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Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische
Steuereinrichtung für ein Schaltgetriebe von
Nutzfahrzeugen, z.B. Verlader, Bagger, Gabelstapler usw. und
insbesondere betrifft sie eine Vorrichtung zum Steuern eines
automatischen Zweigangschaltgetriebes mit einer Kupplung
unter Drehmoment für hydrostatische Übertragungen.
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Es ist bekannt, einen endothermen Motor mit einer
Differentialachse zum Fahren eines Fahrzeuges mittels einer
hydrostatischen Übertragung und eines automatischen
Schaltgetriebes vom beschriebenen Typ einzusetzen. Die
hydrostatische Übertragung schließt normalerweise eine
volumenvariable hydrostatische Pumpe, die mit der Ausgangswelle des
endothermen Motors verbunden ist, und einen
volumenvariablen hydrostatischen Motor ein, welcher durch die
hydrostatische Pumpe angetrieben wird. Die Ausgangswelle des
besagten Motors ist mit der Differentialachse mittels des
Schaltgetriebes, z.B. vom Drei-Gang-Typ, verbunden, wobei
das Getriebe hydraulisch angetriebene Kupplungen aufweist,
um zwei verschiedene Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen
der Eingangs- und der Ausgangswelle des besagten
Schaltgetriebes zu erreichen. Die Kupplungen (vom Scheiben-Typ)
werden durch eine externe Pumpe mit konstantem Volumen
angetrieben,
welche Öl unter Druck liefert, welches für das
Zusammenpressen der Scheiben einer der zwei Kupplungen
vorgesehen ist, und deshalb einen der zwei Gänge in Eingriff
bringt. Die Lieferung von Öl unter Druck zu der einen
Kupplung oder der anderen (und somit das Ineingriffbringen des
einen oder des anderen Ganges) wird mittels zweier
Magnetspulen bewirkt, die durch eine elektronische
Antriebsvorrichtung gesteuert werden und geeignet mit dem Benutzer
(was ein Schaltgetriebe und das Steuern der
Bewegungsrichtung erlaubt), dem endothermen Motor, der hydrostatischen
Übertragung und den Gangsteuer-Magnetspulen verbunden ist,
um die Rotationsrichtung der Übertragungsausgangswelle (und
deswegen die Bewegungsrichtung) zu steuern und geeignete
Energiezuführungs- und -abführungssignale für die
Kupplungssteuer-Magnetspulen in einer an sich bekannten Weise
gemäß der Motorkraft und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges
zu erzeugen.
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Dieses automatische Steuersystem arbeitet einwandfrei und
ist sehr zuverlässig, aber es ist nicht frei von
Nachteilen. Sobald man von dem zweiten in den ersten Gang
schaltet, ist es in der Tat nicht geeignet, eine graduelle
Geschwindigkeitsreduzierung zu ermöglichen und es verursacht
eine scharfe Bremswirkung des Fahrzeuges, was für den
Fahrzeugbenutzer unerfreulich und unakzeptabel ist.
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Verschiedene Lösungen sind entwickelt und getestet worden,
um dieses Probelm aus der Welt zu schaffen, von denen
einige komplizierte Modifikationen des elektronischen
Steuerteils zur Folge haben, um die Magnetspulen (und deswegen
die betreffenden Kupplungen) nur zu betätigen, wenn die
Geschwindigkeiten der Scheiben der Kupplung für den ersten
Gang identisch sind. Selbst diese Lösungen haben jedoch das
Problem nicht komplett gelöst und haben nicht die
ungewünschte Geschwindigkeitsreduzierung während des
Gangwechselns beseitigt; die besagten Lösungen ziehen vielmehr
bedeutende und teure Modifikationen der Elemente des
Übertragungssystems nach sich, vor allem in dem elektronischen
Steuerbereich.
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Eine andere bekannte Lösung wird im US-Patent Nr. 4,187,739
gezeigt. In der Tat offenbart das US-Patent ein
Steuersystem für einen hydrostatischen Drehmomentwandler, der eine
Gangübertragung mit Kupplungseingriff aufweist. Die
Kupplungseingriffsunterbrechung wird hydraulisch durch zwei
Modulationssperrvorrichtungen kontrolliert. Gemäß dem
US-Patent werden die Absperrvorrichtungen in das Steuersystem
integriert und bringen daher komplizierte und teure
Modifikationen mit sich.
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Daher ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
automatische Steuervorrichtung für die Gangschaltung von
Nutzfahrzeugen zu schaffen, die die Nachteile des Standes
der Technik aus der Welt schafft.
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Innerhalb dieses Ziels ist es im besonderen eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine automatische
Steuervorrichtung für die Gangschaltung von Nutzfahrzeugen zu
schaffen, die eine graduelle Geschwindigkeitsreduzierung des
Fahrzeuges selbst während des automatischen Schaltens vom
zweiten in den ersten Gang erlaubt. Eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine automatische
Steuervorrichtung für die Gangschaltung von Nutzfahrzeugen
anzugeben, welche einfach für Bewegungsübertragungssysteme
verschiedener Arten und für unterschiedliche Nutzfahrzeuge
geeignet ist.
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Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
automatische Steuervorrichtung für die Gangschaltung von
Nutzfahrzeugen zu schaffen, in welcher die Einrichtung,
welche ein sanftes Gangschalten erlaubt, extrem einfach und
deswegen ökonomisch ist, einfach eingefügt und mit den
anderen Komponenten des automatischen Übertragungssystems
ohne Modifikation derselben verbunden werden kann und die
größtmögliche Sicherheit und Zuverlässigkeit im Gebrauch
gibt.
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Dieses Ziel, die erwähnten Aufgaben und noch weitere, die
nachfolgend noch sichtbar werden, werden durch eine
automatische Steuereinrichtung für die Gangschaltung von
Nutzfahrzeugen gemäß den Patentansprüchen erreicht bzw. gelöst.
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Die Charakteristiken und Vorteile der automatischen
Steuervorrichtung für die Gangschaltung von Nutzfahrzeugen gemäß
der Erfindung werden nachfolgend auf der Basis der
Beschreibung eines bevorzugten, aber nicht beschränkten
Ausführungsbeispieles, nur dargestellt anhand eines nicht
eingeschränkten Beispiels, anhand folgender Zeichnung
beschrieben.
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Diese zeigt in
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Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Fahrsystems
mit einer automatischen Gangschaltvorrichtung
gemäß der Erfindung und
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Fig. 2a und 2b das Verhalten des Öldruckes für den
Eingriff der Kupplungen nach dem Stand der Technik und
gemäß der Erfindung.
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Mit Bezug auf die Figur 1 zeigt das Bezugszeichen 1 einen
endothermen Motor zur Betätigung einer Differentialachse,
die mit den Rädern für die Bewegung eines Fahrzeuges
verbunden
ist, über eine hydrostatische Übertragung 2 und eine
Gangschaltung 3. Die hydrostatische Übertragung 2 kann von
jeder Art sein, z.B. derart, wie am Anfang dieser
Beschreibung ausgeführt, und kann daher eine volumenvariable Pumpe,
die mit ihrer Eingangswelle 10 zu der Ausgangswelle 11 des
Motors 1 verbunden ist und einen volumenvariablen
hydrostatischen Motor aufweisen, der von der hydrostatischen Pumpe
gesteuert wird, wobei die Ausgangswelle 14 mit der
Eingangswelle der Gangschaltung 3 verbunden ist. Die besagte
Gangschaltung 3 kann vom Typ mit drei Wellen sein, von
welchen die Zeichnung die Eingangswelle 15 und die
Ausgangswelle 16 und schematisch, die Zwischenwelle 14 darstellt
und kann zwei Kupplungen aufweisen, schematisch mit 18,19
angedeutet, welche hydraulisch angetrieben werden durch den
Druck des von der Pumpe 4 gelieferten Öls, welche
vorzugsweise von einem volumenkonstanten Typ ist. Auf eine an sich
bekannte Weise wird die Zuführung des unter Druck stehenden
Öls zu der einen Kupplung oder der anderen durch
elektromagnetische Absperrglieder (Spulen) K1,K2 gesteuert, jeweils
für den ersten und für den zweiten Gang, welche ihrerseits
durch ein elektronisches Steuersystem 6 gesteuert werden.
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Im Detail ist das elektronische Steuersystem 6, welches von
bekannt ein Typ ist und deswegen nicht genauer im Hinblick
auf seine innere Struktur beschrieben wird, durch eine
Leitung 20 mit einem Steuerhebel 21 verbunden, welcher durch
einen Benutzer so betätigt werden kann, daß manuell der
erste und zweite Gang (wie angezeigt in der Figur durch I und
II) gewählt oder das automatische Gangschaltungssystem in
Betrieb gesetzt wird (Position A). Die elektronische
Einheit 6 ist weiterhin durch die Leitungen 23 und 24 mit
einem Hebel 28 für das Wählen der Bewegungsrichtung verbunden
(in welcher die Position V die Vorwärtsbewegung anzeigt,
während die Position R die Rückbewegung anzeigt; eine
neutrale Position ist ebenfalls möglich). Weitere
Verbindungsleitungen 25,26 und 27 erlauben jeweils der elektronischen
Einheit 6, die Geschwindigkeit des Motors 1 zu erkennen,
ein Bewegungsrichtungssignal zu der hydrostatischen
Übertragung 2 zu senden und die Geschwindigkeit der
Gangschaltung zu erkennen, während die Leitungen 30 und 31 dazu
dienen, jeweils die Magnetspule K1 für den ersten Gang und die
Magnetspule K2 für den zweiten Gang mit Steuersignalen zu
versorgen.
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Soweit ist das beschriebene Übertragungssystem mit einem
herkömmlichen identisch, bei welchen es, wie erwähnt,
bedeutsame Nachteile in Form von
Geschwindigkeitsreduzierungen des Fahrzeuges beim Gangschalten vom zweiten in den
ersten Gang gibt.
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Gemäß der Erfindung ist ein Timer 35 zumindest in die
Steuerleitung 30 vor der mit dem ersten Gang verbundenen
Magnetspule eingebaut, um die Geschwindigkeitsreduzierung
während des Gangschaltens zu eliminieren; der besagte Timer
hat den Zweck, die Energiezuführung der Magnetspule K1 und
deshalb den Eingriff des ersten Gangs zu verzögern, nachdem
die elektronische Steuereinheit 6 ein passendes
Steuersignal zum Wechseln vom zweiten zum ersten Gang gesendet hat.
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Der Timer 35 hat eine Verzögerung, die entsprechend dem
Unterschied zwischen den Gangverhältnissen zwischen dem
ersten und zweiten Gang, entsprechend der Art des Fahrzeugs,
in welchem das Übertragungssystem installiert ist, und
entsprechend dem Zweck gewählt werden muß, für den das
Fahrzeug vorgesehen ist.
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Deshalb ist der besagte Timer vorzugsweise einstellbar, um
seine Verzögerung dem jeweils speziellen Fahrzeug anpassen
zu können. Zum Beispiel kann der elektronische Timer, der
von der Firma Carlo Cravazzi hergestellt wird und der das
Zeichen H3BA trägt, zu diesem Zweck benutzt werden. Im
allgemeinen haben sich Verzögerung zwischen 0,020 und 0,025
Sekunden als ausreichend erwiesen, die
Geschwindigkeitsreduzierung bei bekannten Lösungen zu eliminieren.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde darüber
hinaus ein Timer 36 in die Steuerleitung 31 vor der
Magnetspule
für den zweiten Gang eingebaut, wie es bei gewissen
Anwendungen nützlich sein kann.
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Die Betätigung der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist klar
erkennbar aus vorhergehender Beschreibung und wird deutlich
aus einem Vergleich der Verläufe, die in den Figuren 2a und
2b gezeigt werden. Im speziellen zeigt die Figur 2a den
Druck des zu den Kupplungen gelieferten Öls, um die
betreffenden Scheiben zu kuppeln und einen der beiden Gänge mit
einer herkömmlichen Steuerung zu verbinden, ohne eine
Verzögerung zwischen der Übertragung des Steuersignals durch
die elektronische Einheit 6 und dem entsprechenden Antrieb
der Kupplung.
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Der obere waagerechte Teil der Kurve (entsprechend einem
Druck von 23 bar) stellt die Bedingung dar, in welcher die
Kupplung in Eingriff ist (wahlweise die erste oder zweite),
während der fallende Teil der Kurve (bis zu dem Minimalwert
von 0,5 bar) der Bedingung entspricht, unter welchem die
Gänge geschaltet werden, wenn die Magnetspule, verbunden
mit dem vorher in Eingriff befindlichen Gang, von der
Energiezufuhr abgekoppelt wird und die andere Spule mit Energie
versorgt wird. In diesem Fall gibt es keine Verzögerung und
der Druck des Öls, nachdem es seinen Minimalwert erreicht
hat, steigt wieder rapide an, um den nächsten Gang in
Eingriff zu bringen.
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Im Gegensatz dazu zeigt die Fig. 2b das Verhalten des
Öldruckes auf, sofern ein passender Timer eingebaut wurde, um
eine Verzögerung von 0,2 Sekunden zu erzeugen. Wie gesehen
werden kann, bleibt in diesem Fall nach dem oberen
Kurvenausschnitt und dem Fallen des Öldrucks, hervorgerufen durch
die Kupplung des vorherigen Ganges, der Öldruck bei seinem
Minimalwert, was dem Zustand entspricht, in welchem beide
Kupplungen unbelastet sind, für einen Zeitraum, welcher mit
der festgesetzten Verzögerung verbunden ist, wodurch die
unerwünschte ruckartige Geschwindigkeitsreduzierung des
Fahrzeuges verhindert wird.
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Wie aus dieser Lösung gesehen werden kann, erfüllt die
Erfindung voll das gesetzte Ziel. Es ist in der Tat möglich,
die oben beschriebene Geschwindigkeitsreduzierung
vollständig mit einer einfachen und ökonomischen Lösung zu
eliminieren, welche keine Änderungen irgendeines Teils des
bekannten Übertragungssystems nötig macht, sondern nur das
Einfügen eines Verzögerungselementes zwischen der
elektronischen Steuereinheit und den
Kupplungseintrittsmagnetspulen. Gemäß von von der Anmelderin durchgeführten Tests ist
es möglich, ein sanftes Schalten zu ermöglichen, ohne eine
plötzliche Geschwindigkeitsreduzierung des Fahrzeugs, durch
angemessenes Wählen der Verzögerungszeit, welche durch
einfache Routinetestreihen ausgewählt werden kann, durch die
Wirksamkeit der automatischen und graduellen Reduzierung
der Geschwindigkeit des Ausgangswellengangs zur ungefähr
halben Geschwindigkeit entsprechend dem ersten Gang,
wodurch eine optimale Arbeitsweise des Fahrzeuges geschaffen
wird.
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Die so beschriebene Erfindung ist zahlreichen
Modifikationen und Variationen zugänglich, von denen alle im Rahmen
des erfundenen Konzeptes liegen. Im speziellen wird die
Tatsache unterstrichen, daß es, obwohl in dem in Fig. 1
dargestellten Beispiel ein Verzögerungstimer in die
Steuerleitung des ersten sowie des zweiten Ganges eingefügt
worden ist, im allgemeinen reicht, nur in die Leitung des
ersten Ganges einen Timer einzubauen. Der gewählte Timer kann
darüber hinaus von einem komplizierteren verstellbaren Typ
sein, oder er kann auch von einer einfacheren Vorrichtung
mit fixierter Verzögerung gebildet sein, wobei der
Verzögerungswert dauerhaft vor dem Einbau festgesetzt ist,
entsprechend der Art des Fahrzeuges und der Gangschaltung.
Somit ist die gezeigte Lösung mit dem Timer, der in der
Aktivierungsleitung zwischen der elektronischen Einheit und den
Magnetspulen angeordnet ist, besonders einfach, weil sie
keine Modifikationen der anderen Teile notwendig macht, der
besagte Timer kann sogar in die elektronische Einheit
selbst eingebaut werden.