BESCHREIBUNG:
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Eine stufenlos veränderbare Getriebeanlage verwendet zwei
verstellbare Riemenscheiben in Form einer primären
Riemenscheibe und einer sekundären Riemenscheibe. Jede
Riemenscheibe besitzt mindestens ein Scheibenteil, das axial
festliegt und ein anderes Scheibenteil, das relativ zu dem
ersten axial beweglich ist. Ein flexibler Riemen aus Metall
oder elastomerem Material verbindet die Riemenscheiben. Die
Innenflächen der Scheibenteile der Riemenscheibe sind
abgeschrägt bzw. angefast, so daß das axial verstellbare
Riementeil sich relativ zu dem feststehenden Riementeil
bewegt, wobei der Abstand zwischen den Scheibenteilen und
somit der wirksame Riemenscheibendurchmesser verstellt werden
kann. Die primäre Riemenscheibe wird von einem Motor
angetrieben, und der Ausgang der sekundären Riemenscheibe
treibt den Getriebezug des Fahrzeugs an. Der Getriebezug
ist typischerweise mit der sekundären Riemenscheibe durch
eine Kupplung verbunden. Die US-A-4,433,594 mit dem Titel
"Variable Pulley Transmission" gibt weitere Informationen
bezüglich CVTs.
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Das verstellbare Scheibenteil jeder Riemenscheibe umfaßt
eine Strömungsmittelkammer zur Aufnahme eines
Strömungsmittels, um das Scheibenteil zu bewegen und dadurch den
wirksamen Riemenscheibendurchmesser zu ändern. Durch eine
Vermehrung des Strömungsmittels in der Kammer wird der
wirksame Durchmesser der Riemenscheibe vergrößert. Wenn
Strömungsmittel aus der Kammer abgelassen wird, verringert sich
der Durchmesser der Riemenscheibe. Allgemein gesagt, bewegt
sich der wirksame Durchmesser der primären Riemenscheibe in
einer Richtung, wenn sich der wirksame Durchmesser der
sekundären Riemenscheibe in der anderen Richtung bewegt.
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Die Bewegung des Scheibenteils des Servomotors der primären
Riemenscheibe reguliert das Übersetzungsverhältnis des CVT.
Der hydraulische Druck des Scheibenteils des Servomotors
der sekundären Riemenscheibe ändert die Spannkraft, die auf
den Riemen ausgeübt wird, der die primäre und sekundäre
Riemenscheibe verbindet. Es ist wichtig, die Spannkraft,
die auf den die beiden Riemenscheiben verbindenden Riemen
ausgeübt wird, zu steuern, um Schäden zu vermeiden, die aus
einem Durchrutschen des Riemens resultieren können. Ein
Durchrutschen erfolgt, wenn die Spannkraft nicht ausreicht,
um das von dem Motor gelieferte Drehmoment über das
stufenlos veränderbare Getriebe zu übertragen. Dieses
Durchrutschen ist der Vorgang, init dem sich diese Erfindung in
erster Linie befaßt.
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Eine Drehmomentspitze kann jedesmal auftreten, wenn die
Antriebsräder des Fahrzeugs rutschen und dann wieder greifen.
Wenn die Antriebsräder rutschen, setzt die Ausgangswelle
des Getriebes ihre Drehbewegung in der Richtung fort, in
der sie von dem Motor angetrieben wird. Wenn jedoch die
Antriebsräder aufhören zu rutschen und wieder greifen, wird
der Drehbewegung der Antriebswelle ein Widerstand
entgegengesetzt, und das CVT erfährt plötzlich eine
Drehmomentspitze. Diese plötzliche Drehmomentspitze überlastet den
Riemen, der die primäre und sekundäre Riemenscheibe verbindet,
und bewirkt ein Rutschen des Riemens. Dieser Rutschvorgang
erfolgt aufgrund der Tatsache, daß die Riemenspannkraft nur
marginal über der liegt, die erforderlich ist, um ein
Durchrutschen bei normalen Antriebsbedingungen zu
verhindern.
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Es gibt mehrere Situationen, in denen eine Drehmomentspitze
ein Durchrutschen des Riemens hervorrufen kann. Eine
derartige Situation ist gegeben, wenn ein Fahrzeug auf einem
eisigen Stück einer Straße rutscht. Wenn der Wagen rutscht,
drehen sich die Räder frei. Wenn der Rutschvorgang
korrigiert wird, greifen die Räder auf der Straßenoberfläche,
und es wird ein kurzzeitiges Reaktionsmoment spürbar. Eine
ähnliche Folge von Vorgängen ergibt sich, wenn sich die
Antriebsräder eines Fahrzeugs kurzfristig von dem Boden
lösen, beispielsweise wenn er über ein Schlagloch fährt. Der
Riemen und die Riemenscheiben eines CVT können ernsthaften
Schaden nehmen, wenn keine Vorsichtsmaßnahmen getroffen
werden und das kurzzeitige Reaktionsmoment ein Rutschen des
Riemens des Riemen-Scheiben-Systems bewirkt.
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Ein Versuch, durch eine Drehmomentspitze hervorgerufene
Schäden zu verhindern, findet sich in der oben erwähnten
US-A-4,433,594. Bei dieser Anlage ist eine
Startrutschkupplung stromab des Riemen-Scheiben-Systems angeordnet. Die
Startkupplung ist so ausgebildet, daß sie rutscht, wenn das
von der Kupplung erfahrene Drehmoment oberhalb eines
kritischen Wertes liegt. Die Verwendung einer Rutschkupplung mit
einer veränderlichen Kupplungsleistung erfordert ein
Steuersystem, um sicherzustellen, daß das Drehmoment, bei dem
die Kupplung rutscht, zu allen Zeiten mit den
Systemerfordernissen kompatibel ist.
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Eine weitere Lösung für das oben geschilderte Problem
findet sich in der US-A-H 398 (Lemieux et al.); diese
offenbart eine stufenlos veränderliche Getriebeanlage zur
Übertragung eines Drehmomentes von einem Drehmomenteneingang zu
einem Drehmomentenausgang, mit einer Eingangswelle, die mit
dem Drehmomenteneingang verbunden ist, wobei der
Drehmomenteneingang in der Lage ist, ein Drehmoment bis zu einem
ersten Grenzwert zu übertragen; einem stufenlos
veränderbaren Antrieb mit einer veränderlichen
Eingangs-Riemenscheibe, die entlang der Eingangswelle angeordnet ist, einer
veränderlichen Ausgangs-Riemenscheibe und einem Riemen, der
die Eingangs-Riemenscheibe und die Ausgangs-Riemenscheibe
verbindet, wobei der Riemen in der Lage ist, ein Drehmoment
bis zu einem zweiten Grenzwert zu übertragen, wobei der
zweite Grenzwert größer als der erste Grenzwert ist; einer
Startrutschkupplung zum wahlweisen Verbinden der
Eingangswelle
und der Eingangs-Riemenscheibe; und einer nicht
dynamischen Kupplungsanlage zum wahlweisen Verbinden der
Ausgangs-Riemenscheibe mit einer Ausgangswelle, wobei die
Ausgangswelle mit dem Drehmomentenausgang verbunden ist.
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Insbesondere dienen in Lemieux et al. eine geteilte
Drehmomenten-Getriebeeinheit und eine hydrokinetische Einheit
als Sicherungen, die eine Übertragung einer
Drehmomentspitze auf das Riemen-Scheiben-System verhindern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wie beansprucht, die
oben erwähnte, allgemein offenbarte stufenlos veränderliche
Getriebeanlage dadurch gekennzeichnet, daß das nicht
dynamische Kupplungssystem eine erste nicht dynamische Kupplung
und eine zweite nicht dynamische Kupplung aufweist, die
eine erste bzw. zweite vorgegebene Drehmomentenkapazität
haben, wobei die erste und zweite vorgegebene
Drehmomentenkapazität jeweils zwischen dem ersten Grenzwert und dem
zweiten Grenzwert liegt, wobei die erste nicht dynamische
Kupplung auf einer ersten Zwischenwelle und die zweite
nicht dynamische Kupplung auf einer zweiten Zwischenwelle
angeordnet ist.
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Die nicht dynamische Kupplungsanlage wirkt somit in der
Weise, daß sie für einen Schutz gegen Drehmomentspitzen in
der stufenlos veränderbaren Getriebeanlage der vorliegenden
Erfindung sorgt und eine kompakte Anordnung unter
ökonomischer Ausnutzung des Raums schafft.
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Vorzugsweise werden die erste und zweite nicht dynamische
Kupplung dazu verwendet, den Vorwärts-Rückwärts-Mechanismus
der stufenlos veränderbaren Getriebeanlage zu bilden.
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Damit die vorliegende Erfindung verständlicher wird, wird
nun ein Ausführungsbeispiel derselben beschrieben, und zwar
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer stufenlos
veränderbaren Getriebeanlage gemäß der Erfindung, und
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Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der in Fig. 1
gezeigten stufenlos veränderbaren Getriebeanlage.
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Eine kompakte Anordnung für ein stufenlos veränderbaren
Getriebe (CVT), das allgemein mit 10 bezeichnet wird, ist
in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Wie erwähnt, ist Fig. 2
eine schematische Darstellung, die die allgemeinen Merkmale
des Getriebesystems der Fig. 1 veranschaulicht. Während
Fig. 1 eine detailliertere Darstellung der Getriebeanlage
gibt, kann die Betriebsweise der Anlage unter Bezugnahme
auf die oben erwähnte US-A-4,433,594 besser verstanden
werden. Eine Startrutschkupplung 12 ist stromauf eines Riemen-
Scheiben-Systems, das allgemein bei 14 dargestellt ist,
angeordnet, und nicht dynamische Vorwärts- und
Rückwärtskupplungen 16, 18 sind stromab des Riemen-Scheiben-Systems 14
angeordnet. Das Riemen-Scheiben-System 14, das weiter unten
ausführlicher beschrieben wird, enthält eine erste und eine
zweite veränderliche Riemenscheibe sowie einen endlosen
Riemen, der die Riemenscheiben verbindet. Die nicht
dynamischen Kupplungen 16, 18 haben vorgegebene
Kupplungskapazitäten, so dar sie als Sicherungen wirken können, um die
Übertragung einer Drehmomentspitze auf das Riemen-Scheiben-
System 14 zu verhindern.
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Das stufenlos veränderbare Getriebe enthält zwei
Eingangswellen 20, 21 für den Eingang des Drehmoments vom Motor zu
dem Getriebe sowie Ausgangswellen 22, 23 für den Ausgang
des Drehmoments von dem Getriebe zu den Antriebsrädern des
Fahrzeugs. Eine erste veranderliche Riemenscheibe 24 mit
einem ersten beweglichen Scheibenteil 26 und einem ersten
festliegenden Scheibenteil 27 ist auf der Welle 21
angeordnet. Eine zweite veränderliche Riemenscheibe 28 mit
einem zweiten beweglichen Scheibenteil 30 und einem zweiten
festliegenden Scheibenteil 31 ist auf einer ersten
Zwischenwelle
32 angeordnet. Die erste und zweite
Riemenscheibe 24 und 28 sind durch einen endlosen Riemen 33 verbunden.
Der flexible Riemen kann als metallische oder elastomere
Konstruktion ausgebildet sein, wie dies in der Technik
bekannt ist. Eine erste Servokamrner 34, 35 wird mit
Strömungsmittel beaufschlagt, um eine Bewegung des ersten
beweglichen Scheibenteils 26 zu erzwingen, und eine zweite
Servokammer 36 wird mit Strömungsmittel beaufschlagt, um
eine Bewegung des zweiten beweglichen Scheibenteils 30 zu
erzwingen.
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Die Startkupplung 12 ist auf der Eingangswelle 20
angeordnet. Die Startkupplung wirkt in der Weise, daß sie das
Drehmoment von der Welle 20 auf die Welle 21 überträgt. Die
Startkupplung 12 ist eine Rutschkupplung, die
strömungsmittelbetätigt ist. Der Druck des Strömungsmittels, mit dem
die Startkupplung 12 beaufschlagt wird, steuert den Betrag,
um den die Startkupplung 12 rutscht. Ein gesteuertes
minimales Kupplungsrutschen im Betrieb kann dazu verwendet
werden, die Übertragung von Torsionsschwingungen von dem Motor
(nicht gezeigt) auf das Riemenscheibensystem des CVT zu
verringern. Die Startkupplung kann auch eine
Drehmomentwandler oder ein anderes Strömungskupplungsmittel (nicht
gezeigt) sein.
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Der Betrieb des stufenlos veränderbaren Getriebes 10 wird
durch den Druck des Strömungsmittels gesteuert, das der
ersten und zweiten Servokarniner 34, 35, 36 zugeführt wird.
Der Druck in den ersten Servokammern 34, 35 bewegt das
erste bewegliche Scheibenteil 26 in der Weise, daß das
Verhältnis zwischen der Welle 21 und der ersten Zwischenwelle
32 reguliert wird. Der der zweiten Servokaininer 36
zugeführte Druck bewegt das zweite bewegliche Scheibenteil 30 in
der Weise, daß die auf den Riemen 33 ausgeübte Spannkraft
reguliert wird, um ein Rutschen des Riemens zu verhindern.
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Stromab des Riemen-Scheiben-Systems 14 ist die nicht
dynamische Vorwärtskupplung 16 auf der ersten Zwischenwelle 32
angeordnet, und die nicht dynamische Rückwärtskupplung 18
ist auf einer zweiten Zwischenwelle 44 angeordnet. Die
Vorwärtskupplung und die Rückwärtskupplung sind nicht
dynamisch und arbeiten daher in einem von zwei Zuständen, und
zwar in einem ersten, verriegelten Zustand oder einem
zweiten, entriegelten Zustand. Die Vorwärts- und
Rückwärtskupplungen werden zwischen dem ersten und zweiten Zustand
in Abhängigkeit von der Stellung eines Getriebehebels
(nicht gezeigt) hydraulisch betätigt. Das Einrücken der
Vorwärtskupplung 16 bewirkt über eine Reihe von
Getriebeteilen eine Drehung der Getriebe-Ausgangswellen 22, 23 in
einer ersten Richtung für eine Vorwärtsbewegung des
Fahrzeugs. Das Einrücken der Rückwärtskupplung 18 bewirkt über
eine Reihe von Getriebeteilen eine Drehung der Getriebe-
Ausgangswellen 22, 23 in einer zweiten Richtung
entgegengesetzt der ersten Richtung für eine Rückwärtsbewegung des
Fahrzeugs. Die Vorwärts- und Rückwärtskupplungen 16, 18
sind nicht gleichzeitig eingerückt, da dies in einer
Verriegelung des Systems resultiert, was eine Drehung der
Ausgangswellen 22, 23 in beiden Richtungen verhindert. Beide
Kupplungen sind gelöst, wenn sich das Getriebe in dem
Neutral- bzw. Parkzustand befindet.
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Ein Vorwärtsgetriebesystem 46 ist mit der bewegbaren
Kupplungsplatte 38 der Vorwärtskupplung 16 drehfest verbunden.
Das System 46 wird von dem CVT angetrieben, wenn die
Vorwärtskupplung 16 eingerückt ist, um die erste Zwischenwelle
32 mit der zweiten Zwischenwelle 44 zu kuppeln. Wenn die
Vorwärtskupplung 16 gelöst ist, wird kein Drehmoment auf
die zweite Zwischenwelle 44 übertragen. Das Vorwärtsge
triebesystem 46 enthält ein Antriebszahnrad 40, das mit der
Kupplungsplatte 38 verbunden ist, und ein getriebenes
Zahnrad 42, das mit der zweiten Zwischenwelle 44 drehbar ist.
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Die zweite Zwischenwelle 44 ist mit den Ausgangswellen 22,
23 des Getriebes durch ein Getriebesystem 47 (das in den
Ansprüchen als drittes Verbindungsmittel bezeichnet wird)
verbunden, welche ein treibendes Zahnrad (erstes
Getriebeteil 48) und ein getriebenes Zahnrad (zweites Getriebeteil
50) umfaßt. Mit dem Ausgangsgetriebesystem 47 wie
dargestellt drehen sich die Ausgangswellen 22, 23 des Getriebes
in der gleichen Richtung wie die erste Zwischenwelle 32, um
das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung anzutreiben, wenn die
Vorwärtskupplung 16 eingerückt ist. Das Getriebesystem könnte
jedoch in anderer Anordnung vorgesehen werden und eine
Drehung der Ausgangswellen 22, 23 in der entgegengesetzten
Richtung der zweiten Zwischenwelle 44 bewirken,
vorausgesetzt natürlich, daß die Ausgangswellen 22, 23 in
Vorwärtsrichtung für eine Vorwärtsbewegung und in Rückwärtsrichtung
für eine Rückwärtsbewegung umlaufen.
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Ein Rückwärtsgetriebesystem 52 verbindet die zweite
Zwischenwelle 44 mit der beweglichen Kupplungsplatte 60 der
Rückwärtskupplung 18. Wenn die Rückwärtskupplung 18
eingerückt ist, treibt das Rückwärtsgetriebesystem 52 die zweite
Zwischenwelle 44 an. Das Rückwärtsgetriebesystem 52 umfaßt
ein Antriebszahnrad 54, ein leerlaufendes Zahnrad 56 und
ein getriebenes Zahnrad 58, so daß die zweite Zwischenwelle
44 bei eingerückter Rückwärtskupplung 18 in der
entgegegensetzten Richtung zu der umläuft, in der sie umläuft, wenn
die Vorwärtskupplung 16 eingerückt ist. Das treibende
Zahnrad 54 ist auf der ersten Zwischenwelle 32 angeordnet und
dreht sich immer mit der ersten Zwischenwelle 32. Das
leerlaufende Zahnrad ist auf einer versetzten Welle (nicht
gezeigt) angeordnet. Wenn die Rückwärtskupplung 18 gelöst
ist, drehen sich die Kupplungsplatte 60 und das getriebene
Zahnrad 58 frei auf der zweiten Zwischenwelle 44, und es
kommt zu keiner Übertragung des Drehmomentes auf die zweite
Zwischenwelle 44 durch das Rückwärtsgetriebesystem 52. Wenn
die Rückwärtskupplung 18 eingerückt und die
Vorwärtskupplung
16 gelöst ist, dreht sich die zweite Zwischenwelle 44
in der zweiten Richtung. Die zweite Zwischenwelle 44
ihrerseits treibt die Ausgangswellen 22, 23 durch das
Ausgangsgetriebesystem 47 an, um das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung
zu bewegen.
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Für die Betriebsweise dieses System ist es wichtig, daß
zusätzlich zu dem Änderungsvorgang in Abhängigkeit von der
Stellung eines Getriebehebels die nicht dynamische
Vorwärts- und Rückwärtskupplung 16, 18 rutschen, wenn das
Drehmoment die Kupplungskapazität übersteigt. Die
Kupplungskapazität der Vorwärts- und Rückwärtskupplung 16,18
ist daher in der Weise vorgegeben, daß sie größer als das
auf den Getriebezug übertragene maximale Drehmoment ist,
damit bei normalem Betrieb des Motors kein Rutschen
auftritt.
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Die Kapazitäten der Vorwärts- und Rückwärtskupplung 16, 18
müssen auf einen richtigen Wert eingestellt sein, um alle
Vorteile dieser Erfindung erreichen zu können. Die
Kupplungen wirken bei zu groben Drehmomenten als Sicherungen, und
die Kupplungskapazität darf daher nicht groß genug sein, um
die Übertragung dieser zu großen Drehmomente auf das
Riemen-Scheiben-System 14 ohne ein Rutschen der eingerückten
Kupplung, d.h. entweder der Vorwärtskupplung 16 oder der
Rückwärtskupplung 18 zu ermöglichen. Die Kupplungskapazität
der Vorwärts- und Rückwärtskupplung 16, 18 wird so
eingestellt, daß sie geringfügig größer als das von dem Motor
übertragene Drehmoment und geringfügig kleiner als das
Drehmoment ist, bei dem der Riemen des stufenlos
veränderbaren Bauteils rutscht. Beispielsweise kann der Riemen bei
einem Motor, der ein maximales Drehmoment von 135 Nm (100
ft.lbs.) überträgt, aus Sicherheitsgründen so eingestellt
werden, daß er bei Drehmomenten von ungefähr 176 Nm (130
ft.lbs.) rutscht, während die Vorwärtskupplung so
eingestellt werden kann, daß sie bei Drehmomenten von 149 Nm
(110 ft.lbs.) rutscht. Jeder Zustand, der ein Drehmoment
über 149 Nm (110 ft.lbs.) erzeugt, bewirkt, daß die
Vorwärtskupplung eher als der Riemen rutscht, so daß das
Riemen-Scheiben-System 14 nicht beschädigt wird.
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Die Kupplungskapazität der Rückwärtskupplung 18 wird
eingestellt unter Verwendung der gleichen Kriterien wie
derjenigen, die beim Einstellen der Kupplungskapazität der
Vorwärtskupplung 16 verwendet wurden, so daß die Kapazität
der Rückwärtskupplung 18 zwischen das von dem Motor zu
übertragende maximale Drehmoment und das Drehmoment, bei
dem der Riemen rutscht, fällt. Wenngleich mögliche Werte
für das Motormoment, das Riemenrutschen und die
Kupplungskapazitäten gegeben wurden, funktioniert die Vorrichtung,
wenn die Kupplungskapazitäten der Vorwärts- und
Rückwärtskupplung Werte haben, die innerhalb der Grenzen liegen, die
durch das maximale Motormoment und das Drehmoment, bei dem
der Riemen rutscht, definiert sind.
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Dadurch, daß der Vorwärts-Rückwärts-Mechanismus des
stufenlos veränderlichen Getriebes stromab des Riemen-Scheiben-
Systems und die Startkupplung stromauf angeordnet sind,
wird eine kompakte Anordnung für das Getriebe erzielt. Die
Verwendung von zwei nicht dynamischen Kupplungen, die als
Sicherungen wirken, sorgt für einen Schutz des Riemen-
Scheiben-Systems gegen zu grobe Drehmomente ohne das
Erfordernis eines komplizierten Steuersystems und ohne das
Erfordernis eines hohen Druckes in dem hydraulischen System.
Dies erlaubt es, daß die vorliegende Steueranlage die
Getriebeanlage in wirksamer Weise betreibt.
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Die beschriebene und dargestellte Anordnung schafft ein
kompaktes und hocheffizientes stufenlos veränderbares
Getriebe. Die nicht dynamischen Kupplungen verhindern eine
Schädigung des Riemenscheibensystems, ohne daß die Art und
Weise, in der die Steueranlage den hydraulischen Kreis zur
Steuerung des Betriebs des CVT betreibt, unterbrochen wird.