DE4117739A1 - Selbsttaetige schaltvorrichtung eines mehrgaengigen zahnraederwechselgetriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei einer bekannten Schaltvorrichtung dieser Art (DE 27 44 286 A1) wird der Arbeitsdruck unmittelbar durch ein allen Schalt­ stellgliedern gemeinsames Mehrwege-Schaltventil zu- und abge­ schaltet, welches durch einen in Abhängigkeit von der elektro­ nischen Steuereinheit arbeitenden Schrittmotor in seine jeweils einem Gang zugehörige Ventilstellungen betätigt wird. Da für schnelle Schaltbewegungen große zeitliche Mengen an Druckmittel für die Schaltstellglieder erforderlich sind, baut das bekannte Mehrwege-Schaltventil u. a. wegen der erforderlichen Durchfluß­ querschnitte groß und schwer, wodurch auch noch die Verwendung eines elektromotorischen Schrittmotores in Frage gestellt ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesent­ lichen darin, eine selbsttätige Schaltvorrichtung eines mehr­ gängigen Zahnräderwechselgetriebes zu schaffen, bei der große zeitliche Mengen an Druckmittel und ein hohes Druckniveau für schnelle Schaltbewegungen der Schaltstellglieder zur Verfügung gestellt werden können, ohne daß hierfür eine Vielzahl von elektromagnetischen Steuerventilen benötigt wird, da deren Durchflußquerschnitte im allgemeinen relativ klein sind.

Die erläuterte Aufgabe ist gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung können mit großen Durchflußquerschnitten auslegbare Schaltschieberventile ver­ wendet werden, die von einem nunmehr mit kleinen Steuerströmen arbeitenden und damit klein bauenden gemeinsamen Mehrwege­ Steuerventil angesteuert werden, ohne daß es hierfür elektro­ magnetischer Ventile bedarf.

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung kann als Ventil­ stellglied zur Betätigung des Mehrwege-Steuerventiles ein üb­ licher relativ drehmomentschwacher Schrittmotor verwendet wer­ den.

In Anwendung der Schaltvorrichtung nach der Erfindung auf ein Zahnräderwechselgetriebe mit von ihrer Welle abschaltbaren Zahnrädern kann zur Betätigung von jeweils zwei diesbezüglichen Synchronisierkupplungen ein üblicher 3-Stellungs-Zylinder mit einem doppeltwirkenden Axialkolben vorgesehen sein.

Für die Zu- und Abschaltung des Arbeitsdruckes in den beiden Arbeitsdruckkammern des jeweiligen 3-Stellungs-Zylinders kann bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung ein 4/3-Wege­ Schaltventil vorgesehen sein.

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung ist es an sich möglich, ein Mehrwege-Steuerventil in Axialschieberbauart zu verwenden. Zur Einsparung eines Getriebes zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung ist es bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung für den Antrieb des Mehrwege-Steuerventiles durch einen Schrittmotor vorteilhaft, daß dieses Steuerventil als Drehschieberventil ausgebildet ist.

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung ist es für die Verwendung eines an sich drehmomentschwachen Schrittmotores vorteilhaft, daß letzterer über ein Zwischengetriebe auf das Mehrwege-Steuerventil arbeitet.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Mehrwege­ Steuerventiles in Drehschieberbauart hat Patentanspruch 7 zum Gegenstand.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltvorrichtung nach der Erfindung für ein Zahnräderwechselgetriebe mit von ihrer Welle durch jeweils eine Zahnrad­ kupplung abschaltbaren Zahnrädern,

Fig. 2 das Mehrwege-Steuerventil der Schaltvorrichtung von Fig. 1 in einem Axialschnitt, und

Fig. 3 das Mehrwege-Steuerventil der Schaltvorrichtung von Fig. 1 in einem Querschnitt nach Linie III- III in Fig. 2.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 arbeitet die Schaltvorrichtung zum Schalten von fünf Vorwärtsgängen und einem R_W-Gang mit sechs Schaltstellgliedern, die in Form von drei 3-Stellungs-Zylindern 4 bis 6 zusammengefaßt sind, die jeweils einen doppeltwirkenden Axialkolben 13 aufweisen, welcher durch federnde Mittel 15, 16 in seiner gezeichneten Neutralstellung gehalten bzw. in letz­ tere betätigbar ist. Die beiden Arbeitsdruckkammern der 3- Stellungs-Zylinder 4 bis 6 sind durch je eine Arbeitsdrucklei­ tung 17 bzw. 18 mit jeweils einem zugehörigen Schaltventil verbunden, wobei die beiden Schaltventile eines 3-Stellungs- Zylinders 4 bzw. 5 bzw. 6 zu einem 4/3-Wege-Schaltventil 10 bis 12 zusammengefaßt sind, welche jeweils durch federnde Mittel 21, 22 in eine mittlere Abschaltstellung betätigbar sind, in welcher beide angeschlossenen Arbeitsdruckleitungen 17, 18 mit einem im wesentlichen druckentlasteten Vorratsbehälter 19 ver­ bunden und eine weiterhin angeschlossene Hauptdruckleitung 20 sowohl gegenüber den Arbeitsdruckleitungen 17, 18 als auch ge­ genüber dem Vorratsbehälter 19 abgesperrt sind.

Das Schaltventil 10 ist über eine erste Steuerdruckleitung 31 in eine 1. Gang-Stellung schaltbar, in welcher die Hauptdruck­ leitung 20 mit der Arbeitsdruckleitung 17 des 3-Stellungs-Zy­ linders 4 verbunden ist, über welche der betreffende Arbeits­ kolben 13 in bekannter Weise zum Einrücken derjenigen Zahnrad­ kupplung veranlaßt wird, welche das Losrad der Zahnradstufe des 1. Ganges mit seiner Welle kuppelt. In dieser 1. Gang-Stellung des Schaltventiles 10 ist die andere Arbeitsdruckleitung 18 mit dem Vorratsbehälter 19 verbunden.

Das Schaltventil 10 ist über eine zweite Steuerdruckleitung 32 in eine 2. Gang-Stellung schaltbar, in welcher die Hauptdruck­ leitung 20 mit der anderen Arbeitsdruckleitung 18 des 3-Stel­ lungs-Zylinders 4 verbunden ist, über welche der betreffende Axialkolben 13 zum Einrücken derjenigen Zahnradkupplung veran­ laßt wird, durch welche das Losrad der Zahnradstufe des 2. Ganges mit seiner Welle gekuppelt wird. In dieser 2. Gang- Stellung des Schaltventiles 10 ist die andere Arbeitsdrucklei­ tung 17 mit dem Vorratsbehälter 19 verbunden.

In entsprechender Weise wird das Schaltventil 11 über eine dritte Steuerdruckleitung 33 in eine 3. Gang-Stellung und über eine vierte Steuerdruckleitung 34 in eine 4. Gang-Stellung be­ tätigt, wobei der 3-Stellungs-Zylinder 5 im ersten Falle über die Arbeitsdruckleitung 17 zum Einrücken der das Losrad der Zahnradstufe des 3. Ganges mit seiner Welle kuppelnden Zahn­ radkupplung und im anderen Falle über die Arbeitsdruckleitung 18 zum Einrücken der das Losrad der Zahnradstufe des 4. Ganges mit seiner Welle kuppelnden Zahnradkupplung veranlaßt wird.

Auch das Schaltventil 12 arbeitet entsprechend, indem es durch eine fünfte Steuerdruckleitung 35 in eine 5. Gang-Stellung und durch eine sechste Steuerdruckleitung 36 in eine R_W-Gang-Stellung betätigbar ist, wobei der 3-Stellungs-Zylinder 6 im ersten Falle über die Steuerdruckleitung 17 zum Einrücken der das Losrad der Zahnradstufe des 5. Ganges mit seiner Welle kuppelnden Zahnradkupplung und im zweiten Falle zum Einrücken des Zwischenzahnrades in die Verzahnungen der Zahnräder der Zahnradstufe des R_W-Ganges über die Arbeitsdruckleitung 18 veranlaßt wird.

Der Vorratsbehälter 19, die Hauptdruckleitung 20 sowie die sechs Steuerdruckleitungen 31 bis 36 sind an ein 8/6-Wege­ Steuerventil 8 derart angeschlossen, daß in den sechs jeweils einem der sechs Gänge des Zahnräderwechselgetriebes entspre­ chenden Stellungen des Steuerventiles 8 die zugehörige eine Steuerdruckleitung mit einer Nebendruckleitung 24 und die üb­ rigen fünf Steuerdruckleitungen mit dem Vorratsbehälter 19 verbunden sind.

Das Steuerventil S kann eine weitere N-Stellung aufweisen, in welcher alle Steuerdruckleitungen 31 bis 36 mit dem Vorratsbe­ hälter 19 verbunden sind und die Nebendruckleitung 24 sowohl gegenüber allen Steuerdruckleitungen als auch gegenüber dem Vorratsbehälter 19 abgesperrt ist.

Das Steuerventil 8 wird durch einen Schrittmotor 9 betätigt, welcher in Abhängigkeit von einer elektronischen Steuereinheit 7 arbeitet.

Die Steuereinheit 7 verarbeitet in bekannter Weise Eingangssi­ gnale 25 bis 30, welche Informationen über den jeweiligen Be­ triebspunkt des Antriebsmotores, über die Getriebeabtriebs­ drehzahl, über eine Betriebstemperatur, über den mittels eines Handwählorganes vom Fahrer eingestellten Schaltbereich mit oder ohne Sperrung von Getriebegängen, über das vom Fahrer einge­ stellte Schaltprogramm (beispw. Economy-Programm) und über den geschalteten Gang vermitteln.

Gemäß den Fig. 2 und 3 ist das Steuerventil 8 als Drehschie­ berventil ausgebildet, dessen Drehschieber 37 über ein Zwi­ schengetriebe 14 - beispw. einen einfachen Planetenrädersatz - vom Schrittmotor 9 in sechs jeweils einem der Getriebe-Gänge zugeordnete Drehwinkelstellungen betätigbar ist. Den sechs Drehwinkelstellungen des Drehschiebers 37 sind sechs zur Ventilachse 54-54 senkrechte Ventilgehäuseebenen des Ventilgehäuses 55 des Steuerventiles 8 wie folgt zugeordnet.

In einer an dem zum Schrittmotor 9 entgegengesetzten Ende des Ventilgehäuses 55 liegenden Ventilgehäuseebene für den 1. Gang liegen ein an die Steuerdruckleitung 31 des 1. Ganges ange­ schlossener Ventilausgang 40 des Ventilgehäuses 55, eine den Drehschieber 37 diametral durchsetzende Steuerbohrung 41 (von der nur die Bohrungsachse angedeutet ist), und ein an die Ne­ bendruckleitung 24 angeschlossener Ventileingang 39.

In entsprechender Weise sind jeweils für die Steuerdrucklei­ tungen 32 bis 36 der übrigen fünf Getriebe-Gänge je eine Ven­ tilgehäuseebene mit einem an die betreffende Steuerdruckleitung angeschlossenen Ventilausgang 40, mit einer Steuerbohrung 42 (bis 46) des Drehschiebers 37 und mit einem an die Nebendruck­ leitung 24 angeschlossenen Ventileingang 39 vorgesehen.

Wenn der Drehschieber 37 sich in einer einem der Getriebe-Gänge entsprechenden Drehwinkelstellung befindet, fluchtet die in der entsprechenden Ventilgehäuseebene liegende Steuerbohrung des Drehschiebers sowohl mit dem an die diesem Getriebe-Gang zuge­ hörige Steuerdruckleitung angeschlossenen Ventilausgang 40 als auch mit dem in derselben Ebene liegenden Ventileingang 39, wie dies in Fig. 2 für den 5. Gang dargestellt ist. Danach fluchtet in dieser Drehschieberstellung 56 die Steuerbohrung 45 mit dem an die Steuerdruckleitung 35 des 5. Ganges angeschlossenen Ventilausgang 40.

Der Drehschieber 37 arbeitet in einer in das Ventilgehäuse 55 eingepaßten Steuerhülse 38, welche korrespondierende Verbin­ dungsbohrungen 50 und 51 aufweist, um den jeweiligen Ventil­ ausgang 40 mit dem in derselben Ventilgehäuseebene liegenden Ventileingang 39 über die betreffende Steuerbohrung im Dreh­ schieber 37 in Verbindung bringen zu können.

Damit der jeweilige Ventilausgang 40 mit dem Vorratsbehälter 19 verbunden ist, wenn sich die zugehörige Steuerbohrung im Dreh­ schieber 37 nicht in fluchtender Drehwinkelstellung befindet, mündet die zugehörige Verbindungsbohrung 50 der Steuerhülse 38 in eine Umfangsnut 49 am Innenmantel der Steuerhülse 38, welche mit dem einen Bohrungsende der zugehörigen Steuerbohrung in allen Drehwinkelstellungen des Drehschiebers in offener Ver­ bindung steht. Schließlich weist die Steuerhülse 38 zwei fensterartige Steueröffnungen 52 und 53 auf, welche über je­ weils einen weiteren Ventilausgang 47 bzw. 48 mit dem Vorrats­ behälter 19 verbunden sind. Diese Steueröffnungen 52 und 53 erstrecken sich in solchen auf die Lage der Ventileingänge 39 abgestimmten Drehwinkelbereichen, daß das jeweils zur Umfangsnut 49 entgegengesetzt liegende Bohrungsende der Steu­ erbohrungen sich in offener Verbindung mit einer der Steuer­ öffnungen 52 bzw. 53 befindet, wenn das andere Bohrungsende der Steuerbohrung nicht mit dem zugehörigen Ventilausgang 40 fluchtet.

Auf diese Weise sind in jeder der Drehwinkelstellungen des Drehschiebers 37 jeweils nur die eine zugehörige Steuerdruck­ leitung mit der Nebendruckleitung 24, dagegen die übrigen fünf Steuerdruckleitungen mit dem Vorratsbehälter 19 verbunden.

Claims (7)

1. Selbsttätige Schaltvorrichtung eines mehrgängigen Zahnrä­ derwechselgetriebes, bei der durch Schaltstellglieder der Axi­ alkolbenbauart betätigbare Schaltmittel (Kupplungen und/oder Bremsen) zur Bildung jeweils eines Ganges, eine elektronische Steuereinheit, ein den Schaltstellgliedern gemeinsames Mehrwe­ ge-Ventil sowie ein in Abhängigkeit von der Steuereinheit ar­ beitendes elektromotorisches Ventilstellglied zur Betätigung des Mehrwege-Ventiles vorgesehen sind, und bei der das Mehrwe­ ge-Ventil für jeden Gang eine zugehörige Ventilstellung auf­ weist, in welcher das betreffende Schaltstellglied mit einer Arbeitsdruckquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zu- und Abschaltung des Arbeitsdruckes der Schalt­ stellglieder (4 bis 6) jeweils ein Schaltventil (10 bis 12) verwendet ist, welches durch eine über das als Steuerventil (8) verwendete Mehrwege-Ventil zugeleitete Steuerdruckkraft betä­ tigbar ist.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilstellglied ein Schrittmotor (9) verwendet ist.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltstellglieder für zwei benachbarte Gänge ein 3- Stellungs-Zylinder (4 bis 6) mit einem doppeltwirkenden Axial­ kolben (13) verwendet ist.

4. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Schaltventile der 3-Stellungs-Zylinder (4 bzw. 5 bzw. 6) jeweils ein 4/3-Wege-Schaltventil (10 bzw. 11 bzw. 12) verwendet ist.

5. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrwege-Steuerventil (8) als Drehschieberventil aus­ gebildet ist.

6. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Antriebsverbindung zwischen Mehrwege-Steuerventil (8) und Ventilstellglied (9) ein Zwischengetriebe (14) ange­ ordnet ist.

7. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drehschieber (37) des Mehrwege-Steuerventiles (8) für jeden Gang sowohl eine Drehwinkelstellung (56 für den 5. Gang) als auch eine zur Drehachse (54-54) senkrechte Ventilgehäuse­ ebene (III-III für den 5. Gang) zugeordnet sind, und daß in jeder Ventilgehäuseebene ein mit einer Druckquelle (Neben­ druckleitung 24) verbundener Ventileingang (39), ein im we­ sentlichen druckentlasteter Ventilausgang (47 bzw. 48), ein mit der dem Gang (5. Gang) zugehörigen Steuerdruckleitung (35) verbundener Ventilausgang (40) sowie ein Steuerkanal (45) des Drehschiebers (37) derart zugeordnet sind, daß der mit der Steuerdruckleitung (35) verbundene Ventilausgang (40) über den Steuerkanal (45) in der zugehörigen Drehwinkelstellung (56) mit dem Ventileingang (39) - dagegen in den übrigen Drehwinkel­ stellungen mit dem druckentlasteten Ventilausgang (47 bzw. 48) verbunden ist.