DE1750114A1 - Hydraulisches Schaltgeraet fuer Zahnraederwechselgetriebe - Google Patents

Hydraulisches Schaltgeraet fuer Zahnraederwechselgetriebe

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Description

Patentanmeldung
Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Schaltgerät für Zahnräderwechselgetriebeo Es umfaßt im wesentlichen eine motorisch angetriebene Hydraulikpumpe, mindestens einen hydraulischen Stellmotor für die Ausführung der Schaltbewegungen, sowie ein elektrisch ausgelöstes Steuerglied zwischen Pumpe und Stellmotor. Das Steuerglied ist dabei einem elektrischen oder elektronischen Kommandogeber zugeordnet, der die Schaltbefehle gibt. Er kann als solcher verschiedener Art sein und gehört nicht zur vorliegenden Erfindung.
Elektronische Kommandogeber erfassen beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik den Fahrzustand eines Fahrzeuges an Hand mehrerer Meßwerte, die ein Abbild verschiedener Betriebszustände von Fahrzeugteilen sind, etwa Gaspedalstellung, Motordrehzahl, Fahrgeschwindigkeit, und geben daraufhin bei bestimmten Werten dieser Betriebszustände einen Schaltbefehl an das Steuerglied des Schaltgerätes, welch letzteres dann seinerseits den Schaltvorgang ausführt. Hierbei ist notwendig, daß dieser Schaltvorgang in möglichst kurzer Zeit nach Eintreffen des Schaltbefehles ausgeführt ist. Wäre das nicht der Fall, so hätten sich die Ausgangswerte für die Elektronik und damit der Fahrzustand den Fahrzeuges inzwischen wesentlich und soweit verändert, daß der Schaltvorgang nicht mehr unter den beabsichtigten Bedingungen erfolgen könnte. Eine solche Verzögerung könnte, wenn sie für alle Getriebeübersetzungen gleich ist, zwar durch den Kommandogeber berücksichtigt werden. Dies erfordert aber wiederum Mehraufwand.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schaltgerät der genannten Art anzugeben, welches zur Ausführung des Schaltkommandos nur ein Minimum an Schaltzeit benötigt.
Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Maßnahmen sowie, in vorteilhafter Ausgestaltung, durch die in den Unteransprüchen angeführten Maßnahmen gelöst.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert, die den hydraulischen Stellzylinder des Jchalt^erätes sowie einen Blockschaltplan des Hydraulikkreislaufes als Ausführungsbeispiel ^ für ein Getriebe mit zwei Schaltstellungen zeigt.
Das durch die Zahnräder 1, 2 und 3 symbolisierte Wechselgetriebe wird durch die Schaltgabel 4 geschaltet. Diese ist um den Punkt 5 drehbar und wird von einem Nocken 6 der Kolbenstange 7 des Arbeitskolbens 8 bewegt. Letzterer ist Bestandteil des hydraulischen Stellzylinders 9· Dieser enthält im Innern noch den hilfskolben 10 mit Kolbenstange 11 sowie den Anschlag 12.
Der Hydraulikkreislauf wird versorgt von der Pumpe 13. Sie saugt Hydrauliköl aus dem Vorratsbehälter 14 und drückt es über das Rückschlagventil 15 in einen Öldruckspeicher 16 von an sich beliebiger Art. Überflüssiges Hydrauliköl wird nach Auffüllung des Oldruck- ψ Speichers 16 durch das Überströmventil I7 und die Leitung 16 in den Vorratsbehälter 14 zurückgeführt.
Das elektrische Steuerglied 19f das weiter unten erläutert wird, bekommt den Schaltbefehl vom Kommandogeber 20. Dieser wird seinerseits durch eine Reihe von Meßwertgebern 21 angesteuert. Letztere können beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug die Motordrehzahl, die Gaspedalstellung, die Fahrgeschwindigkeit erfassen. Der Kommandogeber kann aber auch von Hand über die Drucktasten 22 und 23 ausgelöst werden. Der Kommandogeber 20 setzt sich aus entsprechend den jeweiligen
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Vi rhältiii~r>rtn gewählten Bausteinen der Elektronik zusammen, wie Schwellwertschalter, Kippstufen, logischen Torschaltunken etc. Solche Kommandogeber sind prinzipiell bereits bekannt.
Dir Kommandojeber 20 steht über eine elektrische Verbindung 24 mit dom Steuerglied 19 in Wirkung. Eine weitere elektrische Verbindung, 25j vorläuft zwischen dem Magnetventil 26 und dem Kommando geber. Die Verbindung 25 ist nicht unbedingt erforderlich. Sie kann entfallen, wenn eine andere Arbeitsweise des Hydraulikkreislaufes
gewählt wird.
Das Magnetventil 26 liegt zwischen Öldruckspeicher 16 und der Druck leitung 27, die sich in eine Schaltleitung 28 und eine Leitung 29 einen hydraulischen Nebenkreis aufteilt.
Im gewählten Ausführungsbeispiel steht die Schaltleitung 28 über die Leitung 29 mit dem linken Arbeitsraum 30 des Stellzylinders 9 unmittelbar in Verbindung. Pur die Druckräume 31 und 32 sind die hydraulisch betätigten Ventile 33 und 34 über die Leitungen 35 und zwischengeschaltet. Die Ventile 33 und 34 sind großvolumig ausgebildet und für das Durchströmen desjenigen Hydrauliköles vorgesehen, welches den Schaltvorgang bewirkt. Sie werden, wie durch die Symbole und 38 ihrer Betätigungskolben ersichtlich, mittels Druckflüssigkeit ausgelöst. Diese wiederum wird gesteuert durch Magnetventile 39 und Ihre Magnetspulen 41 und 42 werden vom Kommandogeber 20 ausgelöst. Λ
Am Kolben 7 ist eine Schaltnocke 43 angebracht. Diese betätigt in den Endstellungen Kontakte 44 und 45· Sie geben die Endlagen des Kolbens und mithin der Schaltgabel 4 in den Kommandogeber 20 ein. Mit 46 ist eine Rückführleitung für Hydrauliköl in den Vorratsbehälter 14 bezeichnet. Die Leitungen 47» 48 und 49 dienen zum Anschluß weiterer Steuerglieder, die genau so wie das Steuerglied 19 aufgebaut sind·
Die Zeichnung veranschaulicht das System im Ruhezustand. Seine Arbeitsweise ist wie folgt:
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Wie am unteren Verbindungssymbol des Ventils 26 ersichtlich, ist im Ruhezustand die Verbindung zwischen Speicher 16 und Druckleitung 27 unterbrochen. Wie weiterhin aus dem oberen Symbol des Ventiles 33 und dem unteren Symbol des Ventiles 34« sowie aus dem unteren Symbol des Ventils 26 und den übrigen Hydraulikleitungen ersichtlich, haben sämtliche Hydraulikaggregate Verbindung mit dem Vorratsbehälter 14. Der Druck im System kann sich somit im Ruhezustand abbauen und das Hydrauliköl verbleibt drucklos in den Leitungen und Aggregaten·
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gibt der Kommandogeber über die Verbindung 25 vor dem eigentlichen Schaltbefehl das Vorkommando ™ "Schaltbereitschaft" an das Magnetventil 26. Somit kommt dessen oberes Symbol zur Wirkung. Dadurch wird die Verbindung 27 unter den Druck des Speichers 16 gesetzt. Vie an Hand der Leitungen 2Q und 36 und des Ventiles 34 ersichtlich, stehen im Falle dieser Schaltbereitschaft beide Räume 30 und 32 unter Hydraulikdruck. Dadurch wird der Hilfskolben 10 des StellZylinders 9 nach links gegen den Anschlag 12 gedrückt und gleichzeitig der Arbeitekolben 8 nach rechts gegen die Stange 11, die seinen Weg begrenzt. Der Arbeitskolben 6 und damit die Stellung der Nocke 6 werden demgemäß hydraulisch in die Mittelstellung zentriert. Durch die nun offenen Kontakte 44 und 43 wird dies dem Kommandogeber 20 gemeldet und in diesem eine elektronische Auegangssperre in der Leitung 24 geöffnet.
Soll für einen Schaltvorgang der Arbeitekolben θ beispielsweise nach links bewegt werden, so erhält die Wicklung 4I über die Verbindung vom Kommandogeber den Schaltbefehl· Das Magnetventil 39 spricht an und öffnet die Hydraulikverbindung zwischen der Steuerleitung 29 und dem Betätigungskolben 37 des Ventiles 33* Durch dieses wird nunmehr die Leitung 35 mit der Leitung 28 verbunden, so daß jetzt auch der Raum 31 des Zylinders 9 vom Hydraulikdruck beaufschlagt wird. Da die wirksame Fläche auf der rechten Seite des Arbeitskolbens 8 größer ist als auf der linken Seite, wird der Kolben 8 nach links verschoben und
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der Schalbvorgang des Getriebes 1 bis 3 über die Teile 6 und 4 ausgeführt. Gleichzeitig damit wird der Kontakt 44 geschlossen, damit der ausgeführte Schaltvorgang dem Kommandogeber gemeldet und die weiter oben genannte Ausgangssperre im Kommandogeber 20 für die Leitung 24 geschlossen und damit ein neuer mechanischer Schaltvorgang blockiert, solange der vorhergehende noch in Wirkung ist. Gleichzeitig wird das Magnetventil 26 stromlos und das an die Leitung 27 angeschlossene gesamte Hydrauliksystem demgemäß wieder entlastet.
Das Zurückstellen des Getriebes 1, 2 und 3 in seine Neutralstellung arfolgt, wie weiter oben erläutert, durch die hydraulische Mittenzentrierung des Arbeitskolbens 8 bei Eintreffen des Vorkommandos "Schaltbereitschaft".
Soll aus dieser Mittenstellung bzw. Schaltbereitschaft heraus der Arbeitskolben 8 nach rechts verschoben werden, so wird jetzt die Wicklung 42 des Magnetventiles 40 durch den über die Verbindung 24 eintreffenden Schaltbefehl erregt. Das Magnetventil 40 gibt den Hydraulikzufluß zur oberen Seite des Betätigungskolbens 38 des Ventiles 34 frei. Dessen oberes Symbol kommt zur Wirkung und es wird eine Verbindung des Druckraumes 32 über die Leitungen 36 und zum Vorratsbehälter 14 freigegeben. Der Druck im Raum 32, der während der Schaltbereitschaft vorhanden war, kann sich abbauen und der im Raum 30 stets vorhandene Druck kann den Arbeitskolben 8 mitsamt dem Hilfskolben 10 nach rechts verschieben.
Wie ersichtlich, setzt sich das Steuerglied 19 aus Paaren von Ventilen zusammen, nämlich pro Schaltrichtung aus einem kleinvolumigen Magnetventil 39 bzw. 40 und einem von diesem gesteuerten großvolumigen flüasigkeitsgesteuerten Ventil 33 bzw. 34t welches seinerseits den eigentlichen Schaltvorgang steuert. Die Magnetventile können daher äußerst klein gewählt werden. Ihre entsprechend kleinen Wicklungen haben daher auch nur geringe Induktivitäten. Hierdurch ist zum Aufbau der Magnetfelder auch nur eine entsprechend minimale Zeit erforderlich.
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Das Schalten der nachfolgenden großvolumigen Ventile 33 und 34 erfolgt, da sie flüssigkeitsgesteuert sind, in demgegenüber vernachlässigbaren kurzen Zeiten. Durch die erfindungsgemäße Kombination eines kleinvolumigen Magnetventiles und eines nachfolgenden großvolumigen flüssigkeitsgesteüerten Ventiles wird somit eine minimalmögliche Zeitverzögerung für die Durchführung des Schalt vorgänge s erzielt und es läßt .jich beispielsweise eine reine Schaltzeit von 35 Millisekunden vom Eintreffen des Schaltbefehles bis Ende des Stellvorganges des Kolbens 8 erzielen. Würde man hingegen die großvolumigen Ventile 33 und 34 selbst als Magnetventile ausbilden, so müßten diese infolge der größeren Durchflußvolumina entsprechend größere Magnete mit entsprechend hochinduktiver wicklung haben. Dadurch würde der Aufbau der Hagnetfelder aber gegenüber der erfindungsgemäßen Lösung verzögert, wobei eine um das vierbis fünffache Verlängerung der Schaltzeit nicht unterschritten wurden kann.
Eine weitere Verkürzung der reinen Schaltzeit v/ird erreicht, wenn in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mindestens die Magnetventile 39 und 40 als Kugelsitzventile gewählt werden. Bei üblichen Ventilen mit zentrischen rotationssymmetrischen Steuerschiebern und um diese herum angeordneten ringförmigen Druckräumen ist eine positive Überdeckung der Druckräume durch die Steuerschieber erforderlich, um die Leckölverluste möglichst gering zu halten." Bei jeder Betätigung muß dort demgemäß zunächst der Weg dieser Überdeckung zurückgelegt werden, bevor der Steuerschieber den Jeg freigibt. Hierzu ist zusätzliche Zeit erforderlich und der Hagnet des Ventiles muß wegen des längeren Hubes entsprechend kräftig und mit entsprechend hoher Wicklungsinduktivität ausgebildet werden. Kugelsitzventile haben demgegenüber keinen positiven Überdeckungsweg der Verschlußglieder und somit kürzeren Arbeitshub. Ihre Magnete lassen sich somit kleiner und mit geringerer Wicklungsinduktivität ausbilden als bei den genannten Schieberventilen. Damit wird eine entsprechend kürzere Schaltzeit erreicht.
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Auf den Druckspeicher 16 kann verzichtet werden, wenn eine hinreichend leistungsfähige großvolumige Pumpe 13 verwendet wird. Um dieselbe kleiner wählen zu können und uin auch bei stillstehender Pumpe Hydraulikdruck zur Verfügung zu haben, wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Öldruckspeicher 16 vorgesehen*
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, ist im Hyaraulikkreislauf das Magnetventil 26 vorgesehen. Dies bietet /ie beschrieben - die Möglichkeit) das Hydrauliksystem im Ruhezustand, nämlich sowohl in der neutralen Mittenstellur.g- als auch in jeder der Endstellungen des Arbeitskolbens 8 druckmäßig zu entlasten. Der Kolben 8 kann daher nach ausgeführtem Schaltvorgang * frei kleinen Bewegungen nachgeben, die dem Nocken 6 vom Getriebe her über die übliche Rastung der Schaltgabel 4 erteilt werden können. Dadurch wird einer eventuellen Verschleißgefahr begegnet. Es dürfte jedoch ohne weiteres einzusehen sein, daß mit den üblichen Kenntnissen dex" Hydraulik auch hier ein Ruhedruck im Hydrauliksystem vorgesehen werden könnte, analog zu den aus der Elektrik her wohlbekannten Schaltkreisen ait Ruhestrom.
Einen besonders vorteilhaften Einsatz findet das erfindungsgemäße Schaltgerät bei Getriebeeinrichtungen, bei denen ein Synchronlauf der zu schaltenden Getriebeteile elektrisch erfaßt und die Werte dem KoBuaandogeber 20 zugeführt werden. Beim Passieren des Syn- *
chronpunktes gibt der Kommandogeber den Schaltbefehl und das Schaltgerät muß dann innerhalb kürzester Frist, nämlich innerhalb eines hinreichend engen Synchronbereiches, die Getriebeteile zusammenschalten. Es liegt auf der Hand, daß dies um so reibungsloser und βteuerungstechnisch einfacher erfolgen kann, je kürzer die Zeit zwischen Erhalt des Schaltbefehles und der Beendigung des Schaltvorganges ist. Bei hinreichend kurzer Schaltzeit erübrigt eich sogar ein Auskuppeln des Getriebes für den Schaltvorgang.
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Claims (1)

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Pat entansprüche t
• 1.1 Hydraulisches Schaltgerät für Zahnräderwechselgetriebe, umfassend eine motorisch angetriebene Hydraulikpumpe, einen hydraulischen Stellmotor, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (l9) zusammengesetzt ist aus einem druokflüseigkeitebetätigten Ventil (33) großen Durchflußvolumens, welches zwischen Druckleitung (28) und Stellmotor (9) eingeschaltet ist und aus einem Magnetventil (39) kleinen Durchflußvolumens, das den Vorsteuerkreis (37) des flüssigkeitsbetätigten Ventiles über einen hydraulischen Nebenkreis (29) steuert und dessen Erregerspule (41) mit einem elektrischen Kommandogeber (2o) an sich beliebiger Art verbunden ist (24)·
2« Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens das Hagnetventil (39) als Kugelsitzventil ausgebildet ist·
Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckleitung swisohen Hydraulikpumpe (13) und den genannten Ventilen ein öldruckspeicher (l6) beigeschaltet ist«
Schaltgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung zwisohe»
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Pumpe bau, Öllruckspeichec (16) und den Steuerventilen ein elektrisch gesteuertes Kehrwegeventil (26) eingeschaltet ist, dessen Erregerspule an dem Kommandogeber (20) liegt und das in seiner einen Stellung den Ölzufluß zu den Steuerventilen freigibt und in der anderen Stellung die Hydraulikkreisläufe derselben entlastet.
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