-
Selbsttätige Steuereinrichtung für Wechselgetriebe, z. B. für Fahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Steuereinrichtung für Wechselgetriebe
(mechanische, hydraulische und Verbundgetriebe), z. B. für Fahrzeuge, insbesondere
Geländefahrzeuge, bei denen das Getriebe von der Pahrgeschwdndigkeit abhängig geschaltet
wird, und bezweckt, daß die selbsttätige Steuerung beim Wechsel von einem Gang auf
den näch@.s@thöheren (Hinaufschalten) trotz, der Geschwindigkeitsverminderung, die
hierbei infolge der- Zugkraftunterbrechung oder -vermiuderung auftritt, auf den
nächsthöheren Gang schaltet. Diese Einsrichtung der selbsthtätigen Steuerung ist
besonders für langsam fahrende schwerbelastete Fahrzeuge von Bedeutung.
-
Bei Fahrzeugen, die bei kleineren Geschwindigkeiten mit ziemlich großen
Lasten fahren, oder bei solchen Geschwindigkeiten große Fahrwiderstände zu überwinden
haben, wie etwa Geländefahrzeuge, vermindert seich beim Gangwechsel die Fahrgeschwindigkeit
dadurch, daß die Zugkraft einige Zeit unterbrochen oder vermindert wird, sehr schnell,
so d'aß bei Verwendung einer selbsttätigen Steuerung ein von der Fahrgeschwindigkeit
abhängiger Impulsgeber beim Hinaufschalten sofort wieder zum niederen Gang zurück.-schaltet.
Es
wäre also nur unter besonders günstigen Umständen, z. B. bei Bergabfahrt möglich;
auf den höheren Gang zu schalten: unter gewöhnlichen Verhältnissen könnte mar aber
nicht weiterschalten.
-
In Schienenfahrzeugen mit Strömungsgetrieben, bei denen schon ähnliche
Beobachtungen gemacht worden sind, hat man diesen Mangel dadurch behobelt, daß der
Impulsgeber beim Hinaufschalten von einem Gang zum nächsthöheren den Impuls zum
L-mschalten bei einer etwas höheren Fahrgeschwindigkeit gibt als beim Zurückschalten
auf den niedrigeren Gang. -Nach einem älteren Vorschlag dient hierzu ein Schaltregler
mit labiler Charakteristik. Diese Maßnahme reicht bei Schienenfahrzeugen meist aus,
weil deren Geschwindigkeitsabfall beim Gangwechsel nur sehr gering ist. Bei Geländefahrzeugen
ist demgegenüber die beim Hinaufschalten eintretende Geschwindigkeitsverminderung
viel größer. so daß ein solcher Regler meist nicht mehr verwendet werden kann.
-
Wenn als Impulsgeber für den Gangwechsel nicht gerade ein Fliehkraftregler,
sondern z. B. eine Kreiselpumpe (Drelizahlmeßpumpe) verwendet wird, hat man es auch
nicht ohne weiteres in der Hand, den Umschaltpunkt beim Hinaufschalten höher zu
legen als beim Herunterschalten. Hierbei hat man sich bereits so geholfen, daß man
eine Beeinflussung der selbsttätigen Steuerung von Hand eingebaut hat, doch geht
dann die V ollselbsttätigkeit der Schaltung verloren.
-
Zur Beseitigung der genannten -Mängel sieht die Erfindung außer der
von der Fahrgeschwindigkeit gesteuerten Schalteinrichtung für das Gangschalten eine
ebenfalls von der Fahrgeschwindigkeit gesteuerte Zusatzeinrichtung vor, die mit
einer während des beim Hinaufschalten infolge Zugkraftunterbrechung eintr=etenden
Fahrgeschwindigkeitsabfalles etwa konstant bleibenden Kraft derart auf die Schalteinrichtung
einwirkt; daß der zum Umschalten auf die Schalteinrichtung gegebene Impuls bis zur
Beendigung des Umschaltvorganges aufrechterhalten wird'. Beim Herunterschalten auf
einen niedrigeren Gang ist eine solche -Maßnahme nicht notwendig, da durch die beim
Umschaltvorgang eintretende Zugkraftunterbrechung oder -verminderung die Fahrgeschwindigkeit,
die den Impuls zum Umschalten gibt, nur noch weiter vermindert wird und demnach
nicht in entgegengesetztem Sinn wirken kann. Die Einrichtung darf daher beim Herunterschalten
nicht ansprechen.
-
Da die Schalt- und die Zusatzeinrichtung von der Fahrgeschwindigkeit
abhängig gesteuert werden, kann dadurch eine Verein- i fachung erreicht werden,
daß die Zusatzeinrichtung nicht unmittelbar, sondern abhängig , von der Stellung
der Schalteinrichtung beeinflußtwird.
-
Der von der Fahrgeschwindigkeit abhängige Impuls zur Steuerung der
Schalteinrichtung kann nun je nach Art des Wechselgetriebes und der Gesamtanlage
elektrisch, pneumatisch oder Hydraulisch übertragen werden. Da aber die hier in
Frage kommenden Getriebe stets Öl enthalten (die hydraulischen als Betriebsmittel.
die mechanischen zur Schmierung), so ist die einfachste Lösung die hydraulische
Übertragung durch Drucköl, «-elches z. B. von einer durch die Sekundärseite des
Getriebes angetriebenen Drehzahlmeßpumpe (Sekundärmeßpumpe) geliefert wird. Dasselbe
Drucköl steuert die bestimmten Stellungen der Schalteinrichtung der Zusatzeinrichtung,
so daß diese nun wirksam wird.
-
Die konstante Kraft zum Betätigen der Zusatzeinrichtung, also zum
Aufrechterhalten des Impulses, könnte z. B. von einem elektrischen Strom mit gleichbleibender
Spannung (Akkumulator) oder von Druckluft aus einem Druckluftbehälter geliefert
werden. Auch hier wird aber am einfachsten wieder das Drucköl einer Drehzahlmeßpumpe
verwendet, die nun aber mit der Primärseite des Getriebes gekuppelt werden muß (Primärmeßpumpe),
da sie eine während des Umschaltvorganges konstante Kraft abgeben soll und hierzu
eine etwa gleichbleibende Drehzahl benötigt.
-
Die Verwendung von Drucköl für das Übertragen und Aufrechterhalten
des Impulses macht die Steuerung des Wechselgetriebes von jeder fremden Kraftquelle
unabhängig, wodurch die ganze Anlage wesentlich an Einfachheit gewinnt. Dementsprechend
sind die Schalt- und die Zusatzeinrichtung als federbelastete Kolbenschieber ausgebildet.
Die Schalteinrichtung kann die Schaltung des Wechselgetriebes selbst vornehmen oder
kann als Vorsteuerventil zu einer anderen Schalteinrichtung dienen. die dann die
Gangschaltung besorgt. Die Zusatzeinrichtung besteht aus einem in einem Zylinder
verschieblichen federbelasteten Kolben, der durch ein Steuerventil, das ebenfalls
als Kolbenschieber ausgebildet ist, gesteuert wird.
-
Da der Kolben der Schalteinrichtung wie auch das Steuerventil der
Zusatzeinrichtung von der Fahrgeschwindigkeit abhängig gesteuert werden, kann das
Drucköl ein- und derselben Drehzahlmeßpumpe, der Sekundärmeßpumpe; sowohl für die
Kolbenverstellung wie auch für die Betätigung des Steuerventils verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird der Weg für das Drucköl von. der Schalteinrichtung nach
Erreichen der Schaltstellung freigegeben, so daß das Öl zum Steuerventil der i Zusatzeinrichtung
gelangen kann. Um hierbei °inen möglichst einfachen Aufbau der An-
Ordnung
zu erhalten, wird das Druckäl für das Steuerventil der Zusatzeinrichtung aus dem
Zylinderraum der Schalteinrichtung entnommen, und die Steuerung wird dadurch bewirkt,
daß der Kolben der Schalteinrichtung in der Schaltstellung eine Bohrung freigibt,
durch die das 01 zum Steuerventil galangt. Sobald dieses Steuerventil, dann
verstellt ist, läßt es das mit gleichbleibendem Druck geförderte Öl der Primärmenßpumpe
zu dem Kolben der Zusatzeinrichtung gelangen, der dadurch über die mit diesem Kolben
verbundene Kolbenstange eine gleichbleibende Kraft auf den Kolben der Schalteinrichtung
ausübt. # Jetzt kann dieser Kolben in der Zeit, in der der Druck des: Öles der Sekun;därmeßpumpe
infolge des durch die Zugkraftunterbrechung oder -vermi,nderung bedingten Absinkens:
der Fahrgeschwindigkeit abnimmt, nicht mehr durch die ihn belastende Fieder aus
der Schalts:tedlung.herausbewegt werden.
-
Die Zeitdauer, in, der die Zusatzeinrichtung zum Aufrechterhalten
dies Impulses auf die Schalteinrichtung einwirkt, wird dadurch begrenzt, daß das
Steuerventil der Zus at2einrichtung selbsttätig nach einer zweckmäßigerweise einstellbaren
Zeit wieder, in die Ausgangslage zurückgeschoben; und so der Einfluß des Drucköles
von der Primärmeßp:umpe auf den Kolben der Zusatzeinrichtung aufgehoben wird. Hierbei
wird vorteilhaft auch wieder das Drucköl der Sekundärmeßpumpe als Arbeitsmittel
verwendet. Dementsprechend muß das Steuerventil einen doppedsei,tigen Kolben mit
verschieden großen Flächen erhalten, von dienen die kleinere Fläche zum Ve@rschteben,
in die Wirkstellung und die größere Fläche zum Zurückstellen beaufschlagt werden.
Zum Einstellen der Zeitdauer für das, Aufrechterhalten desi' Impulses ist eine einstellbare
Drosselstelle vorgesehen, durch die das Öl hindurchs:trömen muß, ehe es die größere
Kolbenfläche des Steuerventils erreicht.
-
Die bisher beschriebene Anordnung dient für den Gangwechsel vom ersten
zum: zweiten Gang. Zum Weiterschailten auf einen dritten Gang und entsprechend auf
den, vierten usw. wird der Kolben, der Schalteinrichtung durch das Drucköl der Sekundärmeßpumpe
in weitere Schaltstellungen geschoben, die durch verschieden bemessene Federn: festgelegt.
sind. In diesen Schaltstellungen steuert der Kolben, der Schalteinrichtung jedesmal
ein anderes Steuerventil, dessen Wirkungsweise derjeni, gen des Stewervenbils; für
den ersten Gang-`vechse,l gleich ist und die alle auf den Kolben des Zus:atzsteuerzyl'inders
zur Verblockung des Kolbens der Schalteinrichtung einwirken:. Die biss zu einem
bestimmten Gang in Tätig Jeeit gesetzten Steuerventile bleiben alle in ihrer Grundstellung
mit Drucköl gefüllt und werden erst, wenn die Schalteinrichtung auf niedrigere Gänge
wieder herunterschaltet, nacheinander eintleert, so, daß sie für das Hinaufschalten
wieder freigegeben werden. Bei entsprechender Ausbildung der Zusatzeinrichtung könnte
auch stetsi dasselbe: Steuerventil verwendet werden.
-
Diie Erfindung wird an Hand einiger- Abbildungen erläutert, die als
Beispiel eine Steuereinrichtung für ein. Strömungsgetriebemit drei Gängen zeigen,
und zwar Abb. i die Steuereinrichtung in der Grundstellung, d. h. im ersten Gang
beim. Anfahren, Abb.2 die Steuereinnichtu:ng beim ersten Umschaltpunkt, d. h. beim
Umschalten vom ersten auf den zweiten Gang, Abb. 3 die Steuereinrichtung beim zweiten
Umschaltpunkt, d. h. beim Umschalten vom zweiten auf den dritten Gang, Abb, q. die
Steuereinrichtung bei der Fahrt im dritten Gang, Abb:. 5 die -Steuereinrichtung
nach dem Umschalten vom dritten auf den zweiten Gang, Abb. 6 die Steuereinrichtung
nach dem Umschalten vom zweiten auf den ersten Gang. Das Strömungsgetriebe ist in
dien Ab,
bildunbmen nicht dargestellt.
-
Die Schalteinrichtung des Getriebes besteht aus einem federbelasteten
Vo@rs:teuerventil i (s. Abb. i), das, ein nicht dargestelltes Hauptsteuerventil
beeinflußt. Erst dieses gibt entsprechende Kanäle für das Füllen und Leeren der
Strömungskreisläufe, frei.
-
Die Zusatzeinrichtung für den ersten Umschaltpunkt setzt sich aus
einem durch; Feder :2 belasteten Steuerventil 3 und dem Zusatzr zy linder q. mit
den darin, verschiebbaren, durch Feder 5 belasteten Kolben 6a und 6b zusammen. Das
Drucköl der von der FhhrgeschWindigkeit abhängigen und nicht gezeichneten Sekundärmeßpumpe
wird durch die, Leitung 7 in den. Zylinderraum 8 des, Vorsbe,uerventils geführt
und verschiebt mit steigender Fahrgeschwindigkeit den Kalben i gegenf den Druck
der Feder 9 bis an eine von der Feder io belastete Hülse ii, die einen Anschlag
bildet und die Schaltstellung für den Gangwechsel vom ersten auf den zweiten Gang
festlegt. Aus dem Zylinderraum 8 führen Bohrungen 12 und 13 in eine gemeinsame
Leitung 14 und außerdem zum Steuerventil. 3, das ebenfalls. als: Kolbenschieber
ausgebildet ist und an jedem Ende einen Kolben trägt. Von diesen hat der Kolben
15 eine kleinere Fläche als. der Kolben 16. Feder 2 hält das Steuerventil 3 so lange
in der linken Endlage, wie der Kolben des. Vorste@uerventils die Bohrung 12 überdeckt
und noch keine Drucköd durch diese Bohrung eintreten l.äßt. Erst wenn das Vorstewervenbil
i die Schaltstellung
erreicht hat (s. Abb. 2), wird die Bohrung
12 frei und die Bohrung 13 überdeckt. Jetzt gelangt Drucköl aus dem Zylinderraum
ä des Vorsteuerventils zu dem kleineren Kolben 15 des Steuerventils 3, der nun mach
rechts geschoben wird und dadurch das Drucköl der nicht dargestellten Primärmeßpumpe
derart steuert, daß es aus der Leitung 1;7 durch Leitung 18 in den Zylinderraum
ig des Zusatzzylinders 4. gelangen kann. Da der von dieser Pumpe erzeugte Druck
gleichbleibt, werden die Kolben 611 und 611 mit konstanter Kraft belastet und unter
Zusammendrückung der Feder 5 so weit verschoben. daß die am Kolhen 611 befindliche
Stange 2o auf den Kolben des Vorsteuerventils i gegen die Feder g und die auf Anschlag
,hülse ii wirkende Feder io drückt. Dadurch -wird verhindert, daß das Vorsteuerientil
von der Feder g aus der Schaltstellung wieder nach oben geschoben wird, -wenn der
Druck im Raum i; des von der Sekundärmeßpumpe gelieferten Drucköles durch die Geschiv
indigleitsverminderung beim Gangschalten absinkt.
-
Inzwischen bewirkt das vom Vorsteuerventil abhängige Hauptsteuerwentil
das Umschalten auf den zweiten Gang. -Nach einer bestimmten Zeit ist der zweite
Strömungskreislauf in Tätigkeit, und die Wirkung der Zusatzeinrichtung kann wieder
aufgehoben -werden. Dies geschieht derart, daß durch die Bohrung 14 Drucköl zugleich
mit dem Verstellen des Steuerventils 3 durch eine einstellbare Gewindedrossel 21
strömt, dien Raum 22 allmählich anfüllt, den Kolben 23 gegen den Druck der Feder
24 Verschiebt und schließlich über den größeren Kolben 16 des Steuerventils 3 gelangt.
tun wirkt der gleiche Druck auf die beiden Kolben 15 und i6, jedoch überwiegt die
Kraft auf den größeren Kolben und schiebt das Steuerventil wieder nach links. Dadurch
wird der Zugang des Drucköles der Primärmeßpumpe zum Zusatzzz-I:inder d. unterbrochen
und der Zylinderraum ig über Leitung 18 mit dem Ablauf 2 5 verbunden.
-
Wenn jetzt infolge Geschwindigkeitsverminderung z. B. in einer Steigung
wieder auf den ersten Gang heruntergeschaltet werden muß, kann der Kolben. des Vorsteuerv
entils i. ohne durch die Stange 2o des Kolbens 6a behindert zu sein, unter dem Einfluß
derFeder g wieder in die höchste Lage gedrückt werden. Steigt dagegen. die Fahrgeschivin.digkeit
und damit der Druck über dem Kolben i -weiter an, so wird das Vorsteuerventil noch
weiter heruntergeschoben, bis schließlich die in der Abb. 3 dargestellte, durch
den Anschlag 26 bestimmtet Endlage erreicht ist, in der Drucköl aus dem Raum 8 des
Vo.rsteuerventils durch die Bohrung i i2 zu dem zweiten Steuerventil 103 gelangt.
Dieses gleicht in Aufbau und Wirkungsweise dem ersten Steuerventil 3 für die erste
Umschaltung. Hier spielen sich dieselben Vorgänge ab, wie weiter oben für die Schaltung
auf den zweiten Gang beschrieben. jedoch darf hier das Drucköl der Primärmeßpumpe
nicht auf den gleioohen Kolben im Zusatzzylinder einwirken,, da dieser ja über Steuerventil
3 mit dein Ablauf 25 in Verbindung steht. Deshalb ist der Kolben des Zusatzzylinders
zweiteilig ausgeführt, und beim dritten Gang gelangt das Drucköl der Primärmeßpumpe
durch die Leitungen 117 I und i 18 in den Raum i ig zwischen Kolben 6a und
66. Kolben 6h wird nach oben verschoben und verschließt die Leitung 18 zum
Ablauf 25, und der Kolben 6a wirkt, wie für den ersten Gangwechsel -weiter oben
beschrieben, auf das Vorsteuerventil ein. Auch die Rückstellung des Steuerventils
103 erfolgt -wie oben für Steuerventil 3 beschrieben.
-
Den Zustand des Vorsteuerventils und der Zusatzeinrichtung beim Fahren
im dritten Gang zeigt Abb. d.. Das Vorsteuerventil i steht hierbei nur unter dem
Einfluß des t Drucköles der Sekundärmeßpumpe und die Zusatzeinrichtung befindet
sich -wieder in der Grundstellung, jedoch mit Öl gefüllt. Das Herunterschalten
auf den zweiten Gang kann also ungehindert vonstatten gehen.
-
Abb. 5 zeigt die Steuereinrichtung nach dem Umschalten vom dritten
auf den zweiten Gang. Durch das Abnehmen der Fahrgeschwindigkeit sinkt der Druck
des von der Sekundärmeßpumpe geförderten Öles, und die j Federn g und io schieben
daher den Kalben des Vorsteuerventils i -wieder nach oben. Beim dritten Gang waren
bisher die Steuerbohrungeni2 und 112 frei und 13 und 113
überdeckt.
tun -wird zunächst 112 überdeckt und bei weiterem Verschieben des Kolbens die Bohrung
113 freigegeben. Jetzt kann die Feder 12.I den Kolben 123 in
die rechte Endlage schieben und dabei das in dem Raum 122 befindliche Öl durch die
Gewindedrossel 121, durch die Leitung 114 und die Bohrung 113
in den unteren
Zylinderraum des Kolbens vom Vorsteuerventil und von da in den Ablauf 30 drücken.
Auch das Öl aus dem Zylinderraum 127 kann nun durch den Ablauf 129 abfließen. Zweckmäßig
wird in der Gewindedrossel 121 wie auch in der Drossel 21 ein Rückschlagventil
eingebaut, so daß das Öl sehr rasch entleert wird. Zur Vereinfachung der Zeichnung
sind diese Rückschlagventile aber nicht dargestellt.
-
Das Herunterschalten. auf den ersten Gang geht entsprechend vonstatten
(s. Abb.6). Bohrung 12 -wird überdeckt, Bohrung 13 frei-' gegeb°n und die
Räume 22 und 27 vom Öl entleert.
Durch das, Entleeren sind die Steuerventile
für das, Hinaufschalten wieder freigegeben. Wie ersichtlich" wird beim Herunterschalten
das Vors.beuerventil und damit die Gangschaltung in keiner Weise von der Zusatzeinrichtung
beeinflußt.
-
Die Kolben 6a und 6b sind in: den Abbildungen so ausgebildet, daß
Kolben 6b über 611 liegt. Bei; eutsprechender Anordnung der @Ölzuführungsdeitunge@n
können, sie auch umgekehrt angeordnet werden, also, 6¢ oben und 6b unten. Es ist
auch nicht notwendig, daß die Durchmesser beider Kolben gleich groß sind. So, kann
in manchen: Fällen z. B. der Kolben für den zweiten Umschaltpunkt, 6a,
einen
größeren Durchmesser erhalten, damit einte ausreichende Kraft zaen Halten, dies
Steuerkolbens- i erzeugt werden, kann.