DE2209447B1 - Hydraulische schalteinrichtung mit schaltdruckregelung fuer ein lastschaltgetriebe - Google Patents

Description

Reibelemente zu vermeiden als auch ein stoßfreies Schalten der Gänge zu erzielen. Diese Aufgabe wird — ausgehend vom Gegenstand der deutschen Auslegeschrift 1 096 757 —durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die dort genannten Zeitschaltglieder geben auf ein bestimmtes Eingangssignal hin ein Ausgangssignal ab, dessen Beginn und dessen Ende (somit auch dessen Zeitdauer) beliebig einstellbar sind. Derartige Zeitschaltglieder, die in der Regel als elektrische Schaltelemente ausgebildet sind (z. B. als sogenannte monostabile Multivibratoren), sind zwar an sich schon bekannt. Der Erfinder hat aber erkannt, daß durch deren Verwendung in Schalteinrichtungen für Lastschaltgetriebe ganz entscheidende Verbesserungen gegenüber der bekannten Schalteinrichtung erzielbar sind. Es gelingt nämlich durch die Erfindung, den Beginn und das Ende einer Schaltdruck-Absenkperiode auf feste, gleichbleibende Zeitpunkte einzustellen; d. h. ausgehend vom Zeitpunkt eines Signals, durch das ein Gangwechsel im Getriebe befohlen wird, können Beginn und Ende der Schaltdruck-Absenkperiode beliebig festgelegt werden. Die Zeitabschnitte zwischen den genannten Zeitpunkten bleiben dann unverändert (es sei denn, man verstellt sie absichtlich). Im Gegensatz hierzu verändern sich bei der bekannten Schalteinrichtung diese Zeitabschnitte je nach Viskosität des Druckmittels, so daß dementsprechend wieder die Gefahr stärkerer Schaltstöße besteht.

Ein weiterer entscheidender Vorteil wird dadurch erzielt, daß gemäß der Erfindung für die verschiedenen Schaltvorgänge je ein separates Zeitschaltglied vorgesehen ist. Dadurch können Beginn und Ende der Schaltdruck-Absenkperiode für jeden Schaltvorgang individuell eingestellt werden. Zwar ist es aus der deutschen Offenlegungsschrift 1817467 bereits bekannt, jedem Gang des Getriebes ein ihm eigenes Druckregelventil mit einer Stelleinrichtung zum vorübergehenden Absenken des Schaltdruckes zuzuordnen. Durch die vorliegende Erfindung kann aber — im Gegensatz zu der bekannten Einrichtung - beim Einschalten eines bestimmten Ganges zusätzlich noch berücksichtigt werden, ob zuvor ein höherer oder ein niedrigerer Gang eingeschaltet war. Die bekannte Einrichtung hat außerdem den Nachteil, daß eine große Zahl hydraulischer Steuerungselemente erforderlich ist, die viel Platz beanspruchen und somit eine starke Erhöhung der Herstellungskosten des Lastschaltgetriebes verursachen. Beim Anmeldungsgegenstand ist dagegen für sämtliche Schaltvorgänge nur ein einziges Druckregelventil mit einer einzigen Stelleinrichtung zum Verändern des zu regelnden Schaltdruckes erforderlich. Der Aufwand für die erfindungsgemäß vorgesehenen Zeitschaltglieder ist gering; denn die hierfür in Frage kommenden elektrischen Schaltelemente sind außerordentlich klein und zudem billig.

Wenn auch gemäß dem Anspruch 1 der Schaltdruck in den Zeiträumen zwischen den Schaltvorgängen wenigstens angenähert konstant ist, so soll damit nicht ausgeschlossen sein, daß der Schaltdruck, z. B. infolge einer vorübergehenden Drehzahlverminderung der Druckerzeugungspumpe, gelegentlich etwas absinkt. Dies kann eintreten, wenn die Pumpe von einer gelegentlich mit Leerlaufdrehzahl arbeitenden Brennkraftmaschine angetrieben wird. Auch soll nicht ausgeschlossen sein, daß der Schaltdruck etwa in einem Hereich hoher Getrieheausnarmsdreh/alilen. in dem ein Umschalten von Gängen nicht mehr stattfindet, absichtlich auf ein niedrigeres Niveau abgesenkt wird, um die Leistungsaufnahme der Pumpe zu verringern.

Für die Ausbildung der Stelleinrichtung, welche in Zusammenarbeit mit dem Druckregelventil das vorübergehende Absenken des Schaltdruckes bewirkt, kommen verschiedene Möglichkeiten in Betracht. Eine besonders zweckmäßige Ausführung ist in Anspruch 2 angegeben. Hierbei übt der Elektromagnet während seiner Einschaltdauer auf den Steuerkolben des Druckregelventils eine im Sinne der Schaltdruck-Absenkung wirkende Kraft aus.

Durch die Merkmale des Anspruchs 3 kann bei jedem Umschaltvorgang das Maß der Druckabsenkung des Schaltdruckes der jeweiligen Belastung des Getriebes angepaßt werden. Die jeweilige Stellung des Kraftstoffzuteilhebels kann hierbei auf elektrischem Wege erfaßt werden, wodurch schwierige Einbauverhältnisse viel einfacher als mit den bekannten mechanischen Ubertragungseinrichtungen beherrscht werden können. Bei dieser Ausführung ist es zweckmäßig, einen Elektromagneten gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 2 019 345 zu verwenden.

Eine derartige lastabhängige Steuerung des Schaltdruckes kann aber auch durch die Anwendung des Merkmales des Anspruchs 4 erzielt werden. Hierbei bleibt das Maß der Absenkung des Schaltdruckes bei den verschiedenen Schaltoperationen gleich. Der Erfinder hat nämlich erkannt, daß unterschiedliche Getriebebelastungen auch allein durch Verändern der Dauer der Schaltdruck-Absenkung berücksichtigt und dennoch stoßfreie Schaltoperationen erzielt werden können. Diese Ausführung stellt somit diejenige mit dem geringsten baulichen Aufwand dar.

Eine von den Ausführungen gemäß Anspruch 2 und 3 abweichende Ausbildung der Stelleinrichtung ist in Anspruch 5 angegeben. Bei dieser Bauweise kann mit einfachen Mitteln (z. B. Federspeicher mit gedrosseltem Ablauf) am Ende des Schaltvorganges ein allmähliches Wiederansteigen des Schaltdruckes erzielt werden, wodurch besonders weiche Gangschaltungen erzielt werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand einer Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 eine Schalteinrichtung zum vorübergehenden Absenken des Schaltdruckes, bei der die Stellung eines Kraftstoffzuteilers die Höhe der Druckabsenkung bestimmt,

Fig. 2 eine Schalteinrichtung, bei der die Stellung des Kraftstoffzuteilers die zeitliche Dauer der Druckabsenkung mitbestimmt,

Fig. 3 ein Diagramm über den zeitlichen Verlauf des Schaltdruckes während einer Schaltoperation.

In den Fi g. 1 und 2 ist eine Pumpe zur Erzeugung des Schaltdruckes mit 10 und ein an die Druckleitung 11 angeschlossenes, als Druckbegrenzungsventil ausgebildetes Druckregel ventil mit 20 bzw. 40 bezeichnet. Von der Druckleitung 11 führen drei Zweigleitungen 13 über je ein fernsteuerbares Ein-Aus-Ventil 15 zu den Betätigungskolben für die Reibelemente eines in der Zeichnung nicht sichtbaren Drei-Gang-Lastschaltgetriebes. Eine Schaltzentrale 14 erteilt die Befehle zum Öffnen oder Schließen der einzelnen Ventile 15 und bestimmt damit (z. B. entsprechend der Stelluni! eines Gangwählhebels oder in Abhängigkeit von der Abtriebsdrehzahl und der Stellung des COPY

Kraftstoffzuteilers 29) welcher Gang eingeschaltet sein soll.

Das Druckbegrenzungsventil 20 bzw. 40 besitzt einen symbolisch dargestellten Steuerkolben 25, der in Richtung »Schließen« von der Vorspannkraft einer Feder 22 und in Richtung »Öffnen« über die Leitung 19 von dem in der Druckleitung 11 herrschenden Schaltdruck beaufschlagt ist. Zunächst ist somit der Schaltdruck durch die Höhe der einstellbaren Vorspannkraft der Feder 22 bestimmt.

Gemäß F i g. 1 kann zusätzlich auf den Steuerkolben 25 in Richtung »Öffnen« die Kraft eines Elektromagneten 24 wirken, wodurch der Schaltdruck um einen der Größe dieser Zusatzkraft entsprechenden Betrag abgesenkt wird. Der Elektromagnet könnte, um den gleichen Effekt zu erzielen, auch derart angeordnet sein, daß die Zusatzkraft nicht direkt am Kolben 25 sondern z. B. am Widerlager der Feder 22 angreift und dadurch deren Vorspannkraft verringert.

Das Absenken des Schaltdruckes, welches ein möglichst ruckfreies Umschalten der Gänge in dem genannten Lastschaltgetriebe bezweckt, erfolgt nur für kurze Zeit während des Umschaltvorganges. Die Zeitdauer der Druckabsenkung wird in beiden Ausführungsbeispielen durch monostabile Multivibratoren 12, 23, 32, 21 bestimmt, und zwar ist für jeden Umschaltvorgang ein separater Multivibrator vorgesehen. Derjenige für die Umschaltung von Gang 1 nach Gang 2 ist mit 12 bezeichnet, derjenige für die Umschaltung von Gang 2 nach Gang 3 mit 23 usw. Man kann auch je einen weiteren Multivibrator vorsehen für das Einlegen des 1. Ganges und gegebenenfalls eines Rückwärtsganges aus dem Leerlauf. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird aber für diese Schaltoperationen einer der vier genannten Multivibratoren benutzt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird in jedem Multivibrator die Impulsdauer des dem Elektromagneten 24 zugeführten Stromes entsprechend den Erfordernissen des jeweiligen Schaltvorganges eingestellt. Diese Einstellung kann zwar — notfalls auch während des Betriebes - von Hand wieder verändert werden; im allgemeinen bleibt sie jedoch unverändert. Ein Schaltvorgang wird also dadurch eingeleitet, daß die Schaltzentrale 14 dem betreffenden Multivibrator ein Signal zuführt, worauf dieser dem Elektromagneten 24 einen Stromstoß von der gewünschten Zeitdauer zuführt. Gleichzeitig gibt die Schaltzentrale ein Steuersignal an die betreffenden Ventile 15.

Der Elektromagnet 24 kann als ein solcher mit veränderbarer Magnetkraft ausgebildet sein (z. B. gemäß Patentanmeldung P 20 19345.7-33). Dadurch kann die Höhe der Druckabsenkung durch Verändern der während der Einschaltdauer an die Spule des Elektromagneten angelegten Spannung verändert werden. Das Verändern dieser Spannung erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von der Stellung des Krafstoffzuteilers 29, der zu einer dem Getriebe vorgeschalteten Brennkraftmaschine gehört. Dadurch kann das Maß der Druckabsenkung der jeweiligen Belastung des Getriebes, d. h. dem vom Getriebe aufgenommenen Drehmoment angepaßt werden. Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist dies dadurch verwirklicht, daß in unmittelbarer Nähe des Krat'tstot'fzuteilhebels 29 ein an die Stromquelle 30 angeschlossener Spannungsgeber 28 angeordnet ist. welcher eine dem Ausschlag des Hebeis 29 proportionale Spannung über den Verstärker 27 dem Elektromagneten 24 zuführt. In der Steueranlage gemäß F i g. 2 kann die zum Absenken des Schaltdruckes erforderliche Zusatzkraft auf hydraulischem Wege auf den Steuerkolben 25 des Druckbegrenzungsventils 40 aufgebracht werden. Hierzu dient die von der Druckleitung 11 ausgehende Steuerleitung 39, in die ein Magnetventil 37 eingebaut ist. Zwischen diesem und dem Steuerkolben 25 ist an die Leitung 39 ein Federspeicher 36 angeschlossen, der in Ruhestellung des Magnetventils 37 über eine verstellbare Drossel 35 mit dem drucklosen Ölsumpf verbunden ist. Dadurch wird beim Umschalten des Magnetventils 37 in die Ruhestellung ein allmähliches Zurückgehen der Zusatzkraft und somit ein

*5 stoßfreies Wiederansteigen des Schaltdruckes erreicht.

Wie bei der Ausführung gemäß Fi g. 1 ist für jeden Umschaltvorgang ein in seinem Zeitverhalten individuell einstellbarer Multivibrator 12,23, 32,21 vorgesehen. Die von jedem Multivibrator abgegebene Impulsdauer kann hier aber zusätzlich durch eine über die Steuerleitung 41 zugeführte Steuerspannung verändert werden. Die Höhe dieser Steuer spannung wird bestimmt durch einen mit dem Kraftstoffzuteilhebel 29 verstellbaren Spannungsgeber 38. Dadurch hängt die Einschaltdauer des Magnetventils 37 und damit auch die Dauer der Absenkung des Schaltdruckes sowohl von dem gerade vozunehmenden Schaltvorgang als auch von dem jeweiligen Getriebeeingangsmoment ab.

In dem Diagramm gemäß F i g. 3 ist der Schaltdruck ρ (in der Druckleitung 11) über der Zeit r aufgetragen. Ausgehend von einem verhältnismäßig hohen und im wesentlichen konstanten Haltedruck p_H nimmt er zu Beginn eines Schaltvorgangs plötzlich um den Betrag p_a ab, und zwar für die Zeitdauer r_r Der Wiederanstieg des Schaltdruckes ρ erstreckt sich über die Zeitdauer t₂. Wie schon erwähnt, hängt die Größe des Wertes p_a von der Größe der Zusatzkraft ab, die durch den Elektromagneten 24 bzw. durch den über die Leitung 39 zugeführten Steuerdruck auf den Kolben 25 des Druckbegrenzungsventiles 20 bzw. 40 ausgeübt wird. In F i g. 1 ist der Wert p_a in Abhängigkeit von der Stellung des Kraftstoffzuteilhebels 29 veränderbar. Der Wert r,, welcher der Einschaltdauer des Elektromagneten 24 bzw. des Magnetventils 37 entspricht, hängt ab von der Einstellung des jeweils in Tätigkeit befindlichen Multivibrators 12, 23, 32 oder 21 und in F i g. 2 zusätzlich von der Stellung des Kraf tstoffzuteilhebels 29. Der Wert U kann in Fig. 1 z.B. dadurch verändert werden, daß die von dem Elektromagneten 24 aufgebrachte Magnetkraft mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zurückgenommen wird und in Fig. 2 durch Verstellen der Drossel 35.

In F i g. 3 ist außerdem mit den Linien α und e der Schaltzustand von zwei an einem Umschaltvorgang beteiligten Ventilen 15 über der Zeit t dargestellt. Das eine der beiden Ventile wird gemäß Linie e wenigstens angenähert zu Beginn der Zeitspanne r, eingeschaltet, während das andere etwa in der Mitte von f. ausgeschaltet wird. Die sich hierdurch ergebende Überschneidungszeit t_a kann in sehr einfacher Weise durch verstellbare elektronische Zeitglieder, die z. B. in der Schaltzentrale 14 angeordnet sind, in Abhängigkeit von der Kraftstoffzuteilung oder von der Getriebeausgangsdrehzahl oder vom jeweiligen Schaltvorgang variiert werden, wobei auch negative Cberschneidungszeiten einstellbar sind.

Claims (5)

1 2 Als Maß für dieses von einer Brennkraftmaschine an Patentansprüche: das Getriebe abgegebene Drehmoment kann z. B. die Stellung des Kraftstoffzuteilers benutzt werden. Bei

1. Hydraulische Schalteinrichtung für ein Last- einer solchen Schalteinrichtung besteht die Gefahr, schaltgetriebe mit zum Einschalten der verschie- 5 daß die Reibelemente der Kupplungen bzw. Bremsen denen Gänge dienenden druckmittelbetätigten -infolge von Veränderungen des Reibwertes oder von Kupplungen oder Bremsen und mit einem den Einstellungsfehlern an der Einrichtung zum Verän-Druck des Druckmittels (»Schaltdruck«) regeln- dem des Schaltdruckes - ungewollt rutschen und soden Druckregelventil, welches eine Stelleinrich- mit thermisch überlastet werden. Insbesondere eine tung zum Verändern des zu regelnden Schaltdruk- i° mechanische Verbindung zwischen dem Kraftstoffzukes aufweist, derart, daß der in den Zeiträumen teiler und dem Getriebe kann eine Ursache für Stözwischen den Schaltvorgängen wenigstens ange- rungen darstellen, weil die Einstellungstoleranzen einähert konstante Schaltdruck beim Schalten vor- ner solchen mechanischen Verbindung leicht überübergehend abgesenkt wird, dadurch ge- schritten werden. Solche mechanischen Verbindungen kennzeichnet, daß für die verschiedenen *5 haben überdies den Nachteil, daß sie unterschiedli-Schaltvorgänge je ein die Stelleinrichtung steu- chen Einbauverhältnissen angepaßt werden müssen, erndes Zeitschaltglied, z. B. ein monostabiler und daß sie, wenn große Entfernungen zu überbrük-Multivibrator (12, 23, 32, 21), vorgesehen ist, ken sind, nur mit großen Schwierigkeiten realisiert durch welches Beginn und Ende der Schaltdruck- werden können.

Absenkung beliebig einstellbar ist. »o Um der genannten Gefahr des Rutschens der Reib-

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch elemente zu begegnen, könnte zwar das Niveau des gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung einen Schaltdruckes insgesamt höher eingestellt werden; Elektromagneten (24) aufweist, der beim Beginn dies hätte aber wieder eine Erhöhung der Schaltstoßeines Schaltvorganges zwecks Verändern des Intensität zur Folge. Deshalb wird bei einer anderen Schaltdruckes einschaltbar ist, und daß die Ein- ²S bekannten Schalteinrichtung (deutsche Auslegeschrift schaltdauer (ij) des Elektromagneten jeweils mit- 1096 757), welche ein den Schaltdruck regelndes tels eines der Zeitschaltglieder (12, 23, 32, 21) Druckventil mit einer Stelleinrichtung zum Verändern auf beliebige Werte einstellbar ist. des zu regelnden Schaltdruckes aufweist, der Schalt-

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch druck während der Schaltvorgänge vorübergehend gekennzeichnet, daß als Elektromagnet (24) ein 3<> abgesenkt, wogegen er in den Zeiträumen zwischen solcher mit veränderbarer Magnetkraft verwendet den Schaltvorgängen auf einem verhältnismäßig hoist, und daß die während der Einschaltdauer (ij) hen Wert gehalten wird. Dies geschieht dadurch, daß an die Spule des Elektromagneten angelegte der zu den Kupplungen oder Bremsen geführte Spannung in Abhängigkeit von dem jeweils ge- Druckmittelstrom in einer Drosselstelle eine Druckwählten Getriebeeingangsmoment, z.B. in Ab- 35 differenz erzeugt, welche ein Tätigwerden der Stelhängigkeit von der Kraftstoffzuteilung zu einer !einrichtung im Sinne des Absenkens des Schaltdrukdem Lastschaltgetriebe vorgeschalteten Brenn- kes auslöst. Hierbei kann eine zweite Drosselstelle ein kraftmaschine veränderbar ist. Verzögern der Druckabsenkung bewirken. Sobald der

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch Druckmittelstrom zum Stillstand kommt, z.B. weil der gekennzeichnet, daß - zum Zweck einer zusätzli- 40 zu beaufschlagende Schaltkolben seinen Kolbenhub chen Veränderung der Dauer der Schaltdruckab- beendet hat, wird die genannte Druckdifferenz wieder Senkung in Abhängigkeit von dem jeweils gewähl- gleich Null, wodurch die Stelleinrichtung in ihre Austen Getriebeeingangsmoment - den Zeitschalt- gangsposition zurückgeht; hierbei kann eine dritte gliedern (12, 23, 32, 21) eine vom jeweiligen Drosselstelle ein Verzögern des Druckanstieges be-Getriebeeingangsmoment abhängende Steuer- 45 wirken.

größe zuführbar ist. Diese bekannte Schalteinrichtung hat den Nachteil,

5. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 4, daß der Anfangs- und Endzeitpunkt der Schaltbei dem die Stelleinrichtung eine am Steuerkolben druck-Absenkperiode im wesentlichen nur von der des Druckbegrenzungsventils vorgesehene zu- Bewegung des jeweiligen Schaltkolbens abhängen, sätzliche, durch ein Druckmittel über ein Magnet- 50 und daß somit der Schaltdruck schon am Ende des ventil beaufschlagbare Druckfläche umfaßt, da- Kolbenhubes zum Wiederansteigen gezwungen wird, durch gekennzeichnet, daß die Einschaltdauer des Erst in diesem Moment beginnt aber die betreffende Magneten des Magnetventils (37) durch eines der Kupplung oder Bremse Kraft zu übertragen, und zwar Zeitschaltglieder (12, 23, 32, 21) auf beliebige bis zum Zeitpunkt der vollendeten Synchronisierung Werte einstellbar ist. 55 unter stetig abnehmendem Schlupf. Somit können gerade die durch das Ende der Synchronisierungsphase verursachten Schaltstöße, welche am stärksten sind

und am unangenehmsten in Erscheinung treten, nicht

beseitigt werden. Zwar kann, wie oben erläutert, das 60 Wiederansteigen des Schaltdruckes verzögert werden.

Bei hydraulischen Schalteinrichtungen für Last- Da jedoch diese Verzögerung durch eine Drosselstelle schaltgetriebe kommt es darauf an, ein möglichst bewirkt wird, hängt der Zeitpunkt, in dem wieder der stoßfreies Schalten der Gänge zu erzielen. Zu diesem volle Schaltdruck erreicht wird, weitgehend von der Zweck wird bei einer bekannten Schalteinrichtung der Viskosität des Druckmittels, also auch von dessen Schaltdruck kontinuierlich, d. h. während der gesam- 65 Temperatur ab; er kann somit zeitlich nicht eindeutig ten Betriebsdauer des Lastschaltgetriebes proportio- festgelegt werden.

nal zum Getriebeeingangsdrehmoment verändert Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

(Automobiltechnische Zeitschrift 1961, Seite 290). sowohl die Gefahr des ungewollten Rutschens der