Hvdraulikversorqungssystem für ein hydraulisch betätigtes, automatisches Getriebe

Die Erfindung betrifft ein Hydraulikversorgungssystem für ein hydraulisch betätigtes, automatisches Getriebe.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Kegelscheibenpaarbaugruppe eines Kegelschei- benumschlingungsgetriebes gemäß dem Stand der Technik.

Die Kegelscheibenpaarbaugruppe enthält eine Welle 10, mit der eine Festscheibe 12 starr verbunden ist. Auf der Welle 10 ist über eine Keilverzahnung 14 axial verschiebbar, jedoch drehfest mit der Welle 10 verbunden, eine Wegscheibe 16 angeordnet. Kegelflächen der Scheiben 12 und 16, zwischen denen ein nicht dargestelltes Umschlingungsmittel umläuft, das das dargestellte Kegelscheibenpaar mit einem weiteren, nicht dargestellten Kegelscheibenpaar des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes verbindet, sind einander zugewandt.

In einem radial äußeren Bereich der Wegscheibe 16 ist an deren von der Kegelfläche abgewandten Seite ein Zylinderring 18 mit zwei radial beabstandeten Wänden und U-förmigem Querschnitt starr befestigt, an dem an seiner radialen Innenseite ein mit einer Führungsfläche ausgebildetes Führungsringbauteil 20 starr befestigt ist.

Von der Wegscheibe 16 beabstandet ist mit der Welle 10 starr ein Stützringbauteil 22 verbunden, das einen ersten axialen Vorsprung 24 aufweist, der an seiner freien Stirnseite mit längs des Umfangs verteilten ersten Rampenflächen 26 ausgebildet ist. Radial außerhalb des ersten ringförmigen Vorsprungs 24 ist das Stützringbauteil 22 mit einem zweiten ringförmigen axialen Vorsprung 28 ausgebildet, der zwischen die Wände des Zylinderrings 18 einragt und gegenüber diesen mit Dichtungen abgedichtet ist, so dass zwischen dem zweiten Vorsprung 28 und dem Zylinderring 18 eine Verstellkammer 30 ausgebildet ist, die durch radiale Bohrungen 32 der Wegscheibe 16 und der Welle 10 sowie einen durch die Welle 10 führenden axialen Zulaufkanal 34 mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist.

Zwischen dem Stützringbauteil 22 und der Wegscheibe 16 ist auf der Welle 10 ein insgesamt ringförmiger Fühlkolben 36 axial beweglich geführt, der zu der Wegscheibe 16 hin becherförmig verlängert ist und in einem Ring 38 endet, an dessen von der Wegscheibe 16 abgewandter Seite in Umfangsrichtung beabstandet zweite Rampenflächen 40 ausgebildet sind. Zwi-

schen den ersten Rampenflächen 26 und den zweiten Rampenflächen 40 sind Wälzkörper 42 angeordnet, die im Fühlkolben ausgebildete Aussparungen durchragen und deren axiale Lage vorwiegend durch die Rampenflächen 26, 40 bestimmt ist und deren radiale Lage vorwiegend durch an dem Führungsringbauteil 20 ausgebildete, auf die Rampenflächen abgestimmte Führungsflächen 43 sowie eine radial äußere Fläche eines axialen Ansatzes der Wegscheibe 16 bestimmt ist.

Zwischen dem Fühlkolben 36 und der Wegscheibe 16 ist eine Drehmomentfühlkammer 44 ausgebildet, die über in der Welle 10 ausgebildete radiale Zulaufbohrungen 46 mit einem durch die Welle führenden Zulaufkanal 48 verbunden ist. Von der Fühlkammer 44 gehen radiale Ablaufbohrungen 50 ab, die in einen durch die Welle geführten Ablaufkanal 52 münden.

Der Fühlkolben 36 weist an seiner von der Wegscheibe 16 abgewandten Seite in gleichmäßigem Umfangsabstand angeordnete, axial vorstehende Arme 54 auf, die in dem Stützringbauteil 22 ausgebildete öffnungen durchragen und mit einer Außenverzahnung 56 ausgebildet sind, die in eine Innenverzahnung 58 eines Antriebsrades 60 eingreift, das auf der Welle 10 gelagert ist und über das der Antrieb des Getriebes erfolgt. Der Fühlkolben 36 ist somit in Um- fangsrichtung starr und axial relativ zum Antriebsrad 60 beweglich mit diesem verbunden.

Aufbau und Funktion der beispielhaft beschriebenen Kegelscheibenpaarbaugruppe sind an sich bekannt und werden daher im Einzelnen nicht erläutert. Infolge einer Relativdrehung des Fühlkolbens 36 zum Stützringbauteil ändert sich infolge entsprechender Formgebung der Rampenflächen 26, 40 und der Führungsflächen 43 die axiale Stellung des Fühlkolbens 36 derart, dass der Fühlkolben bei hohem Drehmoment eine Ablauföffnung 61 , von der die Ablaufbohrung 52 ausgeht, zunehmend verschließt, so dass der Hydraulikdruck in der Drehmomentfühlkammer 44 zunimmt und die Wegscheibe 16 mit einem drehmomentabhängigen Druck in Richtung auf die Festscheibe 12 belastet ist. Die zur übersetzungsveränderung erforderliche Verstellung der Wegscheibe 16 erfolgt durch Veränderung des Druckes in der Verstellkammer 30.

Die Hydraulikdruckversorgung der Verstellkammer 30 und der Drehmomentfühlkammer 44 erfolgt bei Verwendung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug normalerweise mittels einer Hydraulikpumpe, die von einem zum Antrieb des Fahrzeugs dienenden Verbrennungsmotor angetrieben wird. Moderne Kraftfahrzeuge werden aus Gründen der Verbrauchseinsparung und der Verbesserung der Umweltverträglichkeit mit Stopp-Startsystemen ausgerüstet, bei

denen der Verbrennungsmotor in Betriebsphasen automatisch außer Betrieb gesetzt wird, in denen er für den Vortrieb des Fahrzeugs nicht benötigt wird, beispielsweise im Schubbetrieb, bei einem Stopp vor einer Ampel oder im Stopp und Go Verkehr. Dabei stellt sich das Problem, dass die Hydraulikdruck- bzw. Hydraulikflüssigkeitsversorgung des Kegelscheibenum- schlingungsgetriebes bei stillstehendem Verbrennungsmotor bzw. stillstehender Pumpe nicht gewährleistet ist, da bei stehender Pumpe der Druck in der Verstellkammer und der Drehmomentfühlkammer infolge von Leckageverlusten rasch abfällt oder Hydraulikflüssigkeit aus der Kammer ausläuft. Bei fahrendem Fahrzeug ist die Betriebsfähigkeit des Getriebes dann nicht mehr gegeben. Bei einem Wiederstart der Pumpe bzw. des Verbrennungsmotors vergeht bis zur einwandfreien erneuten Hydraulikflüssigkeitsversorgung des Getriebes ein bestimmter Zeitraum, der zu gefährlichen Situationen führen kann und während dessen eine Schädigung des Getriebes durch unzureichende Anpressung des Umschlingungsmittels erfolgen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Abhilfe für die vorgenannten Probleme zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit einem Hydraulikversorgungssystem gemäß dem Anspruch 1 gelöst.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hydraulikversorgungssystems gerichtet.

Ein erfindungsgemäßes Hydraulikversorgungssystem für ein hydraulisch betätigtes, automatisches Getriebe, insbesondere für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, mit zwei über ein Umschlingungsmittel miteinander verbundenen Kegelscheibenpaaren enthält eine Pumpe zur Bereitstellung von Hydraulikdruck in einer Versorgungsleitung, die über ein übersetzungsstellventil mit wenigstens einer Verstellkammer und mit wenigstens einer Verbindungsleitung verbunden ist, an die wenigstens eine von Hydraulikflüssigkeit durchströmte Fühlkammer angeschlossen ist, wobei der der Strömung durch die Fühlkammer zur Verfügung stehende Durchströmquerschnitt von dem vom Getriebe übertragenen Drehmoment abhängt, sowie über ein Vorsteuerventil mit einer Steuerleitung verbunden ist, in der ein Steuerventil angeordnet ist, mit dem der die Stellung des übersetzungsstellventils bestimmende Druck in der Steuerleitung einstellbar ist, eine mittels eines von einem Antrieb der Pumpe getrennten Hilfs- antrieb antreibbare Hilfspumpe, deren Ausgangsleitung mit der Steuerleitung und über eine von der Ausgangsleitung abzweigende Zweigleitung mit der Versorgungsleitung verbunden ist, wobei in der Ausgangsleitung strömungsoberhalb der Abzweigung der Zweigleitung ein in Richtung zur Steuerleitung öffnendes erstes Rückschlagventil und in der Zweigleitung ein zur

Versorgungsleitung hin öffnendes zweites Rückschlagventil angeordnet ist, und eine von der Verbindungsleitung zu der Steuerleitung führende Leitung, in der ein zur Steuerleitung hin öffnendes drittes Rückschlagventil angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Hydrauliksystem eignet sich zum Einsatz in weitgehend allen Arten von hydraulisch betätigten, automatischen Getrieben, und kann ganz allgemein für hydraulisch betätigte Einrichtungen verwendet werden.

Vorteilhafterweise ist das Vorsteuerventil derart ausgebildet, dass der Druck in der Steuerleitung nicht über einen vorbestimmten Wert ansteigt.

Um den Druck in der Steuerleitung zu begrenzen, weist das Vorsteuerventil beispielsweise einen Rücklauf auf, der über dem vorbestimmten Druck in der Steuerleitung mit dieser verbunden wird.

In der von der Verbindungsleitung zur Steuerleitung führenden Leitung kann eine Blende angeordnet sein.

Die Versorgungsleitung ist mit der Verbindungsleitung über ein Verbindungsventil verbunden, das eine an die Versorgungsleitung angeschlossene Steuerkammer aufweist und die Verbindung zwischen der Versorgungsleitung und der Verbindungsleitung über einem vorbestimmten Druck in der Steuerkammer öffnet.

Die für die normale Versorgung des Hydraulikversorgungssystems vorgesehen Pumpe wird vorteilhafter Weise von einem Verbrennungsmotor zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs angetrieben; die Hilfspumpe wird vorteilhafter Weise von einem Elektromotor angetrieben, der bei stillstehendem Verbrennungsmotor in Betrieb gesetzt wird.

Die Erfindung, die auch in Fahrzeugen mit Hybridantrieb eingesetzt werden kann, wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

In den Figuren stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild von Teilen eines erfindungsgemäßen Hydraulikversorgungs-

systems für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Kegelscheibenpaarbaugruppe gemäß dem

Stand der Technik.

Gemäß Fig. 1 enthält ein Hydrauliksystem zur Versorgung eines Kegelscheibenumschlin- gungsgetriebes eine von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angetriebene Pumpe 62, die aus einem Vorratsbehälter 64 durch ein Filter 66 hindurch Hydraulikflüssigkeit ansaugt und in einer Versorgungsleitung 68 Systemdruck aufbaut. Die Versorgungsleitung 68 führt durch ein Verbindungsventil 70 hindurch zu Verbindungsleitungen 72, mit denen je einer der Zulaufkanäle 48 (Fig. 2) jeder Kegelscheibenpaarbaugruppe 49 verbunden ist, über den eine drehmomentabhängige Anpressung des Umschlingungsmittels erfolgt. Eine mit dem Ablaufkanal 52 verbundene Rückleitung ist mit 74 bezeichnet. Weiter führt die Versorgungsleitung 68 durch ein übersetzungsstellventil 76 zu Leitungen 78, von denen je eine mit einem axialen Kanal 34 einer jeweiligen Kegelscheibenbaugruppe 49 verbunden ist, durch den hindurch die Verstellkammer 30 (Fig. 2) mit Druck beaufschlagt wird.

Zur Ansteuerung des übersetzungsstellventils 76 dient eine Steuerleitung 80, die mit der Versorgungsleitung 68 über ein Vorsteuerventil 82 verbunden ist und in der ein elektrisch angesteuertes, als Proportionalventil ausgebildetes Steuerventil 84 angeordnet ist, das in seinem vollständig geöffneten Zustand die Steuerleitung 80 mit einem Rücklauf 86 verbindet. Die Stellung des Vorsteuerventils 82 wird wesentlich durch den in seiner Vorsteuerkammer 88 herr- . sehenden, in der Steuerleitung 80 vorhandenen Druck bestimmt.

Die Versorgungsleitung 88 führt weiter zu einem Kupplungsventil 90, über das in dem Kegel- scheibenumschlingungsgetriebe enthaltene Kupplungen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt sowie ein Wählhebelventil mit Hydraulikdruck versorgt werden. Mit 92 ist ein elektrisch angesteuertes Kupplungssteuerventil bezeichnet.

Das bisher beschriebene Hydraulikversorgungssystem ist in seinem Aufbau und in seiner Funktion an sich bekannt und wird daher nicht weiter im Detail beschrieben. Die elektrischen Steuerventile 84 und 92 sowie weitere Steuerventile werden von einer nicht dargestellten elektronischen Steuereinrichtung nach vorbestimmten Programmen angesteuert, wobei an Eingängen der elektronischen Steuereinrichtung die Werte von für den Betrieb des Kegel- scheibenumschlingungsgetriebes wesentlichen Betriebsparametern des Antriebsstrangs liegen, beispielsweise Stellung eines Fahrpedals, Fahrzeuggeschwindigkeit, Drehzahl der

Brennkraftmaschine usw. An verschiedenen Stellen des Hydrauliksystems herrschende Drücke werden mit Hilfe von Drucksensoren 94, von denen nicht alle mit Bezugszeichen belegt sind, erfasst und für die überwachung des Betriebes und die Steuerung herangezogen.

Um die Versorgung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes mit Hydraulikflüssigkeit auch bei stillstehender Pumpe 62 zu gewährleisten, ist eine von einem Elektromotor 94 angetriebene Hilfspumpe 96 vorgesehen, die Hydraulikflüssigkeit durch ein Filter 98 hindurch aus einem Vorratsbehälter 100 ansaugt und in eine Ausgangsleitung 102 fördert. Es versteht sich, dass der Vorratsbehälter 100 mit dem Vorratsbehälter 64 und der Filter 98 mit dem Filter 96 identisch sein kann.

Die Ausgangsleitung 102 mündet in die Steuerleitung 80 und enthält ein zur Steuerleitung 80 hin öffnendes erstes Rückschlagventil 104. Von der Ausgangsleitung 102 zweigt zwischen dem ersten Rückschlagventil 104 und der Steuerleitung 80 eine Zweigleitung 106 ab, die in die Versorgungsleitung 69 mündet und ein zweites Rückschlagventil 108 enthält, das in Richtung zur Versorgungsleitung öffnet.

Das Vorsteuerventil 82 weist einen Rücklauf 110 auf und ist derart ausgebildet, dass bei druckloser Vorsteuerkammer 88 die Versorgungsleitung 68 mit der Steuerleitung 80 verbunden ist, bei einem vorbestimmten Druck in der Vorsteuerkammer 88 die Versorgungsleitung 68 von der Steuerleitung 80 getrennt wird und bei weiter ansteigendem Druck in der Vorsteuerkammer 88 bzw. der Steuerleitung 80 die Steuerleitung zunehmend mit dem Rücklauf 110 verbunden wird, so dass Hydraulikflüssigkeit aus dem Rücklauf 110 ausströmt.

Das Verbindungsventil 70 enthält eine Steuerkammer 112, die mit der Versorgungsleitung 68 verbunden ist. Bei überschreiten eines vorbestimmten Druckes in der Steuerkammer 112 wird ein Ventilglied des Verbindungsventils 70 derart bewegt, dass eine Verbindung zwischen der Versorgungsleitung 68 und den Verbindungsleitungen 72 hergestellt wird.

Von den Verbindungsleitungen 72 führt eine Leitung 114 zu der Steuerleitung 180. In der Leitung 114 ist vor der Mündung in die Steuerleitung 80 ein drittes Rückschlagventil 116 angeordnet, das in Richtung zu den Verbindungsleitungen 72 öffnet. Weiter enthält die Leitung 114 in Strömungsrichtung vor ihrer Verbindung mit dem Verbindungsventil 70 wenigstens eine Blende 118 (im dargestellten Beispiel zwei hintereinander angeordnete Blenden).

Die Funktion des beschriebenen Systems ist wie folgt:

Im Normalbetrieb, d.h. bei laufender Brennkraftmaschine, arbeitet die Pumpe 62 und baut Druck in der Versorgungsleitung 68 sowie über das bei Anlaufen der Pumpe 62 zunächst geöffnete Vorsteuerventil 82 in der Steuerleitung 80 auf, wobei der Druck in der Steuerleitung 80 auf einen Wert begrenzt ist, der dadurch bestimmt ist, dass das Vorsteuerventil 82 bei dem vorbestimmten Druck in der Vorsteuerkammer 88 die Verbindung zwischen der Versorgungsleitung 68 und der Steuerleitung 80 trennt. Die Rückschlagventile 104 und 106 verhindern ein Ausströmen von Hydraulikflüssigkeit durch die Ausgangsleitung 102 und die Hilfspumpe 96.

Das Verbindungsventil 70 öffnet die Verbindung von der Versorgungsleitung 68 zu den Verbindungsleitungen 72, sobald in seiner Steuerkammer 112 ein vorbestimmter Druck überschritten wird, der vorzugsweise geringfügig über dem Druck in der Steuerleitung 80 liegt. Die durch die Verbindungsleitungen 72 in die Fühlkammern und durch diese hindurch strömende Hydraulikflüssigkeit kann infolge des dritten Rückschlagventils 116 nicht in die Steuerleitung 80 rückströmen.

Wenn die Pumpe 62 im Start-Stopp-Betrieb des Verbrennungsmotors außer Betrieb gesetzt wird, bricht die Druckmittelversorgung des Systems zusammen und werden die Versorgungsleitung 68 und die Steuerleitung 80 aufgrund von Leckageverlusten und ähnlichem drucklos, so dass das System beim Wiederstart der Brennkraftmaschine bzw. Anlauf der Pumpe 62 nicht sofort funktionsfähig ist, sondern ein bestimmter Zeitraum zum Druckausbau benötigt wird. Innerhalb dieses Zeitraums ist das Fahrzeug nicht betriebsfähig und kann das Getriebe wegen fehlendem Anpressdrucks zwischen den Kegelscheiben und dem Umschlingungsmittel beschädigt werden.

Sobald die Pumpe 62 steht oder bereits bei einer Inbetriebnahme des stillstehenden Fahrzeugs ohne in Betrieb Setzen der Brennkraftmaschine läuft der Elektromotor 94 an und aktiviert die Hilfspumpe 96. Das erste Rückschlagventil 104 und das zweite Rückschlagventil 108 öffnen bereits bei geringem Druck der Ausgangsleitung 102, so dass in der Steuerleitung 80 und der Versorgungsleitung 68 Druck aufgebaut wird. Sobald in der Steuerleitung 80 ein vorbestimmter Druck erreicht wird, öffnet das dritte Rückschlagventil 116, so dass die Drehmomentfühlkammer 44 (Fig. 2) durch die Leitungen hindurch mit von der Hilfspumpe 69 geförderter Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. Falls diese Hydraulikflüssigkeit nicht durch die von der Drehmomentfühlkammer 44 ausgehende Ablaufbohrung 50 (Fig. 2) ablaufen kann, erhöht

sich der Druck im System weiter, wodurch das Vorsteuerventil 82 in einen Funktionszustand gelangt, in dem überschüssige Hydraulikflüssigkeit durch den Rücklauf 110 abströmt. Dadurch ist gleichzeitig der in der Versorgungsleitung 68 herrschende Systemdruck begrenzt. Durch den Betrieb der Hilfspumpe 96 gelangt das Hydrauliksystem somit in einen voll funktionsfähigen Zustand, in dem ein sofortiger Fahrbetrieb möglich ist, so dass das System nicht nur für einen Start-Stopp-Betrieb verwendet werden kann, indem es beim Anlaufen der Pumpe 62 sofort funktionsfähig ist, sondern auch beispielsweise in einem Hybridantrieb verwendet werden kann, bei dem die Brennkraftmaschine und damit die Pumpe 62 bei fahrendem Fahrzeug außer Betrieb sind und die Hydraulikversorgung im Fahrbetrieb über die Hilfspumpe 96 erfolgt.

Die Hilfspumpe 96 kann zusätzlich zur Pumpe 62 zu deren Unterstützung verwendet werden, wenn der Druck in der Versorgungsleitung 68 in kritischen Fahrsituationen absinkt, weil beispielsweise durch eine Drehmomentfühlkammer eine Hydraulikflüssigkeitsmenge abströmt, die von der Pumpe 62 nicht ausreichend nachgefördert wird. Das Inbetriebsetzen der Hilfspumpe 96 führt dann zu einem raschen Anstieg des Druckes in der Steuerleitung 80, so dass das Vorsteuerventil 82 die Steuerleitung 80 von der Versorgungsleitung 68 trennt. Dadurch fördert die Pumpe 62 nicht mehr in die Steuerleitung 80, so dass das volle Fördervolumen für die Versorgungsleitung 68 zur Verfügung steht.

Ein Einsatz der Hilfspumpe 96 zur Unterstützung der Pumpe 62 ermöglicht eine kleinere Auslegung der Pumpe 62, was den Gesamtwirkungsgrad des Systems günstig beeinflusst.

Wenn der aktuelle Druck in der Drehmomentfühlkammer 44 (Fig. 2) zuzüglich des Vorspanndruckes des dritten Rückschlagventils 116 niedriger ist als der Druck in der Steuerleitung 80, wird Hydraulikflüssigkeit zusätzlich durch das dritte Rückschlagventil 116 hindurch in die Drehmomentfühlkammer 44 gefördert. Damit der Druck in der Steuerleitung 80 dabei nicht zusammenbricht, begrenzt die wenigstens eine Blende 118 den zu der Drehmomentfühlkammer abfließenden Volumenstrom.

Bezugszeichenliste

Festscheibe

Keilverzahnung

Wegscheibe

Zylinderring

Führungsringbauteil

Stützringbauteil erster Vorsprung erste Rampenfläche zweiter Vorsprung

Verstellkammer radiale Bohrung axialer Kanal

Fühlkolben

Ring zweite Rampenfläche

Wälzkörper

Drehmomentfühlkammer

Zulaufbohrung

Zulaufkanal

Kegelscheibenpaarbaugruppe

Ablaufbohrung

Ablaufkanal

Arm

Außenverzahnung

Innenverzahnung

Antriebsrad

Ablauföffnung

Pumpe

Vorratsbehälter

Filter

Versorgungsleitung

Verbindungsventil

Verbindungsleitung

Rückleitung

76 übersetzungsstellventil

78 Leitungen

80 Steuerleitung

82 Vorsteuerventil

84 Steuerventil

86 Rücklauf

88 Vorsteuerkammer

90 Kupplungsventil

92 Kupplungssteuerventil

94 Elektromotor

96 Hilfspumpe

98 Filter

100 Vorratsbehälter

102 Ausgangsleitung

104 erstes Rückschlagventil

106 Zweigleitung

108 zweites Rückschlagventil

110 Rücklauf

112 Steuerkammer

114 Leitung

116 drittes Rückschlagventil

118 Blende