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Die Erfindung betrifft eine Fluidanordnung für ein stufenlos verstellbares Umschlingungsgetriebe, mit einer ersten und mit einer zweiten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe zur Anpressung und Verstellung eines Variators des stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes mit einer derartigen Fluidanordnung.
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Aus dem US-Patent
US 6,219,608 B1 ist ein elektronisches Transmissions-Kontrollsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebe bekannt, das eine erste und eine zweite elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe zur Anpressung und Verstellung eines Variators des stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes umfasst.
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Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Art und Weise ein bedarfsgerechtes Betreiben eines stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebe mit einer Fluidanordnung zu ermöglichen, die eine erste und eine zweite elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe zur Anpressung und Verstellung eines Variators des stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes umfasst.
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Die Aufgabe ist bei einer Fluidanordnung für ein stufenlos verstellbares Umschlingungsgetriebe, mit einer ersten und mit einer zweiten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe zur Anpressung und Verstellung eines Variators des stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes, dadurch gelöst, dass eine Fluidversorgung für mindestens einen Nebenverbraucher in die Fluidanordnung integriert ist. Die Fluidanordnung wird vorzugsweise mit einem Hydraulikmedium, wie Hydrauliköl, Kühlöl, Schmieröl oder Öl, betrieben, das in einem Hydraulikmediumreservoir bereitgestellt wird. Dann kann die Fluidanordnung auch als Hydraulikanordnung bezeichnet werden. Das stufenlos verstellbare Umschlingungsgetriebe ist vorzugsweise als Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ausgeführt und wird auch als CVT-Getriebe bezeichnet. Das CVT-Getriebe umfasst einen Variator mit zwei durch ein Umschlingungsmittel miteinander verbundenen Scheibensätzen, die jeweils eine Festscheibe und eine Wegscheibe umfassen, die durch Aufbringung einer Axialkraft in einem Schiebesitz in axialer Richtung auf einer Variatorwelle bewegbar ist, um eine ausreichende Anpressung zwischen den Scheibensätzen und dem Umschlingungsmittel sicherzustellen. Die dem Wort Getriebe vorangestellten Großbuchstaben CVT stehen für die englischen Begriffe Continuously Variable Transmission. Die beiden Scheibensätze des Variators sind zur Drehmomentübertragung durch ein Zugmittel, wie eine Kette, miteinander koppelbar. Die Scheiben der Scheibensätze sind zum Beispiel als Kegelscheibenpaar ausgeführt. Der Abstand der Kegelscheiben des jeweiligen Scheibensatzes oder Kegelscheibenpaars ist veränderbar, um die Übersetzung des CVT-Getriebes stufenlos zu variieren. Die axiale Richtung wird durch eine Drehachse der jeweiligen Variatorwelle definiert. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse. Die elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpen, insbesondere Hydraulikpumpen, stellen elektrische Pumpenaktoren dar. Das beanspruchte CVT-Getriebe wird über die elektrischen Pumpenaktoren elektrisch aktuiert. Die erste elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe dient vorteilhaft zur Anpressung und wird daher auch als Anpressaktor bezeichnet. Die zweite elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe dient vorzugsweise zum Verstellen und wird daher auch als Verstellaktor bezeichnet. Durch die elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpen werden Verluste klassischer Hydraulikkonzepte mit mechanisch angetriebenen Pumpen umgangen. Die Fluidanordnung arbeitet vorteilhaft nach dem Power-On-Demand-Prinzip. Power-On-Demand bedeutet, dass vorteilhaft nur dann Leistung abgegriffen wird, wenn die Leistung zum Betätigen des stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes, insbesondere zur Anpressung und Verstellung des Variators, und zur Fluidversorgung des mindestens einen Nebenverbrauchers benötigt wird. Bei dem mindestens einen Nebenverbraucher handelt es sich zum Beispiel um eine Kupplung, insbesondere um eine Anfahrkupplung oder um eine Formschlusskupplung, wie eine Klauenkupplung, beziehungsweise eine Wandlerüberbrückungskupplung.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidversorgung für den mindestens einen Nebenverbraucher eine Kühlung/Schmierung des mindestens einen Nebenverbrauchers umfasst. Zur Schmierung/Kühlung des mindestens einen Nebenverbrauchers werden vorteilhaft Fluidvolumenströme, insbesondere Ölvolumenströme, auf einem geringen Druckniveau in der Fluidanordnung bereitgestellt. Diese Fluidvolumenströme, insbesondere Ölvolumenströme, werden dann zum Beispiel zur Kühlung und/oder Schmierung der Kupplung, des Variators oder von anderen zu kühlenden beziehungsweise zu schmierenden Maschinenelementen, wie Zahnrädern, verwendet. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass eine zentrale Getriebe-Hydrauliksteuerung mit einer zusätzlichen Ölpumpe, die wahlweise permanent mechanisch oder elektrisch angetrieben wird, entfallen kann. Durch die bedarfsgerechte Bereitstellung der Fluidversorgung für den mindestens einen Nebenverbraucher kann die fluidische Leistung, insbesondere die hydraulische Leistung, im Betrieb der Fluidanordnung reduziert werden. Die beiden elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpen dienen vorrangig zur Aktuierung des CVT-Variators. Darüber hinaus wird die Fluidanordnung zur Fluidversorgung des mindestens einen Nebenverbrauchers genutzt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung/Schmierung des mindestens einen Nebenverbrauchers an eine fluidische Verzweigung zwischen einer dritten elektromotorisch oder verbrennungsmotorisch angetriebenen Fluidpumpe und der ersten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe angeschlossen ist. Die dritte elektromotorisch oder verbrennungsmotorisch angetriebene Fluidpumpe kann auch als Vorspannpumpe bezeichnet werden. Die Vorspannpumpe wird zum Beispiel so geregelt, dass sie stets den in der Fluidanordnung benötigten Druck einstellt. Die dritte elektromotorisch oder verbrennungsmotorisch angetriebene Fluidpumpe wird auch als Kühlölpumpe bezeichnet, da sie das Fluid, insbesondere Öl, zur Kühlung und/oder Schmierung des mindestens einen Nebenverbrauchers bereitstellt. Die dritte elektromotorisch oder verbrennungsmotorisch angetriebene Fluidpumpe ist zu diesem Zweck zum Beispiel an ein Fluidreservoir angeschlossen und vorteilhaft der ersten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe vorgeschaltet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidversorgung für den mindestens einen Nebenverbraucher eine Aktuierung des mindestens einen Nebenverbrauchers umfasst. Die fluidische Akturierung umfasst zum Beispiel einen Fluidzylinder und ein Fluidventil zum fluidischen Betätigen des Nebenverbrauchers, insbesondere der Kupplung.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuierung des mindestens einen Nebenverbrauchers an eine fluidische Verzweigung zwischen der ersten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe und der zweiten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe angeschlossen ist. An diese fluidische Verzweigung ist vorteilhaft ein Druckraum eines zweiten Scheibensatzes des Variators angeschlossen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuierung des mindestens einen Nebenverbrauchers an eine fluidische Verzweigung zwischen der zweiten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe und einem ersten Scheibensatz des Variators angeschlossen ist. So können der von der zweiten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe bereitgestellte Fluidvolumenstrom und das erzeugte Druckniveau vorteilhaft auch für die Aktuierung des mindestens einen Nebenverbrauchers genutzt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuierung des mindestens einen Nebenverbrauchers sowohl an die fluidische Verzweigung zwischen der ersten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe und der zweiten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe als auch an die fluidische Verzweigung zwischen der zweiten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe und dem ersten Scheibensatz des Variators angeschlossen ist. So wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass der jeweils höhere Druck im Betrieb des Variators, insbesondere in einem Zugbetrieb und einem Schubbetrieb des Umschlingungsgetriebes, zur Aktuierung des mindestens einen Nebenverbrauchers genutzt werden kann.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuierung des mindestens einen Nebenverbrauchers über eine Ventileinrichtung sowohl an die fluidische Verzweigung zwischen der ersten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe und der zweiten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe als auch an die fluidische Verzweigung zwischen der zweiten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe und dem ersten Scheibensatz des Variators angeschlossen ist. Über die Ventileinrichtung kann auf einfache Art und Weise bedarfsgerecht ein Fluiddruck beziehungsweise Volumenstrom zur Aktuierung des mindestens einen Nebenverbrauchers in der Fluidanordnung bereitgestellt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung ein ODER-Ventil ist. Durch das ODER-Ventil kann der Steuerungsaufwand zum Betreiben der Fluidanordnung wirksam reduziert werden.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein stufenlos verstellbares Umschlingungsgetriebe mit einer vorab beschriebenen Fluidanordnung.
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Die oben angegebene Aufgabe ist alternativ oder zusätzlich durch ein Verfahren zum Betreiben eines stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes mit einer vorab beschriebenen Fluidanordnung gelöst. Die zum Beispiel als Kühlölpumpe ausgeführte dritte elektromotorisch oder verbrennungsmotorisch angetriebene Fluidpumpe wird im Betrieb der Fluidanordnung vorzugsweise so geregelt, dass sie im Betrieb des stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes bedarfsgerecht einen von dem mindestens einen fluidischen Nebenverbraucher in der Fluidanordnung benötigten Fluiddruck und/oder Fluidvolumenstrom bereitstellt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine Fluidanordnung für ein stufenlos verstellbares Umschlingungsgetriebe mit drei elektromotorisch oder verbrennungsmotorisch angetriebenen Fluidpumpen und mit einer Fluidversorgung für mindestens einen Nebenverbraucher gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine ähnliche Fluidanordung wie in 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
- 3 eine ähnliche Fluidanordnung wie in den 1 und 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einem Oder-Ventil.
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In den 1 bis 3 ist eine Fluidanordnung 1; 31; 41 mit einem Umschlingungstriebe 2 in drei Ausführungsbeispielen dargestellt. Das Umschlingungsgetriebe 2 umfasst einen Variator 3, dessen Anpressung über eine durch einen Elektromotor 4 angetriebene erste Fluidpumpe 11 bereitgestellt wird. Eine Verstellung des Variators 3 erfolgt über eine durch einen Elektromotor 5 angetriebene zweite Fluidpumpe 12.
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Zur Versorgung von fluidischen Nebenverbrauchern 8, 9 ist in der Fluidanordnung 1; 31; 41 eine durch einen Elektromotor 6 angetriebene dritte Fluidpumpe 13 vorgesehen. Mit der dritten Fluidpumpe 13 kann vorteilhaft mit geringem technischen Aufwand ein von den Nebenverbrauchern 8, 9 zur Schmierung und/oder Kühlung benötigter Volumenstrom und/oder Fluiddruck bereitgestellt werden.
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Die dritte Fluidpumpe 13 fördert Fluid aus einem Fluidreservoir 7 zu einer Verzweigung 19. Die erste Fluidpumpe 11 ist zwischen der Verzweigung 19 und einer weiteren Verzweigung 18 angeordnet.
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Die Verzweigung 18 ist zwischen den beiden Fluidpumpen 11 und 12 angeordnet. Von der Verzweigung 18 erstreckt sich eine nicht näher bezeichnete Fluidleitung zu einem Druckraum 29 eines zweiten Scheibensatzes 22 des Variators 3. Ein Ausgang der zweiten Fluidpumpe 12 steht über eine Fluidleitung, insbesondere Hydraulikleitung, 23, die von einer Verzweigung 20 ausgeht, mit einem Druckraum 28 eines ersten Scheibensatzes 21 des Variators 3 in Verbindung.
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Die beiden Fluidpumpen 11 und 12 sind als Reversierpumpen ausgeführt, das heißt, die Fluidpumpen 11 und 12 können in beiden Richtungen, also in den 1 bis 3 von oben nach unten und von unten nach oben Fluid fördern. Die beiden Fluidpumpen 11 und 12 können an bestimmten Betriebspunkten auch als Motor wirken. Allgemein ist ein 4-Quadranten Betrieb möglich. Die dritte Fluidpumpe 13 fördert nur in einer Richtung, also vom Fluidreservoir 7 zur Verzweigung 19.
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Der fluidische Nebenverbraucher 9 umfasst eine Variatorkühlung. Die Variatorkühlung fördert zur Kühlung des Variators 3 Fluid zu den beiden Scheibensätzen 21, 22, die durch ein Umschlingungsmittel 10, wie eine Laschenkette, miteinander gekoppelt sind. Der fluidische Nebenverbraucher 8 umfasst eine Kühlung/Schmierung 17 und eine Aktuierung 14. Die Aktuierung 14 umfasst beispielhaft einen Fluidzylinder 15 und ein Kupplungsventil 16. Das Kupplungsventil 16 ist zum Beispiel als Proportionalventil ausgeführt.
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Die Kühlung/Schmierung 17 des Nebenverbrauchers 8 ist über eine Fluidleitung, insbesondere Hydraulikleitung, an die Verzweigung 19 zwischen den Fluidpumpen 13 und 11 angeschlossen. In der Hydraulikleitung zwischen der Kühlung/Schmierung 17 des Nebenverbrauchers 8 und der Verzweigung 19 ist eine weitere Verzweigung 25 angeordnet. Die Verzweigung 25 ist über eine Hydraulikleitung 24 mit der Verzweigung 20 verbunden.
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In der Hydraulikleitung 24 ist eine Ventileinrichtung 26 angeordnet, die auch als Schnellverstellventil bezeichnet wird. Das Schnellverstellventil 26 dient dazu, eine Underdrive-Verstellung der Scheibensätze 21, 22 zu unterstützen. Als Underdrive wird eine Übersetzung ins Langsame bezeichnet. Durch die Underdrive-Verstellung der Scheibensätze 21, 22 wird zum Beispiel ein Kriechgang eines mit dem CVT-Getriebe 2 ausgestatteten Kraftfahrzeugs dargestellt.
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Die Ventileinrichtung 26 ist als 2/2-Wegeventil mit einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung ausgeführt. Durch eine symbolisch angedeutete Feder ist die Ventileinrichtung 26 in ihre dargestellte Schließstellung vorgespannt, in welcher die Verbindung zwischen der Verzweigung 20 und der Verzweigung 25 unterbrochen ist.
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Durch elektrische oder elektromagnetische Betätigung kann die Ventileinrichtung 26 aus ihrer dargestellten Schließstellung in eine Öffnungsstellung verstellt werden, in welcher die Verzweigung 20 mit der Verzweigung 25 beziehungsweise mit der Verzweigung 19 verbunden wird. Dann kann über die geöffnete Ventileinrichtung 26 mit Druck beaufschlagtes Hydraulikmedium schnell über einen hydraulischen Widerstand 27 und die Verzweigung 20 aus dem Druckraum 28 des ersten Scheibensatzes 21 abgelassen werden, wodurch die zweite Fluidpumpe 12 entlastet wird.
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Das Umschlingungsgetriebe 2 dient in einem (nicht dargestellten) Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dazu, die Übersetzung zwischen den beiden Scheibensätzen 21, 22 stufenlos zu verstellen. Im Betrieb des Kraftfahrzeugs kann eine kritische Fahrsituation auftreten, bei der eine Fahrantriebsmaschine des Kraftfahrzeugs das maximale Drehmoment in den Antriebsstrang einleitet und sich das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit fortbewegt.
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Wenn der fluidische Nebenverbraucher 8 eine Lamellenkupplung oder eine Wandlerüberbrückungskupplung ist, dann brauchten diese Kupplungen in der vorab geschilderten Fahrsituation den maximalen Druck, um das Motormoment zu übertragen. Bei der hohen Fahrzeuggeschwindigkeit und den damit verbundenen hohen Drehzahlen des zweiten Scheibensatzes 22 können in dem Druckraum 29, der auch als Anpresskammer bezeichnet wird, am zweiten Scheibensatz 22 sehr hohe Fliehöldrücke auftreten.
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Durch diese Fliehöldrücke kann bereits ein Großteil der benötigten Anpresskraft aufgebracht werden, wenn keine Fliehölkompensationskammer vorgesehen ist. In diesem Fall müsste der Anpressaktor 11 somit nur einen sehr geringen oder gar keinen Druck für die Variatoraktuierung erzeugen. Für die Aktuierung der Kupplung mit dem fluidischen Nebenverbraucher 8 wäre aber ein sehr hoher Druck notwendig.
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Würde der Anpressaktor 11 trotzdem den von der Kupplung des fluidischen Nebenverbrauchers 8 geforderten Druck aufbringen, wäre das mit energetischen Nachteilen verbunden, da der Variator 3 mit sehr viel mehr Anpresskraft beziehungsweise Anpressdruck als notwendig betrieben würde. Diese energetischen Nachteile sollen durch die Fluidanordnungen 31 und 41 in den 2 und 3 ausgeräumt werden.
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Bei der in 2 dargestellten Fluidanordnung 31 ist die Akturierung 14 des fluidischen Nebenverbrauchers 8 über eine Fluidleitung 33 an die Verzweigung 32 angeschlossen. Die Verzweigung 32 steht über die Verzweigung 20 und die Fluidleitung 23 mit dem Druckraum 28 des ersten Scheibensatzes 21 in Verbindung.
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In der vorab beschriebenen kritischen Fahrsituation muss am ersten Scheibensatz 21 ein höherer Druck als am zweiten Scheibensatz 22 herrschen. Über die Verzweigung 32 kann somit in 2 ein höherer Druck zur Verfügung stehen, der von dem Verstellaktor 12 am ersten Scheibensatz 21 ohnehin aufgebracht wird.
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Als nachteilig könnte sich bei der Verschaltung, wie sie in 2 gezeigt ist, allerdings erweisen, dass sich die Druckverhältnisse umkehren, sobald das Fahrzeug aus einem Zugbetrieb in einen Schubbetrieb übergeht. Somit würde der Kupplung, die durch den fluidischen Nebenverbraucher 14 aktuiert wird, ein geringerer Druck zur Verfügung stehen als eigentlich in der Fluidanordnung 31 vorhanden wäre.
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Bei der in 3 dargestellten Fluidanordnung 41 ist die Aktuierung 14 des fluidischen Nebenverbrauchers 8 über eine Fluidleitung 43 zusätzlich an die Verzweigung 18 zwischen den beiden Fluidpumpen 11 und 12 angeschlossen. Die Fluidleitungen 33 und 43 sind an eine Ventileinrichtung 44 angeschlossen, die als ODER-Ventil ausgeführt ist. Ein dritter Anschluss des ODER-Ventils ist an die Aktuierung 14, insbesondere an das Kupplungsventil 16, des fluidischen Nebenverbrauchers 8 angeschlossen.
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Über das ODER-Ventil 44 wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass für die Kupplungsaktuierung 14 immer der höchste, im Variator-Aktuierungskreis erzeugte Druck zur Verfügung steht. Über das ODER-Ventil 44 wird die Kupplungsaktuierung 14 immer an den höheren Druck geschaltet, der entweder an der Verzweigung 20 in der Zuleitung zum ersten Scheibensatz 21 oder an der Verzweigung 18 in der Zuleitung zum zweiten Scheibensatz 22 herrscht.
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Somit ist sichergestellt, dass immer ein Mindestdruckniveau an der zu aktuierenden Kupplung anliegt, ohne dass dafür ein elektrischer Pumpenaktor 11, 12 des CVT-Anpresssystems zusätzlich das Druckniveau am Variator 3 anheben muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fluidanordnung
- 2
- Umschlingungsgetriebe
- 3
- Variator
- 4
- Elektromotor
- 5
- Elektromotor
- 6
- Elektromotor als Pumpenantrieb
- 7
- Fluidreservoir
- 8
- Nebenverbraucher
- 9
- Nebenverbraucher
- 10
- Umschlingungsmittel
- 11
- erste Fluidpumpe
- 12
- zweite Fluidpumpe
- 13
- dritte Fluidpumpe
- 14
- Aktuierung
- 15
- Fluidzylinder
- 16
- Kupplungsventil
- 17
- Kühlung/Schmierung
- 18
- Verzweigung
- 19
- Verzweigung
- 20
- Verzweigung
- 21
- erster Scheibensatz
- 22
- zweiter Scheibensatz
- 23
- Hydraulikleitung
- 24
- Hydraulikleitung
- 25
- Verzweigung
- 26
- Ventileinrichtung
- 27
- hydraulischer Widerstand
- 28
- Druckraum
- 29
- Druckraum
- 31
- Fluidanordnung
- 32
- Verzweigung
- 33
- Hydraulikleitung
- 41
- Fluidanordnung
- 43
- Hydraulikleitung
- 44
- Ventileinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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