DE602004008475T2

DE602004008475T2 - Hydraulische steuereinrichtung für stufenloses getriebe

Info

Publication number: DE602004008475T2
Application number: DE602004008475T
Authority: DE
Inventors: John Preston FULLER
Original assignee: Torotrak Development Ltd
Current assignee: Torotrak Development Ltd
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2024-06-16
Also published as: CN1833125A; GB0317499D0; US20110105272A1; EP1649199A1; US8641576B2; JP4712701B2; KR20060063917A; BRPI0412817A; CN1833125B; KR101151459B1; WO2005015061A1; CA2546455A1; MXPA06000828A; JP2006528754A; RU2006105653A; ATE371127T1; EP1649199B1; DE602004008475D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung von Zuglast in einer stufenlos variablen Getriebeeinrichtung ("Variator") des Rollzugtyps.
Bei einem Rollzugvariator wird Antrieb durch mindestens eine Rolle (und typischer einen Satz von Rollen) übertragen, die auf mindestens einem Paar von Laufringen laufen. Zum Liefern von Zug zwischen Rollen und Laufringen müssen sie in Eingriff miteinander vorgespannt sein. Die Vorspannungskraft wird hier als die "Zuglast" bezeichnet. Bei bekannten Variatoren berühren die Rollen und Laufringe einander nicht, da sie durch einen dünnen Film von "Traktionsfluid" getrennt sind. Es ist der Schub dieses Fluids, der, wenn ihm ausreichend hoher Druck verliehen wird, den benötigten Rollen/Laufring-Zug bereitstellt.
Steuerung der Zuglast ist wichtig für Variatorleistung. Ein Grund hierfür ist es, dass an der Grenzfläche von Rolle/Laufring auftretende Energieverluste mit der Zuglast variieren, welche somit einen Einfluss auf Variatorleistungsfähigkeit hat. Diese Verluste erfolgen aufgrund von (1) Spin an der Grenzfläche – d. h. Rotation von einer Oberfläche in Bezug zu der anderen, aufgrund der Tatsache, dass die beiden Oberflächen kreisförmigen Wegen um verschiedene Achsen folgen und (2) Schub an der Grenzfläche – d. h. Geschwindigkeitsunterschied zwischen den beiden Oberflächen, der den Schub in der Flüssigkeit erzeugt. Es wurde festgestellt, dass übermäßig hohe Zuglasten Spinverluste erhöhen, während niedrige Zuglasten zu hohen Schubverlusten führen, wobei optimale Leistungsfähigkeit zwischen den beiden Extremen liegt.
Ein anderer Grund, aus dem Zuglaststeuerung wichtig ist, besteht darin, dass übermäßiges Rutschen von Rollen in Bezug zu den Laufringen als Reaktion auf inadäquate Zuglast zum Ausfall des Variators führen und ihn beschädigen kann.
Es ist bekannt, Zuglast in Wechselwirkung mit "Reaktionskraft" zu variieren. Um zunächst zu erklären, was Reaktionskraft ist, soll betrachtet werden, dass die Laufringe aufgrund des übertragenen Drehmoments eine Tangentialkraft auf jede der Rollen aus üben. Diese Kraft muss zu dem Getriebegehäuse rückwirken gelassen werden. Bei bekannten Rollzugvariatoren sind die Rollen typischerweise beweglich angebracht und der durch die Laufringe ausgeübten Kraft wird durch einen auf die Rollenhalterungen einwirkenden Aktuator entgegengewirkt und auf das Gehäuse wirken gelassen. Die durch den Aktuator angelegte Reaktionskraft ist zu dem Zweck anpassbar, den Variator zu steuern, und ist gleich, jedoch entgegengesetzt zu der durch die Laufringe ausgeübten Tangentialkraft.
Der Zugkoeffizient μ des Variators kann wie folgt definiert werden:
wobei TL die Zuglast und RF die Reaktionskraft ist. Genau genommen ist dies eine Vereinfachung, da der wahre Zugkoeffizient an einer jeglichen ausgewählten Grenzfläche von Rolle/Laufring von der Größe der Kräfte senkrecht und parallel zu der Grenzfläche abhängt, und die Zuglast nicht allgemein senkrecht zu der Grenzfläche ist. Diese einfache Definition wird jedoch für die aktuelle Diskussion ausreichen.
Es sind Variatoren bekannt, in denen Zuglast zusammen mit Reaktionskraft variiert wird, um einen konstanten Zugkoeffizienten zu liefern. Es wird in dieser Hinsicht auf Torotraks Europäisches Patent EP 894210 verwiesen, bei dem Reaktionskraft durch doppelt wirkende hydraulische Rollenaktuatoren geliefert wird und die beiden Drucke an diesen Aktuatoren auch zu einem hydraulischen Zuglastaktuator führen. Die hydraulische Kopplung von Rolle und Zuglastaktuatoren ist vorteilhaft, weil sie sehr schnelles Variieren der Zuglast zusammen mit der Reaktionskraft zulässt. Dies ist wichtig beim Reagieren auf "Drehmomentspitzen" – sehr schnellen Schwankungen im Getriebedrehmoment, die zum Beispiel bei Notbremsungen des Fahrzeugs auftreten. Eine Drehmomentspitze erzeugt eine sehr schnelle Änderung in Reaktionskraft, die zu Rutschen zwischen Rollen und Laufringen führen könnte, wenn nicht die Tatsache bestehen würde, dass bei der bekannten Anordnung erhöhte Drucke, die in dem Rollenaktuatoren erzeugt werden, zu dem Zuglastaktuator weitergeleitet werden, um entsprechend die Zuglast bei geringer Zeitverzögerung zu erhöhen.
Zum noch weiteren Erhöhen der Reaktionsgeschwindigkeit der Zuglast auf die Reaktionskraft, lehrt Torotraks Internationale Patentanmeldung PCT/GB02/01551 , die unter der Nr. WO 02/079675 veröffentlicht ist und die alle Merkmale der Präambel von Patentanspruch 1 zeigt, wie Druck von den Rollenaktuatoren zum Steuern eines vorgesteuerten Ventils verwendet werden kann, das seinerseits die Aufbringung von Fluid aus einer Hochdruckquelle an den Zuglastaktuator steuert. Dasselbe Dokument erkennt die Attraktivität der Anpassung des Zugkoeffizienten und stellt einige Arten bereit, in denen dies erreicht werden kann.
Ein Grund zum Anpassen des Zugkoeffizienten (im Gegensatz zum Aufrechterhalten, soweit wie möglich, eines konstanten Verhältnisses von Zuglast zu Reaktionskraft) besteht darin, dass die Eigenschaften des Zugfluids, und folglich der passende Zugkoeffizient, mit der Temperatur variieren. Es ist weiter erwünscht, μ mit Variatorrollgeschwindigkeit und mit Variatorverhältnis anzupassen.
WO 02/079675 schlägt vor, dass Anpassung des Zugkoeffizienten durch Anlegen einer anpassbaren Kraft an die Spule des vorgesteuerten Ventils unter Verwendung eines Solenoids ausgeführt werden kann. Die Auswirkung besteht darin, der Zuglast einen Versatz hinzuzufügen, so dass
wobei μ der Zugkoeffizient ist, der ohne die Solenoidkraft erhalten werden würde, und OF der Versatz ist, der durch die Solenoidkraft erzeugt wird. Es wird klar sein, dass das Verhältnis von Zuglast zu Reaktionskraft variiert, wenn die Größe der Reaktionskraft variiert, und dies ist unerwünscht, insbesondere, weil ein Versatz, der einen passenden Zugkoeffizienten bei hoher Reaktionskraft/Zuglast erzeugt, bei viel niedrigen Größen von Reaktionskraft einen großen Fehler in der Zuglast erzeugt. Ungenauigkeit bei diesem großen Versatz könnte außerdem potentiell dazu führen, dass die Zuglast zu klein ist, wenn die Reaktionskraft niedrig ist.
Anstatt der Zuglast einen Versatz hinzuzufügen, wäre es wünschenswert, die Anpassung des Zugkoeffizienten selbst bereitzustellen, so dass:
wobei μ wiederum der Zugkoeffizient ist, der bei Fehlen der Anpassung bereitgestellt werden würde, und K eine Anpassung ist, die durch die mit dem Variator verknüpfte Steuerelektronik bestimmt wird. Unter Voraussetzung dieses Verhältnisses erzeugen Änderungen in der Reaktionskraft RF keine Diskrepanzen in der Zuglast. Die Attraktivität dieses Typs von Zuglaststeuerung wurde in WO 02/079675 erkannt, jedoch ist Entwickeln einer praktischen hydraulischen Anordnung zum Erreichen des Verhältnisses problematisch. Dieses Dokument zeigte einen möglichen Kreislauf, der ein Reihenpaar von Flussbegrenzern verwendete, von denen einer variabel war, in einer analogen Weise zu einem potentiellen Teiler in einer elektrischen Schaltung, um den Zuglastdruck zu modifizieren. Diese Anordnung bringt bestimmte eigene Problem ein, insbesondere, weil sie auf einem kontinuierlichen Fluss von Druckflüssigkeit aus der Hydraulik heraus beruht, was zu der Belastung beiträgt, die der zugehörigen Pumpe oder den zugehörigen Pumpen auferlegt wird.
Die Attraktivität einer Anpassung des Zugkoeffizienten ist auch im US-Patent 6 162 144 erkannt worden, das an General Motors Corporation überschrieben wurde. Der in diesem Patent gezeichnete Kreislauf verwendet jedoch ein pulsbreitenmoduliertes Ventil, um einen Prozentanteil des Endlastdrucks einer zweiten Kammer des Zuglastaktuators zuzuführen, der entgegengesetzt zu dem Hauptzuglastaktuator arbeitet, um dadurch anpassend die Reaktionslast zu modifizieren. Es wird angenommen, dass dies kein praktisches System bereitstellen würde, das mit ausreichender Geschwindigkeit auf schnelle Änderungen der Reaktionskraft reagieren kann, da die Bandbreite des pulsbreitenmodulierten Ventils zu klein ist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Mittels zum Steuern von Zuglast unter Berücksichtigung einer Anpassung des Verhältnisses zwischen Reaktionskraft und Zuglast.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird eine Hydrauliksteueranordnung für einen Variator des Typs geschaffen, der ein Paar von Laufringen, mindestens eine Rolle, die zum Eingreifen in beide Laufringe angeordnet ist, um Antrieb von einem Laufring zum anderen zu übertragen, und in Übereinstimmung mit Änderungen im Variatorantriebsverhältnis beweglich ist, einen hydraulischen Zuglastaktuator, der zum Anlegen einer Zuglast eingerichtet ist, die die Rolle und Laufringe in Eingriff drängt, um Zug zwischen denselben bereitzustellen und somit die Übertragung von Antrieb zu ermöglichen, und mindestens einen hydraulischen Rollenaktuator aufweist, der zum Anlegen einer Reaktionskraft an die Rolle eingerichtet ist, wobei die Steueranordnung Hydraulik zum Anlegen von Flüssigkeit auf einem anpassbaren Reaktionsdruck an den Rollenaktuator aufweist, um die Reaktionskraft zu steuern und zum Anlegen von Flüssigkeit an den Zuglastaktuator bei einem Zugdruck, der in Bezug zu dem Reaktionsdruck steht, wodurch ein Verhältnis zwischen Reaktionskraft und Zuglast aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranordnung weiter mindestens zwei Arbeitskammern aufweist, von denen mindestens eine selektiv an den Reaktionsdruck oder den Zugdruck angeschlossen und davon getrennt werden kann, und wobei mindestens einer derselben der Reaktionsdruck zu einer jeglichen gegebenen Zeit während Betrieb geliefert wird, wobei die Zugkraft von Druck in beiden der Arbeitskammern abhängt, so dass durch Anschließen/Trennen einer oder beider Arbeitskammern an den/von dem relevanten Druck das Verhältnis zwischen Reaktionskraft und Zugkraft geändert wird.
Es sollen nun bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur zum Aufführen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
1 eine vereinfachte Darstellung eines Laufring-Rollzug-Variators eines Typs ist, der an sich bekannt ist und der gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben werden kann;
2 eine diagrammartige Darstellung einer Hydraulikanordnung zum Steuern des Variators gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die ein Zugsteuerventil enthält;
3 ein Querschnitt durch eine praktische Ausführungsform des Zugsteuerventils ist; und
4 ein Querschnitt durch einen Zuglastaktuator ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
Variatoren, die gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben werden können, sind im technischen Gebiet bekannt und ein Beispiel eines Variators 10 soll hier nur kurz unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden.
Zwei äußere Laufringe, die aus geformten Scheiben 12, 14 ausgebildet sind, sind an einer Antriebswelle 16 zur Drehung mit derselben angebracht und weisen jeweilige teilringförmige Oberflächen 18, 20 auf, die zu entsprechenden teilringförmigen, auf einer inneren Scheibe 26 ausgebildeten Oberflächen 22, 24 gerichtet sind, wobei somit zwei Ringhohlräume zwischen den Scheiben ausgebildet werden. Die innere Scheibe ist so gelagert, um unabhängig von der Welle 16 drehbar zu sein. Antrieb von einem Motor oder einer anderen Antriebsmaschine, der über die Welle 16 und äußeren Scheiben 12, 14 eingegeben wird, wird zu der inneren Scheibe 26 über einen Satz von Rollen übertragen, die in den Ringhohlräumen angeordnet sind. Eine einzige repräsentative Rolle 28 ist dargestellt, aber typischerweise sind drei solcher Rollen in jedem Hohlraum vorgesehen. Eine über den äußeren Scheiben 12, 14 durch einen hydraulischen Zuglastaktuator 15 angelegte Zuglast schafft Druck zwischen Rollen und Scheiben, um eine solche Übertragung von Antrieb zu ermöglichen. Antrieb wird von der inneren Scheibe zu weiteren Teilen des Getriebes entnommen, typischerweise einem Planetenmischer, wie im technischen Gebiet gut bekannt ist. Jede Rolle ist in einem jeweiligen Wagen 30 gelagert, der selbst an einen Hydraulikaktuator 32 gekoppelt ist, wodurch eine anpassbare Reaktionskraft an die Kombination aus Rolle/Wagen angelegt werden kann. Die Kombination aus Rolle/Wagen ist zusätzlich zu translatorischer Bewegung in der Lage, um eine durch den Hydraulikaktuator 32 bestimmte Achse 33 zu rotieren, um den "Kippwinkel" der Rolle zu ändern und die Kontakte zwischen Rollen und Scheiben zu bewegen, wodurch Variation in dem Übersetzungsverhältnis des Variators ermöglicht wird, wie es dem Fachmann gut bekannt ist.
Der dargestellte Variator ist von dem Typ, der im technischen Gebiet als "drehmomentgesteuert" bekannt ist. Der Hydraulikaktuator 32 übt eine gesteuerte Reaktionskraft auf Rolle/Wagen aus und diese wird durch eine gleiche, jedoch entgegengesetzte Kraft auf der Rolle ausgeglichen, die aus den zwischen den Scheibenoberfläche 18, 20, 22, 24 und der Rolle 28 übertragenen Drehmomenten resultiert. Die Reaktionskraft auf dem Wagen 30 wird mittels eines Hydraulikkreises angepasst, durch den Flüssigkeit den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 31 des Hydraulikaktuators 32 auf einem anderen, anpassbaren Druck durch Hydraulikzuleitungen 36 und 38 zugeführt wird. Die Hauptsteuereingabe in den Variator wird somit in Form von zwei Hydraulikdrucken bereitgestellt, die an die Rollensteuerkolben durch die Hydraulikzuleitungen 36 und 38 angelegt werden. Diese Drucke werden durch den Hydrauliksteuerkreis manipuliert.
2 zeigt einen Hydraulikkreis, der zum Steuern sowohl von Reaktionskraft als auch Zuglast dient. Ein Satz von Rollen 28, jeweils mit einem zugehörigen Rollenaktuator 32, ist schematisch angezeigt, obwohl andere Teile des Variators selbst weggelassen sind. Gegenüberliegende Seiten jedes Aktuators 32 sind über Zuleitungen 36, 38 mit jeweiligen Versorgungsleitungen S₁, S₂ verbunden. Der Druck in den Versorgungsleitungen kann mittels drucksenkender Steuerventile V₁, V₂ angepasst werden, denen Hochdruckflüssigkeit durch eine Pumpe 39 zugeführt wird. Wie in der Zeichnung angezeigt ist, weisen beide Steuerventile ein jeweiliges Solenoid 50, 52 auf, dessen Kraft auf die Ventilspule ein Vorsteuersignal von den zugehörigen Versorgungsleitung entgegengesetzt ist. Folglich stellt eine elektronische Steuerung E.C. durch Einstellen der Solenoidkraft die gewünschten Steuerdrucke in den Versorgungsleitungen und in den Rollenaktuatoren ein, wodurch die gewünschte Reaktionskraft gesteuert wird. Es soll jedoch festgestellt werden, dass Reaktionskraft und die Steuerdrucke auch äußeren Einflüssen ausgesetzt sind, wie jetzt erklärt werden soll.
Rollenbewegung wird von Durchfluss in der Hydraulik begleitet. Wenn keine Beschränkungen auf dem Durchfluss von Flüssigkeit vorhanden werden, dann würde ein solcher Durchfluss nicht zu irgendeiner Druckänderung führen, da die Ventile V₁, V₂ tätig wären, um konstanten Druck aufrechtzuerhalten. Eine jegliche Hydraulikanordnung stellt jedoch ein gewisses Ausmaß von Beschränkung auf dem Durchfluss bereit und tatsächlich enthält der vorliegende Kreis Beschränkungen in Form von Dämpfern 54, 56, 58, 60 jeweils mit einem begrenzten Querschnitt für Flüssigkeitsdurchfluss, wobei die Dämpfer zum Erzeugen von Gegendruck dienen, wenn Durchfluss stattfindet. Ihr Zweck ist es, die Schwingung der Variatorrollen 28 zu dämpfen. In den Versorgungsleitungen S₁, S₂ angeordnete erste Dämpfer 54, 56 dämpfen eine Schwingungsart, in der sich die Rollen gemeinsam miteinander bewegen. Zweite Dämpfer 58, 60 in den Zuleitungen zu einzelnen Aktuatoren 32 dämpfen eine andere Schwingungsart, bei der sich die Rollen phasenverschoben miteinander bewegen. Die Dämpfer können als Öffnungen ausgebildet sein oder können andere Formen annehmen. Der wichtige Punkt für aktuelle Zwecke besteht darin, wenn sich die Rollen bewegen und Durchfluss in dem Kreis erfolgt, die Dämpfer Gegendruck in der Hydraulik erzeugen, der darauf gerichtet ist, der Rollenbewegung Widerstand entgegenzusetzen.
Es soll daher betrachtet werden, was in dem Fall einer Getriebedrehmomentspitze geschieht, die zum Beispiel durch hartes Fahrzeugbremsen erzeugt wird. Die Bremsen legen ein großes Drehmoment an, das Verlangsamung der Fahrzeugräder und folglich der Variatorausgabescheibe verursacht. Das Variatorverhältnis fällt folglich und die Variatorrollen müssen sich sehr schnell bewegen und zu Positionen präzidieren, die einem niedrigeren Verhältnis entsprechen. Flüssigkeit in der Hydraulik wird durch die sich sehr schnell bewegenden Kolben der Aktuatoren 32 verschoben, und Widerstand gegen den resultierenden Durchfluss in der Hydraulik, erzeugt durch die Dämpfer und durch andere Teile der Hydraulik einschließlich der Ventile V₁, V₂, erzeugt einen Anstieg in dem Flüssigkeitsdruck auf einer Seite jedes Aktuators und eine Senkung auf der anderen Seite, der darauf gerichtet ist, Rollenbewegung Widerstand entgegenzusetzen. Die Reaktionskraft wird dramatisch in einer Weise erhöht, die durch die elektronische Steuerung weder initiiert noch direkt vorhersagbar ist.
Die Zuglast muss in Wechselwirkung mit der Reaktionskraft modifiziert werden, wenn übermäßiges Rollenrutschen vermieden werden soll, und dies wird mittels eines Zugsteuerventils 62 erreicht, das zwei Vorsteuerdrucke erhält.
Eine höheren Druck bevorzugende [higher Pressure wins] Ventilanordnung 64, die unter Verwendung von Rückseite an Rückseite vorgesehenen Rückschlagventilen gebildet werden kann, schließt ihren eigenen Ausgang 66 an diejenige der beiden Seiten des Hydraulikkreises an, die auf dem höheren Druck ist, wobei diese Ausgabe zu dem Zugsteuerventil 62 geführt wird, um als ein erster Vorsteuerdruck zu dienen, der im Folgenden als der "Reaktionsdruck" bezeichnet wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die den höheren Druck bevorzugende Ventilanordnung an Punkte in der Hydraulik nahe den Öffnungen eines der Aktuatoren 32 und zwischen dem ausgewählten Aktuator und seinen Dämpfern 58, 60 angeschlossen wird, so dass die von ihr empfangenen Drucke den vorherrschenden Drucken in dem Aktuator selbst so ähnlich wie möglich sind. Der höhere der beiden Aktuatordrucke wird als eine Anzeige der Reaktionskraft verwendet. Druck auf der entgegengesetzten Seite des Aktuators ist typischerweise niedrig und wird in dieser Ausführungsform vernachlässigt.
Ein zweiter Vorsteuerdruck wird zu dem Zugsteuerventil 62 von der Arbeitskammer 70 des Zuglastaktuators geführt, welcher in äußerst schematischer Form bei 72 in 2 angezeigt ist. Der erste und zweite Vorsteuerdruck wirken einander entgegengesetzt auf die Spule des Ventils 62 ein.
Das Zugventil 62 ist ein Ventil mit 3 Öffnungen und 3 Stellungen. Eine Öffnung ist an eine Hochdruck-Flüssigkeitsquelle angeschlossen, die in dieser Ausführungsform durch die Pumpe 39 gebildet wird. Eine zweite Öffnung führt zu der Arbeitskammer 70 des Zuglastaktuators. Eine dritte Öffnung führt über ein Rückschlagventil 74 zu einer Drucksenke, die in der vorliegenden Ausführungsform die Form eines Getriebeablasses 76 annimmt. Abhängig von den Vorsteuerdrucken führt das Zugventil eine der folgenden Tätigkeiten aus:

i. es schließt den Zuglastaktuator an den Ablass 76 über eine Drossel 78 an, lässt Druck aus demselben ab, während es die Hochdrucköffnung schließt;
ii. es schließt alle drei Öffnungen, um Druck innerhalb des Zuglastaktuators zu halten; oder
iii. es schließt den Zuglastaktuator an die Hochdruckquelle – die Pumpe 39 – an, um den Druck darin zu erhöhen und die Zuglast zu vergrößern.

Da diese Steuerung abhängig von dem Reaktionsdruck ausgeführt wird, dient das Ventil zum Variieren der Zuglast in Wechselwirkung mit, und, genauer ausgedrückt, in Proportion zu dem Reaktionsdruck und folglich der Reaktionskraft. Auf diese Weise kann die Hydraulik dazu dienen, den Zugkoeffizienten im Wesentlichen auf einer ausgewählten Höhe zu halten. Der durch das Ventil 62 eingestellte Zugkoeffizient ist jedoch auch gemäß der vorliegenden Erfindung anpassbar, wie nun erklärt werden soll.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Zugsteuerventil zwei Arbeitskammern aufweist, in denen Reaktionsdruck wirken kann, um den Ventilzustand zu beeinflussen, die mit C1 und C2 markiert sind. In ähnlicher Weise gibt es zwei Arbeitskammern, in denen Zuglastdruck wirken kann, um den Ventilzustand zu beeinflussen, die mit C3 und C4 markiert sind. Eine konstant offene Verbindung führt Reaktionsdruck zu der ersten der Reaktionsdruckkammern C1. Ein Reaktionsdruckventil, ausgebildet als ein Ventil 80 mit zwei Öffnungen und zwei Stellungen unter der Steuerung des E.C., dient zum Anschließen der zweiten Reaktionsdruckkammer C2 entweder an Reaktionsdruck oder an Ablass. Gleichermaßen führt eine konstant offene Verbindung Zugdruck der ersten Zugdruckkammer C3 zu, und ein Zugdruckventil 82 verbindet die zweite Zugdruckkammer C4 entweder mit Zugdruck oder Ablass, unter der Steuerung durch den E.C.
Öffnen und Schließen der Reaktionsdruck- und Zugdruckventile ändert die Bereiche, auf die die Vorsteuerdrucke einwirken. Auf diese Weise wird das durch das Zugsteuerventil bereitgestellte Verhältnis von Zugdruck zu Reaktionsdruck angepasst – d. h. der Zugkoeffizient wird angepasst. Die Anpassung an dem Zugkoeffizienten ist diskret anstatt kontinuierlich: in der dargestellten Ausführungsform können vier verschiedene Werte des Zugkoeffizienten μ bereitgestellt werden, da es vier mögliche Zustände für die Kombination der zwei Ventile gibt.
Es soll nun auf die Arbeitsbereiche innerhalb der Kammern C1 bis C4 als A1 bis A4 Bezug genommen werden. Typischerweise wirken die Vorsteuerdrucke, um die Ventilspule zu bewegen, und die Bereiche A1 bis A4 werden an der Spule gebildet, obwohl es möglich ist, alternative Ventile zu entwickeln, in denen die Bereiche stattdessen an anderen Ventilteilen wie zum Beispiel einer beweglichen Hülse ausgebildet sind. Daher soll ein "Entwurfs-" Zugkoeffizient als der Wert μ_d eines Zugkoeffizienten definiert sein, der erhalten wird, wenn Zug- und Reaktionsdrucke gleich sind. μ_d hängt z. B. von dem Bereich eines Kolbens in dem Endlastaktuator ab. Der tatsächliche Zugkoeffizient μ wird ermittelt aus
wobei AR der gesamte Arbeitsbereich (A₁ + A₂) des Ventils ist, auf den Reaktionsdruck ausgeübt wird, und A_T der gesamte Arbeitsbereich (A₃ + A₄) ist, auf den Zugdruck ausgeübt wird. Es soll weiter angenommen werden, dass es erwünscht ist, einen Bereich von Zugkoeffizienten von 1,5 μ_d für wirksamen Betrieb bis μ_d/2 für Hochgeschwindigkeitsbetrieb bereitzustellen.
Dies kann erreicht werden, indem man das Ventil so ausbildet, dass
wenn man AR = AT setzt,
dann ist eine geeignete Lösung, dass
Die vier möglichen Kombinationen von Zuständen der Reaktionsdruck- und Zugdruckventile 80, 82 können in einer Wahrheitstabelle dargestellt werden:

Reaktionsdruckventil Zugdruckventil μd

Offen Geschlossen 0,5 μd

Geschlossen Geschlossen 0,75 μd

Offen Offen 1 μd

Geschlossen Offen 1,5 μd
Natürlich dienen die obigen Berechnungen nur als Beispiele. Andere Ventilbereiche können ausgewählt werden, um anderen Entwurfskriterien zu entsprechen.
Die in 3 dargestellte praktische Ausführungsform des Zugsteuerventils 62 weist eine Ventilspule 100 auf, die verschiebbar in einer abgestuften Längsbohrung eines Ventilkörpers 102 aufgenommen wird. Die drei Ventilöffnungen sind wie folgt markiert:

– Öffnung P_LOAD ist an den Zuglastaktuator angeschlossen
– Öffnung P_HIGH ist an die Hochdruckquelle angeschlossen und
– Öffnung P_DRAIN ist an den Ablass angeschlossen.

Alle drei Ventilöffnungen sind als abstufte Querbohrungen in dem Ventilkörper 102 ausgebildet, die mit der Längsbohrung 102 kommunizieren. Die vier Kammern, in denen Vorsteuerdrucke wirken, sind erneut mit C₁ bis C₄ markiert und kommunizieren mit jeweiligen Verbindungsdurchgängen P₁ bis P₄, von denen zwei als Querbohrungen ausgebildet sind und die anderen beiden durch Endbereiche der Bohrung 102 gebildet werden. Die Ventilspule weist verengte Endbereiche 104, 106 auf, die in jeweiligen Buchsen 108, 110 gleiten und abdichten, so dass Vorsteuerdrucke in den Kammern C₁ und C₃ nur auf jeweilige Endbereiche A₁, A₃ der Spule einwirken. Die Buchsen werden durch jeweilige Endplatten 112, 114 mit Außengewinde gehalten, die beide Durchgangsbohrungen 116 aufweisen, um Flüssigkeit hindurchfließen zu lassen. Bolzen 118, 120, die die jeweiligen Endplatten durchqueren, begrenzen die Bewegung der Spule, indem sie gegen ihre Enden A₁, A₃ stoßen. Äußere Kolbenteile 122, 124 der Spule dichten in einem vergrößerten Mittelteil der Längsbohrung ab und gleiten in demselben, wobei ihre jeweiligen Außenflächen die Bereiche A₂ und A₄ bereitstellen. Umschalten zwischen den drei Ventilzuständen wird durch einen inneren Kolbenteil 126 ausgeführt, der, abhängig von der Spulenposition, P_LOAD an P_HIGH oder an P_DRAIN anschließt, oder alternativ P_LOAD schließt.
Es wird von dem Leser erkannt werden, dass durch Anschließen/Trennen der Steuerdrucke an/von den Arbeitskammern C2, C4 eine diskontinuierliche Anpassung an dem Zugkoeffizient bewirkt wird. In den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen sind die relevanten Arbeitskammern in dem Zugsteuerventil 62 zu finden. Eine andere Art zum Gewährleisten der gewünschten Zugkoeffizientenanpassung besteht darin, Kammern innerhalb des Zuglastaktuators anzuschließen/zu trennen.
Ein geeigneter Zuglastaktuator 100 ist in 4 dargestellt. Diese Zeichnung zeigt nur eine Hälfte des Aktuators, die zu einer Seite seiner Drehachse 99 liegt. In dieser Zeichnung ist eine der Variatorscheiben bei 102 angezeigt und wird in der Art eines Kolbens innerhalb einer ringförmigen, geformten Hülse 104 aufgenommen, die an der Variatorwelle 106 getragen wird und gemeinsam mit dieser rotiert. Keile 107 zwischen der Scheibe 102 und der Welle 105 stellen sicher, dass sie zusammen rotieren, dass die Scheibe sich jedoch unter dem Einfluss der Endlast entlang der Welle bewegen kann. Der Aktuator 100 weist einen ersten, zweiten und dritten Ringkolben P1, P2, P3 innerhalb der Hülse 104 auf, die zusammen eine erste, zweite und dritte Arbeitskammer CH1, CH2 und CH3 begrenzen. Unter Druck setzen einer der drei Arbeitskammern erzeugt eine Zuglast, die die Scheibe 102 in Richtung der rechten Seite der Zeichnung drängt. Jede Arbeitskammer stellt jedoch einen anderen Arbeitsbereich bereit, so dass die Größe der Zuglast sich abhängig davon unterscheidet, welche der Arbeitskammern unter Druck gesetzt ist. In dieser Ausführungsform kann das Zugsteuerventil 62 (2) weggelassen werden. Der Reaktionsdruck, der durch die Ausgabeleitung 66 des höheren Druck bevorzugenden Ventils 64 genommen wird, wird stattdessen durch eine Anordnung von Schaltventilen (nicht dargestellt) zu einer ausgewählten Arbeitskammer CH1, CH2 oder CH3 oder zu einer Kombination von Kammern geführt. Da der Reaktionsdruck zum Erzeugen der Zuglast verwendet wird, wird erneut ein Verhältnis zwischen Reaktionskraft und Zuglast aufrechterhalten: eine ist proportional zu der anderen (zumindest während Druckänderungen, z. B. aufgrund von Fluss durch das höheren Druck bevorzugende Ventil 64 und die Leitung 66, vernachlässigt werden können, so dass die Drucke in den Akuatoren 32 und 100 als identisch betrachtet werden können). Da es darüber hinaus die Möglichkeit gibt, die Kombination von Arbeitskammern zu ändern, in denen der Reaktionsdruck wirkt, kann das Verhältnis angepasst werden, wobei der Zugkoeffizient variiert wird.
Bei ausführlicherer Betrachtung des Aufbaus des Zuglastaktuators 100 ist die erste Kammer CH1 zwischen der hinteren Fläche der Variatorscheibe 102 und den Vorderflächen des ersten Kolbens P1, der Hülse 104 und einem ringförmigen Zapfenteil 106 des Kolbens P2 begrenzt. Der erste Kolben P1 läuft auf dem Zapfenteil 106 und dichtet an diesem Teil und an einer Zylinderbohrung der Hülse 104 mittels Dichtungsringen ab. Der zweite Kolben P2 trägt erste Stümpfe 108 (von denen nur einer in der Zeichnung zu sehen ist), die nach vorne durch den ersten Kolben P1 vorstehen und eine Dichtung mit ihm bilden, so dass kraft des Anstoßens der Stümpfe 108 an der hinteren Fläche der Variatorscheibe 102 der zweite Kolben P2 eine Kraft auf die Scheibe ausüben kann und damit zu der Zuglast beitragen kann. Der zweite Kolben P2 läuft auf einem Nabenteil 109 der Hülse 104 und wird auch innerhalb eines ringförmigen Flanschteils 111 des dritten Kolbens P3 aufgenommen, wobei Dichtungen mit beiden durch jeweilige Dichtungsringe gebildet werden. Der dritte Kolben P3 trägt zweite Stümpfe 110, die vorwärts durch den zweiten Kolben P2 vorstehen, eine Dichtung mit ihm bilden und an der hinteren Fläche des ersten Kolbens P1 anstoßen können, um eine Kraft auf ihn auszuüben. Der dritte Kolben P3 läuft auf einem Teil vergrößerten Durchmessers des Nabenteils 109 und dichtet an diesem und auch an der Zylinderbohrung der Hülse 104 kraft jeweiliger Dichtungsringe ab. Eine kegelstumpfförmige Feder 112 ist zwischen einer Endwand 114 der Hülse 104 und der hinteren Fläche 116 des dritten Kolbens P3 vorgespannt.
Wenn keine der drei Arbeitskammern CH1, CH2, CH3 unter Druck steht, wird eine Vorbelastungszugkraft an die Scheibe 102 durch die vorgespannte Feder 112 angelegt, die durch den Kolben P3, den zweiten Satz von Stümpfen 110 und den ersten Kolben P1 wirkt, welcher an der Rückseite der Scheibe lagert. Diese Vorbelastung liefert Zug nach Anlassen des Getriebes. Anschließend bewirkt das Anlegen von ausreichendem Druck an eine der Arbeitskammern Bewegung des Kolbens P3 nach links, bis ein von seiner hinteren Fläche vorstehender Flansch 118 an die Endwand 114 der Hülse anstößt, und in diesem Zustand wird die Wirkung der Feder 112 entfernt und Zuglast wird durch Drucke in den Arbeitskammern bestimmt.
Wenn nur die Arbeitskammer CH1 unter Druck gesetzt ist, dann bewegt der Kolben P1 sich nach links bis zur Grenze seiner Bewegung, die durch sein Aneinanderstoßen mit dem zweiten Satz von Stümpfen 110 begrenzt wird. Flüssigkeitsdruck wirkt auf den gesamten Bereich der hinteren Fläche der Scheibe 102. Unter Druck setzen nur der zweiten Arbeitskammer CH2 bewirkt, dass Flüssigkeitsdruck an den kleineren Bereich angelegt wird, der durch die hintere Fläche des zweiten Kolbens P2 gebildet wird, wobei diese Kraft zu der Scheibe 102 durch den ersten Satz von Stümpfen 108 übertragen wird. Unter Druck setzen nur der dritten Arbeitskammer CH3 bewirkt, dass Flüssigkeitsdruck an den noch kleineren Arbeitsbereich angelegt wird, der durch die hintere Fläche des ersten Kolbens P1 gebildet wird, der folglich vorrückt, um an der Scheibe 102 anzustoßen und so eine Kraft an diese anzulegen. Folglich wird durch Anlegen des gleichen Reaktionsdrucks an eine der drei Arbeitskammern eine andere Zuglast und ein anderer Zugkoeffizient erhalten.
Noch weitere andere Werte von Zugkoeffizienten können durch Anlegen von Druck an zwei oder mehr der Arbeitskammern erhalten werden. Unter Druck setzen der ersten und zweiten Kammer CH1 und CH2 liefert eine Zugkraft, die durch die Summe der Bereiche der hinteren Flächen der Scheibe 102 und des zweiten Kolbens P2 bestimmt wird. Eine andere Zugkraft kann wiederum durch unter Druck setzen aller drei Kammern bereitgestellt werden.
Zuführung von Flüssigkeit zu den Arbeitskammern CH1, CH2, CH3 kann für Durchgangsbohrungen in der Welle 105 (nicht in dieser vereinfachten Zeichnung gezeigt) bereitgestellt werden.
Die vorgenannten Ausführungsformen dienen nur als Beispiele von Arten zum Ausführen der vorliegenden Erfindung. Zahlreiche Varianten sind möglich. Eine solche kombiniert einige der Vorzüge der in den 2 und 4 gezeigten beiden Ausführungsformen durch Verwenden eines vorgesteuerten Ventils zum Zuführen von Druck zu den Arbeitskammern CH1, CH2, CH3 des Aktuators von 4. Das betreffende Ventil weist eine Spule auf, die entgegengesetzten Reaktions- und Zuglastdrucken ausgesetzt wird. Es benötigt keine umschaltbaren Kammern C2, C4 von Ventil 62 (2), da stattdessen Zugkoeffizientenanpassung durch Zuführen seiner Ausgabe durch ein jegliches von drei Schaltventilen zu der (den) ausgewählten Arbeitskammer(n) in dem in 4 gezeigten Zuglastaktuator erreicht wird.

Claims

Hydrauliksteueranordnung für einen Variator (10) des Typs, der ein Paar von Laufringen (12, 14, 22, 24), mindestens eine Rolle (28), die zum Eingreifen in beide Laufringe angeordnet ist, um Antrieb von einem Laufring zum anderen zu übertragen, und in Übereinstimmung mit Änderungen im Variatorantriebsverhältnis beweglich ist, einen hydraulischen Zuglastaktuator (15, 72, 100), der zum Anlegen einer Zuglast eingerichtet ist, die die Rolle und Laufringe in Eingriff drängt, um Zug zwischen denselben bereitzustellen und somit die Übertragung von Antrieb zu ermöglichen, und mindestens einen hydraulischen Rollenaktuator (32) aufweist, der zum Anlegen einer Reaktionskraft an die Rolle eingerichtet ist, wobei die Steueranordnung Hydraulik (30, 50, 52) zum Anlegen von Flüssigkeit auf einem anpassbaren Reaktionsdruck an den Rollenaktuator aufweist, um die Reaktionskraft zu steuern und zum Anlegen von Flüssigkeit an den Zuglastaktuator bei einem Zugdruck, der in Bezug zu dem Reaktionsdruck steht, wodurch ein Verhältnis zwischen Reaktionskraft und Zuglast aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranordnung weiter mindestens zwei Arbeitskammern (C1, C2, C3, C4, CH1, CH2, CH3) aufweist, von denen mindestens eine selektiv an den Reaktionsdruck oder den Zugdruck angeschlossen und davon getrennt werden kann, und wobei mindestens einer derselben der Reaktionsdruck zu einer jeglichen gegebenen Zeit während Betrieb geliefert wird, wobei die Zugkraft von Druck in beiden der Arbeitskammern abhängt, so dass durch Anschließen/Trennen einer oder beider Arbeitskammern an den/von dem relevanten Druck das Verhältnis zwischen Reaktionskraft und Zugkraft geändert wird.
Hydrauliksteueranordnung nach Anspruch 1, bei der Reaktionsdruck konstant einer der Arbeitskammern in der Hydraulik zugeführt wird, durch die Zugkraft gesteuert wird.
Hydraulikanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der mindestens zwei der Arbeitskammern selektiv an den Reaktionsdruck oder den Zugdruck angeschlossen oder davon getrennt werden können, so dass durch Auswahl verschiedener Permutationen der Kammern mehrere verschiedene Verhältnisse zwischen Reaktionskraft und Zugkraft erhalten werden können.
Hydraulikanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, die weiter ein Zugdrucksteuerventil (62) aufweist, das die vorgenannten Arbeitskammern aufweist.
Hydraulikanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die weiter ein Zugdrucksteuerventil aufweist, dessen Ausgabe den Zugdruck bildet und als Reaktion auf entgegen gesetzte Vorsteuerdrucksignale gesteuert wird, die durch (i) den Reaktionsdruck und (ii) den Zugdruck gebildet werden.
Hydraulikanordnung nach Anspruch 5, bei der die vorgenannten Kammern Kammern (C1, C2, C3, C4) des Zugdrucksteuerventils darstellen, wobei Druck in den Kammern als Vorsteuerdrucke wirkt, die die Ventilausgabe beeinflussen.
Hydraulikanordnung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei der das Zugdrucksteuerventil mindestens drei Arbeitskammern aufweist, wobei Drucke in jedem derselben als Vorsteuersignale dienen, die die Ventilausgabe beeinflussen: – eine erste Arbeitskammer (C1), die konstant an Reaktionsdruck angeschlossen ist; – eine zweite Arbeitskammer (C3), die konstant an den Zugdruck angeschlossen ist, wobei Drucke in der ersten und zweiten Kammer entgegengesetzt wirken, und – eine dritte Arbeitskammer (C2, C4), die selektiv an den Reaktionsdruck oder den Zugdruck angeschlossen oder davon getrennt werden kann.
Hydraulikanordnung nach Anspruch 7, die weiter eine vierte Arbeitskammer (C2, C4) aufweist, welche selektiv an den Reaktionsdruck oder den Zugdruck angeschlossen und davon getrennt werden kann.
Hydraulikanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die vorgenannten Arbeitskammern (CH1, CH2, CH3) innerhalb des Zuglastaktuators ausgebildet sind, wobei Druck in den Arbeitskammern zur Zuglast beiträgt.
Hydraulikanordnung nach Anspruch 9, bei der eine der Kammern konstant an den Reaktionsdruck angeschlossen ist und die andere selektiv an den Reaktionsdruck angeschlossen und davon getrennt werden kann.
Hydraulikanordnung nach Anspruch 10, die eine weitere Arbeitskammer aufweist, welche selektiv an den Reaktionsdruck angeschlossen werden kann.
Hydraulikanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 9 oder 10, bei der der Reaktionsdruck und der Zugdruck der gleiche sind.