DE102009028610B4

DE102009028610B4 - Ventilanordnung zum hydraulischen Betätigen von Schaltelementen

Info

Publication number: DE102009028610B4
Application number: DE102009028610.1A
Authority: DE
Inventors: Eduard Heilig
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2022-05-25
Anticipated expiration: 2029-08-19
Also published as: DE102009028610A1

Abstract

Ventilanordnung zum hydraulischen Betätigen von Schaltelementen eines Lastschaltgetriebes eines Fahrzeuges, wobei jedem Schaltelement ein Gangschaltventil (4, 5) zur Druckbeaufschlagung eines zugeordneten Betätigungskolbens zur Betätigung des Schaltelements zugeordnet ist, und wobei die Betätigungskolben jeweils zweier Schaltelemente koaxial ineinander angeordnet sind und somit miteinander hydraulisch gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungskolben der Schaltelemente mit unterschiedlichen Druckniveaus zum gleichzeitigen Öffnen der beiden Schaltelemente beaufschlagbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zum hydraulischen Betätigen von Schaltelementen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 101 21 632 A1 ist ein schaltbares Getriebe bekannt. Das Zwei-Gang-Getriebe ist mit einer hydraulischen Steuerung zum Schalten der beiden Gänge ausgerüstet. In dem Getriebe sind zwei durch Federkraft im Schließsinne und durch Druckbeaufschlagung im Öffnungssinne betätigbare Kupplungen angeordnet. Der Abtrieb des Getriebes kann durch Drucklosschalten der beiden Betätigungseinrichtungen und dem damit verbundenen Schließen der beiden Kupplungen gebremst werden. Die Betätigungseinrichtungen umfassen Kolben, die koaxial ineinander angeordnet sind, so dass bei Druckbeaufschlagung der zweiten Betätigungseinrichtung die Betätigung der ersten Betätigungseinrichtung aus einer Federkraft der ersten Betätigungseinrichtung und einer hydraulischen Kraft durch die Druckbeaufschlagung der zweiten Betätigungseinrichtung zusammengesetzt wird.
Auch die DE 101 47 852 A1 , die DE 198 20 903 A1 und die DE 20 43 196 C3 bilden ebenso nachgewiesenen Stand der Technik.
Somit kann die zur ersten Betätigungseinrichtung zugeordnete Kupplung, je nachdem, ob die zweite Betätigungseinrichtungen mit Druck beaufschlagt ist oder nicht mit verschiedenen Kräften beaufschlagt werden. Jedoch ergibt sich bei dem bekannten Getriebe der Nachteil, dass beide Kupplungen nicht gleichzeitig geöffnet werden können, da der Betätigungsdruck der inneren Betätigungseinrichtung zusätzlich als Schließkraft für die äußere Betätigungseinrichtung dient.
Darüber hinaus ist aus der Druckschrift DE 44 05 299 A1 ein weiteres lastschaltbares Zwei-Gang-Getriebe bekannt. Die beiden Gangstufen werden über zwei Reibungskupplungen hydraulisch geschaltet. Um eine Zugkraftunterbrechung zu vermeiden, ist in die in einen Druckraum zur hydraulischen Betätigung der Kupplungen führende Leitung ein Speicher eingebaut. Dadurch wird während des Schließens der Reibungskupplung die Phase bis zum Beginn der Übernahme des Drehmoments verkürzt. Ein gleichzeitiges Öffnen beider Reibungskupplungen ist auch bei diesem Getriebe mit der hydraulischen Betätigung nicht möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Ventilanordnung zum hydraulischen Betätigen von Schaltelementen eines Lastschaltgetriebes vorzuschlagen, mit der ein verbesserter Schaltkomfort realisiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Es wird eine Ventilanordnung zum hydraulischen Betätigen von Schaltelementen eines Lastschaltgetriebes eines Fahrzeuges vorgeschlagen, wobei jedem Schaltelement ein Gangschaltventil zur Druckbeaufschlagung eines zugeordneten Betätigungskolbens zur Betätigung des Schaltelements zugeordnet ist und wobei die Betätigungskolben jeweils zweier Schaltelemente koaxial ineinander angeordnet sind und somit miteinander hydraulisch gekoppelt sind. Erfindungsgemäß können die Betätigungskolben der Schaltelemente mit unterschiedlichen Druckniveaus zum gleichzeitigen Öffnen der beiden Schaltelemente beaufschlagt werden.
Auf diese Weise kann ein gesteigerter Schaltkomfort durch die gleichzeitige Ansteuerung der Schaltelemente zum Öffnen derselben mit erfindungsgemäßen Ventilanordnung realisiert werden, da ausreichend Zeit zur Drehzahlsynchronisierung während der Schaltvorgänge vorgegeben wird. Folglich können Getriebe zum Beispiel für Mobilbagger mit hohem Fahrzeuggewicht und geringen Fahranteilen mithilfe der erfindungsgemäßen Ventilanordnung auch in anderen Fahrzeugen mit geringerem Gewicht und größeren Fahranteilen Anwendung finden.
Im Rahmen einer möglichen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Beaufschlagen mit unterschiedlichen Druckniveaus zum gleichzeitigen Öffnen der Schaltelemente dadurch realisiert wird, dass ein erstes Gangschaltventil über ein Druckminderventil oder dergleichen mit einem pumpenseitigen Schaltventil bzw. Abschaltventil zur geminderten Druckbeaufschlagung und ein zweites Gangschaltventil direkt mit dem pumpenseitigen Schaltventil bzw. Abschaltventil zur vollen Druckbeaufschlagung verbunden ist. Folglich kann eines der Gangschaltventile mit dem vollen Pumpendruck und das andere Gangschaltventil mit einem reduzierten Druck beaufschlagt werden, so dass sich unterschiedliche Druckniveaus bei der hydraulischen Betätigung der Schaltelemente ergeben. Auf diese Weise ist das gleichzeitige Öffnen der Schaltelemente auch bei hydraulisch miteinander gekoppelten Betätigungskolben möglich. Bei dieser Ausführungsvariante ergibt sich der Vorteil, dass vorzugsweise einfach aufgebaute elektromagnetische 2/3-Wegeventile als Gangschaltventile eingesetzt werden können.
Eine andere mögliche Ausführungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass beide Gangschaltventile direkt mit dem pumpenseitigen Schaltventil zur Druckbeaufschlagung verbunden sind, wobei zumindest eines der Gangschaltventile als Druckregelventil ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsvariante werden beide Gangschaltventile mit dem vollen Pumpendruck beaufschlagt, wobei die unterschiedlichen Druckniveaus durch die Druckregelung innerhalb eines Gangschaltventils realisiert wird. Bei der Verwendung eines Druckregelventils ergibt sich der weitere Vorteil, dass der Druck, mit dem das zugeordnete Schaltelement betätigt wird, beliebig variiert werden kann und nicht auf ein bestimmtes Druckniveau festgelegt ist.
Gemäß einer nächsten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Schaltventil beziehungsweise das Abschaltventil, welches mit der Pumpe verbunden ist, im abgeschalteten nicht aktivierten Zustand mit einem Tank verbunden ist. Ebenso können auch die Gangschaltventile im abgeschalteten nicht aktivierten Zustand mit dem Tank verbunden sein, wobei eines der Gangschaltventile über ein Drosselelement mit dem Tank verbunden ist.
Um eine optimale Druckregelung zum Betätigen der Schaltelemente zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass die Gangschaltventile schaltelementseitig mit einem Drucksensor oder dergleichen gekoppelt sind, so dass jeweils der an dem zugeordneten Betätigungskolben anliegende Druck erfasst werden kann und zum Steuern und Regeln der hydraulischen Betätigung bei der Ventilanordnung oder zur Kontrolle des erforderlichen Drucks verwendet wird.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ventilanordnung kann vorzugsweise bei einem Zwei-Gang-Getriebe für ein Nutzfahrzeug als Lastschaltgetriebe eingesetzt werden. Es sind auch andere Verwendungszwecke denkbar. Vorzugsweise kann beispielsweise das erste Gangschaltventil einem als Reibungskupplung ausgebildeten Schaltelement und das zweite Gangschaltventil einem als Bremse ausgebildeten Schaltelement zugeordnet sein. Es sind aber auch andere Schaltelemente einsetzbar.
Im Weiteren wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer ersten möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung zum hydraulischen Betätigen von Schaltelementen bei einem Lastschaltgetriebe;
2 eine schematische Ansicht einer zweiten möglichen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
3 ein Diagramm mit Druckverläufen zum hydraulischen Betätigen der Schaltelemente während eines Hochschaltvorganges; und
4 ein Diagramm mit Druckverläufen zum hydraulischen Betätigen der Schaltelemente während eines Rückschaltvorganges.

In den 1 und 2 sind zwei verschiedene Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung zum hydraulischen Betätigen von zwei Schaltelementen eines Zwei-Gang-Lastschaltgetriebes eines Fahrzeuges exemplarisch dargestellt.
Die als Ventilblock 1 angedeutete Ventilanordnung umfasst unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante ein Schaltventil 2, welches im geschalteten Zustand mit einer Pumpe P und im nicht geschalteten, abgeschalteten Zustand mit einem Tank T verbunden ist. Das Schaltventil 2 ist als federbelastetes elektromagnetisches 2/3-Wegeventil ausgebildet. Die Pumpe P beaufschlagt das Schaltventil 2 zum Beispiel mit einem Druck von 40 bar.
Gemäß 1 ist das Schaltventil 2 bei der ersten Ausführungsvariante über ein Druckminderventil 3 mit einem ersten Gangschaltventil 4 verbunden. Das Druckminderventil 3 reduziert im geschalteten Zustand des Schaltventils 2 den auf das Gangschaltventil 4 aufgebrachten Druck pK zum Beispiel von 40 bar auf 25 bar. Es sind jedoch auch andere Druckniveaus einstellbar. Das erste Gangschaltventil 4 ist bei dieser Ausführungsvariante ein federbelastetes elektromagnetische 2/3-Wegeventil. Das zweite Gangschaltventil 5 ist ebenfalls als federbelastetes elektromagnetisches 2/3-Wegeventil ausgebildet und im Gegensatz zum ersten Gangschaltventil 4 direkt mit dem Schaltventil 2 verbunden, so dass im geschalteten Zustand des Schaltventils 2 der Pumpendruck von 40 bar auf das zweite Gangschaltventil 5 aufgebracht wird. Im nicht geschalteten Zustand des ersten Gangschaltventils 4 und des zweiten Gangschaltventils 5 sind diese mit dem Tank T verbunden, wobei das erste Gangschaltventil über ein Drosselelement 7 mit dem Tank T verbunden ist.
Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante ist das erste Gangschaltventil 4 einem als Kupplung K ausgebildeten Schaltelement und das zweite Gangschaltventil 5 einem als Bremse B ausgebildeten Schaltelement zugeordnet. Mit den beiden Gangschaltventilen 4, 5 werden nicht weiter dargestellte Betätigungskolben zum Betätigen der Kupplung beziehungsweise der Bremse hydraulisch bewegt. Die Betätigungskolben sind koaxial ineinander angeordnet, so dass diese hydraulisch miteinander gekoppelt sind. Mit den unterschiedlichen Druckniveaus können die Kupplung K und die Bremse B gleichzeitig mit Druck beaufschlagt werden, so dass die beiden Betätigungskolben die Kupplung K und auch die Bremse B öffnen, also hydraulisch lüften. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass während einer Hoch- oder Rückschaltung das Getriebe kurzzeitig in die Neutralstellung geschaltet wird, um den Antriebsmotor in der Drehzahl zu synchronisieren.
In 2 ist eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Ventilanordnung dargestellt, bei der im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante das unterschiedliche Druckniveau zum hydraulischen Ansteuern der Bremse B und der Kupplung K dadurch realisiert wird, dass das erste Gangschaltventil 4 als Druckregelventil 6 ausgebildet ist. Somit kann der Druck pK auf den Betätigungskolben der Kupplung variiert werden. Um die Neutralstellung während eines Hoch-Schaltvorganges zu ermöglichen, kann mit dem Druckregelventil 6 ein reduziertes Druckniveau an dem zugeordneten Betätigungskolben realisiert werden bei gleichzeitiger Druckbeaufschlagung der Bremse.
Die maximale Momentübertragung in der Bremse erfolgt bei druckloser Bremse und erhöhtem Druck pK, beispielsweise 32 bar in der Kupplung.
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten ist vorgesehen, dass sowohl das erste Gangschaltventil 4 als auch das zweite Gangschaltventil 5 mit einem Drucksensor DS verbunden sind, um den jeweils zur hydraulischen Betätigung aufgebrachten Druck pB bei der Bremse B und pK bei der Kupplung K erfassen zu können und für die Ansteuerung zu verwenden.
In 3 sind beispielhaft die Druckverläufe pK und pB zum hydraulischen Ansteuern der Kupplung K und der Bremse B über das erste Gangschaltventil 4 und das zweite Gangschaltventil 5 über die Zeit während eines Hochschaltvorganges von einem ersten Gang in einen zweiten Gang dargestellt. Das Zwei-Gang-Lastschaltgetriebe befindet sich zunächst im ersten Gang, der über die geschlossene Bremse B geschaltet ist, in dem das zweite Gangschaltventil 5 keinen Druck pB auf den Betätigungskolben der Bremse B aufbringt. Die Kupplung K wird in diesem Zustand mit einem Druck pK von über 30 bar über das erste Gangschaltventil 4 beaufschlagt, um die Kupplung K im geöffneten Zustand zu halten, so dass keine Drehmomentübertragung erfolgt.
Um den zweiten Gang einlegen zu können, müssen beide Schaltelemente geöffnet werden, um eine Neutralstellung des Getriebes zur Drehzahlsynchronisierung zu realisieren. Dazu wird der Druck pB an der Bremse über das zweite Gangschaltventil 5 auf 40 bar erhöht, so dass die Bremse B geöffnet wird und keine Drehmomentübertragung mehr erfolgt. Gleichzeitig wird der Druck pK an der Kupplung K über das erste Gangschaltventil 4 etwas reduziert und nach erfolgter Drehzahlsynchronisierung auf Null abgesenkt, um eine Drehmomentübertragung über die Kupplung K zu realisieren und somit den zweiten Gang zu schalten. Die Bremse B bleibt weiterhin geöffnet und muss deshalb über das zweite Gangschaltventil 5 weiter mit dem Druck pB beaufschlagt werden.
Ohne den reduzierten Druck pK könnte die Bremse nicht geöffnet werden, da der Druck pK schließend auf die Bremse wirkt.
In 4 sind exemplarisch die Druckverläufe pB und pK während einer Rückschaltung dargestellt. Der Druck pB an der Bremse B über das zweite Gangschaltventil 5 beträgt nach wie vor 40 bar, so dass die Bremse B geöffnet ist. Zur Einleitung des Rückschaltvorganges ist es erforderlich, dass die Kupplung K geöffnet wird. Dazu muss der Druck pK an der Kupplung K erhöht werden. Bei dem vorliegenden Beispiel wird der Druck pK auf etwa 32 bar erhöht.
Wichtig dabei ist, dass sich der Druck pK von dem Druck pB von etwa 40 bar unterscheidet, damit unterschiedliche Druckniveaus realisiert werden. Dadurch kann auch die Kupplung K geöffnet werden, so dass sich das Getriebe in der Neutralstellung befindet. Nach erfolgter Drehzahlsynchronisierung kann der Druck pB an der Bremse wieder reduziert werden, um den ersten Gang zu schalten. Der Druckabfall erfolgt hier über eine bestimmte Druckmodulation des Getriebes. Der Druck pK an der Kupplung K bleibt auf dem Wert von 32 bar, um die Kupplung K im geöffneten Zustand zu halten, so dass keine Drehmomentübertragung erfolgt.
Die verwendeten Druckwerte pK, pB für die Kupplung K und für die Bremse B sind lediglich beispielhaft. Bei den hier dargestellten Beispielen für eine Hochschaltung und eine Rückschaltung wird als Ventilanordnung die zweite Ausführungsvariantevariante verwendet, bei der das erste Gangschaltventil 4 als Druckregelventil 6 ausgebildet ist. Dies wird aus dem Druckverlauf pK an der Kupplung K deutlich, da der Druck pK nicht wie bei der Verwendung des Druckminderventils 3 bei 25 bar sondern bei etwa 32 bar liegt. Aufgrund der unterschiedlichen Druckniveaus an der Bremse B und der Kupplung K können, wie vorher beschrieben, die Betätigungskolben sowohl die Kupplung K als auch die Bremse B hydraulisch lüften.
Bezugszeichenliste

1: Ventilblock
2: Schaltventil
3: Druckminderventil
4: erstes Gangschaltventil
5: zweites Gangschaltventil
6: Druckregelventil
7: Drosselelement
K: Kupplung
B: Bremse
pK: Druck zur Betätigung der Kupplung
pB: Druck zur Betätigung der Bremse
DS: Drucksensor
T: Tank
P: Pumpe

Claims

Ventilanordnung zum hydraulischen Betätigen von Schaltelementen eines Lastschaltgetriebes eines Fahrzeuges, wobei jedem Schaltelement ein Gangschaltventil (4, 5) zur Druckbeaufschlagung eines zugeordneten Betätigungskolbens zur Betätigung des Schaltelements zugeordnet ist, und wobei die Betätigungskolben jeweils zweier Schaltelemente koaxial ineinander angeordnet sind und somit miteinander hydraulisch gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungskolben der Schaltelemente mit unterschiedlichen Druckniveaus zum gleichzeitigen Öffnen der beiden Schaltelemente beaufschlagbar sind.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Gangschaltventil (4) über ein Druckminderventil (3) mit einem pumpenseitigen Schaltventil (2) zur geminderten Druckbeaufschlagung verbunden ist, und dass ein zweites Gangschaltventil (5) direkt mit dem pumpenseitigen Schaltventil (2) zur Druckbeaufschlagung verbunden ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Gangschaltventil (4) und ein zweites Gangschaltventil (5) jeweils direkt mit einem pumpenseitigen Schaltventil (2) zur Druckbeaufschlagung verbunden sind, wobei zumindest eines der Gangschaltventile (4, 5) als Druckregelventil (6) ausgebildet ist.
Ventilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaltventil (2) und / oder Gangschaltventile (4, 5) 2/3-Wegeventile vorgesehen sind.
Ventilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schaltventil (2) im geschalteten Zustand eine Druckbeaufschlagung bei zumindest einem der Gangschaltventile (4, 5) mit etwa 40 bar vorgesehen ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 5, soweit diese wenigstens auf Anspruch 2 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckminderventil (3) den Druck im geschalteten Zustand des Schaltventils (2) auf etwa 25 bar reduziert.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (2) im abgeschalteten Zustand mit einem Tank (T) verbunden ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gangschaltventil (4) und das zweite Gangschaltventil (5) im nicht geschalteten Zustand jeweils mit dem Tank (T) verbunden sind, wobei das erste Gangschaltventil (4) über ein Drosselelement (7) mit dem Tank (T) verbunden ist.
Ventilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangschaltventile (4, 5) schaltelementseitig mit einem Drucksensor (DS) zum Erfassen des jeweils an dem zugeordneten Betätigungskolben anliegenden Druckes verbunden sind.
Ventilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gangschaltventil (4) einem als Kupplung (K) ausgebildeten Schaltelement zugeordnet ist, und dass das zweite Gangschaltventil (5) einem als Bremse (B) ausgebildeten Schaltelement zugeordnet ist.
Ventilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lastschaltgetriebe ein Zwei-Gang-Getriebe für ein Nutzfahrzeug vorgesehen ist.