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Die
Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe oder CVT (continuously
variable transmission), das mit einem elektro-hydraulischen Steuersystem versehen
ist, und ein Verfahren für
dessen Betrieb. Das CVT ist zum Beispiel aus der EP-A-0.787.927 bekannt
und eignet sich insbesondere für
Kraftfahrzeuge.
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Das
bekannte CVT umfasst einen Keilantriebsriemen, der um eine erste
auf einer ersten Welle vorgesehene Rolle und eine auf einer zweiten
Welle vorgesehene Rolle herumgewickelt ist. Beide Rollen weisen
zwei Kegelscheiben auf, wobei ein axialer Abstand davon mittels
einer Kolben/Zylinder-Anordnung jeder Rolle einstellbar ist. Im
Betrieb des Getriebes ist der Antriebsriemen mit einer ersten Klemmkraft
zwischen den Scheiben der ersten Rolle und mit einer zweiten Klemmkraft
zwischen den Scheiben der zweiten Rolle festgeklemmt. Die Klemmkräfte werden
durch Ausüben
eines Drucks in einer Kolben/Zylinder-Anordnung erzeugt, die sowohl
bei der ersten als auch bei der zweiten Rolle einer Rolle zugeordnet
ist. Die Größe der Klemmkräfte bestimmt die
maximale Drehmomentgröße, die
zwischen der ersten und der zweiten Welle praktisch ohne Auftreten
von Relativbewegung in Tangentialrichtung zwischen dem Antriebsriemen
und den Scheiben der Rollen, das heißt Riemenschlupf, übertragen
werden kann. Die maximale (Momentan-)Drehmomentgröße wird
als die (Momentan-)Drehmomentübertragungskapazität des CVT
bezeichnet. Beim CVT steht ein Übersetzungsverhältnis mit
dem Verhältnis
der Laufradien des Antriebsriemens zwischen den Scheiben der Rollen
in Zusammenhang, die durch Änderung des
Verhältnisses
der Drücke
in den Kolben/Zylinder-Anordnungen beeinflusst werden können. Ein elektro-hydraulisches
Steuersystem ist zur Steuerung der Drücke und zur Erzielung eines
geeigneten Übersetzungsverhältnisses
und einer geeigneten Drehmomentübertragungskapazität des stufenlosen Getriebes
vorgesehen.
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In
der Technik ist allgemein bekannt, dass die Leistung des CVT umgekehrt
proportional zu den durch die Riemenscheiben auf den Antriebsriemen ausgeübten Klemmkräften ist.
Deshalb ist das Steuersystem vorzugsweise so angeordnet, dass die
geringste zulässige
Klemmkraft zur Erzielung einer Drehmomentübertragung ohne Riemenschlupf
auf den Riemen ausgeübt
wird. Zur Erzeugung der Klemmkräfte
ist das Steuersystem mit einem Hydrauliksystem versehen, das eine
Hydraulikflüssigkeitsquelle
in Form einer Pumpe und ein Leitungsdruckventil zur Steuerung des
Drucks der durch die Pumpe an die Haupthydraulikleitung gelieferten
Flüssigkeit, des
so genannten Leitungsdrucks, umfasst. Zur Minimierung von Energieverlusten
ist der Leitungsdruck gleich dem höchsten in den Zylindern der
Kolben/Zylinder-Anordnungen ausgeübten Druck, aber nicht größer als
dieser. Weiterhin ist das Steuersystem mit einem elektronischen
System versehen, das eine elektronische Steuereinheit (ECU – electronic
control unit) zur Erzeugung eines Steuerstroms umfasst, der das
Leitungsdruckventil in Abhängigkeit
von einer oder mehreren Variablen, wie zum Beispiel dem Übersetzungsverhältnis, der
Drehgeschwindigkeit der Rollen und/oder dem durch das Getriebe zu übertragenden
Drehmoment, betätigt.
In der Regel wird das Leitungsdruckventil durch Anlegen verschiedener
Steuerdrücke
an das Ventil betätigt,
wobei der Steuerdruck durch einen elektronisch betreibbaren Druckregler
geregelt wird, der wiederum durch den Steuerstrom betätigt wird.
Der Druckregler leitet den Steuerdruck von einem im Wesentlichen
konstanten Druckreglerspeisedruck ab, der etwas größer ist
als die maximale Höhe
des anzulegenden Steuerdrucks. Der durch die ECU zum Betrieb des
Druckreglers erzeugte Steuerstrom variiert in der Regel in einem
Bereich zwischen 0 und 1 Ampere. In Abhängigkeit vom Steuerstrom variiert
der durch den Druckregler geregelte Steuerdruck in der Regel in
einem Bereich zwischen 0 und 6 bar, während der Speisedruck in der Regel
ca. 7,5 bar beträgt.
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Der
bekannte Aufbau des Steuersystems wird sowohl bei herkömmlichen
CVTs, bei denen Leitungsdrücke
in einem Bereich von ein paar Bar bis 45 bar angelegt werden, und
bei den derzeit bevorzugten Getriebeausführungen, bei denen die angelegte maximale
Leitungsdruckhöhe
in Abhängigkeit
von CVT-Ausführungsspezifikationen
von 80 bis 90 bar variieren kann, übernommen. Derzeitige Entwicklungen
bei der CVT-Ausführung
deuten darauf hin, dass die maximale Höhe sogar noch weiter ansteigen könnte.
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Bei
den derzeit bevorzugten CVT-Ausführungen
scheint die Genauigkeit, mit der der Leitungsdruck gesteuert werden
kann, nicht der Genauigkeit zu entsprechen, die früher bei
herkömmlichen CVT-Ausführungen
erreicht wurde. Wie zuvor erwähnt,
ist es aufgrund von Leistungsfähigkeitsüberlegungen
jedoch wünschenswert,
dass man in der Lage ist, den Leitungsdruck genau zu steuern, so dass
der geringste zulässige
Leitungsdruck eingestellt wird, während ein Riemenschlupf immer
noch wirksam verhindert wird.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung der derzeit bevorzugten
CVT-Ausführungen
und im Allgemein in der Bereitstellung eines CVT mit einem Steuersystem,
das in der Lage ist, den Leitungsdruck genau zu steuern. Gemäß der Erfindung
werden diese Aufgaben durch ein CVT mit den im kennzeichnenden Teil
von Anspruch 1 definierten Merkmalen gelöst. Des Weiteren besteht eine Aufgabe
der Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zur genauen
und effizienten Betätigung des
CVT der derzeit bevorzugten Ausführung.
Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe durch Verwendung des Verfahrens nach Anspruch
7 gelöst.
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Das
CVT nach Anspruch 1 ist durch Drucksteuermittel gekennzeichnet,
die den Leitungsdruck durch einen auf ein Teil des Leitungsdruckventils
wirkenden weiteren Druck beeinflussen können. Dies bedeutet, dass das
Leitungsdruckventil sowohl durch den Steuerdruck als auch durch
den weiteren Druck gesteuert werden kann. Dies bringt den Vorteil
mit sich, dass mehrere Optionen für eine beträchtliche Verbesserung der Genauigkeit
des Steuersystems und dadurch der Getriebeleistungsfähigkeit
geboten werden. Gemäß der Erfindung
ist es zum Beispiel möglich,
den Steuerdruck zur derartigen Betätigung des Leitungsdruckventils
zu verwenden, dass ungefähr
der erforderliche Leitungsdruck eingestellt wird, und den weiteren
Druck zur Feinabstimmung der Einstellung des Leitungsdruckventils
zu verwenden. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Genauigkeit
der Leitungsdrucksteuerung und somit auch die Leistungsfähigkeit
des CVT beträchtlich
verbessert werden.
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Das
Getriebe nach Anspruch 1 betrifft ein CVT mit einem Hydraulikkreis,
der so angeordnet ist, dass der Druck im Zylinder des Kolbens/Zylinders, der
der ersten Rolle zugeordnet ist, der Leitungsdruck ist, während der
Druck im Zylinder des der zweiten Rolle zugeordneten Kolbens/Zylinders
mittels eines Stromregelventils bestimmt wird, das einen Strom von
Hydraulikflüssigkeit
von der Haupthydraulikleitung zu der Kolben/Zylinder-Anordnung oder einen
Strom von der Kolben/Zylinder-Anordnung
zum Behälter
steuern kann. Gemäß der Erfindung
umfassen die Drucksteuermittel einen Durchgang, der die der zweiten
Rolle zugeordnete Kolben/Zylinder-Anordnung mit dem Leitungsdruckventil
verbindet, so dass der Druck in der Kolben/Zylinder-Anordnung als der
weitere Druck dient, der den Leitungsdruck beeinflussen kann. Das
Steuersystem oder insbesondere das Leitungsdruckventil ist so angeordnet,
dass bei Anstieg des Drucks in der der zweiten Rolle zugeordneten
Kolben/Zylinder-Anordnung der Bereich von Leitungsdruckhöhen, die
durch Regeln des Steuerdrucks eingestellt werden können, abnimmt.
Da der Bereich von Steuerdruckhöhen
unverändert bleibt,
wird ein zunehmend günstigeres
Verhältnis zwischen
dem Bereich von Leitungsdruckhöhen und dem
Bereich von Steuerdruckhöhen
erreicht, wenn der Druck im Zylinder der Kolben/Zylinder-Anordnung
der zweiten Rolle ansteigt. Die Genauigkeit, mit der das Steuersystem
den Leitungsdruck steuern kann, ist somit von dem Druck in der Kolben/Zylinder-Anordnung
der zweiten Rolle so abhängig
gemacht worden, dass die Genauigkeit zunimmt, wenn der letzte Druck
zunimmt. Da der Druck in der Kolben/Zylinder-Anordnung der zweiten
Rolle mit größer werdendem Übersetzungsverhältnis, das
für diesen Zweck
als die Drehgeschwindigkeit der ersten Rolle geteilt durch die der
zweiten Rolle definiert ist, zunimmt, erhöht sich die Genauigkeit des
Steuersystems mit größer werdendem Übersetzungsverhältnis.
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Der
Vorteil solch eines Steuersystems wird durch die Erkenntnis gegeben,
dass ein CVT über
relativ lange Zeiträume
mit den höheren Übersetzungsverhältnissen,
den so genannten OD-Verhältnissen, betrieben
wird. Die niedrigsten Übersetzungsverhältnisse,
die so genannten Niedrig-Verhältnisse,
werden in der Regel in erster Linie bei der Beschleunigung eines
Fahrzeugs verwendet. Hinsichtlich der Leistungsfähigkeit ist es somit wichtig,
dass man in der Lage ist, den Leitungsdruck genau zu steuern, wenn
sich das Getriebe in einem OD-Verhältnis befindet,
während
eine relativ ungenaue Leitungsdrucksteuerung in einem Niedrig-Verhältnis keine
große Auswirkung
auf die Gesamtleistungsfähigkeit
des Getriebes hat. Die vorliegende Ausgestaltung der Erfindung bietet
ein einfaches und kostengünstiges
Mittel zur Verbesserung der Genauigkeit des Steuersystems, besonders
in OD-Verhältnissen.
Der Faktor, mit dem die Genauigkeit des Steuersystems in OD-Verhältnissen
im Vergleich zur Genauigkeit in Niedrig-Verhältnissen verbessert wird, hängt von
der Ausführung
des Leitungsdruckventils ab, kann aber in der Regel ca. 2 oder noch
größer sein.
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Unter
anderem sei darauf hingewiesen, dass in der deutschen Patentanmeldung
DE-A-19829642, die als der nächstliegende
Stand der Technik betrachtet wird, ein CVT offenbart wird, das mit
einem Hydrauliksystem versehen ist, welches ein durch einen elektronisch
bestimmten Steuerdruck betätigtes Leitungsdruckventil
enthält
und mit Mitteln zur Verbesserung der Genauigkeit versehen ist, mit
der ein Leitungsdruck durch das Leitungsdruckventil bei relativ
geringen Höhen
des Leitungsdrucks eingestellt werden kann. Diese bekannten Mittel
umfassen ein weiteres Ventil zur Steuerung eines weiteren Drucks in
Abhängigkeit
von der Steuerdruckhöhe,
wobei dieser weitere Druck das Leitungsdruckventil neben dem Steuerdruck
beeinflusst. Mit diesen Mitteln kann somit realisiert werden, dass
sich die Genauigkeit mit der Höhe
des Leitungsdrucks anstatt mit dem Übersetzungsverhältnis, wie
es derzeit der Fall ist, ändert.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Drucksteuermittel einen
weiteren Druckregler, der den weiteren Steuerdruck, der als der
weitere Druck dient, regeln kann. Gemäß der Erfindung ist es von
Vorteil, wenn in einem ersten Teil des Bereichs angelegter Leitungsdruckhöhen, zum Beispiel
in der unteren Hälfte
zwischen ein paar Bar und ca. 45 bar, das Leitungsdruckventil durch
den von dem bekannten Druckregler geregelten Steuerdruck gesteuert
wird, während
in einem zweiten Teil des Bereichs, zum Beispiel in der oberen Hälfte zwischen
ca. 45 und 87 bar, das Ventil durch den weiteren Steuerdruck, der
als der weitere Druck dient und durch den weiteren Druckregler geregelt
wird, gesteuert wird. Auf diese Weise werden der Druckregler und
der weitere Druckregler praktisch der Reihe nach verwendet, so dass
der Gesamtbereich von Steuerdruckhöhen, der zur Steuerung des
Leitungsdruckventils zur Verfügung
steht, im Wesentlichen verdoppelt ist. Es hat sich herausgestellt,
dass die zusätzlichen
Kosten durch den Einbau solcher Drucksteuermittel durch die positive
Wirkung, die sie auf die Leistungsfähigkeit des CVT haben, ausgewogen
werden könnten.
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Gemäß noch einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Drucksteuermittel
ein weiteres Ventil, das in der Lage ist, es einem im Wesentlichen
konstanten Hilfsdruck gezielt zu gestatten, als der weitere Druck
zu dienen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem weiteren Ventil
um ein Schaltventil, das es entweder dem Steuerdruck oder dem Hilfsdruck
gestattet, das Leitungsdruckventil zu steuern. Der Hilfsdruck wird
etwas höher
ausgewählt
als die maximale Steuerdruckhöhe,
die durch den Druckregler geregelt werden kann. Das Leitungsdruckventil
ist so angeordnet, dass die angelegte maximale Leitungsdruckhöhe unter
dem Einfluss des Hilfsdrucks eingestellt wird. Gemäß der Erfindung
ist der Speisedruck des Druckreglers besonders dazu geeignet, als
der Hilfsdruck zu dienen. Der Speisedruck wird zum Einstellen des
Leitungsdruckventils verwendet, wenn der angelegte Leitungsdruck
in einem obersten Teil des Bereichs angelegter Leitungsdruckhöhen liegt,
während
das Leitungsdruckventil durch den Steuerdruck gesteuert wird, wenn
der zur Verhinderung von Riemenschlupf erforderliche Leitungsdruck
in anderen Teilen des Bereichs liegt. Gemäß der Erfindung kann ein Schwellendruck
PLP,th, bei dem der oberste Teil beginnt,
wie folgt berechnet werden: PLP,th =
PCP,max/PAUX·PLP,max wobei: PCP,max die
angelegte maximale Steuerdruckhöhe,
PAUX der Hilfsdruck, der in diesem Fall gleich
dem Druckreglerspeisedruck PPR ist, und
PLP,max die angelegte maximale Leitungsdruckhöhe
ist.
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Der
Vorteil dieser besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuersystems
wird durch die Erkenntnis gegeben, dass die höheren Leitungsdrücke in der
Regel nur angelegt werden, wenn die größten Drehmomenthöhen übertragen
werden, zum Beispiel während
einer schnellen Beschleunigung eines Fahrzeugs, in dem das CVT verwendet
wird. Es hat sich herausgestellt, dass solche Drehmomenthöhen während des
Betriebs des CVT nur in einem relativ kleinen Teil der Gesamtbetriebszeitdauer
auftreten. Dies gilt insbesondere, wenn das CVT mit einem Drehmomentwandler
versehen ist, wie dies bei der CVT-Ausführung üblich ist. Somit ist es möglich, die maximale
Leitungsdruckhöhe
unter Verwendung des Hilfsdrucks einzustellen, selbst wenn ein etwas
geringerer Leitungsdruck tatsächlich
erforderlich ist, um Riemenschlupf zu verhindern, während immer
noch eine gute Getriebeleistungsfähigkeit gewährleistet wird. Der gesamte
Bereich an Steuerdruckhöhen steht
dann zur Steuerung des Leitungsdrucks in nur einem Teil des Bereichs
angelegter Leitungsdruckhöhen
zur Verfügung.
Die Genauigkeit des Steuersystems wird dadurch um einen Faktor verbessert,
der durch das Verhältnis
zwischen dem Hilfsdruck und dem Maximum des Bereichs von Steuerdruckhöhen gegeben
wird.
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Des
Weiteren stellt die Erfindung ein Verfahren bereit, das eine genaue
Steuerung des Leitungsdrucks des CVT gestattet. Das Verfahren nach
den Ansprüchen
4–7 eignet
sich für
das bekannte CVT, bei dem das Steuersystem in der Lage ist, den
Leitungsdruck in einem Bereich von Leitungsdruckhöhen zu steuern,
die mittels eines Leitungsdruckventils angelegt werden, wenn es
durch einen Steuerdruck betätigt
wird, der in einem Steuerdruckbereich variiert. Bei solch einem
Steuersystem kann eine Steuerdruckauflösung als das Verhältnis zwischen dem
Bereich von Steuerdruckhöhen
und einem Bereich von Leitungsdruckhöhen, die mittels eines Leitungsdruckventils
anzulegen sind, wenn dieses durch den Bereich von Steuerdruckhöhen betätigt wird,
definiert werden. Diese Auflösung
ist ein Maß für die Genauigkeit
der Leitungsdrucksteuerung. Gemäß der Erfindung
kann die Auflösung
durch Bereitstellung eines weiteren Drucks, der das Leitungsdruckventil
beeinflussen kann, verbessert werden. Dies bedeutet, dass mehrere
Optionen zur Verbesserung der Genauigkeit des Steuersystems geboten werden,
indem der Bereich von Leitungsdruckhöhen, die mittels eines Leitungsdruckventils
anzulegen sind, wenn dies durch den Bereich von Steuerdruckhöhen betätigt wird,
verkleinert wird. Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden
Schritte:
- – Bestimmen
eines gewünschten
Leitungsdrucks auf Grundlage mehrerer Signale, die mindestens das Übersetzungsverhältnis, das
zu übertragende Drehmoment
und die Drehgeschwindigkeit der Rolle darstellen,
- – Erzeugen
des Steuerstroms zur Steuerung des Druckreglers zumindest in Abhängigkeit
von dem gewünschten
Leitungsdruck,
- – Bereitstellen
eines weiteren Drucks, der das Leitungsdruckventil dahingehend steuern
kann, eine Erhöhung
der Steuerdruckauflösung
durch Verringern des Bereichs von Leitungsdruckhöhen, die mittels eines Leitungsdruckventils
bei Betrieb durch den Bereich der Steuerdruckhöhen angelegt werden, zu bewirken,
und
- – Bestimmen
eines Drucks, der im Zylinder der der zweiten Rolle zugeordneten
Kolben/Zylinder-Anordnung tatsächlich
herrscht, der als der weitere Druck dient.
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Gemäß der Erfindung
kann in diesem Fall eine Hydraulikleitung, die den Zylinder der
der zweiten Rolle zugeordneten Kolben/Zylinder-Anordnung mit dem
Leitungsdruckventil verbindet, vorgesehen sein, so dass der Druck
in dem Zylinder als der weitere Druck dient.
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Zur
Erzeugung des geeigneten Steuerstroms zur Steuerung des Druckreglers
wird der Strom darüber
hinaus in Abhängigkeit
von der Höhe des
im Zylinder der der zweiten Rolle zugeordneten Kolben/Zylinder-Anordnung
tatsächlich
herrschenden Drucks erzeugt. Der besondere Vorteil dieser Weiterbildung
der Erfindung besteht darin, dass das Verfahren zu geringen Kosten
implementiert werden kann.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung kann ein weiterer Druckregler zur Regelung
eines weiteren Steuerdrucks, der als der weitere Druck dient, vorgesehen
sein. In diesem Fall umfasst das erfindungsgemäße Verfahren des Weiteren den Schritt
des:
- – Erzeugens
eines weiteren Steuerstroms zur Steuerung eines weiteren Druckreglers
zumindest in Abhängigkeit
von dem gewünschten
Leitungsdruck, so dass ein weiterer Steuerdruck geregelt wird, der
als der weitere Druck dient.
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Die
besonderen Vorteile dieser Weiterbildung der Erfindung bestehen
darin, dass die Genauigkeit des Steuersystems im gesamten Betriebsbereich
des CVT, zum Beispiel unabhängig
vom Übersetzungsverhältnis, verbessert
werden kann und dass die Verbesserung ziemlich groß sein kann,
zum Beispiel bis zu einem Faktor von zwei.
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Gemäß noch einer
weiteren Weiterbildung der Erfindung kann ein Ventil vorgesehen
sein, das die Steuerung des Leitungsdruckventils entweder durch
den Steuerdruck oder durch einen im Wesentlichen konstanten Hilfsdruck,
der als der weitere Druck dient, gezielt gestattet. In diesem Fall
umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
darüber
hinaus die folgenden Schritte:
- – Bestimmen,
ob der gewünschte
Leitungsdruck höher
ist als ein vorbestimmter Schwellendruck, und
- – Einstellen
des Leitungsdruckventils mittels eines im Wesentlichen konstanten
Hilfsdrucks, der als der weitere Druck dient, wenn der gewünschte Leitungsdruck
höher ist
als der vorbestimmte Schwellendruck.
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Der
besondere Vorteil dieser Weiterbildung der Erfindung besteht darin,
dass die Genauigkeit des Steuersystems im gesamten Betriebsbereich des
CVT, zum Beispiel unabhängig
vom Übersetzungsverhältnis, verbessert
werden kann.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren
weiter erörtert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines CVT mit einem elektro-hydraulischen
Steuersystem nach dem Stand der Technik.
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2 ist
eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Leitungsdruckventils.
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3 zeigt
die Beziehung zwischen dem Steuerstrom, dem Steuerdruck und dem
Leitungsdruck für
das bekannte CVT.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung eines CVT mit einem elektronischen
Steuersystem gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung.
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5 ist
eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Leitungsdruckventils,
das sich zur Anwendung in dem CVT nach 4 eignet.
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6 zeigt
eine bevorzugte Beziehung zwischen dem Steuerstrom, dem Steuerdruck
und dem Leitungsdruck für
das CVT nach 4.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung eines CVT mit einem elektronischen
Steuersystem nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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8 ist
eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Leitungsdruckventils,
das sich zur Anwendung in dem CVT nach 7 eignet.
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9 zeigt
eine bevorzugte Beziehung zwischen dem Steuerstrom, dem Steuerdruck
und dem Leitungsdruck für
das CVT nach 7.
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10 zeigt
eine schematische Darstellung eines CVT mit einem elektronischen
Steuersystem nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
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11 zeigt
eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Leitungsdruckventils,
das sich zur Anwendung in dem CVT nach 10 eignet.
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12 zeigt
die bevorzugte Beziehung zwischen dem Steuerstrom, dem Steuerdruck
und dem Leitungsdruck für
das CVT nach 10.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines CVT mit einem elektro-hydraulischen
Steuersystem nach dem Stand der Technik. Das CVT umfasst eine erste
Rolle 1 auf einer ersten Welle 3 und eine zweite
Rolle 2 auf einer zweiten Welle 4. Ein Antriebsriemen 10 ist
um die Rollen 1, 2 zur Drehmomentübertragung
zwischen den Wellen 3, 4 angebracht. Jede Rolle 1 oder 2 weist
eine feststehende Scheibe 5 bzw. 6 und eine axial
bewegliche Scheibe 7 bzw. 8 auf. Es sind Kolben/Zylinder-Anordnungen 11, 13 und 12, 14 zur
axialen Verschiebung der beweglichen Scheiben 7 und 8 vorgesehen.
Die Zylinder 11 und 12 der Kolben/Zylinder-Anordnungen 11, 13 und 12, 14 sind
Teil eines elektro-hydraulischen Steuersystems und sind über eine
Haupthydraulikleitung 15 bzw. eine weitere Hydraulikleitung 16 mit
anderen Teilen des Systems verbunden. Das Steuersystem umfasst einen
Hydraulikkreis, der mit einer Pumpe 17 zur Erzeugung eines
Hydraulikflüssigkeitsstroms
von einem Behälter 34 zur
Haupthydraulikleitung 15 und mit einem Leitungsdruckventil 18 zur Steuerung
eines Leitungsdrucks PLP der Hydraulikflüssigkeit
in der Haupthydraulikleitung 15 und somit auch im Zylinder 11 der
ersten Rolle in einem Bereich von im CVT angelegten Leitungsdruckhöhen versehen
ist.
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Das
Leitungsdruckventil 18 wird in 2 genauer
gezeigt. Das Ventil 18 umfasst ein Ventilgehäuse 19 und
einen Ventilkörper 20,
der in dem Ventilgehäuse 19 verschiebbar
angebracht ist. In Abhängigkeit
von der Position des Ventilkörpers 20 kann
ein kleinerer oder ein größerer Strom
von Hydraulikflüssigkeit
von der Haupthydraulikleitung 15 zu einem anderen Teil
des Hydraulikkreises, der hier als die Hydraulikleitung 21 bezeichnet
wird, strömen.
Wenn der Strom kleiner ist als der durch die Pumpe 17 erzeugte
Strom, erhöht
sich der Leitungsdruck PLP und umgekehrt.
Die Position des Ventilkörpers 20 wird durch
ein Gleichgewicht zwischen einerseits einer Kraft zur Rechten durch
sowohl den über
den oftmals mit einer hydraulischen Drossel 24 versehenen Durchgang 23 auf
die Fläche 22 wirkenden
Leitungsdruck PLP als auch den über den
Durchgang 26 auf die Fläche 25 wirkenden
Steuerdruck PCP und andererseits einer Kraft
zur Linken durch eine Feder 27 bestimmt. Wenn der Steuerdruck
PCP gering ist, wird somit der Leitungsdruck
PLP groß,
um die Kraft der Feder 27 auszugleichen, und umgekehrt.
Das Verhältnis
zwischen den Oberflächen
der Flächen 22 und 25 wird
in der Regel so ausgewählt,
dass die angelegte maximale Steuerdruckhöhe PCP im
Vergleich zur angelegten maximalen Leitungsdruckhöhe PLP,max gering ist. Die Fläche 25 ist mit einem
Vorsprung 28 versehen, der das Sperren des Durchgangs 26 durch den
Ventilkörper 20 verhindert,
wenn er nach links gedrückt
wird.
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Das
in 2 gezeigte Ventil 18 ist mit einer Feder 27 versehen,
was bedeutet, dass, wenn kein Steuerdruck PCP an
die Fläche 25 angelegt
ist, der Ventilkörper 20 den
Strom vom Hydraulikkanal 13 zum Hydraulikkanal 21 sperrt,
bis der auf die Endfläche 22 wirkende
Leitungsdruck PLP in der Lage ist, den Ventilkörper 18 gegen
die durch die Feder 27 ausgeübte Kraft nach rechts zu bewegen.
Das NC-Ventil 18 (NC – normally
closed/normalerweise geschlossen) stellt somit eine maximale Leitungsdruckhöhe PLP,max ein, wenn der Steuerdruck PCP am niedrigsten ist. Bei einem Ventil ohne
Feder wird die angelegte maximale Leitungsdruckhöhe PLP,max eingestellt,
wenn eine maximale Steuerdruckhöhe PCP,max angelegt ist. Die Ausführung der
letzteren Ventilart wird in 11 dargestellt.
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Erneut
auf 1 Bezug nehmend, wird ein Druckregler 29 zur
Regelung des Steuerdrucks PCP im Durchgang 26 verwendet.
Der Druckregler 29 wird über die Leitung 21 mit
einer Hydraulikflüssigkeit
auf einem im Wesentlichen konstanten Speisedruck PPR gespeist,
der etwas höher
ist als die angelegte maximale Steuerdruckhöhe PCP,max.
Ein Speisedruckventil 30 bestimmt die Druckhöhe des Speisedrucks
PPR. Das Ventil 30 ist ähnlich ausgeführt wie
das Ventil 18, jedoch wird in diesem Fall kein Steuerdruck
angelegt, da der Speisedruck PPR im Wesentlichen
konstant ist. Die durch die Feder 31 ausgeübte Kraft
bestimmt den Speisedruck PPR. Des Weiteren
ist das bekannte Steuersystem mit einem Stromregelventil 32 versehen,
das durch einen durch einen zusätzlichen Druckregler 33 geregelten
Steuerdruck gesteuert wird, wobei das Ventil 32 den Durchfluss
durch die weitere Leitung 16 entweder von der Haupthydraulikleitung 15 zum
Zylinder 12 der zweiten Rolle 2 oder von dem Zylinder 12 zu
einem Behälter 34 für Hydraulikflüssigkeit
bestimmt, wodurch der Druck in dem Zylinder 12 auf einer
Höhe zwischen
dem Leitungsdruck PLP und dem Druck der
Flüssigkeit
im Behälter 34 gesteuert
wird.
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Der
durch die Leitung 21 den Druckreglern 29, 33 zugeführte Speisedruck
PPR beträgt
in der Regel ca. 7,5 bar, während
die Druckregler 29, 33 in der Lage sind, einen
Steuerdruck PCP von dem Speisedruck PPR zwischen ca. 0 und 6 bar abzuleiten. Überschüssige Hydraulikflüssigkeit
kann von den Ventilen 30, 32 und den Druckreglern 29, 33 zu
einem Behälter 34 für Hydraulikflüssigkeit
fließen.
Die Druckregler 29, 33 weisen eine allgemein bekannte
Ausführung auf
und können
mittels eines elektronischen Systems, das eine ECU 35 umfasst,
die geeignete Steuerströme
IPC für
die Druckregler 29, 33 auf Grundlage geeigneter
Variablen, wie zum Beispiel des Übersetzungsverhältnisses
i, der Drehgeschwindigkeit der ersten Rolle Nf und des von dem CVT
zu übertragenden
Drehmoments T, bestimmt, elektronisch betrieben werden.
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Obgleich
das bekannte CVT an sich zufrieden stellend funktioniert, ist die
Leistungsfähigkeit des
derzeitigen CVT nicht optimal, wie in 3 dargestellt.
Bei herkömmlichen
CVTs typischerweise angelegte Leitungsdrücke PLP reichen
von ein paar Bar bis zu 45 bar, wie durch den Bereich II gezeigt.
In diesem Bereich wird der Leitungsdruck PLP unter
Verwendung der Steuerdrücke
PCP in einem Bereich I, der in Abhängigkeit
von einem Steuerstrom IPC, der in einem
Bereich von ca. 0 bis 1 Ampere variieren kann, zwischen ca. 0 und
6 bar liegt, gesteuert. Mit anderen Worten beträgt der Verstärkungsfaktor
des Steuersystems, der hier als der Bereich II angelegter Leitungsdrücke PLP geteilt durch den Bereich I angelegter
Steuerdrücke
PCP definiert wird, ca. 7. Somit führen unvermeidbare
Ungenauigkeiten des Steuerdrucks PCP zu
Ungenauigkeiten des Leitungsdrucks PLP,
die ca. das 7-Fache betragen. Bei den derzeit bevorzugten CVT-Ausführungen
können
die angelegten Leitungsdrücke
PLP jedoch zwischen ein paar Bar und 80
bar oder sogar darüber
liegen, wie durch Bereich III gezeigt, was einen Verstärkungsfaktor
von ca. 14 oder darüber
ergibt. Aufgrund dieser großen Verstärkung ist
die Ungenauigkeit der tatsächlichen Höhe des Leitungsdrucks
PLP in der Haupthydraulikleitung 15 ziemlich
groß.
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Obgleich
das Steuersystem so ausgeführt sein
kann, dass sich der tatsächliche
Leitungsdruck PLP im Durchschnitt einer
gewünschten
Höhe für den Druck
nähert,
ist der tatsächliche
Leitungsdruck PLP ziemlich instabil und
kann manchmal beträchtlich
von der Durchschnittshöhe
abweichen. Dies erfordert das Anlegen von Leitungsdrücken PLP, die viel höher sind als der Leitungsdruck
PLP, der dazu erforderlich ist, eine gegenseitige
Tangentialbewegung des Antriebsriemens 10 und der Scheiben 5, 7 oder 6, 8 einer
Rolle 1 oder 2, das heißt Riemenschlupf, wodurch die Getriebeleistungsfähigkeit
beeinträchtigt
wird, angemessen zu verhindern.
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In 4 wird
eine schematische Darstellung eines CVT mit einem elektro-hydraulischen
Steuersystem nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Das Steuersystem umfasst Drucksteuermittel 40; 41; 42,
die mit einem weiteren Druckregler 40 versehen sind, der
einen weiteren Steuerdruck regeln kann, welcher als der weitere
Druck PFP zur Beeinflussung des Leitungsdrucks
PLP dient. Wie der Druckregler 29 wird
der weitere Druckregler 40 durch einen Steuerstrom IFP gesteuert, der durch die ECU 35 erzeugt
wird. Der Ventilkörper 20 des
Leitungsdruckventils 18 ist mit einer weiteren Fläche 44 versehen,
damit der weitere Druck PFP den Leitungsdruck
beeinflussen kann, wie in 5 gezeigt.
Des Weiteren ist das Steuersystem mit einem Durchgang 43 versehen,
der den weiteren Regler 40 mit dem Leitungsdruckventil 18 verbindet.
Die Wirkung dieser Ausgestaltung der Erfindung auf die Abhängigkeit des
Leitungsdrucks PLP von dem Steuerdruck PCP und von dem weiteren Druck PFP wird
in 6 gezeigt. In diesem Fall werden die Oberflächen der
Flächen 25 und 44 so
gewählt,
dass sowohl der Druckregler 29 als auch der weitere Druckregler 40 den Leitungsdruck
PLP zu gleichen Teilen IV bzw. V des Bereichs
angelegter Leitungsdruckhöhen
III steuern kann. Wenn sich sowohl der Steuerdruck PCP als auch
der weitere Druck PFP auf ihrer maximalen
Höhe befinden
(in der Regel ca. 6 bar), befindet sich somit der Leitungsdruck
PLP auf seiner minimalen Höhe, die in
diesem Beispiel 3 bar beträgt.
Wenn der Steuerdruck PCP auf seine minimale
Höhe (in
der Regel ca. 0 bar) geregelt wird, dann wird der Leitungsdruck
PLP im unteren Teil IV des Gesamtleitungsdruckbereichs von
der minimalen Höhe
zu einer Zwischenhöhe,
die in diesem Beispiel 45 bar beträgt, gesteuert. Wenn anschließend der
weitere Druck PFP auf seine minimale Höhe geregelt
wird, wird der Leitungsdruck PLP in einem
oberen Teil V des Gesamtleitungsdruckbereichs von der Zwischenhöhe zu einer
maximalen Höhe,
die in diesem Beispiel 87 bar beträgt, gesteuert. Somit wird erreicht,
dass der Bereich von Steuerdruckhöhen (I) zur Steuerung des Leitungsdrucks
PLP in nur einem Teil des Gesamtbereichs
von Leitungsdrücken
PLP verwendet wird. In dem in 6 gezeigten
Beispiel wird der Verstärkungsfaktor
des Steuersystems durch das Vorhandensein des weiteren Druckreglers 40,
der den weiteren Druck PFP regelt, im Wesentlichen
halbiert, wodurch die Genauigkeit des Steuersystems drastisch verbessert
wird.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil dieser besonderen Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass die Leistungsfähigkeit
und das Fahrverhalten des CVT auch in jenen Situationen verbessert
werden kann, in denen das elektrische Steuersystem versagt, zum Beispiel
aufgrund einer leeren Autobatterie. Dies kann wie folgt erfolgen.
Bei dem in 1 gezeigten bekannten CVT ist
das Steuersystem so angeordnet, dass der Druckregler 29 den
Steuerdruck PCP automatisch auf seine minimale
Höhe regelt,
wenn er keinen Steuerstrom IPC erhält. Unter
diesen Umständen wird
somit die maximale Leitungsdruckhöhe PLP,max angelegt,
um zu jeder Zeit einen Schlupf des Antriebsriemens 10 zu
verhindern. Aufgrund der fortwährend
angelegten maximalen Leitungsdruckhöhe PLP,max ist
die Leistungsfähigkeit
des Getriebes sehr schlecht und die Last auf dem Antriebsriemen 10 sehr
hoch, was einen unnötigen Verschleiß des Antriebsriemens 10 verursachen
kann. Das erfindungsgemäße Steuersystem
ist mit zwei Druckreglern 29 und 40 ausgestattet.
Solche Druckregler 29 und 40 funktionieren ähnlich wie
irgend welche der weiter oben besprochenen verschiedenen Arten des
Ventils 18. Ein mit einer Feder versehener Druckregler
wird als ein NO-Ventil
(NO – normally
open/normalerweise geöffnet)
bezeichnet, während
ein Druckregler ohne eine Feder als ein NC-Ventil (NC – normally closed/normalerweise
geschlossen) bezeichnet wird. Somit kann das Steuersystem so angeordnet
werden, dass bei einem elektrischen Versagen der Druckregler 29 den
Steuerdruck PCP automatisch auf seine minimale
Höhe regelt,
während
der weitere Druckregler 40 den weiteren Druck PFP automatisch auf seine maximale Höhe regelt,
oder umgekehrt. Auf diese Weise ist die Kraft am Ventilkörper 20 des
Leitungsdruckventils 18 bei einem elektrischen Versagen
nicht Null, sondern wird durch den auf die weitere Fläche 44 wirkenden
weiteren Druck PFP bestimmt. Der angelegte
Leitungsdruck PLP befindet sich somit nicht
auf seiner maximalen Höhe
PLP,max, sondern auf einer etwas geringeren
Höhe, die
von der Oberfläche der
Fläche 44 und
der Höhe
des weiteren Drucks PFP abhängt, wodurch
die Leistungsfähigkeit
des Getriebes unter Reduzierung der Last am Antriebsriemen 10 verbessert
wird.
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In 7 wird
eine schematische Darstellung eines CVTs mit einem elektro-hydraulischen
Steuersystem gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Diese Ausgestaltung der Erfindung eignet
sich besonders für
ein CVT, bei dem der Druck im Zylinder 12 der der zweiten
Rolle 2 zugeordneten Kolben/Zylinder-Anordnung 12, 14 von
dem Leitungsdruck PLP abgeleitet ist, so
dass das Verhältnis
zwischen dem Druck im Zylinder 12 und dem Druck im Zylinder 11 der
der ersten Rolle zugeordneten Kolben/Zylinder-Anordnung 11, 13 immer
zwischen 0 und 1 liegt. Die Drucksteuermittel 41; 42; 43 gemäß dieser
Ausgestaltung umfassen einen Hydraulik durchgang 41, der
die der zweiten Rolle 2 zugeordnete Kolben/Zylinder-Anordnung 12, 14 mit dem
Leitungsdruckventil 18 verbindet, so dass der Druck im
Zylinder 12 als der weitere Druck PFP dient, wie
in 8 gezeigt. Die Fläche 44 des Leitungsdruckventils 18 gestattet
es nun dem Druck im Zylinder 12 der zweiten Rolle 2 eine
Kraft auf den Ventilkörper 20 auszuüben, wodurch
der Leitungsdruck PLP beeinflusst wird.
Die Wirkung der Drucksteuermittel 40; 41; 42 gemäß dieser
Ausgestaltung der Erfindung auf die Abhängigkeit des Leitungsdrucks
PLP von dem Steuerdruck PCP und
von dem weiteren Druck PFP wird in 9 gezeigt.
Es ist leicht verständlich, dass,
wenn sich der Druck im Zylinder 12 der der zweiten Rolle 2 zugeordneten
Kolben/Zylinder-Anordnung 12, 14 Null nähert, das
Verhalten des Leitungsdruckventils 18 bezüglich des
zuvor anhand der 1 bis 3 besprochenen
Stands der Technik unverändert
ist. Bei Normalbetrieb des CVTs erhöht sich jedoch dieses Druckverhältnis von
fast Null auf die Höhe
des Leitungsdrucks PLP, wenn sich das Übersetzungsverhältnis i
von dem Niedrigverhältnis, bei
dem der Laufradius des Antriebsriemens 10 zwischen den
Scheiben 5, 7 der ersten Rolle 6, 8 am kleinsten
ist, auf das OD-Verhältnis,
bei dem der Laufradius am größten ist,
erhöht,
oder umgekehrt. Wie in 9 gezeigt, bewirkt dies eine Änderung
des Bereichs von Leitungsdrücken
PLP, die mittels des Leitungsdruckventils 18 gesteuert
werden können, so
dass der Bereich kleiner wird, wenn sich der Druck im Zylinder 12 erhöht. Somit
wird durch die Erfindung erreicht, dass sich der Verstärkungsfaktor
des Steuersystems verringert. In diesem Beispiel verringert sich
der Faktor von 14 im Niedrigverhältnis
auf 7 im OD-Verhältnis,
wodurch sich eine viel genauere Getriebesteuerung in OD als in Niedrig
ergibt.
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In 10 wird
eine schematische Darstellung eines CVTs mit einem elektro-hydraulischen Steuersystem
gemäß einer
dritten Ausführungsform der
Erfindung gezeigt. In 10 werden ein zusätzliches
Drucksteuerventil 48 und ein zusätzlicher Druckregler 49 gezeigt.
Das Ventil 48 und der Druckregler 49 werden zur
Steuerung eines Drucks in Leitung 50 verwendet, die zu
anderen Teilen des Hydraulikkreises führt, wie zum Beispiel einem Teil-Kreis
zur Schmierung oder zur Steuerung der Kupplungen im CVT. Die Drucksteuermittel 40; 41; 42 gemäß dieser
Ausgestaltung der Erfindung sind mit einem weiteren Ventil 42 in
Form eines Schaltventils versehen, das gezielt gestatten kann, dass
der Leitungsdruck PLP entweder durch den
Steuerdruck PCP oder durch einen im Wesentlichen
konstanten Hilfsdruck PAUX beeinflusst wird,
der als der weitere Druck PFP dient. Ein
Hydraulikdurchgang 45 verbindet das Schaltventil 42 mit
dem Leitungsdruckventil 18. Bei der in 10 gezeigten
Ausführung
dient der Speisedruck PPR des Druckreglers
als der Hilfsdruck PAUX und somit als der
weitere Druck PFP, jedoch könnte jeder
im Wesentlichen konstante Druck im Steuersystem, wie zum Beispiel
ein Schmierdruck, ein geeigneter Hilfsdruck PAUX sein.
Das weitere Ventil 42 wird einerseits durch den durch den
Druckregler 29 geregelten Steuerdruck PCP und
andererseits durch eine Feder 46 betätigt, wodurch das Ventil 42 so
angeordnet wird, dass eine erste Hydraulikverbindung 26, 45 zwischen
dem Druckregler 29 und dem Leitungsdruckventil 18 hergestellt
wird, wenn der Steuerdruck PCP geringer
ist als seine maximale Höhe PCP,max, während,
wenn sich der Steuerdruck PCP im Wesentlichen
auf der maximalen Höhe
PCP,max befindet, eine zweite Hydraulikverbindung 21, 45 zwischen
dem Speisedruckventil 30 und dem Leitungsdruckventil 18 hergestellt
wird. Somit wird erreicht, dass das Leitungsdruckventil 18 durch
den Steuerdruck PCP gesteuert wird, wenn
der Steuerdruck PCP niedriger ist als die
maximale Höhe
PCP,max, während, wenn die maximale Steuerdruckhöhe PCP,max angelegt ist, das Leitungsdruckventil 18 durch
den konstanten weiteren Druck PFP eingestellt
wird. In 11 wird ein für diese
besondere Ausgestaltung der Erfindung geeignetes Leitungsdruckventil 18 gezeigt.
Das Ventil ist nicht mit einer Feder versehen, und der Steuerdruck
PCP und der Leitungsdruck PLP wirken
auf einander gegenüberliegenden
Seiten des Ventilkörpers 20.
In diesem Fall ist der Leitungsdruck PLP hoch, wenn
der Steuerdruck PCP hoch ist, und umgekehrt. Die
Wirkung dieser Ausgestaltung der Erfindung auf das Steuersystem
wird in 12 gezeigt. Wie gezeigt, variiert
der Steuerdruck PCP in einem Bereich von
0 bis 6 bar in Abhängigkeit
von dem an den Druckregler 29 angelegten Strom IPC. Die Flächen 22 und 25 des
Leitungsdruckventils 18 sind so dimensioniert, dass der
Leitungsdruck PLP zwischen ein paar Bar
und einem Schwellendruck von PLP,th von
ca. 70 bar in Abhängigkeit
von dem Steuerdruck PCP variiert. Wenn die
maximale Steuerdruckhöhe
PCP,max geregelt ist, wird die zweite Hydraulikverbindung
hergestellt und der Leitungsdruck wird durch den weiteren Druck PFP, der in diesem Fall der Speisedruck PPR des Druckreglers ist, auf seine maximale
Höhe PLP,max eingestellt. Somit wird durch die
Erfindung erreicht, dass der Verstärkungsfaktor des Steuersystems
um einen Faktor verbessert wird, der gleich dem Verhältnis zwischen
der angelegten maximalen Leitungsdruckhöhe PLP,max und
dem Schwellendruck PLP,up ist, der wiederum
gleich dem Verhältnis
zwischen PFP und PCP,max ist, was
bedeutet, dass der Faktor in der Regel ca. 1,25 beträgt.