DE68915650T2

DE68915650T2 - Kupplungsschaltkreis für stufenlose getriebe.

Info

Publication number: DE68915650T2
Application number: DE68915650T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Ishino; Ryoichi Maruyama
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1988-02-19
Filing date: 1989-02-13
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2009-02-14
Also published as: EP0527544A3; DE68915650D1; EP0356527A4; KR900700795A; EP0356527B1; EP0527544B1; WO1989007723A1; US5113723A; EP0356527A1; US5069087A; DE68923183D1; EP0527544A2; DE68923183T2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kupplungsschaltkreis für eine stufenlose Übertragung und insbesondere einen Kupplungsschaltkreis zur Verwendung für eine hydromechanische Übertragung mit einer stufenlosen hydrostatischen und einer mehrstufigen mechanischen Strecke.
Die in Abbildung 1 als eine Art mehrstufige, stationäre hydromechanische stufenlose Übertragung dargestellte Anordung ist allgemein bekannt. Bei dieser Übertragung sind ein Eingang 1 und ein Ausgang 2 über ein Planetengetriebe P1 zur Beschleunigung der mechanischen Eingabe der zweiten Geschwindigkeitsstufe, ein synthetisches Planetengetriebe P2 für ein mechanisches Antriebssystem und ein hydraulisches Antriebssystem für die zweite und vierte Geschwindigkeitsstufe sowie über ein synthetisches Planetengetriebe P3 für ein mechanisches Antriebssystem und ein hydraulisches Antriebssystem für die erste, zweite, dritte und vierte Geschwindigkeitsstufe miteinander verbunden. Eine über die Getriebe 5, 6, 7 angetriebene, regelbare Entladepumpe 3 sowie ein von dieser Pumpe 3 angetriebener Volumenhaltemotor 4 sind mit Eingang 1 verbunden. Die Ausgangsleistung der Pumpe 3 wird über die Getriebe 8, 9, 10 zu einem Umlaufgetriebe des synthetischen Planetengetriebes P2 und über die Getriebe 8, 9, 11, 12 zu einem Umlaufgetriebe des synthetischen Planetengetriebes P3 übertragen. Diese Getriebe weisen Kupplungen zum Wechsel der Geschwindigkeitsstufen auf. Insbesondere dient eine Kupplung C1 für die erste Geschwindigkeitsstufe zum Einschalten oder Unterbrechen der Rotation eines Hohlrades des synthetischen Planetengetriebes P3 auf der Seite des Ausgangs 2 und eine Kupplung C2 für die zweite Geschwindigkeitsstufe zum Einschalten oder Unterbrechen der Rotation eines Hohlrades des Planetengetriebes P1 auf der Seite des Eingangs 1. Weiterhin befindet sich eine Kupplung C3 für die dritte Geschwindigkeitsstufe zum Einschalten oder Unterbrechen der von dem Eingang übertragenen Rotation an einem Schaftelement, das die Hohlräder des synthetischen Planetengetriebes P2 mit dem synthetischen Planetengetriebe P3 verbindet, wohingegen sich eine Kupplung C4 für die vierte Geschwindigkeitsstufe zum Einschalten oder Unterbrechen der von dem Eingang 1 übertragenen Rotation an einem Arm befindet, der die Planetengetriebe des Planetengetriebes P1 und des synthetischen Planetengetriebes P2 verbindet.
Da der Geschwindigkeitswechsel an einem Punkt erfolgt an dem kein Unterschied in der relativen Geschwindigkeit im Verhältnis zu der folgenden Kupplungsstufe besteht, ist es bei einer derartigen Übertragung möglich, die Stufe des Geschwindigkeitswechsels zu ändern, in der durch das Schalten der Kupplung kein Stoß zu verzeichnen ist.
Zusätzlich erfolgt der Geschwindigkeitswechsel stets in der Reihenfolge der jeweils aneinandergrenzenden Geschwindigkeitsstufen und nicht durch Überspringen einer dazwischenliegenden Geschwindigkeitsstufe.
Ein hydraulischer, wie in Fig. 2 dargestellter Schaltkreis (Japanisches Gebrauchspatent Nr. 151193/1984), wird für die Durchführung des Wechsels zwischen den Kupplungen C1, C2, C3 und C4 hinsichtlich der oben beschriebenen Übertragung verwendet. Dieser Schaltkreis ist so angeordnet, daß Ölschaltkreise für die jeweiligen Kupplungen C1, C2, C3 und C4 parallel mit einer Hydropumpe 101 verbunden sind. Diese Ölleitungen sind mit Druckregelventilen 111, 121, 131, 141, Reduzierventilen 112, 122, 132, 142 und Kupplungsschaltventilen 113, 123, 133, 143 in der genannten Reihenfolge in Aufwärtsrichtung versehen, wobei die Kupplungsschaltventile entsprechend von Magnetventilen 114, 124, 134, 144 geöffnet und geschlossen werden. Der hydraulische Druck von der Hydropumpe 101 wirkt über ein als Schaltventil dienendes Reduzierventil 102 auf jedes der Magnetventile ein, das Kupplungsschaltventil wird durch Aktivierung des Magnetventils betrieben und eine entsprechende Kupplung wird für den Betrieb angepaßt. Hydrauliköl aus der Hydropumpe 101 fließt über ein Druckregelventil 103 zu dem Tank zurück.
Da die Druckregelventile 111, 121, 131, 141 in den zu den jeweiligen Kupplungen C1, C2, C3, C4 führenden Ölkreisen angeordnet sind, ist es in einem derartigen Hydraulikkreis möglich, den Druck der jeweils eingerückten Kupplung solange am Abfallen zu hindern, bis die Kupplung der nächsten Stufe während eines Geschwindigkeitswechsels eingerückt ist. So besteht also der Vorteil, daß die Kupplungseinrückzeit im Verhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit der Hydropumpe auf ein Minimum reduziert werden kann. Wird dementsprechend versucht, die Kupplung C2 in dem Moment, in dem Kupplung C1 eingerückt ist, einzurücken und wenn der Öldurchlaß zu Kupplung C2 geöffnet ist, wird das Druckregelventil 103, das an der mit der Hydropumpe 101 verbundenen Ölzuführleitung 200 angebracht ist, aufgrund der Druckverringerung geschlossen. Da das Druckregelventil 121 aber aktiviert ist, wird der Druck in der Ölzuführleitung 200 über einem vorgegebenen Druck des Regelventils 121 gehalten, so daß der Druck der Kupplung C1 auf einem vorgegebenen Druck des Regelventils 121 gehalten wird.
Bei einem herkömmlichen Kupplungsschaltkreis gab es, obgleich der Druck in der Ölzuführleitung 200 über einem vorgegebenen Druck des jeweiligen Regelventils gehalten wird, einen Nachteil, der auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß die Überlagerungseigenschaften der Regelventile gut sind. Wird beispielsweise versucht, einen Schaltvorgang zwischen beispielsweise den Kupplungen C1 und C2 durchzuführen, so setzt dies voraus, daß - wie in Fig. 3 dargestellt - das Druckgefälle der Regelventile 111, 121 und des an der Ölzuführleitung 200 angebrachten Regelventils 103 im Verhältnis zu der Strömungsgeschwindigkeit Q der Pumpe gering ist, und daß der vorgegebene Druck P111, P121 der kupplungsseitigen Regelventile 111, 121 - wie in der Abbildung dargestellt - aufgrund von Produktionsfehlern oder Ähnlichem (P111 > P121) vertikal schwankt. Wird die Kupplung C2 in diesem Zustand in Betrieb genommen, selbst wenn Öl mit voller Strömungsgeschwindigkeit QA aus der Hydropumpe 101 fließt, steigt der Eingangsdruck lediglich bis zu dem Gesamthydrodruck PB des Regelventils 121, so daß der Druck den vorgegebenen Druck des auf der Seite der Kupplung C1 gelegenen Regelventils 111 nicht erreicht. In einem derartigen Fall fließt das Hydrauliköl nicht zu der Kupplung C1, und da undichte Stellen gewöhnlich stromabwärts des Regelventils auftreten, kann der Druck nicht steigen, wodurch der Druck dieser Kupplung abnimmt. Es bestand also ein Problem darin, daß dies zu einem Rutschen der Kupplung und schließlich zu einer möglichen Beschädigung der Kupplung führt. Aus diesem Grund war es also erforderlich, tatsächlich Regelventile mit geringen Überlagerungseigenschaften zu benutzen, siehe Fig. 4. Da das Druckgefälle im Verhältnis zu der Strömungsgeschwindigkeit Q der Pumpe hoch ist, überschneidet sich in diesem Fall die Kennlinie des Gesamthydrodrucks PB auf der Seite der Kupplung, an der die Umschaltung stattfindet, mit der Kennlinie des vorgegebenen Drucks P111 des Regelventils an der Seite des bereits arbeitenden Ventils (PB > P111). Das Ergebnis hiervon ist, daß dieser Druck auf das bereits arbeitende Ventil einwirkt so daß die Kupplung nicht beschädigt wird, selbst wenn Öl austreten sollte.
Bisher war also die Verwendung von Regelventilen mit guten Überlagerungseigenschaften nicht möglich und es bestand der große Nachteil, daß Regelventile mit schlechten Überlagerungseigenschaften benutzt werden mußten. Durch die schlechten Überlagerungseigenschaften war es weiterhin erforderlich, den Druck des an der Ölzuführleitung 200 angebrachten Regelventils 103 auf einen hohen Pegel einzustellen, wodurch unvorteilhafterweise die Leistungsfähigkeit der Hydropumpe 101 erhöht werden mußte.
Bei einem herkömmlichen Kupplungsschaltkreis war es weiterhin erforderlich, einzelne Druckregelventile an den zu den Kupplungen führenden Zuluhrleitungen vorzusehen.
Dies führte zu dem Problem einer komplizierten Schaltkreiskonfiguration, wobei die in diesen Kreis eingebauten Ventilmechanismen eine erhebliche Größe aufwiesen.
Ein erster Schritt zur Beseitigung dieser Nachteile war in dem Patent DE-A-29 34 269 enthalten. Hier wurden Öldruckregelventile zwischen einer Pumpe und verschiedenen Kupplungen unter Verwendung von lediglich einer von dem Regelventil für alle Kupplungen abwärtsverlaufenden Ölleitung angeordnet.

ZUSAMMENFASSUNG

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist also ein Kupplungsschaltkreis für eine stufenlose Übertragung mit einer Struktur, die den Ventilmechanismus vereinfacht und gleichzeitig die oben beschriebenen Nachteile beseitigt.
Zu diesem Zweck ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Kupplungsschaltkreis für eine stufenlose Übertragung und insbesondere eine hydro-mechanische Übertragung mit einer stufenlosen hydrostatischen und einer mehrstufigen mechanischen Strecke vorgesehen, in der zumindest Druckregelventile in einer gemeinsamen Ölzuführleitung, die von einer Pumpe zu den jeweiligen Kupplungen führt, angeordnet sind, wobei der Kupplungsschaltkreis Drosselbereiche in den geschlossenen Stellungen eines jeden Druckregelventils aufweist, so daß eine Verbindung mit jedem der Druckregelventile hergestellt werden kann.
Selbst wenn der Gesamthydrodruck des Regelventils nach einem Umschaltvorgang kleiner ist als der vorgegebene Druck des Regelventils vor dem Umschaltvorgang und wenn dieses Regelventil geschlossen ist, weist dieses Regelventil gemäß der obigen Anordnung zum Zeitpunkt der Umschaltung der Kupplung einen Strömungsdurchlaß auf. In der Anordnung fließt Hydrauliköl zumindest mit der Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Öls zu der Kupplungsseite, was dazu führt, daß der Leitungsdruck auf die Kupplung einwirkt, wodurch ein Rutschen oder eine Beschädigung der Kupplung verhindert wird. Demzufolge ist die Verwendung von Regelventilen mit ausgezeichneten Überlagerungseigenschaften möglich.

KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration einer Art mehrstufigen, stationären hydromechanischen stufenlosen Übertragung.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration eines herkömmlichen Kupplungsschaltkreises für stufenlose Übertragung.
Fig. 3 und 4 sind Diagramme, die Fälle darstellen, in denen die Überlagerungseigenschaften der Regelventile gut bzw. schlecht sind.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration eines Kupplungsschaltkreises für stufenlose Übertragung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Kupplungsschaltkreises für eine stufenlose Übertragung gemäß der ersten Ausführungstorm dieser Erfindung. Dieser Hydraulikkreis wird für die in Fig. 1 dargestellte stufenlose Übertragung verwendet. Dieser Kreis ist derart angeordnet, daß - wie in Fig. 5 zu sehen - Ölleitungen 201, 202, 203, 204, die von einer Hydropumpe 101 zu den jeweiligen Kupplungen C1, C2, C3, C4 führen, mit einer Ölzuführleitung 200 derart verbunden sind, daß sie zueinander parallel verlaufen, damit hydraulischer Druck auf die jeweiligen Kupplungen C1, C2, C3, C4 einwirken kann. Druckregelventile 211, 221, 231, 241 befinden sich an den Ölleitungen 201, 202, 203, 204, die zu den Kupplungen C1, C2, C3, C4 an den obersten Strömungsseiten führen. In diesen Regelventilen werden Drosselbereiche 311, 321, 331, 341 gebildet, damit Hydrauliköl insbesondere dann zu den Kupplungen fließen kann, wenn die Ventile geschlossen sind. Diese Drosselbereiche 311, 321, 331, 341 sind richtig bemessen, wenn sie in der Lage sind, das Öl in einer der aus den Elementen auf den abwärtslaufenden Seiten der Regelventile 211, 221, 231, 241 austretenden Menge entsprechenden Menge fließen zu lassen. Diese Drosselbereiche können einfäch an den Ventilkörpern der jeweiligen Regelventile geformt werden.
Es ist zu vermerken, daß - wie auch bei der herkömmlichen Anordnung - die Kupplungen C1, C2, C3, C4 über die Kupplungsschaltventile 113, 123, 133, 143 mit den abwärtsverlaufenden Seiten der Regelventile 211, 221, 231, 241 verbunden sind. Die Kupplungsschaltvorgänge erfolgen mittels der Magnetventile 114, 124, 134, 144.
Gemäß dieser ersten Ausführungsform wird im Moment des Schaltens der Kupplung der hydraulische Druck der Ölzuführleitung 200 über die Drosselbereiche 311, 321, 331, 341 der jeweiligen Regelventile 211, 221, 231, 241 zu den bereits arbeitenden Kupplungen C1, C2, C3, C4 übertragen. Wenn die folgende Kupplungsstufe im Moment des Geschwindigkeitswechsels in Betrieb gesetzt wird und selbst wenn der Gesamthydrodruck des entsprechenden Regelventils 211, 221, 231 oder 241 niedriger ist als der vorgegebene Druck der vorherigen Kupplungsstufe, ist es möglich, ein Rutschen der Kupplung zu vermeiden. Dementsprechend kann der durch die guten Eigenschaften der Regelventile 211, 221, 231, 241 verursachte Nachteil in großem Umfang behoben werden. Außerdem kann der vorgegebene Druck der Regelventile an der Ölzuführleitung 200 auf einen niedrigen Pegel eingestellt und der Leistungsverbrauch der Hydropumpe 101 verringert werden. Es ist folglich möglich, einen Kupplungsschaltkreis für eine stufenlose Übertragung mit geringem Leistungsverlust herzustellen.
Wie oben beschrieben ist der Kupplungsschaltkreis für eine stufenlose Übertragung gemäß dieser Erfindung als Kreis mit geringem Leistungsverlust zweckmäßig, da so ein Rutschen oder eine Beschädigung der Kupplung vermieden werden kann, wobei gleichzeitig Regelventile mit guten Überlagerungseigenschaften benutzt werden. Da die Anzahl der Regelventile außerdem verringert und ein Rückfallen in die vorherige Kupplungsstufe im Moment der Kupplungsschaltung vermieden werden kann, und da die Anzahl der Reduzierventile ebenfalls verringert werden kann, ist dieser Kupplungsschaltkreis für einen Kreis geeignet, in dem die Verwendung vereinfachter Ventilmechanismen vorzuziehen ist.

Claims

Ein Kupplungsschaltkreis für eine stufenlose Übertragung und insbesondere eine hydro-mechanische Übertragung mit einer stufenlosen hydrostatischen und einer mehrstufigen mechanischen Strecke in der zumindest Druckregelventile in einer gemeinsamen Ölzuführleitung, die von einer Pumpe zu den jeweiligen Kupplungen führt, angeordnet sind, wobei der Kupplungsschaltkreis dadurch gekennzeichnet ist, daß er Drosselbereiche (311, 321, 331, 341) in den geschlossenen Stellungen eines jeden Druckregelventils (211, 221, 231, 241) aufweist, so daß eine Verbindung mit jedem der Druckregelventile hergestellt werden kann.