Drehzahl der Pumpe in der elektronischen Steuerungseinheit erfasst werden. Damit ist es möglich, das Verdrängungsvolumen der Pumpe über der Drehzahl so zu berechnen und einzustellen, dass immer der gleiche Förderstrom von der Pumpe unabhängig von der Drehzahl erzeugt wird. Allgemein ist das nachfolgend beschriebene Verfahren für Pumpenanordnungen geeignet, welche eine Steuerung oder Regelung aufweisen, die einen beliebigen Förderstrom einer Verstellpumpe für beliebige Drehzahlen einstellen kann.
  • 2 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse die Drehzahl n und auf dessen Ordinate der Förderstrom Q einer Verstellpumpe aufgetragen ist. In dem Diagramm sind zwei Förderstromverläufe QF1 und QF2 dargestellt, welche mittels einer Pumpenanordnung nach der DE 102012202904 A1 , 1 regelbar sind und sich bei unterschiedlichen konstanten Einstellungen von Blendenquerschnittsflächen F1 und F2 ergeben. Die Blendenquerschnittsfläche F2 ist hierbei größer als die Blendenquerschnittsfläche F1.
  • Auf dem Förderstromverlauf QF2 liegen ein erster Betriebspunkt B1 und ein zweiter Betriebspunkt B2. Der Betriebspunkt B1 ist durch eine Ist-Drehzahl n1 und einen bei dieser Drehzahl eingestellten Ist-Förderstrom Q1 definiert.
  • Die Höhe des Förderstroms Q1 richtet sich dabei nach dem Volumenstrombedarf des Automatikgetriebes, welcher in Abhängigkeit verschiedener Einflussgrößen und Betriebsbedingungen von einer elektronischen Getriebesteuerung ermittelt wird. Diese Einflussgrößen können beispielsweise die Betriebstemperatur des Getriebes oder des Getriebeöls sein, da die Leckageverluste mit bei steigender Temperatur sinkender Viskosität zunehmen. Eine Betriebsbedingung, welche großen Einfluss auf den Volumenstrombedarf des Automatikgetriebes hat, ist beispielsweise eine Schaltung, für welche ein Kupplungsvolumen in einer begrenzten Zeit befüllt werden muss, so dass hierfür ein hoher Volumenstrom und damit eine große Fördermenge von der Pumpe erzeugt werden muss. Somit ist für bestimmte Einflussgrößen und Betriebsbedingungen jeder Drehzahl ein bestimmter Soll-Förderstrom der Pumpe zugeordnet.
  • Außerdem zeigt das Diagramm eine Grenzlinie G, welche einen zulässigen Betriebsbereich Z gegen einen unzulässigen Betriebsbereich U abgrenzt. Wird die Pumpenanordnung in Betriebspunkten im unzulässigen Betriebsbereich U betrieben, tritt in diesem Beispiel eine unerwünschte Unterbefüllung der Arbeitsräume der Flügelzellenpumpe auf. Diese führt wie oben beschrieben zu einer Funktionsunfähigkeit der Pumpenanordnung und einer Beschädigung der Pumpe, so dass deren Betrieb im unzulässigen Betriebsbereich U zu vermeiden ist. Die Grenzlinie G bzw. das Kennfeld des unzulässigen Betriebsbereichs wird beispielsweise experimentell oder rechnerisch ermittelt und bildet die Menge aller Betriebspunkte, in welchen bei einer Annäherung durch eine Erhöhung der Drehzahl ab bestimmten Förderstromwerten erstmals eine Unterbefüllung der Arbeitsräume der Flügelzellenpumpe bzw. Kavitation auftritt. Auch finden andere Betriebsparameter wie beispielsweise der Temperatureinfluss Berücksichtigung bei der Ermittlung der Kennfelder. Der unzulässige Betriebsbereich Z, bzw. die Grenzlinie G kann als Kennfeld in einer elektronischen Getriebesteuerung abgelegt werden, so dass diese beispielsweise eine Annäherung an die Grenzlinie G aus dem zulässigen Betriebsbereich Z diese oder die Lage eines Betriebspunkts im unzulässigen Betriebsbereich U identifizieren kann, indem der jeweilige Ist-Betriebspunkt mit dem Kennfeld verglichen wird. Die elektronische Getriebesteuerung erfasst die Drehzahl n und den Förderstrom Q, bzw. eine diesem entsprechende Größe wie beispielsweise die Blendenquerschnittsfläche oder den verstellend auf die Blende wirkenden Steuerdruck, bzw. einen den Steuerdruck einstellenden elektrischen Strom.
  • Im gezeigten Beispiel wird die Drehzahl n ausgehend von einer Ist-Drehzahl n1 gesteigert, wobei der Förderstrom Q konstant auf dem Wert des Ist-Förderstroms Q1 bleibt. Dies geschieht in der Praxis beispielsweise, wenn eine höhere Fahrgeschwindigkeit gewünscht wird und der gleiche Gang eingelegt bleibt, so dass der von der Pumpe erzeugte Ist-Förderstrom Q1 nicht verändert werden muss und damit auch der bei der jeweiligen Drehzahl einzustellende Soll-Förderstrom Q2 ist. Da der jeweils angefahrene Ist-Betriebspunkt in der elektronischen Getriebesteuerung mit den zulässigen und unzulässigen Betriebspunkten des Kennfelds verglichen wird, wird die Annäherung an die Grenzlinie G und damit an den unzulässigen Betriebsbereich U erkannt. Würde das Ende des zulässigen Betriebsbereichs Z nicht erkannt und die Drehzahl n weiter bis zu einer Soll-Drehzahl n2 erhöht werden, so würden ab der Grenzlinie G die Arbeitsräume der Flügelzellenpumpe wie oben beschrieben unterbefüllt werden. Die Folgen wäre Kavitation in der Flügelzellenpumpe mit ihren schädigenden Wirkungen und ein starker Einbruch des Förderstroms Q, so dass mit der Drehzahl n2 nicht der Soll-Förderstrom Q2 erreicht werden würde. Die Regelung des Förderstroms der Pumpenanordnung nach DE 102012202904 A1 , 1 wäre außer Kraft gesetzt.
  • Mit der Anwendung der hier gezeigten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun jedoch mit dem Erkennen der Grenzlinie G ab einer Korrekturdrehzahl nK, welche nahe der Grenzlinie G oder auf dieser liegt, die Einstellvorrichtung der Pumpenanordnung zur Einstellung des Förderstroms Q so von der elektronischen Getriebesteuerung angesteuert, dass dieser bei weiterer Erhöhung der Drehzahl n so abgesenkt wird, dass die jeweiligen Betriebspunkte auf oder nahe der Grenzlinie G und damit noch im zulässigen Betriebsbereich Z liegen. Am Ende ist in einem Korrektur-Betriebspunkt B2 die Soll-Drehzahl n2 eingestellt, wohingegen der Soll-Förderstrom Q2 auf einen Korrektur-Soll-Förderstrom Q2K reduziert wurde, welcher immer noch deutlich größer ist als der aufgrund von Kavitation und Unterbefüllung einbrechende Förderstrom. Damit ist die Regelung des Förderstroms der Pumpenanordnung nach DE 102012202904 A1 , 1 bzw. das Automatikgetriebe weiterhin funktionsfähig. Darüber hinaus wurde ein Betrieb der Flügelzellenpumpe im Kavitationsbereich und damit eine Beschädigung der Flügelzellenpumpe vermieden.
  • Eine alternative Möglichkeit zum Erkennen der Grenzlinie bei einer Veränderung eines Betriebspunkts aus dem zulässigen Betriebsbereich Z heraus ist ein Sensorsignal, dessen Werte und/oder dessen Art seiner Veränderung ein Indikator für die Annäherung an die Grenzlinie G zu dem unzulässigen Betriebsbereich U ist. So kann der Sensor beispielsweise als Körperschallsensor ausgebildet sein, dessen Signal in der elektronische Getriebesteuerung ausgewertet wird und ein sicherer Indikator für eine einsetzende Kavitation ist, wie sie bei unterbefüllten Arbeitsräumen einer Flügelzellenpumpe auftritt. Bei einer nach der DE 102012202904 A1 , 1 ausgestalteten Pumpenanordnung ist es möglich, den Einbruch des Förderstroms mittels Drucksensoren zu bestimmten, welche vor und nach der Blende ( DE 102012202904 A1 , 1, Blende 16) den jeweiligen Druck in den jeweiligen Leitungen ( DE 102012202904 A1 , 1, Ablauf 10, Zulauf 11) messen. Alternativ wäre es bei dieser Pumpenanordnung möglich mit einem Differenzdrucksensor einen Differenzdruck zwischen vor und nach der Blende zu messen. Eine Abweichung von einem bestimmten Differenzdruck, welcher sich bei einem Gleichgewicht des Systems einstellt, wäre ein Indikator für eine Verstellung der Flügelzellenpumpe auf ihr maximales Verdrängungsvolumen ohne dass dies durch eine entsprechende Einstellung der Blendenquerschnittsfläche gewünscht wäre.
  • Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zeigt das Diagramm in 3. Hierbei wird ausgehend von einem Betriebspunkt B0, definiert durch eine Drehzahl n0 und ein Förderstrom Q0 bei konstantem Förderstrom erhöht, wie das beispielsweise bei einem Beschleunigungsvorgang der Fall wäre. Die Drehzahlwerte der durchfahrenen Betriebspunkte und die sonstigen relevanten Einflussgrößen werden erfasst, so dass anhand des in der elektronischen Getriebesteuerung abgelegten Kennfelds der bei der jeweiligen Drehzahl maximal zulässige Förderstromwert, bzw. ein diesem entsprechender Wert wie beispielsweise der die Blende einstellende Steuerdruck oder der Strom zur Einstellung des Steuerdrucks, bekannt sind. Nachdem beispielsweise bei der Beschleunigung eines Fahrzeugs eine Drehzahl n1 erreicht wurde, löst im Betriebspunkt B1 die elektronische Getriebesteuerung eine Schaltung zum Übersetzungswechsel aus. In einem Automatikgetriebe muss hierbei üblicherweise zumindest eine neue Kupplung für deren Zuschaltung mit einem bestimmten Ölvolumen befüllt werden. Da der Schaltvorgang in möglichst kurzer Zeit vollzogen sein sollte, ist hierzu ein relativ hoher Volumenstrom und damit ein großer Förderstrom der Flügelzellenpumpe erforderlich, welcher für diesen Fall als Soll-Förderstromwert Q2 bestimmt wird. Der Vergleich des Soll-Förderstrom-Wertes Q2 mit dem hinsichtlich der Unterbefüllung ermittelten Kennfeld ergibt, dass der Soll-Förderstromwert Q2 jenseits der Grenzlinie G im unzulässigen Betriebsbereich U liegt, worauf ein Korrektur-Soll-Förderstromwert Q2K ermittelt und eingestellt wird. Der gegenüber dem Soll-Förderstrom-Wert Q2 geringere Korrektur-Förderstromwert Q2K erfordert eine etwas verlängerte Schaltzeit, die Regelung des Förderstroms bei einer Pumpenanordnung nach DE 102012202904 A1 , 1 bleibt allerdings weiterhin funktionsfähig.
  • Auch hier wäre wie in 2 bei einem Hydrauliksystem, welches über eine Sensorik zum Erkennen einer Annäherung an den unzulässigen Betriebsbereich U verfügt, alternativ denkbar, dass die Fördermenge Q bei einer konstanten Drehzahl n1 so lange erhöht wird, bis ein Sensorsignal eine Begrenzung des Förderstroms auf einen Korrektur-Förderstromwert Q2K auslöst. Da dies aber endliche Vorgänge erfordert, ist die oben beschriebene Lösung hinsichtlich einer kürzeren Reaktionszeit überlegen. Zudem erfordert diese keine aufwändige Sensorik.
  • Das in den 2 und 3 beschriebene Verfahren ist nicht nur bei einer Regelung einer Flügelzellenpumpe gemäß der DE 102012202904 A1 , 1 anwendbar, sondern auch beispielsweise bei einer unter 1 beschriebenen elektromechanischen Verstellung des Verdrängungsvolumens der Flügelzellenpumpe. Bei dieser wäre allerdings bei einem Betrieb in dem unzulässigen Betriebsbereich die Beeinträchtigung der Funktion geringer, da diese keine hydraulische Regelung aufweist, welche außer Kraft gesetzt werden würde. Eine Beschädigung der Pumpe durch Kavitation wäre jedoch genau so gegeben.
  • Bezugszeichen
    • B1
      Ist-Betriebspunkt
      B2
      Soll-Betriebspunkt
      B2K
      Korrektur-Soll-Betriebspunkt
      F1
      Blendenquerschnittsfläche
      F2
      Blendenquerschnittsfläche
      F3
      Blendenquerschnittsfläche
      G
      Grenzlinie
      K
      Korrekturlinie
      n
      Drehzahl
      nA1
      Abregeldrehzahl
      nA2
      Abregeldrehzahl
      nA3
      Abregeldrehzahl
      nL
      Leerlaufdrehzahl
      n1
      Ist-Drehzahl
      n2
      Soll-Drehzahl
      nK
      Korrekturdrehzahl
      Q
      Förderstrom
      QA1
      Abregelförderstrom
      QA2
      Abregelförderstrom
      QA3
      Abregelförderstrom
      QF1
      Förderstromverlauf
      QF2
      Förderstromverlauf
      QF3
      Förderstromverlauf
      Q1
      Ist-Förderstrom
      Q2
      Soll-Förderstrom
      Q2K
      Korrektur-Soll-Förderstrom
      U
      unzulässiger Betriebsbereich
      Z
      zulässiger Betriebsbereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012202904 A1 [0002, 0006, 0021, 0022, 0030, 0030, 0033, 0034, 0038, 0039, 0040, 0040, 0040, 0041, 0043]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung für ein Getriebe, insbesondere ein Automatikgetriebe, die Pumpenanordnung umfassend eine Verstellpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, deren Betriebspunkte mindestens durch einen Wert einer ersten Betriebsgröße und einen Wert einer zweiten Betriebsgröße definiert sind, welche mittels einer Einstellvorrichtung einstellbar ist, wobei abhängig von unterschiedlichen Betriebsbedingungen einem bestimmten Wert der ersten Betriebsgröße (n2) mindestens ein bestimmter Soll-Wert der zweiten Betriebsgröße (Q2) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Änderung des Wertes der ersten Betriebsgröße (n) vor oder während der Einstellung des diesem zugeordneten Soll-Wertes der zweiten Betriebsgröße überprüft wird, ob sich ein neuer Soll-Betriebspunkt, welcher sich aus dem geänderten Wert der ersten Betriebsgröße und dem diesem zugeordneten Soll-Wert der zweiten Betriebsgröße ergibt, innerhalb eines zulässigen Betriebsbereichs (Z) befindet, wobei für den Fall, dass der Soll-Betriebspunkt außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, ein Korrektur-Soll-Wert der zweiten Betriebsgröße (Q2K) abweichend von dem Soll-Wert der zweiten Betriebsgröße (Q2) eingestellt wird, so dass sich ein Korrektur-Betriebspunkt (B2K), definiert durch den neuen Wert der ersten und dem Korrektur-Soll-Wert der zweiten Betriebsgröße ergibt, welcher innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs (Z) liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betriebsgröße eine veränderbare Drehzahl (n) der Verstellpumpe und die zweite Betriebsgröße ein von der Verstellpumpe bei dieser Drehzahl erzeugter Förderstrom (Q) oder eine dem Förderstrom entsprechende Betriebsgröße ist, wobei mittels der Einstellvorrichtung ein Verdrängungsvolumen der Verstellpumpe und damit der Förderstrom (Q) eingestellt wird, wobei bei einer Änderung der Drehzahl vor oder während der Einstellung eines dieser geänderten Drehzahl (n2) zugeordneten Soll-Förderstroms (Q2) überprüft wird, ob sich der aus der geänderten Drehzahl (n2) und Soll-Förderstrom (Q2) ergebende neue Soll-Betriebspunkt (B2) in dem zulässigen Betriebsbereich (Z) befindet, wobei für den Fall, dass der Soll-Betriebspunkt (B2) außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs (Z) liegt, ein Korrektur-Soll-Förderstrom (Q2K) für die geänderte Drehzahl (n2) abweichend vom Soll-Förderstrom (Q2) eingestellt wird, so dass sich ein Korrektur-Soll-Betriebspunkt (B2K) ergibt, welcher innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs (Z) liegt, wobei bei einem Betrieb der Pumpe im zulässigen Betriebsbereich (Z) die Arbeitsräume der Verstellpumpe vollständig mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllt sind und wobei bei einem Betrieb der Verstellpumpe außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs in einem unzulässigen Betriebsbereich die Arbeitsräume der Verstellpumpe unterbefüllt sind und in diesen Kavitation auftritt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Steuerungseinheit für mindestens einen Parameterwert ein Kennfeld abgelegt ist, in welchem einer jeweiligen Drehzahl (n) ein maximal zulässiger Förderstromwert zugeordnet ist, so dass sich ein Betriebspunkt, definiert durch die jeweilige Drehzahl und dem dieser zugeordneten maximal zulässigen Förderstromwert, noch innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs liegt, und dass bei der Überprüfung, ob der sich aus Drehzahl und Soll-Förderstrom ergebende neue Soll-Betriebspunkt in einem zulässigen Betriebsbereich befindet, der Soll-Förderstromwert mit dem maximal zulässigen Förderstromwert verglichen wird, wobei bei einer Überschreitung des maximal zulässigen Förderstromwerts dieser als Korrektur-Soll-Förderstrom eingestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameterwerte unterschiedliche Temperaturen der Hydraulikflüssigkeit oder Betriebstemperaturen bestimmter Getriebebauteile sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Betriebspunkt im zulässigen Betriebsbereich während der Einstellung des der neu eingestellten Drehzahl zugeordneten Förderstroms anhand eines Sensorsignals überprüft wird, ob sich der zur Einstellung verändernde Förderstromwert und damit ein aktuell eingestellter Betriebspunkt einer Grenze zu dem unzulässigen Betriebsbereichs annähert, und dass bei einer festgestellten Annäherung an die Grenze zum unzulässigen Betriebsbereich der aktuell eingestellte Förderstromwert, bei welchem die Annäherung an die Grenze festgestellt wurde, als Korrektur-Soll-Förderstromwert bestimmt wird, so dass ein Korrektur-Soll-Betriebspunkt eingestellt wird, welcher sich innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs befindet, und wobei ein signifikanter Wert oder eine signifikante Änderung des Wertes des Sensorsignals ein Indikator für eine Annäherung an den unzulässigen Betriebsbereich ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal das Signal eines Körperschallsensors ist, welches ein Indikator für eine Kavitation und damit eine Unterbefüllung der Flügelzellenpumpe ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anforderung einer Schaltung zum Wechsel einer Übersetzungsstufe des Automatikgetriebes beim Erreichen einer bestimmten Drehzahl der für diese Betriebsbedingung erforderliche Soll-Förderstromwert (Q2) mit einem dem Kennfeld zu entnehmenden maximal zulässigen Förderstromwert verglichen wird, wobei für den Fall, dass der Soll-Förderstromwert (Q2) den maximal zulässigen Förderstromwert übersteigt, der maximal zulässige Förderstromwert als Korrektur-Soll-Förderstromwert (Q2K) eingestellt wird, so dass der sich hieraus ergebende neue Soll-Betriebspunkt (B2K) innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs (Z) liegt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Betriebspunkt (B1) im zulässigen Betriebsbereich (Z) bei einem auf einen konstanten Wert eingestellten Förderstrom (Q1) die Drehzahl (n) so lange erhöht wird, bis anhand des Kennfelds festgestellt wird, dass ab einer bestimmten Drehzahl (nK) eine Grenze (G) zu dem unzulässigen Betriebsbereich (U) erreicht wird, worauf bei einer weiter sich steigernden Drehzahl (n) der Wert des Förderstroms (Q) ständig so mittels der Kennlinie korrigiert wird, dass sich die durch die jeweils aktuelle Drehzahl und dem dieser zugeordneten Korrektur-Förderstromwert definierten Betriebspunkte im zulässigen Betriebsbereich zumindest nahe der Grenze (G) bewegen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Betriebspunkt im zulässigen Betriebsbereich zumindest die Drehzahl so lange erhöht wird, bis das Sensorsignal eine Annäherung an die Grenze des zulässigen Betriebsbereich erkennt, woraufhin der Förderstrom um einen bestimmten Betrag verringert und die Drehzahl weiter bis zu einem neuerlichen Erkennen der Grenze des zulässigen Betriebsbereichs durch das Sensorsignal erhöht wird, wobei dieser Ablauf so lange wiederholt wird, bis die Soll-Drehzahl und ein Korrektur-Soll-Förderstrom erreicht ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung zur Einstellung des Förderstroms eine hydraulische Einstellvorrichtung ist, mittels welcher durch eine Druckbeaufschlagung mindestens einer Seite eines Hubringes der Verstellpumpe deren Verdrängungsvolumen und damit in Abhängigkeit von der Drehzahl deren Fördervolumen eingestellt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal ein Drucksignal aus der hydraulischen Einstellvorrichtung ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Förderstroms (Q) mittels einer mit verstellbaren Blende und einem Steuerventil gemäß der DE 102012202904 A1, 1 ausgebildeten hydraulischen Einstellvorrichtung erfolgt, wobei mittels unterschiedlicher Blendenquerschnittsflächen unterschiedlich hohe Förderströme (QA1, QA2, QA3) einstellbar sind.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Einstellvorrichtung des Förderstroms der Flügelzellenpumpe mittels einer verstellbaren Blende und einem Steuerventil nach der DE 102012202904 A1, 1 erfolgt und das Sensorsignal eine Differenz der Drücke vor und nach der Blende anzeigt, wobei eine Änderung dieses Sensorsignals gegenüber einem Wert, welcher im zulässigen Betriebsbereich gemessen wurde, ein Indikator für eine Unterbefüllung der Flügelzellenpumpe ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Förderstroms mittels eines elektromechanischen Aktors erfolgt, welcher je nach einzustellendem Förderstrom unter Berücksichtigung der Drehzahl der Verstellpumpe ein Verdrängungsvolumen der Verstellpumpe verändert.
  15. Automatikgetriebe mit einer Pumpenanordnung, welche mit einem Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche betrieben wird.
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CN114294210A (zh) * 2021-12-23 2022-04-08 博世力士乐(常州)有限公司 具有延时挡位切换功能的多挡泵

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