Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentan
spruches 1.
Aus der DE 43 09 901 A1 ist bereits ein hydraulischer Stellantrieb bekannt,
durch den eine Reibungskupplung, sowie ein Schaltgetriebe automatisiert betä
tigbar ist. Für eine automatisierte Kupplungsbetätigung wird ein Geberzylinder mit
Druck beaufschlagt, der mit einem Nehmerzylinder in Wirkverbindung steht. Der
Nehmerzylinder seinerseits ist mit dem Ausrücker der Reibungskupplung wirkver
bunden. Durch Druckbeaufschlagung des Geberzylinders, wobei die Stellbewe
gung des letztgenannten mittels eines Sensors detektiert wird, ist die Reibungs
kupplung automatisiert betätigbar. Der für die Betätigung des Geberzylinders er
forderliche Druck wird durch einen Druckspeicher bereitgestellt, wobei die Ver
bindung von Geberzylinder und Druckspeicher mittels einer Ventileinheit regelbar
ist. Als Ventileinheit sind getaktete Schaltventile oder ein proportional Wegeventil
vorgesehen.
Dem Druckspeicher sind mindestens zwei weitere Ventileinheiten zugeordnet,
über die zwei Stellzylinder für eine automatisierte Betätigung des Schaltgetriebes
mit Druck beaufschlagbar sind. Als Ventileinheiten sind Proportionalwegeventile,
Druckregelventile oder getaktete Schaltventile vorgesehen. Die Stellbewegung
dieser Stellzylinder wird direkt oder indirekt jeweils mittels Sensoren detektiert.
Zur Betätigung in Gangwahlrichtung ist ein doppeltwirkender Zylinder vorgese
hen. Für die übrigen Stellzylinder können auch einfach wirkende Zylinder vorge
sehen sein. Zur Steuerung der automatisierten Reibungskupplung und der auto
matisierten Betätigung des Schaltgetriebes ist dem hydraulischen Stellantrieb ei
ne Steuereinrichtung zugeordnet, der die Signale der den Stellzylinder zugeordne
ten Sensoren und weitere den Betriebszustand des Fahrzeugs charakterisierende
Signale zugeleitet werden.
Aus der WO 96/23 671 ist eine Anordnung bekannt, durch die eine Kupplung
und ein Getriebe automatisch betätigbar sind. Die Anordnung umfaßt in Haupt
ventil, durch das für eine automatische Betätigung der Kupplung oder für eine
automatische Betätigung des Getriebes eine Druckbeaufschlagung einer der
Kupplungen oder des Getriebes jeweils zugeordneten Betätigungseinheit frei
schaltbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stellantrieb zur Betätigung zumindestens
einer Reibungskupplung und gegebenenfalls eines Getriebes derart weiterzubil
den, daß die bei einem Schaltvorgang auftretende Zugkraftunterbrechung mini
miert ist.
Weiterhin lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System zur Erkennung ei
nes eingelegten bzw. nahezu eingelegten Ganges bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Patentanspruch 1 gegebenen
Merkmale gelöst.
Der Steuereinheit ist eine Sensorik zur Aufnahme von den Gradienten dem Dreh
zahl der Getriebeeingangswelle charakterisierenden Signale zugeordnet. Die Sen
sorik steht mit der Steuereinheit in Signalverbindung, so daß der Steuereinheit
diese Signale zugeleitet werden. Beim Einlegen eines angestrebten Fahrganges
wird die Getriebeeingangswelle gemäß dem Übersetzungsverhältnis des ange
strebten Fahrganges beschleunigt oder verzögert, was sich im Gradienten der
Drehzahl der Getriebeeingangswelle widerspiegelt. Ist der Fahrgang nahezu ein
gelegt, so geht der Gradient gegen Null. In Abhängigkeit von diesem Gradienten
der Drehzahl der Getriebeeingangswelle steuert die Steuereinheit den Aktuator
zum Einrücken der Reibungskupplung bei einer zumindestens teilweise ausge
rückten Reibungskupplung, ausgehend von dieser Position, an. Vorteilhaft ist,
daß ein nahezu eingelegter Gang frühzeitig erkannt wird und somit ein Einrücken
der Reibungskupplung bereits vor Erreichen eines vollständig eingelegten Fahr
ganges eingeleitet werden kann. Dadurch kann die Zeitdauer einer ausgerückten
Reibungskupplung während eines Fahrgangwechsels verkürzt werden, was sich
vorteilhaft auf die Fahrdynamik auswirkt.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den einzelnen Fahrgängen zugeordnete
Synchronisationspunkte anhand des Gradienten der Drehzahl der Getriebeein
gangswelle zu detektieren. Diese Synchronisationspunkte können mit in der
Steuereinheit abgelegten, den Fahrgängen zugeordneten Synchronisationspunk
ten verglichen werden. Dadurch kann eine Veränderung der Synchronisations
punkte im Laufe der Lebensdauer des Kraftfahrzeuges erkannt werden und die in
der Steuereinheit abgelegten Synchronisationspunkte dementsprechend modifi
ziert werden.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, in Abhängigkeit vom Gradienten der
Drehzahl der Getriebeeingangswelle die momentane Betätigungsstellung des Ge
triebes in Bezug auf den Synchronisationspunkt bei andauerndem Schaltvorgang
zu erkennen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, bei einer eine Gangwahleinrichtung
aufweisenden Ausführung die Gangwahleinrichtung in Abhängigkeit vom Gra
dienten der Drehzahl der Getriebeeingangswelle anzusteuern. Es kann die Gang
wahleinrichtung derart angesteuert werden, daß der Gradient der Drehzahl der
Getriebeeingangswelle einen vorbestimmten Verlauf einer Kennlinie aufweist. Da
durch kann die Betätigung des Getriebes und der Kupplung optimal aufeinander
abgestimmt durchgeführt werden. Es kann vorgesehen sein, die Gangwahleinrich
tung in Abhängigkeit von dem Fahrstil der Fahrers anzusteuern. Bei einem sportli
chen Fahrer wird mittels der Gangwahleinrichtung ein zügiges Gangeinlegen ge
steuert und bei einem durchschnittlichen Fahrer wird mittels der Gangwahlein
richtung der gewünschte Gang getriebeschonend eingelegt.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Kupplung bereits während der An
steuerung der Getriebegangwahleinrichtung zunächst teilweise einzurücken und
bei Unterschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes des Gradienten der Dreh
zahl der Getriebeeingangswelle, der vorzugsweise einen nahezu eingelegten Gang
anzeigt, die Kupplung vollständig einzurücken. Vorteilhafterweise wird bei teil
weiser eingerückter Reibungskupplung kein oder nur ein minimales Moment über
die Reibungskupplung übertragen. Durch diese optimale Abstimmung kann die für
einen Schaltvorgang benötigte Zeit verkürzt werden. Auch bei einer manuellen
Getriebebetätigung kann die Stellung, bei der der angestrebte Fahrgang nahezu
eingelegt ist, frühzeitig erkannt werden, und das Einrücken der Kupplung bereits
vor vollständig eingelegtem Fahrgang frühzeitig eingeleitet werden.
Als vorteilhafte Ausführungsform hat sich herausgestellt, einen Stellantrieb der
Ventileinheiten umfaßt, vorzusehen, die einen Schaltvorgang einerseits an der
Reibungskupplung und andererseits an dem Schaltgetriebe ermöglichen.
Dieser Stellantrieb umfaßt eine Schaltvorrichtung, die der der Reibungskupplung
zugeordneten Ventileinheit zugeordnet ist, ist der Stellzylinder für die Gassenwahl
mit dem der Reibungskupplung zugeordneten Hydraulikkreis verbunden. Durch
die Schaltstellung der Schaltvorrichtung ist eine Druckbeaufschlagung durch den
über die Ventileinheit bereitstellbaren Druck zwischen dem Stellzylinder zur Betä
tigung der Reibungskupplung und dem Stellzylinder für die Gassenwahl schaltbar.
Da beim Gangwechsel eine gleichzeitige Betätigung von Gassenwahl und Rei
bungskupplung nicht erforderlich ist, können diese beiden Stellzylinder über einen
gemeinsamen Hydraulikkreis angesteuert werden. Dadurch kann auf ein Steuer
ventil verzichtet werden.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, als Ventileinheit ein Proportionalwege
ventil vorzusehen. Durch eine indirekte oder direkte Detektion der durch die
Stellzylinder eingeleiteten Stellbewegung, ist die jeweils automatisierte Betäti
gung exakt regelbar. Die Ventileinheit wird von der Steuereinrichtung zur Bereit
stellung des erforderlichen Druckes entsprechend angesteuert.
Es hat sich bei aktivierter Gangwahleinrichtung in Richtung einzulegendem Fahr
gang als vorteilhaft herausgestellt, die Schalteinrichtung so zu schalten, daß die
Ansteuerung des der Reibungskupplung zugeordneten Stellzylinders ermöglicht
ist. Dadurch kann die Reibungskupplung ohne Zeitverzögerung eingerückt wer
den, sobald der Gang zumindestens nahezu eingelegt ist.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den Stellzylinder zur Änderung der
Schaltzustandes der Reibungskupplung beim Einlegen eines Fahrganges in Ab
hängigkeit vom Gradienten der Getriebeeingangswelle in Einkuppelrichtung anzu
steuern. Dabei resultiert der Gradient der Getriebeeingangswelle aus der Syn
chronisationsarbeit die durch die Gangwahleinrichtung beim Einlegen des Fahr
ganges auf die Synchronisationseinrichtung des Getriebes ausgeübt wird. Bis
zum Synchronisationspunkt wird zum Einlegen eines Ganges ein großer Stellweg
bei geringer erforderlicher Kraft zurückgelegt. Der Gradient der Getriebeein
gangswelle ist gering. Der Gradient der Getriebeeingangswelle aufgrund von Rei
bungsverlusten, z. B. in ihrer Lagerung, ist im Vergleich zu dem bei der Synchro
nisation auftretendem Gradienten vernachlässigbar. Am Synchronisationspunkt
wird durch die Gangwahleinrichtung die erforderliche Kraft für die Synchronisati
onsarbeit bereitgestellt. Der dabei zurückzulegende Weg ist gering und der dabei
auftretende Gradient ist beträchtlich. Mit zunehmenden Synchronisation nimmt
der Gradient ab. Dadurch ist ein eingelegter bzw. nahezu eingelegter Fahrgang
erkennbar.
Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Reibungskupplung einzurücken,
sobald der Gradient einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Dieser
Grenzwert entspricht einem nahezu eingelegtem Gang. Weiterhin hat es sich als
vorteilhaft herausgestellt, den mittels der Gangwahleinrichtung zurückgelegten
Betätigungsweg zu berücksichtigen. Es kann vorgesehen sein, nach überschreiten
eines Mindestbetätigungsweges der Gangwahleinrichtung den Stellzylinder zur
automatisierten Betätigung der Reibungskupplung zumindestens teilweisen Ein
rücken der letztgenannten anzusteuern.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Schalteinrichtung bei ausgerückter
Reibungskupplung für einen Fahrgangwechsel zur Änderung der Gasse für die
Ansteuerung des entsprechenden Stellzylinders umzuschalten. Ist eine Gas
senänderung bei dem gewünschten Fahrgangwechsel, z. B. vom ersten in den
zweiten Gang, nicht erforderlich, so ist ein Schalten der Schalteinrichtung nicht
notwendig.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, als Steuerventile zwei baugleiche vor
zugsweise Proportionalwegeventile, vorzusehen. Damit wird die Sortenvielfalt der
bei der Herstellung der Stellantriebes erforderlichen Bauteile reduziert. Somit
können größere Stückzahlen eingekauft werden, wodurch ein Preisvorteil erziel
bar ist. Des weiteren wird die Vorratshaltung der gegebenenfalls für eine Repara
tur benötigten Bauteile reduziert, was sich vorteilhaft auf die Werkstattkosten
auswirkt.
Die Stelleinrichtung weist ein, einen Innenraum und eine Begrenzung umfassen
des Reservoir auf. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Begrenzung mit
mindestens einer Ausnehmung zur Aufnahme jeweils einer Ventileinheit vorzuse
hen, wobei die Ventileinheiten derart angeordnet sind, daß in zumindestens einer
Schaltstellung eine direkte hydraulische Verbindung zum Innenraum des Reser
voirs hergestellt ist. Dadurch ist eine Beeinflussung der Rückläufe der verschie
denen Ventileinheiten unterbunden, da das Hydraulikmedium des Rücklaufs nach
Passierung der Ventileinheit bereits im Innenraum des Reservoirs angekommen
ist. Die Beeinflussung der Rückläufe von den Stellzylindern über die Ventileinhei
ten wäre durch größere Durchmesser der Hydraulikleitungen zum Reservoir be
seitigbar, jedoch wäre das mit größeren Kosten verbunden. Bei dieser Anordnung
werden die Hydraulikverbindungen von Ventileinheiten zum Reservoir sogar ein
gespart.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, der Schalteinrichtung eine
Steuereinrichtung zu zuordnen, die die Schalteinrichtung zumindestens in Ab
hängigkeit von der Steuerung der Ventileinheiten ansteuert. In Abhängigkeit von
der Steuerung der Ventileinheiten sind die mit den Ventileinheiten hydraulisch
verbundenen Stellzylinder mit Druck beaufschlagbar. In Abhängigkeit von der
Schaltstellung der Schalteinrichtung ist der für die Betätigung der Reibungskupp
lung oder der für die Gassenwahl vorgesehene Stellzylinder mit der der Reibungs
kupplung zugeordneten Ventileinheit hydraulisch verbindbar, so daß die Schalt
einrichtung indirekt in Abhängigkeit von der Ansteuerung und der Betätigung der
Stellzylinder angesteuert wird. In bestimmten Betriebssituationen ist sicherzustel
len, daß die an der Schalteinrichtung anliegenden Drücke in den Hydraulikleitun
gen, die mit Schalten der Schalteinrichtung miteinander verbunden werden, eine
vorbestimmte Druckdifferenz bzw. Druckgefälle nicht überschreiten. Mit Schalten
der Schalteinrichtung findet ein Druckausgleich statt, wodurch eine Stellbewe
gung des über die Schalteinrichtung mit der zugeordneten Ventileinheit verbun
denen Stellzylinders einsetzt. Durch Vorgabe der maximalen Druckdifferenz, die
durch entsprechende Ansteuerung der der Schalteinrichtung zugeordneten Venti
leinheit einstellbar ist, ist eine ungewollte Stellbewegung mit Schalten der
Schalteinrichtung aufgrund des Druckausgleiches ganz oder nahezu unterbro
chen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist es, der Steuereinrichtung einen nicht flüchtigen
Speicher zuzuordnen, indem Adaptionsdaten abgelegt sind. Diese Adaptionsdaten
sind mittels einer Adaptionsroutine einlesbar. Dadurch sind die Produktions
schwankungen, insbesondere von Ventileinheiten, der Schalteinrichtung, der Rei
bungskupplung und des Getriebes kompensierbar. Das Durchlaufen der Adapti
onsroutine ist in vorbestimmten Betriebssituationen vorgesehen, so daß die Ad
aptionsdaten auch während der Betriebsdauer der Kraftfahrzeuges modifiziert
werden. Somit wird eine dynamische, altersbedingte Veränderung der Stellan
triebs ausgeglichen. Dadurch kann gewährleistet werden, daß die Ist-Stellung
nicht über ein vorbestimmtes Maß von einer vorgegebenen Soll-Stellung ab
weicht. Zur Erfassung der Ist-Stellung sind vorzugsweise den Stellzylindern zuge
ordnete Sensoren vorgesehen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, mit Sperreinrichtungen versehene Hy
draulikleitungen zwischen Hydraulikkammern Stellzylinder der Stellantriebe vorzu
sehen, die bei Druckbeaufschlagung mit dem durch den Druckspeicher im norma
len Betrieb bereitgestellten Arbeitsdruck stets geschlossen sind. Als Sperreinrich
tung können insbesondere Rückschlagventile vorgesehen sein, die zur Entlüftung
des Hydrauliksystems sind diese Sperreinrichtungen durch Anlegen eines den
normalen Betriebsdruck überschreitenden Druck freischaltbar. Es kann auch die
Freischaltung der einzelnen Sperreinrichtungen nacheinander gekoppelt mit vor
gegebenen Betätigungen der Ventileinheiten und der Schalteinrichtungen vorge
sehen sein, so daß die möglichen Hydraulikkreise in Etappen nacheinander mit
Hydraulikflüssigkeit durchgespült werden. Beim Durchspülen wird in den jeweili
gen Hydraulikkreis vorhandene Luft von der durchströmenden Hydraulikflüssigkeit
mitgerissen und herausgespült. Weiterhin können auch durch eine Steuerung
schalbare Sperreinrichtungen, die zum Entlüften des Systems durch die Steue
rung freigeschaltet werden, vorgesehen sein.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die in das Getriebe 4 einleitbare Betäti
gungskraft für eine automatisierte Betätigung des Getriebes zu begrenzen. Vor
teilhafterweise sind die Stellzylinder mit derartigen Sperreinrichtungen versehen,
so daß durch eine übermäßige Druckbeaufschlagung einer der Hydraulikkammern
der Stellzylinder des Hydrauliksystems, insbesondere der Stellzylinder der Gang
wahleinrichtung, durch Freischaltung der Sperreinrichtung verhindert ist. Dadurch
wird eine übermäßige Belastung des Getriebes, insbesondere der Synchronisati
onseinrichtungen, verhindert.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, bei einer mittels eines Aktuators auto
matisiert betätigbaren Reibungskupplung für ein Einrücken der Reibungskupplung,
ausgehend von einer zumindestens teilweisen ausgerückten Position, den Aktua
tor in Abhängigkeit von dem Gradienten der Getriebeeingangswelle anzusteuern.
Als Aktuator ist z. B. der aus der DE 44 33 824 A1 oder aus der
DE 42 37 853 A1 bekannte Aktuator einsetzbar.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in weiteren Unteransprüchen beschrieben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher be
schrieben. Es zeigt:
Fig. 1 Stellantrieb mit hydraulischen Stellzylindern zur automatisierten Betäti
gung einer Reibungskupplung und eines Schaltgetriebes;
Fig. 2 Reservoir mit Ventileinheit;
Fig. 3 Stellantrieb mit hydraulischen Zylindern zur automatisierten Betätigung
einer Reibungskupplung und eines Schaltgetriebes.
Das in Fig. 1 dargestellt Hydrauliksystem 4 umfaßt eine Mehrzahl von Hydrau
likzylindern 21, 25, 29 zur automatisierten Betätigung von einer Reibungskupp
lung 37 und einem Getriebe 35. Es sind zwei einfachwirkende Zylinder 21, 25
zur Betätigung der Reibungskupplung 37 und zur Betätigung des Getriebes 35 in
Gassenwahlrichtung 49 vorgesehen. In Gangwahlrichtung 51 ist ein doppeltwir
kender Zylinder 29 vorgesehen. Zur Ansteuerung der Hydraulikzylinder 21, 25, 29
ist ein Druckspeicher 9 vorgesehen, der mittels einer Pumpe 3, mit Hydraulik
flüssigkeit aus einem Reservoir 7 beaufschlagbar ist, die durch einen Antrieb 5,
vorzugsweise durch einen Elektromotor, angetrieben wird. Die Hydraulikzylin
der 21, 25, 29 sind über Ventileinheiten 10, und über ein nachgeschaltetes
Schaltventil 19 mit Schaltstellungen a,b,c oder eine Schalteinrichtung 15 mit den
Schaltstellungen a und b durch entsprechender Schaltung hydraulisch mit dem
Druckspeicher 9 verbindbar. Als Ventileinheiten 10 sind hier Steuerventile 11, 13
in Form eines Druckregelventils 12 und eines Proportionalwegeventils 14 vorge
sehen.
Diese Hydraulikzylinder 21, 25, 29 mit den Ventileinheiten 10, Schaltventil 19 und
der Schalteinrichtung 15 stellen das Hydrauliksystem 40 dar. In dem Hydraulik
system 40 kann ein Filter angeordnet sein, durch den eventuell vorhandene
Schmutzpartikel herausgefiltert werden. Durch Schmutzpartikel in der Hydraulik
flüssigkeit kann die Funktion der Ventileinheit 10 beeinträchtigt werden.
Schmutzpartikel können, z. B. durch Verschleiß, insbesondere Abrieb, in das Hy
draulikmedium gelangen.
Im folgenden wird auf den Aufbau des Hydrauliksystems 4 näher eingegangen.
Mit dem Druckspeicher 9 ist ein Druckregelventil 12 hydraulisch verbunden, über
das das Schaltventil 19 mit Druck beaufschlagbar ist. In Abhängigkeit von der
Schaltstellung des Schaltventils 19 ist eine der Hydraulikkammern 30, 32 des
doppeltwirkenden Zylinders 31 mit Druck beaufschlagbar. Dieser doppeltwirken
de Zylinder 31 steht mit der Schaltwelle 50 in Wirkverbindung. Durch die Aus
lenkung des doppeltwirkenden Zylinders 31, wird die Schaltwelle 50 des Getrie
bes 35 in Gangwahlrichtung 51 betätigt. Diesem doppeltwirkendem Zylinder 31
ist ein Sensor 65 zugeordnet, der die Stellbewegung des Zylinders 31 aufnimmt.
Durch diesen Hydraulikkreis, umfassend das Druckregelventil 12, das Steuerven
til 19 und dem doppeltwirkendem Zylinder 31, wird hier die Gangwahleinrich
tung 17 gebildet. Weiterhin ist dem Getriebe 35 ein Sensor 57 zur Detektion der
Schaltstellung des Getriebes 35 bzw. der Schaltwelle 50 zugeordnet. Als Sen
sor 57 kann z. B. der aus der DE 38 36 145 A1 bekannte Sensor vorgesehen
sein. Der innerhalb oder außerhalb des Getriebes 35 angeordnet sein kann.
Mit dem Druckspeicher 9 ist eine weitere Ventileinheit 10 in Form eines Propor
tionalwegeventils 14 verbunden. Diesem Proportionalwegeventil 14 ist eine
Schalteinrichtung 15 nachgeschaltet. Als Schalteinrichtung 15 ist hier ein
3/2-Wegeventil vorgesehen. In Abhängigkeit von der Schaltstellung der Schalt
einrichtung 15 ist entweder der Stellzylinder 21 zur Betätigung der Reibungs
kupplung 37 oder der Stellzylinder 25 zur Betätigung der Schaltwelle 50 in Gas
senwahlrichtung 49 über das Proportionalwegeventil 14 mit Druck beaufschlag
bar oder druckfrei schaltbar. Diesen einfachwirkenden Zylindern 23, 27 ist jeweils
ein Sensor 61, 63 zur Detektion der jeweiligen Stellbewegung zugeordnet. Das
Ausgangsteil des Stellzylinders 21 zur Betätigung der Reibungskupplung 37 wirkt
hier über einen Hebel auf einen Ausrücker 38 der Reibungskupplung 37. Das
Ausgangsteil des Stellzylinders 25 zur Betätigung des Schaltgetriebes 35 in Gas
senwahlrichtung 49 ist mit der Schaltwelle 50 wirkverbunden.
Weiterhin ist ein Sensor 39 zur Detektion des Gradienten der Getriebeeingangs
welle dem Getriebe 35 zugeordnet. Als Sensoren sind z. B. Hallelemente oder
Magnetelemente oder Inkrementalgeber einsetzbar.
Weiterhin ist dieses Hydrauliksystem mit einem Entlüftungssystem 41 versehen,
dessen Aufbau im folgenden näher beschreiben wird.
Durch die Schaltung der Ventileinheiten 10, der Schalteinrichtung 15 und des
Schaltventils 19 sind Hydraulikkammern der Stellzylinder 21, 25, 29 mit Druck
beaufschlagbar. Diese Hydraulikkammern der Stellzylinder 21, 25, 29 sind über
mit Sperreinrichtungen 42 versehene Hydraulikverbindungen miteinander verbun
den. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind als Sperreinrichtungen 42 Rück
schlagventile 43, 45, 47 vorgesehen, die bei einem im Bereich des normalen Ar
beitsdruckes anliegenden Druck die jeweilige hydraulische Verbindung sperren.
Durch diese hydraulischen Verbindungen ist das Entlüftungssystem 41 in den
Stellantrieb 1 integriert, auf dessen Funktionsweise später detailliert eingegangen
wird.
Zunächst soll auf die Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Stellantriebes 1
näher eingegangen werden.
Wird ein gewünschter bzw. erforderlicher Gangwechsel detektiert, so wird bei
einem Getriebe, dessen Stellzylinder 25 zur Gassenbetätigung bei eingelegtem
Fahrgang 53 drucklos geschaltet ist, vorzugsweise durch die Freigabe einer hy
draulischen Verbindung eines Rücklaufes 73 über das Steuerventil 11 in Schalt
stellung c bei Schaltstellung a der Schalteinrichtung 15, zunächst der Stellzylin
der 25 zur Gassenbetätigung angesteuert. Die Schalteinrichtung 15 wird von der
Steuereinrichtung 55 zur Einnahme der Schaltstellung a angesteuert, sofern diese
nicht die aktuelle Schaltstellung ist. Zur Druckbeaufschlagung wird das Propor
tionalwegeventil 14 in Schaltstellung a geschaltet, so daß die Schaltwelle 50 in
der entsprechenden Schaltgasse des eingelegten Fahrganges von einer Anlage
position eine anlagefreie, vorzugsweise die Mittelposition, einnimmt. Die dafür
erforderliche Druckbeaufschlagung wird durch Rückkopplung der durch den Sen
sor 63 detektierten Stellbewegung durch eine Steuerung 56 gesteuert. Dieser
Steuerung 56 ist ein nicht flüchtiger Datenspeicher 60 zugeordnet, in dem Steu
erdaten abgelegt sind. Ist die Soll-Position eingenommen, so wird das Proportio
nalwegeventil 14 auf Schaltstellung b geschaltet. Ist vorgesehen, daß bei einge
legtem Gang 53 die Schaltwelle 50 auf einer Mittelposition der Gasse des einge
legten Ganges verbleibt, so wird ein gewünschter Fahrgangwechsel mit dem fol
genden Schritt begonnen. Durch die Steuereinrichtungen 55, 56 wird ein Auskup
peln und ein Gangherausnehmen eingeleitet. Die Schalteinrichtung 15 wird in
Schaltstellung b umgeschaltet. Damit ist der Zu- und Abfluß von Hydraulikflüs
sigkeit zum Stellzylinder 25 gesperrt und eine hydraulische Verbindung vom Pro
portionalwegeventil 14 zum Stellzylinder 21 freigeschaltet. Das Proportionalwe
geventil 14 wird wieder in Schaltstellung a umgeschaltet, wodurch der Stellzylin
der 21 mit Druck beaufschlagt wird. Für ein schnelles Ausrücken wird der
Stellzylinder 21 mit maximalem Druck beaufschlagt. Die Stellbewegung wird mit
tels des Sensors 61 detektiert und es wird mittels der Ansteuerung des Propor
tionalwegeventils 14, wobei auch entsprechende Daten aus dem Datenspei
cher 60 zurückgegriffen wird, die Reibungskupplung 37 auf eine Betätigungsstel
lung positioniert, in der vorzugsweise gerade kein Moment mehr über die Rei
bungskupplung 37 übertragen wird. Während oder nach dem Ausrücken der Rei
bungskupplung 37 ist das Herausnehmen des Fahrganges vorgesehen. Das
Schaltventil 19 wird umgeschaltet, wodurch die Betätigungsrichtung umgekehrt
wird. Das Druckregelventil 12 wird unter Zurückgreifen auf abgelegte Daten, die
vorzugsweise in dem Datenspeicher 60 abgelegt sind, auf die Schaltstellung a
derart geschaltet, daß der Stellzylinder 29 die gewünschte Stellbewegung zum
Herausnehmen des Fahrganges ausführt. Vorzugsweise umfaßt der Datenspei
cher 60 ein Kennfeld, in dem dem Fahrgangwechsel zugeordnete entsprechende
Sollbetätigungskennlinien abgelegt sind. Diese Soll-Betätigungskennlinien können
durch Heranziehen von Adaptionsdaten in Ansteuerungsprofile umgewandelt
werden. Es können auch direkt Ansteuerungsprofile abgelegt sein, die mittels der
in dem nicht flüchtigen Speicher 59 abgelegten Adaptionsdaten individuell an den
jeweiligen Stellantrieb angepaßt werden. Ist ein Gassenwechsel erforderlich, so
wird die Schalteinrichtung 15 in Position a umgeschaltet. Je nach erforderlicher
Betätigungsrichtung des Stellzylinders 25 wird das Proportionalwegeventil 14 in
Schaltstellung a oder c geschaltet. Nach Detektion der vorgegebenen Soll-Stel
lung bezüglich der Gasse durch den Sensor 63 wird das Proportionalwege
ventil 14 wieder in Schaltposition b geschaltet. Die dem gewünschten Fahrgang
zugeordnete Gasse ist eingenommen und der Fahrgang 53 kann eingelegt wer
den. Dafür wird das Schaltventil 19 je nach erforderlicher Betätigungsrichtung
des Stellzylinders 29 zum Einlegen des gewünschten Fahrganges in Schaltstel
lung a oder c umgeschaltet. Es kann nun vorgesehen sein, durch entsprechende
Ansteuerung des Druckregelventils 12 in Schaltstellung a zunächst eine schnelle
Stellbewegung des Stellzylinders 29 anzusteuern. Kurz vor Erreichen des Syn
chronisationspunktes 54 wird die Druckbeaufschlagung reduziert, so daß dieser
mit verminderter Stellgeschwindigkeit angefahren wird. Mit Erreichen des Syn
chronisationspunktes 54 wird durch entsprechende Druckbeaufschlagung die für
die Synchronisation erforderliche Kraft gesteuert bereitgestellt. Bei der Synchro
nisation wird die Getriebeeingangswelle auf die Drehzahl der Getriebeausgangs
welle beschleunigt oder verzögert. Damit geht ein großer Gradient der Getriebe
eingangswelle einher. Dieser Gradient wird durch den Sensor 39 detektiert. Der
Synchronisationsvorgang kann in Abhängigkeit von dem Gradienten der Getrie
beeingangswelle gezielt gesteuert werden. Der zurückgelegte Weg bei dem Syn
chronisationsvorgang ist sehr gering. Ein eingelegter Gang ist zum einen durch
Einsetzen einer merklichen Stellbewegung des Stellzylinders 29 durch den Sen
sor 65 und/oder durch einen minimalen Gradienten der Getriebeeingangswelle,
der durch die Reibverluste des Fahrzeuges bei der entsprechenden Geschwindig
keit aufgrund der Zugkraftunterbrechung resultiert, detektierbar. In diesem Aus
führungsbeispiel ist zusätzlich noch ein dem Getriebe zugeordneter Sensor 57
vorgesehen, durch den die jeweilige Stellung der Schaltwelle bzw. die Schaltpo
sition des Getriebes erfaßt wird. Wird durch die Steuereinrichtung 56 ein einge
legter oder nahezu eingelegter Gang detektiert, so kann die Reibungskupplung 37
wieder eingerückt werden. Die Position des nahezu eingelegten Ganges ent
spricht einer Position, bei der die dem Fahrgang 53 zugeordnete Position 1-5
und Rückwärtsgang des vollständig eingelegten Fahrganges während der An
steuerung der Reibungskupplung 37 eingenommen wird. Zum Einkuppeln wird die
Schalteinrichtung 15 in Schaltstellung b geschaltet. Zur Druckbeaufschlagung
wird das Proportionalwegeventil 14 in Schaltstellung a umgeschaltet. In be
stimmten Fällen kann eine Angleichung des druckspeicherseitigen anliegenden
Druckes an den zylinderseitigen Druck des anzusteuernden Zylinders erforderlich
sein. Ist dies erforderlich, so ist als Schalteinrichtung ein 3/3-Wegeventil vorge
sehen, daß in einer seiner Schaltstellungen, vorzugsweise der mittleren Schalt
stellung die hydraulischen Verbindungen zu beiden Stellzylindern 21, 25 sperrt.
Das Proportionalwegeventil 14 wird kurzzeitig in Schaltstellung a oder c zum
Aufbau des gewünschten Druckes in der Hydraulikzuleitung der Schalteinrichtung
auf der im Zylinder abgewandten Seite geschaltet. Anschließend wird das Pro
portionalwegeventil 14 in Schaltstellung c zur Druckentlastung des Stellzylin
ders 21 umgeschaltet. Dieser Stellzylinder 21 wird gesteuert druckentlastet, so
daß die Reibungskupplung 37 ruckfrei eingerückt wird. Es kann vorgesehen sein,
die Reibungskupplung derart einzurücken, daß der Gradient der Getriebeein
gangswelle einen vorgegebenen Verlauf aufweist bzw. einen maximalen vorge
gebenen Wert nicht überschreitet. Stehen der Steuereinrichtung 56 den Antrieb,
hier Verbrennungsmotor, charakterisierende Signale wie z. B. Motormoment
und/oder Drehzahl zur Verfügung, so können diese Daten zur Vorgabe eines ge
wissen Gradientenverlaufs der Getriebeeingangswelle herangezogen werden. Un
terstützend kann auch eine Ansteuerung des Motors zum Angleichen der Dreh
zahl von Kurbelwelle und Getriebeeingangswelle vorgesehen sein. In dem darge
stellten Ausführungsbeispielen sind die Steuereinrichtung 55 zur Steuerung der
Schalteinrichtung 15 und die Steuereinrichtung 59 des Stellantriebs 1 separat
dargestellte es ist jedoch ohne weiteres eine zentrale Steuereinrichtung vorseh
bar. Ist die Reibungskupplung 37 vollständig eingerückt, wobei dieser Zustand
durch einen identischen Gradienten der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswel
le erkennbar ist, so wird das Proportionalwegeventil 14 in Schaltstellung b umge
schaltet. Der Gangwechsel ist abgeschlossen. Ist vorgesehen den Stellzylinder 25
zur Betätigung der Gasse bei eingelegtem Fahrgang 53 drucklos zu schalten, so
wird bei Detektion des eingelegten Fahrganges 53 der Stellzylinder 25 durch
Schaltung der Schalteinrichtung 15 in Schaltstellung a und Schaltung des Pro
portionalwegeventils 14 in Schaltstellung c drucklos geschaltet. Diese Druckent
lastung des Stellzylinders 25 ist optional und nach dem Einrücken der Reibungs
kupplung 37 vorgesehen.
Im folgenden wird die Funktionsweise des Entlüftungssystems 41 näher be
schrieben. Nach der Montage des Stellantriebes 1 bzw. nach Reparaturarbeiten
an dem Hydrauliksystem 4 des Stellantriebes 1, kann ein Entlüften zur Gewähr
leistung einer störungsfreien Funktion erforderlich sein. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispielen kann ein stufenweises Durchspülen der Hydraulikkammern
der Stellzylinder 21, 25, 29 gesteuert werden. Im folgenden wird ein möglicher
Schaltungsablauf beschrieben. Ein Durchspülen der Hydraulikkammern in einer
abweichenden Reihenfolge kann ohne das Entlüftungssystems 41 als solches zu
ändern, vorgesehen werden. Das Steuerventil 13 wird in Schaltstellung a ge
schaltet und das nachgeschaltete Schaltventil 19 wird ebenfalls in Schaltstel
lung a gebracht. Es wird ein den normalen Arbeitsdruck erheblich überschreiten
der Druck bereitgestellt. Das Druckbegrenzungsventil 43 wird durch diesen wir
ken Druck geöffnet und zumindestens die beiden Hydraulikkammern 30, 32 des
Stellzylinders 29 werden mit Hydraulikflüssigkeit durchspült. Sind diese Hydrau
likkammern 30, 32 ausreichend durchspült, so wird das Schaltventil 19 in Schalt
position c umgeschaltet. Des weiteren wird die Schalteinrichtung 15 auf Schalt
stellung a und das Steuerventil 11 auf Schaltstellung c geschaltet. Dadurch wird
die Hydraulikkammer 30 des Stellzylinders 29 und durch Freischaltung des
Druckbegrenzungsventils 45 die Hydraulikkammer des Stellzylinders 25 mit Hy
draulikflüssigkeit durchspült. Mit Schalten der Schalteinrichtung 15 in Schaltstel
lung b wird mit Freischaltung des Rückschlagventils 47 die Hydraulikkammer des
Stellzylinders 21 mit Hydraulikflüssigkeit durchströmt. Mit Druckbeaufschlagung
mit einem Druck im Bereich des Arbeitsdruckes schließen die Rückschlagventile
wieder und der Entlüftungsvorgang ist abgeschlossen. Der Stellantrieb ist be
triebsbereit.
Anhand von Fig. 2 wird eine mögliche Anbindung der Ventileinheit 10 an das Re
servoir näher beschrieben. Das Reservoir 7 weist einen Innenraum 67 und eine
Begrenzung 69 auf. Die Begrenzung 69 ist mit einer Ausnehmung 68, die bis in
den Innenraum 67 hineinreicht, versehen. Die Ventileinheit 10 füllt die Ausneh
mung auf der Außenseite der Begrenzung 69 vollständig aus, womit die hydrauli
sche Dichtigkeit der Begrenzung 68 sichergestellt ist. Die Ventileinheit 10 weist
einen Druckspeicheranschluß 75, einen Ausgangsanschluß 77 und einen Reser
voiranschluß 79 auf, wobei der letztgenannte in den Innenraum 67 des Reser
voirs 7 hineinragt, so daß das den Reservoiranschluß 79 passierende Hydraulik
medium direkt in den Innenraum 67 des Reservoirs 7 gelangt. Die Begrenzung ist
mit Bohrungen 81, 83 versehen. Über die Bohrung 81 ist eine hydraulische Ver
bindung von dem Ausgangsanschluß 77 zu zumindestens einem der Stellzylin
der 21, 25, 29 bereitstellbar. Über die Bohrung 83 ist eine hydraulische Verbin
dung von dem Druckspeicheranschluß 75 zum Druckspeicher 9 bereitstellbar. Die
dargestellte Ventileinheit 10 umfaßt eine Außenhülse 85 die zur Begrenzung orts
fest angeordnet ist, wobei durch mindestens ein zur Außenhülse verschließbares
Innenelement die mittels der Ventileinheit 10 bereitstellbaren hydraulischen Ver
bindungen schaltbar sind.
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel weist ein von dem anhand von Fig.
1 beschriebenen Entlüftungssystems 41 abweichendes Entlüftungssystem 40
auf. Der übrige Aufbau entspricht dem anhand von Fig. 1 beschriebenen Aufbau.
Im folgenden wird das Entlüftungssystem 40 näher beschrieben. Das gezeigte
Entlüftungssystem 40 umfaßt ein dem für die Kupplungsbetätigung vorgesehe
nen Stellzylinder 21 zugeordnetes Rückschlagventil 47. Bei Beaufschlagung mit
tels des Stellzylinders 21 mit einem einen vorbestimmten Grenzwert überschrei
tenden Druck öffnet das Rückschlagventil 47 und die Hydraulikleitung sowie die
Hydraulikkammer des Stellzylinders 21 wird mit Hydraulikflüssigkeit zur Entlüf
tung durchströmt. Die Hydraulikflüssigkeit strömt über den Rücklauf 43 in das
Reservoir zurück. Auch die für die automatisierte Betätigung des Schaltgetriebes
vorgesehenen Stellzylinder 25 und 29 sind mit Rückschlagventilen 43-45 verse
hen. Zur Entlüftung des Systems werden die Stellzylinder 25, 29 mit hohem
Druck, bei dem die Rückschlagventile 43-45 öffnen, beaufschlagt. Die Hydrau
likleitungen sowie die Hydraulikkammern der Stellzylinder 25, 29 werden von Hy
draulikflüssigkeit durchströmt, wobei vorhandene Restluft von der durchströmen
den Hydraulikflüssigkeit mitgerissen wird.
Weiterhin wird durch die in Fig. 3 gezeigte Anordnung der Rückschlagventi
le 43-45 eine übermäßige Krafteinleitung zur automatisierten Betätigung des Ge
triebes bzw. Druckbeaufschlagung der Stellzylinder 25, 29 verhindert. Wird die
Hydraulikkammer 32 mit hohem Druck beaufschlagt, so öffnet das Rückschlag
ventil 43. Die Hydraulikflüssigkeit strömt in die Hydraulikkammer 30. Dadurch ist
die Druckdifferenz zwischen den Hydraulikkammern 30 und 32 und die in das
Getriebe eingeleitete Kraft dementsprechend reduziert. Bei Überschreiten eines
vorbestimmten Druckes in der Hydraulikkammer 30 öffnet das Rückschlagven
til 41 und die Hydraulikflüssigkeit strömt über den Rücklauf 73 in das Reservoir
zurück. Wird nur die Hydraulikkammer 30 mit übermäßigem Druck beaufschlagt,
so öffnet das Rückschlagventil 43 und die Hydraulikflüssigkeit strömt in das Re
servoir 7 zurück, wodurch die Krafteinleitung in das Getriebe mittels Druckbeauf
schlagung der Kammer 30 begrenzt ist. Auch der Stellzylinder 25 ist mit einem
Rückschlagventil 44 versehen. Bei Druckbeaufschlagung mit einem einen vorbe
stimmten Grenzwert überschreitenden Druck öffnet das Rückschlagventil 44,
wodurch die mittels des Stellzylinders 25 in das Getriebe einleitbare Kraft be
grenzt ist. Durch die Wahl der jeweiligen Rückschlagventile ist vorgebbar, bis zu
welchem Druck die Hydraulikkammern der Stellzylinder 25, 29 beaufschlagbar
sind.
Bezugszeichenliste
1
Stellantrieb
2
Hydraulikkreis
3
Pumpe
4
Hydrauliksystem
5
Motor
7
Reservoir
9
Druckspeicher
10
Ventileinheit
11
Steuerventil
12
Druckregelventil
13
Steuerventil
14
Proportionalwegeventil
15
Schalteinrichtung
17
Gangwahleinrichtung
19
Schaltventil
21
Stellzylinder
23
einfachwirkender Zylinder
25
Stellzylinder
27
einfachwirkender Zylinder
29
Stellzylinder
30
Hydraulikkammer
31
doppeltwirkender Zylinder
32
Hydraulikkammer
35
Getriebe
37
Reibungskupplung
38
Ausrücker
39
Sensor
40
Entlüftungssystem
41
Entlüftungssystem
42
Sperreinrichtung
43
Rückschlagventil
45
Rückschlagventil
46
Rückschlagventil
47
Rückschlagventil
49
Gassenwahlrichtung
50
Schaltwelle
51
Gangwahlrichtung
53
Fahrgänge
54
Synchronisationspunkte
55
Steuereinrichtung
56
Steuereinrichtung
57
Sensor
59
nicht flüchtiger Speicher
60
Datenspeicher
61
Sensor
63
Sensor
65
Sensor
67
Inneraum
68
Ausnehmung
69
Begrenzung
71
direkte hydraulische Verbindung
73
Rücklauf
75
Druckspeicheranschluß
77
Ausgangsanschluß
79
Reservoiranschluß
81
Bohrungen (Ausgangsanschluß)
83
Bohrung (Druckspeicheranschluß)
85
Außenhülse