DE3833624A1 - Ventilanordnung fuer die geregelte versorgung eines arbeitsraums mit hydraulikfluid - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung für die geregelte Versorgung eines Arbeitsraums beispielsweise eines Schaltglieds eines Lastschaltgetriebes mit Hydrau­ likfluid, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Herkömmlicherweise weist eine derartige Ventilanordnung neben einem Schaltventil, das die zum Arbeitsraum führende Versorgungsleitung entweder mit Systemdruck beaufschlagt oder entlastet, eine in Reihe geschaltetes Druckregelven­ til auf, über das der Versorgungsdruck des Arbeitsraums konstant gehalten wird.

Auf dem Gebiet der hydraulischen Steuerungen, wie sie beispielsweise für automatische Lastschaltgetriebe Anwen­ dung finden, besteht zunehmend das Bedürfnis, unter Beibe­ haltung vorgegebener Funktionen die Anzahl der Funktions­ träger, wie z. B. der Ventile, der Hydraulikfluidleitungen oder des Zubehörs, zu minimieren, um die Herstellungs­ kosten und den in Anspruch genommenen Bauraum zu reduzieren.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung für einen Hydraulikkreis zur geregelten Versorgung eines Arbeitsraums eines hydraulisch betätigten Aggregats, beispielsweise eines Schaltgliedes eines Last­ schaltgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die unter Inanspruchnahme von weniger Bau­ raum eine wirtschaftlichere Herstellung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird einem einzigen Schaltventil eine Mehrfachfunktion zugeordnet. Zum einen erfüllt das Schalt­ ventil nach wie vor die Funktion, das hydraulische Aggre­ gat, beispielsweise das Schaltglied eines Lastschaltge­ triebes, zu- bzw. abzuschalten. Gleichzeitig wird aller­ dings dem Schaltventil eine Regelfunktion überlagert bzw. übertragen, die ansonsten ein zusätzliches Regelventil übernehmen müßte.

Das Schaltventil kann hydraulisch, elektrisch oder elek­ tromechanisch in eine Neutralstellung gebracht werden, in der die Regelfunktion überspielt wird. Hierzu kann ein elektromagnetisch betätigtes Stellglied Anwendung finden, dessen Elektromagnetanker vorzugsweise einen festen Hub hat, so daß der Ventilschieber des Schaltventils sicher aus der Regelstellung in die Sperrstellung, d. h. in eine das betreffende Schaltglied nicht beaufschlagende Neutral­ stellung bringbar ist.

Es ist besonders vorteilhaft, das stetig verstellbare Regelventil als vorgesteuertes Druckregelventil auszubil­ den. Auf diese Weise gelingt es, den vom Druckregelventil einzuregelnden Versorgungsdruck entsprechend einer er­ wünschten Charakteristik zu modulieren, was sich insbeson­ dere bei der Beaufschlagung von Schaltgliedern eines Last­ schaltgetriebes als vorteilhaft erweist. Über diese Vor­ steuerung ergibt sich darüber hinaus der Vorteil, daß eine Druckregelung weitgehend unabhängig vom Ölstrom möglich wird.

Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 5 gelingt es auf einfache Weise, den Druck in der Versorgungsleitung kontrolliert mit dem Druck in der Steuerleitung zu variieren. Gemäß dieser Schaltungsanordnung ist der Druck in der Versorgungsleitung und damit der Druck im Arbeits­ raum des Schaltglieds stets um das Druckgefälle der Dros­ sel höher als der veränderliche Steuerdruck.

Nachstehend wird die Erfindung anhand schematischer Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Darstellung des prinzi­ piellen Aufbaus der Ventilanordnung; und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Hydraulikkreises zur Versorgung mehrerer Schaltglieder eines Last­ schaltgetriebes, in den die erfindungsgemäße Ventilanordnung eingegliedert ist.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein als Multifunk­ tionsventil wirkendes stetig verstellbares Wegeventil bezeichnet, das zwei Grenz-Schaltstellungen A und B hat. Das stetig verstellbare Wegeventil 10 ist in eine Versor­ gungsleitung 12 eingegliedert, die zu einem mit Hydraulik­ fluid speisbaren Arbeitsraum eines hydraulischen Aggre­ gats, beispielsweise eines Schaltgliedes bzw. einer Kupplung eines Lastschaltgetriebes führt. Der Ventilschie­ ber des stetig verstellbaren Wegeventils ist mittels eines Stellgliedes 14 in Form eines Elektromagnetankers bei eingeschaltetem Magneten in die Schaltstellung B bringbar, in der ein Systemdruckanschluß 16 gesperrt und der zum Schaltglied bzw. zur Kupplung führende Versorgungslei­ tungsabschnitt 12 zum Tank 18 entlastet wird.

Bei abgeschaltetem Magneten 14 nimmt das stetig verstell­ bare Wegeventil die in Fig. 1 gezeigte Regelstellung ein, um den Versorgungsdruck im Versorgungsleitungsabschnitt 12 stromab des stetig verstellbaren Wegeventils 10 zu regeln. Zu diesem Zweck ist eine Regelfeder 20 vorgesehen, die den Ventilkolben des Wegeventils 10 in Richtung der Schalt­ stellung A beaufschlagt. Der Regelfeder 20 entgegen wirkt über eine Rückführungsleitung 22 der Ausgangsdruck p _A , der auf die Stirnseite des Steuerteils des stetig verstellba­ ren Wegeventils 10 gegeben und dort mit der eingestellten Kraft der Regelfeder 20 verglichen wird. Auf diese Weise fungiert das stetig verstellbare Wegeventil 10 als Druckregelventil und gleichzeitig bei eingeschaltetem Magneten als reines Schaltventil für das mit Hydraulik­ fluid zu versorgende Stellglied.

In der gezeigten Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist zusätz­ lich eine Vorsteuerung für das Druckregelventil 10 vorge­ sehen. Diese erfolgt über eine Steuerleitung 24, die gleichsinnig mit der Regelfeder 20 auf ein Steuerteil des Druckregelventils 10 einwirkt. Die Steuerleitung 24 ist über eine Verbindungsleitung 26, in der eine Drossel bzw. Blende 28 vorgesehen ist, mit dem Versorgungsleitungsab­ schnitt 12 verbunden. Der Druck in der Steuerleitung 24 ist veränderlich. Sobald über die Blende 28 ein Hydraulik­ fluidstrom auftritt, ergibt sich ein von der Regelfeder 20 bestimmtes Druckgefälle an der Blende, um das der Druck im Versorgungsleitungszweig 12 stets höher ist als der Druck in der Steuerleitung 24. Auf diese Weise kann beim Zu­ schalten des Schaltglieds, beispielsweise der Kupplung eines Lastschaltgetriebes, der Druckaufbau im Arbeitsraum des Schaltgliedes in vorbestimmter Weise moduliert werden, was nachfolgend anhand von Fig. 2 näher erläutert werden soll.

Fig. 2 zeigt einen kompletten Hydraulik-Schaltkreis zur Ansteuerung mehrerer Kupplungen K 1, K 2, K 3 und K 4 eines Lastschaltgetriebes, wobei in den Hydraulik-Schaltkreis das Multifunktionsventil 10 gemäß Fig. 1 eingegliedert ist. Diejenigen Schaltungsteile, die in Fig. 1 bereits gezeigt sind, sind in Fig. 2 mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet. Im unteren Teil der Fig. 2 ist eine Ven­ tilanordnung zur Veränderung des Steuerdrucks und somit zur Modulation des Drucks in der Versorgungsleitung 12 gezeigt. Diese Ventilanordnung wirkt somit als Modula­ tionssystem für den wirksamen Druck in den angesteuerten Kupplungen K 1 bis K 4. Zu diesem Modulationssystem gehört ein Speicherzylinder 30, in dem gegen die Kraft einer Feder 32 ein Kolben 34 verschiebbar aufgenommen ist. Auf der der Feder 32 abgewandten Seite des Kolbens 34 erfolgt über die Steuerleitung 24 eine Druckbeaufschlagung. Ein Speicherraum 36 auf der Rückseite des Kolbens 34 ist über eine Verdrängungsleitung 38, in die eine Drossel 40 einge­ gliedert ist, zu einem Modulations-Schaltventil 42 ge­ führt, das zwei Schaltstellungen C und D hat. Eine Feder 44 spannt das Modulations-Schaltventil 42 in die Schalt­ stellung C vor, in der eine Druckentlastung der Verdrän­ gungsleitung 38 zum Tank 18 hin erfolgt. Eine Steuerdruck­ zweigleitung 46 wird in dieser Schaltstellung C gleichzei­ tig verschlossen. Der Feder 44 entgegen wirkt der Druck in einer hinter der Drossel 40 von der Verdrängungsleitung 38 abzweigenden Steuerleitung 48 und unter Zwischenschaltung einer nicht näher bezeichneten Feder die Kraft einer aus dem Speicherzylinder 30 herausgeführten Kolbenstange 50. Mittels eines Schaltmagneten 52 kann das Modulationssystem abgeschaltet werden, d. h. das Modulations-Schaltventil 42 blockiert werden.

Das Modulationssystem funktioniert wie folgt: Wenn eine der Kupplungen K 1 bis K 4 über das stetig verstellbare Wegeventil 10 gefüllt wird, fließt Hydraulikfluid über die Blende 28 und die Steuerleitung 24 zum Speicherzylinder 30. Alle Ventile befinden sich mit Beginn der Füllung in der in Fig. 2 gezeigten Stellung. Beim ersten Anlauf der Druckpumpe war das Modulations-Schaltventil 42 durch Fe­ derkraft in Stellung C gehalten. Bei einer weiteren Schaltung stand es vor Füllbeginn in Stellung D. Die Versorgung der Kupplungen K 1 bis K 4 mit Systemdruck er­ folgt derart, daß der Systemdruck bei Füllung der jeweils angesteuerten Kupplungen K 1 bis K 4 um einen bestimmten Betrag zusammenbricht. Die Feder 44 des Modulationsschalt­ ventils 42 ist so abgestimmt, daß bei Erreichen dieses bestimmten Füllgrades die Kraft der Feder 44 größer wird als die auf die andere Stirnseite des Stellteils einwir­ kende Druckkraft. Der Schieber des Modulations-Schaltven­ tils 42 läuft auf diese Weise während der Füllung der betreffenden Kupplung selbsttätig in die Schaltstellung C, in der über die Steuerleitung 48 die linke Stirnfläche des Kolbenschiebers des Schaltventils 42 zum Tank 18 entlastet wird.

Mit steigendem Druck läuft der Zylinderkolben 34 unter Überwindung der Kraft der Feder 32 nach rechts. Hierbei wird Hydraulikfluid aus dem Speicherraum 36 über die Düse 40 und die Verdrängungsleitung 38 zum Tank 18 verdrängt. Sobald Hydraulikfluid durch die Blende 28 fließt, wird der Druckabfall an der Blende 28 konstant gehalten, wobei dann der Druck in der Versorgungsleitung 12 von der Regelfeder 20, den Blenden 28 und 40 und der Federkennlinie des Speicherzylinders 30 abhängt.

Wenn der Speicherkolben 34 bzw. 50 nach rechts abgelaufen ist, stößt die Kolbenstange 50 den Kolben des Modulations­ Schaltventils 42 nach rechts in die Schaltstellung D. Die eingeschaltete Kupplung K 1 bis K 4 wird nun mit vollem Systemdruck versorgt. In dieser Schaltstellung D steuert das Modulations-Schaltventil 42 eine Verbindung zwischen der Steuerdruckzweigleitung 46 und der Verdrängungsleitung 38 auf, so daß über die Steuerleitung 48 nunmehr auf der linken Seite des Modulations-Schaltventils 42 ein Druck wirksam wird, der dem Druck in der Versorgungsleitung 12 entspricht. Auf diese Weise wird das Modulations-Schalt­ ventil 42 selbsttätig in der Schaltstellung D gehalten.

Über die Drossel 40 erhält nunmehr auch der Speicherraum 36 Hydraulikfluid unter einem höheren Druck, nämlich dem Druck in der Versorgungsleitung 12, so daß der Speicher­ kolben 34 unter Einwirkung der Feder 32 gemäß Fig. 2 nach links zurückläuft. Damit ist die Ausgangsstellung des Modulationssystems wieder erreicht, so daß es bei Einlei­ tung einer neuen Schaltung, d. h. beim Füllen eines ande­ ren Schaltgliedes wieder in Funktion treten kann. Auf diese Weise gelingt es, das in Fig. 2 gezeigte Modula­ tionssystem für beliebig viele Schaltglieder heranzuzie­ hen; denn die Anordnung ist derart getroffen, daß das Modulationssystem mit Beginn eines neuen Schaltvorgangs sofort wieder in eine Bereitschaftsstellung gebracht wird. Somit kann die Anzahl der Funktionsträger der hydrau­ lischen Steuerung weiter vermindert werden.

Um beim Umschalten der Schaltglieder bzw. Kupplungen K 1 bis K 4 eines Lastschaltgetriebes dafür zu sorgen, daß keine Drehmomentunterbrechung auftritt, ordnet man her­ kömmlicherweise jedem Schaltglied ein eigenes sog. Über­ schneidungsventil oder Abschaltventil zu, das dafür sorgt, daß die abschaltende Kupplung zunächst über eine Düse langsam entleert wird und deshalb so lange auf ausreichen­ dem Druckniveau bleibt, bis die zuschaltende Kupplung ebenfalls ein ausreichendes Druckniveau erreicht hat und die Motorlast übernehmen kann. Erst dann wird die abschal­ tende Kupplung ungedrosselt entlastet, beispielsweise mit dem Tank verbunden. Die Besonderheit des Hydraulikkreises gemäß Fig. 2 besteht darin, daß vier Schaltglieder K 1 bis K 4 mit lediglich zwei Überschneidungsventilen 54 und 56 auskommen. Zu diesem Zweck sind die Kupplungen paarweise zusammengefaßt, wobei jedem Kupplungspaar K 1, K 2 bzw. K 3, K 4 ein gemeinsames Schaltventil 58 bzw. 60 zugeordnet ist. Das Schaltventil 58 wird beispielsweise bei jeder Schaltung, das Schaltventil 60 bei jeder zweiten Schaltung entsprechend folgender Schaltlogik umgeschaltet:

Mit X sind in der Schaltlogik die geschalteten Kupplungen gekennzeichnet. Durch eine Vorrichtung, die nicht näher beschrieben ist, ist gewährleistet, daß immer nur der benachbarte Gang geschaltet werden kann.

Die Überschneidungsventile 54 und 56 sind vom Versorgungs­ druck der Kupplungen K 1 bzw. K 2 angesteuert, wobei über diese Überschneidungsventile 54 bzw. 56 Druckentlastungs­ anschlußleitungen 62 bzw. 64 der jeweils anderen Kupplung des Kupplungspaares führen.

Um die Überschneidungsventile 54 und 56 auch für das Kupplungspaar K 3 und K 4 nutzen zu können, sind die Druck­ entlastungsanschlußleitungen 62 und 64 über Zweigleitungen 66 bzw. 68 mit Entleerungsanschlüssen 70 bzw. 72 des Schaltventils 60 verbunden, wobei in den Zweigleitungen 66 und 68 jeweils ein Rückschlagventil 74 bzw. 76 eingeglie­ dert ist, das zum betreffenden Überschneidungsventil 54 bzw. 56 hin öffnet.

Das Schaltventil 58 ist als 6/2-Wegeventil, das Schaltven­ til 60 als 5/2-Wegeventil ausgebildet. Man erkennt aus der Darstellung, daß beim Zuschalten der Kupplungen K 1 und K 4 (Schaltung 3 → 2) über das Überschneidungsventil 54 ein langsamer Druckabbau in den Kupplungen K 2 und K 3 sicherge­ stellt ist. Beim anschließenden Umschalten des Kupplungspaares K 1, K 2 (Schaltung 2 → 1) erfolgt die lang­ same Druckentlastung der Kupplung K 1 über das Überschnei­ dungsventil 56. In dieser Schaltstellung ist die Zweig­ leitung 66 mit einer Tankleitung 78 verbunden, so daß die Kupplung K 3 über das Rückschlagventil 74 weiterhin mit Tankdruck verbunden bleibt (entsprechend der obigen Schaltlogik). Wenn beim Hochschalten vom 2. in den 3. Gang das Schaltventil 58 in die rechte Stellung und das Schalt­ ventil 60 zur Füllung der Kupplung K 3 nach rechts geschal­ tet ist, erfolgt die Entleerung der Kupplung K 1 über das Überschneidungsventil 56, wobei der Druckabbau in der Kupplung K 4 über das Rückschlagventil 76 ebenfalls über das Überschneidungsventil 56 vorgenommen wird.

Wenn bei der weiteren Hochschaltung vom 3. in den 4. Gang (3 → 4) das Schaltventil 60 in seiner rechten Stellung bleibt und das Schaltventil 58 in seine linke Stellung geht, wird die abschaltende Kupplung K 2 über das Über­ schneidungsventil 54 entleert. Die Kupplung K 4, die im 3. Gang bei voll zugeschalteter Kupplung K 2 über das Über­ schneidungsventil 56 ungedrosselt mit Tank verbunden war, ist jetzt über die Leitung 78 direkt mit Tank verbunden und gleichzeitig über das Überschneidungsventil 56 gedros­ selt mit Tank verbunden. Die Leitung 78 stellt eine Siche­ rungsmaßnahme dar, um bei Leckage in die Kupplung K 4 bei abgeschalteter Kupplung K 2 vor der Drossel des Ventils 56 keinen unzulässig hohen Staudruck in der Kupplung K 4 zu ermöglichen. Dieser Staudruck könnte dann bei hoher Leckage so groß werden, daß die Kupplung K 4 im abgeschal­ teten Zustand Drehmoment übertragen würde. Die gleiche Logik gilt entsprechend für die Kupplung K 3 bei der Schaltung von 2 → 1.

Die Aufgabe der Rückschlagventile 74 und 76 besteht einzig und allein darin, bei einer Entleerung der Kupplungen K 1, K 2 zu verhindern, daß Öl von K 1, K 2 in eine der gerade an Tank gelegten Kupplungen K 3, K 4 fließt. Hierzu soll ein Beispiel gegeben werden: Im 4. Gang liegt die Kupplung K 4 über die Leitungen 68 und 78 an Tank. Beim Schalten von 4 nach 3 wird jetzt das in der Kupplung K 1 eingeschlossene Ölvolumen auf die Leitung 68 geschaltet und gleichzeitig die Kupplung K 2 gefüllt. Das Überschneidungsventil 56 steht noch in der in Fig. 2 gezeigten Stellung und dros­ selt den Ölabfluß aus der Kupplung K 1 so lange, bis die Kupplung K 2 Drehmoment übernehmen kann. Das Rückschlagven­ til 76 verhindert nun, daß Drucköl von der Kupplung K 1 in die entleerte Kupplung K 4 fließt. Dabei würde in der Kupplung K 1 der Druck schlagartig abgebaut und in der Kupplung könnten unerlaubte Staudrücke entstehen.

Die dargestellte Anordnung von Schaltventilen, Überschnei­ dungsventilen und Rückschlagventilen gewährleistet also eine gedrosselte Entleerung der vier Kupplungen bei allen möglichen Gangwechseln mit lediglich zwei Überschnei­ dungsventilen.

Die Erfindung schafft somit eine Ventilanordnung für die geregelte Versorgung eines Arbeitsraums, beispielsweise eines Schaltgliedes eines Lastschaltgetriebes mit Hydrau­ likfluid, mit einem Schaltventil, über das die zum Ar­ beitsraum führende Versorgungsleitung mit Systemdruck beaufschlagbar oder auf ein niedrigeres Druckniveau, wie z. B. zum Tank entlastbar ist. Das Schaltventil ist als stetig verstellbares Wegeventil bzw. Servoventil ausgebil­ det, dessen Ventilschieber durch die Kraft einer Regelfe­ der gegen die Kraft des Drucks in der Versorgungsleitung in einer Regelstellung haltbar ist. Auf diese Weise wird ein Multifunktionsventil geschaffen, das nicht nur als Schaltventil zum Zu- bzw. Abschalten eines hydraulischen Aggregats dient, sondern gleichzeitig als Druckregelventil herangezogen werden kann.

Claims (5)

1. Ventilanordnung für die geregelte Versorgung eines Arbeitsraums beispielsweise eines Schaltgliedes eines Lastschaltgetriebes mit Hydraulikfluid, mit einem Schalt­ ventil, über das die zum Arbeitsraum führende Versorgungs­ leitung mit Systemdruck beaufschlagbar oder auf ein nied­ rigeres Druckniveau, wie z. B. zum Tank entlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (10) als stetig verstellbares Wegeventil ausgebildet ist, dessen Ventilschieber durch die Kraft einer Regelfeder (20) gegen die Kraft des Drucks in der Versorgungsleitung (12) in einer Regelstellung haltbar ist.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mit der Regelfeder (20) gleichsinnig die Kraft des Drucks in einer Steuerleitung (24) wirkt.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Schaltventil (10) ein Stellglied (14) zugeordnet ist, mit dem der Ventilschieber unter Überspie­ lung der Regelfunktion in eine die Versorgungsleitung (12) entlastende Sperrstellung (B) bringbar ist.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Stellglied (14) ein Elektromagnetanker mit vorzugsweise festem Hub ist.

5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (24) über eine Blende (28) mit der Versorgungsleitung (12) stromab des Schaltventils (10) gekoppelt ist.