DE19742312A1

DE19742312A1 - Schaltsystem für Vielgangschaltgetriebe

Info

Publication number: DE19742312A1
Application number: DE19742312A
Authority: DE
Inventors: Gerold Bieber
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 1999-04-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltsystem für Vielgangschaltgetriebe nach dem Oberbegriff des Patentan spruches 1.

Vielgangschaltgetriebe werden in hohem Umfang in Nutz fahrzeugen verwendet, wobei zum Schalten dieser Getriebe in der Regel automatisierte Steuerungsvorrichtungen verwendet werden, um den Fahrer des Nutzfahrzeuges von einer Vielzahl von Handhabungen zu entlasten. Wesentlich bei derartigen Getrieben ist die Wirtschaftlichkeit und die Zuverlässig keit. Die Wirtschaftlichkeit wird umso besser je weniger Energie für das Schaltsystem verwendet werden muß und je kleiner der Herstellungs- und damit Anschaffungspreis ist. Die Zuverlässigkeit wird umso besser, je einfacher die Kon struktion des Schaltsystemes und dessen Energieversorgung ist.

Für Vielgangschaltgetriebe werden üblicherweise Schaltsysteme verwendet, bei denen die Betätigungseinrich tungen für die Kupplung des Getriebes, die einzelnen Gänge des Getriebes und eine Vorschalt- sowie Nachschaltgruppe mit Hilfe von Druckluft betätigt werden. Hierbei sind Schaltsysteme bekannt, die ohne Kupplung auskommen, und solche, bei denen weiterhin eine Kupplung verwendet wird. Für diese Schaltsysteme muß eine eigene Druckluftquelle zur Verfügung gestellt werden. Außerdem werden diese Getriebe häufig durch Betätigungshebel gesteuert, die einen erhebli chen Bauraum erfordern. Die bekannten Konstruktionen sind in der Regel recht aufwendig und damit auch störanfällig.

Es sind auch hydraulisch betätigte Schaltsysteme für Vielgangschaltgetriebe bekannt, die jedoch ohne Kupplung arbeiten. Die zu schaltenden Gänge können hierbei angewählt werden, wonach die Hydraulik des automatisierten Schaltsy stemes die weiteren Tätigkeiten übernimmt. Auch diese Sy steme sind aufwendig, da ein zusätzliches Hydrauliksystem notwendig ist.

Für die vorliegende Erfindung wird von einem Schaltsy stem für Vielgangschaltgetriebe mit einer Kupplung sowie Schaltelementen und Betätigungseinrichtungen für diese Schaltelemente ausgegangen, wobei das Getriebe selbst eine Schmierölpumpe zur Getriebeschmierung aufweist. Die Schal telemente des Schaltgetriebes, z. B. Zahnrad- und Kupp lungsgruppen, werden mit Hilfe von Schaltgabeln verschoben, die auf Schaltschienen angeordnet sind, die ihrerseits wie der durch die Betätigungseinrichtungen verschoben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für derarti ge Vielgangschaltgetriebe ein Schaltsystem anzugeben, das zuverlässig arbeitet, kleinbauend ist, so daß die Kontur und die Bauteile des Schaltgetriebes nicht wesentlich ver größert werden, und für das keine zusätzliche Energiequelle notwendig ist. Außerdem soll die herkömmliche Kupplungs funktion beibehalten werden können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Demgemäß wird mit der Schmierölpumpe des Getriebes ein Hochdruckpumpsystem gekoppelt, das eine Hochdruckpumpe auf weist, die den von der Schmierölpumpe gelieferten Öldruck auf einen wesentlich höheren Öldruck transferiert. Die Hochdruckpumpe ist hierbei vorzugsweise auf der Antriebs welle der Schmierölpumpe angeordnet. Die Betätigungsein richtungen für die Schaltelemente des Getriebes und für die Kupplungen sind auf den hohen Öldruck des Hochdrucksystemes eingerichtet und können daher sehr kleinbauend ausgeführt werden.

In der Praxis wird der bei wenigen bar liegende Öl druck der Schmierölpumpe gegebenenfalls über ein Vorspann ventil durch die Hochdruckpumpe auf ein Niveau zwischen 60 und 200 bar angehoben, wobei dann z. B. mit einem Arbeits druck zwischen 100 und 140 bar gearbeitet wird.

Das Hochdruckpumpsystem weist vorzugsweise einen Öl druckspeicher auf, der insbesondere zum Glätten des von der Hochdruckpumpe gelieferten Öldruckes dient und der den er wähnten Arbeitsdruck zur Verfügung stellt. Durch diesen Öldruckspeicher können auch die beim Schalten des Getriebes benötigten kurzzeitigen höheren Ölmengen geliefert werden. Außerdem können durch diesen Öldruckspeicher, z. B. bei Ausfall des Pumpsystems, mehrere Schaltungen des Getriebes sichergestellt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Hochdruckpumpe des Hochdruckpumpsystems einen Arbeitszylinder mit einem Kolben auf, der sich auf einem Exzenter der mit der Schmierölpumpe gemeinsamen Antriebs welle abstützt. Der Zylinderraum der Pumpe ist über ein Vorspannventil und ein Rückschlagventil mit der Schmieröl pumpe verbunden, so daß das von dieser geförderte Öl in den Zylinderraum fließen kann, andererseits über ein weiteres Rückschlagventil mit dem Öldruckspeicher verbunden, um die sen auf den gewünschten hohen Arbeitsdruck zu bringen und auf diesem zu halten.

Die Betätigungseinrichtungen zum Schalten des Getrie bes in die einzelnen Gänge und zum Betätigen der Kupplung sind jeweils Hydraulikzylinder, die über Schaltventile, vorzugsweise Magnetventile betätigt werden.

Das Schaltsystem gemäß der Erfindung kann im Rahmen einer manuell anwählbaren Steuerungsvorrichtung oder einer automatisierten Steuerungsvorrichtung für Getriebe verwen det werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

In dieser stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltdiagramm eines Schaltsystemes gemäß der Erfindung für ein Vielgangschalt getriebe mit einer Schmierölpumpe und einem damit gekoppelten Hochdrucksystem zur Ver sorgung von Betätigungseinrichtungen für die Funktion des Getriebes und

Fig. 2 einen schematischen Schnitt einer Betäti gungseinrichtung des Getriebes.

In dem Blockschaltdiagramm eines Schaltsystemes für ein Vielgangschaltgetriebe aus einer Vorschalt- und einer Nachschaltgruppe sind als Betätigungseinrichtungen für Kupplung und die einzelnen Gänge jeweils Hydraulikzylin der 1 bis 6 vorgesehen, wobei durch den Hydraulikzylinder 1 die Kupplung, durch die Hydraulikzylinder 2 und 3 die Vor schaltgruppe bzw. Nachschaltgruppe des Getriebes, die Hy draulikzylinder 4 und 5 der erste und zweite bzw. dritte und vierte Gang des Hauptgetriebes und durch den Hydrau likzylinder 6 der Rückwärtsgang betätigt werden. Die Hy draulikzylinder weisen jeweils einen Kolben 27 und eine Kolbenstange 26 auf, die direkt mit dem zu betätigenden Element verbunden ist, so z. B. mit der Kupplung oder einer Schaltschiene für ein Schaltelement des Getriebes. Die Funktion der Hydraulikzylinder 1 bis 6 wird durch Magnet ventile gesteuert, nämlich zwei Magnetventile 11 und 12 für den Hydraulikzylinder 1 der Kupplung, ein Magnetventil 21 für den Hydraulikzylinder 2 der Getriebegruppe GV, zwei Magnetventile 31 und 32 für den Hydraulikzylinder der Ge triebegruppe GP, jeweils zwei Magnetventile 41 und 42 bzw. 51 und 52 für die Hydraulikzylinder 4 und 5 der beiden Schaltstufen und ein Magnetventil 61 für den Hydraulikzy linder 6 des Rückwärtsganges. Die Magnetventile 11 und 12 sind einfache Absperrventile, wohingegen die übrigen Ma gnetventile in jeder Stellung den Zufluß bzw. den Abfluß von Hydrauliköl zu dem jeweiligen Hydraulikzylinder zulas sen.

Die Magnetventile werden über eine hier nicht näher dargestellte automatisierte Schaltvorrichtung für das Ge triebe in ihre jeweiligen Funktionsstellungen gebracht. Für einen Rückfluß des Öls von den Hydraulikzylindern bei deren Betätigung ist eine Leitung in den Sumpf 29 vorgesehen.

Für die Versorgung der einzelnen Komponenten des Ge triebes ist ein Hochdruckpumpsystem 7 vorgesehen. Dieses Hochdruckpumpsystem weist eine herkömmliche Schmierölpum pe 8 auf, die auf der Antriebswelle 9 des Getriebes oder auf der Kupplungsseite der Vorlegewelle des Getriebes ange ordnet ist und Öl aus dem Getriebesumpf 29 ansaugt. Mit der Schmierölpumpe 8 ist eine Hochdruckpumpe 10 mechanisch ge koppelt, die einen Arbeitszylinder 101 und einen darin gleitenden Arbeitskolben 102 aufweist, der sich auf einem Exzenter 103 abstützt, der wiederum auf der Antriebswelle 9 montiert ist.

Der Ausgang der Schmierölpumpe 8 führt zu einem Ein gang eines Zweiwegeventiles V1, das in der in Fig. 1 ge zeigten Stellung das von der Schmierölpumpe 8 geförderte Öl hindurchläßt und über ein Vorspannventil V2 und ein sich anschließendes Rückschlagventil R1 zu der Hochdruckpumpe 10 leitet. Durch die Anordnung von Vorspannventil V2 und Rück schlagventil R1 wird der Druck des Öles auf z. B. 10 bar vorgespannt. In der Hochdruckpumpe 10 wird durch den hin- und hergehenden Arbeitskolben 102 das Hydrauliköl von der Schmierölpumpe abwechselnd angesaugt und dann über ein Rückschlagventil R2 in einen Öldruckspeicher S1 gefördert. Dies geschieht so lange, bis der Öldruckspeicher S1 seinen Arbeitsdruck erreicht hat, der im Bereich zwischen 100 und 140 bar liegt. Ist dieser Arbeitsdruck erreicht, so wird über eine Abzweigleitung von dem Öldruckspeicher das Ventil V1 in seine zweite Arbeitsstellung geschoben, in der Öl wiederum in den Sumpf 29 bzw. in die Getriebeschmierung fließt.

Von dem Öldruckspeicher S1 werden die oben erwähnten Hydraulikzylinder 1 bis 6 über die Magnetventilanordnungen versorgt. Solang der Arbeitsdruck des Öldruckspeichers noch nicht erreicht ist, erfolgt die Versorgung der Betätigungs einrichtungen direkt durch die Hochdruckpumpe 10.

In Fig. 2 ist als Beispiel für die Ausführung der Be tätigungseinrichtungen 1 bis 6 die Betätigungseinrichtung 5 gemeinsam mit einer Schaltschiene 20 für eine hier nicht dargestellte Schaltgabel dargestellt, die ihrerseits Schal telemente für den jeweiligen Gang des Getriebes verschiebt. Die Schaltschiene 20 ist in einem Getriebegehäuse 21 gegen die Kraft einer Druckfeder 22 verschiebbar gelagert, wobei das Ausmaß der Verschiebung der Schaltschiene durch An schläge 23 auf der Schaltschiene und Anschläge 24 und 25 am Getriebegehäuse bzw. an der Druckfeder 22 vorgegeben ist. In das aus dem Getriebegehäuse 21 herausragende Ende der Schaltschiene 20 greift eine Kolbenstange 26 ein, die mit einem Kolben 27 in dem Arbeitszylinder 5 für die Schaltung des dritten und vierten Ganges verbunden ist. Der Arbeits raum in dem Arbeitszylinder 5 ist auf Seiten der Kolben stange 26 mit dem Magnetventil 51 verbunden, der jenseitige Raum mit dem Magnetventil 52. Aufgrund des hohen Arbeits druckes können die kleinen Arbeits- bzw. Schaltzylinder für die einzelnen Gänge direkt auf den Schaltschienen 20 ange bracht werden. Diese kleinen Schaltzylinder können gemein sam mit der Hochdruckpumpe 10 und den Betätigungseinrich tungen für die Kupplung und Vorschalt- und Nachschaltgruppe in den Halslagerdeckel 28 des Getriebes integriert werden.

Bezugszeichenliste

1-6

Hydraulikzylinder

11

,

12

21

,

31

32

,

41

42

,

51

52

,

61

Schaltventile

7

Hochdruckpumpsystem

8

Schmierölpumpe

9

Antriebswelle

10

Hochdruckpumpe

101

Arbeitszylinder

102

Arbeitskolben

103

Exzenter

20

Schaltschiene

21

Getriebegehäuse

22

Druckfeder

23

,

24

,

25

Anschläge

26

Kolbenstange

27

Kolben

28

Halslagerdeckel

29

Sumpf
S1 Öldruckspeicher
V1 Schaltventil
V2 Vorspannventil
R1, R2 Rückschlagventil

Claims

1. Schaltsystem für Vielgangschaltgetriebe, mit einer Kupplung mit jeweils einem Gang des Getriebes zugeordneten Schaltelementen, mit Schaltgabeln zum Verschieben der Schaltelemente, wobei die Schaltgabeln auf Schaltschie nen (20) angeordnet sind, und mit Betätigungseinrichtun gen (1 bis 6) zum Verschieben der Schaltgabeln in vorgege bene Schaltstellungen und zum Betätigen der Kupplung, wobei das Getriebe eine Schmierölpumpe (8) zur Getriebeschmierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Schmierölpum pe (8) ein Hochdruckpumpsystem (7) mit einer Hochdruckpum pe (10) gekoppelt ist, das das von der Schmierölpumpe mit einem geringen Öldruck geförderte Öl auf ein demgegenüber wesentlich höheres Druckniveau bringt, und daß die Betäti gungseinrichtungen (1 bis 6) für die Kupplung und die Schaltelemente mit einem hohen Öldruck arbeitende Einrich tungen sind und mit dem Hochdruckpumpsystem (7) verbunden sind.

2. Schaltsystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe (10) auf der Antriebswelle (9) der Schmierölpumpe (8) angeordnet ist.

3. Schaltsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe (10) einen Arbeitszylinder (101) mit einem Kolben (102) auf weist, der sich auf einem Exzenter (103) der mit der Schmierölpumpe (8) gemeinsamen Antriebswelle (9) abstützt, daß der Zylinderraum der Hochdruckpumpe über ein erstes Rückschlagventil (R1) mit der Schmierölpumpe (8) verbindbar ist, welches einen Ölfluß von der Schmierölpumpe zu dem Zylinderraum der Hochdruckpumpe (10) ermöglicht, und über ein zweites Rückschlagventil (R2) mit den Betätigungsein richtungen (1 bis 6) verbunden ist, welches einen Ölfluß von dem Zylinderraum der Hochdruckpumpe (10) zu den Betäti gungseinrichtungen (1 bis 6) ermöglicht.

4. Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochdruckpumpsystem (7) einen von der Hochdruckpumpe (10) versorgten Öldruckspeicher (S1) aufweist, der mit den Betä tigungseinrichtungen (1 bis 6) verbunden ist.

5. Schaltsystem nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen Öldruckspei cher (S1) und Schmierölpumpe (8) ein Mehrwegeschaltven til (V1) vorgesehen ist, das in Abhängigkeit des Druckes in dem Öldruckspeicher (S1) gesteuert wird und bei niedrigem Druck im Öldruckspeicher die Schmierölpumpe (8) mit der Hochdruckpumpe (10) und damit dem Öldruckspeicher (S1) ver bindet und bei einem für die Funktion des Schaltsystemes ausreichenden Druck die Schmierölpumpe (8) von dem Öldruck speicher (S1) trennt und den Öldruckspeicher mit den Betä tigungseinrichtungen verbindet.

6. Schaltsystem nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen dem Mehrwege schaltventil (V1) und der Hochdruckpumpe (10) ein Vorspann ventil (V2) vorgesehen ist, das das von der Schmierölpum pe (8) zur Hochdruckpumpe (10) geförderte Öl auf einen zwi schen dem Druck der Schmierölpumpe und dem Druck der Hoch druckpumpe liegenden Öldruck vorspannt.

7. Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Be tätigungseinrichtungen (1 bis 6) jeweils einen Hydraulikzy linder mit einem Arbeitskolben (27) und einer Kolbenstan ge (26) aufweisen, die direkt mit einer Schaltschiene (20) für ein zu betätigendes Schaltelement für das Getriebe oder die Kupplung verbunden ist, und daß ferner Schaltventi le (11, 12, 21, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61) zum Steuern des Ölflusses durch die Hydraulikzylinder vorgesehen sind.

8. Schaltsystem nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schaltventile Magnet ventile (11, 12, 21, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61) sind.

9. Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsystem Teil einer automatisierten Steuervorrichtung eines Vielgangschaltgetriebes ist.