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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Servosteuerung eines servogesteuerten Getriebes.
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STAND DER TECHNIK
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Servogesteuerte Getriebe finden eine zunehmende Verbreitung, sie gleichen strukturmäßig einem traditionellen Hand-Gang-Schaltgetriebe, mit der Ausnahme, dass hierbei das Kupplungspedal und der Schalthebel nicht vom Fahrer sondern mittels elektrischer oder hydraulischer Servosteuerungen betätigt werden.
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Bei Verwendung einer servogesteuerten Handschaltung muss der Fahrer nur der Steuerzentrale des Schaltgetriebes den Befehl zum Umschalten auf einen höheren oder einen niederen Gang übermitteln, worauf die Steuerzentrale des Schaltgetriebes automatisch mittels Eingriff auf den Motor und die zugehörigen Kupplungs- und Gang-Servosteuerungen den Gang umschaltet.
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Im Allgemeinen ist die Servosteuerung des Getriebes hydraulischer Art, die die Schaltstange betätigt und diese sowohl axial verstellt (d. h. längs der Zentralachse) zur Auswahl des Gangschaltbereichs, als ihre Drehung um die Zentralachse bewirkt, zum Einlegen bzw. Herausnehmen der einzelnen Gänge. Dementsprechend umfasst die Servosteuerung des Getriebes einen hydraulischen Schubantrieb, der mechanisch mit der Schaltstange zu ihrer axialen Verstellung verbunden ist und einen hydraulischen Drehantrieb, der ebenfalls mechanisch mit der Schaltstange zu ihrer Drehung verbunden ist.
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Die Servosteuerung des Getriebes umfasst weiters einen Speicherbehälter für das Steuermedium (typisch Öl) mit Atmosphärendruck zur Betätigung der hydraulischen Antriebe und eine Elektropumpe zur Entnahme des Steuermediums aus dem Speicherbehälter und dessen Zufuhr unter Druck zum hydraulischen Druckspeicher, sowie eine Anzahl von Magnetventilen zur jeweiligen Verbindung der Kammern der Hydraulikantriebe mit dem Speicherbehälter und dem Druckspeicher.
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Hydraulische Druckspeicher der bekannten Art umfassen ein äußeres Gehäuse, dessen Innenraum in eine erste Kammer mit variablem Volumen zur Aufnahme des Steuermediums und in eine zweite Kammer mit variablem Volumen zur Aufnahme eines Druckgases (typisch N2) unterteilt ist.
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Die Trennung zwischen der ersten und der zweiten Kammer erfolgt typischer Weise mit Hilfe von im äußeren Gehäuse axial bewegbar angeordneten Trennvorrichtungen, die sich zwischen einer oberen und einer unteren Endstellung bewegen, um das Volumen der ersten bzw. der zweiten, im äußeren Gehäuse angeordneten Kammer zu ändern. Die Trennvorrichtungen können insbesondere aus einem Metallfaltenbalg, einer elastischen Trennmembrane oder auch aus einem Kolben bestehen.
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Zunehmende Verwendung finden insbesondere hydraulische Druckspeicher, die ein äußeres Gehäuse mit einem topfförmigen Körper und einen im äußeren Gehäuse angeordneten Kolben aufweisen, der im Gehäuse bewegbar und axial verstellbar ist, Die oben beschriebenen hydraulischen Druckspeicher weisen, obwohl sie einfach und wirtschaftlich herzustellen sind, den Nachteil auf, dass im Fall einer plötzlichen und starken Beschädigung der Ausgangsleitung des Druckspeichers (ein Leitungsbruch von z. B. 10 mm bewirkt einen erheblichen Leckverlust des Steuermediums) diese einen so starken Unterdruck verursacht, dass die im äußeren Gehäuse angeordneten Trennvorrichtungen aus ihrem Sitz gleiten und Schäden an der hydraulischen Servosteuerung verursachen.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Servosteuerung eines servogesteuerten Schaltgetriebes so auszugestalten, dass sie die Nachteile der bekannten Technik überwindet und gleichzeitig einfach und wirtschaftlich herzustellen ist.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine hydraulische Servosteuerung eines servogesteuerten Schaltgetriebes wie von den beiliegenden Ansprüchen beansprucht, ausgeführt.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figuren beschrieben, die eine beispielsweise, nicht einschränkende Ausführung darstellen, wobei:
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1 ein erfindungsgemäßes elektrisches und hydraulisches Funktionsdiagramm einer hydraulischen Servosteuerung eines servogesteuerten Getriebes darstellt;
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2 eine vertikale Seitenansicht eines hydraulischen Druckspeichers der Servosteuerung in 1 darstellt;
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3 einen Querschittsaufriss einer ersten Ausführungsform eines hydraulischen Druckspeichers der Servosteuerung in 2 darstellt;
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4a und 4b Draufsichten eine Details eines hydraulischen Druckspeichers der Servosteuerung in 2 darstellen;
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5 einen Querschittsaufriss einer zweiten Ausführungsform eines hydraulischen Druckspeichers der Servosteuerung in 1 darstellt; und
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6 eine Draufsicht eines Details eines hydraulischen Druckspeichers der Servosteuerung in 5 darstellt.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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In 1 zeigt die Position 1 die Gesamtheit einer Servosteuerung für ein Getriebe, die mit einer (nicht dargestellten) Schaltstange ausgerüstet ist. Die Servosteuerung 1 umfasst einen Speicherbehälter 2 für das Steuermedium (typisch Öl) mit Atmosphärendruck, das von einer Anzahl (nicht dargestellter) hydraulischer Antriebe verwendet wird, die mit der genannten Schaltstange verbunden sind und diese axial verstellen und um ihre Mittelachse drehen können.
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Die Servosteuerung 1 umfasst eine elektronische Kontrolleinheit ECU, die zur Regelung der hydraulischen Antriebe und zur Übertragung einer linearen und/oder einer Dreh-Bewegung an die Schaltstange in Abhängigkeit der Signale der axialen und Winkel-Position der Schaltstange ausgelegt ist, die, von einer Anzahl von Sensoren übertragen werden, die gegenüber der Schaltstange angeordnet sind.
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Die Servosteuerung 1 umfasst einen Druckspeicher 3, der das unter Druck stehende Steuermedium enthält, sowie eine Elektropumpe 4, welche das Steuermedium aus dem Speicherbehälter 2 entnimmt und es unter Druck zum Druckspeicher 3 fördert.
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Weiters umfasst die Servosteuerung 1 eine Anzahl von Magnetventilen 5, die zur jeweiligen Verbindung der genannten hydraulischen Antriebe mit dem Speicherbehälter 2 bzw. mit dem Druckspeicher 3 ausgelegt sind.
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Insbesondere sind die hydraulischen Antriebe mit einer (nicht dargestellten) Kammer ausgerüstet, der jeweils ein 3-Wege-Magnetvetil 5 zugeordnet ist. Jedes 3-Wege-Magnetvetil 5 ist zur wählbaren Durchführung einer Reihe von Funktionen vorgesehen. Insbesondere ist das Magnetventil 5 so ausgelegt, dass es die Trennung der zughörigen Kammer erlaubt, um das darin enthaltene Steuermedium konstant zu halten, dass es die Kammer mit dem Speicherbehälter 2 zur Entladung des in dieser enthaltenen Steuermediums verbindet und dass es die Kammer mit dem hydraulischen Druckspeicher 3 zur Zufuhr des Steuermediums in die Kammer verbindet.
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Um die korrekte Funktion der hydraulischen Antriebe zu gewährleisten, d. h. um zu gewährleisten, dass die hydraulischen Antriebe ihre Nennleistung erbringen, ist es erforderlich, dass der Druck des Steuermediums im Druckspeicher 3 immer zwischen einem Mindest- und einem Höchstwert liegt. Zu diesem Zweck betätigt die elektronische Kontrolleinheit ECU die Motorpumpe 4 wenn der Druckwert des Steuermediums im Speicherbehälter 2 unter den Mindestwert sinkt und schaltet die Motorpumpe 4 aus, wenn der Druckwert des Steuermediums im Speicherbehälter 2 über den Höchstwert steigt.
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Die elektronische Kontrolleinheit ECU umfasst eine Vorrichtung 6 zur Bestimmung des Druckwertes des Steuermediums im hydraulischen Druckspeicher 3 ohne direkte Messung des Druckwertes selbst (d. h. ohne Verwendung eines eigenen Druckfühlers). Insbesondere bestimmt die Vorrichtung 6 den Druckwert des Steuermediums im hydraulischen Druckspeicher 3 anhand einer Reihe von Betriebsparametern der Motorpumpe 4 und der hydraulischen Antriebe.
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Die 2 und 3 zeigen im Detail eine erste Ausgestaltung des hydraulischen Druckspeichers 3. Der hydraulische Druckspeicher 3 weist ein äußeres Gehäuse 7 aus Metall in Form eines topfförmigen zylindrischen symmetrischen Körpers mit einer X-Achse auf. Das äußere Gehäuse 7 umfasst eine obere Wand 8 mit einer zentralen Vertiefung 9. Weiters umfasst das äußere Gehäuse 7 eine zur Achse X koaxiale zylindrische Seitenwand 11.
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In Betriebsstellung befindet sich im äußeren Gehäuse 7 ein Kolben 12 aus Metall, der axial zur X-Achse verläuft und im äußeren Gehäuse 7 verstellbar ist. Der Kolben 12 definiert im äußeren Gehäuse 7 eine Kammer C1 mit variablem Volumen, die beim Zusammenbau des hydraulischen Druckspeichers 3 mit Druckgas (vorzugsweise N2) befüllt wird. Der Kolben 12 definiert außerdem eine Kammer C2 mit variablem Volumen, die mit dem Steuermedium befüllt wird, wobei der Kolben 12 die Kammern C1 und C2 trennt.
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Der Kolben 12 besteht aus einem zylindrischen symmetrischen zur X-Achse koaxialen Körper und umfasst eine Basiswand 13 und eine zylindrische Seitenwand 14. Die zylindrische Seitenwand 14 verfügt über eine äußere, zur X-Achse koaxial verlaufende zylindrische Außenwandung 15, deren Durchmesser sich dem Durchmesser W der zur X-Achse koaxial verlaufenden zylindrischen Innenwand 16 des äußeren Gehäuses 7 mit geringer Unterschreitung nähert (Anm.: der Durchmesser der zylindrischen Außenwandung 15 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser W der zylindrischen Innenwand 16 des äußeren Gehäuses 7).
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An der genannten Außenwandung 15 des Kolbens ist eine Anzahl von Vertiefungen 17 zur Aufnahme einer Mehrzahl von zur X-Achse koaxial angeordneten Kunststoff-Ringdichtungen 18 vorgesehen, die das Gleiten des Kolbens 12 im äußeren Gehäuse 7 verbessern und Leckverluste des Steuermediums verhindern.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist an der zylindrischen Außenwandung 19 des äußeren Gehäuses 7 eine Vertiefung zur Aufnahme einer koaxial zur X-Achse verlaufenden Kunststoff-Ringdichtung 20 vorgesehen. Der Dichtungsring 20 ist nahe dem offenen Ende des äußeren Gehäuses 7 angeordnet.
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Wie oben beschrieben ist der Kolben 12 gleitend bewegbar längs der X-Achse im äußeren Gehäuse 7 zwischen einer oberen Endstellung, die durch die obere Wand 8 des äußeren Gehäuses 7 bestimmt ist, und einer unteren Endstellung, ausgeführt.
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Die untere Endstellung ist durch Endanschläge 21 festgelegt. Die Endanschläge 21 umfassen ihrerseits ein Anschlagelement 22 (auch bekannt als C-Clip oder Sprengring), im Wesentlichen ringförmig, koaxial zur X-Achse und vorzugsweise aus Federstahl. Der Sprengring 22 ist in Betriebsstellung in einem eigenen Sitz angeordnet, der an der zylindrischen Innenwand 16 des äußeren Gehäuses 7 vorgesehen ist. Der Sprengring 22 bildet einen Vorsprung im Inneren des äußeren Gehäuses 7, der als Anschlag für den Lauf des Kolbens 12 fungiert.
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Wie besser in den 4a und 4b gezeigt ist hervorzuheben, dass der Sprengring 22 keinen geschlossenen Kreisumfang, sondern eine Öffnung 23 aufweist, um den Zusammenbau des hydraulischen Druckspeichers 3 zu erleichtern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung, wenn sich der Sprengring 22 in Betriebsstellung befindet (d. h. in seinem Sitz an der zylindrischen Innenwand 16 des äußeren Gehäuses 7 angeordnet ist), ist die Öffnung D des Sprengrings 22 kleiner als 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,6 und 1 mm. Die Betriebsstellung ist in der Zeichnung 4a dargestellt.
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In dem in der 4b gezeigten Zustand sind die Stirnenden des Sprengrings 22, die die Öffnung 23 bestimmen, in Kontakt miteinander gezeigt. Es wurde erkannt, dass wenn die Stirnseiten des Sprengrings 22, die die Öffnung 23 definieren, miteinander in Kontakt stehen, es erforderlich ist, dass der Sprengring 22 einen Außendurchmesser Z aufweist, der sich dem Durchmesser W der Innenwand 16 des äußeren Gehäuses mit geringer Überschreitung nähert. Anders ausgedrückt, wenn sich der Sprengring 22 in einer Stellung befindet, in welcher die die Öffnung 23 bestimmenden Stirnenden miteinander in Kontakt stehen, ist der Außendurchmesser Z größer als der Durchmesser W der zylindrischen Innenwand des äußeren Gehäuses 7.
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Dieser Zustand ergibt sich insbesondere wenn sich der Sprengring 22 im zugehörigen Sitz an der zylindrischen Innenwand 16 des äußeren Gehäuses 7 befindet.
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Anders ausgedrückt, auch in der in 4a gezeigten Betriebsstellung hat der Sprengring 22 einen Außendurchmesser Z, der sich dem Durchmesser W der Innenwand 16 des äußeren Gehäuses mit geringer Überschreitung nähert (Anm.: der Außendurchmesser Z des Sprengrings 22 ist geringfügig größer als der Durchmesser W der Innenwand 16 des äußeren Gehäuses 7). Ferner trifft es zu, dass auch wenn sich der Sprengring 22 im zugehörigen Sitz an der zylindrischen Innenwand 16 des äußeren Gehäuses 7 befindet, der Außendurchmesser Z größer ist als der Durchmesser W der zylindrischen Innenwand 16 des äußeren Gehäuses 7.
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Der Zusammenbau des hydraulischen Druckspeichers 3 findet in einer Umgebung mit einem Druck von ca. 30 bar statt, unter welchem die Kammer C1 mit einem Gas (vorzugsweise N2) befüllt und der Kolben 12 in das äußere Gehäuse 7 eingeführt wird. Nach Einbau des Kolbens wird der Sprengring 22 in den zugehörigen Sitz eingesetzt. Da die die Öffnung 23 des Sprengrings 22 in Betriebsstellung (d. h. wenn der Sprengring 22 im zugehörigen Sitz an der zylindrischen Innenwand 16 des äußeren Gehäuses 7 eingesetzt ist) bildenden Stirnseiten nahe aneinander liegen, müssen diese leicht verdreht werden, um den Einbau zu erlauben.
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In analoger Weise wurde festgestellt, dass wenn der Außendurchmesser Z des Sprengrings 22 in Betriebsstellung im Wesentlichen geringfügig größer ist als der Durchmesser W der zylindrischen Innenwand 16 des äußeren Gehäuses 7, es unmöglich ist, den Sprengring 22 aus seinem Sitz in der zylindrischen Innenwand 16 des äußeren Gehäuses 7 herauszuziehen. Sollte in einem verhängnisvollen Fall eine größere Beschädigung der dem hydraulischen Druckspeicher 3 nachgeschalteten Leitungen eintreten und sich ein erheblicher Unterdruck einstellen, wird der Lauf des Kolbens 12 auf alle Fälle vom Sprengring 22 gestoppt.
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Der in der 3 dargestellte hydraulische Druckspeicher 3 ist jenem der 5 und 6 ähnlich und die einander entsprechenden Bauteile sind, soweit möglich, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Insbesondere umfassen die in der Ausgestaltung der 5 dargestellten Endanschläge 21 eine Lochplatte 24, die in Betriebsstellung zwischen dem Sprengring 22 und dem Kolben 12 eingesetzt ist. Wie besser aus der 6 ersichtlich, ist die Lochplatte scheibenförmig mit beschränkter Dicke, ist koaxial zur X-Achse und hat einen Durchmesser, der sich dem Durchmesser W der zylindrischen Innenwand 16 des äußeren Gehäuses 7 mit geringer Unterschreitung nähert (Anm.: die Lochplatte hat einen Durchmesser, der geringfügig kleiner als der Durchmesser W der zylindrischen Innenwand 16 des äußeren Gehäuses 7 ist). Die Lochplatte 24 hat eine Anzahl von Bohrungen oder Durchgangsöffnungen, die eine Verengung für den Durchfluss des Steuermediums im Fall einer plötzlichen Beschädigung der dem hydraulischen Druckspeicher 3 nachgeschalteten Leitungen bilden. Es ist auch zu bemerken, dass die Lochplatte 24 keine Dichtungselemente und/oder Dichtungsringe aufweist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Lochplatte 24 eine einzige Durchgangsöffnung auf, koaxial zur X-Achse und so bemessen, dass sie eine hydraulische Verengung für das Steuermedium im Fall einer plötzlichen Beschädigung der dem hydraulischen Druckspeicher 3 nachgeschalteten Leitungen bildet.
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Es ist außerdem hervorzuheben, dass in dieser Ausführungsform die Öffnung 23 des Sprengrings 22, die zur Erleichterung des Zusammenbaus des hydraulischen Druckspeichers 3 vorgesehen ist, kleiner oder gleich 20 mm sein kann, vorzugsweise zwischen 14 mm und 20 mm.
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Auch in diesem Fall erfolgt der Zusammenbau des hydraulischen Druckspeichers 3 in einer Umgebung mit einem Druck von ca. 30 bar, unter welchem die Kammer C1 mit einem Gas (vorzugsweise N2) befüllt und der Kolben 12 in das äußere Gehäuse 7 eingeführt wird. Nach Einbau des Kolbens werden die Lochplatte 24 und anschließend der Sprengring 22 in die jeweiligen Sitze eingesetzt. Da in dieser Ausgestaltung die Öffnung 23 des Sprengrings 22 kleiner oder gleich 20 mm ist, vorzugsweise zwischen 16 mm und 20 mm, ist es nicht erforderlich den Sprengring 22 vor seinem Einbau in den zugehörigen Sitz aufzuweiten.
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Gemäß einer weiteren (nicht dargestellten) Ausgestaltung umfassen die Endanschläge 21 die Lochplatte 24, die in Betriebsstellung zwischen dem Sprengring 22 und dem Kolben 12 eingebaut ist. Es ist hervorzuheben, dass bei dieser Ausführungsform zur weiteren Verbesserung der Zuverlässigkeit des hydraulischen Druckspeichers 3 die Öffnung 23 des Sprengrings 22, die zur Erleichterung des Zusammenbaus des hydraulischen Druckspeichers 3 in Betriebsstellung (d. h. nach Einbau des Sprengrings 22 in den zugehörigen Sitz im äußeren Gehäuse 7) vorgesehen ist, ein Ausmaß von kleiner oder gleich 10 mm hat.
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Auch in diesem Fall erfolgt der Zusammenbau des hydraulischen Druckspeichers 3 in einer Umgebung mit einem Druck von ca. 30 bar, unter welchem die Kammer C1 mit einem Gas (vorzugsweise N2) befüllt und der Kolben 12 in das äußere Gehäuse 7 eingeführt wird. Nach Einbau des Kolbens 12 werden die Lochplatte 24 und anschließend der Sprengring 22 eingesetzt. Da in dieser Ausgestaltung die Öffnung 23 des Sprengrings 22 in Betriebsstellung (d. h. nach Einbau des Sprengrings 22 in den zugehörigen Sitz im äußeren Gehäuse 7) kleiner oder gleich 10 mm ist, müssen die beiden Stirnenden des Sprengrings 22 durch Verdrehen leicht aufgeweitet werden, um den Ring in seinen Sitz einsetzen zu können.
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Dank des Vorhandenseins der Lochplatte 24 und/oder des Ausmaßes der Öffnung 23 des Sprengrings 22 wird, im Fall einer starken Beschädigung der dem hydraulischen Druckspeicher 3 nachgeschalteten Leitungen (ein Leck von ca. 10 mm in einer Leitung hat einen erheblichen Verlust des Steuermediums zur Folge) mit einem dementsprechend bedeutenden Unterdruck, der Lauf des Kolbens 12 sicher von den Endanschlägen 21 gestoppt.
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Es wurde festgestellt, dass mit einer Öffnung 23 des Sprengrings 22, welche in Betriebsstellung (d. h. nach Einbau des Sprengrings 22 in den zugehörigen Sitz im äußeren Gehäuse 7) kleiner oder gleich 10 mm ist und/oder bei Vorhandensein der Lochplatte 24, die Endanschläge 21 nicht aus ihren Sitzen herausgezogen werden können.
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In dieser Weise kann eine Beschädigung der ganzen hydraulischen Servosteuerung 1 vermieden werden und die oben beschriebene Servosteuerung 1 ist wirtschaftlich, nachträglich leicht einzubauen und zuverlässig.
