DE10018761A1 - Hydraulische Anpresskraftsteuerung für CVT-Getriebe - Google Patents

Abstract

Hydraulische Anpresskraftsteuerung für ein CVT-Getriebe mit einer drehmomentabhängigen und einer übersetzungsabhängigen Komponente, bei dem mit einem Variator ein Drehmoment übertragbar ist, der im wesentlichen aus einem antriebsseitigen Kegelscheibenpaar und einem abtriebsseitigen Kegelscheibenpaar besteht, die in einem Umschlingungsmittel umschlungen sind, bei denen jeweils eine Variatorscheibe axial beweglich angeordnet und mit mindestens jeweils einer mit einer Hydraulikflüssigkeit füllbaren Momentensensorkammer verbunden ist, mit einem stufenlosen Momentensensor, der mit mindestens der antriebsseitigen Momentensensorkammer verbunden ist, der die drehmomentabhängige Anpresskraftkomponente auf die antriebsseitige bewegliche erste Variatorscheibe überträgt, und einem Hydraulikschieber, der eine äußere Zusatzkraft, die der Anpresskraft entgegenwirkt, über eine äußere Sensorkammer auf den Variator übertragen kann, wobei zwischen dem Hydraulikschieber und der äußeren Sensorkammer ein in Richtung Sensorkammer schließendes Rückschlagventil parallel zu einer Drosselstelle angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Anpresskraftsteuerung für ein CVT-Getriebe mit einer drehmomentabhängigen und einer übersetzungsabhängigen Komponente, bei dem mit einem Variator ein Drehmoment übertragbar ist, der im wesentlichen aus einem antriebsseitigen Kegelscheibenpaar und einem abtriebsseitigen Kegelscheibenpaar besteht, die von einem Umschlingungsmittel umschlungen sind, bei denen jeweils eine Variatorscheibe axial beweglich angeordnet und mit mindestens jeweils einer mit einer Hydraulikflüssigkeit füllbaren Momentensensorkammer verbunden ist, mit einem stufenlosen Momentensensor, der mit mindestens der antriebsseitigen Momentensensorkammer verbunden ist, der die drehmomentabhängige Anpresskraftkomponente auf die antriebsseitige bewegliche erste Variatorscheibe überträgt, und einem Hydraulikschieber der eine äußere Zusatzkraft, die der Anpresskraft entgegenwirkt, über eine äußere Sensorkammer auf den Variator übertragen kann.

In Kraftfahrzeugen werden zunehmend für die Kraftübertragung zwischen dem Antriebsmotor und den Antriebsrädern CVT-Getriebe, also stufenlose Automatikgetriebe, eingesetzt. Diese Getriebe bestehen meist aus zwei Kegelscheibenpaaren, den Variatorscheiben, wobei jeweils eine axial beweglich gelagert ist und mit einem oder mehreren Druckräumen in Verbindung steht. Die Kraftübertragung erfolgt stufenlos über ein Umschlingungsmittel, etwa eine Stahlkette. Die Verstellung der Kegelscheiben erfolgt über eine Druckbeaufschlagung mit einem Druckmittel in Abhängigkeit der Betriebsparameter, wie Drehmoment, Drehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit und Übersetzung. Durch das Verändern des Anpressdruckes werden die Abstände zwischen fester und beweglicher Kegelscheibe je nach Erfordernis bei antriebsseitigem und abtriebsseitigem Kegelscheibenpaar variiert und dadurch Übersetzung und Drehmomentübertragung geändert. Solche Getriebe sind meistens mit einer hydraulisch-/elektronisch regelbaren Anpresskraftsteuerung ausgestattet. Bei den bekannten Ausführungen von CVT-Getriebe- Steuereinrichtungen wirkt eine äußere Zusatzkraft über eine äußere Sensorkammer der geregelten Anpresskraft entgegen um den je nach Fahrsituation günstigsten Anpressdruck zu erzeugen. Sowohl eine Überanpressung als auch eine Unteranpressung des Umschlingungsmittels erhöhen den Verschleiß und verringern damit die Lebensdauer des Getriebes und sollen daher möglichst vermieden werden.

Aus der DE 195 44 644 A1 ist ein CVT-Getriebe mit stufenlosem Momentensensor bekannt. Hierbei steht der sich aus dem Drehmoment ergebende Anpressdruck mit der Summe aus dem geregelten Anpressdruck und einem frei steuerbaren äußerem Sensordruck im Kräftegleichgewicht. Die Grundanpressung am Variator lässt sich hier variieren. Dadurch wird der Wirkungsgrad gegenüber früheren Ausführungen verbessert, wobei aber nicht in jeder Fahrsituation der für den Gesamtwirkungsgrad günstigste Anpressdruck gewährleistet ist. Insbesondere besteht bei dynamischen Momentenänderungen die Gefahr der Unteranpressung des Umschlingungsmittels.

Aus der DE-OS 41 31 933 ist ein CVT-Getriebe bekannt, bei dem an den verstellbaren Kegelscheiben des Variators jeweils zwei Druckräume vorgesehen sind, deren Wirkung entgegengesetzt ist. Die Druckräume werden von einer Pumpe mit einem Druckmittel, etwa Hydrauliköl, versorgt, wobei ein zwischengeschaltetes Regelventil in der Mittelstellung beide zusätzlichen Druckräume drucklos stellen kann. Diese Konstruktion vermindert die nötige Pumparbeit für die Erzeugung des nötigen Anpressdruckes hat aber nicht den günstigsten Gesamtwirkungsgrad.

Die DE-OS 196 10 038 beschreibt eine hydraulische Steuervorrichtung für ein CVT- Getriebe bei dem die verstellbaren Kegelscheiben über zwei Elektromagnetventile mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden. Diese Drücke sind über einen Steuerdruck einstellbar. Dadurch wird eine rasche Änderung des Übersetzungsverhältnisses bei einem sogenannten Kickdown des Gaspedals ermöglicht. Diese Konstruktion ist relativ aufwendig und kostenintensiv.

In der DE 42 34 294 A1 wird ein Momentensensor für ein CVT-Getriebe beschrieben, der den momentabhängigen Anpressdruck des Variators regelt. Darüber hinaus wird mit einer zweistufigen Kennlinie der erforderliche Anpressdruck der Übersetzung angepasst. In Richtung lange Übersetzung, d. h. beim Hochschalten, sinkt der Anpressbedarf. Ab einer bestimmten Übersetzung wird der Anpressdruck daher erniedrigt, was zu einer Wirkungsgradverbesserung führt, jedoch nicht den gleichen Wirkungsgrad wie eine stufenlose Momentensensierung erreicht.

Die oben beschriebenen CVT-Getriebe haben den Nachteil, dass bei plötzlichen Drehmomentenänderungen, zumindest kurzzeitig eine entweder unnötig hohe oder eine zu niedrige Anpressung der Variatorscheiben vorkommen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine hydraulische Anpresskraftsteuerung so zu verbessem, dass auch bei dynamischen, d. h. plötzlichen, Momentenänderungen jederzeit eine optimale Anpresskraft auf den Variator gewährleistet ist, die einerseits eine Überanpressung minimiert, andererseits eine Unteranpressung des Umschlingungsmittels verhindert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass zwischen dem Hydraulikschieber und der äußeren Sensorkammer, ein in Richtung Sensorkammer schließendes Rückschlagventil parallel zu einer Drosselstelle angeordnet ist.

Dadurch, dass zwischen dem Hydraulikschieber und einer äußeren Sensorkammer, eine Drossel/Rückschlagventilkombination vorgesehen ist, kann bei dynamischen Momentenänderungen, die eine hohe Anpressung erfordern, die äußere Sensorkammer schnell entleert werden, wodurch die kurzzeitige Unteranpressung des Umschlingungsmittels vermieden werden kann, was wiederum ein Durchrutschen des Umschlingungsmittels bei bestimmten Betriebsbedingungen verhindert. Bei abfallendem Moment verhindert die Drosselstelle eine weitere kurzzeitige Verringerung der Anpressung, was zu einer zu niedrigen Grundanpressung führen würde.

Weiterhin kann durch die geeignete Ansteuerung des Hydraulikschiebers und die Begrenzung des höchst zulässigen äußeren Sensorkammerdrucks der für den Gesamtwirkungsgrad jeweils günstigste Druck eingestellt und die Überanpressung minimiert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist durch eine geeignete Ansteuerung des Hydraulikschiebers ein für den Gesamtwirkungsgrad jeweils günstigster Druck der äußeren Sensorkammer einstellbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine geeignete hydraulische Verschaltung angeordnet, mit der ein maximal zulässiger Druck der äußeren Sensorkammer einstellbar ist.

Durch die Einstellung des jeweils günstigsten Druckes und die Begrenzung des höchst zulässigen Druckes der äußeren Sensorkammer kann der Gesamtwirkungsgrad optimiert und die Überanpressung minimiert werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine geeignete elektrische Logik angeordnet, mit der ein maximal zulässiger Druck der äußeren Sensorkammer einstellbar ist. Die elektrische Logik hat ebenso einen günstigen Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad wie die hydraulische Verschaltung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist durch ein geeignetes elektromagnetisches Modulationsventil der äußere Sensorkammerdruck über den Hydraulikschieber schlagartig auf Null, d. h. auf Umgebungsdruck, schaltbar.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Eine schematische Darstellung eines CVT-Getriebes mit einer Drosselt Rückschlagventilkombination,

Fig. 2: ein Verschaltungsschema der Drossel/Rückschlagventilkombination und

Fig. 3: ein Anpresskraft-Diagramm eines Variators bei konstantem Moment.

Ein CVT-Umschlingungsmittelgetriebe besteht im wesentlichen aus einem Variator 1, Druckräumen bzw. -kammern 2, 3, 4 zur Druckbeaufschlagung des Variators 1, einem stufenlosen Momentensensor 5, einem Hydraulikschieber 6 und einer Drossel 8 mit parallel geschaltetem Rückschlagventil 9.

Auf einer antriebsseitigen Welle 10 ist ein erstes Kegelscheibenpaar bestehend aus einer ersten Variatorscheibe 11 und einer zweiten Variatorscheibe 12 angeordnet, bei dem die erste Variatorscheibe 11 axial beweglich und über einen Verstellraum 26 mit einer Momentensensorkammer 3 verbunden ist. Die Momentensensorkammer 3 steht wiederum mit einer äußeren Sensorkammer 2 in Verbindung. Das antriebsseitige Drehmoment wird vom Momentensensor 5 in eine dem Drehmoment proportionale Axialkraft umgewandelt, mit der der Anpressdruck geregelt wird. Die Verstellung wirkt als zusätzliche Kraftkomponente mit der Anpresskraft auf die bewegliche Scheibe und wird über ein weiteres Hydraulikventil 7a, oder zwei Hydraulikventile 7a, 7b, d. h. eines für die antriebsseitige erste Variatorscheibe 11 und eines für die abtriebsseitige vierte Variatorscheibe 15, eingestellt. Ein Umschlingungsmittel 13 überträgt dann reibschlüssig das Drehmoment auf das zweite aus der dritten Variatorscheibe. 14 und der vierten Variatorscheibe 15 bestehendes Kegelscheibenpaar der Abtriebsseite, bei dem der Abstand in gleicher Weise geregelt wird. Die dritte Variatorscheibe 14 und die vierte Variatorscheibe 15 sind auf einer abtriebsseitigen Welle 25 angeordnet, wobei die vierte Variatorscheibe 15 axial beweglich ausgebildet ist. Die vierte Variatorscheibe 15 steht über einen Verstellraum 27 mit einer dritten Druckkammer 4 in Verbindung.

Der Anpressbedarf 21 bei konstantem Moment sinkt ausgehend von einem Underdrive 19 (Anfahrübersetzung) zu höheren Variatorübersetzungen 16 bzw. einem Overdrive 20 (Hochschalten) hin. Dieses Verhalten ist von einer Anpresskraftsteuerung 28 zu berücksichtigen. Die Anpresskraft muss einerseits groß genug sein, um genügend Sicherheit gegen ein Durchrutschen des Umschlingungsmittels 13 zu gewährleisten, andererseits sollte die Überanpressung so gering wie möglich sein, um den Verschleiß zu minimieren. Da der Anpressdruck maßgebend für die hydraulischen Verluste ist, wirkt sich eine Überanpressung ungünstig auf den Wirkungsgrad aus. Bei der hydraulischen Anpresskraftsteuerung mit dem stufenlosen Momentensensor 5 steht der sich aus dem Drehmoment über die Axialkraft ergebende Anpressdruck im Kräftegleichgewicht mit der Summe aus geregeltem Anpressdruck und dem frei steuerbaren Druck der äußeren Sensorkammer 2. Über die hydraulische Steuerung und einen zusätzlichen Drucksensor 22 lässt sich der äußere Sensordruck variieren und damit das Niveau der ständig auf den Variator ausgeübten Grundanpressung anheben oder senken.

Die Druckbeaufschlagung der Druckkammern 2, 3, 4 wird über mehrere Hydraulikschieber 6, 7a, 7b geregelt. Das Druckmittel, etwa Hydrauliköl, wird dem System über eine Druckmittelquelle, etwa eine Pumpe 24, zugeführt. Zwischen Hydraulikschieber 6 und äußerer Sensorkammer 2 befindet sich erfindungsgemäß die Drosselstelle 8 mit parallel geschaltetem Rückschlagventil 9. Der Hydraulikschieber 6 ist in Verbindung mit der dargestellten hydraulischen Verschaltung, bzw. einer nichtdargestellten elektrischen Logik verstellbar.

Bei dynamischen Momentenänderungen, die eine hohe Anpressung erfordern um das Durchrutschen des Umschlingungsmittels 13 zu vermeiden, wird der äußere Sensorkammerdruck über das Modulationsventil 23 und den Hydraulikschieber 6 schlagartig auf Null, d. h. auf Umgebungsdruck geschaltet. Um die sofort erforderlich hohe Anpressung zu erreichen, muss die äußere Sensorkammer 2 deren Druck dem Anpressdruck entgegenwirkt, schnellstmöglich entleert werden. Dies wird über das erfindungsgemäße Rückschlagventil 9 unter Vermeidung eines Rückstaus ermöglicht. Die parallele Drosselstelle 8 verhindert bei wieder abfallendem Moment ein zu schnelles Nachströmen des Hydrauliköls in die äußere Sensorkammer 2. Da das zu übertragende Moment schlagartig abfallen kann, die elektronische Ansteuerung mit der nachfolgenden Hydraulik aber nicht schnell genug nachkommt, d. h. der Hydraulikschieber 6 noch den alten Sollwert einstellt, wird die Anpressung bis zur Reaktion der Hydraulik noch weiter vermindert.

Bei bestimmten Betriebsbedingungen kann es vorkommen, dass ein sehr hoher Überschuss an Anpressung vorkommt. Dadurch wird der Druck der äußeren Sensorkammer 2 zum höchsten Druck des Systems. Für den Wirkungsgrad kann es aber günstiger sein, den maximal zulässigen Druck der äußeren Sensorkammer 2 zu begrenzen und eine geringfügige Überanpressung zuzulassen. Dies wird durch die erfindungsgemäße hydraulische Verschaltung, bzw. elektrische Logik der Ansteuerung erreicht. Über den Hydraulikschieber 6 lässt sich somit der für den Gesamtwirkungsgrad jeweils günstigste Druck einstellen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Variator

2

äußere Sensorkammer

3

Momentensensorkammer

4

dritte Druckkammer

5

Stufenloser Momentensensor

6

Hydraulikschieber Anpressung

7

a Hydraulikschieber Verstellung

1

7

b Hydraulikschieber Verstellung

2

8

Drosselstelle

9

Rückschlagventil

10

antriebsseitige Welle

11

erste Variatorscheibe

12

zweite Variatorscheibe

13

Umschlingungsmittel

14

dritte Variatorscheibe

15

vierte Variatorscheibe

16

Änderungsrichtung der Variatorübersetzung

17

Änderungsrichtung der Anpresskraft

18

Überanpressung

19

Underdrive (Anfahrübersetzung)

20

Overdrive

21

Anpressbedarfskurve bei konstantem Moment

22

Drucksensor

23

Elektromagnetisches Modulationsventil

24

Pumpe

25

abtriebsseitige Welle

26

antriebsseitiger Verstellraum

27

abtriebsseitiger Verstellraum

28

Ansteuerung

Claims (5)

1. Hydraulische Anpresskraftsteuerung für ein CVT-Getriebe mit einer drehmomentabhängigen und einer übersetzungsabhängigen Komponente, bei dem mit einem Variator (1) ein Drehmoment übertragbar ist, der im wesentlichen aus einem antriebsseitigen Kegelscheibenpaar (11, 12) und einem abtriebsseitigen Kegelscheibenpaar (14, 15) besteht, die von einem Umschlingungsmittel (13) umschlungen sind, bei denen jeweils eine Variatorscheibe (11, 15) axial beweglich angeordnet und mit mindestens jeweils einer mit einer Hydraulikflüssigkeit füllbaren Momentensensorkammer (3) verbunden ist, mit einem stufenlosen Momentensensor (5), der mit mindestens der antriebsseitigen Momentensensorkammer (3) verbunden ist, der die drehmomentabhängige Anpresskraftkomponente auf die antriebsseitige bewegliche erste Variatorscheibe (11) überträgt, und einem Hydraulikschieber (6), der eine äußere Zusatzkraft, die der Anpresskraft entgegenwirkt, über eine äußere Sensorkammer (2) auf den Variator (1) übertragen kann, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hydraulikschieber (6) und der äußeren Sensorkammer (2), ein in Richtung Sensorkammer schließendes Rückschlagventil (9) parallel zu einer Drosselstelle (8) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Ansteuerung des Hydraulikschiebers (6) ein für den Gesamtwirkungsgrad jeweils günstigster Druck der äußeren Sensorkammer (2) einstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine hydraulische Verschaltung ein maximal zulässiger Druck der äußeren Sensorkammer (2) einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine elektrische Logik ein maximal zulässiger Druck der äußeren Sensorkammer (2) einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein dem Hydraulikschieber vorgelagertes elektromagnetisches Modulationsventil (23) der Druck der äußeren Sensorkammer (2) über den Hydraulikschieber (6) schlagartig auf Umgebungsdruck schaltbar ist.