DE4300879A1 - Kegelscheibengetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kegelscheibengetriebe mit stufenloser Übersetzungseinstellung und Erzeugung axialer Anpreßkräfte der Kegelscheiben auf ein zwischen diesen umlaufendes Zugmittel über Spannmittel, die auf den Ge­ triebewellen angeordnet axial auf je eine auf der jewei­ ligen Getriebewelle verschiebbare Kegelscheibe wirken, wobei als Spannmittel auf einer der Getriebeseiten eine gegen ein wellenfestes Widerlager abgestützte Federkraft und auf der anderen Getriebeseite hydraulische Spannmit­ tel vorgesehen sind, die die zugeordnete axial verschieb­ bare Kegelscheibe als Boden eines mit der Kegelscheibe verbundenen Druckzylinders enthalten, welcher mit einem wellenfesten Kolben einen ersten Druckraum bildet, dem mittels einer Druckmittelzuflußleitung von einer Pumpe bezogenes Druckmittel in durch ein Steuerventil zur Ein­ stellung und Aufrechterhaltung der Getriebeübersetzung bestimmter Weise zugeführt wird, wobei das Steuerventil durch ein Stellglied betätigbar ist und wobei vom Steuer­ ventil überschüssiges Druckmittel in eine Druckmittel­ rückflußleitung abfließt.

Die hydraulische Verstellung derartiger Getriebe wird üblicherweise mit Hilfe von Druckzylindern durchgeführt, die aus Gründen der Einfachheit direkt an der jeweiligen axial beweglichen Kegelscheibe befestigt sind und somit im Betrieb mit den Kegelscheiben umlaufen. Da auch das eingeschlossene Druckmittel sich dieser Rotation nicht entziehen kann, unterliegt jedes seiner Masseteilchen der Fliehkraft, und es baut sich in den Druckzylindern ein nach radial außen hin zunehmender Druck auf, der nicht nur radial, sondern auch axial auf die benachbarte Kegel­ scheibe wirkt.

Das zum Druckraum kommende Druckmittel läßt sich in einen umlaufenden Scheibensatz am günstigsten in oder nahe der Mitte der zugeordneten Getriebewelle einführen. Da dort der beschriebene Fliehkraftdruck jedoch kaum spürbar ist, kommt es im Druckraum zu einer Überlagerung von Flieh­ kraftdruck und Steuerdruck, was unter anderem zu einer Überanpressung auf das Zugmittel führen kann.

Eine hierfür bekannte Abhilfe besteht in der Ausstattung des Druckzylinders mit einer Kompensationshaube, die, wenn sie mit Druckmittel gefüllt ist, durch den dortigen Fliehkraftdruck in der der Belastung der zugehörigen Kegelscheibe entgegengesetzten Richtung beaufschlagt ist. Hiermit ist ein weitgehender Ausgleich der störenden fliehdruckbedingten Axialkräfte möglich. Eine solche Kom­ pensationshaube ist aus der DE-PS 21 18 033 bekannt. Sie weist innen, das heißt nahe der Drehachse der zugeordne­ ten Getriebeseite einen freien Auslaß für das Druckmittel auf, das als kleiner Leckstrom aus dem benachbarten ersten Druckraum übertritt, wobei dieser Übertritt durch eine Drosselbohrung zwischen erstem und zweitem Druckraum gegeben sein kann oder einfach durch Leckflüssigkeit ent­ lang des Kolbens, der ersten und zweiten Druckraum von­ einander trennt. Obwohl dieser Leckstrom zwecks Vermei­ dung unnötiger Verluste möglichst klein gehalten wird, bildet sich im Betrieb im zweiten Druckraum ein vollstän­ diger, umlaufender und der Fliehkraft unterliegender Flüssigkeitsring aus.

Bei besonderen Getriebebauformen kann es jedoch trotz der beschriebenen Maßnahmen zu störenden Fliehkrafteinflüssen kommen. Ein solcher Fall ist dann gegeben, wenn aus Grün­ den der einfachen Getriebeausbildung einer der Scheiben­ sätze nur mit mechanischen Mitteln, zum Beispiel mit Federn, angepreßt wird, während sich die hydraulische An­ pressung auf den anderen Scheibensatz beschränkt. Insbe­ sondere dann, wenn auch noch zwecks Einhaltung eines niedrigen Steuerdruckniveaus mit einem großen Druckzylin­ der gearbeitet wird, ist die Getriebeverstellbarkeit in einer Richtung stark beeinträchtigt.

Diese Erscheinung resultiert daraus, daß zum Spreizen des hydraulisch beaufschlagten Scheibensatzes, das heißt also zum axialen Auseinanderfahren der Kegelscheiben dieses Scheibensatzes in Folge der begrenzten Federkraft auf der anderen Getriebeseite nur eine begrenzte Spreizkraft seitens des Zugmittels zur Verfügung steht. Außerdem wird während des Spreizens im ersten Druckraum das Volumen verkleinert, im zweiten Druckraum jedoch vergrößert. Da sich dadurch der Innendurchmesser des im zweiten Druck­ raum befindlichen Flüssigkeitsringes vergrößert, verrin­ gert sich die von diesem ausgeübte Axialkraft, wodurch die Verstellung des Getriebes fast zum Erliegen kommen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kegelscheibenge­ triebe der eingangs genannten Art bei Anwendung eines zweiten Druckraumes der beschriebenen Weise derart auszu­ bilden, daß bei durch Verstellung der Getriebeübersetzung bedingter schneller Verkleinerung des Volumens des ersten Druckraumes nachteilige Folgen durch die damit verbundene schnelle Vergrößerung des Volumens des zweiten Druck­ raumes ausbleiben.

Diese Aufgabe ist bei einem Kegelscheibengetriebe der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß der Druckzylinder jenseits des Kolbens einen zweiten Druckraum mit einem gegenüber der Welle ver­ schiebbaren Boden bildet, daß ein begrenztes Überströmen von Druckflüssigkeit zwischen den beiden Zylinderräumen möglich ist, daß das Druckmittel aus dem zweiten Zylin­ derraum begrenzt abfließen kann, daß zwischen Druckmit­ telzuflußleitung und einer zum zweiten Druckraum führen­ den Druckmittelausgleichsleitung eine Kurzschlußleitung mit einem Ventil vorgesehen ist, und daß das Ventil ge­ öffnet ist, wenn das Steuerventil in Richtung auf eine schnelle Änderung der Getriebeübersetzung mit Entleerung des ersten Druckraumes verstellt ist.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen kann der Vorteil der Fliehkraftdruckkompensation am hydraulischen Spann­ mittel des Kegelscheibengetriebes genutzt werden, ohne daß bei einer schnellen Verstellung der Übersetzungsein­ stellung des Kegelscheibengetriebes in der genannten Richtung ein Kräfteungleichgewicht entsteht. Denn nunmehr wird das aus dem ersten Druckraum bei der schnellen Ver­ stellung ausgeschobene Druckmittel bevorzugt und schnell dem zweiten Druckraum zugeführt, so daß sich in diesem kein Mangel an Druckmittel ausbilden kann.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, daß das Ventil durch das Stellglied des Steuerventils betätigbar ist, also eine zeitgleiche Ansprache beider Ventile erfolgt. Hierzu können bei einer besonders einfachen Bauform Stellkörper sowie Gehäuse von Steuerventil und Ventil nebeneinander angeordnet zu einer Baueinheit zusammengefaßt sein. Selbstverständlich können jedoch auch beide Ventile von­ einander getrennt und gesondert durch das Stellglied be­ aufschlagt sein.

Was die Ausbildung des Stellgliedes betrifft, so kann dieses ein allgemein bekanntes Gestänge sein, das einer­ seits die Übersetzungsstellung des Getriebes abfühlt und andererseits beispielsweise von Hand auf eine bestimmte Übersetzungsstellung einstellbar ist. Besonders zweckmä­ ßig ist es jedoch im Hinblick auf moderne Getriebebaufor­ men, daß das Stellglied von Steuerventil und Ventil ein an die Pumpendruckleitung angeschlossenes, elektromagne­ tisch steuerbares Druckminderventil ist, und daß das Druckminderventil einen Zylinderraum des Gehäuses des Steuerventils und des Ventils und damit die Stellkörper dieser Ventile gegen die Rückstellkraft einer gehäusefest abgestützten Feder beaufschlagt. Ein solches elektro­ magnetisch steuerbares Druckminderventil läßt sich bei­ spielsweise über eine Steuer- und Recheneinheit durch mehrere Betriebsgrößen des Getriebes beeinflussen, um optimale Arbeitsverhältnisse zu garantieren.

In bestimmter Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann es vorteilhaft sein, daß der erste Druckraum über die Druckmittelzuflußleitung an die Pumpendruckleitung angeschlossen ist, und daß das Steuerventil den Druckmit­ telrückfluß drosselt. Hier wird also der erste Druckraum in schnellstmöglicher Weise mit dem notwendigen Druckmit­ tel gerade auch für eine Verstellung der Getriebeüberset­ zung versorgt.

Zur Ausgestaltung dieser Lösung kann vorgesehen sein, daß zwischen der zum ersten Zylinderraum führenden Druckmit­ telzuflußleitung und der Pumpendruckleitung ein Mindest­ druckventil angeordnet ist, und daß dieses Mindestdruck­ ventil in Offenstellung übergeht, wenn der Lieferdruck der Pumpe einen bestimmten Minimalwert überschreitet. Da­ durch ist sichergestellt, daß ein Mindestdruck für die Versorgung des Druckminderventils vorhanden ist, der zur Betätigung von Steuerventil und Ventil erforderlich ist.

Ferner kann zweckmäßig vorgesehen sein, daß in der Druck­ mittelzuflußleitung zum ersten Druckraum in Strömungs­ richtung des pumpenseitigen Druckmittels gesehen vor der Kurzschlußleitung eine Drosselblende angeordnet ist. Hierdurch wird einmal eine weiche Verstellung des Getrie­ bes bei normalen Übersetzungsänderungen bewirkt. Anderer­ seits wird für die durch die Erfindung behandelte Schnellverstellung eine bevorzugte Überströmung des Druckmittels aus dem ersten Druckraum in den zweiten Druckraum gefördert.

Zwischen Druckmittelausgleichsleitung und Druckmittel­ rückflußleitung kann außerdem eine Verbindungsleitung mit einer Drosselblende vorgesehen sein, wobei gleichzeitig eine in der Druckmittelrückflußleitung angeordnete weitere Drosselblende der Verbindungsleitung nachgeschal­ tet ist. Auf diese Weise kann auch aus dem Druckmittel­ rückfluß ein kleiner Teil an Druckmittel zum zweiten Druckraum abgezweigt werden, um diesen immer ausreichend gefüllt zu halten. Dabei können die genannten Drossel­ blenden schwach, das heißt mit geringer Drosselwirkung ausgebildet sein.

Schließlich ist es besonders zweckmäßig, daß die hydrau­ lischen Spannmittel auf der Getriebeantriebsseite und damit die Federspannmittel auf der Getriebeabtriebsseite angeordnet sind.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs­ formen, die auf der Zeichnung in den Fig. 1 und 2 dar­ gestellt sind.

Fig. 1 zeigt ein Kegelscheibengetriebe mit einer An­ triebswelle 1 und einer Abtriebswelle 2, auf denen durch Kegelscheiben 3, 4 bzw. 5, 6 gebildete Scheibensätze an­ geordnet sind. Dabei sind die Kegelscheiben 3, 5 wellen­ fest, während die Kegelscheiben 4, 6 mit der zugeordneten Welle drehverbunden, auf dieser aber axial verschiebbar sind. Zwischen den Kegelscheibenpaaren läuft ein Zugmit­ tel 7 um.

Der Abtriebsscheibensatz 5, 6 wird durch eine oder mehrere Federn 8 über die axial verschiebbare Kegelschei­ be 6 an das Zugmittel 7 gepreßt. Demgegenüber werden die am Antriebsscheibensatz 3, 4 für die Einstellung der ge­ wünschten Getriebeübersetzung erforderlichen Axialkräfte hydraulisch aufgebracht. Dies geschieht mit Hilfe eines Druckzylinders 9, der mit der axial verschiebbaren Kegel­ scheibe 4 eine Baueinheit bildet und sich über einen wellenfesten Kolben 10 unter Bildung eines ersten Druck­ raumes 11 erstreckt. In weiterer axialer Erstreckung bil­ det der Druckzylinder jenseits des Kolbens 10 einen zwei­ ten Druckraum 12 mit einem gegenüber der Welle 1 ver­ schiebbaren Boden 13, der radial innen gegenüber der Welle 1 beabstandet ist und damit dort einen Druckmittel­ auslaß bildet.

Vom Druckraum 11 auf den Druckraum 12 ist ein begrenzter Druckmittelfluß möglich, der sich entweder über die Dich­ tungsstelle zwischen Druckzylinder 9 und Kolben 10 ergibt oder auch durch eine Drosselbohrung im Kolben 10 gewähr­ leistet sein kann. Dadurch sind im normalen Betrieb beide Druckräume 11, 12 gleichmäßig mit Druckmittel gefüllt, wodurch sich die vorgeschriebene Fliehkraftdruckkompensa­ tion ergibt.

Die geschilderten hydraulischen Spannmittel der Antriebs­ seite des Kegelscheibengetriebes werden durch eine Pumpe 14 aus einem Druckmittelvorrat 15 über eine Pumpendruck­ leitung 16 versorgt. Der Maximaldruck in der Pumpendruck­ leitung 16 ist durch ein nur im Störungsfall ansprechen­ des Überdruckventil 17 begrenzt, wogegen ein Mindest­ druckventil 18 für die Einhaltung eines Minimaldruckes sorgt, der für die Versorgung eines Magnetventils 19 be­ nötigt wird, das in Abhängigkeit von einer elektrischen Eingangsgröße einen hydraulischen Ausgangsdruck hält, der zur Betätigung des Stellkörpers 20 eines Steuerventils 21 gegen die Rückstellkraft einer ortsfest abgestützten Feder 22 dient.

Mit Hilfe des Steuerventils 21 erfolgt die Einstellung der Getriebeübersetzung dadurch, daß die bei geöffnetem Mindestdruckventil 18 über die Druckmittelzuflußleitung 23, 24, 25 auf den ersten Druckraum 11 gehende Druckmit­ telzufuhr bezüglich überschüssiger Druckmittelmengen über das Steuerventil 21 ihren entsprechend gedrosselten Ab­ fluß zu einer Druckmittelrückflußleitung 26 findet, die das Druckmittel in das Getriebegehäuse und damit letzt­ endlich zum Druckmittelvorrat 15 entläßt. Die Betätigung des Druckminderventils 19 geschieht durch eine elektri­ sche Größe, die von einer Steuer- und Recheneinheit 27 bezogen wird, welche neben den Steuerbefehlen zur Ein­ stellung und Aufrechterhaltung der Getriebeübersetzung auch andere Betriebsgrößen verarbeiten kann.

Sobald nun der Druckmitteldruck in der Pumpendruckleitung 16 den durch das Ventil 18 bestimmten Mindestwert er­ reicht hat, gibt dieses den Durchfluß zur Druckmittelzu­ flußleitung 23, 24, 25 frei. Da das Steuerventil 21 den Abfluß des Druckmittels aus dem Leitungsabschnitt 24 in die nahezu drucklose Druckmittelrückflußleitung 26 ermög­ licht, kann mit seiner Hilfe der Druck im Druckraum 11 bestimmt werden. Eine Verschiebung des Steuerventils 21 nach links bewirkt eine Drucksenkung, eine Verschiebung nach rechts eine Druckerhöhung im Druckraum 11.

Wenn am Antrieb die hydraulischen Kräfte der vom Zugmit­ tel 7 ausgeübten Spreizkräfte das Gleichgewicht halten, bleibt die Getriebeübersetzung konstant. Durch Druckände­ rungen lassen sich Verstellbewegungen bewirken, die mit Hilfe einer Drossel 29 auch gedämpft werden können.

Das Steuerventil 21 bildet nun mit seinem Stellkörper 20 durch entsprechende ergänzte Ausbildung 30 die Möglich­ keit einer Kurzschlußleitung zwischen dem Teil 25 der Druckmittelzuflußleitung und einer Druckmittelausgleichs­ leitung 31, die in den Druckraum 12 geht. Dabei wird diese Kurzschlußleitung nur dann geöffnet, wenn der Stellkörper 21 des Steuerventils zur Schnellverstellung des Getriebes weit nach links verschoben ist. Dann kann aus dem Druckraum 11 ausgeschobenes Druckmittel nahezu ungedrosselt in den Druckraum 12 gelangen, so daß in diesem kein Mangel an Druckmittel auftreten kann.

Die genannte weite Verschiebung des Stellkörpers des Steuerventils 21 nach links findet, wie gesagt, nur dann statt, wenn eine Schnellverstellung des Getriebes zu kleineren Laufradien des Zugmittels 7 am Antrieb hin er­ folgen soll, mit der eine entsprechende Verkleinerung des Volumens des Druckraumes 11 verbunden ist. Der dann ge­ öffnete Kurzschluß zwischen den Leitungen 25 und 31 be­ wirkt ein schnelles Auffüllen des sich vergrößernden Volumens des Druckraumes 12, so daß die eingangs geschil­ derten Verstellprobleme nicht auftreten können.

Fig. 2 zeigt eine Variante zum Gegenstand der Fig. 1, wobei wiederkehrende Teile mit der bereits anhand der Fig. 1 verwendeten Bezifferung versehen und nicht noch einmal erläutert sind.

Der Unterschied gegenüber Fig. 1 besteht darin, daß das für den Kurzschluß zwischen den Leitungen 25 und 31 vor­ gesehene Ventil 32 gesondert neben dem Steuerventil 33 ausgebildet ist. Andererseits ist es aber ebenso wie das Steuerventil 33 an das Druckminderventil 19 angeschlossen und gegen die Wirkung einer ortsfest abgestützten Feder­ kraft 34 verstellbar, wie dies auch für das Steuerventil 33 gegenüber der Federkraft 35 der Fall ist.

Für besondere Fälle kann auch vorgesehen sein, daß die Ventile 32, 33 nicht durch ein gemeinsames Druckminder­ ventil 19, sondern je durch ein eigenes Druckminderventil gesteuert werden.

Bei beiden geschilderten Ausführungsformen wird der größ­ te Teil des über die Druckmittelrückflußleitung 26 ab­ fließenden Druckmittels zu Kühl- und Schmierzwecken ver­ wendet. Ein kleiner Teil kann jedoch auch über eine Ver­ bindungsleitung 36 zwischen Druckmittelausgleichsleitung 31 und Druckmittelrückflußleitung 26 zur Füllung des Druckraumes 12 herangezogen werden. Die Verteilung kann hier mit Hilfe von schwachen Drosselblenden 37, 38 erfol­ gen.

Claims (9)

1. Kegelscheibengetriebe mit stufenloser Übersetzungsein­ stellung und Erzeugung axialer Anpreßkräfte der Kegel­ scheiben auf ein zwischen diesen umlaufendes Zugmittel über Spannmittel, die auf den Getriebewellen angeordnet axial auf je eine auf der jeweiligen Getriebewelle ver­ schiebbare Kegelscheibe wirken, wobei als Spannmittel auf einer der Getriebeseiten eine gegen ein wellenfestes Widerlager abgestützte Federkraft und auf der anderen Getriebeseite hydraulische Spannmittel vorgesehen sind, die die zugeordnete axial verschiebbare Kegelscheibe als Boden eines mit der Kegelscheibe verbundenen Druckzylin­ ders enthalten, welches mit einem wellenfesten Kolben einen ersten Druckraum bildet, dem mittels einer Druck­ mittelzuflußleitung von einer Pumpe bezogenes Druckmittel in durch ein Steuerventil zur Einstellung und Aufrecht­ erhaltung der Getriebeübersetzung bestimmter Weise zuge­ führt wird, wobei das Steuerventil durch ein Stellglied betätigbar ist und wobei vom Steuerventil überschüssiges Druckmittel in eine Druckmittelrückflußleitung abfließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder (9) jenseits des Kolbens (10) einen zweiten Druckraum (12) mit einem gegenüber der Welle (1) verschiebbaren Boden (13) bildet, daß ein begrenztes Überströmen von Druckflüssigkeit zwischen den beiden Zylinderräumen (11, 12) möglich ist, daß das Druckmittel aus dem zweiten Zylinderraum (12) begrenzt abfließen kann, daß zwischen Druckmittelzuflußleitung (23, 24, 25) und einer zum zweiten Druckraum führenden Druckmittelaus­ gleichsleitung (31) eine Kurzschlußleitung mit einem Ven­ til (30, 32) vorgesehen ist, und daß das Ventil geöffnet ist, wenn das Steuerventil (21, 33) in Richtung auf eine schnelle Änderung der Getriebeübersetzung mit Entleerung des ersten Druckraumes (11) verstellt ist.

2. Kegelscheibengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (30, 32) durch das Stellglied (19) des Steuerventils (21, 33) betätigbar ist.

3. Kegelscheibengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stellkörper (20) sowie Gehäuse von Steuerventil (21) und Ventil (30) nebeneinander angeordnet zu einer Bauein­ heit zusammengefaßt sind.

4. Kegelscheibengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (19) von Steuerventil (21, 33) und Ventil (30, 32) ein an die Pumpendruckleitung (16) ange­ schlossenes, elektromagnetisch steuerbares Druckminder­ ventil ist, daß das Druckminderventil einen Zylinderraum des Gehäuses des Steuerventils (21, 33) und des Ventils (30, 32) und damit die Stellkörper (20) dieser Ventile gegen die Rückstellkraft einer gehäusefest abgestützten Feder (22, 34, 35) beaufschlagt.

5. Kegelscheibengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druckraum (11) über die Druckmittelzufluß­ leitung (23, 24, 25) an die Pumpendruckleitung (16) ange­ schlossen ist, und daß das Steuerventil (21, 33) den Druckmittelrückfluß drosselt.

6. Kegelscheibengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zum ersten Zylinderraum (11) führenden Druckmittelzuflußleitung (23, 24, 25) und der Pumpen­ druckleitung (16) ein Mindestdruckventil (18) angeordnet ist, und daß dieses Mindestdruckventil in Offenstellung übergeht, wenn der Lieferdruck der Pumpe (14) einen be­ stimmten Minimalwert überschreitet.

7. Kegelscheibengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckmittelzuflußleitung (23, 24, 25) zum ersten Druckraum (11) in Strömungsrichtung des pumpensei­ tigen Druckmittels gesehen vor der Kurzschlußleitung eine Drosselblende (29) angeordnet ist.

8. Kegelscheibengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckmittelausgleichsleitung (31) und Druck­ mittelrückflußleitung (26) eine Verbindungsleitung (36) mit einer Drosselblende (37) vorgesehen ist, und daß eine in der Druckmittelrückflußleitung (26) angeordnete Dros­ selblende (38) der Verbindungsleitung (36) nachgeschaltet ist.

9. Kegelscheibengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulischen Spannmittel auf der Getriebe­ antriebsseite angeordnet sind.