DE1576093B2 - Hydraulischer servomotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Servomotor, insbesondere zum Betätigen einer Gangschaltbremse in einem Kraftfahrzeugwechselgetriebe, mit einem auf einer Kolbenstange verschieblichen ersten Kolben, der in einem im Zylinder des Servomotors gleitenden zweiten Kolben verschieblich ist, und einer Druckkammer im Zylinder, der zum Anlegen der Bremse wahlweise Druckflüssigkeit zugesteuert wird.

Zum Zwecke des Absenkens der Betätigungskraft ist durch die Patentschrift 37 243 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin ein Servomotor bekannt, bei dem die beaufschlagte Kolbenfläche stufenweise verringert wird, wozu die einzelnen Kolben nach einem bestimmten Hub gegen Anschläge anfahren und dann den weiteren Betätigungsvorgang nicht mehr beeinflussen.

Weiterhin ist ein hydraulischer Servomotor durch die USA.-Patentschrift 2 966 888 bekannt, bei dem der hydraulische Druck in der Druckkammer des Servomotors jedoch lediglich auf den zweiten Kolben einwirkt, während der erste Kolben nur mittelbar von diesem hydraulischen Druck betätigt wird. Es wird nämlich die Bewegung des ersten Kolbens über eine Druckfeder oder einen Anschlag in einer Speicherkammer zwischen beiden Kolben bewirkt. Ferner ist bei der bekannten Bauart der erste Kolben starr mit einer Kolbenstange verbunden, die das Stellglied des Servomotors darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Servomotor der eingangs erwähnten Art derart weiter auszugestalten, daß eine allmähliche und nach einem vorgegebenen Verlauf gesteuerte Zunahme der auf das Stellglied ausgeübten Kraft erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der auf der Kolbenstange verschiebliche erste Kolben eine Bewegung im Sinne des Anlegens der Bremse über eine erste Druckfeder erteilt und der zweite Kolben zu diesem Zweck gegen einen ersten Anschlag an der Kolbenstange bewegbar ist und daß der zweite Kolben der einander entgegengesetzten Wirkung einer zweiten Druckfeder, die zwischen den beiden Kolben angeordnet ist, und einer dritten Druckfeder, die zwischen dem zweiten Kolben und einem gehäusefesten Anschlag als eine an sich bekannte Rückstellfeder angeordnet ist, unterliegt, und die dritte Druckfeder eine höhere Federkonstante als die zweite Druckfeder hat, so daß anschließend an die anfängliche Bewegung des ersten Kolbens im Sinne des Anlegens der Bremse durch den der Druckkammer zugeleiteten Flüssigkeitsdruck der zweite Kolben eine Speicherwirkung durch eine Bewegung im Sinne einer Vergrößerung der Druckkammer ausübt. : :■■·■ .:■■■■■: Durch diese Ausbildung kann z. B. eine Bandbremse als Getriebeschaltbremse in vorteilhafter Weise betätigt werden, indem die anfängliche Bewegung des ersten Kolbens zur Aufnahme des Spiels zwischen der Bandbremse und der Bremstrommel verwendet wird und die Bewegung des zweiten Kolbens beginnt, wenn die Bandbremse eingreift. Auf diese Weise wird ein weicher Übergang zwischen dem dynamischen und statischen Zustand beim Einrücken der Bandbremse erreicht, wie dies erwünscht ist, um rauhe Gangwechsel oder ein Durchgehen der Antriebsmaschine zu verhindern.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der erste Kolben anschließend an das Zusammendrücken der ersten Druckfeder gegen einen zweiten Anschlag der Kolbenstange bewegbar ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß bei der Bewegung zum Anlegen der Bremse der zweite Kolben gegen den ersten Anschlag anfährt, bevor der erste Kolben gegen den zweiten Anschlag zur Anlage kommt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist nach einem weiteren Merkmal vorgesehen, daß bei der Bewegung zum Anlegen der Bremse aufeinanderfolgend

1. die zweite Druckfeder zusammengedrückt,

2. die erste Druckfeder zusammengedrückt,

3. die dritte Druckfeder zusammengedrückt wird,

4. der zweite Kolben gegen den ersten Anschlag und

5. der erste Kolben gegen den zweiten Anschlag anfährt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Servomotors nach der Erfindung dargestellt. In der Zeichnung ist

Fig. 1 ein Teilschnitt durch einen hydraulischen Servomotor nach der Erfindung,

F i g. 2 und 3 gleiche Schnitte mit dem Servomotor in verschiedenen Betriebslagen und

F i g. 4 eine graphische Darstellung der Arbeitsweise des hydraulischen Servomotors im Vergleich zu einem üblichen Einkolbenservomoior.

Wie die F i g. 1 bis 3 zeigen, enthält ein Teil eines Getriebegehäuses 1, das sich hinter einer nicht dargestellten Antriebsmaschine befindet, eine Bandbremse 3 für das Schalten eines Stufenwechselgetriebes. Die Bandbremse hat ein Bremsband 5, das durch einen hydraulischen Servomotor 6 betätigt wird, um gegen eine Bremstrommel 7 bewegt zu werden, welche mit einem Steuerglied des Getriebes, beispielsweise dem Sonnenrad eines einfachen nicht dargestellten Planetenrädergetriebes, verbunden ist.

Das eine Ende des Bremsbandes 5 hat einen Anker 9, der mit dem Getriebegehäuse 1 durch eine Stellschraube 11 mit Mutter 13 befestigt ist. Das andere Ende des Bremsbandes 5 hat einen umgebogenen Haken 14, in den ein Stößel 15 greift, der funktionsmäßig mit einem Stellglied des Servomotors 6 zusammenarbeitet. Der Servomotor ist in einer zylindrischen Kammer im Getriebegehäuse angeordnet, die durch einen Deckel 16 verschlossen ist. Dieser ist durch einen Sprengring 18 gesichert. Ein ringförmiger erster Kolben 23 gleitet in einem im wesentlichen zylindrischen hülsenförmigen zweiten Kolben 25, der seinerseits in. der Kammer längsbeweglich angeordnet ist. Die Kolben 23 und 25 sind mit Ringdichtungen 27 und 29 versehen und unterteilen die Kammer in eine Druckkammer 19 und eine Auslaßkammer 21. .

Der erste Kolben 23 ist begrenzt verschieblich auf dem oberen Teil einer Kolbenstange 33 gelagert, die das Stellglied des Servomotors darstellt und sich durch die gesamte Kammer des Servomotors erstreckt und durch eine Bohrung 35 im Getriebegehäuse 1 nach außen tritt. Die Kolbenstange 33 hat abgesetzte Schultern 39 und 37 zwischen ihren Enden, die als erster und zweiter Anschlag dienen, und am unteren Ende eine Gabel 40, die einen Sitz für den Stößel 15 bildet. Gegen den zweiten Anschlag 37 liegt eine Scheibe 41 an, die als Federteller für eine vorgespannte erste Druckfeder 43 dient, deren anderes

! Ende gegen die Rückseite des ersten Kolbens 23 abgestützt ist. Diese erste Druckfeder 43 umgibt einen j nach unten gerichteten Stutzen 45 des ersten Kolbens 23, der mit seiner unteren Stirnfläche 46 gegen die Scheibe 41 anfahren kann (F i g. 2), um eine weitere Relativbewegung zwischen dem ersten Kolben 23 und der Kolbenstange 33 zu verhindern.

Der zweite Kolben 25 hat etwa in der Mitte seiner Länge einen nach innen ragenden Flansch 49, dessen untere Seite als Federteller für als dritte Druckfeder ιό bezeichnete Rückstellfeder 51 des zweiten Kolbens 25 dient, deren anderes Ende an dem Boden der Kammer des Servomotors abgestützt ist. Der zweite Kolben 25 hat an seinem unteren Ende einen erweiterten Teil 49', der durch Arme 49" mit dem Flansch 49 verbunden ist. Der erweiterte Teil 49' hat eine Öffnung zum Durchlaß der Kolbenstange 33. Die untere Stirnfläche 50 des erweiterten Teils 49' kann gegen den ersten Anschlag 39 an der Kolbenstange 33 anfahren, in welchem Falle der zweite Kolben eine Kraft auf die Kolbenstange 33 ausübt. Die gegenüberliegende obere Seite des erweiterten Teils 49' bildet einen Federteller für eine als zweite Druckfeder bezeichnete Rückstellfeder 61, die die erste Druckfeder 43 umgibt und gegen die Rückseite des ersten Kolbens 23 abgestützt ist. Die Rückstellfeder 61 des ersten Kolbens 23 hat eine kleinere Federkonstante als die Rückstellfeder 51 des zweiten Kolbens 25.

Eine an die Auslaßkammer 21 angeschlossene Auslaßleitung 63 ist über eine Kupplungsdruckkammer mit einem druckflüssigkeitsgesteuerten, nicht dargestellten Umschaltventil verbunden. Zur Druckkammer 19 des Servomotors führt eine Leitung 65, die mit Netzdruck durch ein Abwärtsschaltverzögerungsventil und ein Umschaltventil gespeist wird.

In der Fig. 1 ist der Servomotor in der unwirksamen Stellung dargestellt, bei der also die Bandbremse voll gelüftet ist. Dieser Zustand ist in der Darstellung der F i g. 4 mit dem Punkt α der Kurve 70 dargestellt. Diese Kurve 70 stellt die auf das Stellglied des Servomotors ausgeübte Einrückkraft über dem Volumen in der Druckkammer des Servomotors dar. Um die Bandbremse anzulegen, wird Druckflüssigkeit über ein Steuerorgan wie beispielsweise ein Umschaltventil zur Druckkammer 19 geleitet. Der erste Kolben 23 wandelt diesen Druck in eine mechanische Kraft um, der die Kraft der Rückstellfeder 61 des ersten Kolbens 23 entgegensteht.

Ist der Druck in der Druckkammer 19 ausreichend, um die Kraft der Rückstellfeder 61 zu überwinden, so beginnen sich der erste Kolben 23 und die Kolbenstange 33 zusammen relativ zum zweiten Kolben 25 zu bewegen. Diese Bewegung, die nur ein ziemlich kleines Volumen der Druckkammer erfordert, beseitigt das Spiel in der Bandbremse infolge der Bremseinstellung. Dieser Vorgang ist in der Kurve 70 durch den Teil b dargestellt.

Der erste Kolben 23 bewegt sich dann relativ zur Kolbenstange 33 unter Zusammendrücken der ersten Druckfeder 43, wodurch allmählich die Kraft auf die Bandbremse gesteigert wird, wie dies der Kurventeil c darstellt. In dieser Zeit wird die wirksame Federkraft auf den zweiten Kolben 25 verringert, da die entgegengesetzt wirkende Kraft der Rückstellfeder 61 des ersten Kolbens eine stärkere Kraft ausübt. Infolgedessen kann sich der zweite Kolben 25 in die in F i g. 2 gezeichnete Stellung bewegen, wenn der Druck in der Druckkammer 19, der auf den zweiten Kolben 25 einwirkt, ausreicht, um die verringerte Kraft der Rückstellfeder 51 des zweiten Kolbens zu überwinden. Diese Bewegung des zweiten Kolbens 25 überträgt keine zusätzliche Kraft auf den ersten Kolben 23, veranlaßt jedoch eine weitere Verringerung des Anstiegs der Einrückkraft, da durch die Bewegung das Volumen der Druckkammer 19 vergrößert wird. Dies ist durch den Kurventeil d in der Kurve 70 dargestellt. In diesem Bereich endet der Schlupf zwischen der Bremstrommel 7 und dem Bremsband 5. Dieser Übergang vom dynamischen zum statischen Betrieb erfolgt an einem Punkt des Kurventeils d, der von der Drehmomentforderung abhängig ist.

Schließlich kommt über die Stirnfläche 50 und die Schulter 39 der zweite Kolben 25 zur Anlage gegen die Kolbenstange 33, so daß der zweite Kolben nunmehr eine zusätzliche Kraft auf die Kolbenstange 33 ausübt, so daß sich eine kräftige Zunahme der Einrückkraft ergibt, wie dies im Kurventeil e der Kurve 70 dargestellt ist. Zu dieser Zeit wirkt der erste Kolben 23 als Speicherkolben.

Abschließend überwindet der erste Kolben 23 die Kraft der ersten Druckfeder 43 vollständig, so daß die Stirnfläche 46 des ersten Kolbens gegen die Scheibe 41 zur Anlage kommt. In diesem Falle wird die Einrückkraft noch stärker erhöht, wie dies der Kurventeil / andeutet. Die Kurventeile e und / stellen den Sicherheitsbereich dar, der einen einwandfreien statischen Betrieb der Bandbremse gewährleistet. Zum Vergleich ist in F i g. 4 mit gestrichelten Linien der Verlauf der Einrückkraft bei einem üblichen Einkolbenservomotor eingezeichnet.

Zum Lösen der Bandbremse 5 muß ein großes Volumen aus der Kupplungsdruckkammer entfernt werden, während die Kolben des hydraulischen Servomotors aus der in F i g. 3 dargestellten Stellung in die unwirksame Stellung gemäß F i g. 1 zurückkehren. Es ergibt sich, daß das Lüften der Bandbremse wesentlich verbessert wird, und weichere Aufwärtsschaltungen, bei denen eine Kupplung eingerückt wird, erzielt werden können.

Wird Druckflüssigkeit von der Druckkammer der Kupplung über die Entlastungsleitung 63 zugeführt und steigt dieser Druck an, so erhöht sich das Volumen der Auslaßkammer 21. Der Druck dieser Flüssigkeit, unterstützt durch die Kraft der Rückstellfeder 61 des ersten Kolbens, hebt den ersten Kolben 23 von der Scheibe 41 ab. In diesem Zustand wird das Bremsband noch fest gegen die Bremstrommel 7 gehalten. Bei weiterem Anstieg des Kupplungseinrückdruckes bewegt dieser Druck, verstärkt durch die Kraft der Rückstellfeder 51 des zweiten Kolbens, den zweiten Kolben 25 von seinem Sitz 39, so daß sich eine schnelle Volumenzunahme in der Auslaßkammer ergibt. Hierdurch wird der Druckanstieg des Kupplungseinrückdruckes verringert. Abhängig von den jeweiligen Betriebszuständen wird hierdurch ein sanftes Umschalten des Getriebes vollendet. Sollte es durch besondere Umstände nicht zu einer Vervollständigung des Umschaltvorganges kommen, so bewirkt eine weitere Bewegung der beiden Kolben 23 und 25 eine weitere Zunahme des Volumens der Auslaßkammer 21, wodurch dann das weiche Umschalten gewährleistet ist. Die beiden Kolben 23 und 25 werden dann in ihre Anfangslage gemäß F i g. 1 zurückbewegt,· und es erfolgt keine weitere Zunahme des Volumens der Auslaßkammer 21, so daß der volle Einrückdruck für die Kupplung gewährleistet ist.

Durch die Wahl einer kleinen Geschwindigkeit des Anlegens der Bandbremse bei einem Netzdruck nahe dem Mindestdruck kann der Übergang vom dynamischen zum statischen Zustand bei Anlegen der Bremse in einem Bereich gelegt werden, der eine Überlappung den Schaltvorgänge gestattet, wodurch die unerwünschten Stöße beim Gangschalten oder ein Durchgehen der Antriebsmaschine beim Abwärtsschalten mit Überdrehzahl verhindert wird. Die verringerte Anlegegeschwindigkeit der Bandbremse bei ymschaltungen vom Leerlauf zum Vorwärtsantrieb ergibt ebenfalls weichere Schaltvorgänge. Bei erzwungenem Abwärtsschalten bedingt die stärkere Verlagerung des von der Kupplung abströmenden Öles und das weichere Anlegen der Bandbremse eine bessere Steuerung des Umschaltvorganges. Ferner bedingt die Bremseinstellung kleinere Änderungen des Umschaltpunktes, da nur kleine Volumen in der Druckkammer 19 erforderlich sind, um das Bremsenspiel aufzunehmen. Auch das Aufwärtsschalten wird wesentlich verbessert, da beim Aufwärtsschalten eine verhältnismäßig große Speicherwirkung eintritt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Servomotor, insbesondere zum Betätigen einer Gangschaltbremse in einem Kraftfahrzeugwechselgetriebe, mit einem auf einer Kolbenstange verschieblichen ersten Kolben, der in einem im Zylinder des Servomotors gleitenden zweiten Kolben verschieblich ist, und einer οε Druckkammer im Zylinder, der zum Anlegen der Bremse wahlweise Druckflüssigkeit zugesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Kolbenstange (33) verschiebliche erste Kolben (23) eine Bewegung im Sinne des An- SE legens der Bremse über eine erste Druckfeder (43) erteilt und der zweite Kolben (25) zu diesem Zweck gegen einen ersten Anschlag (39) an der Kolbenstange bewegbar ist und daß der zweite Kolben (25) der einander entgegengesetzten Wirkung einer zweiten Druckfeder (61), die zwischen den beiden Kolben angeordnet ist, und einer dritten Druckfeder (51), die zwischen dem zweiten Kolben und einem gehäusefesten Anschlag (1) als eine an sich bekannte Rückstellfeder angeordnet ist, unterliegt, und die dritte Druckfeder (51) eine höhere Federkonstante als die zweite Druckfeder (61) hat, so daß anschließend an die anfängliche Bewegung des ersten Kolbens (23) im Sinne des Anlegens der Bremse durch den der Druckkammer (19) zugeleiteten Flüssigkeitsdruck der zweite Kolben (25) eine Speicherwirkung durch eine Bewegung im Sinne einer Vergrößerung der Druckkammer ausübt.

2. Hydraulischer Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (23) anschließend an das Zusammendrücken der ersten Druckfeder (43) gegen einen zweiten Anschlag (37) der Kolbenstange (33) bewegbar ist.

3. Hydraulischer Servomotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bewegung zum Anlegen der Bremse der zweite Kolben (25) gegen den ersten Anschlag (39) anfährt, bevor der erste Kolben (23) gegen den zweiten Anschlag (33) zur Anlage kommt.

4. Hydraulischer Servomotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bewegung zum Anlegen der Bremse aufeinanderfolgend

1. die zweite Druckfeder (61) zusammengedrückt,

2. die erste Druckfeder (43) zusammengedrückt,

3. die dritte Druckfeder (51) zusammengedrückt wird,

4. der zweite Kolben (25) gegen den ersten Anschlag (39) und

5. der erste Kolben (23) gegen den zweiten Anschlag (37) anfährt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen