DE3526324C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalthebeleinheit nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Automatische Betätigungseinheiten für Kraftfahrzeuggetriebe sind be­ kannt, bei denen Hydraulikantriebe vorgesehen sind. Von Elektromagneten betätigte Richtungssteuerventile sind zur Auswahl der Bewegungsrichtung der Kolben in den entsprechenden Hydraulikzylindern vorgesehen und eine Steuereinheit zur Steuerung der Ventile gewährleistet, so daß insgesamt die Betätigungseinheit automatisch gesteuert werden kann. Bei einer solchen Betätigungseinheit ist eine einstufige Schalthebeleinheit ein­ setzbar (DE-OS 17 50 114), deren Schaltzylinder zwei Kolben und zwei endseitige sowie einen mittigen Anschlag aufweist. Der eine Kolben ist mit einer Kolbenstange verbunden, die nach außen ragt und mit dem Ver­ bindungshebel in Eingriff steht. Der andere Kolben hat eine Kolben­ stange, die lediglich an der gegenüberliegenden Seite des ersten Kolbens zur Anlage kommt. Dadurch kann diese Betätigungseinheit zwei Schalt­ stellungen und eine mittige Freilaufstellung einnehmen. Die beiden Schaltstellungen sind durch die an den Endanschlägen anliegenden Kolben definiert und werden durch Stellungsgeber in Form von Nockenschaltern meßtechnisch erfaßt. Die Freilaufstellung ist durch die Anlage des zweiten Kolbens am Mittelanschlag definiert und wird meßtechnisch nur durch die Nichtbetätigung der Nockenschalter erfaßt. Die Nockenschal­ ter lösen bestimmte Schaltfunktionen der Richtungssteuerventile nach Erreichen oder Verlassen der Anschläge durch die Kolben aus.

Der Aufbau der Schaltzylinder mit zwei Kolben, drei Öffnungen und Mit­ telanschlag führt zu einer relativ komplizierten Steuerungstechnik mit als 3/2-Ventilen auszuführenden Richtungssteuerventilen. Die Defi­ nition der Schaltstellungen durch die Anschläge in Verbindung mit der Ansteuerung der Richtungssteuerventile durch Nockenschalter nach Errei­ chen der Anschläge führt im Betrieb zu unschönen Schaltgeräuschen durch das Anschlagen der Kolben an den Anschlägen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte, zuvor erläu­ terte Schalthebeleinheit so auszugestalten und weiterzubilden, daß ein einfacher Aufbau gewährleistet ist und Schaltgeräusche so weit wie mög­ lich vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Schalthebeleinheit löst die zuvor aufgezeigte Auf­ gabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Mit der Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Schaltzylindern, die nach­ einander arbeiten, um die Gangwechsel zu realisieren, ist diese Schalt­ hebeleinheit insgesamt sehr einfach konstruiert. Jede einzelne Einheit weist lediglich einen in einem Schaltzylinder laufenden, mit der Kolben­ stange fest verbundenen Kolben auf, dessen Position vom Stellungsgeber jeweils kontinuierlich festgestellt werden kann. Dadurch ist eine opti­ male Steuerung der gesamten Schalthebeleinheit möglich. Positiv trägt dazu bei, daß alle Kolbenstangen die einfachst möglichen Bewegungen ausführen. Der Aufbau der Richtungssteuerventile ist denkbar einfach, es handelt sich nämlich um extrem einfache 2/2-Ventile. Ursache dafür ist ebenfalls die einfache Konstruktion der Schaltzylinder mit nur einem Kolben und folglich auch nur zwei Hydraulikanschlüssen (Öffnungen). Durch das Ansteuern der Elektromagneten der Richtungssteuerventile mit einem veränderbaren Tastverhältnis kann ein gesteuertes, optimal weiches Anfahren der Endstellungen bzw. Anhaltestellungen der Kolben erreicht werden. Das führt dazu, daß Schaltgeräusche durch hartes Anschlagen von Kolben an Anschlägen praktisch vollständig vermieden werden.

Weiter bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der zuvor erläu­ terten Lehre der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Im übrigen wird die Lehre der Erfindung nachfolgend anhand einer lediglich ein besonders bevorzugtes und zweckmäßiges Ausführungsbeispiel darstel­ lenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch, in perspektivischer Ansicht, eine erfindungsge­ mäße Schalthebeleinheit,

Fig. 2 schematisch ein hydraulisches Blockschaltbild der Schalthe­ beleinheit aus Fig. 1 und

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Funktionsweise eines von einem Elektromagneten gesteuerten Richtungssteuerventils bezogen auf die Kolbengeschwindigkeit des Kolbens in einem Schaltzylinder der Schalthebeleinheit aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt, daß eine erfindungsgemäße Schalthebeleinheit eine Mehr­ zahl von Schaltzylindern 1 a bis d (im dargestellten Ausführungsbei­ spiel vier Schaltzylinder) aufweist, die nahe nebeneinander angeordnet sind. Die Schaltzylinder 1 a bis d sind Differentialzylinder, die unter­ schiedliche Flächen auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Kol­ bens 5 a bis d (Fig. 2) in jedem der Schaltzylinder 1 a bis d ausnutzen. Jeder der Schaltzylinder 1 a bis d hat an gegenüberliegenden Enden zwei Öffnungen 2 a, 2 b, durch die Hydraulikflüssigkeit in den Schaltzylin­ der 1 a bis d hinein- und aus diesem hinausströmen kann. Im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel ist die Schalthebeleinheit Teil eines Kraftfahr­ zeuggetriebes (nicht dargestellt) mit sieben Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang. Dazu wird der erste Schaltzylinder 1 a für den ersten und zweiten Vorwärtsgang, der zweite Schaltzylinder 1 b für den dritten und vierten Vorwärtsgang, der dritte Schaltzylinder 1 c für den fünften und sechsten Vorwärtsgang und der vierte Schaltzylinder 1 d für den siebten Vorwärtsgang und den Rückwärtsgang verwendet.

Jeder der Schaltzylinder 1 a bis d umfaßt eine Kolbenstange 3 a bis d, die mit einem entsprechenden Verbindungshebel 4 a bis d verbunden ist, der seinerseits mit dem Getriebe verbunden ist, um auf dieses den Verschiebe­ weg der Kolbenstange 3 a bis d zu übertragen. Dieser Verschiebeweg wird von Stellungsgebern 6 a bis d gemessen, die mit jedem der Kolben 5 a bis d entfernt von den Kolbenstangen 3 a bis d verbunden sind. Die Stellungsge­ ber 6 weisen für sich bekannte Potentiometer auf, die an den entspre­ chenden Schaltzylindern 1 a bis d entfernt von den Kolbenstangen 3 a bis d angebracht und jeweils in einer zylindrischen Kappe 7 a bis d unterge­ bracht sind.

Ein hydraulischer Schaltkreis zum Betrieb der Schaltzylinder 1 a bis d ist in Fig. 2 dargestellt. Der hydraulische Schaltkreis weist eine Quelle 10 für Hydraulikflüssigkeit auf, von der aus Hydraulikflüssig­ keit über ein Haupt-Richtungssteuerventil 11 mit zwei Anschlüssen und zwei Stellungen den Schaltzylindern 1 a bis d zugeleitet wird. Genauer gesagt werden die Öffnungen 2 a der Schaltzylinder 1 a bis d ständig in hydraulischer Verbindung mit der Quelle 10 über das Richtungssteuerven­ til 11 gehalten, und zwar jeweils über Leitungen12 a bis d. Demgegenüber sind die Öffnungen der Schaltzylinder 1 a bis d mit einem Sammelbehälter bzw. Tank 14 verbunden, und zwar über Leitungen 13 a bis d.

Die Öffnungen 2 a, 2 b jedes Schaltzylinders 1 a bis d sind über Leitun­ gen 16 a bis d miteinander verbunden, wobei in diese Leitungen jeweils ein erstes Richtungssteuerventil 15 a bis d mit zwei Anschlüssen und zwei Stellungen eingeschaltet ist. Zweite Richtungssteuerventile 17 a bis d mit zwei Anschlüssen und zwei Stellungen sind jeweils in den Leitun­ gen 13 a bis d angeordnet. Das Haupt-Richtungssteuerventil 11 sowie die ersten und zweiten Richtungssteuerventile 15 a bis d und 17 a bis d sind von Elektromagneten gesteuert und wirken in einer ersten Stellung als Rückschlagventil zur Unterbrechung der hydraulischen Strömung, während sie in einer zweiten Stellung als Durchlaß wirken. Die Richtungssteuer­ ventile 11, 15 a bis d, 17 a bis d können durch Richtungssteuerventile ersetzt werden, die zwei Anschlüsse und zwei Stellungen aufweisen, bei denen in einer Stellung die Anschlüsse geöffnet und in der anderen Stellung die Anschlüsse geschlossen sind.

Die ersten und zweiten Richtungssteuerventile 15 a bis d, 17 a bis d wer­ den mit einem bestimmten Tastverhältnis gesteuert, wie das in Fig. 3 dargestellt ist. Der Erregerstrom des Elektromagneten jedes Richtungs­ steuerventils 15a bis d, 17 a bis d wird gesteuert, und zwar so, daß bei Annäherung der Kolbenstange 3 a bis d des entsprechenden Schaltzy­ linders 1 a bis d an eine seiner gegenüberliegenden Endstellungen bzw. Anhaltestellungen die Geschwindigkeit der Kolbenstange 3 a bis d langsam verringert wird.

Jeweils ein Drosselventil 18 a bis d ist in jeder der Leitungen 12 a bis d stromaufwärts der Öffnung 2 a des entsprechenden Schaltzylinders 1 a bis d angeordnet. In entsprechender Weise ist jeweils ein Drosselventil 19 a bis d in der Leitung 16 a bis d stromaufwärts der Öffnung 2 b jedes Schalt­ zylinders 1 a bis d angeordnet. Somit sind diese Drosselventile 19 a bis d zwischen den ersten Richtungssteuerventilen 15 a bis d und den Öffnungen 2 b der Schaltzylinder 1 a bis d angeordnet. Dritte Drosselventile 20 a bis d sind in den entsprechenden Leitungen 13 a bis d zwischen den Öffnungen 2 b und den zweiten Richtungssteuerventilen 17 a bis d angeordnet. Die ersten bis dritten Drosselventile 18 a bis d, 19 a bis d, 20 a bis d drosseln die Strömung von Hydraulikflüssigkeit, können jedoch weggelassen werden, wenn der Leitungsdurchmesser einen bestimmten Wert unterschreitet.

Die Schaltgeschwindigkeit der Schalthebeleinheit wird gemeinsam durch die Drosselventile 18 a bis d, 19 a bis d, 20 a bis d sowie durch Anregungs­ impulse auf die Elektromagneten der ersten und zweiten Richtungssteuer­ ventile 15 a bis d, 17 a bis d bestimmt.

Die Arbeitsweise der Schalthebeleinheit der zuvor erläuterten Art wird zunächst in Verbindung mit dem Schaltzylinder 1 a erläutert. Sobald die Kolbenstange 3 a und mit ihr der Verbindungshebel 4 a aus der Neutral­ stellung N in Fig. 1 nach vorn in die mit "1" bezeichnete Stellung ver­ schoben werden soll, wird das Haupt-Richtungssteuerventil 11 betätigt, so daß es in seine Öffnungsstellung gelangt. Ebenso wird das erste Rich­ tungssteuerventil 15 a betätigt, um es in seine Öffnungsstellung mit ge­ öffneten Anschlüssen zu bringen. Dadurch kann Hydraulikflüssigkeit durch die Öffnungen 2 a, 2 b in die einander gegenüberliegenden Zylinderkammern A, B des Schaltzylinders 1 a strömen. Da die Wirkungsfläche am Kolben 5 a in der Zylinderkammer B größer ist als in der Zylinderkammer A wird der Kolben 5 a hierdurch in Fig. 2 nach links verschoben. Dadurch wird die Kolbenstange 3 a herausgeschoben und der Verbindungshebel 4 a in Richtung auf die Stellung "1" bewegt. Die Ankunft des Verbindungshebels 4 a in der Stellung "1" wird vom Stellungsgeber 6 a festgestellt, der seinerseits ein entsprechendes Meßsignal an eine nicht dargestellte Steuereinheit abgibt, so daß nun der Erregerstrom des Elektromagneten des ersten Richtungs­ steuerventils 15 a abgeschaltet werden kann. Dadurch wird das Richtungs­ steuerventil 15 a durch Federkraft in seine normale, geschlossene Stellung verschoben.

Sollen nun die Kolbenstangen 3 a und dementsprechend der Verbindungs­ hebel 4 a von der Neutralstellung N rückwärts in die mit "2" bezeichnete Stellung verschoben werden, so werden das Haupt-Richtungssteuerventil 11 und das zweite Richtungssteuerventil 17 a betätigt, so daß diese öffnen. Diese Ventilbetätigung veranlaßt Hydraulikflüssigkeit von der Quelle 10 durch die Öffnung 2 a in die Zylinderkammer A zu strömen, wobei gleich­ zeitig Hydraulikflüssigkeit aus der Zylinderkammer B durch die Öffnung 2 b ausströmt. Im Ergebnis wird der Kolben 5 a in Fig. 2 nach rechts verscho­ ben, die Kolbenstange 3 a wird eingezogen und dadurch wird der Verbindungs­ hebel 4 a aus der Neutralstellung N in Richtung auf die Stellung "2" be­ wegt. Bei Ankunft des Verbindungshebels 4 a in der Stellung "2" wird der Erregerstrom des Elektromagneten des zweiten Richtungssteuerventils 17 a abgeschaltet, so daß dieses Richtungssteuerventil 17 a automatisch unter der Federkraft einer Feder in seine normale, geschlossene Stellung zu­ rückkehrt. In der oben erläuterten Weise wird also der Schaltzylinder 1 a gesteuert.

Die Schaltzylinder 1 a bis d werden durch Steuersignale eines nicht dar­ gestellten Microcomputers gesteuert. Der Microcomputer errechnet die optimalen Schaltstellungen für die unterschiedlichen Geschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung des Kraftfahrzeugs und/oder der Motordrehzahl und gibt Steuersignale ab, die diese optimalen Schaltstellungen (Schaltpunkte) darstellen. Diese Steuersignale werden dem Haupt-Richtungssteuerventil 11 sowie den ersten und zweiten Rich­ tungssteuerventilen 15 a bis d, 17 a bis d zugeleitet.

Soll beispielsweise das Kraftfahrzeug gestartet werden, so werden das Haupt-Richtungssteuerventil 11 und das erste Richtungssteuerventil 15 a betätigt, um geöffnet zu werden, so daß der Kolben 5 a und entsprechend die Kolbenstange 3 a vorwärtsbewegt werden, um den Verbindungshebel 4 a in die Stellung "1" zu bringen. Dadurch werden die Getriebezahnräder im Kraftfahrzeuggetriebe in die Stellung für den ersten Vorwärtsgang gebracht. Diese Stellung bleibt erhalten, bis das Kraftfahrzeug eine Geschwindigkeit von einigen km/h erreicht hat, woraufhin das erste Rich­ tungssteuerventil 15 a geschlossen und gleichzeitig das zweite Richtungs­ steuerventil 17 a geöffnet wird. Diese Stellungen der Ventile verursachen eine Bewegung des Kolbens 5 a und ein Rückziehen der Kolbenstange 3 a bis der Verbindungshebel 4 a die Stellung "2" erreicht. Dadurch wird das Getriebe in den zweiten Vorwärtsgang geschaltet. Erreicht der Verbin­ dungshebel 4 a die Stellung "2", so wird das zweite Richtungssteuer­ ventil 17 a geschlossen.

Bei weiterer Erhöhung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs wird das erste Richtungssteuerventil 15 a wieder geöffnet, um die Kolbenstange 3 a und den Verbindungshebel 4 a wieder in die Neutralstellung N zurückzu­ führen. Daraufhin wird dann das erste Richtungssteuerventil 15 a geschlos­ sen und das erste Richtungssteuerventil 15 b für den Schaltzylinder 1 b geöffnet, so daß hier die Kolbenstange 3 b nach vorn bewegt werden kann, bis der Verbindungshebel 4 b die mit "3" bezeichnete Stellung erreicht. Auf diese Weise wird das Getriebe aus dem zweiten Vorwärtsgang in den dritten Vorwärtsgang geschaltet. Am Ende dieses Schaltvorgangs wird das erste Richtungssteuerventil 15 b des zweiten Schaltzylinders 1 b geschlos­ sen. Wie man der voranstehenden Erläuterung entnehmen kann, wird das Getriebe schrittweise von dem ersten Vorwärtsgang bis zum siebten Vor­ wärtsgang durchgeschaltet. Der Gangwechsel wird in den optimalen Schaltstellungen bzw. an den optimalen Schaltpunkten vorgenommen, und zwar in Abhängigkeit von den entsprechenden Anforderungen zugeordneten Signalen des Microcomputers.

Das Diagramm in Fig. 3 läßt im oberen Teil erkennen, wie die Ansteuerung des Elektromagneten eines Magnetventils bzw. eines Richtungssteuerventils mit unterschiedlichem Tastverhältnis erfolgt, wobei sich das Tastverhält­ nis verringert, wenn der zugehörige Verbindungshebel sich der anzufahren­ den Endstellung bzw. Anhaltestellung nähert. Im unteren Teil von Fig. 3 ist die sich aufgrund des sich ändernden Tastverhältnisses ändernde, d. h. zur Endstellung bzw. Anhaltestellung hin verringernde Geschwindigkeit des den Verbindungshebel beaufschlagenden Kolbens dargestellt.

Claims (5)

1. Schalthebeleinheit für ein Kraftfahrzeuggetriebe od. dgl.

• a) mit einer Mehrzahl von vorzugsweise nebeneinander angeordneten, diffe­ rentiell arbeitenden Schaltzylindern (1 a bis d), jeder mit Öffnun­ gen (2 a, 2 b) zum Durchlaß von Hydraulikflüssigkeit, Kolben (5 a bis d) und einer Kolbenstange (3a bis d),
• b) mit jeweils einem Verbindungshebel (4 a bis d) an der Kolbenstan­ ge (3a bis d) jedes Schaltzylinders (1 a bis d), wobei der Verbindungs­ hebel (4 a bis d) mit dem Getriebe gekoppelt ist, um einen bestimmten Gangwechsel auszuführen,
• c) mit einer Quelle (10) für Hydraulikflüssigkeit, die mit einer der Öffnungen (2 a) jedes Schaltzylinders (1 a bis d) verbunden ist,
• d) mit einem Sammelbehälter bzw. Tank (14), der mit einer anderen Öffnung (2 b) jedes Schaltzylinders (1 a bis d) verbunden ist,
• e) mit jeweils einem ersten und einem zweiten elektromagnetisch vorzugs­ weise gegen Rückstell-Federkraft angesteuerten Richtungssteuerven­ til (15 a bis d bzw. 17 a bis d) mit jeweils zwei Stellungen, angeord­ net zwischen den Öffnungen (2 a, 2 b) des jeweiligen Schaltzylin­ ders (1 a bis d), um die Öffnungen (2 a, 2 b) wahlweise miteinander bzw. eine Öffnung (2 b) des entsprechenden Schaltzylinders (1 a bis d) mit dem Tank (14) zu verbinden und
• f) mit Stellungsgebern (6 a bis d) zur Feststellung von Positionen der Kolben (5 a bis d),

dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaltzylinder (1 a bis d) genau einen Kolben (5 a bis d) mit daran befestigter und mit die­ sem Kolben (5 a bis d) bewegter Kolbenstange (3a bis d) und genau zwei Öffnungen (2 a, 2 b) aufweist, daß mit den Stellungsgebern (6 a bis d) die Positionen der Kolben (5 a bis d) kontinuierlich feststellbar sind, daß jedes erste Richtungssteuerventil (15 a bis d) genau zwei Anschlüsse aufweist und mit den Anschlüssen zwischen die beiden Öffnungen (2 a, 2 b) des entsprechenden Schaltzylinders (1 a bis d) geschaltet ist, daß jedes zweite Richtungssteuerventil (17 a bis d) genau zwei Anschlüsse aufweist und mit den Anschlüssen zwischen die zweite Öffnung (2 b) des entsprechen­ den Schaltzylinders (1 a bis d) und den Tank (14) geschaltet ist und daß die Richtungssteuerventile (15 a bis d, 17 a bis d) elektromagnetisch mit einem veränderbaren Tastverhältnis ansteuerbar sind, so daß die Bewe­ gungsgeschwindigkeit des entsprechenden Kolbens (5 a bis d) abbremsbar bzw. verringerbar ist, sobald der entsprechende Verbindungshebel (4 a bis d) sich einer vorgegebenen Schaltstellung nähert.

2. Schalthebeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Richtungssteuerventile (15 a bis d, 17 a bis d) ihre Anschlüsse in einer Ventilstellung geöffnet und in der anderen Ventil­ stellung geschlossen haben.

3. Schalthebeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Richtungssteuerventile (15 a bis d, 17 a bis d) in einer Ventilstellung ihre Anschlüsse geöffnet haben und in der anderen Ventilstellung als Rückschlagventil wirken.

4. Schalthebeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Haupt-Richtungssteuerventil (11) mit zwei Anschlüssen und zwei Stellungen vorgesehen ist, daß das Haupt-Richtungssteuerven­ til (11) zwischen der Quelle (10) für Hydraulikflüssigkeit und der ersten Öffnung (2 a) jedes der Schaltzylinder (1 a bis d) angeordnet ist und eine wahlweise Verbindung beider erlaubt.