DE2502347A1 - Hydraulische steuervorrichtung zur betaetigung eines schaltgliedes - Google Patents

Description

• Hydraulische Steuervorrichtung zur Betätigung eines Schaltgliedes Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuervorrichtung zur Betätigung eines Schaltgliedes, insbesondere in einem automatischen Kraftfahrzeug-Getriebe, mit einer in der Zulaufleitung des Schaltgliedes angeordneten Drosselstelle und mit einem parallel zum Schaltglied angeordneten, auffüllbaren Druckmittelspeicher.
• Der auf die Schaltglieder eines automatischen Getriebes, beispielsweise eines Kraftfahrzeug-Getriebes, einwirkende Öldruck ist so bemessen, daß die Schaltglieder unter der Belastung durch das von der Antriebsmaschine erzeugte Moment nicht rutschen kännen. Während eines Schaltvorganges muß dieser Druck zwecks Erreichen eines sanften Anlegens des Schaltgliedes genügend langsam aufgebaut werden, da sonst das Zufassen des Schaltgliedes zu schnell erfolgen würde und einen unerwünschten Schaltstoß hervorrufen würde. Aus diesem Grund wird in der Zulaufleitung des Schaltgliedes der Leitungsquerschnitt an einer Stelle durch eine Düse gedrosselt. In Zusammenarbeit mit einem ebenfalls üblicherweise vorgesehenen Druckmittelspeicher (Akkumulator), der auch beispielsweise in Form von Wellfedern oder dergleichen in dem S-chaltglied integriert sein kann, bewirkt die Düse ein sanftes und komfortables Anlegen des Schaltgliedes. Nachteilig bei dieser Ausführung ist jedoch, daß die Drosseldüse die Ölzufuhr zu dem Betätigungskolben des Schaltgliedes ständig drosselt, also auch dann, wenn der Kolben bei Beginn des Schaltvorganges lediglich den sogenannten Lüftweg bis zum Zugreifen der Schaltelemente des Schaltgliedes zurückzulegen hat. Dies führt zu einer zeitlichen Verzögerung des Schaltvorganges, die insbesondere bei manuellen und Kick-dorn-Schaltungen des Getriebes zu spüren sind und den Eindruck der Unvollkommenheit eines automatischen Getriebes erwecken.
• Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine hydraulische Steuervorrichtung zur Betätigung eines Schaltgliedes zu schaffen, die die eingangs genannten Nachteile vermeidet und insbesondere die Schaltzeit für das Schaltglied verkürze.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß Mittel zur Veränderung des Purchtrittsquerschnitts der Zulaufleitung in Abhängigkeit von dem sich vor dem Schaltglied aufbauenden Druck vorgesehen sind derart, daß bei niedrigem Gegendruck der Durchtrittsquerschnitt groß ist und bei infolge Eingriffs des Schaltgliedes steigendem Gegendruck der Durchtrittsquerschnitt verringert wird. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird nun erreicht, daß die zur Erzielung eines sanften Einschaltvorganges des Schaltgliedes erforderliche Drosselung des Zulaufquerschnittes auf das Ende des Anlegevorganges beschränkt wird, also auf den Zeitpunkt, zu dem die einzelnen Schaltelemente des Schaltgliedes zur gegenseitigen Anlage kommen. Zu Beginn des Schaltvorganges, wenn der Betätigungskolben lediglich den Lüftweg des Schaltgliedes zu überwinden hat, ist der Durch trittsquerschnitt der Zulaufleitung noch relativ groß, so daß der Betätigungskolben von dem schnell zuströmenden Öl innerhalb kurzer Zeit bis zur Anlage an den Schaltelementen des Schaltgliedes gebracht werden kann.
• Diese Mittel zur Veränderung des Durchtrittsquerschnittes der Zulaufleitung in Abhängigkeit von dem sich vor dem Schaltglied aufbauenden Druck sollen erfindungsgemäß durch ein in der Zulaufleitung zu dem Schaltglied angeordnetes Ventil gebildet sein, das unterhalb eines vorgegebenen Druckes vor dem Schaltglied geöffnet ist und bei Erreichen des vorgegebenen Druckes in Schließrichtung beaufschlagt ist. Zweckmäßigerweise soll das Ventil einen Verschlußkörper aufweisen, der von einer den Schaltzeitpunkt bestimmenden Feder belastet ist. Dabei kann entweder die Feder zusammen mit dem Druck vor dem Schaltglied den Verschlußkörper entgegen dem Druck der Zulaufleitung in Schließnchtung beaufschlagen, oder aber der Verschlußkörper wird von dem Druck vor dem Schaltglied entgegen der Federkraft in Schließrichtung beaufschlagt. Beide Varianten ermöglichen eine automatische Steuerung des Durchtrittsquerschnitts der Zulaufleitung in Abhängigkeit von dem sich vor dem Schaltglied aufbauenden Druck, wobei sich die zweite Ausführungsform gegenüber der ersten dadurch auszeichnet, daß nur eine relativ schwache Feder vorzusehen ist.
• Weitere Vorteile und wesentliche Merkmale der Erfindung sind aus in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung ersichtlich, die im folgenden näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellungsweise in Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer hydraulischen Steuervorrichtung zur Betätigung eines Schaltgliedes eines automatischen Getriebes mit einem parallel zu einer in der Zulaufleitung angeordneten Drosselstelle angeordneten Steuerventil mit einem tellerventilartigen Verschlußkörper, Fig. 2 eine Ausführung des Steuerventils als Flachsitzventil mit zentraler Drosselbohrung, Fig. 3 eine Ausführung des Steuerventils ähnlich dem der Fig. 1, wobei im Innern des Verschlußkörpers zusätzlich noch ein konzentrisch geführtes Rückschlagventil gehalten ist und Fig. 4 u. 5 Ausführungen mit jeweils einem quer zur Zulaufleitung angeordneten, mit zwei Steuerbünden versehenen federbelasteten Steuer-Kolbenventil.
• In der Figur 1 der Zeichnung ist mit 1 ein Schaltglied eines automatischen Kraftfahrzeuggetriebes in Form einer Lamellenbremse oder Lamellenkupplung bezeichnet, während 2 einen parallel zu dem Schaltglied angeordneten Akkumulator und 3 eine Steuervorrichtung zur Beaufschlagung des Schaltgliedes 1 und des Akkumulators 2 mit Drucköl darstellen. 4. bezeichnet eine von einer Druckmittelquelle kommende Zulaufleitung, die beispielsweise mittels eines hier nicht weiter gezeigten Schaltventiles mit Druck beaufschlagt wird. 5 ist die Verbindungsleitung, die von der hydraulischen Steuervorrichtung 3 zu dem Schaltglied 1 bzw. dem Akkumulator 2 führt.
• Das Schaltglied 1 weist gemäß der Zeichnung einen Betätigungskol ben 6 auf, der nach seiner Druckbeaufschlagung über die Verbindungsleitung 5 das Lamellenpaket 7 des hier als Lamellenbremse dargestellten Schaltgliedes 1 zur Anlage bringt und so den Umlaufkörper 8 stillsetzt. Mit 9 ist eine Rückstellfeder zum Ausrücken des Betätigungskolbens 6 bezeichnet.
• Der Akkumulator oder Druckmittelspeicher 2 weist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einen in einem zylindrischen Gehäuse gegen eine Rückstellfeder 11 von dem Druckmittel verschiebbaren Kolben 10 auf. Durch die mit dem Akkumulator 2 erreichte Speicherung von unter Druck stehendem Druckmittel wird eine Vergleichmäßigung des auf den Betätigungskolben 6 des Schaltgliedes 1 einwirkenden Öldruckes und damit ein kontinuierlicher Anlegevorgang erreicht. Wie bereits oben erwähnt wurde, kann dieser Akkumulator auch, wie dies bereits bekannt ist, in das Schaltglied in Form von Wellfedern oder dergleichen integriert sein.
• Die Steuervorrichtung 3 weist in einer die Zulaufleitung 4 mit der zu dem Schaltglied 1 führenden Verbindungsleitung 5 verbindenden Leitung 13 eine Drosseldüse 12 auf. Parallel zu der Leitung 13 ist ein Steuerventil angeordnet, das einen auf einem Ventilsitz 15 aufliegenden tellerventilähnlichen Verschlußkörper 14 aufweist und von einer auf einem Federteller 17 abgestützten Ventilfeder 16 belastet ist. Der Ventilschaft 14a weist eine zentrische Bohrung 18 und Querbohrungen 19 auf, die den über dem Verschlußkörper 14 befindlichen Ventilraum mit der Verbindungsleitung 5 in Verbindung bringen.
• In einer weiteren Parallelleitung 20 ist ein Rückschlagventil in Form einer von einer Feder 22 belasteten Kugel 21 vorgesehen, das die Rückströmung des Drucköls beim Abschalten des Schaltgliedes 1 ermöglicht.
• Die in der Figur 1 gezeigte Anordnung wirkt nun in der Weise, daß bei Beginn des Schaltvorganges zum Einschalten des Schaltgliedes 1 durch das hier nicht gezeigte Schaltventil die Zulaufleitung 4 mit Druck beaufschlagt wird. Da zunächst die Verbindungsleitung 5 drucklos ist, wird der Verschlußkörper 14 des Steuerventils von dem Ventilsitz 15 entgegen dem Druck der Rückstellfeder 16 abgehoben, so daß Druckmittel an dem Ventil vorbei und über die Querbohrungen 19 sowie die Längsbohrung 18 zu der Verbindungsleitung 5 und damit zu dem Schaltglied 1 und dem Akkumulator 2 fließen kann. Der Verschlußkörper 14 des Steuerventils bleibt nun solange geöffnet, bis nach Überwinden des Lüftweges des Schaltgliedes 1 der Betätigungskolben 6 gegen die Lamellen des Lamellenpaketes 7 gelaufen ist. In diesem Moment, wenn der eigentliche Anlegevorgang des Schaltgliedes 1 beginnt, baut sich in der Verbindungsleitung 5 ein Druck auf, der sowohl auf den verschiebbaren Kolben 10 des Akkumulators 2 als auch zusammen mit der Rückstellfeder 16 auf den Verschlußkörper 14 des Steuerventils einwirkt. Die Rückstellfeder 16 ist dabei so bemessen, daß sie bei Erreichen eines Gegendruckes von beispielsweise 1,5 atü in der Verbindungsleitung 5 den Verschlußkörper 14 auf den Ventilsitz 15 drückt und damit die im wesentlichen ungedrosselte Verbindung zwischen der Zulaufleitung 4 und der Verbindungsleitung 5 unterbricht. Die weitere Druckmittelzufuhr zu dem Schaltglied 1 erfolgt danach nur noch über die Drosselleitung 13, in der die Drosseldüse 12 für einen langsamen Druckaufbau in der Verbindungsleitung 5 und damit für einen sanften Anlegevorgang des Schaltgliedes sorgt. Gleichzeitig mit dem Anlegen des Schaltgliedes 1 erfolgt die Aufladung des Akk-umulators 2, der zu einem kontinuierlichen Druckaufbau an dem Betätigungskolben 6 beiträgt.
• Nach dem Abschalten des Schaltgliedes 1, beispielsweise durch Umschalten auf einen anderen Gang des Getriebes wird die Zulaufleitung 4 druckentlastet. Dadurch wird das in der Rücklaufleitung 20 als Kugelsitzventil 21 ausgebildete Rückschlagventil geöffnet und ermöglicht so einen freien Abfluß des Druckmittels aus der Verbindungsleitung 5.
• Abweichend von der in der Figur 1 gezeigten Ausführung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wäre es auch möglich, die Drosseldüse 12 in den Verschlußkörper 14 des Steuerventils zu integrieren, indem beispielsweise in dem Verschlußkörper eine Drosselbohrung angebracht ist, die im geschlossenen Zustand des Ventils eine gedrosselte Verbindung zwischen der Zulaufleitung 4 und der Verbindungsleitung 5 herstellt. Auch wäre es möglich, den Ventilsitz bzw. den Verschlußkörper so auszubilden, daß der Verschlußkörper 14 beim Aufsetzen auf den Ventilsitz 15 den Durchtritt nicht völlig versperrt sondern noch einen gedrosselten Querschnitt freiläßt. Eine gesonderte Drosselleitung wäre dann entbehrlich.
• Die Figur 2 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung, die hier mit 23 bezeichnet ist und an die Stelle der Steuervorrichtung 3 der Figur 1 gesetzt werden könnte. Das Steuerventil ist hier als Flachsitzventil 24 ausgebildet, das von einer Rückstellfeder 25 belastet ist und eine Verbindungsöffnung 26 zwischen der Zulaufleitung 4 und der Verbindungsleitung 5 steuert. In dem Ventilkörper ist eine zentrale Drosselbohrung 27-vorgesehen, die die gesonderte Drosseldüse 12 der Figur 1 ersetzt und auch bei geschlossenem Zustand des Flachsitzventils 24 eine gedrosselte Zufuhr von Drucknitteln zu der Verbindungsleitung 5 ermöglicht. Parallel zu der Verbindungsöffnung 26 ist eine Rückflußöffnung 28 vorgesehen, die durch das von der Feder 22 belastete Kugelventil 21 verschlossen ist. Dieses Rückschlag ventil ermöglicht die schnelle Rückströmung von Druckmitteln aus der Verbindungsleitung 5 in die Zulaufleitung 4 nach deren Abschaltung.
• Die Figur 3 zeigt eine weitere Variante der in der Figur 1 dargestellten Steuervorrichtung. Die hier gezeigte Steuervorrichtung 30 weist einen Ventilkörper 31 auf, der von einer an einem Federteller 34 abgestützten Rückstellfeder 33 auf einen Ventilsitz 32 gedrückt wird. Der Ventilkörper 31 ist durchgehend hohl ausgeführt und weist Querbohrungen 36 zur Verbindung der Zulaufleitung 4 mit der Verbindungsleitung 5 nach dem Abheben des Ventilkörpers 31 auf. Konzentrisch in der Innenbohrung 35 des Ventilkörpers 31 ist ein als Tellerventil 37 ausgebildetes Rückschlagventil gehalten. Am Ende des Ventilschaftes 37a des Eückschlagventils ist ein Ventilteller 39 befestigt, auf den eine Rückstellfeder 38 wirkt.
• Die Funktion und Wirkungsweise der in der Figur 3 gezeigten Steuervorrichtung 30 entspricht derjenigen der Figur 1. Der besondere Vorteil besteht dabei darin, daß hier das Eückschlagventil in das Steuerventil integriert ist, so daß dies nicht gesondert angeordnet werden muß. Wie schon im Zusammenhang mit den anderen Ventilausführungen erwähnt wurde, kann auch hier noch eine Drosselstelle entweder in Form einer Drosselbohrung oder aber durch einen nicht völlig abschließenden Ventilkörper 31 vorgesehen sein.
• In den Figuren 4 und 5 werden nun zur Steuerung des Anlegevorganges Kolbenventile verwendet, die im Gegensatz zu den bisher gezeigten Ausführungen quer zur Strömungsrichtung des Druckmittels betätigt werden. So zeigt beispielsweise die Figur 4 eine Steuervorrichtung 40, bei der ein solcher häufig für Steuerzwekke verwendete Steuerkolben 41 mit zwei Steuerbünden 42a und 42b und einem zwischen den beiden Steuerbünden verbleibenden Kolben absatz 43 vorgesehen ist. Der Steuerkolben 41 wird von seiner einen Stirnseite her von einer Druckfeder 44 sowie zusätzlich von dem in der Verbindungsleitung 5 herrschenden Druck beaufschlagt, wozu eine Druckleitung 45 vorgesehen ist. An das andere Ende des Steuerkolbens 41 wird über eine Leitung 46 der Druck der Zulaufleitung 4 herangeführt. Mit 47 ist eine zu dem aus dem Kugelventil 21 bestehenden Rückschlagventil führende Leitung bezeichnet, die über eine Drosselbohrung 48 auch direkt mit der Zulaufleitung 4 in Verbindung steht. Das hier gezeigte Steuerventil ist nun so ausgebildet, daß die Zulaufleitung 4 mit der zu dem Schaltglied und dem Akkumulator führenden Verbindungsleitung 5 solange über den Kolbenabsatz 43 verbunden ist, wie der an der linken Stirnfläche des Ventilkolbens 41 anstehende Druck der Zulaufleitung 4 größer ist als der Druck der Verbindungsleitung 5 und der Rückstellfeder 44. Steigt der Druck in der Verbindungsleitung 5 durch die zur Anlage kommenden Schaltelemente des Schaltgliedes über einen im wesentlichen von der Feder bestimmten Wert an, dann wird der Ventilkolben 41 in die in der Zeichnung gezeigte Schließstellung verstellt, in der der Steuerbund 42a die Zulaufleitung 4 versperrt. Eine Verbindung zwischen der Zulaufleitung 4 und der Verbindungsleitung 5 besteht jetzt nur noch über die Drosselbohrung 48, die für einen weiteren, allmählichen Druckaufbau in der Verbindungsleitung 5 und damit für einen sanften Anlegevorgang des Schaltgliedes sorgt. Die Rückströmung des Druckmittels aus der Verbindungsleitung 5 nach Abschalten der Zulaufleitung 4 erfolgt wieder durch das dabei öffnende Kugel sitzventil 21.
• Die in der Figur 5 gezeigte Steuervorrichtung 50 weist ebenfalls einen Ventilkolben 51 mit zwei Steuerbünden 52a und 52b sowie mit einem Kolbenabsatz 53 auf, der von einer Stirnseite her von einer Rückstellfeder 54 belastet ist. An der anderen Stirnseite des Ventilkolbens 51 steht über eine Leitung 55 der Druck der Verbindungsleitung 5 an, der also bei Überschreiten eines von der Rückstellfeder 54 vorgegebenen Wertes das Ventil in die in der Zeichnung gezeigte Schließstellung verstellt. Unterhalb des vorgegebenen Schaltdruckes verbindet dagegen der Kolbenabsatz 53 die Zulaufleitung 4 mit der Verbindungsleitung 5. Mit 56 ist wieder eine Drosselbohrung bezeichnet, die auch im geschlossenen Zustand des Kolbenventils die Zulaufleitung 4 über eine Leitung 57 mit der Verbindungsleitung 5 verbindet. Der Vorteil gegenüber der Ausführung nach der Figur 4 besteht darin, daß bei der in der Figur 5 gezeigten Steuervorrichtung die Rückstellfeder 54 nur auf den relativ niedrigen Ansprechdruck eingestellt zu werden braucht, also nur relativ schwach ausgebildet sein kann, während die Rückstellfeder 44 bei der Ausführung der Figur 4 so stark ausgeführt sein muß, daß sie dem Druck der Zulaufleitung abzüglich des Ansprechdruckes entspricht.

Claims (11)

ANSPRÜCHE

1. Hydraulische Steuervorrichtung zur Betätigung eines Schaltgliedes, insbesondere in einem automatischen Getriebe, mit einer in der Zulaufleitung des Schaltgliedes angeordneten Drosselstelle und mit einem parallel zum Schaltglied angeordneten aufladbaren Druckmittel speicher, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Veränderung des Durchtrittsquerschnitts der Zulaufleitung (4, 5) in Abhängigkeit von dem sich vor dem Schaltglied aufbauenden Druck vorgesehen sind derart, daß bei niedrigem Gegendruck der Durchtrittsquerschnitt groß ist und bei infolge Eingriffs des Schaltgliedes steigendem Gegendruck der Durchtrittsquerschnitt verringert wird.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zulaufleitung zu dem Schaltglied (1) ein Ventil (14;24;31;41;51) angeordnet ist, das unterhalb eines vorgegebenen Druckes vor dem Schaltglied geöffnet ist und bei Erreichen dieses Druckes in Schließrichtung beaufschlagt ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil einen Verschlußkörper aufweist, der von einer den Schaltzeitpunkt bestimmenden Feder belastet ist.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (14;24;31;41) von dem Druck vor dem Schaltglied (1) und von der Feder (16;25;33;44) entgegen dem Druck der Zulaufleitung (4) in Schließrichtung beaufschlagt ist.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (51) von dem Druck vor dem Schaltglied (1) entgegen der Feder (54) in Schließrichtung beaufschlagt ist.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (14; 24 als Teller- oder Flachsitzventil ausgebildet ist, das in Längsrichtung der Zulaufleitung (4) betätigbar ist.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (41;51) als mit zwei Steuerbünden (42a, 42b; 52a, 52b) ausgerüstetes, von einer Stirnseite her von der Feder (44;54) belastetes Kolbenventil ausgebildet ist, das quer zur Zulaufleitung (4) angeordnet ist und einen Kolbenabsatz (43, 53) zur Verbindung der Zulaufleitung mit einer zum Schaltglied (1) führenden Leitung (5) aufweist.

8. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper in seiner Schließstellung einen gedrosselten Durchtrittsquerschnitt freiläßt.

9. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drosselbohrung (27) in dem Verschlußkörper (24) des Ventils angeordnet ist.

10. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Ventil ein in Rückströmrichtung öffnendes Rückschlagventil (21;37) angeordnet ist.

11. Steuereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (37) konzentrisch in dem Verschlußkörper (31) des Steuerventils angeordnet ist.

L e e r s e i t e