DE19822039A1 - Hydraulische Versorgungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine hydraulische Versorgungseinrichtung, insbesondere für ein Umschlingungsgetriebe in einem Kraftfahrzeug, beschrieben. Die Einrichtung enthält eine Kolbenpumpe, die in zwei unterschiedliche Ölkreisläufe fördern kann und dadurch Energie einspart. Dabei weist ein Ölkreislauf ein hohes Druckniveau für die Anpreßkräfte der Scheiben des Umschlingungsgetriebes und der andere ein niederes Druckniveau auf. Der Niederdruckkreislauf bedient weitere Getriebefunktionen wie die Wandlerkupplung und die Schmierung. Die Umschaltung von einem Ölkreislauf in den anderen erfolgt entweder durch gesteuerte Ausflußöffnungen der Ölpumpe oder durch nachgeschaltete Ventile.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Versorgungs­ einrichtung, insbesondere für ein stufenloses Umschlingungs­ getriebe in einem Kraftfahrzeug, wie sie im Oberbegriff beschrieben ist.

[Stand der Technik]

Stufenlose Getriebe werden in zunehmenden Maße in Perso­ nenkraftfahrzeugen eingesetzt. Dabei sind die Getriebe in der Regel als sogenannte Umschlingungsgetriebe ausgelegt, das heißt ein endloses Band, z. B. ein Keilriemen oder eine Glie­ derkette verläuft zwischen zwei Scheibensätzen. Jeder Schei­ bensatz besteht aus zwei Kegelscheiben, die zur Dreh­ zahländerung axial aufeinander zu- oder voneinander wegbewegt werden können. Um die erforderlichen Drehmomente übertragen zu können, müssen die Kegelscheiben mit hohem Druck gegen das Umschlingungsband gepreßt werden.

Die Anpreßkräfte eines solchen reibschlüssigen Umschlingungs­ getriebes werden in der Regel hydrostatisch und meist mit ungeregelten Pumpen erzeugt. Da die Pumpe so bemessen ist, daß bereits knapp über Leerlaufdrehzahl ein ausreichender Volumenstrom bereitsteht, wird bei höheren Drehzahlen ein Mehrfaches der notwendigen Ölmenge erzeugt und ein großer Teil gegen den vollen Systemdruck in den Tank abgeführt. Diese "Verluste" wirken sich besonders im Teillastbereich negativ auf die erzielbaren Wirkungsgrade aus.

Eine Verbesserung kann durch den Einsatz mehrerer Pumpen erreicht werden, die hydraulisch so verschaltet sind, daß sie möglichst wenig überschüssiges Öl fördern. Des weiteren können sauggedrosselte Radialkolbenpumpen verwendet werden, bei denen über eine Blende die Füllung der Pumpe und damit auch die geförderte Ölmenge begrenzt wird.

Unabhängig davon muß der Volumenstrom so bemessen sein, daß er unter allen Bedingungen selbst für eine Schnellverstellung des Getriebes ausreicht. Dabei wird der Systemdruck durch die Anforderung des Umschlingungsmittels drehmomentproportional festgelegt. Hier treten Drücke von 30 bar und mehr auf, die das Druckniveau deutlich überschreiten, das beispielsweise bei automatischen Stufengetrieben üblich ist.

[Aufgabe der Erfindung]

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße hydraulische Versorgungseinrichtung so weiterzuentwickeln, daß im Hinblick auf hohe Wirkungsgrade sowohl Volumenströme als auch Drücke auf das unbedingt Notwendige reduziert wer­ den.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Nach der Erfindung existieren demnach zwei Öl- bzw. Hydrau­ likkreisläufe mit zwei unterschiedlichen Druckniveaus. In dem einen fließt das "Drucköl" zur Erzeugung der Anpreßkräfte (bis 50 bar) . Der andere stellt das "Schmieröl" mit deutliche niedrigeren Drücken (bis etwa 10 bar) bereit, z. B. für eine Wandlerüberbrückungskupplung und Fahrbereiche vor­ wärts/rückwärts sowie für den Schmierkreislauf. Beide Kreis­ läufe sollen über eine einzige Pumpe versorgt werden. Dabei wird im normalen Betrieb nur soviel Öl mit vollem Systemdruck gefördert, wie notwendig ist, um Leckagen von Scheibensätzen und Öleinführungen sowie sehr langsame Verstellvorgänge abzudecken.

Für Schnellverstellvorgänge kann das Verhältnis von "Schmieröl" zu "Drucköl" rasch geändert werden, in dem das Durchflußvolumen des Niederduck-Kreislaufes drosselfrei reduziert oder vollständig gesperrt wird. Die kann durch entsprechend Maßnahmen an der Pumpe oder aber durch ein nachgeschaltetes Ventil erfolgen.

Ganz allgemein kann durch die Erfindung der Gesamtvolumen­ strom der Pumpe ohne die von anderen Systemen her bekannten Druckabfälle in zwei beliebig große Volumenströme unter­ schiedlicher Druckniveaus aufgeteilt werden, wobei sich die Aufteilung im Betrieb sehr schnell verändern läßt. Dadurch ist es möglich einen großen Teil der hydraulischen Leistung einzusparen und somit die Wirkungsgrade des Gesamtgetriebes deutlich zu verbessern. Soweit Ventile für die Umschaltung verwendet werden, kann der Ölstrom ohne Drosselung und damit ohne nennenswerten Druckabfall umgeleitet werden.

Insgesamt wird mit der Erfindung eine hydraulische Versor­ gungseinrichtung geschaffen, die für die meisten Betriebs­ fälle (Konstantfahrt und langsame Übersetzungsverstellung) ein relativ niedriger Volumenstrom bereitstellt. Dadurch läßt sich ein erheblicher Prozentsatz der Hydraulikleistung ein­ sparen, was einer deutlichen Verbesserung des Wirkungsgrades entspricht. Ein solches, relativ hohes Wirkungsgradniveaus des Gesamtgetriebes hat wiederum eine spürbare Verbesserungen des Verbrauches zur Folge.

[Beispiele]

In der nachfolgenden Beschreibung werden anhand der dazuge­ hörenden Figuren mehrere vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Kolbenpumpe, bestehend aus einem angedeuteten Hydraulikzylinder und einem darin verschiebbaren Kolben und je eine Austrittsöffnung für den Hoch­ druck- und Niederdruckkreislauf,

Fig. 2 einen Wandabschnitt des Hydraulikzylinders mit einer Niederdrucköffnung, die über eine verschieb­ liche Steuerplatte verschließbar ist (Hubsteuerung),

Fig. 3 eine ähnliche Ausführung wie nach Fig. 1 mit einem der Niederdrucköffnung nachgeschalteten Ventil,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform mit nur einer Aus­ trittsöffnung im Hydraulikzylinder und nachgeschal­ tetem Ventil und

Fig. 5 eine ähnliche Ausführung wie in Fig. 4 eines weite­ ren Ausführungsbeispiels.

Soweit in den Figuren die einzelnen Bauteile die gleiche Funktion ausüben, sind sie in allen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern belegt. Des weiteren sind die in den Figuren dargestellten und als Kolbenpumpen bezeichneten Zylinder- Kolben-Einheiten Teile vollständiger Hydraulikpumpen, bei­ spielsweise von Radialpumpen. In diesem Fall wären über den Umfang verteilt eine größere Anzahl derartiger Zylinder- Kolben-Einheiten in regelmäßigen Abständen verteilt ange­ ordnet. Die Bauteile nach den Figuren könnten aber ebensogut Teile von Axialkolbenpumpen sein, auch von solchen mit Saug­ drosselung oder verstellbarem Kolbenhub.

Die in Fig. 1 gezeigte Kolbenpumpe 1 besteht aus einem Hy­ draulikzylinder 2 und einem darin verschiebbaren Kolben 3. Im Zylindermantel sind zwei Bohrungen 4, 5 und in der Stirnwand eine Bohrung 6 vorgesehen. Dabei dient die Bohrung 4 als Ansaugbohrung für die Hydraulikflüssigkeit und die stromab­ wärts in Richtung der Stirnwand versetzten Bohrung 5 als Austrittsöffnung für die Hydraulikflüssigkeit in einen Kreis­ lauf 7 niedrigen Druckniveaus. Über diesen Kreislauf werden bei einen nicht weiter dargestellten stufenlosen Um­ schlingungsgetriebes für eine Kraftfahrzeug im wesentlichen die Wandlerkupplung und die Schmierung des Getriebes mit Hydraulikflüssigkeit versorgt. Bei der Hydraulikflüssigkeit handelt es um ein für die gestellten Anforderungen geeignetes Getriebeöl.

Die in der Stirnwand vorgesehene Bohrung 6 dient als Aus­ trittsöffnung für die Hydraulikflüssigkeit in einen Kreislauf B hohen Druckniveaus, der die hohen Drücke für das Anpressen der Kegelscheiben des Umschlingungsgetriebes gegen das Treib­ band bereitstellt. Solche hohen Drücke sind beispielsweise beim Anfahren und bei einer Schnellverstellung des Über­ setzungsverhältnisses erforderlich.

Schließlich sind beide Kreisläufe in Richtung Hydraulikzylin­ der durch je ein Rückschlagventil 9 gesperrt.

Bewegt sich der Kolben 3 nach oben fördert er über die Boh­ rung 5 Öl in den Kreislauf 7, da das Druckniveau in diesem Kreislauf deutlich unterhalb dem des Kreislaufs 8 liegt. Dies geschieht solange die Bohrung 5 geöffnet, d. h. nicht durch den Kolben verschlossen ist. Danach fördert der Kolben 3 in den Kreislauf 8.

Durch die Lage der Bohrung 5 kann das Verhältnis der beiden Ölströme - Niederdruckkreis und Hochdruckkreis - für den stationären Betrieb festgelegt werden.

Mit den nachfolgenden Ausführungsbeispielen läßt sich das Verhältnis während des Betriebs beeinflussen. So besteht die Austrittsöffnung zu dem Kreislauf niederen Druckniveaus nach Fig. 2 aus mehreren, in unmittelbarer Nachbarschaft zu­ einander angeordneten Bohrungen 5', deren Einzelbohrungen teilweise oder vollständig durch eine verschiebbare Steuer­ platte 10 geschlossen werden können. Die Verschiebebewegung kann elektrisch erfolgen und beispielsweise durch ein elek­ tronisches Getriebesteuergerät angesteuert werden.

In Fig. 3 ist der Bohrung 5 stromabwärts ein 2/2 Wegeventil 11 nachgeschaltet, das je nach Stellung den Durchfluß des Öls in den Kreislauf niederen Druckniveaus freigibt oder bloc­ kiert. Ein z. B. gezielt getaktes Öffnen und Schließen, das heißt durch Veränderung der Zeiten, in denen das Ventil geöffnet ist, kann die Ölmenge im diesem Druckkreislauf nahezu stufenlos angepaßt werden. Das Ventil selbst wird wiederum zweckmäßiger Weise elektrisch angesteuert.

Der Vorteil dieser Variante liegt darin, daß nur eine einzige Ölpumpe erforderlich ist, die nur geringfügige Veränderungen gegenüber einer herkömmlich Ölpumpe erfordert.

In den Ausführungen nach Fig. 4 und 5 ist in dem Hydraulik­ zylinder neben der Ansaugbohrung 4 lediglich in der Stirnwand eine Austrittsöffnung 12 für das hydraulische Medium vorge­ sehen ist. In Fig. 4 gabelt sich nach dieser Austrittsöffnung 12 der Ölkreislauf in den Hochdruckkreislauf 8 und den Nie­ derdruckkreislauf 7. Im Niederdruckkreislauf 7 ist wiederum ein 2/2 Wegeventil 11 geschaltet, daß in vergleichbare Weise arbeitet wie in Fig. 3.

Nach Fig. 5 wird der Ölstrom nach der Austrittsöffnung und über das Rückschlagventil 9 zu einem 3/2 Wegeventil 13 ge­ führt. An den Ausgängen dieses Ventils verzweigt sich der Volumenstrom in den Niederdruckkreislauf 7 und den Hochdruck­ kreislauf 8. Das Ventil gibt je nach Stellung entweder den Durchfluß zum Niederdruckkreis 7 oder zum Hochdruckkreis 8 frei. Durch zyklisches Umschalten des Ventils kann der Vo­ lumenstrom gezielt und den jeweiligen Anforderungen ent­ sprechend auf die beiden Kreisläufe aufteilt werden. Die Umschaltung erfolgt wiederum in zweckmäßiger Weise elek­ trisch.

Vorteil dieser beiden letzten Ausführungen ist, daß sie ohne Modifikation einer herkömmliche Ölpumpe auskommen.

Schließlich ist es zweckmäßig bei den Ventilgestaltungen dafür zu sorgen - z. B. durch Anbringen von Kerben an der Steuerkante der Ventilschieber -, daß beim Umschalten keine zu störenden Druckpulsationen auftreten.

Bezugszeichenliste

1

Kolbenpumpe

2

Hydraulikzylinder

3

Kolben

4

Bohrung

5

Bohrung

5

' Bohrung

6

Bohrung

7

Kreislauf niedrigen Druckniveaus

8

Kreislauf hohen Druckniveaus

9

Rückschlagventil

10

Steuerplatte

11

2/2 Wegeventil

12

Austrittsöffnung

13

3/2 Wegeventil

Claims (10)

1. Hydraulische Versorgungseinrichtung, insbesondere für ein stufenloses Umschlingungsgetriebe in einem Kraftfahrzeug mit einer Pumpe, die zum Ausführen der entsprechenden Ge­ triebefunktionen einschließlich der Getriebeschmierung Hydraulikflüssigkeit in einen Hydraulikkreislauf fördert, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikkreislauf von einem Kreislauf niedrigeren Druckniveaus (7) in einen Kreislaufs hohen Druckniveaus (8) umschaltbar ist.

2. Hydraulische Versorgungseinrichtung nach Anspruch 1 für ein stufenloses Umschlingungsgetriebe in einem Kraftfahr­ zeug, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf hohen Druckniveaus (8) für die Erzeugung der Anpreßkräfte für die Kegelscheiben und der Kreislauf niedrigeren Druckni­ veaus (7) für die Versorgung weiterer Getriebefunktionen einschließlich der Getriebeschmierung vorgesehen ist.

3. Hydraulische Versorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, kennzeichnet durch eine Kolbenpumpe (1) mit wenig­ stens einem Hydraulikzylinder (2) und einem darin ver­ schiebbaren Kolben (3), wobei der Hydraulikzylinder (2) eine in ihrem Durchflußquerschnitt steuerbare Austritts­ öffnung (Bohrung 5, 5') für den Kreislauf mit niederem Druckniveau (7) und stromabwärts eine Austrittsöffnung (6) für den Kreislauf mit hohem Druckniveau (8) aufweist.

4. Hydraulische Versorgungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdrucköffnung (Bohrung 5) durch den Kolben (3) verschließbar ist.

5. Hydraulische Versorgungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdrucköffnung (Bohrung 5,) über eine an der Zylinderwand verschiebbare Steuerplatte (10) in ihrem Durchflußquerschnitt veränder­ bar ist.

6. Hydraulische Versorgungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdrucköffnung (Bohrung 5') aus mehreren Austrittsöffnungen besteht.

7. Hydraulische Versorgungseinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nieder­ drucköffnung stromabwärts ein 2/2 Wegeventil (11) nachge­ schaltet ist, das zwischen einer den Durchfluß der Hy­ draulikflüssigkeit erlaubenden und einer den Durchfluß sperrenden Stellung umschaltbar ist.

8. Hydraulische Versorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, kennzeichnet durch eine Kolbenpumpe (1) mit wenigstens einem Hydraulikzylinder (2), einem darin verschiebbaren Kolben (3) und einer Austrittsöffnung für die Hydraulik­ flüssigkeit (Bohrung 12), wobei sich der Hydraulik­ kreislauf nach der Austrittsöffnung in einen Hochdruck- und einen Niederdruckkreislauf (7, 8) aufteilt und im Nie­ derdruckkreislauf (7) ein 2/2 Wegeventil (11) vorgesehen ist, das zwischen einer den Durchfluß der Hydrau­ likflüssigkeit erlaubenden und einer den Durchfluß sper­ renden Stellung umschaltbar ist.

9. Hydraulische Versorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Kolbenpumpe (1) mit wenigstens einem Hydraulikzylinder (2), einem darin verschiebbaren Kolben (3) und einer Austrittsöffnung (11) für die Hy­ draulikflüssigkeit, wobei in dem Hydraulikkreislauf nach der Austrittsöffnung ein 3/2 Wegeventil (13) vorgesehen ist, über das der Hydraulikkreislauf in einen Hochdruck- und einen Niederdruckkreislauf (7, 8) verzweigt und das Wegeventil (13) je nach Stellung den Durchfluß zum Hoch­ druckkreislauf oder zum Niederdruckkreislauf freigibt.

10. Hydraulische Versorgungseinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts vor den Austrittsöffnungen (Bohrungen 5, 5' und 6, 12) des Hydraulikzylinders (2) ein Rückschlagventil (9) vor­ gesehen ist, das den Rücklauf der Hydraulikflüssigkeit in den Hydraulikzylinder (2) blockiert.