DE4131931C2 - Verstellbares Umschlingungsgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verstellbares Umschlin­ gungsgetriebe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Ein verstellbares Umschlingungsgetriebe dieser Art, das auch als Kettenwandler- oder Kegelscheibengetriebe be­ zeichnet wird, wird zunehmend für Kraftfahrzeuge neben Stu­ fenautomatikgetrieben verwendet, da es stufenlos verstell­ bar ist. Die stufenlose Verstellung wird durch axiale Ver­ schiebungen der beiden verschiebbaren Kegelscheiben auf der Primärwelle und der Sekundärwelle erreicht, wodurch das Übersetzungsverhältnis geändert wird.

Bei den bisher bekannten Ausführungen von verstellba­ ren Umschlingungsgetrieben ist an jeder verstellbaren Ke­ gelscheibe jeweils ein Druckzylinder angeordnet, mit dem sowohl die stets notwendige Scheibenanpressung als auch die Scheibenverstellung zur Übersetzungsänderung vorgenommen wird. Um die notwendige Reibkraft an dem Drehmomentübertra­ gungsglied, das im allgemeinen eine Kette oder ein Keilrie­ men ist, für die Übertragung des Motormomentes zu erzielen, ist eine Scheibenanpressung von ca. 4000 kp erforderlich. Um diese Anpreßkraft zu erhalten, ist ein hydraulischer Druck von ca. 30 bar im Kolben- bzw. Zylinderraum notwen­ dig. Die Verstellung der Kegelscheiben geschieht dabei durch eine Druckerhöhung in einem der beiden Zylinderräume um z. B. 10 bar.

Bei einer Verstellung von der kürzesten in die längste Übersetzung muß dabei das gesamte Hubvolumen von z. B. 200 cm³ mit einem Druck von ca. 40 bar zugeführt werden. Gleichzeitig wird jedoch aus dem anderen Zylinderraum das auf 30 bar verdichtete Öl ausgeschoben und auf 0 bar ent­ spannt.

Da bei einem verstellbaren Umschlingungsgetriebe, au­ ßer bei seltenen Konstantfahrsituationen, wie z. B. Höchst­ geschwindigkeit auf ebener Autobahn, eine ständige Überset­ zungsänderung erfolgt, bedeutet dies, daß ständig Öl mit 40 bar zugefügt werden muß und gleichzeitig jedoch auch Öl auf 0 bar entspannt werden muß. Wodurch die dafür notwendi­ ge Pumparbeit den Gesmtwirkungsgrad deutlich negativ beein­ flußt. Praktisch wird die Antriebsleistung des Motores um die Pumpenleistung vermindert.

Aus dem Stand der Technik, z. B. der gattungsgemäßen DE 30 45 620 A1, ist ein stufenloses Getriebe bekannt. Bei diesem wird die hydraulische Scheibenanpressung und -verstellung dadurch bewirkt, daß mehrere hintereinander in axialer Richtung angeordnete Druckmittelkammern gemeinsam beaufschlagt wer­ den. Aus der DE 36 27 633 A1 wiederum ist ein stufenloses Getriebe mit zwei Pumpen bekannt. Hierbei dient die zweite Pumpe zur Erhöhung der Druckmittelmenge bei kleinen An­ triebsdrehzahlen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die für die Verstellung der Kegelscheiben zur Übersetzungsänderung notwendige Pumpenarbeit so zu reduzie­ ren, daß der Gesamtwirkungsgrad besser wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in einem Umschlin­ gungsgetriebe der im Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Art durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 ge­ nannten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird nunmehr eine Trennung zwischen der ständigen Grundanpressung der verstellbaren Kegelschei­ ben und der eigentlichen Verstellung der Kegelscheiben vor­ genommen. Hierzu sind erfindungsgemäß nunmehr getrennte Zylinder mit entsprechend getrennten Kolben- bzw. Zylinder­ räumen vorgesehen, wobei ein Zylinderraum die Scheibenan­ pressung übernimmt und der andere Zylinderraum die Schei­ benverstellung. Dadurch, daß zusätzlich noch die Zylinder­ räume für die Scheibenanpressung auf der Primär- und der Sekundärwelle über eine gemeinsame Ausgleichsleitung mit­ einander verbunden sind, kann der Öldruck und das Ölvolumen bei einer Scheibenverstellung in den Zylinderräumen der beiden Anpreßzylinder beibehalten bleiben. Bei einer Ver­ stellung der beiden verstellbaren Kegelscheiben, die ja gegenläufig erfolgt, wird lediglich weitgehend verlustfrei von einem Anpreßzylinder in das andere Ölvolumen veschoben. Eine Entspannung des Öles und ein Ausschieben ist damit nicht mehr erforderlich.

Die eigentliche Scheibenverstellung und damit die Übersetzungsänderung erfolgt durch eine Beaufschlagung des entsprechenden Verstellzylinders mit Drucköl in Abhängig­ keit von der vorgesehenen Übersetzungsänderung auf der Pri­ mär- bzw. Sekundärwelle.

Entscheidend dabei ist jedoch, daß für die Verstellung jedoch nunmehr deutlich weniger Öl benötigt wird, und für die Scheibenverstellung ein niedrigerer Öldruck benötigt wird. So kann man z. B. mit einer Ölmenge auskommen, die im Vergleich zu bekannten Umschlingungsgetrieben für die Ver­ stellung nur noch ca. 25% benötigt, und der Öldruck kann von z. B. 40 bar auf 10 bar für die Scheibenverstellung reduziert werden.

Im Vergleich zu bekannten Umschlingungsgetrieben ist es damit nicht mehr notwendig, eine Ausschiebearbeit für die in einem Anpreßzylinder vorhandene Ölmenge zu leisten. Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich eine deutli­ che Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Umschlin­ gungsgetriebes. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß in vielen Fällen nunmehr auf einen gesonderten Ölkühler verzichtet werden kann, der bisher die beim stän­ digen Entspannen des Öles von 40 bar auf 0 bar anfallende Wärmemenge abführen mußte.

Für die gesonderte Ölversorgung der beiden Verstellzy­ linder und der beiden Anpreßzylinder können getrennte Pum­ pen vorgesehen werden oder in vorteilhafter Weise auch eine Zweistufenpumpe, wobei von der ersten Stufe mit der niedri­ geren Verdichtung die Verstellzylinder der beiden Kegel­ scheiben versorgbar sind, während die beiden Anpreßzylinder von dem Druck der höher verdichteten zweiten Stufen beauf­ schlagbar sind.

Ist bei verstellbaren Umschlingungsgetrieben jeweils nur eine Ölpumpe vorgesehen, mit der der gesamte Hydraulik­ kreislauf beliefert wird, und ist für den Scheibenanpreß­ druck ein relativ hoher Öldruck von ca. 40 bar erforder­ lich, muß dabei das gesamte Ölfördervolumen zuerst auf die­ se 40 bar verdichtet werden. Wenn die Ölpumpe gleichzeitig - was häufig der Fall ist - auch noch für andere Verbrau­ cher vorgesehen ist, z. B. Lamellenkupplungen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt, mußte dabei ein Großteil des Öles sei­ nem Verwendungszweck entsprechend wieder auf einen niedri­ geren Arbeitsdruck von z. B. 5 bis 10 bar entspannt werden. Die vorher aufgewendete Verdichterarbeit bedeutet somit wiederum eine Erniedrigung des Gesamtwirkungsgrades.

Sieht man nun eine zweistufige Pumpe, vor z. B. mit einem Doppelkolbensystem, so ist nur noch eine relativ geringe Menge für eine hoch verdichtete zweite Stufe erforderlich, welche für die Scheibenanpressung ver­ wendet wird. Während die erste Stufe deutlich größer ausge­ bildet sein kann und einen Arbeitsdruck von z. B. 10 bar liefert, kann die zweite Stufe, in der das Öl hoch verdich­ tet wird, wesentlich kleiner ausgeführt werden, denn für die Versorgung der Scheibenanpreßzylinder sind nur geringe Ölmengen erforderlich.

Durch diese Ausgestaltung wird eine zweifache Wir­ kungsgradverbesserung erreicht. Zum einen entfällt nämlich die unnötige Verdichtung des Öles für den Niederdruckkreis auf 40 bar und zum anderen wird die Verdichtung des Öles für den Hochdruckkreislauf in zwei Stufen vorgenommen, wo­ durch sich eine Verbesserung des Pumpenwirkungsgrades er­ gibt.

Eine einfache konstruktive Ausgestaltung für die An­ preßzylinder und die Verstellzylinder kann darin bestehen, daß der Anpreßzylinder als Ringzylinder über der Primärwel­ le bzw. Sekundärwelle angeordnet ist und radial außerhalb von dem Anpreßzylinder jeweils der ebenfalls als Ringzylin­ der ausgebildete Verstellzylinder angeordnet ist.

Praktisch bedeutet dies, daß grundsätzlich der Aufhau des Umschlingungsgetriebes beibehalten werden kann. Es ist lediglich erforderlich, eine axiale Trennwand hinter den Kegelscheiben derart vorzusehen, daß der innere Raum, der den Ringraum für den Anpreßzylinder darstellt von dem radi­ al davon außerhalb liegenden Ringraum für den Verstellzy­ linder getrennt wird. In die feststehenden Teile der beiden verstellbaren Kegelscheiben sind dabei lediglich getrennte Zuleitungen zu den beiden Ringräumen vorzusehen.

In vorteilhafter Weise können von der ersten Stufe der zweistufigen Pumpe noch weitere Verbraucher mit Drucköl versorgt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen und dem nachfolgend an­ hand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungs­ beispiel.

Das erfindungsgemäße verstellbare Umschlingungsgetriebe ist grundsätzlich von bekannter Bauart, weshalb nachfolgend nur die für die Erfindung wesentlichen Teile näher be­ schrieben werden.

Auf einer Primärwelle 1 ist ein erstes Kegelscheiben­ rad 2 angeordnet, während auf einer Sekundärwelle 3 ein zweites Kegelscheibenrad 4 angeordnet ist.

Das erste Kegelscheibenrad 2 besitzt eine Kegelschei­ be 5, die fest auf der Primärwelle angeordnet ist, während die zweite Kegelscheibe 6 zwar ebenfalls drehfest, jedoch axial verschiebbar auf der Primärwelle 1 ist.

In gleicher Weise ist von dem zweiten Kegelscheiben­ rad 4 die Kegelscheibe 7 fest auf der Sekundärwelle 3 an­ geordnet, während die Kegelscheibe 8 axial verschiebbar zur Sekundärwelle 3 ist. Als Drehmomentübertragungsglied zwischen den beiden Kegelscheibenrädern 2 und 4 befindet sich zwischen den Kegelscheiben ein Keilriemen 9.

Auf der von den beiden feststehenden Kegelscheiben 5 und 7 abgewandten Seite besitzen die beiden verschiebbaren Kegelscheiben 6 und 8 jeweils eine Zylinderwand 10. Die beiden verstellbaren Kegelscheiben 6 und 8 besitzen auf ihrer Rückseite in axialer Richtung verlaufende Trennwän­ de 11, die in entsprechende Aussparungen der dazugehörigen Zylinderwand 10 ragen. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ergeben sich auf diese Weise zwei Zylinderräume, nämlich ein innerer ringförmiger Zylinderraum 12A und ein äußerer Zylinderraum 13A, wobei die beiden Zylinderräume 12A und 13A durch entsprechende Abdichtglieder zwischen der Ausspa­ rung und der Trennwand 11 von einander getrennt sind.

Der innere Zylinderraum 12A dient zusammen mit der Zylinderwand 10 als Anpreßzylinder 12, während der äußere Zylinderraum 13A als Verstellzylinder 13 dient. Zur Druckölversorgung des Anpreßzylinders 12 ist ein Druckre­ gelventil 21 und eine Öldruckleitung 14A vorgesehen, die Öl mit einem Druck von z. B. 40 bar von der zweiten Stufe II einer Zweistufenpumpe 15 erhält. Von der Öldruckleitung 14A zweigt eine Öldruckleitung 14B ab, die zu dem Anpreßzylin­ der 12 auf der Sekundärseite führt. Aufgrund der Verbindung der Leitung 14B mit der Öldruckleitung 14A stellt diese eine Ausgleichsleitung dar.

Überschüssiges Drucköl aus der Leitung 14A bzw. 14B wird über das Druckregelventil 21 und eine Leitung 22 der Zweistufenpumpe 15 zugeleitet, wobei die Einleitung wegen des noch vorhandenen Druckes in der Leitung 22 in einfacher Weise zwischen die erste Stufe I und die zweite Stufe II erfolgen kann.

Das Druckregelventil 21 kann in einfacher Weise ein festeingestelltes Ventil sein. In diesem Falle stellt es ein einfaches Druckbegrenzungsventil dar.

In vorteilhafter Weise wird man jedoch das Druckregel­ ventil 21 lastabhängig einstellen, wozu man es z. B. über einen Vorsteuerdruck ansteuern kann. Auf diese Weise läßt sich der Druck in dem Druckregelventil 21 regeln. Wenn man z. B. einen Motor im Teillastbetrieb fährt, ist die volle Anpreßkraft nicht erforderlich, so daß die beiden Anpreßzy­ linder 12 mit einem entsprechend niedrigeren Druck beauf­ schlagt werden können.

Beide Verstellzylinderräume 13 sind über ein Vertei­ lungsventil 16 und ein Druckbegrenzungsventil 23 von der ersten Stufe der Zweistufenpumpe 15 aus über Zuleitun­ gen 17A und 17B ebenfalls mit Drucköl versorgbar. Der Druck in den Zuleitungen 17A und 17B kann z. B. 10 bar betragen, während der Druck in den Leitungen 14A und 14B 40 bar be­ trägt.

Das Druckbegrenzungsventil 23 kann in einfacher Weise als Konstantventil ausgebildet sein, womit eine konstante Verstellgeschwindigkeit für die Verstellzylinder 13 gegeben ist.

Bildet man das Druckbegrenzungsventil 23 hingegen regelbar aus, so kann man z. B. durch eine entsprechende Druckerhöhung eine schnellere Verstellgeschwindigkeit und damit eine schnellere Änderung der Drehzahl erreichen.

Das erfindungsgemäße verstellbare Umschlingungsgetriebe funktio­ niert nun auf folgende Weise:

In den Öldruckleitungen 14A und 14B befindet sich ständig ein Druck von ca. 40 bar, der damit auch in den beiden Anpreßzylinderräumen 12A ansteht. Hier müssen nur Leckölverluste ausgeglichen werden. Zur axialen Verschie­ bung der beiden verstellbaren Scheiben 6 und 8 zur Über­ setzungsänderung wird entsprechend Druck in den entspre­ chenden Verstellzylinderraum 13A über das Schaltventil 16 gegeben. Erfolgt dies z. B. für den Verstellzylinder 13 auf der Sekundärwelle 3, so verschiebt sich die Kegel­ scheibe 8 nach rechts und verringert damit den Spalt zwi­ schen den beiden Kegelscheiben 5 und 6, wodurch die Ket­ te 2 nach außen gezwungen wird. Für diese Schaltstellung ist das Schaltventil 16 gezeichnet. Gleichzeitig muß sich jedoch auch die Kegelscheibe 6 nach rechts bewegen, damit der Spalt auf der Primärseite zwischen den beiden Kegel­ scheiben 5 und 6 größer wird. Dadurch ändern sich jedoch auch die Volumen in den beiden Anpreßzylinderräumen 12A, allerdings jedoch in umgekehrtem Maße. Die auf der Primär­ seite aus dem Anpreßzylinderraum 12A auszuschiebende Öl­ druckmenge kann relativ verlustfrei zur Sekundärseite über die Ausgleichsleitung 14B gebracht und dort mit gleichem Druck in den Anpreßzylinderraum 12A der Kegelscheibe 6 eingebracht werden. Der jeweils nicht druckbeaufschlagte Verstellzylinderraum 13A ist über eine Rückleitung 18 mit dem Tank verbunden.

Claims (12)

1. Verstellbares Umschlingungsgetriebe mit einer Pri­ märwelle, auf der ein erstes Kegelscheibenrad angeordnet ist, wobei eine der beiden Kegelscheiben hydraulisch durch eine Zylinder-/Kolbeneinheit in Richtung auf die andere Kegelscheibe angepreßt und in axialer Richtung verstellbar ist, mit einer Sekundärwelle, auf der ein zweites Kegel­ scheibenrad angeordnet ist, wobei ebenfalls eine der beiden Kegelscheiben hydraulisch durch eine Zylinder-/Kolbenein­ heit in Richtung auf die andere Kegelscheibe angepreßt und in axialer Richtung verstellbar ist, und mit einem Drehmo­ mentübertragungsglied von dem ersten Kegelscheibenrad auf das zweite Kegelscheibenrad, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die Scheibenanpressung der bei­ den verstellbaren Kegelscheiben (6, 8) der Primärwelle (1) und der Sekundärwelle (3) jeweils ein Anpreßzylinder (12) und für die Scheibenverstelllung ein von dem Anpreßzylin­ der (12) getrennter Verstellzylinder (13) vorgesehen ist, und daß die Zylinderräume (12A) der beiden Anpreßzylin­ der (12) durch eine Ausgleichsleitung (14B) miteinander verbunden sind.

2. Verstellbares Umschlingungsgetriebe nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßzylinder (12) als Ringzylinder über der Primärwel­ le (1) bzw. Sekundärwelle (3) angeordnet ist und radial außerhalb von dem Anpreßzylinder (12) jeweils der ebenfalls als Ringzylinder ausgebildete Verstellzylinder (13) ange­ ordnet ist.

3. Verstellbares Umschlingungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Anpreßzylinder (12) und die beiden Verstellzy­ linder (13) jeweils getrennte Pumpen vorgesehen sind.

4. Verstellbares Umschlingungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Anpreßzylinder (12) und die beiden Verstellzy­ linder (13) eine Zweistufenpumpe (15) vorgesehen ist, wobei von der ersten Stufe (I) mit der niedrigeren Verdichtung die Verstellzylinder (13) der beiden Kegelscheiben (6, 8) versorgbar sind, während die beiden Anpreßzylinder (12) von dem Druck der höher verdichteten zweiten Stufe (II) beauf­ schlagbar sind.

5. Verstellbares Umschlingungsgetriebe nach An­ spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckversorgung der Anpreßzylinder (12) über ein Druckre­ gelventil (21) erfolgt.

6. Verstellbares Umschlingungsgetriebe nach An­ spruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (21) lastabhängig einstellbar ist.

7. Verstellbares Umschlingungsgetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Über­ schußöl aus dem Druckregelventil (21) in die Druckleitung zwischen Hoch- und Niederdruckpumpe oder direkt in einen Tank (19) zurückgeführt ist.

8. Verstellbares Umschlingungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckversorgung der Verstellzylinder (13A, 13B) über ein in den Zuleitungen (17A, 17B) angeordnetes Druck­ begrenzungsventil (23) erfolgt.

9. Verstellbares Umschlingungsgetriebe nach An­ spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (23) einstellbar ist.

10. Verstellbares Umschlingungsgetriebe nach An­ spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (I) der Zweistufenpumpe (15) weitere Verbrau­ cher versorgt.

11. Verstellbares Umschlingungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in den beiden Verstellzylindern (13) niedri­ ger ist als der Druck in den beiden Anpreßzylindern (12).

12. Verstellbares Umschlingungsgetriebe nach An­ spruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in den beiden Verstellzylindern (13) jeweils un­ gefähr nur ein Drittel bis ein Viertel des Druckes in den beiden Anpreßzylindern (12) ist.