DE4203362C2 - Kegelscheibengetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenlos einstellbares Kegel­ scheibengetriebe mit zwei auf der An- und Abtriebswelle angeordneten Kegelscheibenpaaren und einem zwischen diesen umlaufenden Übertragungsmittel, wobei die Kegel­ scheiben mit der sie tragenden Welle drehfest verbunden sind und auf jeder Welle eine Kegelscheibe auch axial festliegt, während die dazugehörige zweite Kegelscheibe als axial verschiebbarer Teil eines wellenfesten Zylin­ der-Kolben-Aggregates ausgebildet ist, dem Druckmittel zur Anpressung des Übertragungsmittels und zur Einstel­ lung und Aufrechterhaltung der Getriebeübersetzung über einen Zufluß von einem Vierkantensteuerschieber zugeteilt wird, der mittels eines Stellgliedes einstellbar ist und der einen Abfluß für das durchgesetzte Druckmittel auf­ weist, an den eine Abflußleitung angeschlossen ist, in der sich wenigstens ein Drehmomentfühler befindet, der auf einer der Getriebewellen im dortigen Momentenfluß an­ geordnet ist und von dieser Last abhängig den Druckmit­ teldruck in den Zylinder-Kolben-Aggregaten beeinflußt und mit dem ein einstellbares Vorspannventil hydraulisch in Reihe geschaltet ist, mit dem der Druckmitteldruck eben­ falls beeinflußbar ist.

Ein derartiges Getriebe ist beispielsweise durch die DE-PS 37 43 195 bekannt. Dort ist einem auf der Antriebs­ seite angeordneten Drehmomentfühler ein Vorspannventil hydraulisch nachgeschaltet, das den Druckmitteldruck aus­ schließlich in Abhängigkeit von der Übersetzung des Ge­ triebes zusätzlich beeinflußt, derart, daß er bei steigendem Übersetzungsverhältnis von Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl ebenfalls ansteigt.

Dieser Druckmitteldruck wird durch eine Pumpe geliefert, wobei die Leistungsaufnahme dieser Pumpe bei konstantem Förderstrom etwa proportional zu dem von ihr zu liefern­ den Druckmitteldruck ist. Da die für den Betrieb der Pum­ pe aufzuwendende Leistung wie die anpressungsabhängigen Reibungsverluste im Umschlingungstrieb sich negativ auf den Gesamtwirkungsgrad des Getriebes auswirken, ist man bestrebt, das Druckniveau in Abhängigkeit vom Lastzustand so niedrig wie möglich zu halten. Dies ist insbesondere im Teillastbereich relevant, das heißt bei Kraftfahrzeu­ gen insbesondere im Stadtverkehr.

Bei dem in der DE-PS 37 43 195 dargestellten Getriebe er­ gibt sich hier jedoch, daß der Druckmitteldruck auch bei niedriger an dem Getriebe anliegenden Last aufgrund des rein übersetzungsabhängig arbeitenden Vorspannventiles gegebenenfalls sehr hoch gehalten wird, insbesondere bei niedriger Last, aber gleichzeitig großem Übersetzungsver­ hältnis.

Durch die DE-A-33 10 786 ist es ferner bekannt, auf der Antriebswelle einen Drehmomentfühler anzuordnen, der mit dem bei ihm durch Drosselung auftretenden Druck rückwärts auf ein ihm vorgeschaltetes Vorspannventil wirkt, wobei dieser rückwirkende Druck durch ein Magnetglied unter­ stützt bzw. reduziert wird. Damit ergibt sich jedoch eine Summierwirkung zwischen vom Drehmomentfühler gehaltenem Druck und dem durch das Vorspannventil mehr oder weniger stark additiv hinzukommenden Wert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kegelscheibengetriebe der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem bei niedriger an dem Getriebe anlie­ genden Sollast der Druckmitteldruck durch das Vorspann­ ventil nicht auf unnötig hohem Druckniveau gehalten wird.

Die Aufgabe wird bei einem Getriebe der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drehmomentfühler auf der Abtriebswelle angeordnet ist und das Vorspannventil ausschließlich in Abhängigkeit von der vorgegebenen Last gesteuert ist, derart, daß es den Druckmittelabfluß bei höherer Last stärker drosselt als bei niedrigerer Last.

Damit ist bezüglich Drehmomentfühler und Vorspannventil eine Entweder/Oder-Schaltung geschaffen mit dem Vorteil, daß bei niedriger an dem Getriebe anliegender, vorgegebe­ ner Last (Sollast) der den Teillastwirkungsgrad des Ge­ triebes beeinflussende Basisdruck in der Hydraulik sehr niedrig gehalten werden kann und die von der Pumpe aufge­ nommene Leistung nicht unnötig hoch ist.

Außerdem bleiben die Anpreßkräfte zwischen den Kegel­ scheibenpaaren und dem Übertragungsmittel, die für eine betriebssichere, rutschfreie Drehmomentübertragung zwi­ schen An- und Abtriebswelle notwendig sind, auf niedrigem Niveau, woraus sich auch geringe Reibverluste ergeben.

Gleichzeitig ist durch die Anordnung des Drehmomentfüh­ lers auf der Abtriebswelle gewährleistet, daß der Druck­ mitteldruck nicht nur rein istlast-, sondern auch über­ setzungsabhängig gesteuert wird.

Bei einer konstruktiv zu bevorzugenden Lösung ist das Vorspannventil abflußseitig des Vierkantensteuerschiebers dem Drehmomentfühler hydraulisch vorgeschaltet, wodurch erreicht wird, daß das Druckmittel drucklos aus dem Dreh­ momentfühler abfließen kann und nicht erst durch einen kompliziert zu fertigenden Anschluß von dem rotierenden Drehmomentfühler in die feststehende Leitung zum Vor­ spannventil geleitet werden muß.

Unter betriebstechnischen Aspekten ist es vorteilhaft, die Verstellung des Vorspannventiles gegen einen strom­ aufwärts vor dem Vorspannventil angeordneten Widerstand (Drossel) vorzunehmen, der bei Erhöhung der vorgegebenen Last (Sollast) eine höhere Verstellgeschwindigkeit des Vorspannventils erlaubt als bei Lastabsenkung. Damit wird eine höhere Sicherheit gegen Durchrutschen des Übertra­ gungsmittels an den Kegelscheibenpaaren erreicht.

Eine Ausführungsform besteht darin, daß der Widerstand (Drossel) an eine Zylinder-Kolben-Einheit angeschlossen ist, deren beweglicher Teil aus zwei einstückig miteinan­ der verbundenen Kolben des Vorspannventils besteht, wobei der Kolben ein druckmittelgefülltes Volumen abschließt, das bei Lasterhöhung verkleinert wird, indem es sich über eine feste Drossel und ein sich dabei öffnendes Einweg­ ventil leert, und das bei Lasterniedrigung vergrößert wird, indem es sich nur über die Drossel füllt. Indem die Leerung bzw. Füllung dieses Volumens gegen den am Abfluß des Vierkantensteuerschiebers herrschenden Druckmittel­ druck erfolgt, kann das Ansprechverhalten des Vorspann­ ventiles an den Sollastzustand des Kegelscheibengetriebes angepaßt werden.

Eine Möglichkeit, die lastabhängige Steuerung des Vor­ spannventils vorzunehmen, ist, dieses über ein Kurvenge­ triebe zu verstellen, das mit dem Gaspedal eines als An­ trieb fungierenden Verbrennungskraftmotors verbunden ist.

Eine günstigere Möglichkeit ist jedoch, die Steuerung des Vorspannventils elektronisch vorzunehmen, indem die aus Sensoren ermittelten Einflußgrößen des als Antrieb fun­ gierenden Verbrennungskraftmotors bzw. andere vom Fahr­ zeug ableitbare Einflußgrößen einen Steuerbefehl er­ zeugen. Hiermit ist eine entsprechend optimale Steuerung sowohl für Beschleunigung als auch für Verzögerung mög­ lich, wobei ja die vorgegebene Last nicht sofort endgül­ tig eingestellt sein muß sondern schleichend erreicht werden kann.

Diese elektronische Steuerung kann auch Bestandteil einer im Fahrzeug vorhandenen Zentralelektronik sein.

Die elektronische Steuerung des Vorspannventils kann ein Proportionalventil enthalten, das einen hydraulischen, das Vorspannventil betätigenden Druck bestimmt.

Um ein besonders schnelles Ansprechen des Getriebes auf Sollasterhöhungen zu erreichen, können der Drehmomentfüh­ ler als Drehmomentpumpe ausgebildet sein und zwischen dem Drehmomentfühler und den Zylinder-Kolben-Aggregaten Bypass-Leitungen mit Rückschlagventilen angeordnet sein, durch die bei plötzlicher Drehmomenterhöhung Druckmittel aus dem Drehmomentfühler direkt in die Zylinder-Kolben- Aggregate fließt.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt

Fig. 1 Schema eines erfindungsgemäßen Kegelscheibenge­ triebes mit über eine Kurvenscheibe gesteuertem Vorspannventil;

Fig. 2 erfindungsgemäßes Kegelscheibengetriebe mit elektronischer Ansteuerung des Vorspannventiles.

Fig. 1 stellt schematisch ein Getriebe dar mit einer An­ triebswelle 1 und einer Abtriebswelle 2. Auf diesen Wel­ len sitzen Kegelscheibenpaare 3, 4, zwischen denen ein Übertragungsmittel 5 umläuft und die Drehmomentübertra­ gung von der Antriebswelle 1 zur Abtriebswelle 2 bewirkt. Von den Kegelscheiben, die jeweils drehfest mit der sie tragenden Welle verbunden sind, ist in jedem Kegelschei­ benpaar 3, 4 eine Kegelscheibe auch axial festgelegt, während die dazugehörige zweite Kegelscheibe als axial verschiebbarer Teil von nur schematisch dargestellten wellenfesten Zylinder-Kolben-Aggregaten 6, 7 ausgebildet ist, über die die Anpressung des Übertragungsmittels und die Einstellung und Aufrechterhaltung der Getriebeüber­ setzung bewirkt werden.

Das hierzu erforderliche Druckmittel fließt den Zylinder- Kolben-Aggregaten 6, 7 durch Druckmittelleitungen 8, 9 zu. Die Druckmittelmengen und deren Druck werden über einen Vierkantensteuerschieber 10 geregelt, der mittels eines Stellgliedes 11 einstellbar ist.

Im dargestellten Beispiel ist dieses Stellglied 11 ein Linearantrieb, der von einem vorgeschalteten Mikroprozes­ sor 12 angesteuert wird. Die Ansteuerung kann dabei in Abhängigkeit von aktuellen Meßwerten bezüglich Geschwin­ digkeit, Übersetzung, Antriebsdrehzahl etc. erfolgen.

Das von dem Vierkantensteuerschieber 10 den Zylinder-Kol­ ben-Aggregaten 6, 7 zugeteilte Druckmittel wird durch eine Pumpe 13 geliefert, die es aus einem Sumpf 14 för­ dert.

Das für die Einstellung und Aufrechterhaltung der Ge­ triebeübersetzung benutzte Druckmittel fließt nach dem Durchqueren der Steuerspalte des Vierkantensteuerschie­ bers 10 über Abflüsse 15, 16 in die Abflußleitung 17, durch die es über ein Vorspannventil 18 und einen Dreh­ momentfühler 19 zurück in den Sumpf 14 geleitet wird. Dabei wird das Druckmittel noch zur Schmierung und Küh­ lung des Übertragungsmittels 5 und der Kegelscheibenpaare 3, 4 verwandt.

Über die Drosselwirkung des Vorspannventiles 18 oder des Drehmomentfühlers 19 wird der Basisdruck in der Abfluß­ leitung 17 bestimmt, was sich einerseits auf die Anpreß­ kraft der Zylinder-Kolben-Aggregate 6, 7 auswirkt und zum anderen auf den von der Pumpe 13 zu liefernden Druckmit­ teldruck.

Das Vorspannventil 18 enthält einen Kolben 20, der auf der einen Stirnseite 21 mit dem Druck der Abflußleitung 17 beaufschlagt ist und auf der gegenüberliegenden Stirn­ seite mit der Kraft einer Feder 22.

Die Kraft der Feder 22 ist über ein Kurvengetriebe 23 an die Stellung eines Gaspedales 24 eines Verbrennungsmotors angekoppelt und somit vom jeweiligen Sollastzustand des Motors abhängig.

Der Kolben 20 drosselt somit in Abhängigkeit vom dem Ge­ triebe vorgegebenen Lastzustand den Druckmittelabfluß aus der Abflußleitung 17 und hält auf diese Weise in dieser den Druckmitteldruck proportional zur Kraft der Feder 22.

Die bei Federkrafterhöhung von der Stirnseite 21 ausge­ schobene Druckmittelmenge fließt über eine Leitung 25 in die Abflußleitung 17 zurück, wobei sie über eine Drossel 26 und ein Einwegeventil 27 fließt. Bei Absenkung der Federkraft schließt dieses Einwegeventil 27, so daß nur noch über die Drossel 26 Druckmittel in das von der Stirnseite 21 freigegebene Volumen nachströmt.

Damit ist erreicht, daß der Kolben 20 bei einer Sollast­ erhöhung den Druckmitteldruck in der Leitung 17 schneller ansteigen läßt als er ihn bei einer Sollasterniedrigung abfallen läßt.

Der hinter dem Vorspannventil 18 herrschende Druck wird dort in der Leitung 28 durch den auf der Abtriebswelle 2 sitzenden Drehmomentfühler 19 bestimmt. Dieser drosselt den in der Leitung 28 herrschenden Druck in Abhängigkeit von der vom Getriebe abgenommenen Istlast. Da der Dreh­ momentfühler 19 auf der Abtriebswelle 2 sitzt, ist der Druck in der Leitung 28 zum einen abhängig von der insge­ samt über das Getriebe geleiteten Last als auch insbeson­ dere von der Übersetzung des Getriebes.

Ist der in der Leitung 28 durch den Drehmomentfühler 19 bestimmte Druck höher als der vom Vorspannventil 18 für die Abflußleitung 17 vorgesehene Druckmitteldruck, so hat das Vorspannventil 18 keine Wirkung, und der in der Ab­ flußleitung 17 herrschende Druck entspricht dem in der Leitung 28. Das heißt, daß der in der Abflußleitung 17 herrschende Druckmitteldruck immer durch dasjenige nach­ geschaltete Drosselelement (Vorspannventil 18 bzw. Dreh­ momentfühler 19) bestimmt wird, das einen höheren Druck fordert. Dies ist bei niedrigen Übersetzungen das Vor­ spannventil 18 und bei großen Übersetzungen der Dreh­ momentfühler 19.

Im dargestellten Beispiel ist der Drehmomentfühler als sogenannte Drehmomentpumpe ausgebildet, die bei einem plötzlichen Drehmomentstoß ein Abfließen von Druckmittel aus der Leitung 28 verhindert und ein vorgegebenes Druck­ mittelvolumen in diese Leitung zurückschiebt, das über Rückschlagventile 29 in die Druckmittelleitungen 8, 9 ge­ langt, wo es eine schlagartige Druckerhöhung in den Zylinder-Kolben-Aggregaten 6, 7 bewirkt. Aufgrund des so bewirkten schnellen Druckanstieges wird die Anpreßkraft der Kegelscheibenpaare an das Übertragungsmittel in kürzester Zeit erhöht und verhindert, daß aufgrund des Drehmomentstoßes das Getriebe durchrutscht.

Das in Fig. 2 dargestellte Kegelscheibengetriebe ent­ spricht im wesentlichen dem in Fig. 1 dargestellten Ge­ triebe, jedoch erfolgt die Steuerung des Vorspannventils 30 über ein Proportionalventil 31, das den von der Pumpe 13 kommenden Druck gesteuert auf den für die Regelung des Vorspannventils 30 benötigten Druck absenkt.

Die Steuerung des Proportionalventils 31 erfolgt dabei ebenfalls über den Mikroprozessor 12.

Diese Anordnung ermöglicht eine noch genauere Justage des in der Abflußleitung 17 herrschenden Druckmitteldruckes an den aktuellen Lastzustand des Getriebes.

Zusammenfassend stellt die vorliegende Erfindung eine günstige Möglichkeit dar, um bei einem Kegelscheibenge­ triebe der eingangs beschriebenen Art eine bedarfsgerech­ te Druckregelung zu ermöglichen.

Claims (9)

1. Stufenlos einstellbares Kegelscheibengetriebe mit zwei auf der An- und Abtriebswelle angeordneten Kegelscheiben­ paaren und einem zwischen diesen umlaufenden Übertra­ gungsmittel, wobei die Kegelscheiben mit der sie tragen­ den Welle drehfest verbunden sind und auf jeder Welle eine Kegelscheibe auch axial festliegt, während die dazu­ gehörige zweite Kegelscheibe als axial verschiebbarer Teil eines wellenfesten Zylinder-Kolben-Aggregates ausge­ bildet ist, dem Druckmittel zur Anpressung des Übertra­ gungsmittels und zur Einstellung und Aufrechterhaltung der Getriebeübersetzung über einen Zufluß von einem Vier­ kantensteuerschieber zugeteilt wird, der mittels eines Stellgliedes einstellbar ist und der einen Abfluß für das durchgesetzte Druckmittel aufweist, an den eine Abfluß­ leitung angeschlossen ist, in der sich wenigstens ein Drehmomentfühler befindet, der auf einer der Getriebewel­ len im dortigen Momentenfluß angeordnet ist und von dieser Last abhängig den Druckmitteldruck in den Zylin­ der-Kolben-Aggregaten beeinflußt und mit dem ein ein­ stellbares Vorspannventil hydraulisch in Reihe geschaltet ist, mit dem der Druckmitteldruck ebenfalls beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentfühler (19) auf der Abtriebswelle (2) angeordnet ist und das Vorspannventil (18, 30) aus­ schließlich in Abhängigkeit von der vorgegebenen Last ge­ steuert ist, derart, daß es den Druckmittelabfluß bei höherer Last stärker drosselt als bei niedrigerer Last.

2. Getriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannventil (18, 30) abflußseitig des Vierkan­ tensteuerschiebers (10) dem Drehmomentfühler (19) hydrau­ lisch vorgeschaltet ist.

3. Getriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Vorspannventils (18, 30) gegen einen stromaufwärts vor dem Vorspannventil (18, 30) ange­ ordneten Widerstand (Drossel 26) erfolgt, der bei Erhö­ hung der vorgegebenen Last eine höhere Verstellgeschwin­ digkeit des Vorspannventils (18, 30) erlaubt als bei Lastabsenkung.

4. Getriebe gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (Drossel 26) an eine Zylinder-Kolben- Einheit angeschlossen ist, deren beweglicher Teil aus zwei einstückig miteinander verbundenen Kolben (20, 21) des Vorspannventils (18, 30) besteht, wobei der Kolben (21) ein druckmittelgefülltes Volumen abschließt, das bei Lasterhöhung verkleinert wird, indem es sich über eine feste Drossel (26) und ein sich dabei öffnendes Einweg­ ventil (27) leert, und das bei Lasterniedrigung vergrö­ ßert wird, indem es sich nur über die Drossel (26) füllt.

5. Getriebe gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leerung bzw. Füllung des Volumens des Vorspann­ ventils (18, 30) über eine Leitung (25) erfolgt, an deren einem Ende der am Abfluß (17) des Vierkantensteuerschie­ bers (10) herrschende Druckmitteldruck herrscht und an deren anderem Ende das Einwegventil (27) und die Drossel (26) angeordnet sind.

6. Getriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lastabhängige Steuerung des Vorspannventils (18) über ein Kurvengetriebe (23) erfolgt, das mit dem Gaspe­ dal eines als Antrieb fungierenden Verbrennungskraft­ motors verbunden ist.

7. Getriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Vorspannventils (30) elektronisch erfolgt, indem die aus Sensoren ermittelten Einflußgrößen des als Antrieb fungierenden Verbrennungskraftmotors einen Steuerbefehl erzeugen.

8. Getriebe gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung ein Proportionalventil (31) umfaßt und daß das Vorspannventil (30) durch einen hydraulischen Druck betätigbar ist, der durch das Propor­ tionalventil (31) bestimmbar ist.

9. Getriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentfühler (19) als Drehmomentpumpe ausge­ bildet ist und daß zwischen dem Drehmomentfühler (19) und den Zylinder-Kolben-Aggregaten (6, 7) Bypass-Leitungen mit Rückschlagventilen (29) angeordnet sind, durch die bei plötzlicher Drehmomenterhöhung Druckmittel aus dem Drehmomentfühler (19) direkt in die Zylinder-Kolben- Aggregate (6, 7) fließt.