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Die Erfindung betrifft die Steuerung von automatischen
Getrieben mit einzelnen Stufen, wobei die verschiedenen
Gänge eingelegt werden durch Beaufschlagung einer oder
mehrerer Kupplungen oder Bremsen mittels hydraulischer
Anordnungen, wobei ebenso viele hydraulische Behälter für
die Gangwechsel vorgesehen sind. Genauer betrifft die
Erfindung die Steuerung des Druckanstiegs im Behälter,
welcher während eines Gangwechsels beauf schlagt wird.
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Bei einem automatischen Getriebe mit parallelen Wellen,
welches ein paar Ritzel für jeden Gang aufweist, erfolgt
die Auswahl eines Ganges durch Beaufschlagung einer
einzigen Kupplung, deren Funktion es ist, das Ritzel mit
der Welle zu verbinden, auf der es drehbar angeordnet ist.
Der Eingriff einer jeden beaufschlagten Kupplung muß
unabhängig vom Zustand der anderen Kupplungen gesteuert
werden, so daß ganz allgemein ein Modulations-Elektroventil
für den Leitungsdruck einer jeden Kupplung zugeordnet ist.
Bei dieser Steuerart müssen also so viele Elektroventile
für die Druckmodulation wie Kupplungen vorgesehen werden.
Dies bedeutet, daß bei einem automatischen Getriebe mit
Planetenradsätzen jeder Gang eingelegt wird durch
Beaufschlagung wenigstens zweier Behälter (Kupplungen oder
Bremsen). Bei diesen beiden Arten von automatischen
Getrieben erfolgt der Gangwechsel in aufsteigender oder
absteigender Reihenfolge in der natürlichen Anordnung der
Gangwechsel oder aber, indem einer oder mehrere mittlere
Gänge übersprungen werden, so daß in analoger Weise die
entsprechenden Behälter betätigt werden, nicht mehr, nicht
weniger, wobei der Druck im ersten gemindert wird, während
der zweite mit Druck beauf schlagt wird.
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Die Veröffentlichung FR-A 2.485.650 im Namen der Anmelderin
beschreibt eine Vorrichtung zur Steuerung der Behälter oder
Aufnehmer eines automatischen Getriebes mit einzelnen
Stufen, welches mehrere Vorwärtsgänge aufweist, die unter
Drehmoment-Beaufschlagung eingelegt werden, welche durch
die selektive Versorgung mit einem Druckfluid mehrerer
Behälter gewährleistet wird, ausgehend von einem
hydraulischen Verteiler, welcher einen derartigen
Leitungsdruck liefert, daß jeder Gangwechsel die Entleerung
eines Behälters bedingt, sowie die Füllung eines anderen
Behälters unter der Steuerung eines Folge-Elektroventils.
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Das Einlegen höherer Gänge erfolgt meistens unter Last,
wobei allgemein davon gesprochen wird, daß die Entleerung
des beim Gangwechsel angesteuerten freigegebenen Behälters
erfolgt, wenn von ihm kein Lastmoment weitergegeben wird.
Entsprechend der Veröffentlichung EP-A 0.179.683 der
Anmelderin, die sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung
eines automatischen Getriebes mit vier Gängen und einem
Planetenradsatz bezieht, erfolgt die Auslösung der
Entleerung entsprechend einem Kippvorgang eines
Absperrventils. Der Kippvorgang des Ventils wird durch ein
Druckgleichgewicht bestimmt. Eine andere Art der Steuerung
des Kippvorgangs des Ventils ist in der Veröffentlichung
EP-A 0.524.066 der Anmelderin beschrieben und besteht
darin, die Rotationsgeschwindigkeit der Eingangswelle des
Getriebes zu ermitteln, ausgehend vom Beginn des Wechsels
und die Kippbewegung einzuleiten, wenn die Ableitung dieser
Geschwindigkeit nach dem Beginn des Wechsels zu Null wird.
In allen Fällen ist es, um eine gute Progressivität des
Übergangs zu gewährleisten unabdingbar, daß der
Druckanstieg bei der Füllung des beaufschlagten Behälters
gesteuert wird, ausgehend von der Kippbewegung des
Absperrventils.
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Die in der Veröffentlichung EP-A 0.179.683 der Anmelderin
vorgeschlagene Lösung, um diesen Druckanstieg zu steuern,
besteht darin, den entsprechenden Behälter durch eine
Engstelle hindurch zu speisen, ausgehend vom Kippvorgang
des Absperrventils. Die entsprechende Vorrichtung weist
insbesondere drei Durchlaßventile auf sowie ein Ventil für
die Verriegelung und die Progressivität, wobei jedes dieser
vier Ventile ein Folge-Elektroventil aufweist. Die acht
möglichen Kombinationen der Durchlaßventile ermöglichen es,
die Positionen von drei Kupplungen und zwei Bremsen zur
Steuerung des Planetenradsatzes des Getriebes miteinander
zu kombinieren, während der Übergang des Ventils für die
Progressivität in eine Stellung "kleine Öffnung" eine
zunehmende Speisung der Behälter ermöglicht: das Ventil für
die Progressivität versorgt nämlich die verschiedenen
hydraulischen Behälter des Getriebes durch eine "große
Öffnung" in der Ruhestellung und durch eine "kleine
Öffnung" in der erregten Stellung, so daß eine progressive,
d. h. zunehmende Füllung der Behälter erfolgt. Jedes der
drei Durchlaßventile sowie das Ventil für die
Progressivität wird durch das zugehörige Folge-
Elektroventil gesteuert. Bei dieser Vorrichtung erfolgt der
Übergang in die Stellung "kleine Öffnung" zugleich mit dem
Kippvorgang des Absperrventils. Die Wirkungsweise dieser
Steuervorrichtung ist befriedigend, jedoch hat sich in der
Praxis herausgestellt, daß es vorteilhaft ist, die
Kippbewegung des Absperrventils und den Beginn der Phase
der progressiven Füllung in der Zeit zu verschieben, um so
eine bessere Progressivität des Übergangs zu erzielen.
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In einem automatischen Getriebes mit Planetenradsätzen ist
es auch möglich, wie es im Falle von automatischen
Getrieben mit parallelen Wellen erfolgt, direkt auf den
Versorgungsdruck eines jeden Behälters einzuwirken. Diese
Art Steuerung erfordert den Einsatz eines modulierenden
Elektroventils für den Druck eines jeden Behälters, sowie
eine kontinuierliche Nachführung einer oder mehrerer der
betreffenden Gangwellen im Getriebe.
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Diese beiden dargestellten Lösungsarten weisen auch den
Nachteil auf, daß sie kompliziert und teuer sind, aufgrund
der großen Anzahl von verwendeten Steuerbauteilen. Ziel der
Erfindung ist es daher, ein einfacheres Steuersystem zu
schaffen, das nacheinander einen schnellen Anstieg und
einen progressiven Druckanstieg des beaufschlagten
Behälters bei einem Gangwechsel ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen
hydraulischen Behälter eines automatischen Stufengetriebes
mit mehreren Vorwärtsgängen, die unter Belastung schaltbar
sind, mit einer selektiven Versorgung mit Druckfluid
mehrerer Behälter, ausgehend von einem hydraulischen
Verteiler, der einen Leitungsdruck entsprechend dem Gang
zur Verfügung stellt, der durch die die Fahrt des Fahrzeugs
betreffenden Informationen bestimmt ist, derart, daß jeder
Gangwechsel die Leerung eines Behälters sowie die Füllung
eines anderen Behälters bedingt, unter der Steuerung von
elektrischen Folgeventilen. Die Vorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Versorgung eines jeden Behälters
gesteuert wird durch ein Mehrfachventil mit zwei Stellungen
"große Öffnung und kleine Öffnung" und "nur kleine
Öffnung", welches mit einem einzigen Mengenaufnehmer
verbunden ist, der nacheinander mit allen Behältern, die
während der aufsteigenden Gangwechsel zugeschaltet werden,
verbindbar ist.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird
während der ersten Phase oder der schnellen Füllphase des
Behälters dieser mit dem Leitungsdruck beaufschlagt über
sein Folgeventil sowie über das Ventil für die
Progressivität, welches den Durchlaß "große Öffnung
- kleine Öffnung" ermöglicht.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird
während der zweiten Phase oder der Phase der progressiven
Füllung des Behälters dieser mit dem Leitungsdruck
beaufschlagt über sein Folgeventil, sein Ventil für die
Progressivität und den Durchlaß "kleine Öffnung", wobei er
über den Durchlaß "große Öffnung" mit dem Mengenaufnehmer
verbunden bleibt, derart, daß ein Teil p der am Behälter
ankommenden Menge zum Mengenaufnehmer geleitet wird.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird,
wenn der Druck am Ende des Gangwechsels im Behälter
aufgebaut ist, dessen Versorgung mittels des Durchlasses
"große Öffnung" wieder hergestellt, während der
Mengenaufnehmer mit dem ihn umgebenden Sammelbehälter
verbunden wird durch Überführung des Ventils für die
Progressivität in die Ruhestellung.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird der
Leitungsdruck PL während der gesamten Schaltzeit
beibehalten als Funktion des vom automatischen Getriebe zu
Beginn übertragenen Drehmomentes.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind
sowohl das Ventil für die Progressivität als auch der
Mengenaufnehmer und das Folgeventil mit wenigstens zwei
Behältern verbunden, deren Füllung ebenso viele
verschiedene Gangwechsel ermöglicht.
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Die Erfindung wird besser verstanden im Licht des
nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels im
Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung, es zeigen:
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- Figuren 1 bis 4 die erfindungsgemäße Steuereinrichtung in
vier verschiedenen Zuständen, die nacheinander beim
gleichen Gangwechsel eingenommen werden,
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- Figur 5 die Anwendung der Erfindung auf die Steuerung von
zwei Behältern und
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- Figur 6 die Anwendung der Erfindung auf die Steuerung von
drei Behältern.
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Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Einrichtung weist
die vier wesentlichen erfindungsgemäßen Bestandteile auf,
d. h. ein elektrisches Folgeventil 1 mit zwei Stellungen,
ein Ventil 2 für die Progressivitat mit zwei Stellungen,
einen hydraulischen Behälter 3, der bei einem Gangwechsel
beaufschlagt wird und einen Mengenaufnehmer 4. Der
Leitungsdruck PL des (nicht dargestellten)
Getriebesteuerblocks wird durch eine erste
Versorgungsleitung 16 zur Verfügung gestellt, während eine
zweite Versorgungsleitung 22 einen ersten Steuerdruck P1
zur Verfügung stellt, und eine dritte Versorgungsleitung 23
einen zweiten Steuerdruck P2 zur Verfügung stellt. Beim
beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde von einem Druck P1
(z. B. 3 bar) ausgegangen, der größer ist als der Druck P2
(z. B. 1,75 bar).
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Das Folgeventil 1 weist in herkömmlicher Weise einen
Schieber 7 auf, der im Inneren eines Gehäuses 7' gleitet,
welches mehrere ringförmige Nuten g aufweist und von einem
Elektromagneten 5 zusammen mit einer Kugel 6 überlagert
wird. Wird der Elektromagnet 5 nicht erregt, so gibt die
Kugel 6 die Auslaßöffnung 6' frei (Figur 1). Der durch die
Leitung 21 zur Verfügung gestellte Steuerdruck P2
beaufschlagt permanent den Schieber 7 nach oben. Der Auslaß
8 ermöglicht demzufolge eine Verbindung des in der Leitung
20 bei der in Figur 1 dargestellten Situation anstehenden
Fluids mit einem Sammelbehälter Der durch die Leitung 17
und die Engstelle 18 zur Verfügung gestellte Steuerdruck
P1, der am Schieber 7 mittels der oberen Nut g anliegt,
wird über die Auslaßöffnung 6' mit dem Sammelbehälter
verbunden. Wird hingegen der Elektromagnet 5 erregt, so
wird die Kugel 6 nach unten gezogen und verschließt damit
die Auslaßöffnung 6' (Figuren 2, 3 und 4). Der Steuerdruck
P1, der größer ist als P2, beaufschlagt den Schieber 7 nach
unten. Die Auslaßöffnung 8 wird dadurch verschlossen und
der durch die Leitung 16 zur Verfügung gestellte
Leitungsdruck PL wird in Richtung des Ventils für die
Progressivität 2 übertragen, und zwar mittels der
ringförmigen mittleren Nuten g und der Leitung 20.
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Das Ventil für die Progressivität 2 ist ebenfalls mit einem
Elektromagneten 9 versehen, mit einer Kugel 10 und mit
einem Schieber 11, welcher im Inneren eines Gehäuses 11'
gleitet, welches mit mehreren ringförmigen Nuten g versehen
ist. Ist der Elektromagnet 9 nicht erregt (Figuren 1, 2 und
4), so ist die Kugel 10 abgehoben. Der Steuerdruck P1
beaufschlagt den Schieber 11 nach rechts. In dieser
Stellung stehen die beiden Durchlässe 25, 27, welche die
Verbindung mit dem Behälter 3 gewährleisten, über zwei
ringförmige benachbarte Nuten g mit der Leitung 20 in
Verbindung, welche mit dem Folgeventil 1 verbunden ist. Ist
hingegen der Elektromagnet 9 erregt, so ist die
Auslaßöffnung 10' verschlossen (Figur 3). Der Steuerdruck
P1, der größer ist als der Steuerdruck P2, beaufschlagt den
Schieber 11 nach links. In dieser Stellung ist der Durchlaß
25 mit der Leitung 20 verbunden, und der Durchlaß 27 mit
der Fülleitung 24 des Mengenaufnehmers 4.
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Der Mengenaufnehmer 4 ist mit einem abgestuften Kolben
versehen, dessen beide Abschnitte 13, 13' unterschiedliche
Querschnitte aufweisen s < S. Der Kolben 13, 13' wird
permanent nach unten durch eine Rückholfeder 14
beaufschlagt. Das obere Ende des Aufnehmers 4 weist eine
Verbindung 15 für einen Sammelbehälter auf. Seine
ringförmige Kammer 28 wird kontinuierlich mit dem
Leitungsdruck PL beaufschlagt, welcher ihn in Richtung nach
unten drückt. In den Figuren 1, 2 und 4 verbindet die
Leitung 24 aufgrund der Stellung des Ventils für die
Progressivität den Aufnehmer 4 mit dem Sammelbehälter. Der
Kolben 13, 13' wird damit auf den Boden der ringförmigen
Kammer 28 gehalten. In Figur 3 hingegeben ermöglicht eine
Verschiebung des Schiebers 11 ein Verbindung zwischen dem
Behälter 3 und dem Aufnehmer 4. Der von der Leitung 24 zur
Verfügung gestellte Druck ermöglicht es, den Kolben 13, 13'
um den Weg x in der Kammer 28 anzuheben, gegen den
Leitungsdruck PL und gegen die Feder 14.
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Im folgenden wird die Wirkungsweise der Steuereinrichtung
beschrieben, wobei nacheinander Bezug genommen wird auf
vier Stufen der Einrichtung, entsprechend den Figuren 1, 2,
3 und 4.
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Figur 1 entspricht der Ausgangsstellung der Einrichtung,
d. h. dem ersten Teil des Gangwechsels, bevor der Behälter
3 beaufschlagt wird. In dieser Stellung sind das
Folgeventil 1 und das Ventil für die Progressivität 2 nicht
beaufschlagt. Der Leitungsdruck PL wird dem Behälter 3 noch
nicht zur Verfügung gestellt, der über die Leitung 20 und
die Auslaßöffnung 8 mit dem Sammelbehälter in Verbindung
steht. Dieser unbeaufschlagte Zustand des Behälters 3 ist
durch seine schematische obere Stellung dargestellt. Im
übrigen befindet sich der Mengenaufnehmer 4 in seiner
unteren Stellung aufgrund der gemeinsamen Einwirkung der
Feder 14 und des Leitungsdruckes PL, wobei seine untere
Fläche über die Leitung 24, das Ventil für die
Progressivität 2 und die Auslaßöffnung 12 mit dem
Sammelbehälter in Verbindung steht.
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Figur 2 entspricht der ersten Füllphase des Behälters 3,
während der ein schneller Druckanstieg im Behälter 3
auftritt und zwar ohne Beeinflussung durch den
Mengenaufnehmer 4. Das Ventil für die Progressivität 2
befindet sich immer noch im nicht erregten Zustand, während
das Folgeventil 1 beaufschlagt ist. Der Leitungsdruck PL
wird übertragen durch das Folgeventil 1, die Leitung 17,
das Ventil für die Progressivität 2, den Durchlaß "große
Öffnung" 27 und den Durchlaß "kleine Öffnung" 26, die durch
die Engstelle 26 gebildet wird. Es sei betont, daß die
Stellung des Aufnehmers 4 sich bezüglich derjenigen von
Figur 1 nicht geändert hat.
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Figur 3 bezieht sich auf die zweite Phase, d. h. die Phase
des zunehmenden Druckanstiegs im Behälter 3. Der Zustand
der Einrichtung während dieser Phase unterscheidet sich von
dem vorhergehenden durch die Tatsache, daß die Ventil für
die Progressivität 2 beaufschlagt ist. In dieser neuen
Situation wird der Behälter 3 ständig durch den
Leitungsdruck PL beaufschlagt, wohingegen die Verschiebung
des Schiebers 11 eine Versorgung durch den Durchlaß "große
Öffnung" 27 unterbricht. Die Kippbewegung des Ventils für
die Progressivität 2 bewirkt außerdem, daß die Verbindung
des Behälters 3 mit dem Sammelbehälter unterbrochen wird
und zugleich eine Verbindung zwischen dem Behälter 3 und
dem Mengenaufnehmer 4 durch den Durchlaß "große Öffnung" 27
hindurch hergestellt wird. Da der Kolben 13, 13' durch den
Druck p beaufschlagt wird, ist er in der Lage, sich um den
Weg x nach oben zu verschieben, gegen den Leitungsdruck PL
und die Kraft der Feder 14.
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Die von der Feder 14 und dem Leitungsdruck PL auf den
Kolben 13, 13' einwirkende Kraft setzt sich wie folgt
zusammen:
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F = pS = Fo + Kx + P (S - s)
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wobei Fo die Anfangseinstellung der Feder, K die
Federhärte, x der Verschiebeweg des Kolbens, s und S die
Querschnitte der beiden Abschnitte 13 und 13' des Kolbens,
P der Wert des Leitungsdrucks und p der Momentanwert des
Drucks vor der Engstelle 26 ist. Damit gilt für den
Rückstellwert Q in der Engstelle 26 die folgende Beziehung:
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Q = α [P-p] = S dx/dt
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wobei der Querschnitt der Engstelle und α ein Koeffizient
ist, welche die Ausgestaltung der Engstelle angibt. Eine
sorgfältige Auswahl der Querschnitte s und S, der
Anfangseinstellung der Feder Fo und der Federhärte sowie
des Querschnittes der Engstelle führt zu dem gewünschten
Anstiegsverlauf des Druckes im Behälter 3.
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Figur 4 entspricht demjenigen Zustand der Einrichtung, bei
dem der Enddruck im Durchlaß im Behälter 3 herrscht. In
dieser Situation ist das Ventil für die Progressivität 2
nicht länger beaufschlagt und die Versorgung des Behälters
3 durch den Durchlaß "große Öffnung" 27 hindurch ist damit
wieder hergestellt, während der Mengenaufnehmer 4 erneut
mit dem Sammelbehälter verbunden ist und damit für einen
weiteren Gangwechsel bereit ist.
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In den Figuren 1 bis 4 sind sowohl das Folgeventil 1 als
auch das Ventil für die Progressivität 2 in eine Schaltung
integriert, welche einem besonderen erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel entspricht. In diesen Figuren ist das
Ventil für die Progressivität 2 nur mit einem einzigen
Behälter 3 verbunden. Durch Wiederholung des Aufbaus, d. h.
durch eine Erhöhung der Anzahl der ringförmigen Nuten g ist
es möglich, dieses mit mehreren Behältern 3 zu verbinden,
welche mit der gleichen Anzahl von Elektro-Folgeventilen 1
derart verbunden sind, daß es die gleiche Funktion für alle
Gangwechsel ausführt.
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Wie man sieht, ist der Mengenaufnehmer mit dem
Sammelbehälter verbunden, nachdem der Gangwechsel
durchgeführt worden ist. Er kann demzufolge für einen
weiteren Wechsel in einem höheren Gang eingesetzt werden
unter Verwendung eines anderen Behälters, wobei die
Unterscheidung der Leitungskreise von dem oder den Ventilen
für die Progressivität mit Hilfe der den einzelnen
Behältern zugeordneten Folgeventilen erfolgt. Das in Figur
dargestellte Schema zeigt die Anwendung dieses
Versorgungsprinzips auf zwei Behälter 3 (R&sub1;, R&sub2;), die einem
Ventil für die Progressivität 2, einem Folgeventil 1 und
einem einzigen Mengenaufnehmer 4 zugeordnet sind.
Erfindungsgemäß ermöglicht ein derartiger Aufbau aufgrund
der Umschaltungen des Ventils für die Progressivität 2 und
des Folgeventus 1, daß zwei Durchlässe für getrennte
aufsteigende Gänge gesteuert werden.
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Bei dem in Figur 6 dargestellten Schema ist schließlich die
Anwendung dieses Versorgungsprinzips auf drei Behälter 3
(R&sub1;, R&sub2;, R&sub3;) dargestellt, welche einem einzigen
Mengenaufnehmer 4 zugeordnet sind, wobei in Kombination der
entsprechenden Umschaltvorgänge des Ventils für die
Progressivität 2 und der beiden Folgeventile 1 und 1' die
Steuerung von drei getrennten ansteigenden Gangwechseln
ermöglicht wird.
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Vergleicht man die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung
mit den herkömmlichen Steuereinrichtungen für den
Druckanstieg im hydraulischen Behälter des automatischen
Getriebes, so lassen sich die folgenden Feststellungen
treffen. Wie bereits oben angegeben, erfordert die direkte
Steuerung des Druckanstiegs der Behälter während der
Gangwechsel notwendigerweise das Vorhandensein von mehreren
modulierenden Elektroventilen (eines pro Behälter). Die in
der Veröffentlichung BP 179 683 der Anmelderin beschriebene
hydraulische Steuereinrichtung erfordert zwar nur ein
einziges modulierendes Elektroventil, bedingt jedoch den
Einsatz wenigstens eines Elektroventils für die
Progressivität, mehrerer Elektro-Folgeventile, dreier
Abschaltventile sowie eines Sammlers oder Mengenaufnehmers.
Die erfindungsgemäße Einrichtung hingegen bietet die
gleichen Funktionsmöglichkeiten, wobei jedoch für die
Steuerung nur ein einziges modulierendes Elektroventil, ein
Folgeventil pro Behälter, ein Ventil für die Progressivität
und ein Mengenaufnehmer erforderlich sind.
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Dies bedeutet, daß die vorliegende Erfindung eine
Optimierung der hydraulischen Steuerung von automatischen
Getrieben mit parallelen Wellen oder Planetenradsätzen
ermöglicht, bei gleichzeitiger Verringerung der Anzahl der
für die hydraulische Steuerung notwendigen Bauteile. Diese
Einrichtung ist zugleich wirtschaftlich und rationell, da
die für die Druckmodulation erforderlichen Elektroventile
teure Bauteile sind und aufgrund der Verringerung der
Anzahl der Anschlüsse und der Vereinfachung der daraus
resultierenden Steuerschaltung.