DE2538404A1

DE2538404A1 - Hydraulisches steuersystem fuer eine hydraulische betaetigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2538404A1
Application number: DE19752538404
Authority: DE
Inventors: Robert W Lemon
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1974-08-30
Filing date: 1975-08-28
Publication date: 1976-03-11
Also published as: IT1042139B; GB1485221A; SE7509648L; SE414419B; DE2538404C2; FR2283341A1; CA1040063A; JPS5148074A; FR2283341B1; JPS5911042B2; US3985063A

Description

Hydraulisches Steuersystem für eine hydraulische Betätigungsvorrichtung.

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuersystem zur Steuerung einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung.

Bei bekannten Steuersystemen dieser Art wird ein Akkumulator so verwendet, daß, wenn einem Servomotor oder einer Hiliäbetätigungsvorrichtung ein Fluiddruck zugeführt wird, ein zusätzlicher Durchlaß durch den Akkumulator vorgesehen ist, durch den dem Servomotor oder der Hilfsbetatigungsvorrichtung ebenfalls Druck zugeführt wird, um eine schnelle Anfangsfüllung zu erhalten. Der zusätzliche Durchlaß dient einer schnellen Füllung, da normalerweise in der zu der Hilfsbetatigungsvorrichtung führenden Fluidleitung ein Drosselventil vorgesehen ist, durch welches das In-oder Außereingriff bringen der Hilfsbetatigungsvorrichtung gesteuert wird, pas Drosselventil verhindert eine schnelle Füllung der Hilfsbe-'tätigungsvorrichtung, die jedoch in den meisten Fällen erwünscht ist. Bei hydraulischen Steuersystemen und insbesondere bei in j !Eingriff bringbaren Reibungsvorrichtungen, die mit einer hydrau- j ilischen Betätigungsvorrichtung zusammenarbeiten, welche mit der ] Fluidquelle oder Druckquelle über ein Drosselventil verbunden sind, haben sich Schwierigkeiten dadurch ergeben, daß, wenn, nachdem r

; ι

idie Vorrichtung in Eingriff gebracht worden ist und sich der Akkumulator in seiner vollen "Arbeitsstellung" befindet, wie es normalerweise der Fall ist, sich ein Leck vor dem Kolben der hydraulischen Betätigungsvorrichtung befindet, weil in dem System ein Drosselventil eingebaut ist, tritt ein Druckabfall auftritt, wo-

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durch der Eingriffsdruck an der Reibungsvorrichtung soweit verringert werden kann, daß ein Durchrutschen und eine Beschädigung j der Reibungsvorrichtung auftreten kann.

^!Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Schwierigkeiten ■ zu überwinden.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird durch den Anspruch 1 angegeben. ;

Erfindungsgemäfi ist nicht nur ein zusätzlicher Pluiddurchlaß durch den Akkumulator zur schnellen, anfänglichen Füllung der · hydraulischen Betätigungsvorrichtung vorgesehen, sondern zusätzlich ist ein zweiter Durchlaß durch den Akkumulator vorgesehen, wenn sich dieser in seiner vollen "Arbeitsstellung" befindet, so daß die Druckauelle mit der Betätigungsvorrichtung über eine das Drosselventil umgehende Flußstreeke verbunden ist, wodurch kleinere Pluidleeks in der hydraulischen Betätigungsvorrichtung keinen ;so großen Druckabfall bewirken, der für ein Durchrutschen der JReibungsvorriehtung und eine damit verbundene Beschädigung ausreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand _;der Zeichnungen beschrieben.

;Pig.l zeigt q$jü& schematische Darstellung einer hydraulischen ! Steuenmgseinriclitung für eine hydraulische Betätigungseinrichttmtg.

Fig.2 zeigt einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Pig.l.

Pig.3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Akkumulator- ! kolbens» der erflBdungsgemäß ausgebildet ist. !

Pig.4 zeigt ein Öraek-Zeit-Diagramm für die hydraulische BetätiguQgseinrleiitung der Pig.l.

J-S

,In PIg.l Ist schematisch ein hydraulisches Steuersystem 10 dargestellt. Dieses hydraulische Steuersystem kann ein Teil eines i komplizierteren hydraulischen Steuersystems sein, welches dazu ge-I eignet ist, die Übersetzungsverhältnisse in einem automatischen j

Planetengetriebe zu steuern, welches beispielsweise ein Steuersystem sein kann, wie es aus der US-PS 3 744 348 bekannt ist. Das ! Steuersystem 10 kann jedoch dazu verwandt.werden, irgendeine hydraulische Betätigungseinrichtung zu steuern, durch die eine ^! Reibungskupplung oder eine Bremse betätigt werden soll.

ι Zu dem Steuersystem 10 gehört ein hydraulischer Akkumulator 12, ! durch den der Eingriff der Reibungsvorrichtung 14 dadurch gesteu- , ert werden kann, daß das Fluid, welches einer hydraulischen Betätigungseinrichtung 16 zugeführt wird, die mit der Reibungsvorrichtung 14 in Eingriff gebracht werden kann, gesteuert wird. i Eine Pumpe 18, durch die eine Druekquelle für das Fluid gebildet ^j wird, hat eine Wanne 20. Ferner ist ein von Hand zu betätigendes Ventil 22 vorgesehen.

Eine Leitung 24 verbindet die Wanne 20 mit der Pumpe 18. Eine Leitung 26 verbindet die Pumpe mit dem von Hand zu betätigenden Ventil 22. Eine erste Leitung 28 verbindet das von Hand zu betätigende Ventil mit der Betätigungseinrichtung 16. Eine zweite Leitung 30 verbindet die Leitung 28 mit dem Akkumulator 12. Ein jDrosselsteuerventil 32 ist in der Leitung 28 angeordnet. Eine dritte Leitung 28A verbindet den Akkumulator 12 mit der Leitung 28 (zwischen dem Ventil 32 und der Betätigungseinrichtung 16.

In dem Drosselsteuorventil 32 sind ein Paar öffnungen 34 und 36 und eine Kugel 38 angeordnet. Man sieht, daß das Steuerventil 32 so ausgebildet ist, daß durch die Kugel 38 die öffnung 36 geschlossen wird, wenn ein Fluiddruck von dem von Hand zu betätigenden Ventil in Richtung auf die Betätigungseinrichtung 16 erfolgt. Wenn durch das von Hand zu betätigende Ventil aus der Leitung 28 Fluiddruck abgegeben wird, entfernt sich die Kugel 38 von der öffnung 36, wodurch ein schneller Fluiddruckabbau an der Betäti-

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gungseinrichtung 16 auftritt.

Die hydraulische Betätigungseinrichtung 16 kann in bekannter und !beispielhafter Weise mit einem Gehäuse 4O, in dem ein Kolben 42 ,angeordnet ist, ausgebildet sein. Der Kolben hat einen BetätigungsL ■ abschnitt 44, der sich von dem Gehäuse erstreckt. Durch eine Rück-j 'holfeder 46 wird der Kolben aus seiner Arbeitsstellung, in der !

er mit der Reibungsvorrichtung 14 in Eingriff steht, zurückge- I

führt. i

Durch den Akkumulator 12 wird der Eingriff der Reibungskupplung 14; gesteuert, die mit der Betätigungseinrichtung 16 verbunden ist.

^:Der Akkumulator 12 hat einen in einem Gehäuse oder Ventilkörper j 52, in dem sich eine Bohrung 54 befindet, angeordneten Kolben 50. iDie Bohrung 54 hat einen Abschnitt 56 mit einem kleinen Durch-J messer, einen Abschnitt 58 mit einem größeren Durchmesser und eijnen Abschnitt 60 mit einer Gegenbohrung. Die Bohrung 54 wird durch! !eine Endplatte 52 abgeschlossen, die eine Platte in dem Ventiljkörper des Getriebes sein kann, in dem der Motor 16 angeordnet ist I Die Bohrung 54 hat einen Auslaß 64 und einen relativ weiten Druckikanal 66. In der Endplatte 62 ist ein Druckkanal 68 vorgesehen.

Der Druckkanal 66 ist mit der Leitung j50 und der Kanal 68 mit der Leitung 28A verbunden.

In Fig.3 ist der Kolben 50 in einer perspektivischen Darstellung abgebildet. Der Kolben 50 hat im allgemeinen an gegenüberliegender Enden einen weiten Bereich 70 und einen engen Bereich 7²· Der Kolben ist mit einer Senkbohrung 74, in der eine Feder 76 angeordnet ist, ausgebildet, so daß der Kolben 50 in seine Inaktive— oder Ruhelage^ gemäß Fig.2 bewegt werden kann. In dem weiten Bereich 70 sind parallel zueinander und auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens Schlitze oder Kerben 78 eingeschnitten. Dadurch entstehen Abschnitte 80 und 82 in dem Bereich 70 mit einer geringeren axialen Länge und Abschnitte 84 und 86 mit einer größeren axialen Länge. Somit 1st der Bereich 70 so ausgebildet, daß ei·

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über seinen Umfang einen vollen, axialen Längsabschnitt, der in Fig.5 mit "a" bezeichnet ist, und einen mit "b" bezeichneten axialen Längsabschnitt am übrigen Umfangsbereich, dort wo die Kerben '78 eingeschnitten sind, hat.

Der Bereich 72 paßt eng in den Bereich 56 und der Bereich 70 paßt eng in den Bereich 58 der Bohrung 5^· Wenn sich der Kolben 50 gemäß Fig.2 in seiner Inaktiven-oder Ruhelage bdindet, wird durch die Gegenbohrung 60 und die Abschnitte 80 und 82 des Bereiches 70 der verringerten axialen Länge ein Fluidkanal 90 begrenzt. Man sieht, daß durch den Kanal 90 eine FIuidverbindung zwischen den Kanälen 66 und 68 geschaffen wird, wenn sich der Kolben 50 in der in Fig.2 dargestellten Stellung befindet. Ferner erkennt man, daß die Verbindung zwischen dem Kanal 66 und dem Kanal 68 durch den Bereich 70 unterbrochen ist, wenn sich der Kolben 50 entgegen der Kraft der Feder 76 bewegt, nachdem die kleinen Abschnitte 80 und 82 des Bereiches 70 mit dem Abschnitt 58 der Bohrung in Eingriff stehen.

Man sieht, daß, wenn sich der Kolben 50 in seiner Arbeitsstellung gemäß Fig.l befindet, der Kanal 66 in Bezug auf die Abschnitte 84 und 86 des Bereiches 70 eine ausreichende Größe hat, so daß der •Kanal 58 und die Leitung 28 erneut mit dem Kanal 66 und der Leitung 30 verbunden sind.

^!Das erfindungsgemäße Steuersystem arbeitet in der folgenden Weise. Wie bei bekannten Steuersystemen für automatische Getriebe wird ein Fluiddruck durch die Leitung 28 der hydraulischen Betätigungseinrichtung 16 zugeführt, wenn das von Hand zu betätigende Ventil in eine Vorwärtsfahrstellung gebracht wird. Dadurch wird das Getriebe in eine Vorwärtsfahrbedingung gebracht, wobei im allgemeinen diese Kupplung bei allen Vorwartsfahrübersetzungs-Verhältnissen des Getriebes in Eingriff bleibt. Bei solchen Steuersystemen tritt eine Schwierigkeit auf, die darin besteht, daß bei den gegenwärtigen Motoren mit hoher Leerlaufdrehzahl der von der Pumpe 18 erzeugte Druck ausreicht, beim Anfangseingriff

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der hydraulischen Betätigungseinrichtung einen Ruck im Getriebe j zu erzeugen. Daher verwendet man einen Akkumulator wie z.B. den j Akkumulator 12 um den Anfangsstoß beim Eingriff abzuschwächen.

i ■ . -

j Der Fluiddruck in der Leitung 28 wirkt durch die Leitung 28A auf !den weiten Bereich 70"des Kolbens 50 und bewegt den Kolben 50 gegen die Kraft der Feder 76 nach oben, wie es in Fig.l dargestellt ist. Dieser Hub oder diese Bewegung des Kolbens 50 absorbiert die hydraulische Anfangsenergie, um den Eingriff der Reibungsvor-.richtung 14 mittels der Betätigungseinrichtung 16 abzuschwächen.

In Fig. 4 ist ein Zeit-Druck-Diagramm des Fluiddruckverlaufs in der hydraulischen Betätigungseinrichtung 16 dargestellt, um mit der Reibungsvorrichtung 14 in Eingriff zu kommen, wenn eine Änjderung des ifbersetzungsverhältnisses erfolgt. Die durchgezogene 'Linie der Darstellung zeigt den Druckanstieg pro Zeiteinheit, wenn die Reibungsvorrichtung 14 in Eingriff steht. Die gestricheljte Linie zeigt den Druckverlauf bei bekannten Vorrichtungen.

ί I

j Wahrend des Ze it Intervalle s zwischen dem Nulldruckpunkt W und dem < :Punkt A steigt der Druck gleichmäßig an, wobei während dieses [ ZeitIntervalls der Reibungswiderstand des Kolbens 42 und die Anfangskraft der Feder 46 überwunden werden. Zwischen den Punkten A ; !und B und F bewegt sich der Kolben 42 , um das Spiel in der Rei- !

I bungsvorrichfcting I4auszugleichen. Der Druckanstieg zwischen den j Punkten B-C und F-G entspricht der Überwindung der Anfangskraft ^! der Feder in dem Akkumulator und der Kraft an different iellen ! Flächsi zwisohen den Bereichen -70 und 72. Die Punkte C und .G ent- j sprechen demjenigen Zustand, in dem der Kolben 50 mit seinem Hub beginnt. Somit erfolgt der Druckanstieg zwischen den Punkten C und D bzw. 8 und H langsamer, da der Akkumulator den Druckaufbau verzögert. Die Punkte D und H entsprechen demjenigen Zustand, in dem der JÜdcumulatorkölben seinen vollen Hub durchgeführt hat, wie es in Plg.l dargestellt ist. Der hydraulische .Druck steigt sehr schnell bis zu den Punkten E und J an, die den Druckwerten bei vollem Eingriff entsprechen, damit die Reibungsvorrichtung 14 in Eingriff gehalten wird. Ohne den Akkumulator in dem System

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würde der Druckanstieg wesentlich schneller zwischen den Punkten C-E und G-J erfolgen und der Vorgang wäre sehr abrupt. Wie bereits erwähnt, ändert sich der Druck in den Leitungen 28, 28A und 30 in Abhängigkeit von dem verlangten Drehmoment des Motors und der ; Pahrzeuggeschwindigkeit. Dieser Druck wirkt auf die differentielle Fläche zwischen den Bereichen 70 und 72 durch den Kanal 66 und bewirkt eine Änderung der Ansprechzeit des Eingriffes der Reibungsvorrichtung Ik (und damit des Verlaufes der Linie C-D)in Bezug ^]-auf den Druckwert, der von der Pahrzeugge s chwindigke it und dem verlangten Drehmoment des Motors abhängt. Die Verwendung einer ^! differential en Fläche im Zusammenhang mit der Änderung der Ansprechzeit des Akkumulators ist dahingehend von Bedeutung, daß durch eine Änderung der differentiellen Fläche dfe Lage des Punktes C, der dem Beginn des Hubes des Kolbens 50 entspricht, in der graphischen Darstellung ohne weiteres verändert werden kann, so ' daß durch eine Änderung des Verhältnisses der Bereiche, durch die sich die differentielle Fläche ergibt, das Getriebe den jeweiligen Verwendungszwecken angepaßt werden kann.

Die Darstellung in Fig.4 zeigt die Verbesserung einer schnellen Fluidzufuhr mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, wobei die Zeit verringert wird, um den Punkt B verglichen mit dem Punkt F zu erreichen. Ferner wird der Zeitabschnitt zwischen dem Punkt D und dem Punkt E verglichen mit demjenigen zwischen den Punkten j H und J ebenfalls verringert. Infolgedessen ist die gesamte Zeit ^! verringert, um den Punkt E zu erreichen, verglichen mit der ι Zeit, die benötigt wird, um bei bekannten Systemen den Punkt J

j zu erreichen.

Bei dem dargestellten Steuersystem 10 erhält die Leitung 30 auch einen Fluiddruck von der Leitung 28, wenn der Leitung 28 Fluid das von Hand zu betätigende Ventil 22 abrupt zugeführt wird. Während sich der Kolben 50 in seiner Ruhelage gemäß Fig.2 befindet, ist der Durchlaß 90 geöffnet und verbindet die Kanäle 66 und 68, so daß der Fluiddruck in der Leitung 30 durch den Durchlaß 90 und den Kanal 68 in d⁴e Leitung 28A gelangt, um den

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Druckfluß in die Leitung 28 durch die öffnung 34 zu ergänzen. Man ! j sieht, daß auf diese Weise zuerst eine schnelle Füllung der Be- j j tätigungseinrichtung 1β mittels des Durchlasses in dem Akkumu- j lator 12 erfolgt. Dieser anfängliche, zusätzliche Fluß überwindet j das Spiel und bewegt den Kolben 42 der Betätigungseinrichtung 16, j ι um. einen leichten Eingriff mit der Reibungsvorrichtung 14 zu i 'bewirken. Wenn nun der Druck schnell ansteigt, da der Eingriff be j ginnt, bewegt sich der Akkumulatorkolben 50, wodurch der Ein- \griffsruck absorbiert wird.

I Nachdem sich der Kolben ausx?eichend weit bewegt hat, so daß der Bereich 70 den Durchlaß 90 schließt, wirkt der Druck in der Leitung j50 auf die different ie lie Fläche zwischen dem weiten Bereich j 70 und dem sehmalen Bereich 72, um eine Kraft zu erzeugen, die einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 50 entgegenwirkt. Wenn das ierfindungsgemSße System mit einem automatischen Getriebe verwendet wird, ist der Druck in der Leitung j50 der Leitungsdruck, welcher in Abhängigkeit von dem Drehmoment des Motors und der Fahrzeuggeschwindigkeit reguliert wird. Somit reagiert bei der j vorliegenden Erfindung der Akkumulator 12 auf das Drehmoment des ! Motors und die Fahrzeuggeschwindigkeit, wie es erwünscht ist, wenr j der Bereich 70 den Durchlaß 90 schließt.

Man sieht, daß der Akkumulatorkolben 50 zur Zeitsteuerung verwendet wird, um eine zusätzliche Füllung der hydraulischen Betätigungseinrichtung 16 zu erhalten,und um die Zeitdauer zu steuern, Während der die zusätzliche Füllung der Betätigungseinrichtung 16 zugeführt wird. Somit kann ein bekannter Akkumulator dadurch abgewandelt werden, daß eine Senkbohrung 60 und ein Durch laß 90 geschaffen werden, wodurch sich eine einfache und bequeme Einrichtung ergibt, durch die eine zusätzliche Füllung und deren zeitliche Steuerung für eine hydraulische Betätigungsvorrichtung hergestellt werden kann, ohne daß weitere Steuereinrichtungen oder Ventile notwendig wären.

Wenn der AkkuTnulatorkolben seine volle "Arbeitsstellung" gemäß

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Pig.l erreicht hat, ergibt sich eine Flußstrecke um den Bereich 70, da der Kanal 66 eine größere axiale Ausdehnung als die Abschnitte 84 und 86 des Bereiches 70 haben, wodurch die Leitung J50 und die Leitungen 28 miteinander verbunden werden. Somit ist bei der vollen "Arbeitsstellung" des Akkumulators die Betätigungseinrichtung 16 oder der Servomotor 16 erneut mit der Versorgungsleitung 28 unter Umgehung der Drosseleinrichtung J>k verbunden. Man sieht, daß diese Funktion wesentlich ist, da, wenn ein Leck in dem Servomotor 16 auftritt, der volle Fluiddruck über diese zusätzliche Flußstrecke aufrechterhalten wird, während bei bekannten Vorrichtungen wegen der Drosseleinrichtung j4 ein Leck an oder in den Servomotor einen Druckabfall in der zu ihm führenden Leitung bewirken könnte, wodurch der Eingriffsdruck an der Reibungsvorrichtung 14 verringert würde, so daß diese das zu übertragende Drehmoment nicht bewältigen könnte und durchrutschen würde.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Hydraulisches Steuersystem zur Steuerung einer hydrau- i lischen Betätigungsvorrichtung, gekennzeichnet
durch einen Akkumulator 0-2) mit einem Kolben (50) der in ' einem Gehäuse (52) angeordnet ist, durch eine Fluiddruckquelle ^! (18), mit der Quelle und der Betätigungsvorrichtung (16) verbundene Ventileinrichtung (22) , durch eine PIuidverbindung
(28)zwischen der Ventileinrichtung und der Betätigungsvorrichtung, durch eine zweite Pluidverbindung (30) zwischen der ; Ventileinrichtung und dem Akkumulator, durch eine dritte
Pluidverbindung (28A) zwischen dem Akkumulator und der ersten Pluidverbindung, wobei von dem Kolben (50) eine Ruhestellung
und eine volle "Arbeitsstellung" einnehmbar ist, durch einen : Durchlaß (90) to äößi Akkumulator, durch den eine Verbindung
zwischen der zweiten Pluidverbindung (30) und der dritten
Pluidverbindung (28A) bei sich in der Ruhelage befindenden
Kolben (50) herstellbar ist, wodurch eine schnelle Pluidan- ; fangsfüllung der Betätigungsvorrichtung erzeugbar ist, wobei
der Durchlaß bei sich zwischen der Ruhestellung und der vollen, "Arbeitsstellung" bewegendem Kolben geschlossen ist, und durchs eine Einrichtung (66, 50) durch die bei sich in der vollen | "Arbeitsstellung" befindendem Kolben (50) ein die zweite und · die dritte Pluidverbindung verbindender Durchlaß herstellbar \ ist. I
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t , daß der Kolben (50) mit einem weiten Bereich (70)
mit Abschnitten (8o, 82) geringerer axialer Länge ausgebildet ist, wobei diese Abschnitte zusammen mit dem Gehäuse (52) des J Akkumulators (12) den Durchlaß (90) begrenzen.
3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (50) durch Fluiddruck in der ersten
Pluidverbindung (28) betätigbar ist, wodurch der Kolben aus

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! j

j seiner Ruhestellung bewegbar und der Durchlaß (90) verschließ- . bar ist. !
4. Steuersystem nach Anspruch J5» dadurch gekennzeich- : net, daß in dem Gehäuse (52) ein Senkbohrung(60) angeordnet j

ist, die den Durchlaß (90) teilweise begrenzt. j
5· Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (52) eine Einrichtung (j6) ange- ^! ordnet ist, durch die der Kolben (50) mit einer ihn in die j Ruhestellung überführenden Kraft beaufschlagbar ist.

ι
6. Hydraulische Steuersystem zur Steuerung einer hydraulischen

Betätigungsvorrichtung, durch die eine Reibungsvorrichtung in ! '■- einem Getriebe in Eingriff bringbar ist, nach Anspruch 1, da- j I durch gekennzeichnet , daß der Kolben (50) mit | i einem weiten Bereich (70) ausgebildet ist, an dem erste Abj schnitte (84, 86) einer vorgegebenen, axialen Länge und zweite ! Abschnitte (80, 82) von relativ dazu geringerer axialer Länge : angeordnet sind, und daß ein Bereich der Bohrung (54) und die zweiten Abschnitte (80, 82) des Bereiches (70) den Durchlaß

(90) begrenzen,

7· Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch, gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (54) ein mit der zweiten Verbindung (50) verbundener Einlaßkanal (66) angeordnet ist, und daß der Einlaßkanal (66) und der Bereich (70) den Durchlaß begrenzen.

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