DE102020203809B4

DE102020203809B4 - Getriebe mit mindestens einer hydraulisch betätigbaren Kupplung

Info

Publication number: DE102020203809B4
Application number: DE102020203809.0A
Authority: DE
Inventors: Anton Arnold; Jochen Schneider; Karl Kühner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2025-06-26
Anticipated expiration: 2040-03-25
Also published as: DE102020203809A1

Abstract

Getriebe mit mindestens einer hydraulisch betätigbaren Kupplung, wobei die Kupplung mit einem Kolben (1) und mit einem Zylinder (2) einen Kolbenraum (3) bildet, wobei dieser Kolbenraum (3) über ein Entleerventil mit einem Druckmittelreservoir (6) in Verbindung steht und der Kolbenraum (3) über eine Druckmittelzuführung (4) mit Druckmittel aus einer Druckmittelquelle beaufschlagbar ist und die Druckmittelzuführung (4) über ein Ventil (8) wahlweise mit dem Druckmittelreservoir (6) oder der Druckmittelquelle verbindbar ist, wobei bei einer Verbindung der Druckmittelzuführung (4) mit dem Druckmittelreservoir (6) mittels des Ventils (8) ein Mindestdruck und/oder eine Mindestmenge an Druckmittel in der Druckmittelzuführung (4) vorhanden ist, wobei der Mindestdruck und/oder die Mindestmenge an Druckmittel geringer ist als der Druck oder die Menge an Druckmittel, welche das Entleerventil im Schließsinne betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (8) so ausgestaltet ist, dass eine Leckage eines Kolbens des Ventils (8) von der Druckmittelquelle zur Druckmittelzuführung (4) geleitet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe mit mindestens einer hydraulisch betätigbaren Kupplung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Gattungsgemäße Getriebe werden beispielsweise in Arbeitsmaschinen wie Radlader oder Dumper verwendet. Diese Art von Getriebe weist einen großen Achsabstand zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle auf, wodurch das Getriebe viele beabstandete Wellen mit Kupplungen beinhaltet, jedoch in axialer Richtung eine geringe Erstreckung aufweist. Damit die Kupplungen keinen Rotationsdruck aufbauen, werden Entleerventile in den Kupplungen verwendet, über welche im nicht betätigten Zustand der Kupplung das Druckmittel aus dem Druckmittelraum über das Entleerventil abfließt.
Die DE 199 15 557 A1 , DE 196 42 305 A1 und die DE 39 07 993 A1 offenbare eine hydraulisch betätigbare Kupplung mit einem Entleerventil.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die hydraulisch betätigbare Kupplung nach dem Stand der Technik zu verbessern.
Die Aufgabe wird mit einer auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden gattungsgemäßen hydraulisch betätigbaren Kupplung gelöst.
Erfindungsgemäß kann sich der Kolbenraum der Kupplung und die Druckmittelzuführung zum Kolbenraum der Kupplung nicht so weit entleeren, dass das Druckmittel in der Druckmittelzuführung durch Umgebungsluft ersetzt wird. Dadurch ist es nicht notwendig diese Luft beim Zuschalten der Kupplung über das Entleerventil aus dem Kolbenraum zu verdrängen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass Druckschwingungen, wie sie beim Stand der Technik vorhanden sind, eliminiert werden. Beim Stand der Technik wird der im Kolbenraum und in der Druckmittelzuführung existierende Luftanteil häufig nicht zuverlässig von dem Druckmittel beim Zuschalten der Kupplung ausgeschoben. Dadurch verbleibt ein Restluftanteil, welches häufig zu Druckschwingungen führt, da dieser Restluftanteil komprimierbar ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird vermieden, dass beim Zuschalten der Kupplung Restluftanteil durch ein vorzeitiges Verschließen des Entleerventils verbleibt. Dies geschieht dadurch, dass der Luftanteil im Kupplungsraum und in der Druckmittelzuführung so gering wie möglich gehalten wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Druckmittelzuführung und der Kolbenraum im abgeschalteten Zustand mit Druckmittel durchströmt wird. Der Volumenstrom des Druckmittels in der entsprechenden Menge transportiert die in der Druckmittelzuführung und im Kolbenraum befindliche Luft zuverlässig durch das Entleerventil und sorgt dafür, dass der verbleibende Luftanteil vor der nächsten Schaltung sehr gering ist. Der Volumenstrom muss deshalb groß genug sein, um den Luftanteil sicher aus der Druckmittelzuführung und dem Kolbenraum entfernt zu halten, der Volumenstrom darf aber nicht so groß sein, dass das Entleerventil schließt oder der Gesamtwirkungsgrad des Getriebes stark reduziert wird.
Vorzugsweise werden die Druckmittelzuführung und der Kolbenraum durch die vom Ventil, welches für die Zu- und Abschaltung der Kupplung verwendet wird, entstehenden Leckage durchströmt. Die Leckage kann beispielsweise durch einen Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder des Ventils realisiert werden. Vorzugsweise weist der Kolben hierzu eine Durchmesserstufe auf, welches bedeutet, dass ein Bereich des Kolbens einen geringeren Durchmesser als der anschließende Bereich aufweist, wobei im Bereich des geringeren Durchmessers eine definierte Leckage erzeugt wird, welche der Druckmittelzuführung und der Kupplung zugeführt wird.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist zwischen dem Ventil und dem Druckmittelreservoir ein Druckbegrenzungsventil angeordnet, wodurch ein definierter Leckagedruck am Ventil aufrechterhalten wird. Dieser Druck entsteht dadurch, dass die Leckage vom Ventil nur oberhalb des Druckes des Druckbegrenzungsventils zum Druckmittelreservoir abgeführt werden kann. Da das Ventil so geschaltet ist, dass im abgeschalteten Zustand der Kupplung die Leckage des Ventils zur Druckmittelzuführung und zum Kolbenraum geleitet wird, ist in der Druckmittelzuführung und dem Kolbenraum der vom Druckbegrenzungsventil eingestellte Druck vorhanden. Die Druckmittelzuführung und der Kolbenraum werden somit zuverlässig durchströmt.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist das Druckmittelreservoir oberhalb der Kupplung angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, dass ein durch den Höhenunterschied erzeugter Startdruck an der Leckagerückführung zum Druckmittelreservoir ansteht und die Leckage mit demselben Druck der Druckmittelzuführung und der Kupplung zugeführt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung sind mehrere Kupplungen und mehrere den Kupplungen zugeordnete Ventile vorhanden, wobei die Ventile in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, welches auch als hydraulisches Steuergehäuse bezeichnet wird. Das Gehäuse ist nach außen flüssigkeitsdicht abgedichtet und bildet mit den Ventilen einen geschlossenen Raum. Aus diesem geschlossenen Raum sind nur die Anschlüsse für die Kupplungen sowie die Druckmittelzuführung und die Rückführung zum Druckmittelreservoir vorhanden. Wird ein Druckbegrenzungsventil am Ausgang des Gehäuses in Richtung Druckmittelreservoir angeordnet, so kann der Leckagedruck aller im Gehäuse befindlichen Ventile auf gleichem Niveau gehalten werden. Die Kupplungen werden somit alle durch die Leckage der Ventile gleichmäßig durchströmt.
Durch eine definierte Leckagemenge und einen definierten Leckagedruck, welcher der Druckmittelzuführung und dem Kolbenraum im abgeschalteten Zustand der Kupplung zugeführt wird, wird verhindert, dass ein zu großer Luftanteil beim Zuschalten der hydraulischen Kupplung im Kolbenraum verbleibt, wodurch Druckschwingungen sicher vermieden werden.
Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
Es zeigen

1 ein hydraulisches Schema der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung;
2 ein hydraulisches Schema der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung mit einem Schwingungsdämpfer;
3 ein Hydraulikschema der erfindungsgemäßen Kupplung, bei welchem jede Kupplung individuell geregelt ist.
4 ein Hydraulikschema der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung mit einem oberhalb der Kupplungen angeordneten Druckmittelreservoir;
5 ein Kupplungsschema der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung mit einem zentralen Druckbegrenzungsventil an der Hydrauliksteuerung;
6 ein Kupplungsschema der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung mit einem Druckbegrenzungsventil für jedes Ventil.

Fig. 1:
Ein Kolben 1 einer hydraulisch betätigbaren Kupplung bildet mit dem Zylinder 2 einen Kolbenraum 3. Der Kolbenraum 3 ist mit der Druckmittelzuführung 4 verbunden. Der Kolben 1 ist mit einem nicht gezeigten Lamellenpaket einer Lamellenkupplung verbunden. Befindet sich Druck im Kolbenraum 3, drückt der Kolben 1 gegen die Feder 5 und drückt das Lamellenpaket zusammen, sodass die Kupplung im Schließsinne geschaltet ist und Drehmoment übertragen kann. Ist der Kolbenraum 3 drucklos, so drückt die Feder 5 den Kolben 1 zurück und die Kupplung ist im Öffnungssinne betätigt. Der Kolbenraum 3 ist über ein nicht gezeigtes Entleerventil mit einem Druckmittelreservoir 6 verbunden. Von einer nicht gezeigten Druckmittelquelle wird Druckmittel in die Zuleitungen 7 geleitet. Das Druckmittel der Druckmittelquelle gelangt über das Ventil 8 in den Kolbenraum 3. Hierzu wird das Ventil 8 durch das Steuerventil 9 angesteuert. Das Ventil 8 ist so ausgebildet, dass im nicht betätigten Zustand der Kupplung somit im Zustand, welcher in der 1 gezeigt ist, zwischen dem Kolben und dem Zylinder des Ventils 8 so viel Leckage entsteht, dass Druckmittel über die Druckmittelzuführung 4 in den Kolbenraum 3 und von dort über das Entleerventil in das Druckmittelreservoir geleitet wird. Hierzu ist im Ventil 8 eine Verbindung, durch welche die Leckage in die Druckmittelzuführung 4 geleitet wird. Damit die Leckage nicht über das Ventil 8 direkt in das Druckmittelreservoir 6 fließt, ist zwischen dem Ventil 8 und dem Druckmittelreservoir 6 ein Druckbegrenzungsventil 10 angeordnet. Das Druckbegrenzungsventil 10 und die Menge der Leckage durch die entsprechende Wahl des Durchmessers im Kolben des Ventils 8 sind so ausgelegt, dass das Entleerventil noch nicht im Schließsinne betätigt wird. Dadurch kann im nicht betätigten Zustand der Kupplung ausreichend Druckmittel durch die Druckmittelzuführung 4 und den Kolbenraum 3 fließen, um entsprechende Luftanteile vom Kolbenraum 3 fernzuhalten.
Fig. 2:
Die 2 unterscheidet sich von der 1 dadurch, dass zusätzlich eine Dämpfungseinheit mit einem Dämpfungskolben 11, welcher mit einer Feder 12 zusammenwirkt, in der Steuerleitung 13 vorhanden ist. Der Dämpfungskolben 11 dämpft die Regelschwingungen, sodass das Ventil 8 präzise angesteuert werden kann.
Fig. 3:
Die 3 unterscheidet sich von der 1 dadurch, dass mehrere Kupplungen mit mehreren zugeordneten Ventilen 8 dargestellt sind. Die Ventile 8 sind in einem flüssigkeitsdicht gehaltenen Gehäuse 14 angeordnet, wodurch die Leckage der Ventile 8 über eine gemeinsame Rückleitung 15 in das Druckmittelreservoir 6 geleitet werden muss. Die Lösung nach der 3 weist kein Druckbegrenzungsventil 10 wie die 1 und 2 auf, jedoch wird der Ruhedruck, das heißt der Druck, welcher im abgeschalteten Zustand der Kupplung auf die Kupplung wirkt, für jede Kupplung individuell über die Steuerleitung 13 geregelt. Die Regelung der Druckmittelmenge und des Druckmitteldrucks ist hierbei so ausgelegt, dass das nicht gezeigte Entleerventil nicht im Schließsinne betätigt wird.
Fig. 4:
Die Lösung nach der 4 unterscheidet sich von der Lösung nach der 3 dadurch, dass das Druckmittelreservoir 6 oberhalb der Kupplungen bzw. der Kolbenräume 3 angeordnet ist. Dadurch ist gewährleistet, dass die Kolbenräume 3 immer ausreichend mit Druckmittel befüllt bleiben.
Fig. 5:
Die 5 unterscheidet sich von der 4 dadurch, dass zwischen dem Gehäuse 14 und dem Druckmittelreservoir 6 ein Druckbegrenzungsventil 10 angeordnet ist, wodurch die Druckmittelräume 3 über die Druckmittelzuführungen 4 nun direkt mit dem Druckmittelreservoir 6 verbunden sind. Die Leckage aller Ventile 8, ermöglicht so, dass die Druckmittelräume 3 ausreichend mit Druckmittel befüllt bleiben."
Fig. 6:
Die 6 unterscheidet sich von der 5 dadurch, dass jedes Ventil 8 ein eigenes Druckbegrenzungsventil 10 aufweist, mittels welchem der Leckagedruck bzw. der Rücklaufdruck oder auch Druck in der Druckmittelzuführung 4 individuell eingestellt werden kann. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass unterschiedliche Entleerventile unterschiedliche Höhen der Kupplungen oder andere unterschiedliche Ausbildungen der Leitungen und Kupplungen und Ventile möglich sind.
Bezugszeichen

1: Kolben
2: Zylinder
3: Kolbenraum
4: Druckmittelzuführung
5: Feder
6: Druckmittelreservoir
7: Zuleitung
8: Ventil
9: Steuerventil
10: Druckbegrenzungsventil
11: Dämpfungskolben
12: Feder
13: Steuerleitung
14: Gehäuse
15: Rückleitung

Claims

Getriebe mit mindestens einer hydraulisch betätigbaren Kupplung, wobei die Kupplung mit einem Kolben (1) und mit einem Zylinder (2) einen Kolbenraum (3) bildet, wobei dieser Kolbenraum (3) über ein Entleerventil mit einem Druckmittelreservoir (6) in Verbindung steht und der Kolbenraum (3) über eine Druckmittelzuführung (4) mit Druckmittel aus einer Druckmittelquelle beaufschlagbar ist und die Druckmittelzuführung (4) über ein Ventil (8) wahlweise mit dem Druckmittelreservoir (6) oder der Druckmittelquelle verbindbar ist, wobei bei einer Verbindung der Druckmittelzuführung (4) mit dem Druckmittelreservoir (6) mittels des Ventils (8) ein Mindestdruck und/oder eine Mindestmenge an Druckmittel in der Druckmittelzuführung (4) vorhanden ist, wobei der Mindestdruck und/oder die Mindestmenge an Druckmittel geringer ist als der Druck oder die Menge an Druckmittel, welche das Entleerventil im Schließsinne betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (8) so ausgestaltet ist, dass eine Leckage eines Kolbens des Ventils (8) von der Druckmittelquelle zur Druckmittelzuführung (4) geleitet wird.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmittelreservoir (6) oberhalb der Kupplung angeordnet ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventil (8) und dem Druckmittelreservoir (6) ein Druckbegrenzungsventil (10) angeordnet ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kupplungen durch mehrere Ventile (8) ansteuerbar sind und die Ventile in einem geschlossenen Gehäuse (14) angeordnet sind, wobei dieses Gehäuse (14) über eine Rückleitung (15) mit dem Druckmittelreservoir (6) verbunden ist und die Leckage der Ventile (8) in das geschlossene Gehäuse (14) fließen.
Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rückleitung (15) des Gehäuses (14) und dem Druckmittelreservoir (6) ein Druckbegrenzungsventil (10) angeordnet ist.
Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Ventil (8) und dem Druckmittelreservoir (6) je ein Druckbegrenzungsventil (10) angeordnet ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (8) mittels einer Regeleinrichtung (9) so angesteuert wird, dass ein definierter Druckmitteldruck in der Kupplung verbleibt.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe mehrere beabstandete Wellen und Zahnräder aufweist, wobei auf den Wellen Kupplungen angeordnet sind, wodurch die radiale Erstreckung des Getriebes größer ist als die axiale Erstreckung des Getriebes.
Verwendung des Getriebes nach Anspruch 1 in einem Radlader oder Dumper.