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Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Getriebeeinrichtung mit einem stufenlos verstellbaren Umschlingungsmittelgetriebe mit einem Variator mit zwei parallel beabstandeten Scheibensätzen und einem zwischen diesen abwälzenden Umschlingungsmittel und einem dem Variator vorgeschalteten hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer Wandlerüberbrückungskupplung und einer hydraulischen Steuereinrichtung enthaltend zumindest zwei elektrische Fluidpumpen zur Anpressung und Steuerung des zwischen den Scheibensätzen eingespannten Umschlingungsmittels, der Kühlung von Komponenten des Umschlingungsmittelgetriebes und der Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung, wobei ein von einer ersten Fluidpumpe bereitgestellter Volumenstrom der Anpressung des Umschlingungsmittels dient und einen Anpressdruck zur Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung bereitstellt. Die Druckschrift
WO 2015/149796 A1 zeigt einen Antriebsstrang mit einer gattungsgemäßen Getriebeeinrichtung mit einem stufenlos verstellbaren Umschlingungsmittelgetriebe (CVT) und einem hydrodynamischen Drehmomentwandler als Anfahrelement. In ein Wandlergehäuse des Drehmomentwandlers sind eine Wandlerüberbrückungskupplung zur Überbrückung des Drehmomentwandlers sowie eine Trennkupplung integriert. Die Wandlerüberbrückungskupplung wird druckgesteuert mittels eines Druckmittelstroms betätigt und der Drehmomentwandler wird mittels eines Kühlmittelstroms betrieben und gekühlt. Die Steuerung der hydraulischen Volumenströme mittels einer hydraulischen Steuereinrichtung ist nicht im Detail dargestellt.
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In der
DE 10 2018 105 040 A1 der Anmelderin ist eine Fluideinrichtung zur Steuerung eines Antriebsstrangs mit einem CVT und einem hydraulischen Drehmomentwandler mit einer Wandlerüberbrückungskupplung bekannt, bei der die Wandlerüberbrückungskupplung mittels eines von der Fluidpumpe zur Anpressung des Umschlingungsmittels zwischen Scheibensätzen eines Variators des CVT erzeugten Volumenstroms betätigt wird. Aufgrund des vorliegenden Wandlerinnendrucks des Drehmomentwandlers kann der Anpressdruck der Fluidpumpe gegebenenfalls nicht ausreichend sein, die Wandlerüberbrückungskupplung gegen den Wandlerinnendruck zu betätigen.
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Aufgabe der Erfindung ist, die Weiterbildung einer Getriebeeinrichtung mit einem CVT und einem Drehmomentwandler mit Wandlerüberbrückungskupplung weiterzubilden. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, die Wandlerüberbrückungskupplung einer derartigen Getriebeeinrichtung sicher betätigen zu können. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, den Wandlerinnendruck einer derartigen Getriebeeinrichtung über den gesamten Betriebsbereich der Wandlerüberbrückungskupplung zu verringern.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Die vorgeschlagene Getriebeeinrichtung ist insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen und enthält ein stufenlos verstellbares Umschlingungsmittelgetriebe mit einem Variator mit zwei parallel beabstandeten Scheibensätzen und einem zwischen diesen abwälzenden Umschlingungsmittel sowie einen dem Variator vorgeschalteten hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer Wandlerüberbrückungskupplung und einer hydraulischen Steuereinrichtung.
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Die Steuereinrichtung enthält zumindest zwei elektrische Fluidpumpen zur Anpressung und Steuerung eines zwischen den Scheibensätzen eingespannten Umschlingungsmittels, zur Kühlung von Komponenten des Umschlingungsmittelgetriebes und zur Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung, wobei ein von einer ersten Fluidpumpe bereitgestellter Volumenstrom der Anpressung des Umschlingungsmittels dient und einen Anpressdruck zur Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung bereitstellt und eine zweite Fluidpumpe die Verstellung der Scheibensätze bewirkt. Eine dritte Fluidpumpe kann beispielsweise einen Vordruck des hydraulischen Systems aus den beiden Fluidpumpen, Ventilen, Druckleitungen und -kanälen sowie den einzelnen Druckvolumina der Scheibenätze, des Drehmomentwandlers und den drucklosen Bereichen mit zu kühlenden Komponenten des Getriebes und des Variators vorsehen. Das Umschlingungsmittelgetriebe ist bevorzugt mit einem als Laschenkette ausgebildeten Umschlingungsmittel ausgebildet, wobei die Laschen verbindende und paarweise aufeinander abwälzende Wiegestücke jeweils an ihren Stirnflächen zwischen den Scheibensätzen verspannt sind. Die Scheibensätze sind aus jeweils einer Festscheibe und einer axial gegenüber dieser druckbeaufschlagt verlagerbaren Losscheibe gebildet. Hierbei wird mittels des Volumenstroms der ersten Fluidpumpe das Umschlingungsmittel in den Scheibensätzen vorgespannt und mittels eines von einer zweiten Fluidpumpe erzeugten Volumenstroms wird durch gegenläufiges Verspannen der Scheibensätze der Laufradius des Umschlingungsmittels auf den Scheibensätzen geändert und damit eine Übersetzung des Variators stufenlos eingestellt.
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Der Drehmomentwandler weist ein Wandlergehäuse auf, in dem neben dem Pumpenrad, dem Turbinenrad und dem Stator wie Leitrad die Wandlerüberbrückungskupplung untergebracht ist. Die Wandlerüberbrückungskupplung wird mittels eines Betätigungskolbens betätigt, welcher einen Innenraum des Wandlergehäuses und einen Druckraum, der mit einem Anpressdruck beaufschlagt wird, voneinander trennt, wobei zur Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung in dem Druckraum ein höherer Anpressdruck als der Wandlerinnendruck im Wandlergehäuse angelegt wird. Hierzu ist der Drehmomentwandler bevorzugt als sogenannter 3-Kanalwandler ausgebildet, bei dem in einem ersten Kanal der Kühlmittelstrom zugeführt und in einem zweiten Kanal abgeführt wird. Über einen dritten Kanal wird der von einem hydraulischen Ventil gesteuerte Anpressdruck zur Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung im Druckraum angelegt.
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Die Wandlerüberbrückungskupplung ist als Kolbenkupplung ausgebildet, wobei radial außen an einem Betätigungskolben beispielsweise aus Blech ein Reibbelag angeordnet ist. Der Reibbelag wird unter Einwirkung des in dem Druckraum herrschenden Anpressdruck gegenüber dem im Wandlergehäuse herrschenden niedrigeren Wandlerinnendruck gegen eine Gegenreibfläche beispielsweise an dem Wandlergehäuse in Reibeingriff gebracht. Der Betätigungskolben ist dabei begrenzt axial verlagerbar und drehschlüssig mit dem Turbinenrad oder einer Ausgangsnabe des Drehmomentwandlers verbunden, so dass bei betätigter Wandlerüberbrückungskupplung das Drehmoment zwischen dem von einer Antriebseinheit angetriebenen Wandlergehäuse direkt auf den Ausgang des Drehmomentwandlers übertragen und ein Drehmomentpfad zwischen Pumpenrad und Turbinenrad überbrückt wird.
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Um einen hohen, sich abhängig vom Kühlvolumenstrom bildenden Wandlerinnendruck im Wandlergehäuse zu vermeiden beziehungsweise den Anpressdruck in zuverlässiger Weise gegen dem vorgegebenen Wandlerinnendruck zur Schaltung der Wandlerüberbrückungskupplung nutzen zu können, ist der Kühlvolumenstrom zur Kühlung des Drehmomentwandlers abhängig von einer Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung gesteuert. Dies bedeutet, dass der Kühlvolumenstrom immer dann abgeschaltet oder bevorzugt gedrosselt und damit der von diesem gebildete Wandlerinnendruck erniedrigt wird, wenn die Wandlerüberbrückungskupplung betätigt wird. Eine Kühlung des Drehmomentwandlers kann dabei in unschädlicher Weise unterdrückt oder vermindert werden, da bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung Pumpenrad und Turbinenrad keine Reibungswärme im Druckmittel erzeugen. Beispielsweise kann der Kühlvolumenstrom abhängig von einer Betätigung des hydraulischen Ventils zur Einstellung des Anpressdrucks begrenzt oder unterbrochen werden.
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Die Begrenzung des Kühlvolumenstroms bei betätigter Wandlerüberbrückungskupplung gegenüber dem Kühlvolumenstrom bei nicht betätigter Wandlerüberbrückungskupplung kann mittels eines entsprechenden hydraulischen Ventils vorgesehen sein. Erfindungsgemäß ist zwischen die erste Fluidpumpe und einen den Kühlvolumenstrom zum Drehmomentwandler führenden Druckkanal ein hydraulisches Ventil geschaltet sein.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Getriebeeinrichtung kann dabei vorgesehen sein, dass dieses hydraulische Ventil in einem ersten Betriebszustand den Kühlvolumenstrom zuerst über den Drehmomentwandler und anschließend zumindest einer weiteren zu kühlenden Getriebekomponente, beispielsweise dem Variator mit seinen Scheibensätzen und Reibkontakten gegenüber dem Umschlingungsmittel, zu kühlenden und zu schmierenden Schaltelementen und dergleichen zuführt. Hierbei kann zwischen dem hydraulischen Ventil und der zumindest einen Getriebekomponente in den Kühlvolumenstrom ein Kühler geschaltet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Kühlvolumenstrom in diesem Betriebszustand des hydraulischen Ventils begrenzt sein, beispielsweise indem zumindest einer der zumindest einen Getriebekomponenten eine Blende vorgeschaltet ist, wodurch sich ein gewünschter Wandlerinnendruck ergibt.
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In einem zweiten Betriebszustand des hydraulischen Ventils kann der Kühlvolumenstrom durch den Drehmomentwandler mittels einer Blende auf einen Minimalstrom begrenzt sein und der restliche Kühlvolumenstrom direkt zu der zumindest einen Getriebekomponente geleitet werden. Hierzu kann in dem hydraulischen Ventil oder diesem zugeschaltet eine entsprechende Blende vorgesehen sein, die von dem restlichen Kühlvolumenstrom den Minimalstrom abzweigt.
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Der aus dem Drehmomentwandler rückgeführte Minimalstrom kann mittels eines dem Drehmomentwandler nachgeschalteten Drosselorgans auf einen vorgegebenen Wandlerinnendruck eingestellt sein. Beispielsweise kann das Drosselorgan zumindest ein Druckbegrenzungsventil und/oder zumindest eine Blende enthalten.
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Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigt eine schematisch dargestellte Funktionsskizze der vorgeschlagenen Getriebeeinrichtung.
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Die Funktionsskizze der Getriebeeinrichtung 1 zeigt das Umschlingungsmittelgetriebe 2 mit dem Variator 3 und dem mechanisch in nicht dargestellter Weise dem Umschlingungsmittelgetriebe 2 vorgeschalteten hydrodynamischen Drehmomentwandler 4. Die Getriebeeinrichtung 1 ist in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet, der Drehmomentwandler 4 ist eingangsseitig mittels des mit dem Pumpenrad 5 verbundenen Wandlergehäuses 30 drehschlüssig mit einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs verbunden. Das von dem Pumpenrad 5 angetriebene Turbinenrad 6 ist mit dem ersten Scheibensatz 7 des Variators 3 verbunden. Das Pumpenrad 5 und das Turbinenrad 6 sind mittels der in dem Wandlergehäuse 30 des Drehmomentwandlers 4 untergebrachten Wandlerüberbrückungskupplung 9 überbrückbar.
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Der zweite Scheibensatz 8 bildet das Ausgangsteil der Getriebeeinrichtung 1 und ist mittels eines Differentials mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs verbunden. Zwischen dem ersten Scheibensatz 7 und dem zweiten Scheibensatz 8 ist das Umschlingungsmittel 10 angeordnet, welches in den Scheibensätzen 7, 8 auf stufenlos verstellbaren Radien der Scheibensätze 7, 8 geführt wird und damit die Übersetzung des Variators 3 einstellt. Die zusätzliche Reibungskupplung 11 kann der Richtungsumkehr der Getriebeeinrichtung 1 dienen.
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Die Steuerung der Getriebeeinrichtung 1 erfolgt hydraulisch mittels der Steuereinrichtung 12. Die Steuereinrichtung 12 enthält drei elektrisch angetriebene Fluidpumpen 13, 14, 15. Die erste Fluidpumpe 13 dient der Vorspannung der Scheibensätze 7, 8 und stellt eine Anpressung dieser gegenüber dem Umschlingungsmittel 10, beispielsweise einer Laschenkette mit einem vorgegebenen Druck sicher. Die zweite Fluidpumpe 14 dient der Steuerung der Übersetzung des Variators durch Anlegen unterschiedlicher Drücke an die beiden Scheibensätze 7, 8, so dass das Umschlingungsmittel 10 auf unterschiedlichen Radien der Scheibensätze 7, 8 geführt wird. Das hydraulische Ventil 16 dient der Schnellschaltung des Variators 3.
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Die Fluidpumpe 15 dient der Vorverdichtung des Arbeitsfluids der Steuereinrichtung 12 beziehungsweise der Bereitstellung des Kühlvolumenstroms V(K) für den Drehmomentwandler 4 und die zu kühlenden beziehungsweise zu schmierenden Getriebekomponenten 17, 18, beispielsweise Schaltelemente und/oder die Scheibensätze 7, 8. Die erste Fluidpumpe 13 stellt zudem den Anpressdruck p(WÜ) zur Betätigung der Reibungskupplung 11 und der Wandlerüberbrückungskupplung 9 bereit. Die Reibungskupplung 11 wird mittels des hydraulischen Ventils 19 und die Wandlerüberbrückungskupplung mittels des hydraulischen Ventils 20 geschaltet. Das hydraulische Ventil 20 schaltet bei zu schließender Wandlerüberbrückungskupplung 9 die Verbindung zu dem Betätigungskolben der Wandlerüberbrückungskupplung 9 frei.
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Der Drehmomentwandler ist hierbei als 3-Kanalwandler ausgebildet. Über den ersten Kanal K1 wird der Kühlvolumenstrom V(K) zugeführt. Über den zweiten Kanal K2 wird der Kühlvolumenstrom V(K) abgeführt. Über den dritten Kanal K3 wird die in dem Wandlergehäuse vorhandene Druckkammer mit dem Anpressdruck p(WÜ) beaufschlagt, um die Wandlerüberbrückungskupplung 9 zu betätigen. Die Druckkammer ist dabei innerhalb des Wandlergehäuses 30 angeordnet und mittels eines Betätigungskolbens von dem übrigen Druckraum des Wandlergehäuses 30 mit dem Wandlerinnendruck getrennt, so dass bei einem höheren Anpressdruck als der Wandlerinnendruck der Betätigungskolben verlagert wird und damit die Wandlerüberbrückungskupplung 9 betätigt wird.
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Bei Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung mittels des Anpressdrucks p(WÜ) wird der von dem Kühlvolumenstrom V(K) erzeugte Wandlerinnendruck verringert, so dass der Wandlerinnendruck des Drehmomentwandlers 4 bei geschalteter Wandlerüberbrückungskupplung auf einem geringen Niveau verbleibt und die Wandlerüberbrückungskupplung in zuverlässiger Weise von dem Anpressdruck p(WÜ) betätigt wird.
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Die Steuerung des Kühlvolumenstroms V(K) übernimmt das hydraulische Ventil 21 in bevorzugter Weise ein Schaltventil. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist mittels des hydraulischen Ventils 20 der Anpressdruck p(WÜ) unterbunden und das hydraulische Ventil 21 schaltet den Kühlmittelstrom V(K) auf den Kanal K1. Von dort wird er über Kanal K2 ausgeleitet und umgelenkt von dem hydraulischen Ventil 21 zu den Getriebekomponenten 17, 18 geleitet. Die Getriebekomponente 18, beispielsweise der Variator 3 wird dabei mittels des hydraulischen Ventils 22 zweistufig mit Betriebsfluid gekühlt beziehungsweise geschmiert. Vor den Getriebekomponenten 17, 18 ist der Kühler 23 geschaltet. Der Wandlerinnendruck wird mittels der Blenden 24, 25, 26 eingestellt.
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In dem alternativen Betriebszustand des hydraulischen Ventils 21, welcher eingestellt wird, wenn das hydraulische Ventil 20 geschaltet und der Anpressdruck p(WÜ) an dem Betätigungskolben angelegt ist, leitet die Blende 27 lediglich einen geringen Teil des Kühlvolumenstroms V(K), den Restvolumenstrom V(R) über den Kanal K1 in den Drehmomentwandler 4. Der Anpressdruck p(WÜ) ist dabei wesentlich höher als der durch den verringerten Kühlvolumenstrom wie Restvolumenstrom V(R) verminderte Wandlerinnendruck und betätigt die Wandlerüberbrückungskupplung 9 zuverlässig. Über den Kanal K2 wird der Restvolumenstrom V(R) in das Reservoir 28 geleitet. Das Drosselorgan 29 bestimmt dabei den Wandlerinnendruck. Das Drosselorgan 29 kann als Druckbegrenzungsventil, als Blende und/oder dergleichen ausgebildet sein.
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Der übrige Kühlvolumenstrom wird von dem hydraulischen Ventil 21 zu den Getriebekomponenten 17, 18 geleitet.
