DE3938539A1

DE3938539A1 - Steuersystem fuer ein stufenlos regelbares kegelscheiben-umschlingungsgetriebe

Info

Publication number: DE3938539A1
Application number: DE19893938539
Authority: DE
Inventors: Hartmut Roeper
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1989-11-21
Filing date: 1989-11-21
Publication date: 1991-06-06
Also published as: EP0534971A1; WO1991007613A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für ein stufenlos regelbares Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe, der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erläuterten Art.

Aus der DE-C2-30 28 490 ist ein Steuersystem für ein stu fenlos regelbares Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe, der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erläuterten Art be kannt.

Bei dem bekannten Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe sind je zwei auf einer Primär- und einer Sekundärwelle angeord nete Kegelscheibenteile vorgesehen, die über ein zwischen ihnen angeordnetes reibschlüssiges Zugglied miteinander drehmomentübertragend verbunden sind. Je ein Kegelscheiben teil ist hierbei axial fest auf seiner entsprechenden Welle angeordnet und der jeweils gegenüberliegende Kegelscheiben teil ist axial bewegbar, jedoch unverdrehbar auf seiner entsprechenden Welle angeordnet. Die axial bewegbaren Ke gelscheibenteile sind hierbei mit Zylinderteilen verbunden, die mit an den Wellen angeordneten Kolben zusammenwirken und die durch Druckmittel beaufschlagbaren Druckmittelser vos bilden, denen ein von einer Druckmittelpumpe bereitge stelltes Druckmittel über einen Übersetzungs-Steuerschieber entsprechend zugeleitet wird, um die Einstellung der Ge triebeübersetzung zu bewirken und die Aufrechterhaltung des Anpreßdruckes sicherzustellen.

Die axial festen Kegelscheibenteile wirken hierbei mit einem Drehmomentsensor in Form von zwischen einander gegen überliegenden Muldenbahnen angeordneten Wälzkörpern zusam men.

Die eine der Muldenbahnen ist hierbei an einem mit der Pri mär- und/oder der Sekundärwelle axial fest verbundenen Ringteil ausgebildet und die gegenüberliegende Muldenbahn ist an einem auf der Primär- und/oder der Sekundärwelle ax ial und drehbar angeordneten Ringteil ausgebildet, der über ein Verbindungsteil mit einer Antriebs- bzw. Abtriebswelle treibend verbunden ist. Dieser axial bewegbare Ringteil weist einen Ringkolbenteil auf, der mit einem in den festen Kegelscheibenteilen ausgebildeten Ringzylinder zusammen wirkt, um eine Zylinder/ Kolben-Anordnung zu bilden, die in Verbindung mit einer Druckmittelzuführöffnung in den ent sprechenden Wellen und einer durch den Ringkolbenteil steuerbaren Druckmittelabführöffnung eine, einen drehmo mentabhängigen Steuerdruck liefernde Ventilanordnung bilden.

Das Steuersystem dieses bekannten stufenlos regelbaren Ke gelscheiben-Umschlingungsgetriebes besteht hierbei im we sentlichen aus der Druckmittelpumpe, einem übersetzungsab hängigen Vorspannventil, dem Übersetzungs-Steuerschieber und der Drehmomentsensor-Ventilanordnung.

Aus Fig. 2 der oben erwähnten Patentschrift ist ersicht lich, daß das über die Druckmittelabführöffnung abfließende Druckmittel über einen Zweigkanal in den Bereich zwischen den Muldenbahnen des Drehmomentsensors geführt wird, dies erfolgt jedoch nur zum Zweck der Schmierung.

Aus der DE-C1-34 03 704 ist ein weiteres Steuersystem für ein stufenlos regelbares Kegelscheiben-Umschlingungsge triebe der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erläuter ten Art bekannt, bei dem wieder im axial festen Kegelschei benteil eine Drehmomentsensor-Ventilanordnung vorgesehen ist, die einen drehmomentabhängigen Steuerdruck liefert, wobei dieser drehmomentabhängige Steuerdruck über ein Grunddruckventil geführt wird, bevor er dem Übersetzungs- Steuerventil zugeleitet wird.

Aus der ersten Patentschrift ist somit ein Steuersystem zu entnehmen, bei dem der drehmomentabhängige Steuerdruck zu nächst über ein übersetzungsabhängiges Vorspannventil mo duliert wird, bevor er dem Übersetzungs-Steuerschieber zu geleitet wird.

Aus der zweitgenannten Patentschrift ist ein Steuersystem bekannt, bei dem ein drehmomentabhängiger Steuerdruck zu nächst einem voreingestellten Grunddruckventil zugeführt wird, bevor er zum Übersetzungs-Steuerschieber geführt wird.

Die bekannten Steuersysteme weisen den Nachteil auf, daß sie durch die Tatsache, daß sie das zu übertragende Dreh moment jeweils nur an einer der beiden Wellen berücksichti gen über weite Betriebsbereiche des stufenlos regelbaren Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes zu zu hohen Anpreß drücken führen, die den Gesamtwirkungsgrad des Getriebes durch die erforderliche Pumpleistung und durch den bei zunehmender Anpressung absinkenden Wirkungsgrad des Um schlingungsgetriebes in unerwünschter Weise verringern.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem für ein stufenlos regelbares Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erläuterten Art derart zu verbessern, daß durch die sinngemäße Berücksich tigung der Drehmomente an beiden Wellen der Anpreßdruck für das reibschlüssige Zugglied so genau gesteuert werden kann, daß jederzeit eine ausreichende Sicherheit gegen ein sehr störendes und Beschädigungen hervorrufendes Durchrutschen des Zuggliedes gegeben ist, daß hierbei jedoch der Anpreß druck auf den hierbei zulässigen Minimaldruck gehalten wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem eine Drehmomentsensor-Ventilanordnung derart modifiziert wird, daß der Bereich zwischen den Muldenbahnen eine abgedichtete Zylinder/Kolben-Anordnung bildet, deren Wirkfläche der Wirkfläche der Zylinder/Kolben-Anordnung am verschiebbaren Ringteil am axial feststehenden Kegelscheibenteil ent spricht und dieser nun einen drehmomentabhängigen Diffe renzdruck liefernden Drehmomentsensor-Ventilanordnung ein Grund- oder Minimaldruckventil vorgeschaltet und eine her kömmliche, einen drehmomentabhängigen Absolutdruck lie fernde Drehmomentsensor-Ventilanordnung an der anderen Welle nachgeschaltet wird, wodurch dem Übersetzungs-Steuer schieber ein modifizierter drehmomentabhängiger Steuerdruck zugeliefert wird, der die Steuerung des Anpreßdruckes auf einem niedrigeren Niveau bei gleichzeitiger Sicherheit ge gen Durchrutschen ermöglicht.

Die Erfindung wird anhand eines in den beiliegenden Zeich nungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hydraulik schaltplanes gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Diagramm des Anpreßdruckes über der Über setzung bei einem Hydraulik-Schaltplan gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine Drehmomentsensor-Ventilanordnung gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 4 eine Drehmomentsensor-Ventilanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Hydraulik- Schaltplanes gemäß der Erfindung und

Fig. 6 ein Diagramm des Anpreßdruckes über der Über setzung bei einem Hydraulik-Schaltplan gemäß der Erfindung.

Bei stufenlos regelbaren Kegelscheiben-Umschlingungsgetrie ben muß der von den hydraulischen Druckmittelservos bereit gestellte Anpreßdruck für das Zugglied entsprechend dem auftretenden Drehmoment und der jeweiligen Übersetzung ein geregelt werden. Zu geringe Anpreßdrücke verursachen even tuell ein Durchrutschen des Zuggliedes, was zu Verschleiß oder Fressen führt und deshalb unter allen Umständen ver mieden werden muß. Die bisher bekannten Steuersysteme haben daher diesen Anpreßdruck so hoch eingesteuert, daß dies mit Sicherheit verhindert wurde.

Zu hohe Anpreßdrücke bewirken eine unnötig hohe Pumpenlei stung und ein Absinken des Wirkungsgrades des Umschlin gungsgetriebes und führen hierdurch zu einer Wirkungsgrad verschlechterung des Gesamtgetriebes.

Wird der Anpreßdruck nicht genau entsprechend dem zu über tragenden Drehmoment gesteuert, so ergibt sich insbesondere in Teillastbereichen eines stufenlos regelbaren Kegelschei ben-Umschlingungsgetriebes ein recht schlechter Wirkungs grad des Gesamtgetriebes, der die Ursache dafür ist, daß der an sich durch die optimale Steuerung der Motordrehzahl erreichbare niedrige Treibstoffverbrauch solcher Fahrzeuge mit einem stufenlos regelbaren Getriebe nicht in vollem Um fang realisierbar ist.

Bei dem in Fig. 1 schematisch gezeigten Hydraulik-Schalt plan wirkt, geht man vom stationären Zustand aus, im hy draulischen Druckmittelservo A2 an der Sekundärwelle ein hydrostatischer Druck P2, der durch die zwei in Reihe ge schalteten Elemente, einem Vorspannventil und einem Dreh momentsensor-Typ A bestimmt wird.

Der Druck der Druckmittelpumpe ist in diesem Fall identisch mit dem Anpreßdruck im hydraulischen Druckmittelservo A1 an der Primärwelle und dieser ist erfahrungsgemäß um ca. 30% höher, um die gewählte Übersetzung zu halten.

Der vom Vorspannventil erzeugte Differenzdruck ist abhängig von der aktuellen Übersetzung und diese Abhängigkeit wird technisch dadurch hergeleitet, daß über ein mechanisches Übertragungsglied die jeweilige Stellung der axial ver schiebbaren Kegelscheibenteile abgenommen und auf die Vor spannfeder des Ventils übertragen wird. Der vom Drehmoment sensor-Typ A erzeugte Druck ist proportional zum Drehmoment entsprechend der Beziehung

P = f T,

(P = Sensordruck, f = Sensorkonstante, T = Drehmoment).

Das Niveau des Anpreßdruckes ist also eine Addition einer übersetzungsabhängigen und einer drehmomentabhängigen Größe.

Aus dem Diagramm Fig. 2 ist ein Beispiel ersichtlich.

Die Kurve a gibt den zur Übertragung des Maximaldrehmomen tes erforderlichen Druckverlauf wieder. Die Kurve A zeigt jedoch den tatsächlich eingeregelten Anpreßdruck auf.

Wegen der unterschiedlichen Krümmung beider Kurven ergibt sich im mittleren Übersetzungsbereich ein deutlicher Über druck Δ P, der wie aus Fig. 2 ersichtlich wird, im Teil lastbereich, dargestellt durch die Kurven c und C noch er heblich größer wird.

Die Kurve c gibt den zur Übertragung des halben Maximal drehmomentes notwendigen Anpreßdruck wieder, während die Kurve C den tatsächlichen Druckverlauf aufzeigt.

Der sehr große Überdruck Δ P kann nicht wesentlich ver ringert werden, da bei Absenken der Kurve C im Bereich kleiner Übersetzungen, d. h. nahe dem Schnellgang, diese Kurve unterhalb der Kurve c verlaufen würde, was zu einem Durchrutschen des Zuggliedes führen würde.

In Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 wird eine bekannte Drehmomentsensor-Ventilanordnung in Gegenüberstellung mit der erfindungsgemäßen Drehmomentsensor-Ventilanordnung er läutert.

Fig. 3 zeigt die bekannte Drehmomentsensor-Ventilanordnung, wie sie aus der den Oberbegriff des Patentanspruches bil denden eingangs erwähnten Patentschrift zu entnehmen ist.

Die bekannte Drehmomentsensor-Ventilanordnung soll hierbei mit der Bezeichnung "Typ A" versehen werden zur Unterschei dung mit der erfindungsgemäßen Drehmomentsensor-Ventilan ordnung, die mit "Typ B" bezeichnet wird und später erläu tert wird.

Von einer Druckmittelpumpe fließt Druckmittel über ein Überdruckventil und das Vorspannventil zum Drehmomentsensor Typ A.

Der z. B. in der Primärwelle 1 mit dem feststehenden Kegel scheibenteil 2 angeordneten Drehmomentsensor-Typ A wird aus einem axial beweglichen Ringteil 3 und einem axial festen Ringteil 4 mit zwischen deren einander gegenüberliegenden Muldenbahnen 5 und 6 angeordneten Wälzkörpern 7 gebildet, wobei der axial bewegliche Ringteil 3 über ein Verbindungs teil 8 über eine Verzahnung 9 mit der Antriebswelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Das eingeleitete Antriebsdrehmoment führt zu einer Axialbewegung des Ringteiles 3 mit seinem Kolbenteil 10 im Zylinder 11 am festen Kegelscheibenteil.

Dem zwischen dem Kolbenteil 10 und dem Zylinder 11 gebilde ten Druckraum 12 wird Druckmittel über einen Zuführkanal 13 in einer Menge Q1 zugeführt. Der Kolbenteil 10 wirkt mit einer Steuerkante 14 eines Abführkanals 15 zusammen, über den Druckmittel mit einer nur durch Leckage verringerten Menge Q2 zu einem drucklosen Bereich des Getriebes abflie ßen kann. Hierbei wird ein hydrostatischer Druck aufgebaut, der notwendig ist um das axial verschiebbare Ringteil 3 der Drehmomentsensor-Ventilanordnung Typ A in der im oberen Teil der Fig. 3 gezeigten Position zu halten. Dieser hydro statische Druck hat dabei eine Axialkraft zu überwinden, die sich aus der durch das eingeleitete Drehmoment zwischen dem festen Ringteil 4 und dem beweglichen Ringteil 3 in folge der Muldenbahnen 5 und 6 und den Wälzkörpern 7 ergibt.

Dadurch wird im Raum 12 ein drehmomentabhängiger Steuer druck aufgebaut.

Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäß veränderte Drehmomentsen sor-Ventilanordnung vom Typ B, die sich nur geringfügig von der Ausführung nach Typ A unterscheidet und bei der somit zum Teil übereinstimmende Bezugszeichen verwendet werden. Lediglich veränderte Bauteile sind mit Bezugszeichen mit einem Strich-Index versehen.

Der wesentliche Unterschied des Drehmomentsensors Typ B zum Drehmomentsensor Typ A besteht darin, daß der feste Ring teil 4′ im beweglichen Ringteil 3′ abgedichtet aufgenommen ist und deren druckbeaufschlagte Ringflächen flächengleich ausgelegt sind und daß der Bereich zwischen den Muldenbah nen 5 und 6 über einen Zweigkanal 16 mit dem abfließenden drehmomentabhängigen Steuerdruck aus dem Raum 12 beauf schlagt ist. Der hydrostatische Druck im Abführkanal 15, der die abfließende Druckmittelmenge Q2 führt, wird hierbei über ein Grund- oder Minimaldruckventil auf einer bestimm ten Höhe gehalten.

Die erfindungsgemäße Drehmomentsensor-Ventilanordnung Typ B erzeugt somit keinen drehmomentabhängigen Absolutdruck son dern einen drehmomentabhängigen Differenzdruck zwischen den beiden Drücken im Raum 12 und im Abführkanal 15.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Steuersystems wird in Verbindung mit den Fig. 5 und 6 erläutert.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, wird das übersetzungsab hängige Vorspannventil nach Fig. 1 durch die Reihenschal tung eines Grund- oder Minimaldruckventiles und eines Dreh momentsensors-Typ B ersetzt.

Die Grundidee des neuen Steuerungskonzeptes ist es, sowohl an der Primärwelle als auch an der Sekundärwelle einen Drehmomentsensor anzuordnen, wobei es unwesentlich ist, ob ein Drehmomentsensor nach Typ A oder ein Drehmomentsensor nach Typ B an der Primärwelle und an der Sekundärwelle oder aber an der Sekundärwelle und an der Primärwelle angeordnet ist, sondern wesentlich ist lediglich, daß unterschiedliche Drehmomentsensor-Ventilanordnungen an den beiden Wellen vorgesehen werden.

Sieht man einmal vom Grund- oder Minimaldruckventil ab, so ergibt sich der Anpreßdruck

P2 = f₁ T₁ + f₂ T₂,

(P2 = Anpreßdruck, f₁ = sensorkonstante Eingangswelle, f₂= sensorkonstante Ausgangswelle, T₁ = Drehmomenteingangs welle, T₂ = Drehmomentausgangswelle).

Das Drehmoment an der Ausgangswelle ergibt sich hierbei:

T₂ = i T₁,

(i = Übersetzung des Umschlingungsgetriebes).

Aus den beiden vorhergegangenen Betrachtungen ergibt sich:

P₂ = f₁ T₁ + i f₂ T₁, bzw.
P₂ = T₁ (f₁ + f₂ i).

Diese Gleichung besagt, daß der Anpreßdruck P₂ als Produkt einer linear von der Übersetzung i abhängigen Funktion und dem Drehmoment T darstellbar ist. Durch Auslegung der Sen sorkonstanten f₁ und f₂ kann man der linearen Übersetzungs funktion jeden gewünschten Anfangswert und jede erforder liche Steigung geben.

Wenn man sie gerade so wählt, daß in der kürzesten und in der längsten Übersetzung der tatsächliche Druck gerade dem erforderlichen Anpreßdruck entspricht, so erhält man über den gesamten Übersetzungsbereich einen Druckverlauf, der nur sehr geringe Überdrücke Δ P aufweist und dies bei je dem Drehmoment.

Fig. 6 zeigt die erreichbaren Druckverhältnisse für ein erfindungsgemäßes Steuersystem. Die Kurven a, b, c und d geben die erforderlichen Anpreßdrücke für 1-faches, 0,75-faches, 0,5-faches und 0,25-faches Maximaldrehmoment dar.

Die Kurven A, B, C und D sind die mit dem erfindungsgemä ßen Steuersystem nach Fig. 5 erreichbaren Verläufe des An preßdruckes P2. Der jeweilige Drucküberschuß Δ P ist im Vergleich zu Fig. 2 auf wesentlich kleinere Beträge redu ziert. Da sich bei der Druckregelung nach der vorhergehend erläuterten Gleichung ergibt, daß für ein Drehmoment T₁ = 0 (das Umschlingungsgetriebe ist unbelastet) ein Anpreßdruck von P₂ = 0 ergeben würde, d. h. der Anpreßdruck würde völlig verlorengehen und das Zugglied würde zu rutschen beginnen, wird für diesen Fall eine das Rutschen sicher verhindernde Restspannung bzw. einen Rest-Anpreßdruck aufrechterhalten, für die das Grund- oder Minimaldruckventil in der Steuerung nach Fig. 5 Sorge trägt. Es läßt den Anpreßdruck nicht un ter einen bestimmten gegebenen Wert (von z. B. 3 Bar) fallen.

Das erfindungsgemäße Steuersystem erlaubt eine Druckrege lung des Anpreßdruckes ohne nennenswerte Überdruckbereiche, ermöglicht hierdurch die Reduzierung der Pumpverluste sowie eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Umschlingungsge triebes und verbessert hierdurch den Gesamtwirkungsgrad des Getriebes erheblich. Der erforderliche Aufwand besteht le diglich in einer zusätzlichen modifizierten Drehmomentsen sor-Ventilanordnung, diese wird jedoch durch den Wegfall des übersetzungsabhängigen Vorspannventiles und der hierfür erforderlichen mechanischen Sensorgestängeeinrichtung aus geglichen.

Das erfindungsgemäße Steuersystem ist nicht nur auf stufen los regelbare Umschlingungsgetriebe der "Reimers"-Bauart sondern in gleicher Weise auf Umschlingungsgetriebe der "Van Doorne"-Bauart anwendbar, wobei bei diesen das den Anpreßdruck bestimmende Sekundärventil durch eine Drehmo mentsensor-Anordnung und Ventilanordnung gemäß der Erfin dung ersetzt wird.

Claims

Steuersystem für ein stufenlos regelbares Kegelscheiben-Um schlingungsgetriebe mit je zwei auf einer Primär- und einer Sekundärwelle angeordneten Kegelscheibenteilen und einem zwischen diesen reibschlüssig angeordneten Zugglied, wobei je ein Kegelscheibenteil axial fest und der gegenüberlie gende Kegelscheibenteil axial bewegbar, jedoch unverdrehbar auf seiner jeweiligen Welle angeordnet ist und wobei die axial bewegbaren Kegelscheibenteile mit Zylinderteilen ver bunden sind, die mit an den Wellen angeordneten Kolben durch Druckmittel beaufschlagbare Druckmittelservos bilden, denen von einer Druckmittelpumpe bereitgestelltes Druckmit tel über einen Steuerschieber zum Einstellen der Getriebe übersetzung und Aufrechterhalten der Anpreßkraft zugeleitet wird und wobei die axial festen Kegelscheibenteile (2) mit einem Drehmomentsensor (Typ A) in Form von zwischen einan der gegenüberliegenden Muldenbahnen (5 und 6) angeordneten Wälzkörpern (7) zusammenwirken, wobei die eine Muldenbahn (6) an einem mit der Primär- und/oder der Sekundärwelle axial festen Ringteil (4) ausgebildet und die gegenüber liegende Muldenbahn (5) an einem auf der Primär- und/oder der Sekundärwelle axial und drehbar angeordneten Ringteil (3) ausgebildet ist und dieser Ringteil über ein Verbin dungsteil (8) mit einer Antriebs- bzw. Abtriebswelle trei bend verbunden ist und wobei dieser axial bewegliche Ring teil (3) mit einem Kolbenteil (10) in einen Zylinder (11) in den festen Kegelscheibenteil (2) eine Zylinder/Kolben- Anordnung bildet und der Zylinderraum (12) über einen Zu führkanal (13) mit Druckmittel beaufschlagt ist und Druck mittel über eine Steuerkante (14) zu einem drucklosen Ab führkanal (15) abfließen kann, so daß sich in Abhängigkeit vom Drehmoment ein drehmomentabhängiger Steuerdruck im Raum (12) ausbildet, der in Verbindung mit einem Vorspannventil den Anpreßdruck für das reibschlüssige Zugglied aufrechter hält und wobei abfließendes Druckmittel über einen Zweigka nal in den Bereich zwischen die Muldenbahnen geführt wird dadurch gekennzeichnet, daß
- - an der einen Welle eine Drehmomentsensor-Ventilan ordnung (Typ B) mit einer im Bereich zwischen den Muldenbahnen (5′ und 6′) eine abgedichtete Zylinder/Kolben-Anordnung von einer Wirkfläche, die der Wirk fläche der gegenüberliegenden Seite entspricht, an geordnet wird,
- - dieser Zylinder/Kolben-Anordnung über einen Zweit kanal (16) der über ein Grund- oder Minimaldruck ventil voreingestellte Druck des abfließenden Druck mittels aus dem Raum (12) zugeleitet wird um einen drehmomentabhängigen Differenzdruck bereitzustellen und
- - an der anderen Welle eine Drehmomentsensor-Ventil anordnung (Typ A) angeordnet wird, die einen dreh momentabhängigen Absolutdruck bereitstellt und die beiden Drehmomentsensor-Ventilanordnungen (Typ B und Typ A) einander nachgeschaltet sind.