DE4131933A1 - Umschlingungsgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Umschlingungsgetriebe mit einer Primärwelle, auf der ein erstes Kegelscheibenrad angeordnet ist, wobei eine der beiden Kegelscheiben hydraulisch durch eine Zylinder-/Kolbeneinheit in Richtung auf die andere Kolbenscheibe angepreßt und in axialer Richtung verstellbar ist, mit einer Sekundär­ welle, auf der ein zweites Kegelscheibenrad angeordnet ist, wobei ebenfalls eine der beiden Kegelscheiben hy­ draulisch durch eine Zylinder-/Kolbeneinheit in Rich­ tung auf die andere Kegelscheibe angepreßt ist, und mit einem Drehmomentübertragungsglied zwischen den beiden Kegelscheibenrädern.

Neben Stufenautomatikgetrieben werden z. B. in der Kraftfahrzeugbranche auch Umschlingungsgetriebe dieser Art, die auch Kettenwandler- oder Kegelscheibengetrie­ be genannt werden, verwendet, weil durch sie eine stu­ fenlose Verstellung der übersetzung möglich ist. Dies wird durch eine hydraulische Verstellung der beiden verstellbaren Kegelscheibenräder erreicht, wodurch sich das Übersetzungsverhältnis zwischen der Primär­ welle und der Sekundärwelle ändert.

Bei bekannten Ausführungen von Umschlingungsgetrieben ist an jeder Kegelscheibe jeweils ein Druckzylinder mit einem Kolbenraum vorhanden, mit dem sowohl die Scheibenanpressung als auch die Scheibenverstellung zur Drehzahländerung durchgeführt wird.

Die Verstellung der Kegelscheiben erfolgt dabei durch eine Druckerhöhung entweder auf der Primär- oder der Sekundärseite. Bei einer Verstellung von der kürzesten in die längste Übersetzung muß dabei das gesamte Hub­ volumen mit einem Druck von z. B. 30 bar zugeführt wer­ den. Gleichzeitig muß jedoch das verdichtete Öl auf der anderen Seite ausgeschoben und auf 0 bar entspannt werden.

Da bei einem Umschlingungsgetriebe in der Praxis prak­ tisch eine ständige Übersetzungsänderung erfolgt, d. h. daß ständig Öl unter Druck zugeführt werden muß, und gleichzeitig auch entspannt werden muß, ist eine er­ hebliche Pumpenarbeit erforderlich, die den Gesamtwir­ kungsgrad deutlich negativ beeinflußt bzw. die An­ triebsleistung des Motores um die Pumpenleistung spür­ bar vermindert.

In der EP-OS 1 82 616 ist bereits vorgeschlagen, die beiden Verstellzylinder mit unterschiedlichen Kolben­ flächen auszubilden. Zum Füllen des größeren Zylinders wird dabei der Rückstrom vom kleineren Zylinder mitbe­ nutzt, wodurch in diesem Falle nur das Differenzvolu­ men zu fördern ist.

Auf diese Weise wird zwar ein Teil der Pumpenarbeit eingespart und der Wirkungsgrad damit besser, aber auch dieses Getriebe ergibt noch deutliche Leistungs­ verluste. Da beide Zylinder mit unterschiedlichen Drücken arbeiten, kann nur überschüssiges Öl von dem Zylinder mit dem höheren Druck verwendet werden. Ölvo­ lumen aus dem Zylinder mit dem niedrigeren Druck muß bei einem Verschieben in den Tank abgeleitet werden und bei einer Befüllung des Zylinders mit dem höheren Druck muß die gesamte Ölmenge neu hinzugegeben werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, ein Umschlingungsgetriebe der eingangs erwähn­ ten Art mit einem besseren Wirkungsgrad zu schaffen, insbesondere bei dem zur Scheibenverstellung in beide Richtungen eine geringere Ölpumparbeit erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale ge­ löst.

Durch die erfindungsgemäßen zusätzlichen Kolbenräume, über die die Verstellarbeit eingeleitet wird, und die Ausgleichsleitung treten bei einer Verstellung der Ke­ gelscheiben keine Druck- und Volumenverluste für den Basisanpreßdruck auf. Das Druckmedium des auseinander­ laufenden Scheibensatzes wird nämlich nicht mehr wie bisher üblich in den Tank abgeleitet, sondern es wird über die Ausgleichsleitung zu dem anderen Kegelschei­ benrad in dessen Kolbenraum für die Basisanpressung geleitet. Auf diese Weise werden Pumparbeiten deutlich verringert und der Gesamtwirkungsgrad damit entspre­ chend besser.

In einfacher Weise kann man für die Druckmittelversor­ gung der zusätzlichen Kolben die gleiche Druckmittel­ quelle verwenden, wie für die Kolbenräume zur Erzeu­ gung des Basisanpreßdruckes.

Zur Regelung, d. h. zur Wahl welcher der zusätzlichen Kolbenräume mit Druckmittel versorgt werden soll und gegebenenfalls auch zur Druckregelung kann ein Regel­ ventil in der zur Druckmittelquelle führenden Leitung vorgesehen sein. Dieses Regelventil ist so gestaltet, daß es in Mittelstellung beide Zuleitungen drucklos durch Verbindung zum Tank hält, und daß es den Druck in einem der beiden Kolbenräume durch Regelbewegungen aus der Mittelstellung heraus erhöht.

Eine vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung des er­ findungsgemäßen Umschlingungsgetriebes kann darin be­ stehen, daß die zusätzlichen Kolbenräume in dem Gehäu­ se eines oder der beiden Kegelscheibenräder hinter dem Kolbenraum für die Basisanpressung liegen.

Da die Kolbenräume zur Verstellung der Kegelscheiben klein sein können, können sie in platzsparender Weise in dem Gehäuse hinter den Kolbenräumen für den Basis­ anpreßdruck angeordnet werden.

Dabei kann z. B. der Rückraum der Basisanpreßkolben mitbenutzt werden. Eine einfache Lösung kann dabei darin bestehen, daß in beiden Gehäusen der Kegelschei­ benräder jeweils ein zusätzlicher Kolbenraum angeord­ net ist, der bei Druckbeaufschlagung einen den Basis­ anpreßdruck entgegenwirkenden Druck erzeugt, wobei gleichzeitig der zusätzliche Kolben in dem anderen Ke­ gelscheibenrad drucklos gehalten ist.

In diesem Falle können beide Kegelscheibensätze und beide Gehäuse gleich ausgebildet sein, wobei zur Ver­ schiebung der gewünschten Kegelscheibe entsprechend Druck auf den dazugehörigen Kolbenraum gegeben wird. Da dieser Druck dem Basisantriebsdruck entgegenwirkt, vergrößert sich dadurch der Abstand der miteinander zusammenarbeitenden beiden Kegelscheiben entsprechend, womit die gewünschte Übersetzungsänderung erreicht wird.

Eine andere konstruktive Lösung kann darin bestehen, daß in dem Gehäuse eines der beiden Kegelscheibenräder beide zusätzlichen Kolbenräume hintereinander angeord­ net sind, wobei einer der beiden zusätzlichen Kolben­ räume derart angeordnet ist, daß er bei einer Druckbe­ aufschlagung einen dem Basisanpreßdruck entgegenwir­ kenden Druck erzeugt, während der andere Kolbenraum bei Druckbeaufschlagung einen Druck erzeugt, der dem Basisanpreßdruck positiv überlagert ist.

Diese Lösung bietet sich insbesondere dann an, wenn aufgrund z. B. von beengten Platzverhältnissen in oder an einem Kegelscheibenrad kein zusätzlicher Kolbenraum unterbringbar ist. In diesem Falle sind dann die bei­ den zusätzlichen Kolbenräume axial hintereinander und gegenwirkend in dem Gehäuse des anderen Kegelscheiben­ rades angeordnet.

Zur Vergrößerung des Scheibenabstandes wird durch Druckbeaufschlagung des einen Kolbenraumes der Anpreß­ druck der verschiebbaren Kegelscheibe entsprechend dem aufgebrachten Gegendruck reduziert, während durch eine Druckbeaufschlagung des anderen Kolbenraumes der Ba­ sisanpreßdruck um den zusätzlichen Druck verstärkt wird, so daß sich eine Abstandsreduzierung zwischen den beiden zusammenarbeitenden Kegelscheiben ein­ stellt.

Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfin­ dungsgemäßen Umschlingungsgetriebes mit je einem zusätzlichen Kolbenraum für jedes Ke­ gelscheibenrad;

Fig. 2 eine andere Ausgestaltung eines Umschlin­ gungsgetriebes, wobei die beiden zusätzlichen Kolbenräume an einem Kegelscheibenrad vorge­ sehen sind.

Nachfolgend wird das Umschlingungsgetriebe nur bezüg­ lich der für die Erfindung wesentlichen Teile näher beschrieben, da es grundsätzlich von bekannter Bauart und von bekannter Funktionsweise ist.

Auf einer Primärwelle 1 ist ein erstes Kegelscheiben­ rad 2 mit einer fest mit der Primärwelle verbundenen Kegelscheibe 3 und einer drehfest jedoch axial ver­ schieblich darauf angeordneten Kegelscheibe 4 angeord­ net. In gleicher Weise sitzt auf einer Sekundärwelle 5 ein zweites Kegelscheibenrad 6 mit einer fest mit der Sekundärwelle 5 verbundenen Kegelscheibe 7 und einer axial verschieblich darauf angeordneten Kegelscheibe 8. Die Rückwände der axial verschiebbaren Kegelscheibe 4 und der Kegelscheibe 8 bilden jeweils eine Kolben­ wand eines Kolbenraumes 9 für die Erzeugung eines Ba­ sisanpreßdruckes in Richtung auf die jeweils andere Kegelscheibe 3 bzw. 7.

Gemäß Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 ist der Kol­ benraum 9 jeweils durch eine Trennwand 10 derart dicht abgeteilt, daß sich hinter der Trennwand 10 ein zu­ sätzlicher Kolbenraum 11 ergibt, der gegenüber dem Kolbenraum 9 eine deutliche kleinere Kolbenfläche hat, womit eine entsprechende Reduktion der hydraulischen Leistung eintreten kann. Die Trennwand 10 ist statio­ när bzw. mit dem Gehäuse 12 verbunden.

Über eine Druckmittelzuleitung 13 ist der Kolbenraum 9 des Kegelscheibenrades 2 mit einer Druckmittelquelle 14, z. B. einer Pumpe verbunden. Von der Druckmittelzu­ leitung 13 zweigt eine Leitung 15 ab, die zu dem Ke­ gelscheibenrad 6 auf der Primärwelle 5 führt und die damit aufgrund der Verbindung gleichzeitig als Aus­ gleichsleitung dient, wie dies nachfolgend näher er­ läutert wird. Von der Druckmittelzuleitung 13 zweigt weiterhin eine Druckleitung 16 ab, die zu einem Regel­ ventil 17 führt. Von dem Regelventil 17 aus führt eine Druckleitung 18 zu dem zusätzlichen Kolbenraum 11 des Kegelscheibenrades 2 auf der Primärwelle 1 und eine Druckleitung 19 zu dem Kolbenraum 11 des Kegelschei­ benrades 6 auf der Sekundärwelle 5. Je nach Schalt­ stellung des Regelventiles 17 wird entweder die Druck­ leitung 18 oder die Druckleitung 19 mit Druckmittel versorgt, und damit der dazugehörige Kolbenraum ent­ sprechend unter Druck gesetzt, während die jeweils an­ dere Druckleitung über eine Rücklaufleitung 20 mit ei­ nem Tank 21 verbunden wird.

Wie ersichtlich, sind die Kolbenräume 9 und 11 axial hintereinander angeordnet und nur durch die starre Trennwand 10 voneinander getrennt.

Das Umschlingungsgetriebe funktioniert nun auf folgen­ de Weise:
In den beiden Kolbenräumen 9 liegt ständig der Basis­ anpreßdruck, z. B. 30 bar, an und es ist lediglich er­ forderlich, eventuell Lecköl zu ergänzen. Die beiden Kegelscheibenräder 2 und 6 sind durch ein Drehmoment- Übertragungsglied, im allgemeinen eine Kette oder ei­ nen Keilriemen 22 miteinander verbunden.

Soll nun bei dem antriebsseitigen Kegelscheibenrad 2 der Abstand zwischen den beiden Kegelscheiben 3 und 4 vergrößert werden, so wird das Regelventil 17 in die dargestellte Schaltstellung gebracht, womit Druck in den zusätzlichen Kolbenraum 11 gegeben wird. Dieser Druck wirkt dem Basisanpreßdruck in dem Kolberaum 9 entgegen und bewirkt eine Verschiebung der Kegelschei­ be 4 nach rechts, womit sich eine entsprechende Ab­ standsvergrößerung zu der Kegelscheibe 3 einstellt. Gleichzeitig verringert sich dadurch die Größe des Kolbenraumes 9 auf der Primärseite. über die Aus­ gleichsleitung 15 kann das überschüssige Druckmittel in den Kolbenraum 9 des Kegelscheibenrades 6 auf der Sekundärwelle 5 abfließen, wobei sich damit auch gleichzeitig die gewünschte Abstandsverringerung zwi­ schen den beiden Kegelrädern 7 und 8 einstellt. Der zusätzliche Kolbenraum 11 des Kegelscheibenrades 6 ist gleichzeitig über die Leitung 19 und die Rückleitung 20 drucklos auf den Tank 21 geschaltet.

Ein weiterer Vorteil dieser Gestaltung liegt darin, daß sich die dynamischen Drücke, die zusätzlich bei hohen Drehzahlen durch die Fliehkraft wirken, in den Zylinder 9 und 11 gegenseitig kompensieren und sich somit nicht auf die Regelung negativ auswirken können.

Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 ist grundsätz­ lich von gleichem Aufbau. Der Unterschied besteht le­ diglich darin, daß in diesem Falle die beiden zusätz­ lichen Kolbenräume 11A und 11B in dem Gehäuse 12 des Kegelscheibenrades 2 auf der Primärwelle 1 angeordnet sind, und zwar ebenfalls axial hintereinander und axial hinter dem Kolbenraum 9. Das Kegelscheibenrad 6 auf der Primärwelle 5 ist in diesem Falle von herkömm­ lichem Aufbau. Eine Trennwand 10 trennt auch in diesem Falle den Kolbenraum 9 für den Basisantriebsdruck von dem ersten zusätzlichen Kolbenraum 11A, während eine zweite Trennwand 23 den Kolbenraum 11A von dem Kolben­ raum 11B trennt. Die Trennwand 23 ist dabei im Unter­ schied zu der Trennwand 10, die fest mit dem Gehäuse 12 des Kegelscheibenrades verbunden ist, mit der axial verschieblichen Kegelscheibe 4 verbunden.

Das Umschlingungsgetriebe nach diesem Ausführungsbei­ spiel funktioniert auf folgende Weise:
Zur Abstandserhöhung zwischen der Kegelscheibe 3 und der Kegelscheibe 4 des antriebsseitigen Kegelscheiben­ rades 2 wird durch eine Schaltstellung des Regelventi­ les 17, wie dargestellt, Druck in den Kolbenraum 11A gegeben. Da die Trennwand 10 fest mit dem Gehäuse 12 verbunden ist, während die Trennwand 23 mit der Kegel­ scheibe 4 verbunden und damit axial verschieblich ist, vergrößert sich damit der Kolbenraum 11A und die Ke­ gelscheibe 4 bewegt sich im Sinne einer Abstandsver­ größerung nach rechts. Der Kolbenraum 11B ist in die­ sem Falle über die Druckleitung 19 und die Rückleitung 20 wieder auf den Tank 21 geschaltet. Das in den Kol­ benraum 9 sich befindende Druckmittel wird in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 über die Ausgleichsleitung 15 dem Kolbenraum 9 des Ke­ gelscheibenrades 6 auf der Sekundärwelle 5 zugeleitet.

Wenn eine Abstandsverringerung zwischen den beiden Ke­ gelscheiben 3 und 4 vorgenommen werden soll, wird das Regelventil 17 derart umgeschaltet, daß nunmehr die Druckleitung 19 mit der Druckmittelquelle 14 verbunden wird. Gleichzeitig wird die Druckleitung 18 über die Rückleitung 20 auf den Tank 21 geschaltet. In diesem Falle wirkt der Druck in dem Kolbenraum 11B positiv auf den Basisanpreßdruck, d. h. der Druck verstärkt die Anpressung, womit über die Verschiebung der Trennwand 23 nach links eine Abstandsverringerung zwischen den beiden Kegelscheiben 3 und 4 erreicht wird. Das zur Volumenvergrößerung des Kolbenraumes 9 auf der Primär­ seite benötigte Öl unter Druck kommt über die Aus­ gleichsleitung 15 von dem Kolbenraum 9 der Sekundär­ seite.

Bezugszeichenliste

 1 Primärwelle
 2 erstes Kegelscheibenrad
 3 Kegelscheibe
 4 Kegelscheibe
 5 Sekundärwelle
 6 zweites Kegelscheibenrad
 7 Kegelscheibe
 8 Kegelscheibe
 9 Kolbenraum
10 Trennwand
11 Kolbenraum
11A Kolbenraum
11B Kolbenraum
12 Gehäuse
13 Druckmittelzuleitung
14 Druckmittelquelle
15 Ausgleichsleitung
16 Druckleitung
17 Regelventil
18 Druckleitung
19 Druckleitung
20 Rücklaufleitung
21 Tank
22 Keilriemen, Kette
23 Trennwand

Claims (6)

1. Umschlingungsgetriebe mit einer Primärwelle, auf der ein erstes Kegelscheibenrad angeordnet ist, wo­ bei eine der beiden Kegelscheiben hydraulisch durch eine Zylinder-/Kolbeneinheit in Richtung auf die andere Kolbenscheibe angepreßt und in axialer Rich­ tung verstellbar ist, mit einer Sekundärwelle, auf der ein zweites Kegelscheibenrad angeordnet ist, wobei ebenfalls eine der beiden Kegelscheiben hy­ draulisch durch eine Zylinder-/Kolbeneinheit in Richtung auf die andere Kegelscheibe angepreßt ist, und mit einem Drehmomentübertragungsglied zwischen den beiden Kegelscheibenrädern, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung der verstellbaren Kegelscheiben (4, 8) zwei zusätzliche Kolbenräume (11, 11A, 11B) vorge­ sehen sind, die derart in dem oder den Gehäusen (12) eines oder beider Kegelscheibenräder (2, 6) an­ geordnet sind, daß sie den Basisanpreßdruck der Ke­ gelscheibenräder (2, 6) positiv oder negativ überla­ gern, und daß die Kolbenräume (9) zur Erzeugung des Basisanpreßdruckes zwischen den beiden Kegelschei­ ben (3, 4 bzw. 7, 8) durch eine Ausgleichsleitung (15) miteinander verbunden sind.

2. Umschlingungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Kolbenräume (11, 11A, 11B) jeweils über ein Regelventil (17) an eine Druckmittelquelle (14) anschließbar sind.

3. Umschlingungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Kolbenräume (11, 11A, 11B) ebenfalls an die Druckmittelquelle (14) für die Kolbenräume (8) zur Basisanpreßdruckerzeugung angeschlossen sind.

4. Umschlingungsgetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Kolbenräume (11, 11A, 11B) in dem Gehäuse (12) eines oder der beiden Kegelscheibenrä­ der (2, 4) hinter dem Kolbenraum (8) für die Basis­ anpressung liegen.

5. Umschlingungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Gehäusen (12) der Kegelscheibenräder (2, 4) jeweils ein zusätzlicher Kolbenraum (11) ange­ ordnet ist, der bei Druckbeaufschlagung einen den Basisanpreßdruck entgegenwirkenden Druck erzeugt, wobei gleichzeitig der zusätzliche Kolben (11) in dem anderen Kegelscheibenrad drucklos gehalten ist.

6. Umschlingungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (12) eines der beiden Kegelscheiben­ räder (2) beide zusätzliche Kolbenräume (11A, 11B) hintereinander angeordnet sind, wobei einer der beiden zusätzlichen Kolbenräume (11A) derart ange­ ordnet ist, daß er bei einer Druckbeaufschlagung einen dem Basisanpreßdruck entgegenwirkenden Druck erzeugt, während der andere Kolbenraum (11B) bei Druckbeaufschlagung einen Druck erzeugt, der dem Basisanpreßdruck positiv überlagert ist.