-
Die Erfindung betrifft eine Fluidanordnung für ein stufenlos verstellbares Umschlingungsgetriebe, mit mindestens einer elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe zur Anpressung und/oder Verstellung eines Variators des stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes, das einen ersten Scheibensatz und einen zweiten Scheibensatz umfasst, die zur Drehmomentübertragung durch ein Umschlingungsmittel miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes mit einer derartigen Fluidanordnung.
-
Aus dem amerikanischen 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.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die Sicherheit beim Betreiben eines stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes, mit mindestens einer elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe zur Anpressung und/oder Verstellung eines Variators des stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes, das einen ersten Scheibensatz und einen zweiten Scheibensatz umfasst, die zur Drehmomentübertragung durch ein Umschlingungsmittel miteinander verbunden sind, zu erhöhen.
-
Die Aufgabe ist bei einer Fluidanordnung für ein stufenlos verstellbares Umschlingungsgetriebe, mit mindestens einer elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe zur Anpressung und/oder Verstellung eines Variators des stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes, das einen ersten Scheibensatz und einen zweiten Scheibensatz umfasst, die zur Drehmomentübertragung durch ein Umschlingungsmittel miteinander verbunden sind, dadurch gelöst, dass mindestens einer der Scheibensätze zur Darstellung eines Doppelkolbenprinzips mindestens eine Verstellkammer und eine Anpresskammer umfasst. 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 Kegelscheibenpaare 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 elektrohydraulisch aktuiert. Durch das Doppelkolbenprinzip werden die Funktionen Anpressen und Verstellen an dem mindestens einen Scheibensatz voneinander getrennt. Die mindestens eine elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe, die einen elektrischen Pumpenaktor EPA darstellt, ist nicht permanent angetrieben. Der elektrische Pumpenaktor umfasst vorteilhaft eine lokale Steuerung, über die der Antrieb der elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe bedarfsabhängig gesteuert wird. Durch das Trennen der Funktionen Anpressen und Verstellen an dem mindestens einen Scheibensatz wird vorteilhaft ein Notbetrieb des Variators ermöglicht. Darüber hinaus können Beschädigungen an dem stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs wirksam verhindert werden.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass beide Scheibensätze zur Darstellung des Doppelkolbenprinzips jeweils mindestens eine Verstellkammer und mindestens eine Anpresskammer umfassen. Eine der elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpen dient vorteilhaft zur Realisierung der 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. Mit einer dritten elektromotorisch angetriebenen Fluidpumpe kann vorteilhaft mindestens ein weiterer fluidischer Verbraucher in der Fluidanordnung mit einem Fluidvolumenstrom beziehungsweise mit einem Fluiddruck versorgt werden. Bei der Aktuierung von bekannten CVT-Variatoren mit Einfachkolben mittels elektrischer Pumpenaktoren könnten im Falle eines Ausfalls eines elektrischen Pumpenaktors Nachteile bezüglich funktionaler Sicherheit entstehen. Fällt zum Beispiel der Anpressaktor aus, so könnte das Umschlingungsmittel durchrutschen und das Umschlingungsgetriebe schädigen oder ein unkontrolliertes Fahrzeugverhalten erfolgen. Bei eventuellen Ausfällen von Aktoren wird durch das Doppelkolbenprinzip in Verbindung mit den elektrischen Pumpenaktoren ein Notbetrieb des Variators möglich. Dadurch können Getriebeschäden wirksam verhindert werden. Durch das Doppelkolbenprinzip werden die Funktionen Anpressen und Verstellen an beiden Scheibensätzen voneinander getrennt.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstellaktor fluidisch zwischen die Verstellkammern der beiden Scheibensätze geschaltet ist. Die Verstellung erfolgt vorteilhaft über separate Kammern an den Scheibensätzen. Der Verstellaktor ist zu diesem Zweck fluidisch, insbesondere hydraulisch, zwischen die Verstellkammern der beiden Scheibensätze geschaltet und fördert bei einer Variatorverstellung Volumenstrom zwischen den Verstellkammern auf die gewünschten Druckniveaus. Sind die Volumenströme aus beziehungsweise in die Verstellkammern aufgrund verschiedener Verstellwege betragsmäßig unterschiedlich, so kann der Verstellaktor vorteilhaft mit einem Zweidruckventil ausgestattet werden.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidanordnung eine erste und eine zweite elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe zur Anpressung und Verstellung des Variators des stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes umfasst. Die erste und die zweite elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe stellen einen Anpressaktor und einen Verstellaktor für den Variator dar.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckseite eines Anpressaktors fluidisch mit Anpresskammern der Scheibensätze verbunden ist. Über den Anpressaktor wird die Anpressung der Scheibensätze realisiert.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein entsperrbares Rückschlagventil fluidisch zwischen den Anpressaktor und die Anpresskammern geschaltet ist. Das entsperrbare Rückschlagventil verhindert bei einem Ausfall des Anpressaktors einen unerwünschten rapiden Druckabfall in den Anpresskammern.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugseite des Anpressaktors, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung mindestens eines weiteren Verbrauchers, wie eines Kühlkreislaufs, fluidisch mit einem Fluidreservoir verbunden ist. Aus dem Fluidreservoir kann auf der Saugseite des Anpressaktors permanent oder bedarfsabhängig gesteuert mindestens ein weiterer Verbraucher, insbesondere ein Kühlkreislauf, mit Fluid versorgt werden.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein beziehungsweise der dem Anpressaktor vorgeschaltete weitere Verbraucher, wie der Kühlkreislauf, eine Fluidpumpe, insbesondere eine Kühlölpumpe, umfasst, durch die der Anpressaktor fluidisch vorgespannt ist. Daher kann die Fluidpumpe, insbesondere Kühlölpumpe, auch als Vorspannpumpe für den Anpressaktor bezeichnet werden.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidanordnung als Anpressaktor eine permanent angetriebene Fluidpumpe umfasst, die einen Systemdruck für eine Fluidsteuerung bereitstellt. Die Anpressung erfolgt dann vorteilhaft durch Ansteuerung von entsprechenden Ventilen in der Fluidsteuerung.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein stufenlos verstellbares Umschlingungsgetriebe mit einer vorab beschriebenen Fluidanordnung.
-
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebes mit einer vorab beschriebenen Fluidanordnung ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass durch eine fluidische Trennung von Anpressung und Verstellung bei einem Ausfall eines beziehungsweise des Verstellaktors ein Anpressdruck, insbesondere am ersten Scheibensatz, durch einen beziehungsweise den Anpressaktor aufrechterhalten wird. Durch die beanspruchte Verschaltung in Kombination mit dem Doppelkolbenprinzip und der damit verbundenen Trennung von Anpressung und Verstellung kann bei einem Ausfall des Verstellaktors der Anpressdruck am ersten Scheibensatz über den Anpressaktor aufrechterhalten werden. Bei einem Einfachkolbenprinzip würde der Druck am ersten Scheibensatz durch Leckagen und ein eventuelles Zurückdrehen der Verstellpumpe sehr schnell absinken. Dies würde zu einer Unteranpressung und damit potentiell zu einem Getriebeschaden führen. Mit dem vorliegenden Verfahren und der beschriebenen Fluidanordnung erfolgt bei einem Ausfall des Verstell- oder Anpressaktors ein langsameres Verstellen des Variators beziehungsweise ein langsamerer Druckabfall in der Anpresskammer. Ein sofortiger Getriebeschaden wird somit verhindert und die Zeitdauer zum Beispiel für einen softwareseitigen Eingriff in das System, wie zum Beispiel das Öffnen der Kupplung, erhöht sich.
-
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 einem Verstellaktor und einem Anpressaktor, der durch eine Kühlölpumpe vorgespannt wird;
- 2 eine ähnliche Fluidanordnung wie in 1, wobei der Verstellaktor zusätzlich mit einem Zweidruckventil ausgestattet ist;
- 3 eine Fluidanordnung mit einem Verstellaktor und einem Anpressaktor, der eine permanent angetriebene Fluidpumpe umfasst, die einen Systemdruck für eine Fluidsteuerung bereitstellt;
- 4 eine ähnliche Fluidanordnung wie in 3, wobei der Verstellaktor zusätzlich mit einem Zweidruckventil ausgestattet ist; und
- 5 eine ähnliche Fluidanordnung wie in 1, wobei im Unterschied zu den vorangegangenen Fluidanordnungen jedoch nur der erste Scheibensatz einen Doppelkolben umfasst.
-
In den 1, 2 und 5 ist eine Fluidanordnung 81; 82; 85 mit einem Umschlingungsgetriebe 2 in drei verschiedenen 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.
-
Zur Versorgung von fluidischen Verbrauchern 9, 10 ist in der Fluidanordnung 81; 82; 85 eine durch einen Elektromotor 6 angetriebene dritte Fluidpumpe 13 vorgesehen. Mit der dritten Fluidpumpe 13 kann vorteilhaft mit geringem technischem Aufwand ein von den Verbrauchern 9, 10 benötigter Volumenstrom und/oder Fluiddruck bereitgestellt werden.
-
Die dritte Fluidpumpe 13 fördert Fluid aus dem Fluidreservoir 7 zu einer Verzweigung 27. Die erste Fluidpumpe 11 ist zwischen der Verzweigung 27 und einer Verzweigung 24 angeordnet.
-
Die elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe 12 stellt einen Verstellaktor 15 dar. Die elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe 11 stellt einen Anpressaktor 16 dar. Die elektromotorisch angetriebene Fluidpumpe 13 stellt eine Kühlölpumpe dar und dient gleichzeitig als Vorspannpumpe für den Anpressaktor 16.
-
Von der Verzweigung 24 erstreckt sich eine Fluidleitung in eine Anpresskammer 17 eines ersten Scheibensatzes 21. Eine weitere Fluidleitung erstreckt sich von der Verzweigung 24 zu einer Anpresskammer 19 eines zweiten Scheibensatzes 22.
-
Der Verstellaktor 15 ist über eine Fluidleitung mit einer Verstellkammer 18 des ersten Scheibensatzes 21 verbunden. Über eine weitere Fluidleitung ist der Verstellaktor 15 mit einer Verstellkammer 20 des zweiten Scheibensatzes 22 verbunden.
-
Ein entsperrbares Rückschlagventil 25 ist zwischen die Verzweigung 24 und eine Druckseite des Anpressaktors 16 geschaltet.
-
Die beiden fluidischen Verbraucher 9, 10 sind zum Beispiel Teil eines Kühlkreislaufs 26. Der Kühlkreislauf 26 umfasst drei Verzweigungen 27, 28 und 29. Die Verzweigung 27 ist zwischen der Kühlölpumpe 14 und dem Anpressaktor 16 angeordnet. Die Verzweigung 28 ist zwischen den Verzweigungen 27 und 29 angeordnet und ist darüber hinaus über ein Rückschlagventil 30 mit dem Fluidreservoir 7 verbunden. Das Rückschlagventil 30 sperrt in Richtung Fluidreservoir 7.
-
Von der Verzweigung 29 erstreckt sich eine Fluidleitung in den 1, 2 und 5 nach oben zu einem Spritzrohr 31, das den beiden Scheibensätzen 21, 22 und dem Umschlingungsmittel 23 zugeordnet ist. In der Fluidleitung zwischen der Verzweigung 29 und dem Spritzrohr 31 ist ein Rückschlagventil 34 angeordnet, das zur Verzweigung 29 hin schließt. Dadurch wird ein Ansaugen von Fluidvolumenstrom vom Anpressaktor 16 aus dem Reservoir 7 bei einem Defekt der Kühlölpumpe 14 gewährleistet. Von der Verzweigung 29 erstreckt sich eine weitere Fluidleitung in den 1, 2 und 5 nach unten zu einem Spritzrohr 32, das zum Beispiel einer Getriebekühlung zugeordnet ist.
-
Zwischen dem Spritzrohr 32 und der Verzweigung 29 ist ein elektromagnetisch betätigbares Proportionalventil 33 mit einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung angeordnet. Das Proportionalventil 33 ist durch eine symbolisch angedeutete Feder in seine Schließstellung vorgespannt.
-
Bei der in 1 dargestellten Fluidanordnung 81, die eine bevorzugte Variante darstellt, fördert der Anpressaktor 16 auf seiner Druckseite, also in 1 oben, in die Anpresskammern 17, 19 der Scheibensätze 21, 22. Auf der Saugseite des Anpressaktors 16, also in 1 unten, befindet sich der Tankanschluss oder, wie in 1 gezeigt, der Kühlölkreis oder Kühlkreislauf 26. Der Anpressaktor 16 wird mit der Kühlölpumpe 14 vorgespannt.
-
Die Verstellung erfolgt über separate Verstellkammern 18, 20 an den Scheibensätzen 21, 22. Der Verstellaktor 15 ist hydraulisch zwischen die Verstellkammern 18, 20 geschaltet und fördert bei einer Variatorverstellung Volumenstrom zwischen den Verstellkammern 18, 20 auf die gewünschten Druckniveaus.
-
Sind die Volumenströme aus beziehungsweise in die Verstellkammern 18, 20 aufgrund von verschiedenen Verstellwegen betragsmäßig unterschiedlich, dann ist der Verstellaktor, wie in 2 gezeigt ist, zusätzlich mit einem Zweidruckventil 37 ausgestattet. Das in 2 dargestellte Zweidruckventil 37 ist über zwei Anschlüsse mit Verzweigungen 35, 36 verbunden. Zwischen den Verzweigungen 35 und 36 ist der Verstellaktor 16 angeordnet. Die Verzweigung 35 ist über eine Fluidleitung an die Verstellkammer 18 des ersten Scheibensatzes 21 angeschlossen. Die Verzweigung 36 ist über eine Fluidleitung an die Verstellkammer 20 des zweiten Scheibensatzes 22 angeschlossen.
-
Das entsperrbare Rückschlagventil 25 verhindert bei den Fluidanordnungen 81 und 82 in den 1 und 2 bei einem Ausfall des Anpressaktors 16 vorteilhaft einen rapiden Druckabfall in den Anpresskammern 17, 19.
-
Bei den in den 3 und 4 dargestellten Fluidanordnungen 83 und 84 sieht man, dass die Anpressung auch über die permanent angetriebene Fluidpumpe 13 erfolgen kann. In den 3 und 4 fehlt der in den 1, 2 und 5 mit 16 bezeichnete Anpressaktor. Die permanent angetriebene Fluidpumpe 13 stellt einen Systemdruck für eine Fluidsteuerung 41 bereit. Die Anpressung erfolgt durch Ansteuerung von entsprechenden Ventilen in der Fluidsteuerung 41. Die Verstellung erfolgt analog der bevorzugten Variante, die in 1 dargestellt ist.
-
In 4 sieht man, dass dem Verstellaktor 15 aus 3 auch ein Zweidruckventil 47 zugeordnet werden kann. Das Zweidruckventil 47 ist an zwei Verzweigungen 45, 46 angeschlossen, die den Verzweigungen 35 und 36 in 2 entsprechen. Als dritten Anschluss weist das Zweidruckventil 47, wie das Zweidruckventil 37 in 2, einen Tankanschluss auf.
-
Bei der in 5 dargestellten Fluidanordnung 85 weist nur der erste Scheibensatz 21 einen Doppelkolben auf. Der Scheibensatz 22 ist mit einem Einfachkolben mit einer Arbeitskammer 51 ausgestattet. Der Arbeitsraum 51 steht über eine Verzweigung 50 mit der Anpresskammer 17 des ersten Scheibensatzes 21 und mit dem Verstellaktor 15 in Verbindung.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Umschlingungsgetriebe
- 3
- Variator
- 4
- Elektromotor
- 5
- Elektromotor
- 6
- Elektromotor
- 7
- Fluidreservoir
- 9
- Verbraucher
- 10
- Verbraucher
- 11
- Fluidpumpe
- 12
- Fluidpumpe
- 13
- Fluidpumpe
- 14
- Kühlölpumpe
- 15
- Verstellaktor
- 16
- Anpressaktor
- 17
- Anpresskammer
- 18
- Verstellkammer
- 19
- Anpresskammer
- 20
- Verstellkammer
- 21
- erster Scheibensatz
- 22
- zweiter Scheibensatz
- 23
- Umschlingungsmittel
- 24
- Verzweigung
- 25
- entsperrbares Rückschlagventil
- 26
- Kühlkreislauf
- 27
- Verzweigung
- 28
- Verzweigung
- 29
- Verzweigung
- 30
- Rückschlagventil
- 31
- Spritzrohr
- 32
- Spritzrohr
- 33
- Proportionalventil
- 34
- Rückschlagventil
- 35
- Verzweigung
- 36
- Verzweigung
- 37
- Zweidruckventil
- 41
- Fluidsteuerung
- 45
- Verzweigung
- 46
- Verzweigung
- 47
- Zweidruckventil
- 50
- Verzweigung
- 51
- Arbeitskammer
- 81
- Fluidanordnung
- 82
- Fluidanordnung
- 83
- Fluidanordnung
- 84
- Fluidanordnung
- 85
- Fluidanordnung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
