Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Hydrauliknotsteuerung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs aus.

In der nicht vorveröffentlichten P 44 10 311.5 ist eine Hydrauliknotsteuerung für ein elektronisch gesteuertes, konti¬ nuierlich variables Getriebe (continuously variable transmis- sion, CVT) beschrieben. Das CVT-Getriebe, das vorzugsweise in Personenkraftwagen verwendet wird, weist eine Steuerung für den Notfahrbetrieb auf, die bei einem Ausfall der elektro- hydraulischen Ansteuerung für den Normalfahrbetrieb eine Span¬ nung des Obertragungsmittels mit einfachen hydraulischen Mit¬ teln gewährleistet. Diese Mittel werden in der Beschreibung zu den Figuren 1, 2a und 2b angegeben. Sie gewähren zum einen ein Anfahren unter Vollast ohne Durchrutschen des Obertragungsmit¬ tels und ermöglichen zum anderen nach dem Anfahren eine Ge¬ triebeverstellung von einer hohen Anfahrübersetzung zu einer niedrigen Overdrive-Obersetzung.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Hydrauliknotsteuerung wird benötigt, um ein stufenlos übersetzendes U schlingungsgetriebe ohne die Un-

terstützung einer im Normalfahrbetrieb aktiven elektrohydrau- lischen Ansteuerung in einem Notfahrbetrieb benutzen zu kön¬ nen. Die Notsteuerung soll dabei ein Anfahren unter Vollast erlauben, ohne daß am Umschlingungsgetriebe die zulässige Schlupfgrenze überschritten wird. Ferner soll eine drehzahlab¬ hängige Obersetzungssteuerung eine Getriebeverstellung über den gesamten Obersetzungsbereich erlauben. Hierbei soll die Hydrauliknotsteuerung die hydraulischen Axialverstellungen der Kegelscheiben bei Gewährleistung der notwendigen Übertragungs- mittelspannung derart mit Öldruck beaufschlagen, daß die für den Notfahrbetrieb bekannten maximalen Öldrücke, die teilweise über den gesamten Obersetzungsbereich gehalten werden, außer¬ halb des Anfahrbereichs abgesenkt werden. Durch eine Senkung der einzelnen Öldrücke wird die Belastung der hydraulischen Bauteile vermindert und die Verluste sowie der Verschleiß am Obertragungsmittel durch ein Herabsenken der auf die Obertra- gungs ittelglieder wirkenden Flächenpressung reduziert.

Bei der erfindungsgemäßen Hydrauliknotsteuerung wird dazu eine Öldruckbegrenzung für den Kolbenraum einer zweiten Kegelschei¬ benaxialverstellung eingesetzt, die abhängig vom Öldruck im Kolbenraum der Axialverstellung eines ersten Kegelscheiben¬ paares gesteuert wird. Bei den weiteren Ausführungen ent¬ spricht die zweite Kegelscheibenaxialverstellung der abtriebs- seitigen oder sekundärseitigen Kegelscheibenaxialverstellung, während die Axialverstellung des antriebsseitigen bzw. primär- seitigen Kegelscheibenpaares für die erste Kegelscheibenaxial¬ verstellung steht. Prinzipiell ist auch eine andere Zuordnung denkbar.

Zur übersetzungsabhängigen Öldrucksteuerung des abtriebsseiti- gen Kegelscheibenanpreßdruckes wird parallel zu einem vorhan¬ denem Druckbegrenzungsventil ein ferngesteuertes Druckventil angeordnet, das mit Hilfe des Öldrucks aus dem antriebsseiti-

gen Kolbenraum angesteuert wird. Dieses Druckventil öffnet bei dem Erreichen des im antriebsseitigen Kolbenraum zulässigen Öldrucks und senkt den abtriebsseitigen Öldruck ab. Alternativ zu diesem separaten Druckventil können auch das Druckventil und das Druckbegrenzungsventil in einem ferngesteuerten Druck¬ begrenzungsventil zusammengefaßt werden. Dazu werden Mittel vorgesehen, die die Fernsteuerung nur im Notfahrbetrieb zulas¬ sen. Diese Mittel können ein zusätzliches Ventil sein, das die Fernsteuerung bei Ausfall der elektrischen Ansteuerung unter- bricht und sperrt. Es kann auch eine Ventilerweiterung für beispielsweise das Ventil sein, das die Drosselstelle für den Abgriff des motordrehzahlabhängigen Druckgefälles bei einem Notfahrbetrieb zuschaltet. Alle für den Notfahrbetrieb erfor¬ derlichen Ventile können elektrisch oder hydraulisch betätigt werden.

Die erfindungsgemäße Hydraulikschaltung bewirkt besonders bei längeren Obersetzungen einen fallenden abtriebsseitigen und einen geringfügig steigenden antriebsseitigen Öldruck. Letzte- rer übersteigt nicht den zugelassenen Grenzwert. Dadurch wird zum einen die Lebensdauer der Pumpe und der die Axialverstel¬ lungen der Kegelscheiben bewirkenden Hydraulikaggregate erhöht und zum anderen die Standzeit des Obertragungsmittels verbes¬ sert.

Zeichnungen

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind neben dem Stand der Technik in den Zeichnungen schematisch in Form von Hydrau¬ likschaltplänen dargestellt und in der nachfolgenden Figuren¬ beschreibung auch mit Hilfe von vereinfacht bzw. idealisiert dargestellten Diagrammen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine Hydrauliknotsteuerung nach dem Stand der Tech¬ nik,

Figur 2a ein p/i-Diagramm für Primär- und Sekundärδldruck- verlauf im Normalbetrieb bei nicht aktivierter Not¬ steuerung aus Figur 1,

Figur 2b ein p/i-Diagramm für Primär- und Sekundärδldruck- verlauf für die Notsteuerung aus Figur 1,

Figur 2c ein p/i-Diagramm für Primär- und Sekundärδldruck- verlauf für die neue Notsteuerung aus Figur 3,

Figur 2d ein p/i-Diagramm für Primär- und Sekundärδldruck- verlauf für die neue Notsteuerung aus Figur 4,

Figur 3 eine Hydrauliknotsteuerung mit separatem primärδl- druckgesteuerten Druckventil,

Figur 4 eine Hydrauliknotsteuerung mit einem primärδldruck- gesteuerten Druckregelventil mit Unterbrechung der Primärdrucksteuerleitung im Normalbetrieb,

Figur 5 eine Hydrauliknotsteuerung mit einem pri ärδldruck- gesteuerten Druckregelventil ohne Unterbrechung der

Primärdrucksteuerleitung im Normalbetrieb,

Figur 6a eine Hydrauliknotsteuerung, wie in Figur 4, mit direkter Verbindung zwischen der Pumpe und dem sekundärseitigen Kolbenraum,

Figur 6b eine Hydrauliknotsteuerung, wie in Figur 6a, mit einer Druckbegrenzungssteuerung über den Pumpen¬ druck.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt einen, dem Stand der Technik entsprechenden Aus¬ schnitt aus einem Hydraulikschaltplan zur Steuerung der Hydraulikδldrücke der an- und abtriebsseitigen Druckzylinder eines stufenlos übersetzenden Umschlingungsgetriebes. Das be¬ kannte Umschlingungsgetriebe (10) umfaßt zwei Kegelscheiben- paare zwischen denen ein öbertragungsmittel (14) , beispiels¬ weise ein Schubgliederband, eine Kette, ein Keilriemen oder dergleichen, angeordnet ist. Beide Kegelscheibenpaare bestehen jeweils aus zwei Kegelscheiben (11, 12; 15, 16) , die hydrau¬ lisch gegeneinander verspannbar ausgebildet sind. Die dazu notwendigen Kolben- und Zylinderteile sind vorzugsweise zumin¬ dest in einem Teil der Kegelscheiben integriert. Die von die¬ sen Teilen eingeschlossenen Kolbenräume, auf der Primärseite der Kolbenraum (13) und auf der Sekundärseite der Kolben¬ raum (17) , werden entsprechend der eingestellten Obersetzung mit dem jeweiligen Arbeitsdruck beaufschlagt.

In den hier beschriebenen Ausführungen ist der erforderliche abtriebsseitige Sekundärdruck größer oder gleich dem notwendi¬ gen antriebsseitigen Primärdruck. Während des Normalfahrbe- triebes, bezüglich der Ventilstellungen in Figur 1 nicht dar¬ gestellt, werden die Kolbenräume (13) und (17) über eine bei¬ spielsweise vom Fahrzeugmotor angetriebene hydrostatische Pumpe (80) mit Hydraulikδl versorgt. Die Pumpe (80) fördert das Druckmittel über eine Arbeitsleitung (102) , ein in Schalt- Stellung 2 befindendes 2/2-Wegeventil (70) , das mit einer linksseitigen elektrischen Betätigung (72) und einer rechts¬ seitigen Rückstellfeder (71) ausgestattet ist, eine Arbeits¬ leitung (103) und eine Arbeitsleitung (105) in den sekundär- seitigen Kolbenraum (17) . Der Druck in der Arbeitslei- tung (105) bzw. dem Kolbenraum (17) wird mittels eines Druck-

sensors (95) erfaßt. Zur Steuerung des gemessenen Hydraulikδl- drucks wird ein 2/2-Wegefühlerventil (30) mit einer linkssei¬ tigen Rückstellfeder (31) und einer rechtsseitigen, regelbaren elektrischen Betätigung (32) verwendet, Das Fühlerventil (30) ist an der Leitungsverbindung zwischen den Arbeitslei¬ tungen (103) und (105) über die Arbeitsleitung (106) ange¬ schlossen. Entsprechend seiner elektrisch eingestellten, einem vorgegebenen Getriebebetriebszustand entsprechenden Zwischen¬ stellung wird der mittels des Drucksensors (95) erfaßte Sekun- därδldruck auf das für die Bandspannung im Obertragungsmit- tel (14) erforderliche Niveau abgesenkt. Hierzu wird das von der Pumpe (80) geförderte und für die Kegelscheibenverstellung nicht benötigte Hydraulikδl in die Arbeitsleitung (108) mit niedrigerem Druckniveau weitergeleitet. Von der Arbeitslei- tung (108) aus kann das Hydraulikδl weiteren Antriebsbaugrup¬ pen, wie z.B. einer Kupplung, einem Wandler oder der Schmie¬ rung zur Verfügung stehen.

Der Hydraulikδldruck im Kolbenraum (17) wird u.a. als Funktion des Obersetzungsverhältnisses i, und des zu übertragenden Motordrehmoments geregelt, vgl. Figur 2a. Das Diagramm stellt die primär- und sekundärseitigen Hydraulikδl- druckverläufe (la) und (2a) über dem Obersetzungsverhältnis i beispielsweise bei maximalem Motordrehmoment schematisch dar. Der Sekundärδldruck, vgl. Kennlinie (2a) ist in der Anfahr¬ phase bei dem höchsten Obersetzungsverhältnis und größten Motordrehmoment, hier mit "Low" bezeichnet, maximal. Er fällt mit sinkendem Übersetzungsverhältnis. Sein Minimum erreicht er in der Overdrive-Stellung des Getriebes.

Unterhalb der Kennlinie (2a) ist die Kennlinie (la) des an der Kolbenkammer (13) anliegenden Primärδldrucks dargestellt. Der dortige Hydraulikδldruck, vgl. Figur 1, wird mit Hilfe eines 3/2-Wegefühlerventils (20) eingestellt. Dieses über eine Ar- beitsleitung (109) aus der sekundären Arbeitsleitung (105)

versorgte Primärdruckventil (20) ist über eine Arbeitslei¬ tung (110) an der Kolbenkammer (13) angeschlossen. Es weist neben einer beidseitigen hydraulischen Betätigung linksseitig eine Rückstellfeder (21) und rechtsseitig eine regelbare elek- trische Betätigung (22) auf. Die Drücke in den am Fühlerven¬ til (20) an den Steueranschlüssen (25) und (26) adaptierten Steuerleitungen (23) und (24) beeinflussen die elektrische Verstellung dieses Fühlerventils (20) nicht, da sie bei betä¬ tigtem Ventil (70) , also bei dort nahezu ungedrosselter Schaltstellung, den gleichen Wert haben.

Bei einem Ausfall der Ansteuerelektronik werden die Ven¬ tile (70) und (30) von ihren Rückstellfedern (71) und (31) in die Schaltstellungen 1 bewegt. Das von der Pumpe (80) gefδr- derte Hydraulikδl wird zunächst von einem im Ventil (70) inte¬ grierten Drossel- oder Blendenventil (73) gedrosselt, um dann über die Arbeitsleitungen (103) und (104) durch das Druckbe¬ grenzungsventil (40) und die Arbeitsleitungen (107) und (108) mit niedrigem Druckniveau abgeleitet zu werden. In den vor und nach dem Drosselventil (73) angeschlossenen Steuerlei¬ tungen (23) und (24) wird das dort anliegende Druckgefälle an die Steuereingänge (25) und (26) des Primärdruckventils (20) weitergegeben. Hierbei wird vorausgesetzt, daß sich die Fδr- dermenge der Pumpe (80) zumindest in dem für die Obersetzungs- Verstellung relevanten Drehzahlbereich als Funktion der Dreh¬ zahl ändert. Das Drosselventil (73) , die wirksamen Flächen des Schiebers des Ventils (20) im Bereich der Steuereingänge (25) und (26) sowie die Rückstellfeder (21) sind derart aufeinander abgestimmt, daß sich das Ventil (20) bei der für die Kegel- Scheibenverstellung vorgesehenen Motordrehzahl näherungsweise in mittlerer Schließstellung befindet. Steigt die Motordreh¬ zahl weiter an, öffnet das Ventil (20) infolge des höheren Druckabfalls am Drosselventil (73) zunehmend, womit Hydrau¬ likδl aus der Arbeitsleitung (109) über die primärseitige Ar- beitsleitung (110) in den Kolbenraum (13) gelangt. Folglich

verringert sich das Übersetzungsverhältnis i in Richtung "Overdrive", bis die Motordrehzahl wieder die für den Notfahr¬ betrieb vorgesehene Solldrehzahl erreicht hat.

Bei sinkender Motordrehzahl bewegt sich der Schieber des Ven¬ tils (20) in Richtung auf die Schaltstellung 1, wodurch das Hydraulikδl aus dem Kolbenraum (13) in den Tank abfließen kann. In diesem Fall vergrößert sich das Obersetzungsverhält¬ nis i in Richtung "Low". Folglich steigt die Motordrehzahl wieder.

Auf diese Weise kann die Getriebeübersetzung von "Low" bis "Overdrive" bei annähernd konstanter Motordrehzahl verstellt werden.

Die beiden Öldruckkennlinien (lb) und (2b) für den Notfahrbe¬ trieb sind der Figur 2b zu entnehmen. Der Sekundärδldruck, vgl. Kennlinie (2b), befindet sich über den gesamten Oberset¬ zungsbereich auf einem hohen Druckniveau "b", das mittels des Druckbegrenzungsventils (40) eingestellt ist. Der Primärδl- druck, vgl. Kennlinie (lb) , steigt dagegen nach dem Anfahren von einem minimalen Druck "a" bis zum Erreichen des Overdrive- Bereichs auf den maximalen Druck "b" an.

Derartige Öldruckverläufe führen i.a. bei U schlingungsgetrie- ben, die für den Normalfahrbetrieb entsprechend der Öldruck¬ verläufe nach Figur 2a ausgelegt sind, zu erheblichen Stand¬ zeitverlusten. Denn in der Regel sind für solche Getriebe die Hydraulikpumpen derart konzipiert, daß sie den maximalen öl- druck "b" nur kurzzeitig während des Anfahrvorganges standhal¬ ten müssen. Folglich senkt ein längeres Halten des hohen Öl¬ drucks "b" die Lebensdauer der Pumpe (80) . Ferner sind die für die Axialverstellung des primärseitigen Kegelscheiben¬ paares (11, 12) verwendeten Kolben- und Zylinderteile vorzugs- weise für einen Öldruck "c", vgl. Figur 2a, ausgelegt, der

aufgrund eines Sicherheitsfaktors über dem erforderlichen Öl¬ druck "a" liegt. Im Notfahrbetrieb übersteigt bei der bekann¬ ten Notsteuerung der Primärδldruck jedoch den Wert "c" erheb¬ lich, vgl. Kennlinie (lb) in Figur 2b, besonders bei den län- geren Obersetzungen in Richtung "Overdrive". Die hohen Dauer¬ druckwerte führen unausweichlich zu Schäden an der primärsei- tigen hydraulischen Axialverstellung. Die primär- und sekun- därseitigen Öldrücke können bekanntermaßen nur verringert wer¬ den, in dem das vom Getriebe zu übertragende Drehmoment ge- senkt wird ^" .

Zur Vermeidung der genannten Probleme werden mit Hilfe der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Hydrauliknotsteuerungen wäh¬ rend des Notfahrbetriebes die Hydraulikδldrücke nach dem An- fahren abgesenkt oder zumindest auf einem zulässigen Niveau gehalten.

Dazu ist in dem in Figur 3 dargestellten Hydraulikschaltplan ein ferngesteuertes Druckventil (50) parallel zu dem 2/2-Wegefühlerventil (30) geschaltet. Das Druckventil (50) , das links eine Rückstellfeder (51) aufweist und rechts über eine Steuerleitung (52) an der Arbeitsleitung (110) ange¬ schlossen ist, steuert über die Arbeitsleitungen (111) und (112) neben dem Druckbegrenzungsventil (40) die Entlastung der sekundären Arbeitsleitung (105) in die Arbeitsleitung (108) .

Während des Normalfahrbetriebes hat das Druckventil (50) kei¬ nen Einfluß auf den Sekundärδldruck, da u.a. bei einem niedri¬ gen Primärδldruck, vgl. Figur 2a, Kennlinie la, das Druckven- til (50) durch die Rückstellfeder (51) geschlossen ist. Dage¬ gen öffnet es im Notfahrbetrieb, sobald der Primärδldruck einen Grenzwert überschritten hat, der gemäß der Figur 2c mit dem Druckniveau "c" bezeichnet ist, und bei einem Überset¬ zungsverhältnis i ₃ auftritt. Die idealisiert dargestellten Kennlinien für die beiden Hydraulikδldrücke haben dann bei-

spielsweise den hier gezeigten Verlauf. Der Sekundärδldruck, vgl. Kennlinie (2c) wird während des Anfahrens zunächst durch das Druckbegrenzungsventil auf den Öldruck "b" begrenzt. In dieser Phase steigt der Primärδldruck, wie aus Figur 2b be- kannt, u.a. mit abnehmendem Obersetzungsverhältnis von dem Öl¬ druck "a" auf den Öldruck "c". Wird letzterer erreicht, öffnet das ferngesteuerte Druckventil (50) . In der Folge wird bei ei¬ ner weiteren Abnahme des Obersetzungsverhältnisses i in Rich¬ tung "Overdrive" der Primärδldruck als Funktion der Federrate der Rückstellfeder (51) , des Öffnungshubs und des Kolbenquer¬ schnitts des Druckventils (50) annähernd konstant auf dem Druckniveau "c" gehalten, während der Sekundärδldruck abnimmt. Die Pumpe (80) muß demnach nur noch kurzzeitig den maximalen Sekundärdruck zur Verfügung stellen. Auch die Kolben- und Zy- linderteile des primärseitigen Kolbenraumes (13) können wei¬ terhin für den Öldruck "c" ausgelegt bleiben.

Alternativ hierzu ist in Figur 4 eine Hydraulikschaltung dar¬ gestellt, bei der im Notfahrbetrieb die Funktionen des Druck- begrenzungsventils (40) und des Druckventils (50) aus Figur 3 u.a. von einem ferngesteuerten Druckbegrenzungsventil (60) übernommen werden. Das Ventil (60) das innerhalb des Schalt¬ plans die Position des Ventils (40) aus Figur 3 übernimmt, ist zusätzlich über die Steuerleitung (62) ferngesteuert. Die Steuerleitung (62) , die neben der regulären Steuerleitung (63) angeschlossen ist, bezieht ihren Steuerdruck über die Steuer¬ leitung (113) aus der Arbeitsleitung (110) bzw. dem Primär¬ kolbenraum (13) . Zwischen den Steuerleitungen (113) und (62) ist ein 5/2-Wegeventil (70') angeordnet, das das Ventil (70) aus den Figuren 1 und 3 ersetzt. Als Zusatzfunktion gibt es im Notfahrbetrieb, bei Schaltstellung 1 die Steuerleitungen (113) und (62) zur Fernsteuerung des Druckbegrenzungsventils (60) frei. Im Normalfahrbetrieb nimmt das Ventil (70') die Schalt¬ stellung 2 ein, womit die Fernsteuerung des Ventils (60) ent- fällt, die Steuerleitung (113) verschlossen und die Steuerlei-

tung (62) in den Tank entlastet wird. Für das Ventil (70') kann auch ein 4/2-Wegeventil verwendet werden, das die Steuer¬ leitungen (113) und (62) in der Schaltstellung 1 verbindet und in der Schaltposition 2 trennt und separat verschließt. Die Notschaltung hat den in Figur 2d dargestellten Einfluß auf den primär- und sekundärseitigen öldruckverlauf.

Des weiteren besteht auch die Möglichkeit, die Ventile (60) und (30) in einem elektrisch betätigbaren Fühlerventil zusam- menzufassen, das dann die Funktionen beider Ventile übernimmt.

Eine zusätzliche Variante von Figur 4 stellt der Hydraulik¬ schaltplan nach Figur 5 dar. Dort ist die primärseitige Steu- erleitung (113) direkt mit dem Druckbegrenzungsventil (60) verbunden, d.h. der Primärdruck liegt sowohl im Normalfahr¬ betrieb als auch im Notfahrbetrieb am Ventil (60) an.

Den Figuren 6a und 6b ist jeweils eine Hydraulikschaltung zu entnehmen, bei der die sekundäre Arbeitsleitung (105) vor dem Ventil (70') aus der Arbeitsleitung (102) abzweigt. Bei dieser Variante kann die Pumpe (80) in unmittelbarer Nähe des sekun¬ därseitigen Kolbenraums (17) angeordnet werden. Das verringert den Bauraum der Konstruktion und senkt die Leitungsverluste zwischen beiden Baugruppen. Zusätzlich kann in die Rücklauf- leitung (114) ein Drossel- oder Blendenventil zugeschaltet werden. Die Drosselwirkung, die nur im Notfahrbetrieb benötigt wird, kann auch durch eine Hubbegrenzung für den Schieber des Ventils (20) erzeugt werden.

Bei dem Hydraulikschaltplan in Figur 6b ist die Steuerlei¬ tung (63') zur Fernsteuerung des Druckbegrenzungsventils (60) an der Arbeitsleitung (105) direkt angeschlossen. Dadurch wird der Pumpendruck unmittelbar zur Fernsteuerung verwendet. Dies

erweist sich als günstig bei höheren Fahrgeschwindigkeiten im Overdrive-Bereich bzw. bei großen Volumenstrδmen.