DE3310786A1

DE3310786A1 - Stufenlos verstellbares kegelscheibenumschlingungsgetriebe

Info

Publication number: DE3310786A1
Application number: DE19833310786
Authority: DE
Inventors: Reiner 8781 Neuendorf Bartholomäus; Jörg Dantlgraber; Rolf Dr.-Ing. 8770 Lohr Neuhaus
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1983-03-24
Filing date: 1983-03-24
Publication date: 1984-09-27

Description

Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Es wird dabei von einem bekannten Getriebe (DE-AS 22 00 555) ausgegangen, wobei allerdings die Ansteuerung des Steuerventils nicht elektrisch, sondern vielmehr mechanisch von Hand erfolgt und wobei das Grunddruckventil mit einer Feder auf einen festen Wert eingestellt ist. Elektrisch ansteuerbare oder durch Unterdruck drehmoment abhängig betätigte Ventile für Kegelscheibenumschlingungsgetriebe sind ebenfalls bekannt (DE-AS 27 52 322).
Beim Stand der Technik ist der Bauaufwand für die Ventileerheblich. So weisen die Ventile eine Vielzahl von Steuerkanten auf, deren Abmessungen sehr genau hergestellt sein müssen, um insbesondere zu gewährlèisten, daß bei der Anderung des Übersetzungsverhältnisses die Hubänderung des - antriebsseitigen und abtriebsseitigen Druckzylinders und damit der zugehörigen Antriebs- bzw. Abtriebsscheibe synchron erfolgt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Ventilsteuerung für das Umschlingungsgetriebe der eingangs geschilderten Art zu vereinfachen und eine verbesserte hyaraulische Ansteuerung der Druckzylinder zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses und zur Einstellung eines konstanten bzw. drehmomentabhängigen Grunddruckes zu erzielen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Steuerventil werden mehrere Vorteile erzielt; so erfolgt die Steuerung lediglich über zwei Steuerkanten des Ventils, wodurch sich die Bauweise des Steuerventils erheblich vereinfacht. Außerdem erfolgt die Synchronisation für die Hubverstellung der Antriebs scheibe und der Abtriebsscheibe des Getriebes hydraulisch, so daß die Synchronisation unabhängig von den Fertigungstoleranzen des Ventilschiebers ist. Ferner ist das Steuerventil betriebssicher und hat ein kleines Bauvolumen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Das Grunddruckventil weist einen Zugmagneten auf, der das Ventilglied entlastet und von einer Feder auf das Ventilglied im Schließsinn angedrückt wird. Über die elektrische Ansteuerung des Magneten läßt sich somit in einfacher Weise der Grunddruck auf einen konstanten Wert einstellen. Wird eine drehmoment abhängige Einstellung des Grunddrucks gewünscht, so kann dies durch ein stromab des Grunddruckventils angeordnetes, vom Antriebsdrehmoment einstellbares zusätzliches Ventil erfolgen.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Magnet des Grunddruckventils als Proportionalmagnet ausgebildet und wird von einem dem antriebsseitigen Drehmoment proportionalen Steuersignal angesteuert, sodaß der Grunddruck drehmoment abhängig veränderbar ist und das vorher erwähnte zusätzliche drehmomentabhängig einstellbare Ventil entfallen kann. Außerdem läßt sich durch diese Bauweise des Grunddruckventils eine einfache Sperrung des Getriebes erzielen, wenn das elektrische Steuersignal für den Magneten abgeschaltet wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert, in der die Steuerung für ein Umschlingungsgetriebe schematisch dargestellt ist.
Ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe besteht aus einem treibenden Kegelscheibenpaar 10 und einem getriebenen Kegelscheibenpaar 11. Das treibende Kegelscheibenpaar besteht aus einer axial feststehenden Antriebsscheibe 12 und einer axial verschiebbaren Antriebsscheibe 14, die zusammen mit einem axial verschiebbaren Kolben 15 einen Druckzylinder 16 bildet, dessen Druckraum 17 an eine Leitung 18 angeschlossen ist.
Die axial feststehende Antriebsscheibe 12 ist mit einer Welle 19 drehfest verbunden, mit der sich auch der Druckzylinder 16 dreht. Der Antrieb erfolgt von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine mit der Ist-Drehzahl n list über einen Drehmomentfühler 20, der in Form einer Spreizkupplung ausgebildet ist, die sich bei ansteigendem Antriebsdrehmoment öffnet und damit ein Ventil 22 in einer später geschilderten Weise betätigt. Außerdem wird von der Brennkraftmaschine auch eine Pumpe 24 angetrieben, die über ein Filter 25 mit dem Tank verbunden ist und über eine Leitung 26, in der ein Druckbegrenzungsventil 28 anangeordnet ist, Druckmittel zu einem Steuerventil 30 fördert.
Das mit einer Abtriebswelle, welche die Drehzahl n2ist aufweist, verbundene abtreibende Kegelscheibenpaar 11 besteht ebenfalls aus einer feststehenden Abtriebsscheibe 32, einer axial verschiebbarenAbtriebsscheibe 34, einem axial feststehenden Kolben 35, wobei Abtriebsscheibe 34 und Kolben 35 einen Druckzylinder 36 mit einem Druckraum 37 bilden, der über eine Leitung 38 mit dem Steuerventil 30 verbunden ist. Ein Zugmittelstrang 39 verbindet beide Kegelscheibenpaare, deren Abmessungen, insbesondere die Durchmesser der Druckzylinder bzw. Kolben 15, 35 gleich sind.
Das Steuerventil 30 weist einen Steuerschieber 40 mit zwei Bunden 41 und 42 auf, an deren einander zugekehrten Seitensteuerkanten 43 und 44 ausgebildet sind. Der Steuerschieber 40 ist in einer Gehäusebohrung 45 verschiebbar angeordnet.
Der Steuerschieber 40 wird entgegen der Kraft einer Feder 46 vom Stoßes eines Proportionalmagneten 48 verschoben.
Die von der Pumpe 24 herführende Leitung 26 ist über je eine Drossel 50, 51 mit der zum Druckzylinder 16 führenden Leitung 18 und zu der zum Druckzylinder 36 führenden Leitung 38 verbunden. Außerdem münden die Zweigleitungen 52 und 53 in je einen Ringkanal 54 und 55, mit dem die Steuerkanten 43 bzw. 44 zusammenwirken. In einen Mttelsteg 56 zwischen den beiden Ringkanälen 54 und 55 mündet eine Rücklaufleitung 60, an die auch der Federraum 58 und der dem Proportionalmagneten 48 zugeordnete Raum 59 über ein Filter 61 angeschlossen ist. In der Rücklauf leitung 60 ist ferner ein Grunddruckventil 70 angeordnet, das als Sitzventil ausgebildet ist. Ein Ventilglied 71 wird von einer Feder 73 auf den Ventilsitz 72 gedrückt.
Ferner weist das Grunddruckventil 70 einen elektrischen Magneten 74 auf, der entgegen der Kraft der Feder 73 wirkt und somit als Zugmagnet ausgebildet ist, bei dessen Beaufschlagung mit einem elektrischen Signal der Schließdruck entsprechend verringert wird. Die Rücklaufleitung 60' stromab des Grunddruckventils 70 ist über das bereits erwähnte Ventil 22 mit verschiedenen Schmierstellen des Getriebes verbunden. Dies ist im einzelnen nicht dargestellt. Das restliche Schmieröl läuft zum Tank zurück.
Das elektrische Signal zur Ansteuerung des Proportionalmagneten 48 des Steuerventils 30 sowie das Betätigungssignal für den Zugmagneten 74 des Grunddruckventils 70 wird in einer Regelschaltung 75 erzeugt, der verschiedene Eingangsgrößen des Getriebes zugeführt werden. Diese Eingangsgrößen sind der Ist-Wert der das Kegelscheibenpaar 10 antreibenden Drehzahl, sowie der Ist-Wert der Abtriebsdrehzahl des abteibenden Kegelscheibenpaares 11. Ferner wird der Soll-Wert der antreibenden Drehzahl eingegeben, der beispielsweise aus der Gaspedalstellung der Brenn- kraftmaschine abgeleitet wird. Schließlich kann als Rückführgröße auch noch die Hubverstellung X oder die Verstellgeschwindigkeit des Druckzylinders bzw. der axial verschiebbaren Antriebsscheibe 34 des abtreibenden Paares 11 eingegeben werden. Aus diesen Werten erzeugt die Regelschaltung 75 ein Ansteuersignal für das Steuerventil 30 zum Verändern des Übersetzungsverhältnisses.
Die Wirkungsweise ist folgende: über das Grunddruckventil 70 wird ein Grunddruck in den Druckräumen 17 und 37 eingestellt, der dafür sorgt, daß der Zugmittelstrang 39 stets so gespannt ist, daß Drehmoment übertragen werden kann. So soll beispielsweise der Grunddruck in der Leitung 60 und damit in den Druckzylindern niont unter 5 bar absinken.
Wenn die Feder 73 im Grunddruckventil auf einen Schließdruck von 40 bar eingestellt wird und von der Regelschaltung 75 der Z.ugmagnet 74 mit einem Steuerstrom erregt wird, der einer Kraft von 35 bar in Offnungsrichtung entspricht, so folgt der Grunddruck aus der Differenz der beiden Kräfte und beträgt 5bar in der Leitung 60.
Damit bei einer Druckerhöhung der Pumpe 24 der Grunddruck nicht verändert wird, ist der Regeldruck des Druckbegrenzungsventils 28 auf einen kleineren- Wert als die Kraft der Feder 73 im Grunddruckventil 70 eingestellt, die den Schließdruck erzeugt. So spricht bei einer Druckerhöhung stets zuerst das Druckbegrenzungsventil 28 an.
Mit dem Grunddruckventil 70 läßt sich außerdem eine Sperrfunktion realisieren, wenn der Steuerstrom für den Zugmagneten 24 abgeschaltet wird. Damit wird ein Schließdruck durch die Feder 73 von 40 bar erzeugt und eine Anderung des Übersetzungsverhältnisses, insbesondere im Stillstand des Fahrzeuges ist vermieden.
Das über das Grunddruckventil 70 in die Leitung 60' ab- strömende Druckmittel wird durch das Ventil 22 moduliert, das abhängig vom Drehmoment einstellbar ist. Je größer das vom Drehmomentfühler 20 übertragene Drehmoment wird, desto weiter öffnet die Spreizkupplung, von der das Ventil 22 im öffnungssinn verstellt wird, sodaß der Druck stromab des Ventils 22 abgebaut wird. Die Leistung 60" führt zu verschiedenen Schmierstellen der Kegelscheibenpaare 10 und 11 und von dort zurück zum Tank.'Je.größer das über den Zugmittelstrang 39 übertragene Drehmoment ist, desto weiter öffnet also das Ventil 22 und baut den Grunddruck ab, so daß auch die Vorspannung des Zugmittelstrangs 39 verringert wird. Diese Maßnahme dient zur Verbesserung des Übertragungswirkungsgrades. Das Ventil 22 ist somit ein veränderliches Drosselventil.
Die Änderung des Ubersetzungsverhältnisses erfolgt über das Steuerventil 30. Wird der Proportionalmagnet 48 durch Erhöhung des Steuerstroms von der Steuerschaltung 75 erregt, so wird der Steuerkolben 40 vom Anker des Magneten nach rechts verschoben, wobei die Steuerkante 43 schließt und die Steuerkante 44 öffnet. Der Druck in der Leitung 26 baut sich daher stromab der Düse 50 in der Leitung 52 auf und stromab der Düse 51 in der Leitung 53 ab. Der Druck im antriebsseitigen Druckzylinder 16 baut sich daher über die Leitung 18 auf und der Druck im abtriebsseitigen Druckzylinder 36 baut sich über die Leitung 38 ab. Folglich wird der Druckraum 37 druckentlastet und die Antriebs scheibe 34 verschiebt sich nach links, während der Druckraum 17 druckbeaufschlagt wird und die Abtriebsscheibe 14 nach links drückt. Der Zugmittelstrang 39 wird nach oben bewegt und entsprechend das Ubersetzungsverhältnis geändert. Wird der Steuerstrom für den Proportionalmagnet 48 umgekehrt, so erfolgt die Verstellung des Übersetzungsverhältnisses entgegengesetzt und der Zugmittelstrang 39 bewegt sich nach unten.
Bei Ausfall der Regelschaltung 75 oder des Magneten 48 positioniert die Feder 46 den Steuerschieber 40 in der Weise, daß der Ringraum 55 über die Steuerkante 44 verschlossen wird, sodaß über den Druckaufbau stromab der Drossel 51 in der Leitung 53 der Druckraum 37 druckbeaufschlagt und andererseits der Druckraum 17 druckentlastet wird. Der Zugmittelstrang 39 wird dann in die untere Endlage verschoben, in der das kleinste Ubersetzungsverhältnis eingestellt ist. Die Leitung 18 ist also mit der Zweigleitung 52 stromab der Drossel 50 und die Leitung 38 mit der Zweigleitung 53 stromab der Drossel 51 verbunden.
Das Steuerventil 30 weist somit lediglich zwei Steuerkanten 43 und 44 auf. Ferner wird über die Drosselstellen 50 und 51 eine sehr genaue hydraulische Synchronisation zwischen der Verstellung der beiden Kegelscheibenpaare 10 und 11 erzeugt, sodaß also bei der Änderung des Ubersetzungsverhältnisses der Hub der Antriebsscheibe 14 gleich dem Hub der Abtriebsscheibe 34 ist.
Abhängig von der Sollwert-Istwert-Differenz zwischen der über die Stellung des Gaspedals eingegebenen Soll-Drehzahl "soll und der Istwert-Drehzahl n1ist des Motors und n2ist der Abtriebswelle 31 des Getriebes werden von der Schaltung 75 die elektrischen Steuersignale für die beiden Ventile 30 und 70 gebildet. Die Programmierung in der Schaltung 75 erfolgt abhängig von den Kenndaten der Brennkraftmaschine und des Getriebes. Als zusätzliche RUckführgröße kann außerdem der Hub X und/oder Verstellgeschwindigkeit des abtriebsseitigen Kegelscheibenpaares in die Schaltung 75 eingegeben werden. Damit kann die Drehzahlregelung stabilisiert und die Regelgeschwindigkeit erhöht werden.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann das Ventil 22 und damit auch der Drehmomentfühler 20 entfallen, sodaß die Rücklaufleitung 60' vom Grunddruckventil 70 unmittelbar zu den Schmierstellen des Getriebes und zum Tank geführt wird. Die Veränderung des Grunddruckes abhängig vom übertragenen Drehmoment erfolgt dann über eine Änderung des den Zugmagneten 74 des Grunddruckventils 70 erregenden Steuersignals abhängig vom Drehmoment, um einen drehmomentabhängigen Grunddruck zu erzeugen. Die Istwert-Drehzahl n1ist der Brennkraftmaschine ist bekanntlich über die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie von Brennkraftmaschine und Getriebe ein indirektes Maß für das Drehmoment. Auf diese Weise wird der Zugmagnet 74 von einem Steuersignal erregt, das proportional der Istwert-Drehzahl der Brennkraftmaschine ist.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform kann das Druckgrundventil 70 so ausgebildet sein, daß der Magnet 74 ein Druckmagnet ist, der zusammen mit der Feder 73 in Schließrichtung auf das Ventilglied 71 wirkt. Magnet und Feder wirken also in der gleichen Kraftrichtung. Der Grunddruck von beispielsweise 5 bar wird mit der Vorspannung der Feder 73 eingestellt, während die Sperrfunktion des Ventils 70 durch elektrische Ansteuerung des Magneten 74 erfolgt, der dann beispielsweise eine Schließkraft von 40 bar besitzt.

Claims

Patentansprüche: Stufenlos verstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, bei dem jedes Kegelscheibenpaar einen Druckzylinder aufweist, mit einem Steuerventil, von dem zur Anderung des Getriebeübersetzungsverhältnisses Druckmittel von einer Druckmittelquelle jeweils einem Druckzylinder zugeleitet und jeweils aus dem anderen Druckzylinder abgeleitet wird, mit einem in dem Rücklauf des Druckmittels von dem Steuerventil zum Tank angeordneten Grunddruckventil, von dem der Druck des Druckmittels im Rücklauf auf einen vorbestimmten Wert einstellbar ist, und mit einer Steuerschaltung zur elektrischen Ansteurung des Steuerventils in Abhängigkeit von Antriebs-und Abtriebsdrehzahl des Getriebes sowie der Solldrehzahl einer mit der Antriebswelle des Getriebes verbundenen Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelquelle (24) über je eine Drosselstelle (50, 51) mit je einem Druckzylinder (16, 36) verbunden ist, das Steuerventil (305 zwei Steuerkanten (43, 44) aufweist, die jeweils die Druckmittelverbindung zwischen den Druckzylindern stromab der zugehörigen Drossel und dem Grunddruckventil (70) derart steuern, daß jeweils stromab der einen Drossel ein Druckaufbau und stromab der anderen Drossel ein entsprechender Druckabbau erfolgt.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten (43, 44) an zwei einander zugekehrten Seiten zweier Bunde (41, 42) eines Steuerschiebers (40) vorgesehen sind, daß die von den Steuerkanten gesteuerten Ringkanäle (54, 55) des Gehäuses mit je einer Drossel (50, 51) und einem Druckzylinder (16, 36) verbunden sind, und daß in den Mittelsteg (56) des Gehäuses zwischen den Ringkanälen die zum Grunddruckventil (70) führende Rücklaufleitung (60) mündet.
3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (30) von einem Proportionalmagneten (48) betätigt ist, dessen Magnetkraft entgegen der Kraft einen den Steuerschieber (40) beaufschlagenden Feder (46) wirkt.
4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum (58) mit der Rücklaufleitung (60) unmittelbar und der Raum (59) zwischen dem Proportionalmägneten (48) und dem Steuerschieber (40) über ein Filter (61) mit der Rücklaufleitung (60) verbunden ist.
5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (71) des Grunddruckventils (70) von einer Feder (73) entgegen der Kraft eines Zugmagneten (74) auf den. Ventilsitz (72) gedrückt wird, wobei die Differenz zwischen der Kraft der Feder und der Kraft des Zugmagneten den in der Rücklaufleitung (60) herrschenden Grunddruck bestimmt.
6. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abschalten des Steuersignals für den Zugmagneten (74) das Grunddruckventil (70) sperrt.
7. Getriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grunddruck von einem den Zugmagneten (74) betätigenden elektrischen Steuersignal auf einen festen Wert einstellbar ist.
8. Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Grunddruckventils (70) ein vom Antriebsdrehmoment des Getriebes betätigtes Ventil (22) angeordnet ist, von dem der Grunddruck bei steigendem Drehmoment verringert wird.
9. Getriebe nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grunddruck von einem den als Proportionalmagneten ausgebildeten Zugmagneten (74) betätigenden elektrischen Proportionalsignal einstellbar ist, das drehmomentabhängig veränderbar ist, wobei die Drehmomentabhängigkeit von der Istdrehzahl der Brennkraftmaschine abgeleitet wird.
10. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Druckmittelquelle (24) ein Druckbegrenzungsventil (28) vorgesehen ist, dessen Ansprechwert auf einen kleineren Druckwert als der Schließdruck der Feder (73) des Grunddruckventils (70) eingestellt ist.
11. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für den Proportionalmagneten (48) des Steuerventils (30) abhängig von der am Gaspedal der Brennkraftmaschine eingestellten Sollwert-Drehzahl sowie von den lstwert--Drehzahlen auf der Antriebs- und Abtriebsseite des Getriebes einstellbar ist.
12. Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich als Rückführgröße der Hub des abtriebsseitigen Kegelscheibenpaares (11) zur Abänderung des dem Proportionalmagneten (48) des Steuerventils (30) zugeführten Steuersignals dient.
13. Getriebe nach Anspruch 11 und/oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich als Rückführgröße die Verstellgeschwindigkeit des abtriebsseitigen Kegelscheibenpaares (11) zur Abänderung des dem Proportionalmagneten (48) des Steuerventils (30) zugeführten Steuersignals dient.
14. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (71) des Grunddruckventils (70) von einer Feder (73) und von der Kraft eines Druckmagneten auf den Ventilsitz (72) gedrückt ist, wobei der Grunddruck durch die Vorspannung der Feder bestimmt wird und durch Erregung des Druckmagneten das Ventilglied in geschlossenem Zustand gehalten wird.