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Drucksteuereinrichtung Die Hauptpatentanmeldung betrifft eine Drucksteuereinrichtung,
insbesondere für hydraulisch betätigte Getriebeschaltkupplungen, in denen ein allmählicher
Anstieg des Betätigungsdruckes erwünscht ist.
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Es ist eine Drucksteuereinrichtung für flüssigkeitsdruckbetätigte
Überlast-Reibungskupplungen bekannt, in welcher mehrere in eine Umgehungsleitung
der Kupplung führende Drosselkanäle vorhanden sind, die durch einen unter dem Druck
des Druckmittels der Kupplung stehenden Kolbenschieber nacheinander geschlossen
werden und dadurch einen abgestuften Druckverlauf in der Betätigungsleitung hervorrufen.
Durch die einzelnen Drosselkanäle wird die Höhe des Druckes in den einzelnen Stufen
bestimmt.
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Eine weitere bekannte Einrichtung betrifft eine hydraulisch oder pneumatisch
betätigte Reibungskupplung, in deren Betätigungsleitung eine Abzweigung mit einer
durch einen federbelasteten Kolben in einem Druckzylinder gesteuerten Drosselvorrichtung
vorhanden ist.
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Diese bekannten Drucksteuereinrichtungen dienen dazu, eine Kupplung
anfänglich mit höherem Druck zu beaufschlagen und nach Beendigung des Anfahrvorganges
auf einen niedrigeren Druck umzuschalten.
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Die Erfindung nach der Hauptpatentanmeldung besteht darin, daß in
einem hydraulischen Druckmittelkreislauf ein hydraulisch gesteuertes Überdruckventil
eingesetzt ist, welches aus einem Ventilkolben und einem gegen den Ventilkolben
abgefederten Steuerkolben besteht, dessen Druckraum durch eine Verbindungsleitung
mit der Druckmittelleitung verbunden ist. Die Federung und die Durchmesser von Ventilkolben
und Steuerkolben sind so bemessen, daß nach Herstellung des Gleichgewichtes zwischen
Federung und Öldruck am Ventilkolben auf den Steuerkolben eine aus Federkraft und
Öldruck resultierende Steuerkraft wirkt. In die Verbindungsleitung zwischen Steuerkolben
und Druckmittelleitung sind Verzögerungsorgane eingeschaltet, welche die Arbeit
des Steuerkolbens nach Belieben zur Wirkung bringen, verzögern oder auch ausschalten
können.
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Mit einer Einrichtung nach der Hauptpatentanmeldung erreicht man,
daß der Öldruck in der Druckmittelleitung verzögert auf einen Höchstwert ansteigt.
Der zeitliche Verlauf des Druckanstieges kann je nach Bemessung der Federung und
der Durchmesser von Ventilkolben und Steuerkolben veränderlich sein, und zwar kann
er über die Zeitdauer des Kupplungsvorganges geradlinig oder nach einer irgendwie
gekrümmten Kurve, z. B. Parabel, stetig ansteigen. Zur stoßfreien Betätigung einer
Kupplung, insbesondere Schaltkupplung für Kraftfahrzeuggetriebe, ist nun ein Verlauf
der Betätigungskraft erwünscht, der vom stetigen Verlauf abweicht. Beispielsweise
wird beim Beschleunigen eines Kraftfahrzeuges die Kupplung derart eingeschaltet,
daß der Betätigungsdruck zunächst einen mittleren Wert annimmt bzw. bis zu einem
mittleren Wert langsam ansteigt, welcher erforderlich ist, um die Federung der Kupplungsscheiben
zu überwinden und sie zur Anlage zu bringen. Während dieser Zeit schleift die Kupplung,
und das Fahrzeug wird allmählich beschleunigt. Erst nachdem das Fahrzeug bzw. der
Motor beschleunigt worden und Gleichlauf zwischen Antriebs- und Abtriebsseite an
der Kupplung erreicht ist, wird die Kupplung mehr oder weniger schnell mit dem vollen
Öldruck eingeschaltet.
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Der Kupplungsvorgang verläuft also in zwei Perioden: Während der ersten
Periode steigt der Betätigungsdruck auf einen mittleren Wert zwischen Anfangs- und
Enddruck langsam an; während der zweiten Periode steigt der Betätigungsdruck schnell
auf den Höchstwert an.
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Der so gekennzeichnete abgestufte Druckverlauf wird nach der Erfindung
beispielsweise dadurch erreicht, daß mit dem Raum zwischen dem Verzögerungsorgan
und dem Steuerventil ein weiterer Raum verbunden ist, der einen gefederten Kolben
enthält.
Die Feder dieses Kolbens ist schwächer als die Federung des Steuerkolbens.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
im Querschnitt dar.
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Abb. 1 stellt im unteren Teil ein Steuerventil nach der Hauptpatentanmeldung
dar, ergänzt durch eine zusätzliche Einrichtung (oberer Teil) nach der Erfindung;
Abb. 2 stellt ein Schema des Öldruckverlaufs dar. Zunächst wird ein Steuerventil
nach der Hauptpatentanmeldung beschrieben, entsprechend dem unteren Teil der Abb.
1. Es ist 4 das Ventilgehäuse mit der Druckmittelleitung 26, der Eintrittsöffnung
27, der Austrittsleitung 28 und der Umgehungsleitung 29. Es ist 30 der Ventilkolben,
der den Austrittskanal 28 steuert. In einem erweiterten Teil 14 des Ventilgehäuses
4 bewegt sich ein Steuerkolben 31, der bei 33 gegen das Gehäuse 4, 14 und bei 32
gegen den Ventilkolben 30 abgefedert ist. Eine Drosselöffnung 12 in der Umgehungsleitung
29 bewirkt eine Verzögerung des Druckanstiegs im Raum 200 vor dem Steuerkolben 31.
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Sobald Ö1 durch die Druckmittelleitung 27 vor den Ventilkolben 30
gefördert wird, weicht der Kolben 30 entgegen der Kraft der Feder 32 nach rechts
zurück, bis die Abflußleitung 28 geöffnet wird und sich vor dem durch den Kolben
30 gebildeten Drosselspalt ein Druck p1 eingestellt hat (s. Abb. 2). Der Druck p1
multipliziert mit der Kolbenfläche 30 ergibt die Kolbenkraft P1, welche gleich der
Kraft der Feder 30 in der gezeichneten Stellung des Kolbens 30 und in der gezeichneten
rechten Endstellung des Kolbens 31 ist. Im Diagramm Abb. 2 ist P1 als Abschnitt
der Kraftlinie I auf der senkrechten Anfangsachse P, p dargestellt. Diese Achse
entspricht der gezeichneten Lage der beiden Kolben 30 und 31.
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Durch die Drosselöffnung 12 verzögert, stellt sich nun im Raum 200
der gleiche Druck ein, der auch vor dem Ventilkolben 30 herrscht.
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Infolge des größeren Durchmessers des Kolbens 31 ist die auf ihn wirkende
Druckölkraft größer als die Wirkung der Federn 32 und 33. Er bewegt sich also nach
links, bis er an den Bund zwischen 4 und 14 anstößt. Durch diese Bewegung des Kolbens
31 nach links wird die Feder 32 weitergespannt, so daß sich auch der Kolben 30 um
einen kleinen Weg nach links bewegt und den Spalt der Leitung 28 verengt. Dadurch
steigt der Druck in der Leitung 26 im gleichen Maße und stetig, wie sich der Kolben
31 nach links bewegt.
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In Abb. 2 ist der Druckverlauf für bestimmte Federkonstanten der Federn
32 und 33 in Abhängigkeit vom Weg des Kolbens 31 dargestellt. Linie I ist der Kraftverlauf
der Feder 32, beginnend mit dem Wert P1' in der Nullage des Kolbens 31 bis zum Wert
P2 der linken Endlage. Oberhalb der Linie I bis zur Linie II werden die Kraftwerte
der Feder 33 aufgetragen, angefangen mit dem Wert P1'' gleich der Vorspannung, bis
zum Wert P2''. Der senkrechte Abstand zwischen der s-t-Achse und der Linie II ist
der jeweilige Gesamtwert der Federkräfte von 32 und 33.
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Die Größe der Öldruckkraft in der dargestellten Lage der Kolben 30
und 31 ist P1. Er erhöht sich proportional zur Federkraft 32 bis zum Höchstwert
P2.
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Zur gesamten Federkraft nach der Linie II addiert sich noch ein konstanter
Betrag R für die Reibung zwischen Kolben 31 und Zylinder 14. Der Betrag zwischen
den Linien R und III ist verfügbar für die beschleunigte Bewegung des Kolbens 31
gegen den Anschlag. Der zeitliche Verlauf des Öldruckes wird dann durch die parabelähnliche
Kurve p1 % p2 dargestellt. Der Betätigungsdruck steigt also stetig vom Druck p1
auf p2 an.
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Soweit die Wirkungsweise des Drucksteuerventils nach der Hauptpatentanmeldung.
Nach vorliegender Zusatzerfindung ist ein Zylinderraum 201 vorhanden; der durch
eine Leitung 202 mit dem Raum 200 verbunden ist. In dem Zylinderraum 201 ist ein
Kolben 203 vorhanden, auf den eine Feder 204 wirkt, die schwächer ist als beide
Federn 32 und 33 zusammengenommen.
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Tritt nun Drucköl in die Leitung 27 ein, so strömt das Öl auch durch
die Verbindungsleitung 29 und die Drosselöffnung 12. Es füllt sich wegen der schwächeren
Federung des Kolbens 203 zunächst der Raum 201, wobei der Kolben 203 nach links
bewegt wird, bis er die Feder 204 ganz zusammengedrückt hat oder an einen Anschlag
gelaufen ist (Zeitpunkt tw). In dieser Zeit macht Kolben 31 gar keine oder nur eine
geringe Bewegung nach links, je nachdem; ob die jeweilige Kraft der Feder 204 stets
unter der Vorspannung beider Federn 32, 33 bleibt oder sie geringfügig überschreitet.
Deshalb steigt der Druck p zwischen t1 und tw nur geringfügig an (s. Abb. 2): Im
Zeitpunkt tw nach t1 (Abb. 2) habe der Kolben 203 seine linke Endlage erreicht.
Es wird nun das Drucköl nur noch in den Raum 200 gefördert, und der Kolben 31 wandert
verhältnismäßig schnell nach links. Gleichzeitig steigt der Öldruck vom Zeitpunkt
tw bis t2 auf seinen Höchstwert p2 an. Die stark ausgezogene Linie p1, pw, "2 stellt
den zeitlichen Druckverlauf mit einer Einrichtung nach vorliegender Erfindung dar.
Bis zum Zeitpunkt tw steigt der Betätigungsdruck p, vom Anfangsdruck p1 beginnend,
langsam bis zum Druck pw an. Im Zeitpunkt tw weist die Druckkurve einen Knick auf;
verursacht durch die in diesem Zeitpunkt plötzlich steigende Einströmgeschwindigkeit
des Drucköls in den Raum 200. Vom Zeitpunkt tw an steigt der Druck schnell auf den
Endwert p2. Nach Schließen der Druckmittelleitung 26 entspannen sich zunächst die
Federn 32, 33, und der Kolben 31 drückt das Ö1 aus dem Raum 200 in die Leitung 29.
Darnach entspannt sich die Feder 204, und der Kolben 203 entleert den Raum 201.
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Während der Zeit t1 % tw "chleift die Kupplung bei mäßigem Anpreßdruck
so lange, bis etwa Gleichlauf hergestellt ist. Dann steigt der Druck auf den Endwert
p2, und die Kupplung wird vollends eingerückt.
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Außer dem Vorteil, des dem tatsächlichen Kupplungsvorgang angepaßten
Druckverlaufs besitzt die beschriebene Einrichtung noch den weiteren Vorteil, daß
wegen des jetzt um den Betrag 201 vergrößerten Arbeitsraum des Drucköls die Drosseleinrichtung
und damit der Druckölverlauf feinstufiger geregelt werden kann.