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Hydraulische Steuereinrichtung für ein Kraftübertragungsgetriebe.
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Die Erfindung bezieht sich auf hydraulisch arbeitende Steuerungen
für Kraftübertragungen und insbesondere auf hydraulische Kraftübertragungssüetcerungen,
die eine Modulation für Richtungskupplungen ermögliche,.
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Es kommt nicht selten vor, da.ß Motorfahrzeuge, die in weichem Schmutz,
Schlamm, Schnee oder einem anderen Medium fahren, in welches die Räder einsinken
können, stecken bleiben, weil die Energieanlage nicht in der Lage ist, das Fahrzeug
aus dem Schlamm od.dgl. herauszuziehen. Eine zum Freima-ehen eines in einer solchen
Lage befindlichen Fahrzeuges verwendete Technik besteht darin, das Kraftübertragungsgetrie
be des Fahrzeuges rasch vom ersten Vorwärtsgang in den ersten Rückwärtsgang in sich
wiederholender Folge zu schalten, um sowohl das Gewicht des Fahrzeuges über sein
Beharrungsvermögen
als auch die Energieanlage auszunutzen. Es ist;
gefunden worden, daB die Verwendung dieser "AufsehaLikel`@-Technik, insbesondere
wenn sie bei schweren Fahrzeugen angewandt wird, plötzliche Beanspruchungen oder
Stöße erzeugt, die schwere Schäden an dem Getriebe des Fahrzeuges hervorrufen können.
Es ist daher sehr erwünscht, ein Fahrzeug mit einem Getriebe zu versehen, weiches
die Anwendung der "AL?fschäukel"-Techn3_k erlaubt, wobei Mittel vorgesehen sind,
die eine Beschädigung des Getriebes verhindern.
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Demgemäß ist es ein Zweck der Erfindung, eine hydraulische Modulationseinrichtung
für die Richtungskupplungen eines Getriebes zu schaffen' die gestattet, das Getriebe
wiederholt aus dem Vorwärtsgang in den Rückwärtsgang zu. schalten, ohne daß die
Gefahr einer Beschädigung besteht.
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Weitere und besondere Zwecke und die Vorteile der Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung hervor, in welcher die Erfindung an Hand der Zeichnung
beispielsweise näher erläutert wird.
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Fig. 1 ist eine schematische Stromkreisdarstellung einer hydraulischen
Steuereinrichtung ger"äB der Erfindung, wobei die wiedergegebenen Stellungen der
Teile einen neutralen Zustand darstellen .
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Figa 2 ist eine der Fig. 1 ähnle Darstellung, die jedoch die Teile
in der Stellung zeigt;, die sie einnehmen, wenn der erste Vorwärtsgang eingeschaltet
ist
und bevor irgendeine Druckmodulation erfolgt.
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Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm eines Teiles des in Fig. 1 dargestellten
Stromkreises mit einem abgeänderten Steuerkreis, wobei die verschiedenen Komponenten
in der Stellung dargestellt sind, die sie einnehmen, wenn die Maschine sich im Stillstand
befindet.
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Fig. 4 ist eine Teilansicht des hydraulischen Stromkreises und veranschaulicht
das Arbeiten eines . Tellerventils.
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In Fig. 1 ist mit 11 ein auf einer, Welle 12 angeordneter Gangschalthebel
bezeichnet, der in irgendeine von mehreren ausgewählten Geschwindigkeits- und Richtungsschaltstellungen,
die durch eine Skala 13 angedeutet sind, -äerschwenkt werden, kann. Wenn die Welle
12 während des Schaltvorginges gedreht wird, bringt ein mit einem Arm 16 an der
Welle 12 schwenkbar verbundener Lenker 14 das Ventilglied 17 eines Geschwindigkeitsbereich-Steuerventils
1$ in eine Stellung, in welcher hydraulisches Arbeitsmittel aus einer Leitung 19
in die ausgewählte von drei in der Zeichnung schematisch dargestellten hydraulischen
Geschwindigkeitsbereich-Kupplungen 1, 2 und 3 gerichtet wird.
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Ein anderer Arm 21 an der Welle 12 verschwenkt sich mit dem Gangschalthebel
11 und bewegt dadurch das Ventilglied 22 eines Richtungssteuerventils 23, um den
Fluß von
hydraulischem Krbeitsmittel aus einer Leitung 24 in eine
Leitung 26 zu richten, wenn der Hebel 11 sich in der Rückw ärtsstellung befindet,
und in allen anderen Stellungen des- Hebels 11 in eine Leitung 27 zu richten.
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Eine Getriebedruck-Steuerventileinheit 28 ist zwischen einer
hydraulischen Leitung 29, die von einer nicht dargestellten, Quelle des hydraulischen
Arbeitsmittels kommt, und der Leitung 19 angeordnet, die zu dem Geschwindigkeitsbereich-Steuerventil
18 führt. Die Steuerventileinheit 28 weist ein Druekreduziervenbil 31 auf, welches
das Arbeitsmittel in der Leitung .29 mit einem verminderten Druck dem Richtungsw
ählventil 23 zur Betätigung der Vorwärts- oder der Rückwärtskupplung zuführt. Arbeitsmittel
wird außerdem aus der Leitung 29 einem Sicherheitsventil 32 und einem Bevorzugungs-
bzw. Folgeventil 33 in dem Ventilgehäuse 34 zugeführt. Die Steuerventileinheit 28
weist ferner ein Druckreduzierventil 36 und ein Rückschlagventil 37 auf. Die Art
und Weise, in 'welcher die Steuerventileinheit 28 arbeitet, um den Fluß des hydraulischen
Arbeitsmittels zu dem Geschwindigkeitswählventil 18 zu modulieren, ist im einzelnen
in der USA-Patentanmeldung Ser.No. 49 587 vom 15. August 1960 beschrieben. Nachstehend
soll jedoch das allgemeine Arbeiten der Steuerventileinheit 28 erläutert werden,
um ein besseres Verständnis der Art fand Weise zu ermöglichen, in welcher die Erfindung
eine Modulation des dem Richtungssteuerventil 23 zugeführten hydraulischen Arbeitsmittels
vorsieht.
In Fig. 3 sind die verschiedenen Ventile der Steuereinheit
28 in der Stellung gezeigt, die sie einnehmen, wenn die Maschine nicht arbeitet,
und die einzigen Kräfte sind diejenigen., die von den den Ventilen zugeordneten
Federn angelegt werden. Es sei bemerkt, daß unter Druck stehendes Arbeitsmittel
zum Schalten des Fahrzeuggetriebes von einer durch die Maschine des gleichen Fahrzeuges
angetriebenen Pumpe geliefert wird.
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Wenn die Maschine angelassen wird, fließt hydraulisches Arbeitsmittel
aus der Leitung 29 durch eine Druckminderöffnung 38 hindurch in die Leitung 24,
welche das hydraulische Arbeitsmittel dem Richtungssteuerventil 23 zuführt.-Das
durch die Leitung 29 eintretende hydraulische Arbeitsmittel fließt außerdem um das
Sicherheitsventil 32 herum zu dem Folgeventil 33, welches einen weiteren Fluß an
der Öffnung 39 blockiert. Ein einziger radialer Durchgang 33a gestattet dem hydraulischen
Arbeitsmittel, in eine Kammer 33b einzutreten, in welcher hydraulisches Arbeitsmittel
gewöhnlich gegen eine Ventilfeder 41 wirkt. Jedoch erlaubt eine Mehrzahl von radialen
Öffnungen 33e,
daB Arbeitsmittel aus der Kammer 33b schneller, herausfließt,
als es hineinflieBt, während das Sicherheitsventil 32 sich in seiner oberen Stellung
befindet, in welcher es dem aus den Öffnungen 33c austretenden Arbeitsmittel gestattet,
frei in eine Entleerungsleitung 42 zu fließen. Daher verhindert das Sicherheitsventil
32, daß das in der Kammer 33b befindliehe
hydraulische Arbeitsmittel
das Folgeventil 33 in eine Stellung bringt, in welcher es dem hydraulischen Arbeitsmittel
an der Öffnung 39 gestattet, über die Leitung -19 in das Geschwindigkeitssteuerventil
18 (Fig. 1) einzutreten. Der mit Bezug auf Fig. 3 beschriebene Zustand wird so lange
aufrechterhalten, bis der Steuerhebel 11 in die neutrale Stellung gebracht wird.
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Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, bringt die in der neutralen
Stellung befindliche Welle 12, die mit dem Ventilglied 43 eines Sicherheitsrückstellventils
44 über einen Lenker 46 und einen Ventilarm 47 verbunden ist, wenn sie gedreht wird,
das Ventilglied 43 in eine Stellung, in welcher es dem Arbeitsmittel ermöglicht,
aus einer Leitung 48 durch das Ventil 44 hindurch in eine Leitung 49 zu fließen,
die mit der Steuereinheit 28 in Verbindung steht. Das aus der Leitung 49 in die
Steuereinheit 28 eintretende Arbeitsmittel strömt durch eine untere Öffnung 32a
des Sicherheisventils 32 hindurch, um in der Kammer 32b den Aufbau von hydraulischem
Druck zu ermöglichen (der Ausfluß aus einer oberen Öffnung 32c ist geringer als
der Einfluß durch die Öffnung 32a), welcher der Feder 51 des Sicher-"heitsventils
32 entgegenwirkt und das Ventil in die in Fig. 1 gezeigte Stellung bewegt. In seiner
unteren Stellung verhindert das Sicherheitsventil 32, daß Arbeitsmittel aus den
Öffnungen 33c des Folgeventils 33 in den Auslaß 42 fließt. Dadurch.kann sich in
der Kammer 33b Druck aufbauen,
welcher der Feder 41 entgegenwirkt
und das Ventil 33 nach unten in die in Fig. 1 gezeigte Stellung bewegt.
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Durch die Abwärtsbewegung des Ventils 33 wird eine Verbindung zwischen
der Leitung 29 und der Leitung 19 hergestellt, so daß hydraulisches Arbeitsmittel
aus der Leitung 29 dem Steuerventil 18 zugeführt wird. Wenn sich das Steuerventil
18 füllt, baut sich in der Leitung 19 ein Arbeitsmitteldruek auf, der zu einem Druckaufbau
in einer Kammer 36b des Ventils 36 führt, welcher einer Ventilfeder . 52 entgegenwirkt
und eine Öffnung 53 verkleinert, wodurch ein Druckanstieg in einem Durchgang 36c
bewirkt wird. Der Druckanstieg in einer über eine Öffnung 37b mit dem Durchgang
36c verbundenen Kammer 37a des Rückschlagventils 37 wirkt gegen eine Feder 54, um
das Rückschlagventil in seine obere Stellung zu bewegen, wodurch die Verbindung
zwisohen einer Kammer 57 und einer Auslaßleitung 56 unterbrochen wird.
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Aus der Leitung 19 durch eine Öffnung 59 in die Kammer 57 fließendes
Arbeitsmittel wirkt auf einen Lastkolben 36a und drückt ihn aus der in Fig. 3 gezeigten
Stellung nach unten, wodurch die gegen die Feder 52 wirkende Kraft erhöht und die
Öffnung 53 vergrößert wird, so da.ß das Ausmaß der Verengung vermindert und ein
Ansteigen des Druckes in der Leitung 19 ermöglicht wird.
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Wenn jedoch ein plötzlicher Druckabfall in der Leitung 19 und dem
Durchgang 36c auftritt, beispielsweise wenn eine
der Geschwindigkeitskupplungen
1, 2 und 3 beim Ansprechen auf eine Bewegung des Schalthebels gefüllt wird, bewegt
sich das Rückschlagventil 37 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung, in welcher dem
in der Kammer 57 befindlichen Arbeitsmittel ermöglicht wird, schnell durch die Aus
laßleitung 56 zu fließen und es dem Lastkolben 36a zu gestatten, sich aufwärts zu
bewegen, wodurch die Feder 52 entlastet und das Ventil 36 für einen anderen Modulierungskreislauf
eingestellt wird. a Die Steuereinheit 28 erfordert somit, daß der Schalthebel 11
in die neutrale Stellung gebracht wird, bevor hydraulisches Arbeitsmittel den Geschwindigkeitskupplungen
1, 2 und 3 durch richtiges'Schalten zugeführt werden kann. Das Sicherheitsventil
32 bleibt offen (wodurch Arbeitsmittel in die Leitung 19 eintreten kann), wenn ein
Schalten von einem Gang in einen anderen durch aus der Leitung 29 in die Öffnung
32c des Ventils 32 eintretendes Arbeitsmittel erfolgt, wobei der Druck in der Kammer
32b aufrechterhalten bleibt, selbst wenn das Arbeitsmittel in der Leitung 49 infolge
des Schließens des Ventils 44 nicht mehr fließt. Somit wirkt die Einheit 28 dahingehend,
daß sie ein Schalten in die neutrale Stellung zum Einleiten eines Vorganges erfordert
und danach eine Modulierung des zu den Geschwindigkeitskupplungen fließenden hydraulischen
Arbeitsmittels vornimmt, um eine sanfte Fahrzeugbewegung zu gewährleisten. Die Erfindung
vergrößert den Arbeitsbereich der Einheit 28,
indem Vorrichtungen
zum Regeln des Druckes des hydraulischen Arbeitsmittels vorgesehen sind, welches
sowohl den Richtungskupplungen R und V als auch den Geschwindigkeitskupplungen 1,
2 und 3 zugeführt wird, wodurch die "Aufschaukel"-Teahnik angewandt werden kann,
ohne daß die Gefahr einer Beschädigung des Getriebes besteht.
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Gemäß Fig. 1 umfallt das Arbeiten der hydraulischen Steuereinrichtung
zum Füllen einer der Richtungskupplungen R und V das Führen von Arbeitsmittel aus
der Leitung 29 an der Öffnung 38 vorbei, wo der Druck vermindert wird, bevor das
Arbeitsmittel in die Leitung 24 eingelassen wird. Die Leitung 24 führt das Arbeitsmittel
durch das Steuerventil 23 hindurch, welches das eintretende Arbeitsmittel entweder
der Vorwärts-Richtungskupplung V oder der Rückwärts-Richtungskupplung R zuleitet;
Fig. 2 stellt den Vorgang dar, wenn die Vorwärtskupplung V gefüllt wird.
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Beim anfänglichen Füllen der Kupplung ist nur ein kleiner oder überhaupt
kein Druckaufbau in der Leitung 24 vorhanden, so daß sich die Öffnung 38 im allgemeinen
in der in Fig. 3 dargestellten offenen Stellung befindet. Wenn sich die Kupplung
füllt, baut sich jedoch in der Leitung 24 ein Druck auf, der bewirkt, daß der Druck
des Arbeitsmittels in der Kammer 31a (die durch eine mittlere Bohrung in dem Ventil
31 gebildet ist) über den Durchgang 31b erhöht wird.
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Das in der Kammer 3ia befindliche hydraulische Arbeitsmittel drückt
das Ventil 31 gegen seine Feder 61 und bewirkt
gleichzeitig
einen größeren Druckabfall an der Öffnung 38, indem es deren Größe vermindert. Es
wird im allgemeinen eine Gleichgewichtsstellung erreicht, in welcher das in der
Kammer 31a befindliche hydraulische Arbeitsmittel der Kraft der Feder 61 entgegenwirkt,
und die Öffnung 38 wird dadurch so eingestellt, daß ein Druckabfall verursacht wird,
der gerade ausreicht, um in einer Richtungskupplung einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten,
bis die Modulation einer Geschwindigkeitskupplung beginnt.
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Wenn einer der Geschwindigkeitsbereiche ausgewählt ist, wird das Arbeitsmittel
durch die Leitung 19 hindurch diner der Geschwindigkeitskupplungen, wie in Fig.
2 -gezeigt, zugeführt. Eine Leitung 62 verbindet die Leitung 19 mit' einem Tellerventil
E3, welches mit einem unterhalb des Ventils 31 angeordneten Kolben 64 in Verbindung
steht. Zwischen dem Tellerventil 63 und dem Kolben 64 befindet sich eine Kammer
66 (Fig. 1), die Arbeitsmittel aus der Leitung 19 über die Leitung 62 durch das
Tellerventil 63 hindurch auf. nimmt.
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Wenn der Arbeitsmitteldruck in der Kammer 66 geringer ist als der
Arbeitsmitteldruck in der Leitung 62, nimmt das Tellerventil 63 beim Ansprechen
auf seine Feder 63a die in_ Fig. 1 gezeigte Stellung ein. In der in Fig. 1 gezeigten
Stellung tritt Arbeitsmittel aus der Leitung 62 über eine kleine Öffnung 63b in
dem Tellerventilglied 63c in die-Kammer 66 ein. Die Geschwindigkeit, mit welcher
das Arbeitsreittel
in die Kammer 66 eintritt, wird somit durch
die Größe der Öffnung 63b geregelt.
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Wenn jedoch der Druck in der Leitung 62 geringer ist als der Druck
in der Kammer 66, und zwar um einen Betrag, der ausreichend ist, um der Ventilfeder
63a entgegenzuwirken, nimmt das Tellerventil 63 die in Fig. 4 gezeigte Stellung
ein. Der Druck in der Kammer 66 drängt das Tellerventilglied 63c gegen seine Feder
63a nach unten und erlaubt dem Arbeitsmittel, aus der Kammer 66 durch eine Öffnung
66a hindurch auszutreten, die beträchtlich größer als die Öffnung 63b in dem Tellerventilglied
63c ist. Somit schafft das Tellerventil 63 ein gesteuertes Füllen der Kammer 66
und die Möglichkeit, daß Arbeitsmittel aus der Kammer mit einer viel größeren Geschwhdigkeit
austritt.
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Auf diese Weise fließt, wenn sich eine der Geschwin-de
digkeitskupplungen
1, 2 und 3 füllt und in der Leitung 19 sich ein Druck aufbaut, Arbeitsmittel durch
die Leitung 62 hindurch zu dem Tellerventil 63. Wenn das Arbeitsmittel durch die
Öffnung 63b in dem Tellerventilglied 63c hindurchtritt, übt es auf den Kolben 64
einen Druck aus, der den Kolben entgegen der Kraft der Feder 61 nach oben drängt.
Die zunehmende Zusammendrückung der Feder 61 stört das vorherige Gleichgewicht zwischen
dem Druck in der Kammer 31a und der Kraft der Feder 61. Dies erfordert einen größeren
Druck in der Kammer 31a, um der Feder 61 entgegenzuwirken, und damit einen größeren
Druck in der Leitung 24, der einem größeren Druck
in der Kupplung
V entspricht. Da der Druck in der Leitung 19 durch das Arbeiten des Ventils 36 in
der Steuereinheit . 28 moduliert wird, wird der Druck gegen den Kolben 64 gleichfalls
moduliert und dadurch eine Modulation der Richtungskupplungen bewirkt. .
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Es sei bemerkt, daß die Modulation der Richtungskupplungen durch d#n
Druck in den Geschwindigkeitskupplungen und deren Modulation bestimmt wird. Daher
besteht ein funktioneller Zusammenhang zwischen der Modulation des Druckes .des
den Geschwindigkeitskupplungen 1, 2 und 3 zugeführten _ Arbeitsmittels iind-der
Modulation des Druckes des den Richtungskupplungen R, V zugeführten Arbeitsmittels,
um ein weiches Arbeiten au gewährleisten. Wenn ein Gangwechsel durch Verschieben
des Ganghebels 11 gefordert wird, wird der Druck in der Leitung 19 vermindert, wodurch
bewirkt wird, daß das Tellerventil 63 sich abwärts bewegt und das Arbeitsmittel
in der Kammer 66 freigibt., Wenn sich der Druck in der Leitung@19 aufbaut, baut
sich auch Druck in der Kammer 66 auf, wodurch wieder ein Moduiationskreislauf erfolgt.
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Es ist ersichtlich, daß, wenn das Getriebe von dem ersten Vorwärtsgang
in den Rückwärtsgang geschaltet wird, der Druck in der Kammer 57 infolge des Füllens
einer der Richtungskupplungen aus der Leitung 29 abfällt, wodurch gleichzeitig ein
Druckabfall in der Leitung 19 hervorgerufen Wird. Ein Druckabfall in der Kammer
57 wirkt dahingehend, daß dem Kolben 36a ermöglicht wird, sich aufwärts in die Stellung
zu
bewegen, die dem Beginn des Kreislaufes der Modulation der Geschwindigkeitskupplung
entspricht, und ein Druckabfall in der Leitung 19 führt den Kolben 64 des Ventils
31 in die Stellung zurück, die-dem Beginn des Kreislaufes der Modulation der Richtungskupplungen
entspricht. Nach dem Füllen der Richtungskupplung und der Geschwindigkeitskupplung
steigt der Druck in der Leitung 19 an und leitet die beiden Modulationskreisläufe
ein. '1uf diese Weise kann die "Aufschaukel"-Technik mit Vorteil angewandt werden,
ohne daB gefährliche und@möglicherweise zu Schäden führende Kräfte erzeugt werden.
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Fig. 3 zeigt eine Abänderung der Art und Weise, in welcher der Kolben
64 einen modulierenden Arbeitsmitteldruck erhält. Die Eingangsleitung 62 steht statt
mit der Leitung 19 mit der Kammer 57 in Verbindung. Dies ergibt eine Modulationsgeschwindigkeit
der Richtungskupplungen, die sowohl von der Größe der Öffnung 59 als auch von der
Öffnung 63b in dem Tellerventilglied 63c abhängt. Diese Ausführungsform macht
ferner eine Richtungskupplungsmodulation möglich, ohne das Tellerventil 63 zu verwenden.
Wenn die Leitung 62 direkt mit der Öffnung 66a, der Kammer 66 in Verbindung steht,
ist ein Modulationskreislauf hergestellt, der durch die Öffnung 59, das Rückschlagventil
37 und die Öffnung 53 gesteuert wird.