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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung für Stufenwechselgetriebe,
insbesondere für Traktoren oder ähnliche Fahrzeuge, mit mehreren Kraftübertragungszügen
für verschiedene Geschwindigkeits-übersetzungsstufen und für die Fahrtrichtung Vorwärts
und Rückwärts, wobei für jeden Kraftübertragungszug je eine eigene Reibungsvorrichtung
mit einem diese bei Beaufschlagung mit Druckmedium einrückenden Servomotor vorgesehen
ist und ein erstes Wählventil mit den Servomotoren für die Kraftübertragungszüge
der Geschwindigkeits-Dbersetzungsstufen und ein zweites Wählventil mit den Servomotoren
für die Kraftübertragungszüge der Fahrtrichtung derart verbunden ist, daß ein Kraft
übertragungszug für die Fahrtrichtung erst nach Einschaltung eines Kraftübertragungszuges
für eine Geschwindigkeits-übersetzungsstufe wirksam wird.
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Bei einer für Werkzeugmaschinen bestimmten bekannten Steueranordnung
dieser Art, jedoch mit formschlüssig einrückenden Schieberädern für die Geschwindigkeitsübersetzungsstufen
und mit elektromotorischem Antrieb, ist dem Servomotor für die Richtungskupplungen
eine Rückstellfeder in die neutrale Mittelstellung zugeordnet, so daß der von den
Wählventilen in Verzweigung den Servomotoren für die Geschwindigkeitsübersetzungsstufe
und die Richtungskupplungen zugeführte Druckölstrom letztere erst gegen die Rückstellfeder
anlegt, wenn der die Geschwindigkeitsstufe schaltende Servomotor gefüllt und dadurch
die für die Richtungskupplung notwendige Drucksteigerung eingetreten ist. Die Drucksteigerung
selbst ist unkontrolliert und hängt von den auftretenden Widerständen und der Pumpenförderung
ab. Außerdem setzt die richtige Schaltfolge voraus, daß die Servomotoren der Geschwindigkeitsstufen
einwandfrei ohne drucksteigernde Hemmungen arbeiten und die Rückstellfeder für die
Richtungsgänge ihre auf erstere Servomotoren abgestimmte Kraft beibehält. Diese
bekannte Anordnung ist daher störanfällig und wäre für den bei Fahrzeugen geforderten
geschmeidigen, möglichst ruckfreien Gangwechsel auch bei wechselnder Last und wechselnder
Antriebsdrehzahl wenig geeignet, auch wenn die Schieberäder der Geschwindigkeitsstufen
durch Reibungsvorrichtungen ersetzt werden würden.
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Bei einer anderen bekannten Steueranordnung für ein Wechselgetriebe,
bei der bei einem Gangwechsel, von einem einzigen Wählventil gesteuert, jeweils
nur eine einzige Reibungsvorrichtung mit Druck beaufschlagt zu werden braucht, ist
dem Wählventil ein gemeinsames Drucksteigerungsventil vorgeschaltet, das unabhängig
von inneren Einflüssen der hydraulischen Anlage einen gewünschten, gegebenenfalls
einstellbaren Drucksteigerungsverlauf gewährleistet. Diese Steueranordnung ist aber
für Getriebe der eingangs genannten Art, bei der für einen Gangwechsel Geschwindigkeits-
und Richtungskupplungen in der angegebenen Reihenfolge eingerückt werden müssen,
nicht geeignet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steueranordnung der eingangs angegebenen
Art mit geringem Aufwand so zu verbessern, daß die Drucksteigerung und Reihenfolge
in der Einschaltung der Kraftübertragungszüge durch einfach aufgebaute Ventile,
unabhängig vom Zustand der Servoeinrichtungen, exakt gewahrt wird.
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Ausgehend von der eingangs angeführten Steueranordnung, ist die Erfindung
gekennzeichnet durch ein parallel zum ersten Wählventil liegendes, dem zweiten Wählventil
vorgeschaltetes Druckmodulationsventilsystem zur allmählichen Erhöhung des Druckes
für den Servomotor der ausgewählten Geschwindigkeits-übersetzungsstufe und durch
ein Verzögerungsventil zur Herstellung eines Differenzdruckverhältnisses zwischen
den auf die Kraftübertragungszüge für die Geschwindigkeits-übersetzungsstufe und
die Fahrtrichtung aufgegebenen Drücken mit Druckgefälle zu letzterem Kraftübertragungszug.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist insbesondere den Vorteil
auf, daß die Steueranordnung automatisch bewirkt, daß zuerst der Druck für einen
ausgewählten Geschwindigkeitsgang und dann erst für den Vorwärts- bzw. Rückwärtsgang
zur Verfügung steht, wobei während der Drucksteigerung der Druck für den Richtungsgang
stets unter dem Druck für den Geschwindigkeitsgang bleibt. Durch die getrennte Druckzufuhr
ist der Zustand der Servoeinrichtung nicht von ausschlaggebender Bedeutung für den
Ablauf der Umschaltung. Auch sind die wenigen Ventile gegenüber Änderungen in der
Viskosität des hydraulischen Mediums relativ unempfindlich.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß in
der Zuleitung zum zweiten Wählventil ein mit dem ersten Wählventil in Verbindung
stehendes Sicherungsventil angeordnet ist, welches eine Strömung des Druckmediums
zu den Kraftübertragungszügen für die Fahrtrichtung verhindert, wenn für längere
Zeit der Mediumdruck im Steuersystem ausbleibt.
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Das erfindungsgemäße Sicherungsventil sorgt nach dem Stillsetzen des
Fahrzeuges einschließlich Antriebsmotor dafür, daß das erste Wählventil mit dem
Abfallen des die Druckfeder vorspannenden Druckes in die neutrale Stellung gelangt,
in der allein das angekuppelte Sicherungsventil den Fluß zum Richtungswählventil
sperren kann.
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Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend
ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben.
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F i g. 1 zeigt schematisch die hydraulische Steueranordnung gemäß
der Erfindung in Ruhestellung; F i g. 2 zeigt eine der F i g. 1 ähnliche Darstellung,
wobei sich die Steueranordnung in der Lage befindet, in welcher der Fahrzeugmotor
angelassen und der Steuerungsanlage Druck zugeführt worden ist; F i g. 3, 4 und
5 zeigen Querschnitte der von Hand steuerbaren Wählventile für die einzelnen Geschwindigkeitsgänge
und Fahrtrichtungen für den ersten, zweiten und dritten Vorwärtsgang.
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In F i g. 1 und 2 ist bei 10 schematisch ein Planetengetriebe
mit einer Antriebswelle 11 und einer Kraftabgabewelle 12 dargestellt. Mit 1, 2 und
3 sind die mit Reibflächen arbeitenden Bremsen für den ersten, zweiten und dritten
Gang (sogenannte Geschwindigkeits-Übersetzungsstufen) angedeutet, welche zur Kraftübertragung
von der Antriebswelle 11 auf die Kraftabgabewelle 12 gewählt werden können und dabei
jeweils einen sogenannten Kraftübertragungszug schließen, indem die Bremsen 1, 2
und 3 für den ersten, zweiten und dritten Gang und gleiche Bremsen R und F für die
Rückwärtsrichtung und Vorwärtsrichtung angezogen werden. Zum Verständnis der erfindungsgemäßen
Steuerung reicht es aus, zu wissen, daß die Bremsen wahlweise angezogen werden können,
wobei ein Druck in jedem Fall auf
einen ringförmigen Kolben ausgeübt
wird, von welchem einer bei 13 gezeigt ist.
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Eine vom nicht dargestellten Fahrzeugmotor angetriebene Pumpe 14 liefert
eine hydraulische Flüssigkeit, z. B. Schmieröl, vom Behälter 15 über einen Filter
16 an die Steueranordnung. Die Steueranordnung weist ein erstes Wählventil 18 zum
Wählen der Druckmittelverteilung für die Bremsen 1, 2 und 3 und ein zweites Wählventil
20 zum Wählen der Druckmittelzuleitung für die Vorwärtsgangbremse F oder die Rückwärtsgangbremse
R auf. Ein Sicherungsventil 22, welches in dem gleichen Gehäuse wie das zweite Wählventil
20 angeordnet ist, dient dazu, eine Betätigung der Vorwärtsbremse oder Rückwärtsbremse
zu verhindern, bis eine Ganggeschwindigkeitsbremse ausgewählt worden ist, wenn die
Pumpe 14 nicht arbeitet. Das Wählventil 18 und das Sicherungsventil 22 sind von
Hand gemeinsam durch einen Verschiebungsstock 23 steuerbar, welcher so betätigbar
ist, daß irgendeiner der verschiedenen Geschwindigkeitsgänge 1, 2 oder 3 gewählt
werden kann. Das Wählventil 20 wird von Hand durch einen Hebel 24 für die Vorwärtsfahrt
oder die Rückwärtsfahrt eingestellt.
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Ein Verzögerungsventil 26 dient dazu, ein Differenzdruckverhältnis
zwischen den Flüssigkeitsdrükken, die auf die Kraftübertragungszüge für die Geschwindigkeits-Übersetzungsstufe
und die Fahrtrichtung aufgegeben werden, mit Druckgefälle zu letzterem Kraftübertragungszug
herzustellen. Ein Ventil 28, welches sich in dem gleichen Gehäuse befindet wie das
Verzögerungsventil 26 und zusammen mit später beschriebenen Ventilen 39,
43 ein Druckmodulationsventilsystem bildet, dient dazu, allmählich den Flüssigkeitsdruck
für eine der Bremsen zu vergrößern, um so die Geschwindigkeit einzustellen, mit
welcher die Bremsen angezogen werden und dadurch beim Anfahren oder beim Umschalten
des Getriebes einen allmählichen Übergang zu gewährleisten.
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In F i g. 2 ist die Steueranordnung für den Fall dargestellt, daß
ihre Teile ihre Stellungen einnehmen, wenn die Pumpe 14 arbeitet und sich
die Steuerung in ihrer Ruhestellung befindet. Durch die Pumpe 14 wird die Druckflüssigkeit
einer Leitung 30 und über -das erste Wählventil 18 der Bremse 2 zugeführt.
Ist der Zylinder der Bremse 2 gefüllt, nimmt der Druck in der Leitung
30 zu. Entgegen dem Druck seiner Feder 31 wird das Verzögerungsventil 26
geöffnet, so daß die Flüssigkeit durch die kleine Öffnung 32 im Mantel des Ventilkörpers
in eine Zuleitung 33 strömt, welche zum Sicherungsventil 22 und von diesem zum zweiten
Wählventil 20 führt. Das Sicherungsventil 22 ist in F i g. 2 in seiner der Ruhestellung
zugeordneten geschlossenen Stellung gezeigt, in welcher der Zulauf zum zweiten Wählventil
22 gesperrt und so verhindert ist, daß die hydraulische Flüssigkeit zur Vorwärtsgang-
oder Rückwärtsgangbremse strömen kann. Beim Anfüllen der Zuleitung 33 mit der Flüssigkeit
steigt der Druck in der Leitung 30. Das Druckmodulationsventil 28 wird geöffnet,
weil die Flüssigkeit in seinem Gehäuse durch die Öffnung 34 in dessen hohlem Ventilkörper
eindringt, dort einen veränderlichen Hohlraum auffüllt und vergrößert, wodurch eine
Steuerkante des Ventilkörpers den Übertritt von der Leitung 30 nach einer Leitung
35 freigibt. Die Flüssigkeit wird von der Leitung 35 zum Getriebe 10 für seine Schmierung
geführt. Anschließend wird die hydraulische Flüssigkeit in einem Behälter gesammelt
und über eine Leitung 36 zu dem Behälter 15 zurückgeführt.
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Der Ventilkörper des Verzögerungsventils 26 hat anschließend an die
Öffnung 32 eine Querwand, die einen radialen Kanal 38 aufweist, der zu einem an
die Querwand anschließenden, die Feder 31 aufnehmenden Hohlraum Verbindung hat.
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Die in die Leitung 33 durch die Öffnung 32 hindurchströmende Flüssigkeit
fließt durch den Kanal 38 und durch den erwähnten Hohlraum in die Gehäusebohrung,
die das Verzögerungsventil 26 und das spulenkörperförmige Absperrventil 39
aufnimmt. Letzteres wird in die in F i g. 2 gezeigte Stellung verschoben, in welcher
es einen sonst offenen Abführkanal sperrt, welcher mit einer Leitung 40 in Verbindung
steht und die Leitungen mit dem Behälter 15 verbindet. Das fliegende Absperrventil
39 spricht auf den Druck im Verzögerungsventil 26 an und weist eine kleine
axiale Öffnung 41 zur Zumessung des Druckmediums über einen Kanal 42 in das Modulationsventilsystem
28, 39, 43 auf. Der Kanal 42 steht mit der Gehäusebohrung für das Druckmodulationsventil
28 hinter einem Kolben 43 in Verbindung, der als Federsitz für die Ventilfeder 44
des Druckmodulationsventils 28 dient. Die Feder 44 wird dabei allmählich zusammengedrückt.
Dadurch wird die Kraft erhöht, die erforderlich ist, das Druckmodulationsventi128
offenzuhalten. Dadurch wird auch der Druck in der Leitung 30 allmählich erhöht,
um so ein geschmeidiges Anziehen irgendeiner Bremse, die in einer Weise ausgewählt
werden soll, wie sie jetzt beschrieben wird, sicherzustellen. Durch diese Abstimmung
des Druckes infolge des Anwachsens der wirksamen Kraft der Feder 44 ist die Verwendung
einer ziemlich schwachen Feder 44 möglich, um während der anfänglichen Öffnung des
Druckmodulationsventils 28 wirksam zu werden, während zur gleichen Zeit die gesamte,
notwendige Federkraft dafür vorgesehen ist, um den Druck für das abschließende Anziehen
der Bremse aufzubauen.
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Die Öffnungen 32 sind deshalb so klein ausgebildet, um einen unterschiedlichen
Druck in den Leitungen 30,33 zu erhalten, so daß durch das Anwachsen des
hohen Drucks in der Leitung 30 das Anziehen der ausgewählten Bremse für eine Geschwindigkeits-Übersetzungsstufe
durchführbar ist, bevor die ausgewählte Vorwärtsgang- oder Rückwärtsgangbremse angezogen
wird. Diese Art des Bremsenanziehens gewährleistet, daß irgendein Schlupf in den
Bremsen infolge der Lastübertragung durch das Getriebe entweder auf die Vorwärtsgangbremse
oder die Rückwärtsgangbremse begrenzt wird. Auf diese Weise wird die Abnutzung der
Bremse 1, 2 und 3 verringert. Außerdem wird durch dieses Druckgefälle sichergestellt,
daß das Druckmodulationsventil 28 geöffnet wird, bevor die Vorwärtsgang- oder Rückwärtsgangbremse
angezogen wird.
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In der beschriebenen Lage, in der die Pumpe 14 arbeitet, wird das
Sicherungsventil 22 in der in F i g. 2 gezeigten Stellung gehalten. Dort ist der
Strom des Druckmediums zu der Vorwärtsgang- und Rückwärtsgangbremse durch den Steuerbund
des Sicherungsventils 22 gesperrt, der zwar die Zuleitung 33 so weit freigibt,
daß die Gehäusebohrung für das Sicherungsventil 22 Flüssigkeit erhält, aber den
zum zweiten Wählventil 20 weiterführenden Teil der Zuleitung 33 verschließt.
Der verschiebbare Ventilkörper
46 des Sicherungsventils 22 weist
eine rohrförmige Verlängerung 47 mit einer letztere umgebenden Hülse 48 auf, die
teleskopartig angeordnet ist, so daß eine Druckkammer 49 geschaffen ist. Bei drucklosem
Zustand, wenn also die Pumpe 14 nicht arbeitet, oder 'auch bei einer Störung in
der Leitung 33, drückt eine zwischen dem Ventilkörper 46 und der Hülse 48 angeordnete
Feder 50 die Hülse 48 in eine Lage, in der sie am Ende der Gehäusebohrung für das
Sicherungsventil 22 gemäß F i g. 1 anliegt. Dabei wird der Ventilkörper 46 in seine
Schließlage und auch das erste Wählventil 18 in -die Lage nach F i g.1, d.
h. in seine Ruhestellung gedrückt. Dadurch wird gewährleistet, daß das Getriebe
kein Drehmoment übertragen kann, wenn der Fahrzeugmotor angelassen wird. Zur Verhinderung
einer raschen Abgabe des Druckmediums aus der Druckkammer 49 und der Verlängerung
der Hülse 48 während des augenblicklichen Druckabfalls beim Umschalten von dem einen
Geschwindigkeitsgang auf einen anderen schließt ein federbelastetes, eine Kugel
aufweisendes Rückschlagventil 52 die rohrförmige Verlängerung 47. Die Hülse 48 ist
locker auf der rohrförmigen Verlängerung 47 angeordnet, so daß, wenn weiter kein
Druck vorhanden ist, z. B. der Fahrzeugmotor nicht angelassen ist, das Druckmedium
aus der Kammer 49 zwischen den genannten Teilen- in kurzer Zeit entweicht.
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Die Stellungen der von Hand einstellbaren Wählventile 18, 20 für den
ersten, zweiten und dritten Geschwindigkeitsgang bei Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges
sind in F i g. 3, 4 und 5 dargestellt. Der erste Geschwindigkeitsgang wird gemäß
F i g. 3 dadurch erhalten, daß der Ventilkörper - des ersten Wählventils 18 ein
kurzes Stück nach rechts bewegt wird, so daß der Druck aus der Leitung 30 über das
Wählventil 18 und über eine Leitung la zur Bremse 1 gelangt und diese anzieht.
Eine weitere Verschiebung des Ventilkörpers des Wählventils 18 nach rechts ergibt
die in F i g. 4 gezeigte Stellung, in welcher die Richtung des Druckmediums durch
das Wählventil 18 und eine Leitung 2 a zum Anziehen der Bremse 2 verläuft. Eine
weitere Verschiebung nach rechts ergibt die in F i g. 5 gezeigte Stellung, in welcher
das Druckmedium durch das Wählventil 18 und die Leitung 3 a zur Bremse 3 geführt
wird. In jeder der verschiedenen Lagen gemäß F i g. 3, 4 und 5 sind diejenigen Teile,
welche nicht unter dem Druck des Mediums stehen, mit den Leitungen 52,53
verbunden, die mit einer Hauptabflußleitung 54 in Verbindung stehen, welche zu dem
Aufnahmebehälter 15 führt.
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Im Vorwärtsfahrbereich dient das zweite Wähl--Ventil 20 dazu, einen
Druck von der Leitung 33 zu einer Leitung F', welche mit der Vorwärtsgangbremse
F in Verbindung steht, zu führen. Zur Bewirkung des Rückwärtsgangantriebs wird der
Ventilkörper des Wählventils 20 entsprechend nach links bewegt, so daß der Druck
von der Leitung 33 zur Leitung R' geführt wird und auf die Rückwärtsgangbremse R
wirkt. Entsprechende Abflußleitungen 55, 56 des Wählventils 20 stehen auch mit der
Hauptabflußleitung 54 in Verbindung.
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Zum Betrieb bei irgendeinem der verschiedenen Geschwindigkeitsgänge.
befinden sich die Teile im Verzögerungsventil 26 und im Druckmodulationsventil 28
in F i g. 2 gezeigten Stellung. Während des augenblicklichen Druckabfalls, der bei
Verschiebung von einem Geschwindigkeitsgang zu einem anderen entsteht, wobei der
Druck in der Leitung 30 während der für das Füllen der zu einer anderen Bremse führenden
Leitung erforderlichen Zeit abfällt, kehren die Teile im Verzögerungsventil 26 und
-im Druckmodulationsventil 28 in die in F i g.1 gezeigten Lagen zurück. Während
dieser Rückkehr wird das Ab-
sperrventil 39 durch die Kraft des Druckmediums;
welches durch den Kolben 43 unter dem Einfluß der Feder 44 verdrängt wird; gemäß
Zeichnung nach links bewegt. Die Abflußleitung 40 wird geöffnet, so daß das Druckmedium
leicht hinter dem Kolben 43 entweichen kann. Auf diese Weise ist eine geschmeidige,
zusammenhängnde Verschiebung gewährleistet, wenn eine Änderung des Geschwindigkeitsgangs
erfolgt, weil der abgestimmte Druckanstieg stattfinden muß, um die neu gewählte
Ganggeschwindigkeitsbremse anziehen zu können.