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Vorrichtung zum wahlweisen Schalten von Wechselkupplungen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum wahlweisen Schalten von Wechselkupplungen,
gegebenenfalls auch entsprechend geschalteten Bremsen, mittels eines Druckmittels,
wobei die eine der beiden Kupplungen durch das Druckmittel ein-, die andere durch
dieses ausgerückt wird und das Einrücken jeweils allmählich, das Ausrücken dagegen
plötzlich erfolgt.
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Eine solch entgegengesetzte Schaltweise der beiden Kupplungen weist
den Vorteil auf, daß beim Versagen des Druckmittels, z. B. durch Undichtwerden des
Leitungssystems, die Antriebsübertragung durch selbsttätiges Einrücken derjenigen
Kupplung erfolgt, welche durch das Druckmittel ausgerückt und z. B. durch eine Feder
eingerückt wird.
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Auch sind Kupplungsvorrichtungen bereits bekannt, bei denen das Einrücken
allmählich, das Ausrücken dagegen plötzlich erfolgt, wobei auch schon vorgeschlagen
wurde, den Schaltablauf durch entsprechende Druckerhöhung eines Druckmittels zu
steuern.
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Die Erfindung bezweckt demgegenüber eine vereinfachte Schaltung von
Wechselkupplungen der eingangs gekennzeichneten Art und besteht im wesentlichen
darin, daB in Verbindung mit einem Umschaltschieber zur Steuerung für das Ein- und
Ausrücken beider Kupplungen oder Bremsen dasselbe Druckregelorgan vorgesehen ist,
das einen zeitlich verzögerten Hinundherhub ausführt und das in dem eine Druckerhöhung
des Druckmittels bewirkenden Hub das Druckmittel zum Einrücken der einzurückenden
Kupplung und nach Umschalten des Umschaltschiebers in dem eine Druckerniedrigung
des Druckmittels bewirkenden Hub das Druckmittel zum Ausrücken der auszurückenden
Kupplung steuert. Vorzugsweise ist hierbei das einen zeitlich
verzögerten
Hinundherhub ausführende Druckregelorgan als ein eine Druckregelfeder wechselweise
spannender und entspannender Vorspannkolben ausgebildet.
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Infolge der Verwendung nur einer einzigen Druckregelvorrichtung für
beide Kupplungen derart, daß im einen Hub die Regelvorrichtung für die eine Kupplung
und im anderen Hub für die andere Kupplung in Wirkung tritt, kann in zweckmäßiger
Anpassung an die entgegengesetzte Wirkungsweise der beiden Kupplungen die Druckmittelanlage
wesentlich vereinfacht werden.
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Die Regelung des Druckmitteldruckes kann in einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung derart erfolgen, daß der Vorspannkolben während des größten Teils
des beim Schaltvorgang stattfindenden Kolbenhubes in gedrosselter Verbindung mit
einem Druckmittel, z. B. dem auch zum Schalten verwendeten, jedoch noch ungeregelten
Druckmittel, steht, am Anfang und Ende des Kolbenhubes jedoch dem Druckmittel im
wesentlichen ungedrosselt ausgesetzt ist, wobei bei einem Hinundhergang des Vorspannkolbens
der von ihm geregelte Druck des Druckmittels erst schnell, dann langsam und schließlich
wieder schnell zu-bzw. abnimmt.
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Die Erfindung ist sowohl für willkürliche als auch für selbsttätige
Schaltung anwendbar. Der hierfür vorgesehene, z. B. elektrisch oder auf andere geeignete
Weise betätigte Steuerschieber kann mit der auch die Verzögerung der Schaltung bewirkenden
Druckregelvorrichtung und dem Druckerzeuger zu einem gemeinsamen Schaltaggregat
vereinigt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung und schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles zu entnehmen,
und zwar zeigt die Zeichnung in Abb, I die Schaltvorrichtung in einer Schaltstellung,
z. B. in der Schaltstellung für einen direkten Gang, welcher durch Sperren eines
Umlaufgetriebes mittels einer kurzschließenden Kupplung erzielt wird (s. Abb. Ia),
Abb.2 die gleiche Schaltvorrichtung in der anderen Schaltstellung, z. B. für einen
durch Abbremsen eines Getriebeteiles nach Abb. i a bewirkten Schnellganges, Abb.
3 eine Zwischenstellung des mit der Verzögerungseinrichtung versehenen Vorspannkolbens
und Abb.4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Einschaltvorgänge.
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In Abb. i und 2 sind in einem z. B. gemeinsamen Schaltgehäuse ein
Umschaltschieber i und eine Regelvorrichtung 2 angeordnet. Der Umschaltschieber
i kann z. B. durch Hand oder selbsttätig, etwa mittels eines (nicht dargestellten)
Elektromagneten und einer dem Elektromagneten entgegenwirkenden Feder 3 in zwei
Endstellungen verstellt werden, wobei die eine Endstellung in Abb. i und die andere
in Abb. 2 dargestellt ist. Die Regelvorrichtung 2 besteht im wesentlichen aus dem
Vorspannkolben 4, dem Regelkolben 5 und der zwischen beiden Kolben angeordneten
Regelfeder 6. Eine Rückstellfeder 7 dient dazu, den Regelkolben 5 bei Entlastung
der Regelfeder 6 nach abwärts zu drücken, z. B. bis zu einer durch Anschläge bestimmten
Stellung.
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Das hydraulische Druckmittel, z. B. ein Schaltöl, fließt über eine
Leitung 8, welche z. B. von einer von der Abtriebswelle des Getriebes angetriebenen
Pumpe über ein Filter mit Drucköl beliefert wird, der Schaltvorrichtung zu, wobei
sich die Leitung 8 in eine zur Regeleinrichtung 2 führenden Leitung 9 und in eine
zum Umschaltschieber i führenden Leitung Io verzweigt. Die Leitung 9 mündet hierbei
seitlich gegen einen Steuerteil i i des Regelkolbens 5 ein, derart, daß in der dargestellten
unteren Lage des Regelkolbens 5 die Leitung 9 durch den Steuerteil II abgedeckt
wird. Der zwischen der Unterseite des Steuerteils II und der Oberseite eines zweiten
Steuerteils 12 des Regelkolbens 5 gebildete Regelraum 13 steht in dieser Lage des
Regelkolbens über die Bohrungen 14 mit der Ableitung 15 für das Drucköl in Verbindung,
so daß der Regelraum i3 selbst drucklos ist. Eine Umgehungsleitung 16 führt zum
Raum 17 oberhalb des Steuerkolbens 5.
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Vom Regelraum 13 zweigt ferner eine Leitung 18 ab, welche in
den Steuerraum i9 des Umschaltschiebers I einmündet, der seinerseits entweder in
der Lage nach Abb. i mit einem weiteren Steuerraum 2o oder in der Lage nach Abb.
2 mit einem Steuerraum 21 in Verbindung steht. An den Steuerraum 2o ist die Leitung
22 angeschlossen, die zum Schaltraum 23 einer Kupplung 24 zum Kurzschließen des
Planetengetriebes 25 führt. Von dem Steuerraum 21 führt eine Leitung 26 zum Schaltraum
27 einer Lamellenbremse 28, die z. B. das Sonnenrad 29 des Planetengetriebes gegen
das Gehäuse abbremst. Das in Abb. i a schematisch dargestellte Zweiganggetriebe
wird durch die z. B. vom Motor über das Hauptwechselgetriebe angetriebene Welle
3o angetrieben und steht über die Abtriebswelle 31 z. B. mit dem Hinterachsgetriebe
des Fahrzeugs in Verbindung. Eine oder mehrere Federn 32 sucht die Kupplung 24 in
ständigem Eingriff zu halten. Ferner ist zwischen der Welle 30 und 31 eiri bei treibendem
Motor das Drehmoment übertragener Freilauf 33 und ein das Sonnenrad bei schiebendem
Wagen gegen das Gehäuse abstützender Gegenfreilauf 34 vorgesehen.
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Die Zweigleitung io der Hauptleitung B führt in einen Steuerraum 35,
welcher in der in Abb. i dargestellten Lage des Umschaltschiebers i keine weitere
Verbindung nach außen hin besitzt, während bei Umschaltung auf die Stellung nach
Abb. 2 der Raum 35 sowohl mit dem Steuerraum 2o als auch mit einem weiteren Steuerraum
36 in Verbindung gebracht wird, von dem eine Leitung 37 mit den Zweigleitungen 38
und 39 zum Vorspannkolben q. führt. Die Leitung 38 mündet hierbei in der Stellung
des Vorspannkolbens 4 nach Abb. i in eine Ringnut 4o des Kolbens ein, während die
Leitung 39 über eine Drossel 41 oder einen Katarakt mit der Unterseite 42 des Vorspannkolbens
in Verbindung
steht. Durch eine oder mehrere Bohrungen 43 im Kolben
4 steht die Ringnut 40 mit dem Raum 42 auf der Unterseite des Kolbens 4 in Verbindung.
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Des weiteren sind am Umschaltschieber I ein Steuerraum 44 mit einer
Rückleitung 45 und ein Steuerraum 46 mit einer Rückleitung 47 vorgesehen, die in
der Lage nach Abb. I mit den Steuerräumen 21 bzw. 36 in offener Verbindung stehen.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Der
Umschaltschieber I und die Regeleinrichtung 2 befinden sich beispielsweise in der
in Abb. I dargestellten Lage.
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Die bei 8 zuströmende Flüssigkeit fließt einerseits über die Leitung
Io in den Steuerraum 35, wo sie jedoch an einem Weiterfließen verhindert ist, und
andererseits über die Leitung 9 zum Regelkolben 5. Der Vorspannkolben 4 befindet
sich in seiner unteren Lage, die Regelfeder 6 ist also nicht oder nur wenig vorgespannt,
so daß der Regelkolben 5 seine untere Regelstellung einnimmt und die Verbindung
zwischen der Leitung 9 und dem Regelraum 13 absperrt, die Verbindung zwischen dem
Regelraum 13 und der Rückleitung 14, 15 dagegen freigibt. Die Flüssigkeit im Raum
13 ist daher drucklos. Mit dem Regelraum 13 steht über die Leitung 18, die
Steuerräume I9 und 20 und die Leitung 22 der Schaltraum 23 für die Kupplung 24 in
Verbindung. Der Schaltraum 23 ist daher ebenfalls drucklos, und die Federn 32 bewirken
das Einrücken der Kupplung 24. Das Planetengetriebe 25 ist in sich gesperrt und
ein direkter Gang zwischen der Antriebswelle 30 und der Abtriebswelle 3I
eingeschaltet. Der Schaltraum 27 für die Bremse 28 steht über die Leitung 26 und
die Steuerräume 24 44 ebenfalls mit einer Rückleitung 45 in Verbindung, ist also
ebenfalls drucklos.
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Soll der Schnellgang eingeschaltet werden, so wird der Umschaltschieber
I, z. B. durch einen Elektromagneten, in seine Lage nach Abb.2 abwärts verstellt.
Dies hat zur Folge, daß einerseits die Leitung 22 für die Kupplung 24 von der Regelleitung
18 abgesperrt und statt dessen über den Steuerraum 35 mit der Druckleitung Io verbunden
wird. Gleichzeitig wird die Leitung 37 ebenfalls über den Steuerraum 35 mit der
Leitung Io in Verbindung gebracht. Die Leitung 26 für die Bremse 28 wird von der
Rückleitung 45 abgesperrt und gelangt über den Steuerraum I9 in Verbindung mit der
Regelleitung 18.
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Die direkte Verbindung zwischen der Leitung Io und der Leitung 22
über die Steuerräume 35 und 2o bewirkt, daß der Druck im Schaltraum 23 sofort auf
seinen Höchstwert ansteigt und dadurch die Kupplung 24 entgegen der Wirkung der
Kupplungsfedern 32 augenblicklich ausrückt, das Getriebe 25 also freigegeben wird.
Das Einrücken der Bremse 28 geschieht dagegen in der nachfolgend beschriebenen Weise.
Infolge der Verbindung von der Druckleitung Io zur Leitung 37 gelangt das Drucköl
einerseits über die Zweigleitung 38, den Ringraum 40 und die Bohrungen 43 und andererseits
über die Leitung 39 mit der Drossel 41 in den Schaltraum 42. Da der Zustrom der
Flüssigkeit über den Ringraum 40 ungedrosselt oder nahezu ungedrosselt erfolgen
kann, wird der Vorspannkolben 4 unter dem Druck im Raum 42 schnell angehoben, wobei
die Regelfeder 6 gespannt wird. Dies dauert jedoch nur so lange, bis die untere
Steuerkante des Ringraumes 4o die Zweigleitung 38 abgesperrt hat (Abb.3). Entsprechend
der Spannung der Regelfeder 6 ist auch der Druck im Regelraum 13 angewachsen,
da durch wechselweises Drosseln und Freigeben der Verbindung des Regelraumes 13
mit der Druckleitung 9 einerseits und der Ableitung 14, 15 andererseits sich
im Raum 13 bzw. 17 stets ein Druck einstellt, welcher die Spannung der Regelfeder
6 das Gleichgewicht hält.
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Im Diagramm nach Abb. 4 ist der Schaltvorgang für die Aufwärtsschaltung
(links) sowie für die Abwärtsschaltung (rechts) schematisch dargestellt. In diesem
Diagramm ist über der waagerechten Zeitachse t der Schaltdruck p in der Senkrechten
aufgetragen, und zwar ist der Druckverlauf im Schaltraum 23 der Kupplung 24 mit
p1, der Druckverlauf im Schaltraum 27 der Bremse 28 mit p2 bezeichnet. Im Punkt
A beginnt der Schaltvorgang durch Umschaltung des Schiebers i in die Stellung nach
Abb. 2. Der Druck im Schaltraum 23 der Kupplung wird sich alsdann schnell bis zum
Höchstwert im Punkt B erhöhen. Gleichzeitig oder kurz danach beginnt auch der Druck
im Schaltraum 27 der Bremse zu steigen, und zwar zunächst ebenfalls schnell vom
Punkt C bis zum Punkt D, in welchem die Leitung 38 durch den Vorspannkolben 4 abgesperrt
wird (Abb. 3), wobei der Druck in dem mit dem Schaltraum 27 der Bremse über 18,
i9, 2i, 26 verbundenen Regelraum entsprechend der Spannungserhöhung der Regelfeder
zugenommen hat. Im Punkt D hat die Bremse leicht gefaßt.
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Vom Punkt D ab kann die Druckflüssigkeit nur noch über die Drossel
41 in den Raum 42 des Vorspannkolbens 4 einströmen. Durch entsprechende Wahl oder
Einstellung der Drossel hat man es in der Hand, die Geschwindigkeit, mit welcher
das Einströmen erfolgt, in gewünschter Weise zu regeln, beispielsweise derart, daß
der Vorspannkolben i oder 2 Sekunden benötigt, um aus der Stellung D in eine weitere
Schaltstellung zu gelangen, in welcher die Leitung 38 mit dem Schaltraum 42 über
die Unterkante des Vorspannkolbens 4 in Verbindung gelangt. Auf diesem Wege hat
sich die Vorspannung der Regelfeder 6 und damit der Druck p2 im Regelraum 13 bzw.
im Schaltraum 27 der Bremse 28 vom Wert D auf den Wert E der Abb. 4 erhöht. Die
Höhe E des Druckes ist hierbei zweckmäßig derart gewählt, daß in diesem Augenblick
die Bremse 28 das volle abzubremsende Drehmoment aufnehmen kann. Nach Erreichen
des Punktes E kann die Druckflüssigkeit über die Leitung 38 wieder ungehindert in
den Schaltraum 42 einströmen, was zur Folge hat, daß der Kolben 4 schnell in seine
obere Endlage verschoben wird
und die Regelfeder 6 auf Höchstspannung
zusammengedrückt wird. Der Druck im Regelraum 13 bzw. im Schaltraum 27 der Bremse
erreicht beispielsweise den Wert F. Das Einrücken der Bremse 28 hat das Abbremsen
des Sonnenrades 29 und damit das Einrücken des Schnellganges zur Folge.
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Damit während des Umschaltens vom direkten auf den Schnellgang keine
Unterbrechung des Kraftflusses im Getriebe stattfindet, sind die Freiläufe 33 und
34 vorgesehen.
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Soll vom Schnellgang wieder auf den direkten Gang zurückgeschaltet
werden, so wird der Umschaltschieber i wieder nach aufwärts in die Lage nach Abb.
i verstellt. Der Vorspannkolben 4 befindet sich hierbei zunächst in der Stellung
nach Abb.2. Durch die Umschaltung des Schiebers i wird die Leitung 22 zur Kupplung
wieder mit der Regelleitung 18 verbunden, während die Leitung 26 zur Bremse und
die Leitung 37 zum Raum 42 des Vorspannkolbens über 47 unter Außendruck gesetzt
werden. Der Druck im Schaltraum 27 der Bremse sinkt daher von G nach H sofort auf
den Wert Null ab, die Bremse wird also sofort freigegeben. Die Verbindung der Leitung
37 mit dem Außendruck hat dagegen zunächst nur zur Folge, daß sich der Druck im
Raum 42 und damit die Spannung der Feder 6 bzw. der Druck in den Räumen 13 und 23
nur so lange vermindern kann, bis die Leitung 38 durch die Unterkante des Kolbens
4 abgesperrt ist. In diesem Augenblick kann ein weiterer Abwärtsgang des Kolbens
4 und damit eine Entspannung der Regelfeder 6 nur noch über die Drossel 41 stattfinden.
Der Kolben 4 wird sich daher nur noch langsam nach abwärts bewegen, bis die Unterkante
des Ringraumes 4o die Leitung 38 wieder übersteuert (Abb.3) und damit eine letzte
plötzliche Entspannung der Regelfeder 6 herbeiführen kann. Im Diagramm nach Abb.
4 ist der Spannungsverlauf der Regelfeder 6 bzw. der entsprechende Druckverlauf
im Regelraum 13 bzw. im Schaltraum 23 der Kupplung durch den Kurvenverlauf J-K-L-H
veranschaulicht. In gleichem Maße ist den Federn 32 die Möglichkeit gegeben worden,
die Kupplung 24 einzurücken. Die Wirkung der Federn 32 auf die Kupplung 24 entspricht
hierbei etwa dem Verlauf der Ordinate f der Abb. 4.
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In der Leitung 8 ist zweckmäßig ein Filter sowie gegebenenfalls ein
Überdruckventil angeordnet. Die Schalteinrichtung. kann mit dem Filter bzw. mit
der Pumpe, dem Tachometerantrieb od. dgl. zu einem Aggregat vereinigt und z. B.
am Getriebegehäuse befestigt sein. Die Erfindung ist auch für andere Getriebe als
Planetengetriebe und für beliebige Kupplungsvorrichtungen sinngemäß verwendbar.