DE102007018499A1 - Hydraulisches System - Google Patents

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Abstract

Hydraulisches System zur Ansteuerung von hydraulischen Doppelzylindern insbesondere zur Schaltung von Gängen eines Gangwechselgetriebes, wobei die Doppelzylinder mittels eines ersten Ventils wahlweise mit einem hohen Systemdruck (p_H) und einem niedrigen Systemdruck (p_N) beaufschlagt werden können. Das erste Ventil wird durch einen Hydraulikmotor betätigt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches System zur Ansteuerung von hydraulischen Doppelzylindern insbesondere zur Schaltung von Gängen eines Gangwechselgetriebes, wobei die Doppelzylinder mittels eines ersten Ventils wahlweise mit einem hohen Systemdruck und einem niedrigen Systemdruck beaufschlagt werden können.
  • Bei hydraulisch geschalteten Getrieben ist in Regel einer von mehreren Hydraulikzylindern mit einem Hydraulikdruck zu beaufschlagen, wobei die anderen Zylinder drucklos bleiben. In der Regel sind die Hydraulikzylinder paarweise zu Doppelzylindern zusammen gefasst, sodass durch wechselweises Beaufschlagen der Zylinder die Kolben in eine Mittelstellung oder eine von zwei Endstellungen gebracht werden können. Nachteilig an bekannten hydraulischen Systemen ist, dass mehrere Aktoren, z.B. elektrisch angesteuerte Ventile, zur Steuerung notwendig sind. Derartige elektrische Aktoren sind vergleichsweise kostenaufwändig an – insbesondere bei Fahrzeuggetrieben – erforderliche thermische und mechanische Betriebsbedingungen anzupassen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hydraulisches System mit einer kostengünstigen und robusten Gestaltung der Aktoren anzugeben.
  • Dieses Problem wird gelöst durch ein hydraulisches System zur Ansteuerung von hydraulischen Doppelzylindern insbesondere zur Schaltung von Gängen eines Gangwechselgetriebes, wobei die Doppelzylinder mittels eines ersten Ventils wahlweise mit einem hohen Systemdruck und einem niedrigen Systemdruck beaufschlagt werden können, wobei das erste Ventil durch einen Hydraulikmotor betätigt wird. Der niedrige Systemdruck kann beispielsweise in etwa der Umgebungsdruck sein, beispielsweise eines Vorratsbehälters, der hohe Systemdruck wird beispielsweise durch eine Hydraulikpumpe bereitgestellt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass durch das erste Ventil jeweils eine Kolbenseite eines Doppelkolbens eines der Doppelzylinder mit einem ersten Eingang des ersten Ventils und die andere Kolbenseite sowie die übrigen Kolbenseiten der übrigen Doppelzylinder mit einem zweiten Eingang des ersten Ventils verbunden werden können.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass wahlweise der Hydraulikmotor oder der erste Eingang des ersten Ventils vermittels eines zweiten Ventils mit dem hohen Systemdruck beaufschlagt werden können.
  • Das erste Ventil ist vorzugsweise ein Drehschieberventil. Das zweite Ventil ist vorzugsweise ein Proportionalventil. Das Proportionalventil wird vorzugsweise durch einen elektrisch angesteuerten Aktor betätigt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Proportionalventil eine Ventilstellung umfasst, bei der der Hydraulikmotor mit dem hohen Systemdruck und der erste Eingang des Drehschieberventils mit dem niedrigen Systemdruck beaufschlagt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Proportionalventil eine Ventilstellung umfasst, bei der der Hydraulikmotor weder mit dem hohen Systemdruck noch mit dem niedrigen Systemdruck beaufschlagt wird und der erste Eingang des Drehschieberventils mit dem niedrigen Systemdruck beaufschlagt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Proportionalventil eine Ventilstellung umfasst, bei der der Hydraulikmotor mit dem niedrigen Systemdruck und der erste Eingang des Drehschieberventils mit dem hohen Systemdruck beaufschlagt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Proportionalventil eine Ventilstellung umfasst, bei der sowohl der Hydraulikmotor als auch der erste Eingang des Drehschieberventils mit dem niedrigen Systemdruck beaufschlagt wird.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 eine Prinzipskizze eines hydraulischen Systems zur Schaltung von Gängen eines Getriebes.
  • 1 zeigt eine Prinzipskizze eines hydraulischen Systems zur hydraulischen Schaltung eines Gangwechselgetriebes eines Kraftfahrzeuges. In 1 dargestellt sind nur Doppelzylinder 1, 2, 3 sowie 4 zur Schaltung von Gängen eines ansonsten nicht dargestellten 8-Gang-Doppelkupplungsgetriebes. Die Doppelzylinder 1 bis 4 schalten jeweils zwei Gänge, wobei jeweils einer der Gänge in einer der beiden Endstellungen eingelegt ist und in der Mittelstellung der Doppelzylinder keiner der Gänge (Leerlauf) eingelegt ist, der Doppelkolben befindet sich dann in einer Neutralstellung N. Die Doppelzylinder 1 bis 4 umfassen jeweils einen Doppelkolben 24 mit zwei mit Druck beaufschlagbaren Kolbenseiten 24.1 und 24.2. In 1 ist der Übersichtlichkeit halber nur der zum Doppelzylinder 1 gehörende Doppelkolben mit einem Bezugszeichen versehen. Die drei verschiedenen Stellungen der Doppelzylinder 1 bis 4 können durch Beaufschlagung von Druckleitung 1.1 bzw. Druckleitung 1.2 für den Doppelzylinder 1, Druckleitung 2.1 bzw. Druckleitung 2.2 für den Doppelzylinder 2, Druckleitung 3.1 bzw. Druckleitung 3.2 für den Doppelzylinder 3 sowie Druckleitung 4.1 bzw. Druckleitung 4.2 für den Doppelzylinder 4 angesteuert werden. Dazu werden jeweils wechselweise eine der beiden Druckleitungen und damit die jeweils zugeordnete Kolbenseite, also zum Beispiel Druckleitung 1.1 oder 1.2 für den Doppelzylinder 1, mit einem hohen Systemdruck p_H und die andere korrespondierende Druckleitung mit einem niedrigen Systemdruck p_N beaufschlagt. Der Doppelzylinder 1 schaltet beispielsweise bei einer Bewegung in der Darstellung der 1 nach rechts den ersten Gang G1 und einer Bewegung in der Darstellung der 1 nach links den dritten Gang G3. Entsprechend schaltet der Doppelzylinder 2 die Gänge G5 und G7, der Doppelzylinder die Gänge G2 und G4 und der Doppelzylinder 4 die Gänge G6 und R. Dies ist jeweils durch Gangzahlen G1 bis G7 bzw. R an den zugehörigen Seiten der Doppelzylinder 1 bis 4 angedeutet. Wird beispielsweise die Hydraulikleitung 1.1 mit dem hohen Systemdruck p_H beaufschlagt und liegt gleichzeitig an der Hydraulikleitung 1.2 der niedrige Systemdruck p_N an, so wird der Kolben des Doppelzylinders 1 in der Darstellung der 1 nach links bewegt und der dritte Gang G3 eingelegt. Wird entsprechend umgekehrt die Hydraulikleitung 1.2 mit dem hohen Systemdruck p_H beaufschlagt und liegt gleichzeitig an der Hydraulikleitung 1.1 der niedrige Systemdruck p_N an, so wird der Kolben des Doppelzylinders 1 wieder in die Gegenrichtung bewegt, wobei zunächst die Neutralstellung (Mittelstellung) erreicht wird und bei weiterer Druckbeaufschlagung der erste Gang G1 eingelegt wird. Indem also eine der Hydraulikleitungen 1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 3.1, 3.2, 4.1 oder 4.2 mit dem hohen Systemdruck p_H beaufschlagt wird und die jeweils anderen Hydraulikleitungen mit dem niedrigen Systemdruck p_N beaufschlagt werden, lässt sich jeweils einer der Doppelzylinder 1 bis 4 in eine Richtung betätigen. Liegt an allen Hydraulikleitungen 1.1 bis 4.2 der gleiche Systemdruck an, also beispielsweise der hohe Systemdruck p_H oder der niedrige Systemdruck p_N, so bleibt das Getriebe in dem jeweils aktuellen Schaltzustand. Die Hydraulikleitungen 1.1 bis 4.2 sind jeweils verbunden mit einem Ausgang eines Drehschiebers 5. Der Drehschieber 5 umfasst acht Ausgänge, die jeweils mit einer der Hydraulikleitungen 1.1 bis 4.2 verbunden sind. Des Weiteren umfasst der Drehschieber 5 zwei Eingänge, von denen ein erster Eingang 6 mit einem Proportionalventil 7 verbunden ist und ein zweiter Eingang 8 mit einem Hydraulikbehälter 9 verbun den ist, an dem ständig der niedrige Systemdruck p_N anliegt. Der Drehschieber 4 ermöglicht es, jeweils eine der Hydraulikleitungen 1.1 bis 4.2 mit dem ersten Eingang 6 zu verbinden und jeweils alle anderen Hydraulikleitungen, die nicht mit dem ersten Eingang 6 verbunden sind, mit dem zweiten Eingang 8 zu verbinden. Es wird also mittels des Drehschiebers 4 wahlweise eine der Hydraulikleitungen 1.1 bis 4.2 mit dem Druck, der an dem ersten Eingang 6 anliegt, beaufschlagt und alle anderen Eingänge mit dem Druck, der an dem zweiten Eingang 8 anliegt, beaufschlagt. Der erste Eingang 6 des Drehschiebers 5 kann vermittels des Proportionalventils 3 mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden, worauf nachfolgend näher eingegangen wird. Das Proportionalventil 3 umfasst zwei Ausgänge, von denen ein ester Ausgang 10 mit dem ersten Eingang 6 des Drehschiebers 5 verbunden ist und ein zweiter Ausgang 11 mit einem Eingang 12 eines Hydraulikmotors 13 verbunden ist, wobei ein Ausgang 14 des Hydraulikmotors 13 mit dem Hydraulikbehälter 9 verbunden ist. Wird der Eingang 12 des Hydraulikmotors 13 mit einem Hydraulikdruck beaufschlagt, der höher als der niedrige Systemdruck p_N ist, also beispielsweise mit dem hohen Systemdruck p_H, so wird eine Abtriebswelle 15 des Hydraulikmotors 13 angetrieben. Die Abtriebswelle 15 ist verbunden mit einer Antriebswelle 16 des Drehschiebers 5. Vermittels der Antriebswelle 16 kann der Drehschieber 5 betätigt werden und kann so verschiedene Hydraulikleitungen 1.1 bis 4.2 wahlweise und wechselweise mit dem ersten Eingang 6 verbinden. Dies ist in der Darstellung der 1 durch einen Pfeil 17 angedeutet, der den ersten Eingang 6 mit einer der Hydraulikleitungen 1.1 bis 4.2 verbindet. In der 1 ist beispielsweise der erste Eingang 6 mit der Hydraulikleitung 3.1, die zu dem Doppelzylinder 3 führt, leitend verbunden. Das Proportionalventil 7 umfasst einen ersten Eingang 18, an dem der hohe Systemdruck p_H anliegt sowie einen zweiten Eingang 19, der mit dem Hydraulikbehälter 9 verbunden ist, so dass der niedrige Systemdruck p_N anliegt. Das Proportionalventil 7 besitzt fünf Schaltstellungen, bei denen jeweils unterschiedliche Eingänge 18 bzw. 19 mit unterschiedlichen Ausgängen 10 bzw. 11 verbunden sind oder gesperrt, also mit keinem der Eingänge verbunden, sind. Die verschiedenen Schaltstellungen werden durch Verschieben eines Ventilträgers 22 mit hier fünf Ventilelementen gegenüber einem Ventilgehäuse 23 bewirkt. Die Ventilelemente und damit die Schaltstellungen sind hier mit S1, S2, S3, S4 sowie S5 gekennzeichnet. Durchgehende Pfeile stellen in der Darstellung der 1 eine durchgehende Verbindung zwischen dem jeweiligen Eingang 18, 19 und dem jeweiligen Ausgang 10, 11 dar, T-förmige Teilstücke deuten eine sperrende Verbindung an. In der Schaltstellung S1 ist der erste Eingang 18 mit dem zweiten Ausgang 11 sowie der zweite Eingang 19 mit dem ersten Ausgang 10 verbunden. In der Schaltung S2 ist der erste Eingang 18 sowie der zweite Ausgang 11 gesperrt, der erste Ausgang 10 ist verbunden mit dem zweiten Eingang 19. In der Schaltung S3 ist der erste Eingang 18 gesperrt, erster und zweiter Ausgang 10, 11 sind mit dem zweiten Eingang 19 verbunden. In der Schaltstellung S4 sind der erste Eingang 18 sowie der erste Ausgang 10 gesperrt, der zweite Ausgang 11 ist mit dem zweiten Eingang 19 verbunden. In der Schaltstellung S5 ist der erste Eingang 18 mit dem ersten Ausgang 10 sowie der zweite Eingang 11 mit dem zweiten Ausgang 19 verbunden. Das Proportionalventil 7 wird beispielsweise elektrisch vermittels eines schematisch dargestellten Aktors 20 gegen die Kraft einer Feder 21 betätigt und in die verschiedenen Schaltstellungen S1 bis S5 gebracht.
  • In der Schaltstellung S1 wird der Eingang 12 des Hydraulikmotors 13 mit dem hohen Systemdruck p_H beaufschlagt, so dass sich die Abtriebswelle 15 und damit die Antriebswelle 16 des Drehschiebers 5 dreht. Dadurch wird der nicht dargestellte Drehschiebermechanismus des Drehschieberventils 5 weitergedreht, so dass durch entsprechend lang andauernde Druckbeaufschlagung des Eingangs 12 des Hydraulikmotors 13 die Hydraulikleitung 1.1 bis 4.2 im Laufe der Zeit von dem Drehschieber überfahren werden und mit dem ersten Eingang 6 verbunden werden. In der Darstellung der 1 entspricht das einem Weiterdrehen des Zeigers 17. Ist die gewünschte Hydraulikleitung 1.1 bis 4.2 mit dem ersten Eingang 6 verbunden, so wird die Druckbeaufschlagung mit dem hohen Systemdruck p_H des Eingangs 12 des Hydraulikmotors 13 unterbrochen, indem das Proportionalventil 7 in die Schaltstellung S2 gebracht wird. Sowohl in der Schaltstellung S1 als auch in der Schaltstellung S2 ist der erste Ausgang 10 des Proportionalventils 7 mit dem zweiten Eingang 19 verbunden, so dass der niedrige Systemdruck p_N am ersten Eingang 10 und damit auch am Eingang 6 des Drehschieberventils 5 anliegt. Auf diese Weise sind sämtliche Hydraulikleitungen 1.1 bis 4.2 sowohl in der Schaltstellung S1 als auch in der Schaltstellung S2 mit dem niedrigen Systemdruck p_N beaufschlagt, so dass sich keiner der Doppelzylinder 1 bis 4 bewegt. Welche der Hydraulikleitungen 1.1 bis 4.2 mit dem Eingang 6 verbunden wird, hängt von der Dauer der Druckbeaufschlagung des Hydraulikmotors 13 mit dem hohen Systemdruck p_H ab. Bei Druckbeaufschlagung des Eingangs 12 mit dem hohen Systemdruck p_H dreht der Hydraulikmotor 13 den Drehschieber 5 mit einer mehr oder weniger konstanten Winkelgeschwindigkeit, so dass sich allein durch die Einschaltdauer in der Schaltstellung S1 bestimmen lässt, welcher Winkel durch den Drehschieber 5 bei dessen Drehung überstrichen wird und welche Schaltstellung nach der Einschaltzeit erreicht wird. Um hier eine genaue Regelung zu ermöglichen wird die Stellung des Drehschiebers 5 durch einen hier nicht dargestellten Winkelgeber gemessen, so dass ich die notwendige Einschaltdauer in der Stellung S1 zum Erzielen einer gewünschten Schaltstellung des Drehschiebers 5 steuern bzw. regeln lässt. In der Schaltstellung S3 sind beide Ausgänge 10, 11 des Proportionalventils 7 mit dem zweiten Eingang 19 und damit den niedrigen Systemdruck p_N verbunden, so dass sowohl sämtliche Doppelzylinder 1 bis 4 als auch der Hydraulikmotor 13 auf dem niedrigen Systemdruck p_N sind. In der Schaltstellung S4 ist nur der Hydraulikmotor 13 mit dem niedrigen Systemdruck p_N verbunden, der Eingang 6 des Drehschiebers 5 ist gesperrt. Auf diese Weise wird die jeweilige Schaltstellung des Drehschiebers 5 konstant gehalten und damit auch die Schaltstellung der Doppelzylinder 1 bis 4 konstant gehalten, gewissermaßen also „eingefroren". In der Schaltstellung S5 des Proportionalventils 7 ist der Eingang 12 des Hydraulikmotors 13 mit dem niedrigen Systemdruck p_N verbunden, der erste Ausgang 10 des Proportionalventils 7 und damit der erste Eingang 6 des Drehschiebers 5 ist mit dem ersten Eingang 4 des Proportionalventils 7 und damit dem hohen Systemdruck p_H verbunden. Dies bedeutet, dass die jeweils mit dem ersten Eingang 6 des Drehschiebers 5 verbundene Hydraulikleitung 1.1 bis 4.2 mit dem hohen Systemdruck p_H beaufschlagt wird. In der Darstellung der 1 ist beispielsweise die Hydraulikleitung 3.1 mit dem Eingang 6 verbunden. Wird das Proportionalventil 7 in die Schaltstellung S5 gebracht, so wird die Hydraulikleitung 3.1 mit dem hohen Systemdruck p_H beaufschlagt, so dass sich der zugeordnete Doppelzylinder 3 wie dargestellt nach links bewegt und der vierte Gang (G4) eingelegt wird.
  • Die Konstruktion des Proportionalventils 7 stellt somit sicher, dass entweder der Hydraulikmotor 13 betätigt werden kann oder eine der Hydraulikleitungen 1.1 bis 4.2 mit Druck beaufschlagt werden kann und so durch Druckbeaufschlagung einer der Doppelzylinder 1 bis 4 betätigt werden kann. Es kann also nur wechselweise entweder ein Gang vorgewählt werden oder ein Gang ein- bzw. ausgelegt werden. Dabei kann niemals gleichzeitig der Drehschieber 5 bewegt werden und durch Druckbeaufschlagung einer der Hydraulikleitungen 1.1 bis 4.2 ein Gang ein- bzw. ausgelegt werden.
    • 1–4
    Doppelzylinder
    1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 3.1, 3.2, 4.1, 4.2
    Druckleitungen
    5
    Drehschieber
    6
    erster Eingang
    7
    Proportionalventil
    8
    zweiter Eingang
    9
    Hydraulikbehälter
    10
    Erster Ausgang Proportionalventil
    11
    Zweiter Ausgang Proportionalventil
    12
    Eingang Hydraulikmotor
    13
    Hydraulikmotor
    14
    Ausgang Hydraulikmotor
    15
    Abtriebswelle
    16
    Antriebswelle
    17
    Pfeil
    18
    ersten Eingang Proportionalventil
    19
    zweiter Eingang Proportionalventil
    20
    Aktor
    21
    Feder
    22
    Ventilträger
    24
    Doppelkolben
    23
    Ventilgehäuse
    G1
    Erster Gang
    G2
    Zweiter Gang
    G3
    Dritter Gang
    G4
    Vierter Gang
    G5
    Fünfter Gang
    G6
    Sechster Gang
    G7
    Siebter Gang
    R
    Rückwärtsgang

Claims (10)

  1. Hydraulisches System zur Ansteuerung von hydraulischen Doppelzylindern (1, 2, 3, 4) insbesondere zur Schaltung von Gängen eines Gangwechselgetriebes, wobei die Doppelzylinder (1, 2, 3, 4) mittels eines ersten Ventils (5) wahlweise mit einem hohen Systemdruck (p_H) und einem niedrigen Systemdruck (p_N) beaufschlagt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (5) durch einen Hydraulikmotor (13) betätigt wird.
  2. Hydraulisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das erste Ventil (5) jeweils eine Kolbenseite (24.1, 24.2) eines Doppelkolbens (24) eines der Doppelzylinder (1, 2, 3, 4) mit einem ersten Eingang (6) des ersten Ventils (5) und die andere Kolbenseite (24.1, 24.2) sowie die übrigen Kolbenseiten (24.1, 24.2) der übrigen Doppelzylinder (1, 2, 3, 4) mit einem zweiten Eingang (8) des ersten Ventils (5) verbunden werden können.
  3. Hydraulisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise der Hydraulikmotor (13) oder der erste Eingang (6) des ersten Ventils (5) vermittels eines zweiten Ventils (7) mit dem hohen Systemdruck (p_H) beaufschlagt werden können.
  4. Hydraulisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (5) ein Drehschieberventil ist.
  5. Hydraulisches System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil (7) ein Proportionalventil ist.
  6. Hydraulisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportionalventil (7) durch einen elektrisch angesteuerten Aktor (20) betätigt wird.
  7. Hydraulisches System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportionalventil (7) eine Ventilstellung umfasst, bei der der Hydraulikmotor (13) mit dem hohen Systemdruck (p_H) und der erste Eingang (6) des Drehschieberventils (5) mit dem niedrigen Systemdruck (p_N) beaufschlagt wird.
  8. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportionalventil (7) eine Ventilstellung umfasst, bei der der Hydraulikmotor (13) weder mit dem hohen Systemdruck (p_H) noch mit dem niedrigen Systemdruck (p_N) beauf schlagt wird und der erste Eingang (6) des Drehschieberventils (5) mit dem niedrigen Systemdruck (p_N) beaufschlagt wird.
  9. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportionalventil (7) eine Ventilstellung umfasst, bei der der Hydraulikmotor (13) mit dem niedrigen Systemdruck (p_N) und der erste Eingang (6) des Drehschieberventils (5) mit dem hohen Systemdruck (p_H) beaufschlagt wird.
  10. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportionalventil (7) eine Ventilstellung umfasst, bei der sowohl der Hydraulikmotor (13) als auch der erste Eingang (6) des Drehschieberventils (5) mit dem niedrigen Systemdruck (p_N) beaufschlagt wird.
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