WO2012155875A1 - Stufenloses getriebe - Google Patents

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WO2012155875A1
WO2012155875A1 PCT/DE2012/000417 DE2012000417W WO2012155875A1 WO 2012155875 A1 WO2012155875 A1 WO 2012155875A1 DE 2012000417 W DE2012000417 W DE 2012000417W WO 2012155875 A1 WO2012155875 A1 WO 2012155875A1
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torque sensor
torque
variator
continuously variable
variable transmission
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PCT/DE2012/000417
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Maximilian Podschwadt
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16H61/66—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings
    • F16H61/662—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings with endless flexible members
    • F16H61/66272—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings with endless flexible members characterised by means for controlling the torque transmitting capability of the gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H61/6649—Friction gearings characterised by the means for controlling the torque transmitting capability of the gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0833—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
    • F16H37/084—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT
    • F16H37/0846—CVT using endless flexible members

Definitions

  • the invention relates to a continuously variable transmission with a variator and a torque sensor which is hydraulically connected to the variator for contact pressure adjustment.
  • the invention further relates to a method for operating such a continuously variable transmission.
  • the object of the invention is to provide a continuously variable transmission according to the preamble of claim 1, which is simple in construction and inexpensive to produce.
  • the task is solved in a continuously variable transmission with a variator and a torque sensor which is hydraulically connected to the pressure for adjusting the variator, characterized in that the variator is coupled on the drive side and output side mechanically to the torque sensor to allow a translation-dependent contact pressure setting.
  • the continuously variable transmission is also referred to as CVT transmission.
  • the letters CVT stand for Continuously Variable Transmission. This is preferably a wedge disk belt transmission with two pairs of conical pulleys looped by a belt.
  • the cone pulley pairs each comprise two conical disks, one of which is axially displaceable in dependence on the pressure in an associated pressure chamber. Due to the mechanical coupling between the variator and the torque sensor, the use of a simple, in particular single-stage, moment sensor is made possible, which is not suitable per se to depict the translation dependence of the contact pressure.
  • a preferred embodiment of the continuously variable transmission is characterized in that the variator is coupled on the drive side and the output side via an additional transmission with the torque sensor.
  • the speed and / or the direction of rotation on the drive side and / or the output side of the variator can be transmitted or converted via the transmission.
  • the continuously variable transmission is characterized in that the additional transmission is designed as a planetary gear.
  • the planetary gear preferably comprises a sun gear, a ring gear and a plurality of planet wheels, which are rotatably mounted on a planet carrier.
  • the torque sensor is designed as a pump torque sensor.
  • the torque sensor is preferably arranged in the torque flow of the conical-pulley belt transmission and supplies a torque-dependent contact pressure.
  • a pump torque sensor for example, a hydraulic pump is called, which works as a torque sensor.
  • a further preferred embodiment of the continuously variable transmission is characterized in that the variator is coupled on the drive side and the output side mechanically with a common torque sensor shaft.
  • the common moment sensor shaft can be mechanically coupled to the drive side and the output side of the variator via a momentum summation point.
  • the above-mentioned object is alternatively or additionally achieved in that a translation-dependent contact pressure adjustment is shifted away from the torque sensor to a transmission structure that the torque sensor translation-dependent torque for the contact pressure adjustment supplies.
  • a preferred embodiment of the method is characterized in that the moment sensor is provided via the mechanical coupling of the variator with the torque sensor, a moment which depends on the ratio of the continuously variable transmission.
  • the adjusting variable is thereby only the variator ratio, which thus simultaneously represents cause and effect for the change of the contact pressure.
  • the contact pressure as a function of the applied torque is not influenced by the transmission structure.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that on the drive side via the mechanical coupling of the variator with the torque sensor and on the output side a partial torque is tapped. This is preferably achieved by two planetary gear sets or planetary gear sets, which on the input and output side only pick up a partial torque from the variator.
  • a further preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the partial torques tapped on the drive side and the driven side are transmitted to a torque sensor shaft of the torque sensor.
  • the torque sensor shaft depending on the type of torque sensor, preferably only a slight rotation or a small speed.
  • the main power flow flows through the variator, which is accompanied by an unchanged spread of the entire transmission.
  • the torques permissible at the torque sensor and the avoidance of a reactive power flow should preferably be taken into account.
  • Figure 1 is a simplified representation of a drive train of a motor vehicle with a continuously variable transmission according to the invention
  • Figure 2 is a simplified representation of an executed as a planetary gear additional transmission in half-cross section
  • Figure 3 shows the additional transmission of Figure 2 in half-longitudinal section
  • FIG. 4 shows a simplified representation of the moments acting on free-cut waves from FIG. 1 or occurring.
  • FIGS. 1 and 4 a drive train 1 of a motor vehicle is shown simplified in different views.
  • the drive train 1 comprises a drive 4, a continuously variable transmission 5 and an output 6.
  • the drive 4 comprises an internal combustion engine 10.
  • the output 6 is a driven axle of the motor vehicle with driven wheels 8, 9.
  • a clutch 12 is between the internal combustion engine 10 and the continuously variable transmission 5 are switched.
  • the continuously variable transmission 5 is designed as a CVT transmission with a variator 15.
  • the variator 15 comprises two conical disk pairs 16, 17, which are connected to each other for transmitting torque via a looping means 18 designed as a chain.
  • the variator 15 makes it possible to adjust the ratio of the CVT 5 continuously.
  • the contact pressure between the conical disks of the cone pulley pairs 16, 17 and the belt means 18 is adjusted with a torque sensor 20.
  • the torque sensor 20 via hydraulic lines 21, 22 is hydraulically connected to the conical disk pairs 16, 17.
  • torque sensors can be used. There are one-stage and two-stage moment sensors. There are also fully variable torque sensors or torque sensors with more than two stages. With the individual steps or a curve with a fully variable moment sensor, an attempt is made to map the translation dependence of the contact pressure. This is not possible with a single-stage torque sensor.
  • the transmission structure according to the invention makes it possible to use the simplest possible and thus convenient moment sensor, with which the Anpress briefly can nevertheless be mapped as accurately as possible. This is achieved by the displacement of the translation-dependent contact pressure setting away from the torque sensor.
  • a transmission structure is used which supplies the torque sensor with a transmission-dependent torque for adjusting the contact pressure.
  • the torque sensor shaft 30 of the torque sensor 20 performs during operation of the transmission 5 only a slight rotation or a small speed. The largest part of the power flow goes through the variator 15. The spread of the transmission 5 remains unchanged. This provides the advantage that a single-stage torque sensor can be used.
  • the torque sensor can be designed in particular as a so-called pump torque sensor.
  • the pump torque sensor can be represented by a hydraulic pump which is arranged in the moment flux of the CVT transmission 5.
  • the transmission structure according to the invention comprises two additional gears 31, 32 for tapping the partial torques.
  • the additional gear 31 is arranged on the drive side of the variator 5 between the clutch 12 and the pair of conical disks 16.
  • the additional gear 32 is disposed on the output side of the variator 5 between the cone pulley pair 15 and the output 6.
  • the torque sensor 20 is supplied with a torque signal that includes both the information about the engine drive torque and the Variatordian.
  • the two additional gear 31, 32 are designed as a planetary gear with a sun gear 41, a ring gear 42 and planetary gears 44.
  • the planet gears 44 are in engagement with the sun gear 41 and the ring gear 42.
  • the planet gears 44 are rotatably mounted on a planetary carrier 45.
  • a planetary gear as indicated in FIGS. 2 and 3, is characterized by its steady state ratio i 0 , which is given in the following equation:
  • n s the rotational speed of the sun gear 41 is designated.
  • n T the rotational speed of the planet carrier 45 is designated.
  • n H the rotational speed of the ring gear 42 is designated.
  • the stand translation results from the geometry of the gears.
  • the third speed can always be determined from two known speeds. For the moments on the shafts of the planetary gear, the following equations apply.
  • T s denotes the moment on the sun gear 41.
  • T T denotes the moment on planet carrier 45.
  • T H the torque is referred to the ring gear 42.
  • the connected to the torque sensor 20 port is considered to be standing.
  • the speed of the torque sensor shaft 30 is at least much smaller than the drive speed. This is the case because the applied torque is supported by the moment sensor. A movement on the moment sensor 20 leads to an increase of the support torque and thus counteracts the movement. No power is thus converted to the shafts 24, 25 leading to the torque sensor 20, which results in that the drive power is merely converted by the planetary gear sets 31, 32.
  • the torque sensor 20 acts as a moment support for the planetary gear shafts 24, 25, which are brought together at the momentum summation point 28 on the common torque sensor shaft 30.
  • the oil outlet of the torque sensor 20 is connected via the hydraulic lines 21, 22 directly to the respective pressure chamber on the pulley set.
  • the pressure chamber as a closed space in which no leakage occurs, as long as no adjustment takes place, no oil volume must be conveyed in or out. It is only necessary to apply pressure. Including leaks, compressibility of the oil and adjustment, results for the moment sensor 20, the required movement to maintain the contact pressure. The movement is caused by the torque imbalance on the moment sensor 20.
  • the speed of the planetary connections in the direction of torque sensor 20 is predetermined by the momentary sensor movement. As soon as there is a speed at these shafts, they also transmit a corresponding power.
  • the transmission structure according to the invention allows a self-adjusting Anpresssystem for the CVT transmission 5 with a single-stage torque sensor 20.
  • the contact pressure is torque and translation dependent, and it is necessary for the low-loss operation of the variator 15.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe mit einem Variator und einem Momentenfühler, der zur Anpressdruckeinstellung hydraulisch mit dem Variator verbunden ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Variator antriebsseitig und abtriebsseitig mechanisch mit dem Momentenfühler gekoppelt ist, um eine übersetzungsabhängige Anpressdruckeinstellung zu ermöglichen.

Description

Stufenloses Getriebe
Die Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe mit einem Variator und einem Momentenfühler, der zur Anpressdruckeinstellung hydraulisch mit dem Variator verbunden ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen stufenlosen Getriebes.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein stufenloses Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe ist bei einem stufenlosen Getriebe mit einem Variator und einem Momentenfühler, der zur Anpressdruckeinstellung hydraulisch mit dem Variator verbunden ist, dadurch gelöst, dass der Variator antriebsseitig und abtriebsseitig mechanisch mit dem Momentenfühler gekoppelt ist, um eine übersetzungsabhängige Anpressdruckeinstellung zu ermöglichen. Das stufenlose Getriebe wird auch als CVT-Getriebe bezeichnet. Dabei stehen die Buchstaben CVT für Continuously Variable Transmission. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein Ke- gelscheiben-Umschlingungsgetriebe mit zwei von einem Umschlingungsmittel umschlungenen Kegelscheibenpaaren. Die Kegelscheibenpaare umfassen jeweils zwei Kegelscheiben, von denen eine in Abhängigkeit von dem Druck in einer zugehörigen Anpresskammer axial verlagerbar ist. Durch die mechanische Kopplung zwischen dem Variator und dem Momentenfühler wird die Verwendung eines einfachen, insbesondere einstufigen, Momentenfühlers ermöglicht, der an sich nicht geeignet ist, die Übersetzungsabhängigkeit des Anpressdrucks abzubilden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des stufenlosen Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Variator antriebsseitig und abtriebsseitig über jeweils ein zusätzliches Getriebe mit dem Momentenfühler gekoppelt ist. Über das Getriebe können die Drehzahl und/oder die Drehrichtung auf der Antriebsseite und/oder der Abtriebsseite des Variators übertragen oder gewandelt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des stufenlosen Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Getriebe als Planetengetriebe ausgeführt ist. Das Planetengetriebe umfasst vorzugsweise ein Sonnenrad, ein Hohlrad und mehrere Planetenräder, die an einem Planetenträger drehbar gelagert sind.
|Bestätigungskopie| Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des stufenlosen Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Momentenfühler als Pumpmomentenfühler ausgeführt ist. Der Momentenfühler ist vorzugsweise im Momentenfluss des Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes angeordnet und liefert einen momentenabhängigen Anpressdruck. Als Pumpmomentenfühler wird zum Beispiel eine Hydraulikpumpe bezeichnet, die als Momentenfühler arbeitet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des stufenlosen Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Variator antriebsseitig und abtriebsseitig mechanisch mit einer gemeinsamen Momentenfühlerwelle gekoppelt ist. Die gemeinsame Momentenfühlerwelle kann über eine Momentensummationsstelle mechanisch mit der Antriebsseite und der Abtriebsseite des Variators gekoppelt sein.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines stufenlosen Getriebes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , insbesondere eines vorab beschriebenen stufenlosen Getriebes, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass eine übersetzungsabhängige Anpressdruckeinstellung vom Momentenfühler weg zu einer Getriebestruktur verlagert wird, die dem Momentenfühler ein übersetzungsabhängiges Moment für die Anpressdruckeinstellung liefert. Das hat den Vorteil, dass, auch wenn der Momentenfühler relativ einfach gestaltet ist, dennoch eine möglichst genaue Abbildung des Anpressgesetzes erreicht werden kann. Durch eine gezielte Auswahl der verwendeten Verzweigungen und Übersetzungen kann eine nahezu beliebige konstruktive Auslegung des Momentenfühlers erreicht werden. Im Gegensatz zu einem zweistufigen Momentenfühler kann eine deutlich bessere Übereinstimmung mit dem Anpressbedarf erzielt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Momentenfühler über die mechanische Kopplung des Variators mit dem Momentenfühler ein Moment bereitgestellt wird, das von der Übersetzung des stufenlosen Getriebes abhängt. Dadurch wird eine gezielte Annäherung an das Anpressgesetz erreicht, ohne dass dafür eine Verstellung eines Anpresselements benötigt wird. Die einstellende Größe ist dabei allein die Variatorübersetzung, die somit gleichzeitig Ursache und Wirkung für die Veränderung der Anpressung darstellt. Die Anpressung in Abhängigkeit des anliegenden Moments wird durch die Getriebestruktur nicht beeinflusst.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass über die mechanische Kopplung des Variators mit dem Momentenfühler antriebsseitig und abtriebsseitig ein Teilmoment abgegriffen wird. Das wird vorzugsweise durch zwei Planetengetriebe beziehungsweise Planetensätze erreicht, die an- und abtriebsseitig nur ein Teilmoment vom Variator abgreifen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsseitig und abtriebsseitig abgegriffenen Teilmomente auf eine Momentenfühlerwelle des Momentenfühlers übertragen werden. Die Momentenfühlerwelle führt, je nach Art des Momentenfühlers, vorzugsweise nur eine geringfügige Verdrehung beziehungsweise eine kleine Drehzahl aus. Der hauptsächliche Leistungsfluss fließt über den Variator, damit einhergeht eine unveränderte Spreizung des gesamten Getriebes. Als Randbedingung für die Wahl der Planetenübersetzungen sind vorzugsweise die am Momentenfühler zulässigen Momente und die Vermeidung eines Blindleistungsflusses zu beachten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen stufenlosen Getriebe;
Figur 2 eine vereinfachte Darstellung eines als Planetengetriebe ausgeführten zusätzlichen Getriebes im Halb-Querschnitt;
Figur 3 das zusätzliche Getriebe aus Figur 2 im Halb-Längsschnitt und
Figur 4 eine vereinfachte Darstellung der an frei geschnittenen Wellen aus Figur 1 angreifenden beziehungsweise auftretenden Momente.
In den Figuren 1 und 4 ist ein Antriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs vereinfacht in verschiedenen Ansichten dargestellt. Der Antriebsstrang 1 umfasst einen Antrieb 4, ein stufenloses Getriebe 5 und einen Abtrieb 6. Der Antrieb 4 umfasst eine Brennkraftmaschine 10. Bei dem Abtrieb 6 handelt es sich um eine angetriebene Achse des Kraftfahrzeugs mit angetriebenen Rädern 8, 9. Eine Kupplung 12 ist zwischen die Brennkraftmaschine 10 und das stufenlose Getriebe 5 geschaltet. Das stufenlose Getriebe 5 ist als CVT-Getriebe mit einem Variator 15 ausgeführt. Der Variator 15 umfasst zwei Kegelscheibenpaare 16, 17, die zur Drehmomentübertragung über ein als Kette ausgeführtes Umschlingungsmittel 18 miteinander verbunden sind. Der Variator 15 ermöglicht es, die Übersetzung des CVT-Getriebes 5 stufenlos zu verstellen.
Der Anpressdruck zwischen den Kegelscheiben der Kegelscheibenpaare 16, 17 und dem Umschlingungsmittel 18 wird mit einem Momentenfühler 20 eingestellt. Zu diesem Zweck ist der Momentenfühler 20 über Hydraulikleitungen 21 , 22 hydraulisch mit den Kegelscheibenpaaren 16, 17 verbunden.
Zur Steuerung des Anpressdrucks von CVT-Getrieben können unterschiedliche Momentenfühler verwendet werden. Es gibt einstufige und zweistufige Momentenfühler. Es gibt auch voll variable Momentenfühler oder Momentenfühler mit mehr als zwei Stufen. Mit den einzelnen Stufen oder einer Kurve bei einem voll variablen Momentenfühler wird versucht, die Übersetzungsabhängigkeit des Anpressdrucks abzubilden. Bei einem einstufigen Momentenfühler ist dies nicht möglich.
Die erfindungsgemäße Getriebestruktur ermöglicht es, einen möglichst einfachen und damit günstigen Momentenfühler einzusetzen, mit dem das Anpressgesetz dennoch möglichst genau abgebildet werden kann. Dies wird durch die Verlagerung der übersetzungsabhängigen Anpressdruckeinstellung vom Momentenfühler weg erreicht. Erfindungsgemäß wird eine Getriebestruktur verwendet, die dem Momentenfühler ein übersetzungsabhängiges Moment für die Einstellung des Anpressdrucks liefert.
Zu diesem Zweck wird auf der Antriebsseite des Variatörs 5, das heißt, zwischen der Kupplung 12 und dem Kegelscheibenpaar 16, und auf der Abtriebsseite des Variators 5, das heißt, zwischen dem Kegelscheibenpaar 17 und dem Abtrieb 6, jeweils mechanisch ein Teilmoment abgegriffen. Durch Doppellinien 24 und 25 ist angedeutet, dass die Antriebsseite und die Abtriebsseite des Variators 5 mechanisch mit dem Momentenfühler 20 gekoppelt sind. Die an- triebsseitig und abtriebsseitig abgegriffenen Teilmomente werden an einer Momentensumma- tionsstelle 28 addiert und auf eine gemeinsame Momentenfühlerwelle 30 übertragen.
Die Momentenfühlerwelle 30 des Momentenfühlers 20 führt im Betrieb des Getriebes 5 nur eine geringfügige Verdrehung beziehungsweise eine kleine Drehzahl aus. Der größte Teil des Leistungsflusses geht über den Variator 15. Die Spreizung des Getriebes 5 bleibt unverändert. Das liefert den Vorteil, dass ein einstufiger Momentenfühler verwendet werden kann. Der Momentenfühler kann insbesondere als so genannter Pumpmomentenfühler ausgeführt sein. Der Pumpmomentenfühler kann durch eine Hydraulikpumpe dargestellt werden, die im Mo- mentenfluss des CVT-Getriebes 5 angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Getriebestruktur umfasst zum Abgreifen der Teilmomente zwei zusätzliche Getriebe 31 , 32. Das zusätzliche Getriebe 31 ist auf der Antriebsseite des Variators 5 zwischen der Kupplung 12 und dem Kegelscheibenpaar 16 angeordnet. Das zusätzliche Getriebe 32 ist auf der Abtriebsseite des Variators 5 zwischen dem Kegelscheibenpaar 15 und dem Abtrieb 6 angeordnet. Über die zusätzlichen Getriebe 31 , 32 wird der Momentenfühler 20 mit einem Momentensignal versorgt, das sowohl die Information über das Motorantriebsmoment als auch über die Variatorstellung beinhaltet.
In den Figuren 2 und 3 ist anhand des zusätzlichen Getriebes 31 angedeutet, dass die beiden zusätzlichen Getriebe 31 , 32 als Planetengetriebe mit einem Sonnenrad 41 , einem Hohlrad 42 und Planetenrädern 44 ausgeführt sind. Die Planetenräder 44 befinden sich in Eingriff mit dem Sonnenrad 41 und dem Hohlrad 42. Dabei sind die Planetenräder 44 an einem Planetenträger 45 drehbar gelagert.
Ein Planetengetriebe, wie es in den Figuren 2 und 3 angedeutet ist, wird durch seine Standübersetzung i0 charakterisiert, die in der folgenden Gleichung angegeben ist:
l° = nH _ ητ (Gleichung 1)
Mit ns wird die Drehzahl des Sonnenrads 41 bezeichnet. Mit nT wird die Drehzahl des Planetenträgers 45 bezeichnet. Mit nH wird die Drehzahl des Hohlrads 42 bezeichnet. Die Standübersetzung ergibt sich aus der Geometrie der Zahnräder. Somit lässt sich aus zwei bekannten Drehzahlen stets die dritte Drehzahl bestimmen. Für die Momente an den Wellen des Planetengetriebes gelten die folgenden Gleichungen.
TH + ' TS - 0 (Gleichung 2) TH + TS + TT = 0 (Gleichung 3)
Mit Ts wird das Moment am Sonnenrad 41 bezeichnet. Mit TT wird das Moment am Planetenträger 45 bezeichnet. Mit TH wird das Moment am Hohlrad 42 bezeichnet.
Über die in der Gleichung 1 angegebene Standübersetzung und die Gleichungen 2 und 3 lassen sich entsprechend eines Vorgabemoments die Momente bestimmen, die an den anderen Wellen wirken. Wie man in Figur 1 sieht, geht je ein Anschluss der Planetengetriebe 31 , 32 an die Momentenfühlerwelle 30, während die anderen Anschlüsse den eigentlichen Triebstrang darstellen.
Der mit dem Momentenfühler 20 verbundene Anschluss ist als stehend zu betrachten. Die Drehzahl der Momentenfühlerwelle 30 ist zumindest viel kleiner als die Antriebsdrehzahl. Das ist der Fall, da das anliegende Moment vom Momentenfühler abgestützt wird. Eine Bewegung am Momentenfühler 20 führt zu einer Steigerung des Abstützmoments und wirkt somit der Bewegung entgegen. An den zum Momentenfühler 20 führenden Wellen 24, 25 wird somit keine Leistung umgesetzt, was dazu führt, dass die Antriebsleistung durch die Planetensätze 31 , 32 lediglich gewandelt wird.
Je nachdem, welcher Anschluss an den Momentenfühler 20 geht, und, welche Anschlüsse mit dem Antrieb und dem Abtrieb verbunden sind, lassen sich unterschiedlichste Momentenverteilungen erzielen. Für die Auswahl dieser Parameter ist allerdings das Gesamtsystem zu betrachten, da Baugrößen, Wellenführung, Flächenauslegungen etc. zu berücksichtigen sind.
In Figur 4 sind die Wellen an den zusätzlichen Getrieben 31 , 32, an der Momentensummati- onsstelle 28 und an dem Momentenfühler 20 frei geschnitten dargestellt. Am Ausgang der Planetengetriebe 31 , 32 stellt sich ein zum Eingangsmoment oder Antriebsmoment proportionales Ausgangsmoment ein, das unabhängig von den Drehzahlen ist.
Durch den eingangsseitigen Planetensatz 31 mit der Übersetzung iP1 wird ein Moment Ti abgegriffen, das proportional zum Antriebsmoment Tan ist. Das am abtriebsseitigen Planetensatz 32 mit der Übersetzung ip2 ankommende Moment ist in Abhängigkeit der Variatorübersetzung iVAR gewandelt und ist weiterhin proportional zum Antriebsmoment Tan. Somit ergibt sich für das Moment T2 eine Momenten- und eine Übersetzungsabhängigkeit. Durch Addition der Momente T^ und T2 ergibt sich auf der Momentenfühlerwelle 30 ein resultierendes Moment, welches die gewünschte Signaleigenschaft besitzt.
Wie die mechanische Übertragung und die Addition der Momente für den Momentenfühler 20 erfolgt, ist prinzipiell frei wählbar. Es muss jedoch beachtet werden, dass ΤΊ und T2 die gleiche Wirkrichtung haben.
Der Momentenfühler 20 wirkt als Momentenstütze für die Planetengetriebewellen 24, 25, die an der Momentensummationsstelle 28 auf der gemeinsamen Momentenfühlerwelle 30 zusammengeführt sind. An dem Momentenfühler 20 stehen das aus dem hydraulischen Anpressdruck PMF resultierende Moment TP und das Moment TMF in der Regel im Gleichgewicht, wobei die Momentenfühlerdrehzahl nMF=0 ist. Ist dies nicht der Fall, ergibt sich eine Drehzahl nMF am Momentenfühler 20, die größer Null ist, bis das aus dem Anpressdruck pMF resultierende Moment Tp und das Moment TMF wieder im Gleichgewicht sind. Der ölausgang des Momentenfühlers 20 ist über die Hydraulikleitungen 21 , 22 direkt mit der jeweiligen Anpresskammer auf dem Scheibensatz verbunden.
Stellt man sich die Anpresskammer als einen geschlossenen Raum vor, in dem keine Leckage auftritt, muss, solang keine Verstellung stattfindet, kein ölvolumen hinein oder hinaus gefördert werden. Es ist lediglich nötig, einen Druck aufzubringen. Schließt man Leckagen, Kompressibilität des Öls und Verstellung mit ein, ergibt sich für den Momentenfühler 20 die benötigte Bewegung, um den Anpressdruck aufrecht zu erhalten. Die Bewegung wird durch das Momentenungleichgewicht am Momentenfühler 20 hervorgerufen.
Die Drehzahl der Planetenanschlüsse in Richtung Momentenfühler 20 wird durch die Momen- tenfühlerbewegung vorgegeben. Sobald an diesen Wellen eine Drehzahl vorliegt, übertragen sie auch eine entsprechende Leistung.
Wenn zum Beispiel das Motormoment sprunghaft ansteigt, dann steigt das Moment TMF an der Momentenfühlerwelle 30 ebenfalls an. Das durch den hydraulischen Druck erzeugte Abstützmoment im Momentenfühler 20 ist kleiner als das auf den Momentenfühler 20 wirkende Moment, woraus eine Beschleunigung resultiert. Die aus der Beschleunigung resultierende Bewegung führt dazu, dass Öl gepumpt wird und sich ein erhöhter Druck aufbaut. Ist der Druck wieder mit dem Moment in Einklang, stoppt die Bewegung des Momentenfühlers 20. Die zugehörige Gleichung lautet wie folgt: t\
j(TMF Tp) ' <dMF - dt (Gleichung 4)
Für unendlich steife und masselose Systeme erfolgt diese Einregelung simultan zur Änderung der Eingangsgröße. Für reale Systeme ist die Ansprechzeit der Regelung ein ausschlaggebendes Auslegungskriterium. Für die Steuerung des Variators 15 kann ein separates Hydrauliksystem erforderlich sein. Die erfindungsgemäße Getriebestruktur ermöglicht ein sich selbst einregelndes Anpresssystem für das CVT-Getriebe 5 mit einem einstufigen Momentenfühler 20. Die Anpressung erfolgt momenten- und übersetzungsabhängig, sowie es für den verlustarmen Betrieb des Variators 15 erforderlich ist.
Bezugszeichenliste Antriebsstrang
Antrieb
stufenloses Getriebe
Abtrieb
angetriebenes Rad
angetriebenes Rad
Brennkraftmaschine
Kupplung
Variator
Kegelscheibenpaar
Kegelscheibenpaar
Umschlingungsmittel
Momentenfühler
Hydraulikleitung
Hydraulikleitung
Doppellinie
Doppellinie
Momentensummationsstelle
Momentenfühlerwelle
zusätzliches Getriebe
zusätzliches Getriebe
Sonnenrad
Hohlrad
Planetenräder
Planetenträger

Claims

Patentansprüche
1. Stufenloses Getriebe mit einem Variator (15) und einem Momentenfühler (20), der zur Anpressdruckeinstellung hydraulisch mit dem Variator (15) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Variator (15) antriebsseitig und abtriebsseitig mechanisch mit dem Momentenfühler (20) gekoppelt ist, um eine übersetzungsabhängige Anpressdruckeinstellung zu ermöglichen.
2. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Variator (15) antriebsseitig und abtriebsseitig über jeweils ein zusätzliches Getriebe (31 ,32) mit dem Momentenfühler (20) gekoppelt ist.
3. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Getriebe (31 ,32) als Planetengetriebe ausgeführt ist.
4. Stufenloses Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Momentenfühler (20) als Pumpmomentenfühler ausgeführt ist.
5. Stufenloses Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Variator (15) antriebsseitig und abtriebsseitig mechanisch mit einer gemeinsamen Momentenfühlerwelle (30) gekoppelt ist.
6. Verfahren zum Betreiben eines stufenlosen Getriebes (5) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , insbesondere eines stufenlosen Getriebes (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine übersetzungsabhängige Anpressdruckeinstellung vom Momentenfühlers (20) weg zu einer Getriebestruktur verlagert wird, die dem Momentenfühler (20) ein übersetzungsabhängiges Moment für die Anpressdruckeinstellung liefert.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Momentenfühler (20) über eine beziehungsweise die mechanische Kopplung des Variators (15) mit dem Momentenfühler (20) ein Moment bereitgestellt wird, das von der Übersetzung des stufenlosen Getriebes (5) abhängt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass über eine beziehungsweise die mechanische Kopplung (24,25) des Variators (15) mit dem Momenten- fühler (20) antriebsseitig und abtriebsseitig ein Teilmoment abgegriffen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsseitig und abtriebsseitig abgegriffenen Teilmomente auf eine Momentenfühler- welle (30) des Momentenfühlers (20) übertragen werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mo- mentenfühlerwelle (30) des Momentenfühlers (20) im Betrieb des stufenlosen Getriebes (5) nur geringfügig verdreht wird beziehungsweise eine relativ geringe Drehzahl ausführt.
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