DE4128457C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenlos einstellbares Kegel­ scheibengetriebe mit zwei auf der An- und Abtriebswelle angeordneten Kegelscheibenpaaren und einem zwischen diesen umlaufenden Übertragungsmittel, wobei die Kegel­ scheiben mit der sie tragenden Welle drehfest verbunden sind und auf jeder Welle eine Kegelscheibe auch axial festliegt, während die dazugehörige, zweite Kegelscheibe als axial verschiebbarer Teil eines wellenfesten Zylin­ der-Kolben-Aggregates ausgebildet ist, wobei den Zylin­ der-Kolben-Aggregaten Druckmittel zur Einstellung und Aufrechterhaltung der Getriebeübersetzung über je einen Zufluß von einem Vierkantensteuerschieber zugeteilt wird, der einen Abfluß für überschüssige Druckmittelmengen auf­ weist, in welchem eine gegebenenfalls einstellbare Dros­ sel angeordnet ist, und wobei der Vierkantensteuerschie­ ber über ein Stellglied zum Beispiel mit einer der ver­ schiebbaren Kegelscheiben in Verbindung steht.

Ein solches, sogenanntes vollhydraulisches Kegelscheiben­ getriebe ist beispielsweise aus der DE-OS 30 28 490 be­ kannt.

Bei Kegelscheibengetrieben dieser Art ist es eine bekann­ te Erscheinung, daß die erforderlichen axialen Anpreß­ kräfte am An- bzw. am Abtrieb unterschiedlich groß sind. Das Verhältnis der Anpreßkräfte ist also ungleich 1.

Bei der Dimensionierung eines Kegelscheibengetriebes wird als Ausgangspunkt genommen daß am Abtrieb bei allen Be­ triebszuständen das Durchrutschen des Übertragungsmittels verhindert wird. Daraus ergibt sich der minimale Druck des Hydrauliksystems.

Im Betrieb wird dann durch das Übertragungsmittel von der Abtriebsseite eine Zugkraft auf die Antriebsseite be­ wirkt, die dort eine entsprechende Spreizkraft zwischen den Kegelscheiben aufbaut. Diese muß wiederum durch eine hydraulisch bewirkte Axialkraft abgestützt werden. Dabei ist die Axialkraft am Antrieb im Mittel um ca. 25 bis 30% größer als am Abtrieb.

Mit der bekannten Ausführungsform mit auf An- und Ab­ triebsseite gleichen Zylinder-Kolben-Aggregaten wird zur Sicherstellung dieser höheren Anpreßkraft der Vierkanten­ steuerschieber so verschoben, daß er den von der Druck­ mittelversorgung her anstehenden Druck entsprechend auf die An- und Abtriebsseite verteilt, so daß an der An­ triebswelle ein höherer Druck vorhanden ist als an der Abtriebswelle.

Diese Auslegung hat den Nachteil, daß die für die Druck­ mittelversorgung des hydraulischen Kegelscheibengetriebes zuständige Pumpe auf jeden Fall in der Lage sein muß, diesen höheren Druck an der Antriebsseite zu liefern. Dieser von der Pumpe zur Verfügung gestellte Druck wird auf der Abtriebsseite auf den hier nur benötigten, nie­ drigeren Druck gedrosselt.

Der Leistungsbedarf der Pumpe steht in direkter Abhängig­ keit zu diesem Druck. Dieser Leistungsbedarf ist wiederum ein wichtiger Faktor für den Gesamtwirkungsgrad eines solchen hier behandelten Getriebes, was sich bei spiels­ weise für Kfz-Antriebe insbesondere im Teillastgebiet entscheidend auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.

Es ist bereits durch die DE-OS 25 18 496 bei einem Ge­ triebe anderer Gattung ohne Vierkantensteuerschieber be­ kannt, den von der Pumpe zu liefernden Druck zu senken, indem die am Antrieb erforderliche, höhere Axialkraft dadurch erreicht wird, daß die mit Druck beaufschlagbare Fläche des der Antriebswelle zugeordneten Zylinder-Kol­ ben-Aggregates größer ist als die auf der Abtriebsseite. Damit kann auch auf der Antriebsseite mit dem an der Ab­ triebsseite benötigten niedrigeren Druck gearbeitet werden.

Der Nachteil einer eventuellen Übertragung dieser unglei­ chen Durchmesserverhältnisse auf ein Getriebe der ein­ gangs genannten Gattung läge darin, daß der den Zylinder- Kolben-Aggregaten das Druckmittel zuteilende Vierkanten­ steuerschieber dabei etwa in seiner Mittellage stünde. Mit dieser Mittellage verbindet sich ein Kurvenminimum bezüglich des Druckverlaufs über den Steuerkolbenweg, um diese Mittellage herum ist das Gleichgewichtsverhalten des Steuerschiebers nahezu indifferent. Darüber hinaus ergäben sich auch relativ große Steuerkolbenwege, um die Axialkräfte für eine konstante Übersetzung zu erzeugen. Der Gleichgewichtsdruck könnte sich dabei je nach Über­ setzungsstellung sowohl im antriebsseitigen Zylinder als auch im abtriebsseitigen Zylinder einstellen, da ja das Verhältnis der Zylinderflächen nur ein Mittelwert bezüg­ lich des über den Übersetzungsstellbereich des Getriebes sich ändernden Anpreßkraftverhältnisses sein kann. Hier­ durch traten Regelinstabilitäten ein.

Ein weiterer Nachteil einer solchen Übertragung bestünde darin, daß bei einer der einseitig größeren Klemmkraft gemäßen Durchmesservergrößerung des Zylinder-Kolben-Ag­ gregates die eingestellte Übersetzung lediglich gehal­ ten werden kann, während für eine Übersetzungsänderung insbesondere, wenn sie rasch erfolgen soll, noch eine weitere, nicht unerhebliche Gegenkraft zusätzlich aufge­ bracht werden müßte.

Aus diesen Gründen ist eine solche Übertragung nicht an­ gezeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kegelschei­ bengetriebe der gattungsbildenden Art anzugeben; bei dem die für die Einstellung und Aufrechterhaltung der Getrie­ beübersetzung vorzusehende Druckmittelversorgung auf den niedrigeren, für die Abtriebsseite notwendigen Druck aus­ gelegt werden kann und bei dem trotzdem der dazugehörende Vierkantensteuerschieber nicht in einem regelungstech­ nisch ungünstigen Bereich arbeitet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Getriebe der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit Druck beaufschlagbare Fläche des der Antriebswel­ le zugeordneten Zylinder-Kolben-Aggregates größer ist als die mit Druck beaufschlagbare Fläche des der Abtriebswel­ le zugeordneten Zylinder-Kolben- Aggregates, daß der Vierkantensteuerschieber jedem Zylinder-Kolben-Aggregat zugeordnet einen eigenen Abfluß für Überschüssige Druck­ mittelmengen aufweist, daß in jedem Abfluß wenigstens eine Drossel angeordnet ist, und daß die Drosseln eine unterschiedliche Drosselwirkung aufweisen.

Die Erfindung bringt zum einen den Vorteil daß die Pumpe nur den niedrigeren Druck erzeugen muß und somit einen geringeren Leistungsbedarf hat.

Der wesentliche Vorteil besteht aber darin, daß der Druck der Getriebeseite mit der höheren Drosselung im Abfluß nicht anzusteigen braucht, sondern nur der Druck der anderen Getriebeseite variiert werden muß, um die Über­ setzung konstant zu halten, die Gleichgewichtskraft also immer an dieser anderen Getriebeseite wirkt. Dabei ist es besonders zweckmäßig, im Abfluß für die Abtriebsseite die höhere Drosselung vorzunehmen.

Wenn das Verhältnis der in den Zylinderkolben-Aggregaten mit Druck beaufschlagbaren Flächen zueinander dem durch­ schnittlichen Verhältnis der Anpreßkräfte über den Übersetzungsbereich des Getriebes entspricht, die an den Kegelscheibenpaaren in Axialrichtung erforderlich sind, so wird hiermit erreicht, daß beim Nachregeln oder Ver­ stellen des Kegelscheibengetriebes der Vierkantensteuer­ schieber in beiden Richtungen nur um geringe Beträge aus seiner Grundstellung herausbewegt werden muß, um die be­ nötigten Druckverschiebungen, vorzugsweise am Antrieb, zu bewirken. Wegen dieser kleinen Stellwege weist er in seinem Regelbereich ein relativlineares Verhalten auf.

Es ist notwendig, die Vierkantensteuerschieber-Kennlinien asymmetrisch zu machen, das heißt den Vierkantensteuer­ schieber in seiner Grundstellung aus der dynamisch un­ günstigen Mittelstellung herauszubewegen, was durch die stärkere Drosselung eines der beiden Abflüsse geschieht. Dies ist vom konstruktiven Aufwand her und im Sinne der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besonders günstig zu lösen, wenn der der Abtriebsseite zugeordnete Abfluß im Bereich hinter dem Vierkantensteuerschieber ein Vor­ spannventil aufweist, so daß dieser Abfluß stärker ge­ drosselt ist, als der Abfluß der Antriebsseite.

Für den Einsatz der hier behandelten Getriebe z. B. in Kraftfahrzeugen ist deren Verhalten bei Drehmomentände­ rungen entscheidend.

Um die Charakteristik der Nachregelung an den Bedarf an­ zunähern, kann vorgesehen sein, den Abfluß der Antriebs­ seite nur mit einer konstanten Drossel zu drosseln, wäh­ rend das Vorspannventil im Abfluß der Abtriebsseite ange­ steuert ist. Für diese Ansteuerung bietet sich insbeson­ dere eine vom zu übertragenden Drehmoment abhängige Steuerung an, so daß das Kegelscheibengetriebe besonders schnell auf Drehmomentänderungen reagieren kann, die ins­ besondere bei dem Einsatz als Kraftfahrzeuggetriebe auf­ treten können.

Eine solche Anpassung ist besonders wirksam, wenn beide Abflüsse drehmomentabhängig gesteuert bzw. gedrosselt werden. Dabei ist es vom konstruktiven Aufwand her als besonders günstig anzusehen, wenn beide Abflüsse über die selbe, sich automatisch parameterabhängig verstellende Drossel geleitet werden, der das Vorspannventil im Abfluß der Abtriebsseite des Getriebes vorgeschaltet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei­ spielen. Dabei zeigt

Fig. 1 den schematischen Grundaufbau eines erfindungs­ gemäßen, hydraulisch verstellbaren Kegelschei­ bengetriebes mit einem Vorspannventil im Abfluß der Abtriebsseite und einem parameterabhängigen Verstellventil für die Abflüsse beider Seiten;

Fig. 2 den schematischen Grundaufbau eines hydraulisch verstellbaren Kegelscheibengetriebes mit ange­ steuertem Ventil im Abfluß der Abtriebsseite und einer konstanten Drossel im Abfluß der Antriebs­ seite.

Bei einem Getriebe gemäß der Fig. 1 fördert eine Ölpumpe 1 Drucköl aus einem Sumpf 2. Die Ölpumpe 1 ist über ein Überdruckventil 3 abgesichert.

Das von der Ölpumpe 1 geförderte Öl wird über einen Vier­ kantensteuerschieber 4 auf zwei Druckölleitungen 5, 6 verteilt, durch die es in Zylinder-Kolben-Aggregate 7, 8 geleitet wird. Dabei ist die mit Druck beaufschlagbare Fläche des der Abtriebsseite zugeordneten Zylinder-Kol­ ben-Aggregates 8 kleiner als die mit Druck beaufschlag­ bare Fläche des Zylinder-Kolben-Aggregates 7, das der Antriebsseite zugeordnet ist.

Mit diesen Zylinder-Kolben-Aggregaten 7, 8 werden Kegel­ scheiben entlang der parallel zueinander liegenden Antriebsachse 11 und der Abtriebsachse 12 verschoben. Dabei können die Kegelscheiben 9, 10 in Umfangsrichtung wirken­ de Kräfte auf diese Getriebeachsen übertragen.

Jede der Kegelscheiben 9, 10 wird durch eine in Axial- und Umfangsrichtung feststehende Kegelscheibe 13, 14 zu einem Kegelscheibenpaar ergänzt.

Zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren läuft ein Über­ tragungsmittel 15 um, mit dem das Drehmoment von der Antriebsachse 11 auf die Abtriebsachse 12 übertragen wird.

Die Position der auf der Antriebsachse 11 verschiebbaren Kegelscheibe 9 wird durch einen Stellhebel 16 abgefühlt und auf den Vierkantensteuerschieber 4 zurückgekoppelt. Die dabei ablaufenden Regelmechanismen sind bekannt. Was in diesem Zusammenhang den Stellhebel 16 betrifft, so ist darauf hinzuweisen, daß dieser in an sich bekannter Weise zum Beispiel mit einer Reibungsbremse in Verbindung steht, so daß er von selbst in der gerade vorgenommenen Einstellung stehenbleibt.

Von den Zylinder-Kolben-Aggregaten nicht benötigtes oder zurückfließendes Öl fließt am Vierkantensteuerschieber durch die den jeweiligen Steuerkanten, das heißt also den jeweiligen Getriebeseiten zugeordnete, nicht miteinander in Verbindung stehende Abflüsse 17, 18 zurück in den Sumpf 2, wobei es auf diesem Weg noch zur Schmierung des Getriebes verwendet wird.

Dabei weist die Abflußleitung 18, die der Abtriebsachse 12 bzw. dem auf dieser angeordneten Zylinder-Kolben- Aggregat 8 zugeordnet ist, ein Vorspannventil 19 auf, das diese Leitung stärker drosselt im Vergleich zur Abfluß­ leitung 17, die der Antriebswelle 11 bzw. dem auf dieser sitzenden Zylinder-Kolben-Aggregat 7 zugeordnet ist. Bei­ de Abflüsse 17, 18 werden danach noch durch ein automati­ sches, parameterabhängiges Verstellventil 20 gedrosselt, beispielsweise durch einen an sich bekannten Drehmoment­ fühler.

Bei den für die Verstellung relevanten Parametern kann es sich demnach sowohl um das zu übertragende Drehmoment handeln, als aber auch um das Übersetzungsverhältnis, die Antriebsdrehzahl, die Öltemperatur und ähnliches.

Es ist bekannt, daß die axialen Anpreßkräfte an dem Ke­ gelscheibenpaar auf der Antriebsachse 11 größer sind als die Axialkräfte, die am Kegelscheibenpaar auf der Ab­ triebsachse 12 wirken.

Bei den Kegelscheibengetrieben entsprechend der vorlie­ genden Erfindung werden diese unterschiedlichen erforder­ lichen Axialkräfte durch die diesen entsprechenden, in ihrer Größe angepaßten Kolbenflächen der Zylinder-Kolben-Ag­ gregate 7, 8 bewirkt. Durch das erfindungsgemaße Vor­ spannventil 19 im Abfluß 18 wird erreicht, daß durch die außermittige Lage des Vierkantensteuerschiebers sich dessen steuerungsbedingte Stellungsänderung stärker auf das antriebsseitige Zylinder-Kolben-Aggregat auswirkt als auf das abtriebsseitige Zylinder-Kolben-Aggregat, wobei die Drücke in den Zylinder-Kolben-Aggregaten 7, 8 etwa gleich sind, so daß das Verhältnis der Anpreßkräfte dem Verhältnis der Flächen entspricht (gemäß: Kraft=Druck · Fläche). Die sich daraus ergebenden Vorteile sind bereits oben beschrieben worden.

Gleiches wird mit der Anordnung gemäß Fig. 2 erreicht. Diese entspricht in ihren wesentlichen Teilen der Anord­ nung gemäß Fig. 1 so daß gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Im Gegensatz zu der bereits beschriebenen Anordnung ist in der Anordnung gemäß Fig. 2 der Abfluß 17 des der An­ triebsseite zugeordneten Zylinder-Kolben-Aggregates 7 über eine konstante Drossel 21 gedrosselt, während der Abfluß 18 der Abtriebsseite durch ein angesteuertes Vor­ spannventil 22 gedrosselt wird. Diese Ansteuerung erfolgt beispielsweise durch einen Mikroprozessor 23, der die entsprechende Steuergröße aus Istwerten von Drehmoment, Drehzahl, Übersetzung, Öltemperatur und ähnlichem errech­ net. Durch diese Vielzahl von berücksichtigbaren Parame­ tern kann sich dieses Getriebe damit besonders fein an seine Betriebsbedingungen anpassen.

Ein weiterer Vorteil der hier beschriebenen Getriebe be­ steht darin, daß mit ihnen ohne ein zusätzliches Still­ standsventil eine Stillstandsverstellung möglich ist, wie sie bei einem Kfz-Getriebe beispielsweise nach einem Schnellstop erforderlich ist, um das Getriebe im Still­ stand zum Wiederanfahren ins Langsame zu verstellen.

Claims (5)

1. Stufenlos einstellbares Kegelscheibenscheibengetriebe mit zwei auf der An- und Abtriebswelle angeordneten Kegelscheibenpaaren und einem zwischen diesen umlaufenden Übertragungsmittel wobei die Kegelscheiben mit der sie tragenden Welle drehfest verbunden sind und auf jeder Welle eine Kegelscheibe auch axial festliegt, während die dazugehörige, zweite Kegelscheibe als axial verschieb­ barer Teil eines wellenfesten Zylinder-Kolben-Aggregates ausgebildet ist, wobei den Zylinder-Kolben-Aggregaten Druckmittel zur Einstellung und Aufrechterhaltung der Ge­ triebeübersetzung über je einen Zufluß von einem Vierkantensteuerschieber zugeteilt wird, der einen Abfluß für überschüssige Druckmittelmengen aufweist, in welchem eine gegebenenfalls einstellbare Drossel angeordnet ist, und wobei der Vierkantensteuerschieber über ein Stellglied zum Beispiel mit einer der verschiebbaren Kegelscheiben in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Druck beaufschlagbare Fläche des der An­ triebswelle (11) zugeordneten Zylinder-Kolben-Aggregates (7) größer ist als die mit Druck beaufschlagbare Fläche des der Abtriebswelle (12) zugeordneten Zylinder-Kolben-Ag­ gregates (8), daß der Vierkantensteuerschieber (4) jedem Zylinder-Kolben-Aggregat (7, 8) zugeordnet einen eigenen Abfluß für überschüssige Druckmittelmengen auf­ weist, daß in jedem Abfluß (17, 18) wenigstens eine Drossel (19-22) angeordnet ist, und daß die Drosseln (19-22) eine unterschiedliche Drosselwirkung aufweisen.

2. Getriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Flächen zueinander dem durch­ schnittlichen Verhältnis der an den Kegelscheibenpaaren (9; 3; 10, 14) in Axialrichtung erforderlichen Anpreß­ kräfte über den Übersetzungsbereich des Getriebes ent­ spricht.

3. Getriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfluß (18) des der Abtriebswelle (12) zugeordne­ ten Zylinder-Kolben-Aggregates (8) in dem genannten Be­ reich ein Vorspannventil (19, 22) aufweist, das eine zusätzliche Drosselung dieses Abflusses bewirkt.

4. Getriebe gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfluß (17) des der Antriebsweile (11) zugeordne­ ten Zylinder-Kolben-Aggregates (7) eine Drossel mit konstanter Drosselwirkung aufweist, und daß die Drosselwirkung des Vorspannventils (22) steuerbar ist.

5. Getriebe gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abflüsse (17, 18) über ein und dieselbe sich automatisch, parameterabhängig verstellende Drossel (20) geleitet sind, der das Vorspannventil vorgeschaltet ist.