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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zur Verstellung eines ersten Scheibensatzes und eines zweiten Scheibensatzes eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes.
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Schaltanordnungen zum Betätigen eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes (CVT-Getriebe) sind bekannt. Diese werden in der Regel mit einem hydraulischen Fluid betrieben. Die in der Schaltanordnung eingesetzten Aktoren (z. B. Pumpen) müssen für Verstellung und Anpressung der Scheibensätze so dimensioniert sein, dass Leistungsspitzen relevanter Fahrsituationen damit abgedeckt werden können.
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Kegelscheibenumschlingungsgetriebe umfassen regelmäßig einen ersten Scheibensatz und einen zweiten Scheibensatz, wobei jeder Scheibensatz eine feste und eine entlang einer axialen Richtung verlagerbare Kegelscheibe aufweist. Durch Verlagerung der Kegelscheiben der Scheibensätze kann ein Umschlingungsmittel von einem kleinen Wirkradius an dem einen Scheibensatz auf einen großen Wirkradius an dem gleichen Scheibensatz verlagert werden (und in umgekehrter Weise an dem jeweils anderen Scheibensatz).
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Der mit einer Antriebseinheit eines Fahrzeuges verbundene Scheibensatz wird als Primärscheibensatz bezeichnet. Wird nun eine Verstellung des Primärscheibensatzes vorgenommen, wobei das Umschlingungsmittel von einem Overdrive-Zustand (OD-Zustand; großer Wirkradius) zu einem Underdrive-Zustand (UD-Zustand; kleiner Wirkradius) verlagert wird, muss das Fluid aus dem Primärscheibensatz möglichst schnell abgeführt werden. Es ist bekannt, hierfür ein elektromagnetisch betätigtes Ventil einzusetzen, das einen das Fluid abführenden Aktor unterstützt.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis, die Komplexität von Schaltanordnungen zu reduzieren und die verwendeten Komponenten zu vereinfachen.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach aufgebaute Schaltanordnung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Schaltanordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Es wird eine Schaltanordnung zur Verstellung eines ersten Scheibensatzes (z. B. Sekundärscheibensatz) und eines zweiten Scheibensatzes (z. B. Primärscheibensatz) eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes vorgeschlagen. Die Schaltanordnung weist zumindest einen ersten Aktor (z. B. eine Pumpe mit wechselnder Förderrichtung) zur Betätigung des ersten Scheibensatzes und einen zweiten Aktor (z. B. eine Pumpe mit wechselnder Förderrichtung) zur Betätigung des zweiten Scheibensatzes sowie ein Ventil auf, das den zweiten Aktor mit einem Reservoir für das zum Betrieb der Schaltanordnung verwendete Fluid schaltbar verbindet. Das Ventil ist ein passiv schaltendes Ventil mit zumindest einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung.
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Die Verwendung eines passiv schaltenden Ventils (also nicht elektronisch gesteuert) kann die vorgeschlagene Schaltanordnung vereinfachen. Eine Synchronisierung von Aktoren und Ventil durch eine Steuereinheit ist nicht (mehr) erforderlich. Das passiv schaltende Ventil ist dabei deutlich kostengünstiger. Zudem ist die elektrische Verschaltung des Ventils (zum Betrieb und zur Regelung) nicht erforderlich.
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Insbesondere ist das Ventil über eine zwischen einem ersten Leitungsabschnitt und einem zweiten Leitungsabschnitt vorliegende Druckdifferenz des Fluids schaltbar.
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Insbesondere liegen zwischen der ersten Schaltstellung der zweiten Schaltstellung weitere Schaltstellungen vor, die einen (in Abhängigkeit von der Druckdifferenz kontinuierlich verstellbaren) Übergang zwischen vollständig offener Verbindung und vollständig geschlossener Verbindung ausbilden.
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Bevorzugt ist die Druckdifferenz (im Betrieb der Schaltanordnung) über einen Druckminderer (eine Querschnittsverengung, einen Durchflusswiderstand) erzeugbar.
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Bevorzugt ist der Druckminderer eine Blende.
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Eine Blende umfasst insbesondere eine Reduzierung eines Durchströmungsquerschnitts einer von dem Fluid durchströmten Leitung. Dabei liegt stromaufwärts der Blende regelmäßig ein höherer Druck als stromabwärts der Blende vor. Diese durch die Blende hervorgerufene Druckdifferenz wird vorliegend zur Ansteuerung des Ventils verwendet.
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Insbesondere ist das Ventil durch eine Feder vorgespannt.
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Bevorzugt ist das Ventil durch die Feder in die erste Schaltstellung verlagerbar, wobei in der ersten Schaltstellung der zweite Aktor durch das Ventil von dem Reservoir fluidtechnisch getrennt ist. In der zweiten Schaltstellung ist der zweite Aktor über das Ventil mit dem Reservoir fluidtechnisch verbunden.
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Das Ventil ist insbesondere ein 2/2-Wege Ventil, weist also zwei Anschlüsse und zumindest zwei Schaltstellungen auf (ggf. weitere Schaltstellungen zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung).
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Das Ventil kann durch die Druckdifferenz aus der ersten Schaltstellung und gegen die Wirkung der Feder in die zweite Schaltstellung verlagert werden. Unterschreitet die Druckdifferenz einen vorbestimmten Differenzdruck, wird das Ventil durch die Feder zurück in die erste Schaltstellung verlagert.
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Insbesondere ist der erste Aktor zwischen Reservoir und erstem Scheibensatz und der zweite Aktor zwischen dem ersten Scheibensatz und dem zweiten Scheibensatz angeordnet. Das Ventil ist über eine zwischen einem ersten Leitungsabschnitt und einem zweiten Leitungsabschnitt vorliegende und durch einen Druckminderer erzeugte Druckdifferenz des Fluids schaltbar. Der Druckminderer ist
- - in einer fluidtechnischen ersten Verbindung zwischen dem zweiten Aktor und dem zweiten Scheibensatz; oder
- - in einer fluidtechnischen zweiten Verbindung zwischen dem ersten Aktor und dem zweiten Aktor angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist in einer fluidtechnischen dritten Verbindung parallel zum Druckminderer ein Rückschlagventil angeordnet, dass einen Durchfluss des Fluids vom zweiten Scheibensatz zum ersten Scheibensatz sperrt.
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Insbesondere weist die Schaltanordnung eine Pumpe auf, über die das Ventil und der erste Aktor mit dem Reservoir fluidtechnisch verbunden sind.
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Es wird weiter ein Verfahren zur Schnellverstellung eines Primärscheibensatzes eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes vorgeschlagen. Das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ist über die vorstehend beschriebene Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche betätigbar. Der zweite Scheibensatz ist der Primärscheibensatz. Ein Verstellen des Primärscheibensatzes von einem Overdrive-Zustand zu einem Underdrive-Zustand erfolgt durch das Abführen eines Fluids aus dem Primärscheibensatz, wobei zumindest ein Teil des abgeführten Fluids über das passiv schaltende Ventil hin zum Reservoir geleitet wird.
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Damit kann der zweite Aktor, der bei dieser Verstellung das Fluid aus dem zweiten Scheibensatz hin zum ersten Scheibensatz fördert, entlastet werden. Der im zweiten Scheibensatz erforderliche schnelle Druckabbau kann somit unterstützt werden.
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Die Ausführungen zu der Schaltanordnung gelten insbesondere gleichermaßen für das Verfahren und umgekehrt.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“,...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1: eine Schaltanordnung mit einem elektrisch geregelten Ventil;
- 2: eine erste Ausführungsvariante einer Schaltanordnung mit einem passiv schaltenden Ventil;
- 3: eine zweite Ausführungsvariante einer Schaltanordnung mit einem passiv schaltenden Ventil; und
- 4: ein Fahrzeug mit einem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe.
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1 zeigt eine Schaltanordnung 1 mit einem geregelten Ventil 7. Die Schaltanordnung 1 weist einen ersten Aktor 5 (eine Pumpe mit wechselnder Förderrichtung) zur Betätigung des ersten Scheibensatzes 2 und einen zweiten Aktor 6 (eine Pumpe mit wechselnder Förderrichtung) zur Betätigung des zweiten Scheibensatzes 3 sowie ein Ventil 7 auf, das den zweiten Aktor 6 mit einem Reservoir 8 für das zum Betrieb der Schaltanordnung 1 verwendete Fluid schaltbar verbindet.
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Das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 4 umfasst einen ersten Scheibensatz 2 und einen zweiten Scheibensatz 3, wobei jeder Scheibensatz 2, 3 eine feste und eine entlang einer axialen Richtung verlagerbare Kegelscheibe aufweist. Durch Verlagerung der Kegelscheiben der Scheibensätze 2, 3 kann ein Umschlingungsmittel 24 von einem kleinen Wirkradius an dem einen Scheibensatz auf einen großen Wirkradius an dem gleichen Scheibensatz verlagert werden (und in umgekehrter Weise an dem jeweils anderen Scheibensatz).
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Der mit einer Antriebseinheit 22 eines Fahrzeuges 21 verbundene (zweite) Scheibensatz 3 wird als Primärscheibensatz bezeichnet. Wird nun eine Verstellung des Primärscheibensatzes vorgenommen, wobei das Umschlingungsmittel 24 von einem Underdrive-Zustand (UD-Zustand; kleiner Wirkradius) zu einem Overdrive-Zustand (OD-Zustand; großer Wirkradius) verlagert wird, muss das Fluid aus dem Primärscheibensatz möglichst schnell abgeführt werden. Es ist bekannt, hierfür ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 7 einzusetzen, das einen das Fluid abführenden zweiten Aktor 6 unterstützt.
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2 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer Schaltanordnung 1 mit einem passiv schaltenden Ventil 7. Auf die Ausführungen zu 1 wird verwiesen.
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Die Schaltanordnung 1 wird zur Verstellung eines ersten Scheibensatzes 2 (Sekundärscheibensatz) und eines zweiten Scheibensatzes 3 (Primärscheibensatz) eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 4 eingesetzt. Die Schaltanordnung 1 weist einen ersten Aktor 5 (eine Pumpe mit wechselnder Förderrichtung) zur Betätigung des ersten Scheibensatzes 2 und einen zweiten Aktor 6 (eine Pumpe mit wechselnder Förderrichtung) zur Betätigung des zweiten Scheibensatzes 3 sowie ein Ventil 7 auf, das den zweiten Aktor 6 mit einem Reservoir 8 für das zum Betrieb der Schaltanordnung 1 verwendete Fluid schaltbar verbindet. Das Ventil 7 ist ein passiv schaltendes Ventil mit mindestens einer ersten Schaltstellung 9 und einer zweiten Schaltstellung 10 und ggf. weiteren Schaltstellungen.
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Das Ventil 7 ist über eine zwischen einem ersten Leitungsabschnitt 11 und einem zweiten Leitungsabschnitt 12 vorliegende Druckdifferenz 13 des Fluids schaltbar. Der erste Leitungsabschnitt 11 verbindet den zweiten Aktor 6 mit dem zweiten Scheibensatz 3. Der zweite Leitungsabschnitt 12 verbindet den zweiten Aktor 6 mit dem ersten Aktor 5. Die Druckdifferenz 13 ist (im Betrieb der Schaltanordnung 1) über einen Druckminderer 14, hier eine Blende, erzeugbar.
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Das Ventil 7 ist durch eine Feder 15 vorgespannt. Das Ventil 7 ist durch die Feder 15 in die erste Schaltstellung 9 verlagerbar, wobei in der ersten Schaltstellung 9 der zweite Aktor 6 durch das Ventil 7 von dem Reservoir 8 fluidtechnisch getrennt ist (hier dargestellt). In der zweiten Schaltstellung 10 ist der zweite Aktor 6 über das Ventil 7 mit dem Reservoir 8 fluidtechnisch verbunden.
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Das Ventil 7 ist ein 2/2-Wege Ventil, weist also zwei Anschlüsse und zwei Schaltstellungen 9, 10 (und ggf. weitere Schaltstellungen) auf. Das Ventil 7 kann durch die Druckdifferenz 13 aus der ersten Schaltstellung 9 und gegen die Wirkung der Feder 15 in die zweite Schaltstellung 10 verlagert werden. Unterschreitet die Druckdifferenz 13 einen vorbestimmten Differenzdruck, wird das Ventil 7 durch die Feder 15 zurück in die erste Schaltstellung 9 verlagert.
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Der erste Aktor 5 ist fluidtechnisch zwischen Reservoir 8 und erstem Scheibensatz 2 und der zweite Aktor 6 zwischen dem ersten Scheibensatz 2 und dem zweiten Scheibensatz 3 angeordnet. Der Druckminderer 14 ist in einer fluidtechnischen ersten Verbindung 16 zwischen dem zweiten Aktor 6 und dem zweiten Scheibensatz 3 angeordnet. In einer fluidtechnischen dritten Verbindung 18 parallel zum Druckminderer 14 ist ein Rückschlagventil 19 angeordnet, dass einen Durchfluss des Fluids vom zweiten Scheibensatz 3 zum ersten Scheibensatz 2 sperrt.
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Weiter weist die Schaltanordnung 1 eine Pumpe 20 auf, über die das Ventil 7 und der erste Aktor 5 mit dem Reservoir 8 fluidtechnisch verbunden sind.
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Ein Verstellen des Primärscheibensatzes (hier der zweite Scheibensatz 3) von einem Overdrive-Zustand zu einem Underdrive-Zustand erfolgt durch das Abführen eines Fluids aus dem Primärscheibensatz, wobei zumindest ein Teil des abgeführten Fluids über das passiv schaltende Ventil 7 hin zum Reservoir 8 geleitet wird. Damit kann der zweite Aktor 6, der bei dieser Verstellung das Fluid aus dem zweiten Scheibensatz 3 hin zum ersten Scheibensatz 2 fördert entlastet werden. Der im zweiten Scheibensatz 3 erforderliche schnelle Druckabbau kann somit unterstützt werden.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Schaltanordnung 1 mit einem passiv schaltenden Ventil 7. Auf die Ausführungen zu 2 wird verwiesen.
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Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante ist hier der Druckminderer 14 (die Blende) in einer fluidtechnischen zweiten Verbindung 17 zwischen dem ersten Aktor 5 und dem zweiten Aktor 6 angeordnet.
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4 zeigt ein Fahrzeug 21 mit einem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 4. Das Fahrzeug 21 umfasst eine Antriebseinheit 22, die über eine Kupplung 23 schaltbar mit dem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 4 verbindbar ist. Das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 4 umfasst einen Primärscheibensatz (zweiter Scheibensatz 3) und einen Sekundärscheibensatz (erster Scheibensatz 2), die über ein Umschlingungsmittel 24 miteinander verbunden sind. Der Primärscheibensatz wird ein Drehmoment der Antriebseinheit 22 in das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 4 eingeleitet. Über den Sekundärscheibensatz wird das Drehmoment ausgehend von dem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 4 auf die Räder 25 des Fahrzeugs 21 weitergeleitet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltanordnung
- 2
- erster Scheibensatz
- 3
- zweiter Scheibensatz
- 4
- Kegelscheibenumschlingungsgetriebe
- 5
- erster Aktor
- 6
- zweiter Aktor
- 7
- Ventil
- 8
- Reservoir
- 9
- erste Schaltstellung
- 10
- zweite Schaltstellung
- 11
- erster Leitungsabschnitt
- 12
- zweiter Leitungsabschnitt
- 13
- Druckdifferenz
- 14
- Druckminderer
- 15
- Feder
- 16
- erste Verbindung
- 17
- zweite Verbindung
- 18
- dritte Verbindung
- 19
- Rückschlagventil
- 20
- Pumpe
- 21
- Fahrzeug
- 22
- Antriebseinheit
- 23
- Kupplung
- 24
- Umschlingungsmittel
- 25
- Rad
