DE2744627C2

DE2744627C2 - Stufenlos verstellbares Umschlingungsgetriebe

Info

Publication number: DE2744627C2
Application number: DE2744627A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Johannes Gerardes Antonius von der Pijlkruidhog Nuenen Hoorn; Alexandre Eindhoven Horowitz; Josef Wilhelmus Maria Leende Kummeling
Original assignee: Volvo Car BV
Current assignee: Volvo Car BV
Priority date: 1976-10-05
Filing date: 1977-10-04
Publication date: 1987-05-07
Also published as: NL181597B; SE437290B; JPS5346564A; SE7710887L; NL7611001A; DE2744627A1; GB1591512A; US4173156A; FR2367228B1; JPS6116863B2; NL181597C; IT1090411B; FR2367228A1

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenlos verstellbares Umschlingungsgetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Ein solches Umschlingungsgetriebe wird im folgenden kurz "Variator" genannt.

In einem Variator der oben beschriebenen Art (DE-AS 18 16 949) sind die oben erwähnten Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 mit dem Ziel vorgesehen, den Wirkungsgrad und die Lebensdauer zu verbessern, indem die Berührungsdrücke zwischen den Kegelscheiben und dem Übertragungselement nicht größer als für die Kraftübertragung notwendig gemacht werden. Dabei wird der erforderliche axiale hydraulische Druck auf die Kegelscheiben hauptsächlich von dem von einer auf die andere Welle zu übertragenden Drehmoment abhängig gemacht. Zu diesem Zweck umfaßt die erwähnte Speiseleitung einen Kanal in der getriebenen und der treibenden Welle, der von einem Drucksteuerventil mit einem beweglichen Zwischenelement gesteuert wird, welches unter Wirkung einer auf das Ventil wirkenden Druckfeder radial nach außen aus der Welle herausragt und an eine geneigte Nockenfläche gedrückt ist, die in einer Bohrungswand der Nabe einer der axial beweglichen Kegelscheiben jedes Kegelscheibenpaares vorgesehen ist. Mittels dieser geneigten Fläche, welche über das Zwischenelement und die Druckfeder auf das Drucksteuerventil einwirkt, kann dieses abhängig von der Last betätigt werden, welcher die entsprechende Seite des Getriebes unterworfen ist.

Die hydraulische Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, gleichzeitig einen mit dem Geschwindigkeitsverhältnis progressiv sich verändernden Berührungsdruck an allen Kegelscheiben zu erhalten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Umschlingungsgetriebe der eingangs beschriebenen Art weniger komplizierte und genauer arbeitende Mittel vorzusehen, um dem Drehmoment proportionale hydraulische Kräfte zum Anpressen der Kegelscheiben gegen das Übertragungselement zu erzeugen.

Gemäß der Erfindung sind zur Lösung der Aufgabe bei einem Umschlingungsgetriebe der eingangs beschriebenen Art die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 vorgesehen.

Mit der Erfindung ist eine automatisch und ohne jede Verzögerung und ohne Stoß beim Reversieren des Getriebes arbeitende Steuervorrichtung geschaffen.

Bei einem Variator nach der Erfindung können die Mittel zum Schaffen eines drehmomentabhängigen hydraulischen Druckes auf nur einer Seite des Variators in einer Kupplung zwischen einer treibenden und einer getriebenen Welle untergebracht werden.

Schließlich ist der Variator nach der Erfindung gleichzeitig zum Regeln des Übersetzungsverhältnisses verwendbar.

In vielen Anwendungsfällen, z. B. bei Kraftfahrzeugantrieben, wird gefordert, daß das Variator-Übersetzungsverhältnis sich automatisch einstellt.

Dies wird bei bevorzugten Ausführungen der Erfindung in Abhängigkeit von

a) Moment und Umlaufgeschwindigkeit (Drehzahl)
b) Moment und Motor-Unterdruck
c) Moment und Gasventilstellung
d) Umlaufgeschwindigkeit (Drehzahl) und Gasventilstellung

erreicht.

Bei Anwendung der Erfindung ist der hydraulische Primärdruck direkt proportional zum Moment, während die Drehzahl in an sich bekannter Weise durch Fliehkräfte in eine Kraftwirkung an gewünschtem Ort umgewandelt werden kann. Dies gilt ebenso für die Kraftwirkung des Motor-Unterdrucks und der Gasventilstellung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Funktionsschema, welches die Grundfunktion eines gemäß der Erfindung angewendeten Kupplungselementes darstellt;

Fig. 2 eine Stirnansicht einer vorteilhaften Ausführung des Kupplungselementes;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Teilschnitt in größerem Maßstab nach der Linie IV-IV in Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Antriebsmotor symbolisch mit dem Bezugszeichen 1, der Variator insgesamt mit 2 und eine Kupplung zur Kraftübertragung zwischen Wellen 4 und 5 mittels eines hydraulischen Polsters mit 3 bezeichnet. Die Kupplung ist symbolisch als getrennte Einheit zwischen den Wellen 4 und 5 dargestellt. Aus dem folgenden ergibt sich jedoch, daß diese Kupplung vorzugsweise in einer der Kegelscheiben des Variators untergebracht ist. Der Öldruck wird durch eine Pumpe 6 erzeugt und aufrechterhalten. Das Variatorgehäuse enthält ein Ölvolumen, von dem eine Pumpenleitung 8 über eine drehende Dichtung 9 zu einer Leitung 10 in der Welle 4 führt. Die Leitung 10 steht mit einer Kammer in der Kupplung 3 in Verbindung, welche die hydraulische Kraftübertragung enthält. Ein Kanal 11 führt von dieser Polsterkammer durch die Welle 5 und darin vorgesehene Öffnungen 12, 13 zu den abgedichteten Druckkamern 14 und 15 in den hohlen Kegelscheiben des Variators. Die konischen Wände 16 und 17 der Kegelscheiben sind axial relativ zu den Bodenwänden 18 und 19 auf der Welle 5 verschiebbar angeordnet. Das unter Druck gesetzte hydraulische Medium wird über eine Leitung 20 zu einer zweiten Variatorwelle 21 geleitet.
Im folgenden ist anhand der Fig. 2, 3 und 4 eine genauer gezeichnete Ausführung eines Umschlingungsgetriebes mit einem hydraulischen Polster für die Drehmomentübertragung in einer Kupplung beschrieben. Dieses Polster ist in einer Kegelscheibe 17 eines Getriebe- bzw. Variatorteils untergebracht. Die entgegengesetzte Kegelscheibe 22 ist bei 23 mit der Welle 5 verkeilt, welche als Hauptantriebswelle betrieben werden kann. Daher ist die Ölspeiseleitung 8 (Fig. 3) mit der durch das gleiche Bezugszeichen bezeichneten Leitung in Fig. 1 vergleichbar.
Jedoch ist der Kanal 10, an welchen die Leitung 8 angeschlossen ist, in der Welle 5 vorgesehen, weil die das hydraulische Polster enthaltende Kupplung nicht wie in Fig. 1 zwischen zwei zu kuppelnden Wellen 4 und 5, sondern als Kupplung zwischen der Welle 5, welche hier die Hauptantriebswelle ist, und der Kegelscheibe 17 angeordnet ist. Diese Kegelscheibe 17 ist der axial verschiebbare Teil eines hydraulisch beaufschlagbaren Zylinders 24, der bei 34 auf die Welle 5 aufgekeilt ist und dessen Druckkammer ebenso wie in Fig. 1 mit 15 bezeichnet ist.
Der mit der Pumpe 6 in Verbindung stehende Kanal 10 mündet in diese Druckkammer 15 über eine Bohrung 13. Mit der Druckkammer steht auch die Ölpolsterkammer 25, die im folgenden noch besprochen wird, über den Kanal 11 in Verbindung. Die Kegelscheibe 17 ist im folgenden als die eine Kupplungshälfte bezeichnet. Aus Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß zwei diametral gegenüberliegende Arme 27 und 28 axial von dieser Kegelscheibe 17 im Bereich nahe ihres Umfanges wegragen. Die Arme sind mit Spiel in Ausnehmungen 29 und 30 aufgenommen, welche aus dem Umfang einer Scheibe 31 herausgearbeitet sind, die hier als die andere Kupplungshälfte bezeichnet ist. Diese andere Kupplungshälfte ist als ringförmige Scheibe 31 ausgebildet, welche bezüglich der Welle 5 auf Zapfen 32, 33 geringfügig schwenkbar ist, wodurch sie von dem zylindrischen Teil 24 und damit indirekt von der Welle 5 unterstützt ist. Es ist klar, daß die Kupplung auch nur mit einem der Arme 27, 28 (im folgenden als "Kupplungsarme" bezeichnet) gestaltet sein kann, doch ist bei der gezeigten Ausführungsform ein besserer Kraftausgleich erzielt.
Die Kupplungsarme 27, 28 übertragen das Drehmoment durch ihr Zusammenwirken mit den Seitenwänden der Ausnehmungen 29, 30 über ein hydraulisches Polster.
Zu diesem Zweck ist gemäß Fig. 4 im Kupplungsarm 27 eine Bohrung 39 mit einer Auskleidung 35 vorgesehen, die zwischen Ringen 33 gehalten und abgedichtet ist. So ist die Polsterkammer beschaffen, die in Fig. 3 mit 25 bezeichnet ist. Ein zylindrisches Gleitventil 36 ist in der Auskleidung bzw. dem Lager 35 längs eines kleinen Weges in Richtung der Pfeile A bewegbar. Das Gleitventil 36 hat eine scheibenförmige mittlere Wand 37, die über eine Ringrippe radial über den Umfang des Gleitventils hinausragt. Die Ringrippe ist seitlich zwischen Abschnitten der Auskleidung 35 mit Spiel eingeschlossen, wodurch ein Ringspalt 38 verbleibt, und es besteht auch ein Umfangsspiel zwischen der Ringrippe und der Bohrungswand 39.
Das Gleitventil 36 schließt zylindrische Kammern 40 und 41 jeweils auf entgegengesetzten Seiten der scheibenförmigen mittleren Wand 37 ein. Die Kammern 40 bzw. 41 haben äußere konische Auslässe 42 bzw. 43 und können auf ihrer anderen Seite mit dem Ringspalt 38 und dadurch mit dem Druckmittelkanal 11 über Öffnungen 44 bzw. 45 je nach Stellung des Gleitventils 36 bezüglich der Wand 37 in Verbindung treten.
In der in Fig. 4 gezeigten Stellung sei angenommen, daß der Kupplungsarm 27 nach rechts gedreht wird (s. hierzu auch Fig. 2 und 3). Die Wand 37 läuft dann in Fig. 2 und 4 gesehen links an der Auskleidung an. Der von dem Ringspalt 38 zur Öffnung 44 führende Kanal wird hierdurch gesperrt. Das Öl wird nun durch die Leitung 11 den Ringspalt 38 und die Öffnungen 45 in Kammer 41 gedrückt. Nun bildet sich ein hydraulisches Polster aus, weil Öl über einen durch einen Ringspalt 47 zwischen einer Ventilscheibe 46 in der Auslaßmündung und die konische Wand 43 gebildeten Auslaß fließt. Die Ventilscheibe 46 ist selbsteinstellend und gegen die ebene Seitenwand der Ausnehmung 29 in der Ringscheibe 31 gepreßt. Der Ringspalt 47 ist zur Bildung des hydraulischen Polsters vorgesehen, in welchem der Öldruck von dem mit der Kupplung zu übertragenden Moment abhängt.
Die Ventilscheibe 47 hat die Gestalt einer von einer Kugel abgeschnittenen Scheibe, wobei die kugelige Seite den Ringspalt 47 innen begrenzt. Die Bohrung 48 sorgt für eine Schmierung der Scheibenoberfläche, welche an der Seitenwand der Ausnehmung 29 anläuft. Es ist nicht nötig, daß die Ventilscheibe 46 genau in die Mitte der konischen Wand 43 zu liegen kommt, weil die Gesamtquerschnittsfläche des Ringspaltes 47 hierdurch nicht verändert wird.
Wenn die Pumpe 6 eine vorbestimmte Ausgangsleistung hat, wird sich selbsttätig ein Gleichgewicht zwischen der Umfangskraft K und dem Druck p _i in der Kammer 41 einstellen, weil der Ringspalt 47, durch welchen Öl entweicht, sich selbst einstellt.
Der Druck in der Kammer 41 ist proportional zu dem von der Welle übertragenen Moment. Dieser Druck ist gleich dem Druck p _i in Kammer 15 (Fig. 3), der für den axialen Lagerdruck der Kegelscheibe 17 auf den Gurt 46&min;&min; sorgt.
Wenn die Drehrichtung umgekehrt wird, bewegt sich das Gleitventil 36 um wenige Zehntel Millimeter nach rechts, wodurch sich die scheibenförmige Wand 37 des Gleitventils 36 selbsttätig an die andere Seitenwand der Ausnehmung 38 in der Auskleidung 35 anlegt und die Verbindung zum Kanal 11 zu den Öffnungen 45 unterbricht, jedoch die Verbindung zu den Öffnungen 44 freilegt. Die Kammer 41 wird dadurch von dem Öldruck abgetrennt, und die Kammer 40 tritt als hydraulische Polsterkammer mittels des Ringspaltes 47&min; in Funktion, der an ihrem Ende zwischen der Ventilscheibe 46&min; und der Auslaßmündung 42 gebildet ist. Die Auflagekraft des Gurtes 46&min;&min; ist daher vollständig unabhängig von der Drehrichtung und allein von der Größe des Momentes bestimmt.
Weil das gewünschte Ergebnis mit einem Bewegungsspiel von wenigen Zehntel Millimeter erreicht werden kann, tritt keine Stoßwirkung beim Umkehren oder Reversieren der Drehbewegung auf.
Es ist klar, daß die beschriebene Kupplung nicht notwendig mit einer Kegelscheibe 17 verbunden sein muß. Man kann sich für eine Kupplung 3 gemäß Fig. 1 vorstellen, daß eine Scheibe mit Kupplungsarmen auf der Welle 4 und die Differentialscheibe 31 auf der Welle 5 angeordnet sind.

Claims

1. Stufenlos verstellbares Umschlingungsgetriebe mit einem endlosen Übertragungselement, wie einem Riemen oder einer Kette, zwei von dem Übertragungselement umschlungenen Kegelscheiben-Paaren, von denen eines auf einer treibenden Welle und das andere auf einer getriebenen Welle angeordnet ist, wobei mindestens eine Kegelscheibe jedes Paares axial auf der zugehörigen Welle gleitend verschiebbar ist, hydraulischen Mitteln zum Erzeugen und Regeln axialer Druckkräfte auf die verschiebbaren Kegelscheiben, um diese abhängig vom zwischen den treibenden und getriebenen Wellen übertragenen Drehmoment automatisch zu verstellen, und einer hydraulischen Druckmittelleitung, welche mit einem Druckmittel wie Öl von einer Druckwelle versorgt wird und welche das Druckmittel zu einem hydraulischen Zylinder speist, der teilweise in einer der Kegelscheiben mindestens eines Paares ausgebildet ist, die mit der zugehörigen Achse über eine Kupplung verbunden ist, wobei ein Drucksteuerventil zum Steuern des Druckes im hydraulischen Zylinder vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung mindestens einen sich axial erstreckenden Kupplungsarm (27, 28) aufweist, der mit Spiel (29) in Umfangsrichtung zwischen parallelen Seitenwänden einer Aussparung (29, 30) in der anderen Kupplungshälfte (24, 31) aufgenommen ist, daß die Druckmittelleitung (11) über ein in einer Bohrung im Kupplungsarm (27, 28) in der anderen Kupplungshälfte (24, 31) hin- und herbewegliches Gleitventil (36), welches das Drucksteuerventil bildet, alternativ mit einer von zwei Druckkammern (40, 25; 41, 25) verbindbar ist, derart, daß in der einen Position des Gleitventils (36) die Druckmittelleitung (11) über den Kupplungsarm (27) mit der einen Druckkammer (40, 25) verbunden ist und die andere Druckkammer (41, 25) abgesperrt ist, und umgekehrt, und daß der Rückfluß von Öl aus der jeweiligen Druckkammer über einen variablen Leckspalt (47, 47&min;) gesteuert wird, und zwar in Abhängigkeit von der Position bzw. der Drehrichtung des angetriebenen Kupplungsarms (27) relativ zu den Seitenwänden der Aussparung (29, 30).

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitventil einen Hohlzylinder (36) enthaltend die zwei Druckkammern (40, 25; 41, 25) aufweist, daß die Druckkammern entgegengesetzt zueinander nach außen divergierende konische Endwände (42, 43) haben, welche jeweils unter Bildung des variablen Leckspaltes (47, 47&min;) mit einem topfförmigen Teil (46, 46&min;) der gegenüber gelegenen anderen Kupplungshälften (24, 31) zusammenwirken, daß die Druckkammern (40, 25; 41, 25) voneinander durch eine zentrale scheibenförmige Ringrippe (37) getrennt sind, die radial über den Außenumfang des Hohlzylinders (36) hinausreicht und axial in einem ringförmigen, mit der Druckmittelleitung (11) verbundenen Kanal (38) bewegbar ist, und daß radiale Öffnungen (44, 45) in dem Hohlzylinder beidseits der zentralen Ringrippe (37) die Verbindung mit der jeweiligen Druckkammer herstellen.

3. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine (24) der beiden Kupplungshälften mit ihrer zugehörigen Welle (5) über Zapfen (32, 33) schwenkbar verbunden ist.