DE4131933C2 - Verstellbares Umschlingungsgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verstellbares Umschlin­ gungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Neben Stufenautomatikgetrieben werden z. B. in der Kraftfahrzeugbranche auch verstellbare Umschlingungsgetrie­ be dieser Art, die auch Kettenwandler- oder Kegelscheiben­ getriebe genannt werden, verwendet, weil durch sie eine stufenlose Verstellung der Übersetzung möglich ist. Dies wird durch eine hydraulische Verstellung der beiden ver­ stellbaren Kegelscheibenräder erreicht, wodurch sich das Übersetzungsverhältnis zwischen der Primärwelle und der Sekundärwelle ändert.

Bei bekannten Ausführungen von verstellbaren Umschlin­ gungsgetrieben ist an jeder Kegelscheibe jeweils ein Druck­ zylinder 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 Sekun­ därseite. Bei einer Verstellung von der kürzesten in die längste Übersetzung muß dabei das gesamte Hubvolumen mit einem Druck von z. B. 30 bar zugeführt werden. Gleichzeitig muß jedoch das verdichtete Öl auf der anderen Seite ausge­ schoben und auf 0 bar entspannt werden.

Da bei einem verstellbaren Umschlingungsgetriebe in der Praxis praktisch eine ständige Übersetzungsänderung erfolgt, d. h. daß ständig Öl unter Druck zugeführt werden muß und gleichzeitig auch entspannt werden muß, ist eine erhebliche Pumpenarbeit erforderlich, die den Gesamtwir­ kungsgrad deutlich negativ beeinflußt bzw. die Antriebslei­ stung des Motores um die Pumpenleistung spürbar vermindert.

In der EP 0 182 616 A1 ist bereits vorgeschlagen, die beiden Verstellzylinder mit unterschiedlichen Kolbenflächen auszubilden. Zum Füllen des größeren Zylinders wird dabei der Rückstrom vom kleineren Zylinder mitbenutzt, wodurch in diesem Falle nur das Differenzvolumen 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 Leistungsverluste. Da beide Zylinder mit unterschiedlichen Drücken arbeiten, kann nur überschüssiges Öl von dem Zylinder mit dem niedrigeren Druck muß bei einem Verschieben in den Tank abgeleitet wer­ den und bei einer Befüllung des Zylinders mit dem höheren Druckmuß die gesamte Ölmenge neu hinzugegeben werden.

Die DE 40 36 683 A1 offenbart ein verstellbares Um­ schlingungsgetriebe welches zwei Kolbenräume zur Verstel­ lung der verstellbaren Kegelscheiben aufweist. Dabei erzeu­ gen zwei Kolbenräume den Basisanpressdruck und sind durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verstellbares Umschlingungsgetriebe der ein­ gangs erwähnten 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 1 genannten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß besteht die Lösung darin, daß in dem Gehäuse eines der beiden Kegelscheibenräder beide zusätzli­ chen Kolbenräume hintereinander angeordnet sind, wobei ei­ ner der beiden zusätzlichen Kolbenräume derart angeordnet ist, daß bei einer Druckbeaufschlagung einen dem Basisan­ preßdruck entgegenwirkenden Druck erzeugt, während der andere Kolbenraum bei Druckbeaufschlagung einen Druck er­ zeugt, der dem Basispreßdruck positiv überlagert ist. Diese Lösung bietet sich insbesondere dann an, wenn aufgrund z. B. von beengten Platzverhältnissen in oder an einem Ke­ gelscheibenrad kein zusätzlicher Kolbenraum unterbringbar ist. In diesem Falle sind dann die beiden zusätzlichen Kol­ benräume axial hintereinander und gegenwirkend in dem Ge­ häuse des anderen Kegelscheibenrades angeordnet.

Zur Vergrößerung des Scheibenabstandes wird durch Druckbeaufschlagung des einen Kolbenraumes der Anpreßdruck der verschiebbaren Kegelscheibe entsprechend dem aufge­ brachten Gegendruck reduziert, während durch eine Druckbe­ aufschlagung des anderen Kolbenraumes der Basisanpreßdruck um den zusätzlichen Druck verstärkt wird, so daß sich eine Abstandsreduzierung zwischen den beiden zusammenarbeitenden Kegelscheiben einstellt.

Durch die zusätzlichen Kolbenräume, über die die Ver­ stellarbeit eingeleitet wird, und die Ausgleichsleitung treten bei einer Verstellung der Kegelscheiben keine Druck- und Volumenverluste für den Basisanpreßdruck auf. Das Druckmedium des auseinanderlaufenden Scheibensatzes wird nämlich nicht mehr wie bisher üblich in den Tank abgelei­ tet, sondern es wird über die Ausgleichsleitung zu dem an­ deren Kegelscheibenrad in dessen Kolbenraum für die Basi­ sanpressung geleitet. Auf diese Weise werden Pumparbeiten deutlich verringert und der Gesamtwirkungsgrad damit ent­ sprechend besser.

In einfacher Weise kann man für die Druckmittelversor­ gung der zusätzlichen Kolben die gleiche Druckmittelquelle verwenden, wie für die Kolbenräume zur Erzeugung des Basi­ sanpreßdruckes.

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

Nachfolgend sind zwei verstellbare Umschlingungsge­ triebe anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ver­ stellbaren Umschlingungsgetriebes mit je ei­ nem zusätzlichen Kolbenraum für jedes Kegel­ scheibenrad;

Fig. 2 die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Umschlingungsgetriebes, wobei die beiden zu­ sätzlichen Kolbenräume an einem Kegelschei­ benrad vorgesehen ist.

Nachfolgend wird das verstellbare Umschlingungsgetrie­ be nur bezüglich 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 Kegel­ scheibe 3 und einer drehfest jedoch axial verschieblich darauf angeordneten Kegelscheibe 4 angeordnet. In gleicher Weise sitzt auf einer Sekundärwelle 5 ein zweites Kegel­ scheibenrad 6 mit einer fest mit der Sekundärwelle 5 ver­ bundenen Kegelscheibe 7 und einer axial verschieblich dar­ auf angeordneten Kegelscheibe 8. Die Rückwände der axial verschiebbaren Kegelscheibe 4 und der Kegelscheibe 8 bilden jeweils eine Kolbenwand eines Kolbenraumes 9 für die Erzeu­ gung eines Basispreßdruckes in Richtung auf die jeweils andere Kegelscheibe 3 bzw. 7.

Gemäß der schematischen Darstellung nach der Fig. 1 ist der Kolbenraum 9 jeweils durch eine Trennwand 10 derart dicht abgeteilt, daß sich hinter der Trennwand 10 ein zu­ sätzlicher Kolbenraum 11 ergibt, der gegenüber dem Kolben­ raum 9 eine deutliche kleinere Kolbenfläche hat, womit eine entsprechende Reduktion der hydraulischen Leistung eintre­ ten kann. Die Trennwand 10 ist stationär bzw. mit dem Ge­ häuse 12 verbunden.

Über eine Druckmittelzuleitung 13 ist der Kolbenraum 9 des Kegelscheibenrades 2 mit einer Druckmittelquelle 14, z. B. einer Pumpe, verbunden. Von der Druckmittelzulei­ tung 13 zweigt eine Leitung 15 ab, die zu dem Kegelschei­ benrad 6 auf der Primärwelle 5 führt und die damit aufgrund der Verbindung gleichzeitig als Ausgleichsleitung dient, wie dies nachfolgend näher erläutert wird. Von der Druck­ mittelzuleitung 13 zweigt weiterhin eine Druckleitung 16 ab, die zu einem Regelventil 17 führt. Von dem Regelven­ til 17 aus führt eine Druckleitung 18 zu dem zusätzlichen Kolbenraum 11 des Kegelscheibenrades 2 auf der Primärwel­ le 1 und eine Druckleitung 19 zu dem Kolbenraum 11 des Ke­ gelscheibenrades 6 auf der Sekundärwelle 5. Je nach Schalt­ stellung des Regelventiles 17 wird entweder die Drucklei­ tung 18 oder die Druckleitung 19 mit Druckmittel versorgt und damit der dazugehörige Kolbenraum entsprechend unter Druck gesetzt, während die jeweils andere Druckleitung über eine Rücklaufleitung 20 mit einem Tank 21 verbunden wird.

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

Das verstellbare Umschlingungsgetriebe funktioniert nun auf folgende Weise:

In den beiden Kolbenräumen 9 liegt ständig der Basis­ anpreßdruck, z. B. 30 bar, an und es ist lediglich erfor­ derlich, eventuell Lecköl zu ergänzen. Die beiden Kegel­ scheibenräder 2 und 6 sind durch ein Drehmomentübertra­ gungsglied, im allgemeinen eine Kette oder einen Keilrie­ men 22, miteinander verbunden.

Soll nun bei dem antriebsseitigen Kegelscheibenrad 2 der Abstand zwischen den beiden Kegelscheiben 3 und 4 ver­ größert werden, so wird das Regelventil 17 in die darge­ stellte Schaltstellung gebracht, womit Druck in den zusätz­ lichen Kolbenraum 11 gegeben wird. Dieser Druck wirkt dem Basisanpreßdruck in dem Kolbenraum 9 entgegen und bewirkt eine Verschiebung der Kegelscheibe 4 nach rechts, womit sich eine entsprechende Abstandsvergrößerung zu der Kegel­ scheibe 3 einstellt. Gleichzeitig verringert sich dadurch die Größe des Kolbenraumes 9 auf der Primärseite. Über die Ausgleichsleitung 15 kann das überschüssige Druckmittel in den Kolbenraum 9 des Kegelscheibenrades 6 auf der Sekundär­ welle 5 abfließen, wobei sich damit auch gleichzeitig die gewünschte Abstandsverringerung zwischen den beiden Kegel­ rädern 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 ähnlichem Aufbau. Der Unterschied besteht darin, daß in diesem Falle die beiden zusätzlichen Kolbenräume 11A und 11B in dem Gehäuse 12 des Kegelscheibenrades 2 auf der Primärwelle 1 angeordnet sind, und zwar ebenfalls axial hin­ tereinander und axial hinter dem Kolbenraum 9. Das Kegel­ scheibenrad 6 auf der Primärwelle 5 ist in diesem Falle von herkömmlichem Aufbau. Eine Trennwand 10 trennt auch in die­ sem Falle den Kolbenraum 9 für den Basisantriebsdruck von dem ersten zusätzlichen Kolbenraum 11A, während eine zweite Trennwand 23 den Kolbenraum 11A von dem Kolbenraum 11B trennt. Die Trennwand 23 ist dabei im Unterschied zu der Trennwand 10, die fest mit dem Gehäuse 12 des Kegelschei­ benrades verbunden ist, mit der axial verschieblichen Ke­ gelscheibe 4 verbunden.

Das verstellbare Umschlingungsgetriebe nach diesem Ausführungsbeispiel funktioniert auf folgende Weise:

Zur Abstandserhöhung zwischen der Kegelscheibe 3 und der Kegelscheibe 4 des antriebsseitigen Kegelscheibenra­ des 2 wird durch eine Schaltstellung des Regelventiles 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 Kegelscheibe 4 verbunden und damit axial verschieblich ist, vergrößert sich damit der Kolbenraum 11A und die Kegelscheibe 4 bewegt sich im Sinne einer Abstandsvergrößerung nach rechts. Der Kolben­ raum 11B ist in diesem Falle über die Druckleitung 19 und die Rückleitung 20 wieder auf den Tank 21 geschaltet. Das in dem Kolbenraum 9 sich befindende Druckmittel wird in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 über die Ausgleichsleitung 15 dem Kolbenraum 9 des Kegelscheibenrades 6 auf der Sekundärwelle 5 zugeleitet.

Wenn eine Abstandsverringerung zwischen den beiden Kegelscheiben 3 und 4 vorgenommen werden soll, wird das Regelventil 17 derart umgeschaltet, daß nunmehr die Druck­ leitung 19 mit der Druckmittelquelle 14 verbunden wird. Gleichzeitig wird die Druckleitung 18 über die Rücklei­ tung 20 auf den Tank 21 geschaltet. In diesem Falle wirkt der Druck in dem Kolbenraum 11B positiv auf den Basisan­ preßdruck, d. h., der Druck verstärkt die Anpressung, womit über die Verschiebung der Trennwand 23 nach links eine Ab­ standsverringerung zwischen den beiden Kegelscheiben 3 und 4 erreicht wird. Das zur Volumenvergrößerung des Kol­ benraumes 9 auf der Primärseite benötigte Öl unter Druck kommt über die Ausgleichsleitung 15 von dem Kolbenraum 9 der Sekundärseite.

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

11

AKolbenraum

11

BKolbenraum

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 (3)

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 Kolbenscheibe 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 ist, und mit einem Drehmomentübertragungsglied zwischen den bei­ den Kegelscheibenrädern und mit zwei zusätzlichen Kolben­ räumen (11, 11A, 11B), die derart in dem oder den Gehäu­ sen (12) eines oder beider Kegelscheibenräder (2, 6) ange­ ordnet sind, daß sie den Basisanpreßdruck der Kegelschei­ benräder (2, 6) positiv oder negativ überlagern, und daß die Kolbenräume (9) zur Erzeugung des Basisanpreßdruckes zwischen den beiden Kegelscheiben (3, 4 bzw. 7, 8) durch eine Ausgleichsleitung (15) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäu­ se (12) eines der beiden Kegelscheibenräder (2) beide zu­ sätzliche Kolbenräume (11A, 11B) hintereinander angeordnet sind, wobei einer der beiden zusätzlichen Kolbenräume (11A) derart angeordnet 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 über­ lagert ist.

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

3. Umschlingungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die zusätzli­ chen Kolbenräume (11, 11A, 11B) ebenfalls an die Druckmit­ telquelle (14) für die Kolbenräume (8) zur Basisanpreß­ druckerzeugung angeschlossen sind.