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Hydraulisches Steuersystem für Kraftübertragungseinrichtungen mit
veränderlicher Geschwindigkeit Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuersystem
für Kraftübertragungseinrichtungen mit veränderlicher Geschwindigkeit, die zur Änderung
des Übersetzungsverhältnisses wechselweise flüssigkeitsservobetä.tigte Kupplungen
und Bremsen enthalten und bei denen ein. federbelastetes. Druckregelventil vorgesehen
ist, dessen Feder sich an einem beweglichen Anschlag abstützt, der, durch Flüssigkeitsdruck
bewegt, die Kraft der Feder erhöht, um den Druck der von einer Pumpe geförderten
Flüssigkeit: auf einen hohen Wert einzuregeln, und das den geregelten Druck in,
Abhängigkeit von der Entlastung des Anschlages vom Flüssigkeitsdruck auf einen niedrigeren
Wert vermindert, wobei die Beaufschlagung des Anschlages mit dem Flüssigkeitsdruck
über ein Steuerventil erfolgt, das normalerweise die Pumpe mit der Betätigungskammer
des Anschlages verbindet.
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Bei einer bekannten Bauart wird das Steuerventil, das die Beaufschlagung
des Anschlages steuert, elektromagnetisch betätigt, so daß es nur in eine seiner
beiden Endlagen bewegt werden kann. Hierdurch werden lediglich der maximale und
der minimale öffnungsdruck des Druckregelventils bestimmt. Eine Regelung des Öffnungsdruckes
des Druckregelventils in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen in der Zuleitung
zur betätigten Einrichtung erfolgt hierbei nicht.
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Es ist auch vorgeschlagen worden, zur Verstellung des Anschlages.
den Druck der der zu betätigenden Einrichtung zugeleiteten Flüssigkeit zu verwenden,
die über eine eine Drosselstelle enthaltende Leitung der Betätigungskammer des Anschlages
zugeleitet wird. Der Anschlag wird dort also in, Abhängigkeit vom Druck der der
zu betätigenden Einrichtung zugeleiteten Flüssigkeit bewegt und steuert damit dessen
Anstieg bis. zu einem Höchstwert, der bei Anfahren des beweglichen Anschlages, gegen
einen festen. Anschlag erreicht wird.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß zum Erreichen eines
einwandfreien Schaltens die Strömungsverhältnisse zum Servomoto@r beachtet werden
müssen. Beim Betätigen eines Servomotors ist zunächst ein Flüssigkeitszustrom erforderlich,
um den Servomotor zu füllen, der üblicherweise einen von einer Feder zurückgezogenen
Kolben hat. Dieses Füllen muß rasch erfolgen, um das erste Fassen der Kupplung oder
Bremse zu bewirken. Danach soll das endgültige Einrücken der Kupplung oder Bremse
jedoch langsam erfolgen. Diese Bedingungen werden aber durch eine Beeinflussung
des Druckregelventils in Abhängigkeit vom Druck in der Zuleitung zur Kupplung oder
Bremse nicht erfüllt. Die Erfindung benutzt daher zur Steuerung des Druckregelventils
eine Druckdifferenz, die die Strömungsverhältnisse zum Servomotor berücksichtigt.
Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß das Steuerventil zwei in entgegengesetzter
Richtung beaufschlagte Flächen aufweist, auf die die Drücke beiderseits einer Drosselstelle
einwirken, über die die Pumpe mit einem Steuerventil zum Gangwechsel verbunden ist,
so daß infolge des durch letzteres zu einem Servomotor geleiteten Flüssigkeitsstroms,
das Steuerventil abhängig von dem Druckabfall in der Drosselstelle bewegt wird,
um die Beaufschlagung des Anschlages und damit die Kraft der Feder zu verringern.
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Auf Grund des anfänglich hohen Pumpendruckes erfolgt das gewünschte
schnelle Füllen des Servomotors, wobei in der Drosselstelle große Geschwindigkeit
herrscht. Es entsteht in dieser eine hohe Druckdifferenz, die eine Herabsetzung
des. eingeregelten Pumpendruckes bewirkt, wie dies für das anschließende Einrücken
der Kupplung oder Bremse erforderlich ist. Während des langsamen Einrückens bleibt
weiterhin eine Strömung durch die Drosselstelle erhalten. Diese endet jedoch nach
dem vollen Einrücken, so daß während des eingerückten Zustandes der Kupplung oder
Bremse der erforderliche hohe Flüssigkeitsdruck
selbsttätig wieder
erreicht wird. Die erfindungsgemäße Anordnung hat den weiteren Vorteil, daß sie
die Regelung des Pumpendruckes der jeweiligen Größe des. zu betätigenden Servomotors
selbst anpaßt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat das Steuerventil eine
gedrosselte Auslaßöffnung, mit der die den Anschlag beaufschlagende Flüssigkeit
in Ab-
hängigkeit von der Druckdifferenz verbindbar ist, so daß die Geschwindigkeit
des Druckabfalles vom Steuerventil gesteuert wird. Weiterhin kann eine zweite gedrosselte
Öffnung in der Verbindung zwischen der Pumpe und dem Anschlag vorgesehen sein, so
daß die Geschwindigkeit des Druckanstiegs bei Aufhören der Druckdifferenz von dem
Steuerventil gesteuert wird. Vorteilhaft liegt die zweite Drosselöffnung zwischen
dem Anschlag und dem Steuerventil und bestimmt sowohl die Geschwindigkeit des Druckabfalls
als auch die des Druckanstiegs. Schließlich kann die Größe der zweiten Drosselöffnung
einstellbar sein. Hierbei können sowohl ein Druckabfall bei Beginn des Gangwechsels
als auch der Druckanstieg am Ende des Gang,vechsels eingeregelt werden, wodurch
die Gefahr von Stößen während des Gangwechsels wesentlich verringert wird.
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Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung
schematisch veranschaulicht. In der Zeichnung ist Fig. 1 eine schematische Darstellung
einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuersystems, Fig. 2 eine graphische
Darstellung des. Druckes über der Zeit bei einem System nach Fig. 1, Fig. 3. eine:
ähnliche Darstellung bei einer abgewandelten. Ausführungsform des. Systems, Fig.
4 eine ähnliche Darstellung bei einer weiteren abgewandelten Ausführungsform des
Systems, Fig. 5 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Steuersystems und Fig. 6 eine graphische Darstellung des Druckes
über der Zeit bei einem System. nach: Fig. 5.
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Das hydraulische Steuersystem enthält eine Pumpe 11, die aus einem
nicht dargestellten Sumpf über eine Saugleitung 12 Flüssigkeit ansaugt und unter
Druck in eine Hauptförderleitung 14 fördert. Die Hauptförderleitung 14 ist über
eine Drosselöffnung 36 mit einer Leitung 38 für einen Gangwechsel verbunden, die
über ein selbsttätiges oder handgesteuertes. Ventil oder Ventile 40 mit einer oder
mehreren Steuerleitungen 42 für den Servomotor einer Kupplung oder Bremse verbunden
ist. Die Steuerleitung- oder -leitungen führen zu dem Servomotor oder den Servomotoren
der Kupplungen bzw. Bremsen.
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Die Hauptförderleitung 14 ist auch mit dem oberen Ende der Bohrung
16 eines Druckregelventils 18 verbunden, das einen in der Bohrung 16 verschi.eblichen
Ventilkolben 20 aufweist. Der Ventilkolben 20 wird in eine in der Zeichnung dargestellte
obere oder abschließende Stellung durch eine Feder 22 gezwungen, die sich an einem
in einer weiteren. Bohrung 26 hin- und herbeweglichen Kolben 24 abstützt. Die Bohrung
26 hat größeren Durchmesser als die Bohrung 16 und liegt koaxial zu dieser. In der
dargestellten oberen Lage liegt der Kolben. 24 gegen eine Schulter 28 zwischen den
Bohrungen 26 und 16 an. Ein Schaft 30 begrenzt den Abwärtshub des Ventilkolbens
20 in Bezug zum Kolben 24, so daß die Feder 22 nicht voll zusammengedrückt wird.
Eine Auslaßöffnung 32 in der Bohrung 16 wird von, dem Ventilkolben 20 gesteuert,
sie ist bei dessen oberer Lage geschlossen. Eine Ausla,Böffnung 34 zwischen dem
Ventilkolben 20 und dem Kolben 24 verhindert das Ansammeln von Leckflüssigkeit,
die die Arbeit des. Ventils stören würde.
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Das Druckregelventil 18 wird von einem Steuerventil-46 gesteuert,
das aus, einem Ventilkolben 48 mit zwei Steuerbunden 48a und 48b gleichen Durchmessers
in einer Bohrung 50 besteht. Die Stirnseiten der Bohrung 50 sind verschlossen. Im
unteren Teil der Bohrung 50 ist zwischen deren Boden und dem Steuerbund 48 b eine
Feder 52 vorgesehen, die den Ventilkolben in die obere Lage zwingt. Die Hauptförderleitung
14 ist an eine Öffnung 54 in der oberen Stirnwand der Bohrung 50 angeschlossen,
so daß der in, ihr herrschende Druck von oben auf den Steuerbund 48a wirkt, um den
Ventilkolben 48 gegen die Feder 52 in die Schließlage zu bringen. Die Hauptförderleitung
ist ferner über eine Drosselstelle 56 mit einer Öffnung 58 des Ventils verbunden,
die unterhalb des, Steuerbundes 48a liegt und von diesem gesteuert wird. Eine Öffnung
60 zwischen, den Steuerbunden 48 a und 48 b ist durch eine Leitung 62 mit dem unteren
Ende der Bohrung 26 des Druckregelventils 18 verbunden, so daß der in ihr herrschende
Druck auf die Unterseite des. Kolbens 24 wirkt. Der Steuerbund 48 b steuert eine
gedrosselte Auslaßöffnung 64, die er in der oberen Stellung absperrt. Die Leitung
38 für den Gangwechsel ist an eine Öffnung 59 in der unteren Stirnfläche der Bohrung
50 angeschlossen, so daß der in ihr herrschende Druck zusammen mit der Feder 52
von unten auf den Ventilkolben 48 wirkt.
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Wenn im Betrieb kein Gangwechsel erfolgt, fördert die Pumpe 11 Druckflüssigkeit
in die Hauptförderleitung 14 und über die Drosselstelle 36 zur Leitung 38 für den
Gangwechsel, zum Steuerventil 40, zur Servomotorsteuerleitung 42 und zu dem Servomotor
für die Kupplung oder Bremse, der zur Einschaltung des jeweiligen Ganges beaufschlagt
ist.
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Fördert die Pumpe zuviel Flüssigkeit, so drückt der Flüssigkeits,druck-in
der Hauptförderleitung 14 über den Ventilkolben 20 die Feder 22 zusammen.-- Das
Ventil bewegt sich nach unten in die Offenlage und gestattet den Abstrom der überschüssigen
Flüssigkeit durch die Aüs.laßöffnung 32, so daß der Druck im System geregelt wird;.
Die Hauptförderleitung ist über die Drosselöffnung 56, die Öffnung 58 mit dem Raum
zwischen den Steuerbunden 48a und 48b des Ventilkolbens 48 und über die Leitung
62 mit dem unteren Teil der Bohrung 26 verbunden, so daß der Druck den Kolben 24
gegen die Schulter 28 hält. Dies hebt den unteren Abs:tützpunkt der Feder 22, so
daß ein hoher Druck auf den Ventilkolben, 20 einwirken muß, bevor überschüssige
Flüssigkeit zur Auslaßöffnung 32 entlastet wird.
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Wenn das Steuerventil 40 oder eines dieser Ventile betätigt wird,
um einen Gangwechsel zu bewirken, erfolgt ein Flüssigkeitsstrom von. der Leitung
38 über das Steuerventil 40 zur Servomotorsteuerleitung 42 und zum Servomotor, der
für die Betätigung der jeweiligen; Kupplung oder Bremse beaufschlagt werden soll.
Die Flüssigkeit muß aus der Hauptförderleitung 14 zur Leitung 38 über die Drosselöffnung
38 strömen. Somit ist während des Gangwechsels, also bei Strömung in den Leitungen,
der Druck in der Hauptförderleitung 14 größer als in der Leitung 38 zum Gangwechsel.
Da der Druck in der Hauptfärderleitung 14 nach unten auf den Steuerbund 48a und
der Druck in der Leitung 38 für de Gangwechsel auf den Steuerbund 48b nach oben
wirkt, wird der Ventilkolben 48 gegen die Feder 52 nach unten bewegt, um die Öffnung
58 zu schließen und damit den. Druck in der Hauptförderlei.tung 14 von. dem Raum
unter dem
Kolben 24 abzusperren. Gleichzeitig wird die Leitung 62
über die gedrosselte Auslaßöffnung 64 entlastet. Der Kolben 24 bewegt sich daher
nach unten und verringert den zum Öffnen, der Auslaßöffnung 32 erforderlichen Druck.
Damit wird der in der Leitung 14 eingeregelte Druck vermindert. Die Größe der gedrosselten
Auslaßöffnung 63 steuert die Geschwindigkeit, mit der der Kolben 24 nach unten gedrückt
wird, und damit auch die Geschwindigkeit des Abfalls des Druckes in der Leitung
14 vom hohen zum niedrigen Druck. Dies ist in Fig. 2 durch die Strecke a-b der über
der Zeit T aufgetragenen Druckkurve P dargestellt. Die Größe der Drosselstelle bestimmt
also die Geschwindigkeit der Änderung des. Hauptförderdruckes. Eine engere Öffnung
ergibt einen langsameren Druckabfall, also einen schwächer geneigten Verlauf des
Kurventeils a,-b, und eine größere Öffnung einen schnelleren Druckabfall, der durch
eine große Neigung des Kurventeils a-b angezeigt wurde. Somit könnten die Öffnungen
ausgewechselt werden oder eine veränderliche Öffnung benutzt werden, um die Geschwindgikeit
des Druckabfalls verschiedenen Erfordernissen der Kraftübertragungseinrichtung anzupassen.
Wenn der Flüssigkeitsstrom zum Servomotor der Kupplung oder Bremse endet, verschwindet
der Druckabfall innerhalb der Drosselöffnung 36, und der Druck in der Leitung 38
zum Gangwechsel steigt auf den Druck in der Hauptförderleitung 14 an. Damit kann
die Feder 52 den Ventilkolben 48 in die offene Lage zurückführen.. Die Hauptförderleitung
14 wird über die Drosselstelle 56 mit der Leitung 62 und der Bohrung 26 verbunden.
Der Kolben 24 wird dann nach oben bewegt, um den eingeregelten Druck wieder auf
seinen Anfangswert zu bringen. Die Geschwindigkeit der Druckzunahme wird von der
Größe der Drosselstelle 56 bestimmt. Ähnlich wie im Falle der gedrosselten Auslaßöffnung
64 ist die Geschwindigkeit des Zustroms von der Drosselstelle 56 gesteuert; sie
ist in der graphischen Darstellung der Fig.2 durch den Kurventeil c-d wiedergegeben.
Eine engere öffnung ergäbe einen langsameren Druckanstieg, also einen schwach geneigten
Kurventeil c-d, während eine größere Öffnung einen schnelleren Druckanstieg bedingt,
d. h. eine steilere Lage des Kurventeils c-d.
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Wird die Auslaßöffnung ohne Drosselwirkung ausgeführt, so sinkt der
Druck in der Hauptförderleitung 14 praktisch sofort auf den kleineren Wert, wenn
der Gangwechsel eingeleitet wird, wie dies in Fig. 3 durch den Kurventeil a'-b'
angedeutet ist. Während des Gangwechsels bleibt der niedrige Druck bestehen, wie
dies der Kurventeil b'-c' zeigt. Wenn der Servomotor gefüllt ist, steigt der Druck
gleichmäßig durch die Regelwirkung der Drosselstelle 56 nach dem Kurventeil c'-d'
an..
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Wird die Öffnung 56 ungedrosselt ausgebildet, so ergibt sich der in
Fig.4 dargestellte Druckverlauf. Beim Einleiten des Gangwechsels, veranlaßt die
gedrosselte Öffnung 64 einen Druckabfall nach, der Linie a"-b", worauf während des
Gangwechsels, der niedrige Druck beibehalten wird, wie der Kurventeil b"-c' andeutet.
Wenn der Servomotor gefüllt ist, öffnet das Ventil 46 und verbindet die Hauptförderleitung
ungedrosselt mit der Leitung 62, so daß der Druck in der Hauptförd.erleitung praktisch
sofort auf seinen Ursprungswert erhöht wird, wie dies der Kurventeil c"-d" zeigt.
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Fig.5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, die in zahlreichen
Teilen dem in Fig. 1 dargestellten System gleicht. Gleiche Teile haben daher gleiche
Bezugszeichen erhalten. Die Drosselstelle 56 und die gedrosselte Auslaßöffnung 64
sind jedoch durch eine ungedrosselte Auslaßöffnung 65 und eine Öffnung 70 in der
Leitung 62 ersetzt. Die Öffnung 70 kann eine von mehreren verschieden großen Öffnungen
sein, die in einem Schieber angeordnet sind, so daß eine einstellbare und veränderliche
Drosselung in der Leitung 62 erreicht ist. Das System arbeitet im wesentlichen in
gleicher Weise wie das System nach Fig. 1. Unterschiedlich davon steuert die Öffnung
70 sowohl den Druckabfa,11 beim Einleiten des Gangwechsels. als auch den Druckanstieg
am Ende des Gangwechsels. Wie Fig. 6 zeigt, ist daher die Geschwindigkeit des DruckaL-falls
bei Einleiten des Gangwechsels gemäß Kurventeil a"'-b... die gleiche wie die des
Druckanstiegs gemäß Kurventeil c"'-d"' am Ende des Gangwechsels.
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Die tatsächliche Geschwindigkeit wird durch die gewählte Größe der
Öffnung 70 bestimmt, und verschiedene Geschwindigkeiten können durch Verstellen
des Schiebers während des Gangwechsels, wenn der Druck seinem Kleinstwert hat, erreicht
werden.