DE2949297A1 - Steuersystem fuer ein stufenlos uebersetzungsverstellbares getriebe - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. R. LEMCKE -3'

DR.-ING. H. J. BROMMER
AMALIENSTRASSE 28 KARLSRUHE 1

P.I.V. Antrieb Werner Reimers Kommanditgesellschaft Industriestraße 3. 6380 Bad Homburg 1

Steuersystem für ein stufenlos übersetzungsverstellbares Getriebe

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für stufenlos übersetzungsverstellbare Getriebe in Form eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes, bei dem das übersetzungsverhältnis durch Druckmitteldruck an den beiden Scheibensätzen gesteuert wird. Ein solches Getriebe wird durch zwei Scheibensätze gebildet, die je einen V-förmigen Laufkeil bilden, in dem ein Riemen oder eine Kette zur Leistungs-

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Übertragung zwischen den beiden Scheibensätzen umläuft. Die Einstellung des effektiven Laufkreisdurchmessers an den Scheibensätzen über die gegenseitige axiale Einstellung der jeweiligen Kegelscheibe an den Scheibensätzen verändert die Getriebeübersetzung.

Bei einem stufenlos verstellbaren Ubersetzungs- * getriebe der beschriebenen Art besteht die Möglichkeit, dieses Getriebe zusammen mit anderen Getriebekomponenten in einer solchen Weise zu kombinieren, daß sich eine kontinuierliche Verstellung des Übersetzungsverhältnisses herunter bis auf Null ermöglicht, wo dann der Ausgang des Getriebes unabhängig von der Drehzahl der Antriebsmaschine still steht. Dies bezeichnet man auch als neutrale Getriebeeinstellung. Bei sehr niedrigen Vorwärts- oder Rückwärtsübersetzungsverhältnissen in der Nähe dieser neutralen Stellung ist die Drehmomentmultiplikation, die durch das Getriebe erhaltbar ist, sehr hoch. Bei Fehlen irgend welcher Verluste würde eine unbegrenzte Drehmomentmultiplikation verfügbar sein bei einer unbegrenzt niedrigen Drehzahl. In praxi liegt der maximale Drehmomentmultiplikator normalerweise in der Größenordnung von 10. Wenn diese Größenordnung der Drehmomentmultiplikation verfügbar gemacht wird in Verbindung mit dem maximalen Drehmoment der Antriebsmaschine, dann ist das an den Fahrzeugrädern verfügbare Drehmoment weit höher als das

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was erforderlich wäre, und die Fahrzeugräder würden durchdrehen, was zu einem hohen Reifenverschleiß und unstabilem Fahrverhalten des Fahrzeuges führen würde. Außerdem würde die Gefahr bestehen, daß verschiedene Getriebeteile beschädigt oder zerstört werden eben wegen des hohen Belastungsmomentes. Daher ist es wünschenswert, ein Steuersystem vorzusehen, mit dem das das Getriebe verlassende Drehmoment begrenzt werden kann. Es ist nicht ausreichend, nur das Drehmomentmultiplikationsverhältnis zu steuern, da ein hohes Drehmomentmultiplikationsverhältnis im Zusammenhang mit einem niedrigen Drehmoment der Antriebsmaschine wünschenswert ist.

Das Erfordernis einer Drehmomentbegrenzung tritt in erster Linie in Verbindung mit einem Getriebe auf, welches eine neutrale Arbeitsstellung hat, jedoch kann es auch bei anderen Getriebeformen nützlich sein. Beispielsweise kann es""\vünschenswert sein, eine Drehmomentbegrenzungssteuerung auf einen niedrigen Wert seitens des Fahrers einzustellen, um für ein ruhiges Fahren bei glatten Straßenverhältnisses zu sorgen.

Hierzu sind nach der Erfindung generell die Maßnahmen gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruches ergriffen.

Vorteilhafte Ausbildungen des Gegenstandes der

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Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung einer ihrer Ausführungsforrnen, die auf der Zeichnung dargestellt ist.

Eine Pumpe 11 nimmt hydraulische Druckflüssigkeit von einem Vorratsbehälter 12 über einen Filter 13 auf und fördert die Flüssigkeit unter Druck zu einer Reglerventilanordnung 14. Diese Reglerventilanordnung 14 enthält ein federbelastetes überdruckventil 15, über das der Ausgang der Pumpe 11 mit einem Rückfluß verbunden ist. Das überdruckventil 15 bestimmt den maximalen Pumpendruck. Ein Durchflußmengensteuerventil schränkt den Volumenfluß am Ausgang der Reglerventilandordnung ein, in-dentdarüber hinaus gehende Durchflußmengen in einen Abfluß gehen.

Die so regulierte Druckflüssigkeitsquelle ist mit dem Druckmittelzutritt 17 eines in der Mitte offenen Steuerschiebers 18 verbunden. Eine Abflußverbindung 19 des Steuerschiebers ist über ein steuerbares überdruckventil 21 mit einem Abfluß verbunden. Die beiden gesteuerten Druckverbindungsleitungen 22 und 23 führen vom Steuerschieber zu den hydraulischen Steuerzylindern 24 und 25 zwei^Scheibensätze 26 und 27 eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 28.

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Die Stellung des Steuerschiebers 18 wird durch eine Kurve 29 gesteuert, während die Steuerung der Federbelastung und folglich der überdruck des Überdruckventils 21 durch eine Kurve 31 gesteuert wird. Die beiden Kurven 29 und 31 sind auf einer gemeinsamen Welle 32 angeordnet. Ein Servomotor 33 treibt die Kurven 29 und 31 über ein Getriebe 34, eine*Kegeltrieb 35 und die Welle 32.

Der elektrische Steuerkreis enthält zwei Drehzahlfühler 36 und 37, die mit einer Getriebeübersetzungseinheit verbunden sind, welche die momentane Getriebeübersetzung aus den beiden Drehzahlen der Scheibensätze ausrechnet und ein dem Übersetzungsverhältnis entsprechendes Signal auf die Leitung 39 gibt. Ein Kommandosignal, welches einem Signal für die gewünschte. Getriebeübersetzung entspricht, ist auf die Leitung 41 gegeben von einer Quelle, die vereinfacht durch ein Potentiometer 42 dargestellt ist. Das Signal aus dem gerade vorhandenen Getriebeübersetzungsverhältnis und das dem gewünschten Übersetzungsverhältnis entsprechende Signal gehen auf eine Vergleicher-ZVerstärkereinheit 43, die ihrerseits ein eventuell notwendiges Korrektursignal auf den Servomotor 33 gibt. Auf diese Weise wird der Steuerschieber durch das Steuersystem in eine Position gebracht, die für die erforderliche Getriebeübersetzung sorgt.

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Bei einem gegebenen Getriebeübersetzungsverhältnis und einer gegebenen Größe des übertragenen Drehmomentes ist eine entsprechende Differenz der Druckmitteldrücke an den beiden Scheibensätzen erforderlich, um die vorgegebene Getriebeübersetzung aufrecht zu erhalten. Eine Zunahme des Drehmomentes bei der vorgegebenen Getriebeübersetzung und bei der entsprechenden Differenz der Druckmitteldrücke an den beiden Scheibensätzen führt zu einer Änderung der Getriebeübersetzung. Um die Getriebeübersetzung auf die ursprüngliche Bedingung zurückzubringen, · bevor die Drehmomentabweichung auftritt, ist eine entsprechende Änderung der Druckmitteldruckdifferenz an den beiden Scheibensätzen erforderlich, für die das Steuerungssystem sorgt. Bei einer gegebenen Getriebeübersetzung besteht ein bestimmtes Verhältnis zwischen dem übertragenen Drehmoment und der Differenz des Druckmitteldruckes an den beiden Scheibensätzen. Obwohl demzufolge die Position des Steuerschiebers 18 auf die Getriebeübersetzung und die Signale für die gewünschte Getriebeübersetzung anspricht, so ist doch seine tatsächliche Stellung, die die Differenz des Druckmitteldruckes an den Scheibensätzen steuert, eine Funktion des übertragenen Drehmomentes.

Wie vorstehend beschrieben, wirkt die mechanische Verbindung mit dem Steuerschieber 18 ebenso über die Kurve 31 auf die Steuerung des Überdruckventils

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21. Die Kurve 31 ist so ausgebildet, daß der Überdruck des Ventils 21 zunimmt, wenn die Stellung des Steuerschiebers 18 von der zentralen Gleichgewichtsstellung in die eine oder andere Richtung fortbewegt ist. Die Form der Kurve ist derart, daß das Überdruckventil 21 den Druck in der Leitung so steuert, daß er mit einer geeigneten Relation mit der Stellung des Steuerschiebers variiert wird, insofern also mit der Druckdifferenz am Getriebe und mit dem übertragenen Drehmoment.

Grundsätzlich tritt kein bedeutsamer Druckabfall über den Steuerschieber 18 vom niedriger druckbelasteten Getriebejzylinder 24 oder 25 und der Abflußverbindung 19 ein. Auf diese Weise wird der Druck in dem Getriebezylinder mit dem niedrigeren Druck unmittelbar durch das überdruckventil 21 bestimmt, so daß dieser niedrigere Druck eine Funktion des Drehmomentes ist. Geeignete Beziehungen hierzu sind hergestellt durch Mittel wie die Kurven 29 und 31, um sicher zu stellen.daß die Beziehungen zwischen dem Druck im niedriger Druck belasteten Zylinder und dem übertragenen Drehmoment (die Druckdifferenz) im wesentlichen linear verlauft.

Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung nun ist der Steuerschieber mit einem Wegbegrenzungsglied 51 versehen, das mit zwei Anschlägen 52 und 53 zusammenwirkt. Das Wegbegrenzungsglied

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und die Anschläge 52 und 53 bilden Mittel zur Begrenzung der Verschiebbarkeit des Steuerschiebers 18. Diese Begrenzung der Verschiebbarkeit begrenzt automatisch die Drucktrittdifferenz, die zwischen den Zylindern 24 und erhalten werden kann. Diese Begrenzung der Druckdifferenz begrenzt automatisch auch das Drehmoment, welches über das Getriebe 28 übertragen werden kann. Das Getriebe kann ohne weiteres bei einem hohen Drehmomentmultiplikationsverhältnis arbeiten, wenn ein niedriges Eingangsdrehmoment vorhanden ist. Wenn jedoch das Eingangsdrehmoment auf einen übermäßig hohen Wert vergrößert ist bei einem hohen Drehmomentmultiplikationsverhältnis, so gelangt das Wegbegrenzungsglied 51 gegen den Anschlag 52 oder 53, womit die Druckdifferenz an den Scheibensätzen 26 und 27 begrenzt wird. Die Einwirkung der Anschläge auf die Begrenzung der Druckdifferenz an den beiden Scheibensätzen begrenzt somit auch das maximal übertragbare Drehmoment und somit auch das Maximaldrehmoment, das der Antriebsscheibensatz des Getriebes von der Leistungsquelle aufnehmen kann. Ein Versuch, die Leistung der Leistungsquelle zu vergrößern, führt zu einer Vergrößerung der Drehzahl dieser Leistungsquelle. Ist die Leistungsquelle eine Verbrennungkraftmaschine, so stabilisiert sich die Drehzahl dieser Maschine auf einem Niveau, bei dem die Zunahme an Leistung oberhalb dessen, was durch das Getriebe aufgenommen wird, ent-

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weder durch innere Verluste der Maschine aufgenommen werden, die mit der Drehzahl zunehmen, oder dort, wo die obere Drehzahlgrenze der Maschine selbst liegt.

Die Anschläge 52 und 53 können zur Einstellung der Getriebesteuerung verstellbar und für den normalen Betrieb feststellbar sein. Alternativ kann die Position der Anschläge 52 und 53 auch während des Betriebs des Kraftfahrzeugs steuerbar sein, um dem Fahrer die Möglichkeit zu geben, das maximal verfügbare Drehmoment zu begrenzen. Beispielsweise kann insbesondere bei Fahrzeugen mit hoher Antriebsleistung eine niedrige Drehmomentbegrenzung eingeführt werden für einen unerfahrenen oder ruhigen Fahrer oder für glatte Straßenverhältnisse. Mechanische Anschläge stellen ein einfaches Beispiel zur Erläuterung der Erfindung dar, dürfen jedoch in praxi nicht die brauchbarste Ausführungsform nach der Erfindung sein.

Eine Alternative zu den Anschlagmitteln 51 bis 53 ist gestrichelt gezeigt. Eine druckbegrenzende Ventilanordnung 54 ist zwischen den beiden hydraulischen Steuerzylindern 24 und 25 angeschlossen. Diese Ventilanordnung kann beispielsweise aus zwei voneinander unabhängigen Druckbegrenzungsventilen bestehen, die in entgegengesetzte Richtung zueinander parallel geschaltet sind. Diese Ventilanordnung arbeitet als eine Alternative zur Steuerung des Steuerschiebers 18,

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um die Druckdifferenz zwischen den Scheibensätzen 26 und 27 zu begrenzen. Die Ventilanordnung kann auf eine feststehende Druckdifferenz eingestellt sein oder aber auch bezüglich der Druckdifferenz steuerbar sein.

Eine weitere Alternative für die Anschlagmittel 51 bis 53, die am ehesten für ein in Masse hergestelltes Steuersystem praktisch ist, kann darin bestehen, daß die Begrenzung der Bewegung des Steuerschiebers mit der elektrischen Steuervorrichtung vorgenommen wird. Beispielsweise kann eine mit der Position der Welle 32 in Verbindung stehende Rückkopplungsschleife eine elektronische Rast zur Begrenzung des Oparationsbereichs des Servomotors 33 enthalten.

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Claims (3)

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1. Steuersystem für ein stufenlos übersetzungsverstellbares Getriebe in Form eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes, bei dem die Getriebeübersetzung durch Druckmitteldruck an den

beiden Scheibensätzen gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet,

daß das Steuersystem Mittel zur Steuerung der Differenz zwischen den Druckmitteldrücken an den Scheibensätzen enthält zur Steuerung des vom Getriebe übertragenen Drehmomentes und Mittel zur Begrenzung der Differenz zwischen den Druckmitteldrücken an den Scheibensätzen, um damit das maximal über das Getriebe übertragene Drehmoment zu begrenzen.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vierkantensteuerschieber das Ausmaß steuert, in dem die Scheibensätze mit der Druckmittelquelle und dem Druckmittelrückfluß verbunden werden, daß die Druckdifferenz an den Scheibensätzen durch die Arbeitsweise des Steuerschiebers mit offenem Zentrum gesteuert wird und daß Anschlagmittel vorgesehen sind, um dessen Be-

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wegungen und damit das über das Getriebe übertragene Drehmoment zu begrenzen.

3. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz an den Scheibensätzen durch eine Druckbegrenzungsventilanordnung begrenzt ist, die zwischen den beiden Scheibensätzen angeordnet und mit diesem verbunden ist.

. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil mit offenem Zentrum das Ausmaß steuert, in dem die Scheibensätze mit der Druckmittelquelle und dem Druckmittelrückfluß verbunden werden, daß die Druckdifferenz an den Scheibensätzen durch die Arbeitsweise des Ventils mit offenem Zentrum gesteuert werden und daß eine elektronische Steuerung für den Steuerschieber elektronische Rasten (Klinken) aufweist, um die Bewegungen des Steuerschiebers und damit das durch das Getriebe übertragbare Drehmoment zu begrenzen.

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