Hydraulische Steuerung für ein Doppelkupplunqsgetriebe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe sowie ein hydraulisches System zur Betätigung eines Doppelkupplungsgetriebes.
Es ist bekannt, Schaltgetriebe, insbesondere Doppelkupplungsgetriebe, hydraulisch zu schalten sowie die beiden Kupplungen hydraulisch zu betätigen.
Ein derartiges Doppelkupplungsgetriebe ist an sich nicht „fail-safe". Werden beispielsweise beide Getriebestränge bei einem eingelegten Gang gleichzeitig eingekuppelt, so blockiert das Getriebe. Daher ist es notwendig, das Getriebe im Fehlerfall verlässlich und schnell in einen sicheren Zustand zu überführen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine hydraulische Steuerung für ein Doppelkupplungsgetriebe anzugeben, das mit möglichst einfachen Mitteln Schalten und Kuppeln, und mit möglichst nur einer Aktion in einen sicheren Zustand überführt werden kann.
Dieses Problem wird gelöst durch ein Doppelkupplungsgetriebe mit einer ersten Kupplung, die hydraulisch durch einen ersten Hydraulikzylinder betätigt wird und einer zweiten Kupplung, die hydraulisch durch einen zweiten Hydraulikzylinder betätigt wird sowie mehreren hydraulisch betätigten Schaltzylindern zur Schaltung von Gängen, die über eine Schaltventilanordnung mit Druck beaufschlagt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hydraulikzylinder und der zweite Hydraulikzylinder und die Schaltventilanordnung über Sicherheitsventile, die gemeinsam betätigt werden, mit der Druckseite einer Druckeinrichtung verbunden sind. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Sicherheitsventile in einer Betriebsstellung den ersten Hydraulikzylinder und den zweiten Hydraulikzylinder und die Schaltventilanordnung mit der Druckeinrichtung verbinden und in einer Notstellung den ersten Hydraulikzylinder und den zweiten Hydraulikzylinder und die Schaltventilanordnung von der Druckeinrichtung trennen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste Hydraulikzylinder und der zweite Hydraulikzylinder in der Notstellung drucklos gemacht werden. Des weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schaltzylinder in der Notstellung drucklos gemacht werden Mit einer derartigen Ventilanordnung ist es möglich, durch Betätigen eines einzigen Ventils, nämlich des Sicherheitsventils, das gesamte Getriebe einschließlich der Doppelkupplung in einen sicheren Zustand zu überführen, bei dem beide Kupplungen geöffnet sind und der Schaltzustand des Getriebes einge-
froren ist. Die Sicherheitsventile sind vorzugsweise in einem Sicherheitsventilblock zusam- mengefasst.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass je ein Schaltzylinder eines Doppelkolbens mit einem Ausgang eines Umschaltventils verbunden ist, wobei das Umschaltventil mehrere Ausgänge umfasst und ein Ausgang mit einem ersten Eingang des Umschaltventils und die restlichen Ausgänge mit einem zweiten Eingang des Umschaltventils hydraulisch leitend verbunden sind und wobei die Schaltzylinder der Doppelkolben, die nicht mit einem Ausgang des Umschaltventils verbunden sind, mit dem zweiten Eingang des Umschaltventils verbunden sind und der erste und zweite Eingang des Umschaltventils wechselweise mit dem hohen oder niedrigen Druck beaufschlagt werden können. Die Kolben von jeweils zwei Schaltzylindern sind vorzugsweise miteinander zu einem Doppelkolben gekoppelt, wobei jeweils ein Schaltzylinder mit einem hohen Druck und die anderen Schaltzylinder mit einem niedrigen Druck beaufschlagt werden kann. Das Umschaltventil ist bevorzugt ein Drehschieberventil. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste Eingang des Umschaltventils mit einem ersten Ausgang eines Schaltdruckregelventils und der zweite Eingang des Umschaltventils mit einem zweiten Ausgang des Schaltdruckregelventils verbunden sind, wobei der erste und zweite Ausgang des Schaltdruckregelventils wechselweise mit einem Eingang des Schaltdruckregelventils, an dem der hohe Druck anliegt und einem Eingang, an dem der niedrige Druck anliegt, verbunden werden können. Die Druckeinrichtung ist bevorzugt ein Druckspeicher, der durch eine Hydraulikpumpe mit einem Hydraulikfluid beaufschlagt wird. Der hohe Druck ist bevorzugt in etwa der Druck auf der Druckseite der Hydraulikpumpe und der niedrige Druck in etwa der Druck auf der Saugseite der Hydraulikpumpe. In etwa bedeutet, dass diese Druckwerte durch zwischengeschaltete Glieder z.B. mit einer Drosselwirkung etwas geringer sein können. Der Druck auf der Saugseite der Pumpe ist dabei bevorzugt in etwa der Druck in einem Tank für eine Hydraul ikflüssigkeit und damit etwa der Umgebungsdruck.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Hydraulisches System, insbesondere zur Betätigung eines Doppelkupplungsgetriebes mit einer ersten Kupplung, die hydraulisch durch einen ersten Hydraulikzylinder betätigt wird und einer zweiten Kupplung, die hydraulisch durch einen zweiten Hydraulikzylinder betätigt wird sowie mehreren hydraulisch betätigten Schaltzylindern zur Schaltung von Gängen, die über eine Schaltventilanordnung mit Druck beaufschlagt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hydraulikzylinder und der zweite Hydraulikzylinder und die Schaltventilanordnung über Sicherheitsventile, die gemeinsam betätigt werden, mit der Druckseite einer Druckeinrichtung verbunden sind. Weiterbildungen des hydraulischen Systems weisen die in den Unteransprüchen zu dem er-
findungsgemäßen Doppelkupplungsgetriebe genannten Merkmale bzw. Merkmalskombinationen auf.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Doppelkupplungsgetriebes.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Doppelkupplungsgetriebes 10, das hier nur schematisch dargestellt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird von einem 8-Gang Getriebe ausgegangen mit sieben Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang. Die einzelnen Gänge werden von Schaltzylindern 11 , 12, 13 sowie 14 geschaltet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel schaltet der Schaltzylinder 11 die Gänge zwei und vier, der Schaltzylinder 12 den Rückwärtsgang sowie Gang sechs, der Schaltzylinder 13 die Gänge fünf und sieben und der Schaltzylinder 14 die Gänge eins und drei. Die Schaltzylinder sind jeweils hydraulisch betätigt und besitzen zwei Endstellungen, die jeweils einem der beiden Gänge entsprechen, sowie eine Mittelstellung, in der keiner der beiden Gänge eingelegt ist. In Fig. 1 schematisch angedeutet ist, dass die Gänge zwei, drei, fünf und sieben, mithin alle ungeraden Gänge, mit einer ersten Getriebeeingangswelle 15 zusammenwirken, die mit einer ersten hydraulisch betätigten Kupplung 16 (Hydraulikkupplung) mit der Kurbelwelle einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine ein- bzw. ausgekuppelt werden kann. Entsprechend wirken die Gänge zwei, vier, sechs und der Rückwärtsgang mit einer zweiten Getriebeeingangswelle 17 zusammen, die mit einer zweiten hydraulisch betätigten Kupplung 18 mit der Kurbelwelle der nicht dargestellten Brennkraftmaschine ein- bzw. ausgekuppelt werden kann. Die Kupplungen 16 und 18 sind hier nur schematisch dargestellt, es handelt sich um hydraulisch betätigte Nasskupplungen oder auch hydraulisch betätigte Trockenkupplungen. Die erste Kupplung 16 wird dazu von einem ersten Hydraulikzylinder 19 betätigt, die zweite Kupplung 18 wird von einem zweiten Hydraulikzylinder 20 betätigt. Der erste Hydraulikzylinder 19 ist über eine Hydraulikleitung 21 mit einem Volumenstromregelventil 22 verbunden. Das Volumenstromregelventil 22 ist über einen Sicherheitsventilblock 23, welcher mehrere weiter unten erläuterte Ventile umfasst, und eine Druckspeicherleitung 56 mit einem Druckspeicher 24 verbunden. Der Druckspeicher 24 ist über ein Rückschlagventil 25, eine Pumpe 26 sowie über einen Ölfil- ter 27 mit einem Tank 28 verbunden. Die Pumpe 26 fördert aus dem Tank 28 über den Ölfilter 27 Hydrauliköl in den Druckspeicher 24. In der Nähe des Druckspeichers 24 ist des Weiteren ein Überdruckventil 29 angeordnet, das den Maximaldruck in dem Druckspeicher 24 und den
- A - nachgeordneten Komponenten begrenzt. Der Druckspeicher 24, Rückschlagventil 25, Pumpe 26 , Ölfilter 27, Tank 28 und Überdruckventil 29 sind Teile einer Druckeinrichtung.
Der zweite Hydraulikzylinder 20 ist über eine Hydraulikleitung 30 mit einem zweiten Volumenstromregelventil 31 verbunden. Das Volumenstromregelventil 31 trennt die Hydraulikleitung 21 in einen Leitungsteil 21.1 , der mit dem Hydraulikzylinder 19 verbunden ist und einen Leitungsteil 21.2, der mit dem Volumenstromregelventil 31 verbunden ist. Entsprechend trennt das Volumenstromregelventil 22 die Hydraulikleitung 30 in einen Leitungsteil 30.1 , der mit dem Hydraulikzylinder 20 verbunden ist und einen Leitungsteil 30.2, der mit dem Volumenstromregelventil 22 verbunden ist.
Das Schaltdruckregelventil 32 hat einen Eingang 34. Ein Ausgang 35 des Schaltdruckregel- ventils 32 ist mit einem Drehschieberventil 33 als Umschaltventil verbunden. Das Drehschieberventil 33 hat einen Eingang 36, der hydraulisch mit Ausgängen 38, 39, 40 und 41 verbunden werden kann. Das Drehschieberventil 33 verfügt neben dem ersten Eingang 36 über einen zweiten Eingang 37, wobei sämtliche Ausgänge 38, 39, 40 oder 41 , die nicht mit dem Eingang 36 verbunden sind, jeweils mit dem zweiten Eingang 37 verbunden sind. Es ist also immer genau ein Ausgang 38 oder 39 oder 40 oder 41 mit dem Eingang 36 verbunden, alle anderen Ausgänge sind mit dem zweiten Eingang 37 verbunden. Das Drehschieberventil 33 wird von einem elektrischen Schrittmotor 50 betätigt. Das Drehschieberventil 33 und das Schaltdruckregelventil 32 werden zusammen als Schaltventilanordnung 51 bezeichnet.
In der Darstellung der Fig. 1 ist der Ausgang 38 mit dem Schaltzylinder 11 an der Seite verbunden, die zum Schalten des zweiten Ganges dient. Der Ausgang 39 ist mit dem Schalt- zylinder 12 an der Seite verbunden, die zum Schalten des Rückwärtsganges dient. Der Ausgang 40 ist mit dem Schaltzylinder 13 an der Seite verbunden, die zum Schalten des fünften Ganges dient und der Ausgang 41 ist mit dem Schaltzylinder 14 an der Seite verbunden, die zum Schalten des ersten Ganges dient. Die jeweils anderen Seiten der Schaltzylinder 11, 12, 13 und 14 sind gemeinsam mit dem Ausgang 42 des Schaltdruckregelventils 32 verbunden. Das Schaltdruckregelventil 32 hat drei Schaltstellungen, wobei in der ersten Schaltstellung der Eingang 34 mit dem Ausgang 35 verbunden, wobei gleichzeitig der Ausgang 42 über eine erste Rückführleitung 43 mit dem Tank 28 verbunden ist. In der zweiten Ventilstellung ist der Eingang 34 mit dem Ausgang 42 verbunden, wobei gleichzeitig der Ausgang 35 über eine Rückführleitung 44 mit dem Tank 28 verbunden ist. Es werden also wechselweise die Ausgänge 35 und 42 mit Druck beaufschlagt, wobei der jeweils andere Ausgang drucklos gemacht wird. Die
dritte Schaltstellung befindet sich genau zwischen der ersten und der zweiten. Hier werden sowohl Ausgang 35 als auch Ausgang 42 über die Kanäle 43 und 44 mit dem Tank verbunden, und somit gewährleistet, dass kein Druck in die Schaltzylinder gelangt. Als erster Druck p1 und zweiter Druck p2 werden hier der (hohe) Druck bei einer Verbindung mit dem Druckspeicher 24 bzw. der Druckseite der Pumpe 28 und der (niedrige) Druck bei einer Verbindung mit dem Tank 28 bzw. der Saugseite der Pumpe 26 bezeichnet.
Der Sicherheitsventilblock 23 umfasst ein erstes Sicherheitsventil 52 um die Verbindung der Zufuhrleitung 45 mit der Druckspeicherleitung 56 zu schließen oder zu öffnen (unterbrechen). Bei geöffnetem ersten Sicherheitsventil 52 sind die Volumenstromregelventile 22, 31 sowie das Schaltdruckregelventil 32 von dem Druckspeicher 24 bzw. der Pumpe 26 abgekoppelt. Der Sicherheitsventilblock 23 umfasst weiter ein zweites Sicherheitsventil 53, mit dem der Leitungsteil 21.1 und der Leitungsteil 21 mit einer Zuleitung 55 zum Tank 28 verbunden wird. Der Sicherheitsventilblock 23 umfasst weiter ein drittes Sicherheitsventil 54, mit dem der Leitungsteil 30.1 und der Leitungsteil 30 mit der Zuleitung 55 zum Tank 28 verbunden wird. Der Sicherheitsventilblock 23 hat eine Betriebsstellung, bei der das erste Volumenstromregelventil 22, das zweite Volumenstromregelventil 31 sowie das Schaltdruckregelventil 32 mit dem Druckspeicher 24 verbunden sind. In dieser Stellung sind auch die Hydraulikleitungen 21 und 30 druckdicht geschaltet. In der anderen Stellung, der Notstellung, sind die Hydraulikleitungen 21 und 30 auf Tank geschaltet, die Verbindung des ersten Volumenstromregelventils 22, des zweiten Volumenstromregelventils 31 sowie des Schaltdruckregelventils 32 mit dem Druckspeicher ist dabei unterbrochen. Das erste und zweite Volumenstromregelventil 22, 31 ermöglichen es jeweils, die jeweils zugeordnete Hydraulikleitung 21 bzw. 30 mit Druck zu beaufschlagen, indem eine Verbindung zu der Zufuhrleitung 45, die über den Sicherheitsventilblock 23 mit dem Druckspeicher 24 verbunden ist, hergestellt wird.
Die Volumenstromregelventile 22 und 31 können in einer beliebigen (Zwischen-) Stellung geöffnet werden, es handelt sich also um Stetigventile, die einen Volumenstrom steuern können. Beide Volumenstromregelventile 22, 31 verfügen über eine Stellung, bei der die Hydraulikleitungen 21 bzw. 30 direkt mit dem Tank 28 verbunden werden, so dass der jeweils zugeordnete Hydraulikzylinder 19, 20 komplett drucklos ist.
Der Volumenstrom von Pumpe 26 und Druckspeicher 24 gelangt direkt zum Sicherheitsventilblock 23 und wird von hier aus weiter an die beiden Volumenstromregelventile 22, 31 sowie das Schaltdruckregelventil 32 geführt. Bei einer Schaltung des Sicherheitsventilblockes 23
werden alle Systemkomponenten von der Druckzufuhr getrennt, die Füllung des Druckspeichers 24 bleibt jedoch erhalten. Die Ansteuerung des ersten Hydraulikzylinders 19 und des zweiten Hydraulikzylinders 20 sind im Prinzip identisch, diese werden mittels der Volumenstromregelventile 22, 31 realisiert. Hinter dem ersten Volumenstromregelventil 22 ist eine erste Blende 46 angeordnet, entsprechend ist hinter dem Volumenstromregelventil 31 eine zweite Blende 47 angeordnet. Die Blenden 46, 47 erzeugen eine Druckdifferenz abhängig vom Volumenstrom. Die erzeugte Druckdifferenz wird bei dem ersten Volumenstromregelventil 22 auf eine erste Zuleitung 48 und entsprechend bei dem zweiten Volumenstromregelventil 31 auf eine zweite Zuleitung 49 rückgeführt, wobei die Zuleitungen 48, 49 bei Druckbeaufschlagung einen Druck auf den nicht näher dargestellten Ventilkolben des jeweiligen Ventils ausüben. Die Druckdifferenz durch die jeweilige Blende 46, 47 wirkt schließend auf die Steuerkante der Volumenstromregelventile 22, 31. Auf diese Art ist die Kupplungsregelung unabhängig vom momentanen Systemdruck bzw. Speicherfüllzustand des Druckspeichers 24. Wahlweise können zur Regelung der Kupplungen an dieser Stelle auch Druckregelventile o- der Wegeventile verwendet werden.
Zwischen den Volumenstromregelventilen 22, 31 und den Hydraulikzylindern 19, 20 wird das Hydrauliköl noch einmal durch der Sicherheitsventilblock 23 geleitet, und zwar dergestalt, dass bei Betätigung des Sicherheitsventilblockes 23 die Restdrücke der Hydraulikzylinder 19, 20 direkt vom Sicherheitsventilblock 23 in den Tank 28 geleitet werden. Der Sicherheitsventilblock 23 erfüllt demnach drei Funktion, es schließt den Speicher 24, so dass kein großer Volumenstrom in den Tank 28 abgelassen werden muss, es legt das System und darin eventuell enthaltene Restdrücke direkt auf den Tank 28 und es entleert die beiden Hydraulikzylinder 19, 20 auf direktem Weg in den Tank 28. Die Ansteuerung der Schaltzylinder erfolgt mit Hilfe des Schaltdruckregelventils 32 und des Drehschieberventils 33, der von dem Schrittmotor 50 betätigt wird.
Schaltet das Schaltdruckregelventil 32 auf den Tank 28, so sind sieben Zylinder auf den Tank geschaltet und ein Zylinder ist mit Druck beaufschlagt. Dieser wird sich dann entsprechend bewegen. In Fig. 1 ist beispielsweise der Ausgang 40 mit Druck beaufschlagt, so dass sich dieser entsprechend so bewegen wird, dass Gang fünf eingelegt wird. Schaltet das Schaltdruckregelventil 32 um, so befinden sich die sieben Zylinder unter Druck und der achte liegt am Tank 28 und weicht daher in diese Richtung aus. Dies bedeutet in der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Drehschieberventils 33 ein Auslegen von Gang fünf und ein Einlegen von Gang sieben. Das Umschalten des Schaltdruckregelventils 32 bedeutet, dass der Ausgang 41 des
Schaltdruckregelventils mit dem Druckspeicher 24 verbunden ist und der Ausgang 35 mit dem Tank 28 verbunden ist.
Die Sicherheitsventilanordnung 23, die Volumenstromregelventile 22 und 31 sowie das Schaltdruckregelventil 32 sind durch elektrische Aktuatoren 57.1 bzw. 57.2 bzw. 57.3 bzw. 57.4 betätigt. Das in Fig. 1 dargestellte System kann ohne Drucksensoren betrieben werden. Dies ist möglich, da die Positionen der Schaltgabeln und der Zustand der Kupplungen mittels hier nicht dargestellter Wegsensoren erfasst werden. Es kann also über das Wegsignal eine ausreichende Information für die Ventilregelung an eine Regelelektronik gegeben werden. Ein Systemdrucksensor kann durch einen kostengünstigeren Wegsensor am Druckspeicher ersetzt werden. Da der Druckspeicher nach einem Tellerfederprinzip funktioniert kann die Position der Tellerfeder z. B. mit einem Hallsensor aufgenommen werden und so die Ein- bzw. Ausschaltpunkte der Pumpe ermittelt werden. Sollte dies durch einen Sensordefekt oder ein Fehlverhalten der elektronischen Steuerung nicht mehr gewährleistet sein, so ist der Druckspeicher durch das Überdruckventil 29 (Druckbegrenzungsventil) vor einer Überlastung geschützt.
Bezugszeichenliste
Doppelkupplungsgetriebe
Schaltzylinder
Schaltzylinder
Schaltzylinder
Schaltzylinder
Erste Getriebeeingangswelle
Erste Kupplung
Zweite Getriebeeingangswelle
Zweite Kupplung
Erster Hydraulikzylinder
Zweiter Hydraulikzylinder
Hydraulikleitung
Erstes Volumenstromregelventil
Sicherheitsventilblock
Druckspeicher
Rückschlagventil
Pumpe
Ölfilter
Tank
Überdruckventil
Hydraulikleitung
Zweites Volumenstromregelventil
Schaltdruckregelventil
Drehschieberventil
Eingang
Ausgang
Erster Eingang des Drehschieberventils 33
Zweiter Eingang des Drehschieberventils 33
Ausgang
Ausgang
Ausgang
Ausgang
2 Ausgang 3 Erste Rückführleitung 4 Zweite Rückführleitung 5 Zufuhrleitung
46 Erste blende
47 Zweite Blende
48 Erste Zuleitung Volumenstromregelventil 31
49 Zweite Zuleitung Volumenstromregelventil 31
50 Schrittmotor
51 Schaltventilanordnung
52 Erstes Sicherheitsventil
53 Zweites Sicherheitsventil
54 Drittes Sicherheitsventil
55 Zuleitung zum Tank 28
56 Druckspeicherleitung 57.1, 57.2, Aktuatoren
57.3, 57.4