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Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Steuervorrichtung
für Mehrgangschaltgetriebe von Kraftfahrzeugen, insbesondere Schleppern. od. dgl-,
mit zwei in Reihe angeordneten Planetengetrieben, die mittels hydraulisch angetriebener
Bremsen und/ oder Kupplungen durch eine hydraulische, mit drei als Kolbenschieber
ausgebildeten Differentialventilen verseheneSteueranordnung in vorbestimmterReihenfolge
in Abhängigkeit von dem nur durch eine von der Abtriebswelle des Getriebes angetriebene
Verdrängerpumpe erzeugten öldruck geschaltet werden, dessen Entstehung durch eine
in der Rückflußleitung befindliche Drosseldüse gesichert ist.
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DerartigeSteuervorrichtungen fürMehrgangschaltgetriebe sind in unterschiedlichen
Ausführungen der Beaufschlagungs- und Betätigungsmittel der Differentialventile,
unterschiedlichen Ausführungen der Schaltgetriebe und unterschiedlichen Leistungsanordnungen
für deren Betätigung durch die Differentialventile bereits bekannt. Sie haben meist
einen komplizierten Aufbau, insbesondere bei Ausrüstung mit gesonderten Pumpen,
von denen die eine, den Steuerdruck liefernde Pumpe durch die Abtriebswelle des
Schaltgetriebes, also in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, und die andere,
den Schaltdruck für die Gang chaltung des Getriebes liefernde Pumpe von der
Motorwelle oder Eingangsseite des Schaltgetriebes angetrieben ist. So benötigt eine
bekannte mit drei als Gangwechselschieber dienenden Differentialventilen ausgerüstete
Schaltautomatik eines Vierganggetriebes einen mit Schiebem ausgerüsteten Fliehkraftregler,
ferner eine weitere Anzahl von Schiebern, nämlich Wählschieber, Drosselschieber,
Umschaltschieber und Ausgleichschieber, die ein ganzes Netz von gesteuerten Verbindungsleitungen
benötigen.
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Weiterhin ist es bei hydraulischen Steuervorrichtungen für Mehrgangschaltgetriebe
bekannt, die Höhe des von einer Verdrängerpumpe erzeugten Druckes durch ein in die
Rückflußleitung eingeschaltetes Drosselglied zu sichern, das zur Erzeugung unterschiedlicher
Drücke auch regelbar sein kann, und in einer die Drosselstelle umgehenden Zweigleitung
ein mittels des Gaspedals oder eines Handhebels verstellbares Absperrventil anzuordnen,
das bei Bedarf auch eine von der Automatik unabhängige Gangschaltung ermöglicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche automatische
Steuervorrichtung der eingangs erwähnten Art, die mindestens vier Getriebegänge
automatisch schalten soll, so auszubilden, daß sie bei Betrieb mit nur einer von
der Abtriebsseite des Schaltgetriebes angetriebenen Verdrängerpumpe verläßlich arbeitet
und sich mit einer besonders einfachen Leitungsanordnung ausführen läßt.
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Diese Aufgabe wird bei einer automatischen Steuervorrichtung der eingangs
erwähnten Ausführung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die drei Differentialventile
an eine gemeinsame Beaufschlagungsleitung des Ventilgehäuses angeschlossen sind,
wobei das eine auf niedrigen, das zweite auf höheren öffnungsdruck anspricht und
mit seinem Einlaß über eine Leitung mit der Rückstellkammer zum Schließen des ersten
Differentialventils verbunden ist, so daß beim Ansprechen dieser beiden Differentialventile
die von der Verdrängerpumpe gelieferte Druckflüssigkeit durch je eine gesonderte
Zuführungsleitung je einem der beiden Umschaltmittel der beiden Planetenrädergetriebe
zugeführt wird, während das dritte, auf noch höheren öffnungsdruck ansprechende
Differentialventil beim Öffnen die zur Rückstellkammer des ersten Differentialventils
führende Leitung sperrt und die Rückstellkammer zu erneutem Öffnen des ersten Differentialventils
an eine Abflußleitung anschließt.
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Damit der Benutzer in der Lage ist, trotz dieser vereinfachten Schaltweise
der Differentialventile bei Bedarf den jeweils benötigten Getriebegang vorzuwählen,
sind zweckmäßig die unterschiedlichen öffnungsdrücke der Differentialventile mittels
eines handbetätigten Steuerschiebers einstellbar, der eine die Drosseldüse der Pumpenrückflußleitung
ausschaltende Umgehungsleitung steuert und die Federspannung eines abgefederten
Schließventils dieser Leitung verändert. In weiterer Ausgestaltung dieser Anordnung
ist dann zweckmäßig der handbetätigte Steuerschieber mittels einer abgefederten
Rastensperre gegen den Rückdruck der Schließfeder in unterschiedlichen Stellungen
feststellbar.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Mehrgangschaltautomatik
nach der Erfindung veranschaulicht, und zwar zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt
durch das Getriebe und F i g. 2 einen Schnitt durch die schematisch dargestellte
hydraulische Steuervorrichtung.
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Das Getriebe enthält zwei Planetenrädergetriebe 10
und
11 und ein Stimrädergetriebe 12.
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Das erste Planetenrädergetriebe 10 weist ein Antriebssonnenrad
13 auf, das auf eine hohle Antriebswelle 14 aufgekeilt ist. Es kämmt mit
dem einen Teil mehrere Doppelplanetenräder 15, deren anderer Teil mit einem
Antriebssonnenrand 16 im Eingriff steht, das auf einer zweiten Hohlwelle
25 sitzt. Die Planetenräder 15 sind auf Zapfen eines Planetenräderträgers
17 gelagert. Zwischen dem Antriebssonnenrad 13 und dem Planetenräderträger
17 ist eine durch einen hydraulisch betätigbaren Ringkolben 19 ein-
und ausrückbare Scheibenkupplung 18 vorgesehen. Der Ringkolben befindet sich
in einer in dem Plantenräderträger 17 vorgesehenen Ringkammer, der Drucköl
durch eine Leitung 20 zugeführt werden kann. Wird die Scheibenkupplung
18 eingerückt, so wird dadurch der Plantenräderträger 17 fest mit
dem Antriebssonnenrad 13 verbunden. Dies hat zur Folge, daß das erste Planetenrädergetriebe
10 als anzes umläuft. An die Zuführungsleitung 20 schließt sich ein Kanal
21 an, der in einem mit dem nicht gezeigten Fahrzeugrahmen fest verbundenen Zentrierzapfen
22 vorgesehen ist. Dieser Zentrierzapfen nimmt das Reaktionsdrehmoment des Planetenrädergetriebes
10 auf, wenn die Kupplung 18 nicht ein-erückt ist. Zwischen dem Planetenräderträger
17
und dem Zentrierzapfen 22 befindet sich ein Klemmrollenfreilauf
23, der verhindert, daß sich der Planetenräderträger gegensinnig zur Umlaufrichtung
der Planetenräder 15 dreht.
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Das zweite Planetenrädergetriebe 11 weist ein Antriebssonnenrad
24 auf, das auf der zweiten Hohlwelle 25 sitzt, die auch das Abtriebssonnenrad
16
des ersten Planetenrädergetriebes 10 trägt. Mit dem Antriebssonnenrad
24 kämmen Doppelplanetenräder 26 mit ihrem ersten Teil, während ihr zweiter
Teil mit einem Abtriebssonnenrad 27 im Eingriff steht, das auf eine dritte
Hohlwelle 35 aufgekeilt ist. Die Planetenräder 26 sind auf Zapfen
eines Planetenräderträgers 28 gelagert. Zwischen der das Antriebssonnenrad
24 tragenden Hohlwelle 25 und dem
Planetenräderträger
28 ist eine durch einen hydraulisch betätigbaren Ringkolben 30 ein-
und ausrückbare Scheibenkupplung 29 vorgesehen. Der Ringkolben befindet sich
in einer in dem Planetenräderträger 28 vorgesehenen Ringkammer, der Drucköl durch
eine Leitung 31 zugeführt werden kann. Wird die Kupplung eingerückt, so wird
dadurch der Planetenräderträger 28 fest mit dem Antriebssonnenrad 24 verbunden,
was zur Folge hat, daß das zweite Planetenrädergetriebe 11 als Ganzes umläuft.
An die Zuführungsleitung 31 schließt sich ein Kanal 32 an, der in
einem mit dem nicht gezeigten Fahrzeugrahmen fest verbundenen Zentrierzapfen
33 vorgesehen ist. Dieser Zentrierzapfen dient außerdem als Stütze für das
Reaktionsdrehmoment des zweiten Planetenrädergetriebes, wenn die Kupplung
29 nicht eingerückt ist. Zwischen dem Planetenräderträger 28
und dem
Zentrierzapfen 33 befindet sich ein Klemmrollenfreilauf 34, der verhindert,
daß sich der Planetenräderträger 28 gegensinnig zur Umlaufrichtung der Räder
26 dreht.
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Die dritte Hohlwelle 35 ' auf der das Abtriebssonnenrad
27 des zweiten Planetenrädergetriebes 11 sitzt, ist als Keilwelle ausgebildet
und stellt die Verbindung zu dem nachgeschalteten Stirnradgetriebe 12 her.
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Da das erste Planetenrädergetriebe 10, das zweite Planetenrädergetriebe
11 und das Stimrädergetriebe 12 hintereinandergeschaltet sind und das Planetenrädergetriebe
11 eine wesentlich größere Untersetzung als das Getriebe 10 aufweist,
können durch Ein- oder Ausrücken einer oder beider Scheibenkupplungen
18 und 29 vier verschiedene Geschwindigkeiten mittels der beiden Planetenrädergetriebe
geschaltet werden.
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Die größte Untersetzung durch die beiden Planetenrädergetriebe
10 und 11 von der Antriebswelle 14 auf die Keilwelle 35 ergibt
sich, wenn die beiden Scheibenkupplungen 18, 29 ausgekuppelt sind, wie es
in F i g. 1 gezeigt ist. Die nächstgrößere Geschwindigkeit ergibt sich, wenn
die Scheibenkupplung 18
eingerückt ist, die dritte, wenn diese Kupplung wieder
gelöst und gleichzeitig die Scheibenkupplung 29 eingerückt ist, und die vierte,
wenn beide Scheibenkupplungen eingerückt sind. Dann läuft die Hohlwelle
35 mit der gleichen Drehzahl um wie die Antriebswelle 14.
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Zum automatischen Schalten der Scheibenkupplungen dient die in F i
g. 2 dargestellte Steuervorrichtung, die mit drei als Schieberventilen ausgebildeten
Differentialventilen 46, 47 und 48 ausgestattet ist. Jeder Ventilschieber 49 weist
zwei tragende Kolben 50, 51, zwischen ihnen einen Schaft
53 kleineren Durchmessers und am freien Ende des Kolbens 50
einen abgestuften
Hilfskolben 52 auf. Die Hilfskolben 52 dienen zum stirnseiten Abschluß
von Steuerkanälen 54, 55, 56 einer gemeinsamen Beaufschlagungsleitung
57, die an den Druckstutzen einer Zahnradpumpe 58 angeschlossen ist.
Der Antrieb dieser Pumpe erfolgt von der Hohlwelle 35 aus, so daß sie stets
mit einer zur Drehzahl dieser Hohlwelle proportionalen Drehzahl umläuft.
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Die Ventilschieber 49 sind mit ihren äußeren Enden an Schraubenfedem
59, 60, 61 abgestützt, die die Ventilschieber mit den Stirnflächen ihrer
Hilfskolben 52 in der dargestellten Ruhelage nach links drücken, so daß sie
die Steuerkanäle 54, 55, 56 verschließen. Die Schraubenfedern sind
so bemessen, daß bei zunehmendem Druck in der Beaufschlagungsleitung 57 zunächst
der Steuerkanal 54 geöffnet wird, bei einem etwas höheren Druck dann der Steuerkanal
55 und bei einem noch höheren Druck der Steuerkanal 56.
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Die Beaufschlagungsleitung 57 steht über eine Verbindungsleitung
62 mit einem Einlaßkanal 63
eines von Hand verstellbaren Steuerschiebers
65 in Verbindung, der in einer zylindrischen Bohrung 64 verschiehbar ist.
Befindet sich der Steuerschieber 65
in der gezeigten Stellung, so ist der
Einlaßkanal 63
im Bereich eines Schaftes 66 des Steuerschiebers mit
einem Kanal 67 verbunden. Dieser Kanal steht über eine scharfkantige Düse
68 mit einer Kammer 69 in Verbindung, an die eine ölsammelleitung
70 angeschlossen ist. Normalerweise, d. h., wenn der handbetätigte
Steuerschieber 65 die dargestellte Lage einnimmt, gelangt das von der Pumpe
58 in die Beaufschlagungsleitung 57 geförderte öl durch die
Kanäle 63 und 67, die Düse 68 und die Kammer 69 in die
Ölsammelleitung 70. Außer einer geringen ölmenge, die durch eine Leitung
71 für Schmierzwecke in das Getriebegehäuse gelangt, fließt das
öl durch das obere offene Ende der Ölsammelleitung 70 in den ölsammelbehälter
(ölsumpf) zurück.
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Durch die Menge der von der Verdrängerpumpe 58 geförderten
Flüssigkeit, die normalerweise durch die Düse 68 hindurchfließen muß, ist
der öldruck in der Beaufschlagungsleitung 57 für jede Pumpendrehzahl genau
vorbestimmt, und zwar unbeeinflußt von Änderungen der öltemperatur, und damit auch
der Viskosität, die während des Betriebes auftreten können. Die Federn
59, 60, 61, die die zugehörigen Differentialventile 46, 47, 48 jeweils so
lange geschlossen halten sollen, bis die Pumpe 58 eine bestimmte Drehzahl
erreicht hat, können daher bezüglich ihrer Schließkraft genau berechnet werden.
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Fährt das Fahrzeug aus dem Stand mit zunehmender Geschwindigkeit an,
so wächst der öldruck in der Beaufschlagungsleitung 57, und bei einem Druck
von beispielsweise 3 kg/CM2 wird der Schieber 49 des Differentialventils
46 entgegen der Kraft der Feder 59 verschoben, so daß er eine Steueröffnung
72 der Zuführungsleitung 20 der Scheibenkupplung 18 des ersten Planetenrädergetriebes
freigibt. Gleichzeitig wird eine andere Steueröffnung 73 dieser Leitung geschlossen,
die sonst bei geschlossenem Ventil die Leitung 20 über den Ringraum im Bereich des
Ventilschaftes 53 mit einem zum Ölsammelbehälter führenden Kanal 74 verbindet.
Das Drucköl gelangt nun also durch die Leitung 20 zum Planetenräderträger
17 und rückt die Scheibenkupplung 18 ein, so daß der nächsthöhere
Gang eingeschaltet wird. Erhöht sich nun durch Gasgeben die Geschwindigkeit des
Fahrzeuges weiter und steigt der öldruck in der Beaufschlagungsleitung
57 z. B. auf 6 kg/CM2 an, so wird der Schieber 49 des Differentialventils
47 zurückgedrängt. Dadurch wird die Steueröffnung 75 der Leitung
31 freigegeben, die zum Planetenräderträger 28
führt. Infolgedessen
wird nun auch die Scheibenkupplung 29 eingerückt. Gleichzeitig wird durch
den Kolben 50 dieses Steuerschiebers eine Steueröffnung 76 geschlossen,
die sonst bei geschlossenem Ventil die Zuführungsleitung 31 mit einer zum
ölsammelbehälter führenden Entlastungsleitung 77 verbindet. Außerdem wird
gleichzeitig eine weitere Steueröffnung eines Kanals 78 freigegeben, durch
den das
Drucköl durch einen Ringraum des Differentialventils 48
sowie einen Kanal 79 in die die Feder 59 enthaltende Rückstellkammer
des Differentialventils 46 strömen kann. Hierdurch wird die Rückstellkraft verstärkt,
das Differentialventil 46 geschlossen und die Leitung 20 über die Steueröffnung
73 mit der Entlastungsleitung 74 verbunden. Dies hat zur Folge, daß gleichzeitig
mit dem Einrücken der Scheibenkupplung 29 die zuvor eingerückte Scheibenkupplung
29 die zuvor eingerückte Scheibenkupplung 18
ausgerückt wird. Damit
ist der dritte Gang des Planetenrädergetriebes eingeschaltet.
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Wird die Geschwindigkeit des Fahrzeuges weiter gesteigert, so daß
der öldruck in der Beaufschlagungsleitung 57 z. B. auf 11 kg/cm22
ansteigt, so wird der Steuerschieber 49 des Differentialventils 48 gegen die Kraft
der Feder 61 zurückgedrängt. Dadurch werden die Kanäle 78 und
79 voneinander -etrennt. Da gleichzeitig der Kanal 79 und damit die
Rückstellkammer des Differentialventils 46 mit einer Entlastungsleitung
80 verbunden wird, wird auch der Steuerschieber 49 des Differentialventils
46 wieder verschoben. Infolgedessen sind nunmehr beide Scheibenkupplungen
18 und 29 eingerückt, womit der vierte Gang des Planetenrädergetriebes
eingeschaltet ist.
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Wird umgekehrt die Geschwindigkeit des Fahrzeuges vermindert, weil
der Fahrer das Gas wegnimmt oder die Bremsen betätigt oder das Fahrzeug bergauf
fahren muß, so spielen sich die beschriebenen Vorgänge selbsttätig in umgekehrter
Reihenfolge ab, so daß die verschiedenen Gänge in umgekehrter Folge zurückgeschaltet
werden.
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Damit die selbsttätige Steuerung der hydraulisch betätigten Scheibenkupplungen
bei Bedarf durch eine Handsteuerung der einzelnen Gänge ersetzt werden kann, ist
ein Handhebel 81 vorgesehen, der- um einen Zapfen 82 schwenkbar ist
und mit einem, Langloch einen am Steuerschieber 65 vorgesehenen Zapfen
83
umgreift. Der Handhebel 81 kann aus der in der Zeichnung dargestellten
Lage in vier andere Stellungen 84, 90, 91, 92 bewegt werden, in denen eine
abgefederte Sperrkugel 93 in zugeordnete Rasten des Steuerschiebers schnappt.
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Wird der Handhebel 81 in die Stellung 84 bewegt, so befindet
sich der Steuerschieber 65 in einer Lage, in der der Kanal 67 geschlossen,
die Verbindung der Beaufschlagungsleitung 57 mit der scharfkantigen Düse
68 und dem Raum 69 also unterbrochen ist. Statt dessen ist eine Verbindung
des Kanals 63 mit einem Umgehungskanal 85 hergestellt, der über eine
Steueröffnung 86 mit dem Raum 69 verbindbar ist. Diese Steueröffnung
ist bei selbsttätiger Gangschaltung durch ein Schließventil 87 abgeschlossen,
das in einer Bohrung 88 verschiebbar ist und unter der Wirkung einer Feder
89 steht, die am Steuerschieber 65 abgestützt ist. Je nach
der Stellung, in die der Steuerschieber 65 mittels des Handhebels
81 gebracht wird, ist die Spannung dieser Feder verschieden. In der Stellung
84 des Handhebels 81 ist der von der Feder 89 auf das Schließventil
87 ausgeübte Druck nur gering, und zwar derart, daß das Schließventil bei
einem geöffneten Druck öffnet, der geringer ist als der Druck, der zum Öffnen des
Schiebers 49 des Differentialventils 46 erforderlich und auch zum Wiederschließen
dieses Ventils geeignet ist. Infolgedessen bleiben die beiden Scheibenkupplungen
18, 29
des Planetenrädergetriebes bei dieser Stellung 84 des Handhebels
81 ausgerückt, was dem ersten Gang entspricht.
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Bei Bewegung des Handhebels in die übrigen Stellungen 90, 91
und 92 wird die Feder 89 zunehmend gespannt, so daß das Schließventil
87 daher erst bei höheren Drücken öffnet. Dadurch können in der Beaufschlagungsleitung
57 diejenigen Drücke erzeugt werden, die zum Schalten der beiden Scheibenkupplungen
in der bereits beschriebenen Weise erforderlich sind. Somit werden die einzelnen
Gänge durch die Verstellung des Handhebels nacheinander eingeschaltet, sofern die
Welle 35 umläuft, von der aus die Pumpe 58 angetrieben wird. Wird
der Handhebel 81 bei stehendem Fahrzeug in eine der Stellungen
90, 91, 92 bewegt, so fährt das Fahrzeug an, wenn der Motor läuft und infolgedessen
die Welle 14 angetrieben wird, und zwar mit beiden Kupplungen in ausgerücktem Zustand,
also mit dem untersten Gang. Die weiteren Gänge schalten sich dann bei Beschleunigung
des Fahrzeuges selbsttätig nacheinander ein, bis der durch die Handhebelstellung
gewählte Gang erreicht ist, der dann beibehalten wird. Die Geschwindigkeit, mit
welcher die Gangfolge durchgeführt wird, hängt von der Belastung des Fahrzeuges
ab. Ist das Leistungsgewicht nicht zu hoch, so erfolgt der Gangwechsel bis zu dem
gewählten Gang beinahe unmittelbar.
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In der Beaufschlagungsleitung 57 ist ein von einer Feder
96 in Schließstellung gehaltenes Sicherheitsventil 94 vorgesehen, das eine
öffnung 95 verschließt bzw. mit einer zum ölsammelbehälter führenden Leitung
97 verbindet, wenn der Druck in der Leitung 57 einen bestimmten Wert,
z. B. 12,5 kg/cm2, übersteigt.
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Die Steuervorrichtung nach der Erfindung ist nicht auf Getriebe mit
vier selbsttätig schaltenden Gängen beschränkt. Soll die Steuervorrichtung mehr
als vier Gänge automatisch schalten, so ist nur eine entsprechend größere Zahl von
Getriebesätzen mit zugehörigen Kupplungen und Differentialventilen vorzusehen.