DE69120240T2

DE69120240T2 - Betätigungseinrichtung für ein planetengetriebe

Info

Publication number: DE69120240T2
Application number: DE69120240T
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques Lasoen
Original assignee: Massey Ferguson SA
Current assignee: AGCO SA
Priority date: 1990-08-15
Filing date: 1991-08-07
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2011-08-08
Also published as: PL166595B1; BR9105872A; DE69120240D1; GB9116851D0; PL291428A1; US5249481A; JPH05502091A; MX9100661A; GB2247500B; EP0495956A1; EP0495956B1; GB2247500A; IN176296B; GB9017920D0; WO1992003672A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungseinrichtung für Planetengetriebe, die eine Vielzahl von Betriebsübersetzungsverhältnissen liefert, und insbesonders, aber nicht ausschließlich, auf solche Einheiten zur Benutzung in Traktorgetrieben.
EP-A-495942, veröffentlicht am 29.07.92, beschreibt und beansprucht ein Planetengetriebe, das Planetenrädergetriebe und Kupplungen einschließt, die, wenn sie in bestimmten Kombinationen betrieben werden, eine Vielzahl von im wesentlichen gleichmäßig beabstandeten, aber relativ eng gruppierten Übersetzungsverhältnissen liefern. Das Planetengetriebe soll eine Mehrfachübersetzungsverhältnislastschalteinheit liefern, die zur Benutzung als Eingangsstufe eines Traktorgetriebes zur Benutzung mit einem zusätzlichen Getriebekasten besonders geeignet ist.
Ein automatisches Leistungsgetriebe, das drei Planetengetriebe enthält und vier Vorwärtsgeschwindigkeitsübersetzungsverhältnisse und ein Rückwärtsübersetzungsverhältnis liefert, wird in EP-A-347536 beschrieben. Seine Betätigungseinrichtung umfasst zehn Bremsen und Kupplungen, die betrieben werden können, um Elemente der Rädergetriebe auf dem Boden zu bremsen, oder Elemente der Rädergetriebe zusammenzukuppeln, um die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse zu liefern. Die Bremsen und Kupplungen enthalten hydraulisch eine Gesamtzahl von 21 hydraulischen Ventilen, von denen vier durch Solenoide betrieben werden. Die Merkmale des Teils der Erfindung vor der Kennzeichnung von Anspruch 1 sind aus diesem Dokument bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Betätigungseinrichtung zu liefern, die eine einfache aber wirksame Anordnung für die Steuerung des Betriebsübersetzungsverhältnisses der Einheit zu liefern.
Daher wird nach der vorliegenden Erfindung eine Betätigungseinrichtung für ein Getriebe geliefert, die eine Vielzahl von Betriebsübersetzungsverhältnissen liefert, wobei die Einrichtung eine Vielzahl von durch Flüssigkeitsdruck betriebene, in das Übersetzungsverhältnis eingreifende Kupplungen einschließt,
eine Vielzahl von durch Flüssigkeitsdruck betriebene Kupplungsbetätigungsmittel, eins für jede durch Flüssigkeitsdruck betriebene Kupplung,
eine Vielzahl von strömungsumkehrenden Ventilen mit zwei Stellungen, ein Ventil für jedes durch Flüssigkeitsdruck betriebene Betätigungsmittel,
und die dadurch gekennzeichnet ist, daß:
die Ventile hydraulisch in Reihe geschaltet sind, wobei wenigstens ein Betätigungsmittel stromab von dem letzten Ventil in der Reihenschaltung angeschlossen ist, und wenigstens ein Betätigungsmittel zwischen jedem Ventil der Reihe angeschlossen ist, und
ein Ventilsteuermittel (50a - 54) zur Steuerung der Betriebsfolge der Ventile, so daß durch Änderung des Betriebszustandes eines Ventils zu einem Zeitpunkt das Betriebsübersetzungsverhältnis des Getriebes zum nächsten benachbarten Übersetzungsverhältnis geändert werden kann, das von der Einheit in einer progressiven Weise durch den ganzen Übersetzungsverhältnisbereich der Einheit geliefert wird.
In einem Planetengetriebe in Übereinstimmung mit der oben genannten britischen Parallelanmeldung ist es notwendig, wenn man die verfügbaren Übersetzungsverhältnisse in Übersetzungsverhältnisreihenfolge herauf- und herunterbewegt, daß, wenn man zwischen bestimmten benachbarten Übersetzungsverhältnissen wechselt, um den Beaufschlagungszustand von beiden Kupplungen zu ändern, so daß aufeinanderfolgende Änderungen den ganzen Bereich von verfügbaren Übersetzungsverhältnissen herauf und herunter nicht durch Betrieb der Kupplungen in einer rein binären Weise (das heißt, es ist nicht möglich, zwischen allen benachbarten Übersetzungsverhältnissen durch Ändern des Beaufschlagungszustandes von nur einer Kupplung zu wechseln) gemacht werden können.
Eine Betätigungseinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, die in dem Getriebe enthalten ist, überwindet die obige Schwierigkeit, indem sie ermöglicht, daß der Beaufschlagungszustand von beiden Kupplungen durch den einzigen Akt der Änderung der Stellung von nur einem der Ventile geändert werden kann, so daß die Betätigungseinrichtung effektiv in einer binären Weise betrieben werden kann, was ihre Steuerung des Getriebes stark vereinfacht.
In einer Betätigungseinrichtung mit ersten und zweiten durch Flüssigkeitsdruck betriebene, in das Übersetzungsverhältnis eingreifende Kupplungen werden zwei strömungsumkehrende Ventile in Reihe geliefert, wobei das letzte Ventil in der Reihe ein Dreikanalventil ist, und das andere Ventil ein Vierkanalventil ist.
Die erste durch Flüssigkeitsdruck betriebene Kupplung kann mit einer ersten federgekuppelten Kupplung gepaart werden, und die zweite, durch Flüssigkeitsdruck betriebene Kupplung kann mit einer zweiten federgekuppelten Kupplung gepaart werden, wobei die Anordnung derart ist, daß, wenn die durch Druck betriebene Kupplung von jedem entsprechenden Paar eingekuppelt ist, die federgekuppelte Kupplung des entsprechenden Paars automatisch ausgekuppelt ist, und umgekehrt, was vier in das Übersetzungsverhältnis eingekuppelte Kupplungszustände liefert.
Eine solche Anordnung könnte angeordnet werden, um eine Lastschaltfähigkeit zu liefern, die Übersetzungsverhältnisänderungen bei voller Leistung zwischen allen vier Übersetzungsverhältnissen durch einfache Steuerung des Beaufschlagungszustandes der ersten und zweiten Kupplungen gestattet.
In einer weiteren Anordnung, die zum Einbau in ein Getriebe geeignet ist, das einen zusätzlichen Abschnitt mit zwei Übersetzungsverhältnissen in Reihe mit einem Abschnitt mit vier Übersetzungsverhältnissen einschließt, schließt die Betätigungseinrichtung eine dritte, durch Flüssigkeitsdruck betriebene Kupplung ein, die mit einer dritten federgekuppelten Kupplung gepaart ist, und ein drittes strömungsumkehrendes Ventil zur Steuerung eines dritten Kupplungsbetätigungsmittels für die dritte, durch Flüssigkeitsdruck betriebene Kupplung.
Das dritte Kupplungsbetätigungsmittel ist in einer Gestalt der obigen Betätigungseinrichtung stromab von dem letzten Ventil in der Reihenschaltung angeschlossen, und von den ersten und zweiten kupplungsbetätigungsmitteln ist jeweils eins zwischen den zweiten und den letzten Ventilen, und das andere zwischen den ersten und den zweiten Ventilen angeschlossen.
Eines der ersten und zweiten Kupplungsbetätigungsmittel ist in einer anderen Gestalt der obigen Betätigungseinrichtung stromab von dem letzen Ventil in der Reihenschaltung angeschlossen, das andere der ersten und zweiten Kupplungsbetätigungsmittel ist zwischen den zweiten und den letzen Ventilen angeschlossen, und das dritte Kupplungsbetätigungsmittel ist zwischen den ersten und den zweiten Ventilen angeschlossen.
Eines der ersten und zweiten Kupplungsbetätigungsmittel ist in einer weiteren Gestalt der obigen Betätigungseinrichtung stromab von dem letzen Ventil in der Reihenschaltung angeschlossen, das andere der ersten und zweiten Kupplungsbetätigungsmittel ist zwischen den ersten und zweiten Ventilen angeschlossen, und das dritte Kupplungsbetätigungsmittel ist zwischen den zweiten und letzten Ventilen angeschlossen.
Das Ventilsteuermittel stellt vorzugsweise in einer Betätigungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung sicher, daß, wenn man zwischen den benachbarten Übersetzungsverhältnissen des Getriebes, die eine Änderung des Einkupplungszustandes von zwei durch Flüssigkeitsdruck betriebenen Kupplungen fordern, wechselt, die Einkupplung/Auskupplung der Kupplungen in eine Folge gebracht wird, um sicherzustellen, daß, wenn irgendein anderer Übergangsübersetzungsverhältniszustand des Getriebes während der Übersetzungsverhältnisänderung eingekuppelt ist, dieser ein Übersetzungsverhältniszustand ist, der sich in dieselbe Richtung (d.h. nach oben oder unten) wie die erwünschte Übersetzungsverhältnisänderung bewegt.
Zum Beispiel, wenn ein Planetengetriebe sich erhöhende Übersetzungsverhältnisse A, B, C und D hat, und eine Änderung zwischen den Übersetzungsverhältnissen B und C gemacht wird, die eine Änderung des Einkupplungszustandes beider Kupplungen erfordert, dann wird die Reihenfolgeneinstellung gesteuert, um sicherzustellen, daß, wenn irgendein Übergangsübersetzungsverhältniszustand vorübergehend eingekuppelt ist, dieser Zustand D, und nicht Zustand A sein wird, um irgendeinen Ruck minimal zu halten.
Ähnlich wird, wenn man von C zu B wechselt, die Reihenfolgeneinstellung sicherstellen, daß, wenn irgendein Übergangsübersetzungsverhältniszustand vorübergehend eingekuppelt ist, dieser Zustand A, und nicht Zustand D sein wird, um irgendeinen Ruck minimal zu halten.
Diese Reihenfolgeneinstellung kann durch sorgfältiges Anpassen der unter Druck gesetzten Flüssigkeitsströmungsraten an die Kupplungsbetätigungsmittel, die Volumen der Betätigungsmittel, und das freie Spiel in den Kupplungen erreicht werden. Da es schwierig ist, das freie Spiel der Kupplungen angesichts ihrer Unabhängigkeit auf einer Reihe von Herstellungstoleranzen zu steuern, kann es notwendig sein, jede Kupplung genau auszugleichen, so daß das freie Spiel wiederholt werden kann, und in dem Gestaltungsbereich für alle Getriebe beibehalten werden kann.
Die Erfindung liefert auch ein Getriebe, das alle oben beschriebenen Betätigungseinrichtungen umfasst.
Es werden nun mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur mittels Beispielen mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:--
Figur 1 ein zeichnerischer senkrechter Schnitt durch ein Planetengetriebe mit vier Übersetzungsverhältnissen ist;
Figur 2 eine zeichnerische Darstellung eines Traktorgetriebes ist, das das Planetengetriebe von Figur 1 einschließt;
Figur 3 eine Tabelle ist, die den Einkupplungszustand jeder Kupplung für jedes Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes von Figur 1 anzeigt;
Figur 4 eine zeichnerische Darstellung einer Betätigungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung für die Kupplungen eines Planetengetriebes von Figur 1 ist;
Figur 5 ein senkrechter Halbschnitt durch eine arbeitende Version des Planetengetriebes von Figur 1 ist;
Figur 6a und 6b die Schritte zeigen, die beim Wechseln zwischen Übersetzungsverhältnissen RA und RB des Getriebes verwickelt sind;
Figuren 7a, b, c die Schritte zeigen, die beim Wechseln zwischen Übersetzungsverhältnissen RB und RC des Getriebes verwickelt sind;
Figur 8 eine Vorwärtsgeschwindigkeitstabelle für ein Traktorgetriebe zeigt, das das Getriebe von Figur 1 benutzt;
Figur 9 ein zeichnerischer senkrechter Schnitt durch ein Planetengetriebe mit acht Übersetzungsverhältnissen ist;
Figur 10 eine Tabelle des Zustandes der Kupplungen und der Ventile ist, die benutzt werden, um die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes von Figur 9 auszuwählen;
Figur 11 eine schematische Zeichnung einer Betätigungseinrichtung für die Auswahl der Übersetzungsverhältnisse des Getriebes von Figur 9 in Übereinstimmung mit der Tabelle von Figur 10 ist;
Figur 12 eine Tabelle des Zustandes der Kupplungen und der Ventile ist, die benutzt werden, um die Übersetzungsverhältnisse einer anderen Gestalt des Getriebes von Figur 9 auszuwählen;
Figur 13 eine schematische Zeichnung einer Betätigungseinrichtung für die Auswahl der Übersetzungsverhältnisse des Getriebes von Figur 9 in Übereinstimmung mit der Tabelle von Figur 12 ist;
Figur 14 eine Tabelle des Zustandes der Kupplungen und der Ventile ist, die benutzt werden, um die Übersetzungsverhältnisse noch einer anderen Gestalt des Getriebes von Figur 9 auszuwählen, und
Figur 15 eine schematische Zeichnung einer Betätigungseinrichtung für die Auswahl der Übersetzungsverhältnisse des Getriebes von Figur 9 in Übereinstimmung mit der Tabelle von Figur 14 ist.
Wenn man nun auf Figuren 1 und 2 Bezug nimmt, dann zeigen diese zeichnerisch ein Traktorgetriebe, in dem ein Motor E Vorder- und Hinterräder W1 und W2 über Differentiale D1 und D2 antreibt, eine Hauptkupplung C, ein Planetengetriebe P, einen Hauptgetriebekasten G und einen Übertragungskasten T. Der Hauptgetriebeskasten G wird typischerweise vier Übersetzungsverhältnisse haben und ein Vorwärts/Rückwärtsrichtungauswahlrädergetriebe, und sie kann auch eine Möglichkeit eines hohen/tiefen Bereichs einschließen, die im punktierten Detail H/L in Figur 2 angezeigt ist.
Das Planetengetriebe P (welches der Gegenstand der vorher genannten gleichzeitig angemeldeten UK Patentanmeldung ist) hat eine Eingangswelle 10 und eine konzentrische Ausgangswelle 11, und erste und zweite Planetengetriebe 12 und 13.
Das erste Planetengetriebe 12 schließt einen Hohlradgang 14 ein, einen Sonnenradgang 15, und Planetenradgänge 16, die in den Hohlradgang 14 und den Sonnnenradgang 15 eingreifen, und auf einem Planetenradträger 17 getragen werden. Ähnlich schließt das zweite Planetengetriebe 13 einen Hohlradgang 18 ein, einen Sonnenradgang 19, und Planetenradgänge 20, die auf einem Planetenradträger 21 getragen werden.
Der Hohlradgang 14 ist an die Eingangswelle 10 angeschlossen, der Planetenradträger 17 ist an die Ausgangswelle 11 angeschlossen, und der Sonnenradgang 15 ist an den Planetenradträger 21 angeschlossen.
Das Planetengetriebe schließt auch vier Kupplungen ein. Eine erste Kupplung C1 ist geliefert, die den Hohlradgang 18 an ein Gehäuse 22 des Getriebes kuppelt, wenn sie eingekuppelt ist. Eine zweite Kupplung C2, die das Sonnenrad 19 an das Gehäuse 22 kuppelt, wenn sie eingekuppelt ist. Eine dritte Kupplung C3, die das Sonnenrad 19 an die Ausgangswelle 11 kuppelt, wenn sie eingekuppelt ist, und eine vierte Kupplung C4, die die Eingangswelle 10 an den Hohlradgang 18 kuppelt, wenn sie eingekuppelt ist.
Die ersten und vierten Kupplungen arbeiten als ein Paar, wobei die vierte Kupplung C4 durch eine Tellerfeder 23 federgekuppelt ist, die Reibungselemente 24, die dem Hohlradgang 18 zugeordnet sind, in Berührung mit Reibungselementen 25 drückt, die der Eingangswelle 10 zugeordnet sind. Die erste Kupplung C1 ist von einem Betätigungsmittel in Gestalt eines ringförmigen Kolbens 26 hydraulisch eingekuppelt, der die Reibungselemente 27, die dem Hohlradgang 18 zugeordnet sind, in Berührung mit den Elementen 28 drückt, die auf dem Gehäuse 22 angebracht sind. Die erste Kupplung C1 wird eingekuppelt, indem ein die Kupplung einkuppelnder Druck PA auf die Kammer 29 hinter dem ringförmigen Kolben 26 angewandt wird.
Es ist klar, daß, wenn die Kammer 29 unter Druck gesetzt ist, um die erste Kupplung C1 einzukuppeln, dann dieses die Reibungselemente 24 automatisch gegen die Wirkung der Tellerfeder 23 bewegt, um die vierte Kupplung C4 auszukuppeln.
Die zweiten und dritten Kupplungen C2 und C3 arbeiten ähnlich als ein Paar, wobei die dritte Kupplung C3 von einer Tellerfeder 30 federgekuppelt ist, die die Kupplungselemente 31 und 32 in Berührung bringt, die jeweils der Ausgangswelle 11 und dem Sonnenrad 19 zugeordnet sind. Die zweite Kupplung wird hydraulisch von einem Betätigungsmittel in Gestalt eines ringförmigen Kolbens 33 betrieben, der die Kupplungselemente 34 und 35 in Berührung bringt, die dem Sonnenrad 19 und dem Gehäuse 22 zugeordnet sind. Die Kupplung C2 wird eingekuppelt, indem ein die Kupplung betätigender Druck auf die Kammer 36 hinter dem Kolben 33 angewandt wird. Es ist klar, daß die Einkupplung der zweiten Kupplung C2 auch die Auskupplung der dritten Kupplung C3 gegen die Wirkung der Tellerfeder 30 ergibt.
Einer der Vorteile des oben beschriebenen Planetengetriebes ist, daß die Anzahl von Zähnen auf den beiden Hohlradgängen 14 und 18 genauso wie die Anzahl von Zähnen auf den beiden Sonnenradgängen 15 und 19 und den eingreifenden Planetenradgängen 16 und 20 sein kann. Dieses vereinfacht den Aufbau des Planetengetriebes stark, und verringert die Herstellungskosten wesentlich.
In dem bestimmten beschriebenen Beispiel sind die Hohlradgänge 14 und 18 mit vierundneunzig Zähnen (der in den unten erwähnten Formeln benutzte Ausdruck 'a') vorgesehen, und die Sonnenradgänge 15 und 19 sind mit achtundfünfzig Zähnen (der Ausdruck 's' in den unten erwähnten Formeln) vorgesehen.
Die vier Betriebsübersetzungsverhältnisse des Planetengetriebes werden wie unten beschrieben erhalten. Die verschiedenen Formeln, die für die erhaltenen Übersetzungsverhältnisse genannt werden, sind die Formeln, die zutreffen, wenn die beiden Hohlradgänge, die beiden Sonnenradgänge und die eingreifenden Planetenradgänge dieselbe Anzahl von Zähnen wie oben erwähnt haben.
Ein erstes Übersetzungsverhältnis A wird erhalten, wenn die ersten und zweiten Kupplungen C1 und C2 durch Anwendung von hydraulischem Druck auf Kammern 29 und 35 eingekuppelt werden, so daß Kupplungen C1 und C2 eingekuppelt sind, und Kupplungen C3 und C4 ausgekuppelt gehalten werden. In diesem Zustand sind der Sonnenradgang 19 und das Hohlrad 18 beide an das Gehäuse 22 des Getriebes gekuppelt, so daß das zweite Planetenrädergetriebe 13 vollständig geschlossen ist, und das Übersetzungsverhältnis durch die Formel RA = a/(s + a)
= 94/(58 + 94) = 0,6184
gegeben ist.
Wenn man in dem A-Übersetzungsverhältnis ist, dann wird die Gesamtleitung durch das erste Planetengetriebe 12 gebracht, während das Drehmoment an der ersten Kupplung 38,16% des Motordrehmoments ist, und das Drehmoment an der Kupplung C2 23,54% des Motordrehmoments ist.
Ein zweites Übersetzungsverhältnis B wird erhalten, wenn die erste Kupplung C1 und die dritte Kupplung C3 eingekuppelt sind. In diesem Zustand ist das Sonnenrad 19 an die Ausgangswelle 11 angeschlossen, und das Hohlrad 18 ist an das Gehäuse 22 angeschlossen. In diesem Zustand drehen sich der Sonnenradgang 15 und der Planetenträger 21 zusammen, und das Übersetzungsverhältnis RB wird durch die Formel
gegeben.
Im Bereich RB ist das Drehmoment der Kupplung C1 38,16% des Motordrehmoments, und das Drehmoment der Kupplung C3 23,54% des Motordrehmoments. Das Übersetzungsverhältnis B gibt eine Ausgangsgeschwindigkeit, die 17,04% schneller als das Übersetzungsverhältnis A (Übersetzungsverhältnis A ist 14,56% geringer als Übersetzungsverhältnis B) ist.
Ein drittes Übersetzungsverhältnis RC wird erhalten, wenn die Kupplung C2 eingekuppelt ist, und die Kupplung C4 eingekuppelt ist. Der Hohlradgang ist in diesem Übersetzungsverhältnis an die Eingangswelle 10 angeschlossen, und der Sonnenradgang 19 ist an das Gehäuse 22 angeschlossen. Folglich drehen sich der Planetenradträger 21 und der Sonenradgang 15 mit einer Geschwindigkeit von 94/(94 + 58)
= 0,6152 x der Geschwindigkeit der Eingangswelle 10.
Das Übersetzungsverhältnis RC wird durch die Formel
gegeben.
Wenn man im Übersetzungsverhältnis RC ist, dann ist das Drehmoment der Kupplung C4 27,62% des Motordrehmoments, und das Drehmoment der Kupplung C2 ist 17,04% des Motordrehmoments. Das Übersetzungsverhältnis RC gibt eine Ausgangsgeschwindigkeit, die 18,04% schneller als das Übersetzungsverhältnis B (Übersetzungsverhältnis B ist 15,3% geringer als Übersetzungsverhältnis C) ist.
Ein viertes Übersetzungsverhältnis RD wird erhalten, wenn die Kupplungen C3 und C4 eingekuppelt sind. In diesem Zustand ist der Hohlradgang 18 an die Eingangswelle 10 angeschlossen, und der Sonnenradgang 19 ist an die Ausgangswelle 11 angeschlossen, so daß die beiden Planetenrädergetriebe 12 und 13 gezwungen werden, sich mit derselben Geschwindigkeit zu drehen, um ein Direktantriebsübersetzungsverhältnis durch das Planetengetriebe zu liefern, daher ist das Übersetzungsverhältnis RD = 1. In dem Übersetzungsverhältnis RD ist das Drehmoment der Kupplung C4 27,62% des Motordrehmoments, und, bei Kupplung C3, 17,04% des Motordrehmoments.
Es ist außerdem klar, daß, da das Übersetzungsverhältnis RD durch die Tellerfedern 23 und 30 vollständig mechanisch eingekuppelt ist, das Planetengetriebe immer noch in dem Übersetzungsverhältnis RD arbeiten wird, wenn ein hydraulisches oder elektronisches Versagen vorliegen würde. Dieses ist ein wichtiges praktisches Merkmal, da es ein "Nachhausekommen"- Möglichkeit liefert, falls das Fahrzeug ein Versagen in einiger Entfernung von seinem Stützpunkt erleiden sollte.
Das Planetengetriebe liefert daher vier im wesentlichen gleichmäßig beabstandete und relativ eng gruppierte Übersetzungsverhältnisse 0,6184, 0,7238, 0,8544 und 1, die, wenn sie an geeignet ausgewählte Übersetzungsverhältnisse in dem Hauptgetriebekasten G angepaßt werden, eine gute Verbreitung von Betriebsübersetzungsverhältnissen für ein Traktorgetriebe liefert.
Der Kupplungszustand für jedes der vier Übersetzungsverhältnisse A, B, C und D wird in Figur 3 in Tabellengestalt gezeigt. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ändert der Kupplungseinkupplungszustand sich nicht in einer rein binären Weise, da es nicht möglich ist, zwischen allen benachbarten Übersetzungsverhältnissen durch Ändern des Beaufschlagungszustandes nur einer Kupplung zu einem Zeitpunkt zu wechseln. Dieser nicht binäre Betrieb der Kupplungen erschwert die Lieferung eines Betätigungssystems zur Steuerung von Kupplungen C1 bis C4 sehr, und die Erfindung betrifft die Lieferung eines solchen Betätigungssystems.
Figur 4 zeigt zeichnerisch ein Betätigungssystem, das zur Steuerung von Kupplungen C1 und C2 geeignet ist. Das System schließt ein Vierkanal-Zweistellungsströmungsumkehrventil 50 und ein Dreikanal-Zweistellungsströmungsumkehrventil 51 ein, die in Reihe geschaltet sind. Beide Ventile sind durch jeweilige Federn 50a und 51a in eine erste Stellung geneigt, und können durch zugeordnete Solenoide 50b und 51b in ihre jeweiligen zweiten Stellungen bewegt werden. Die Solenoide 50b und 51b werden ihrerseits durch Schalter 52 und 53 gesteuert, die durch eine Nocke 54 betrieben werden, die von einem Übersetzungsverhältnisauswahlhebel 55 bewegt wird.
Das erste Ventil 50 in der Reihenschaltung wird von einer Pumpe P mit unter Druck gesetzter Flüssigkeit beliefert, und ist an eine Abladungsleitung 56 angeschlossen, die Flüssigkeit zu einem Speicher 57 zurückgibt. Das Ventil 50 ist über eine erste Leitung 58 und eine zweite Leitung 59 an das Ventil 51 angeschlossen, die auch das erste Ventil 50 an die Betriebskammer 29 des Betätigungsmittels der Kupplung C1 anschließt. Die Betriebskammer 36 des Betätigungsmittels der Kupplung C2 ist stromab von dem Ventil 51 durch eine dritte Leitung 60 angeschlossen, welches das letzte Ventil in der Reihenschaltung ist.
Figur 4 zeigt das Betätigungssystem in der Stellung, um das Übersetzungsverhältnis RD in dem zugeordneten Planetengetriebe auszuwählen. In diesem Zustand sind die Betriebsstangen 52a und 53a beider Schalter 52 und 53 gegenüber tiefen Stellungen 1 und 2 der Nocke 54, so daß die Schalter 52 und 53 offen sind, und die zugeordneten Solenoide 50b und 51b nicht betätigt sind. Daher sind die Ventile 50 und 51 durch ihre zugeordneten Federn 50a und 51a in die in Figur 4 gezeigten Stellung geneigt.
Man sieht von der Betrachtung von Figur 3, daß beide Kupplungen C1 und C3 ausgekuppelt sein müssen, um das Übersetzungsverhältnis RD einzukuppeln. Dieses ist der in Figur 4 aufgestellte Zustand, in dem beide Betriebskammern 29 und 36 an die Abladungsleitung 56 angeschlossen sind, so daß Kupplungen C1 und C2 nicht eingekuppelt sind, und der Zustand des Übersetzungsverhältnisses RD mit eingekuppelten Kupplungen C3 und C4 erhalten wird.
Um von dem Übersetzungsverhältnis RD zu Übersetzungsverhältnis RC zu wechseln, ist es notwendig, den Auswahlhebel 55 in die C- Stellung zu bewegen, der die hohe Stellung 3 auf der Nocke 54 gegenüber der Betriebsstange 53a des Schalters 53 bewegt, um den Schalter 53 zu schließen. Die tiefe Stellung 2 auf der Nocke 54 liegt nun gegenüber der Betriebsstange 52a des Schalters 52, so daß der Schalter 52 offen bleibt.
Daher wird der Solenoid 51b betätigt, um die Betriebskammer 36 der Kupplung C2 über Leitungen 58 und 60 unter Druck zu setzen, und der Solenoid 50b bleibt unbetätigt, um den Anschluß der Betätigungskammer 29 der Kupplung C1 an die Abladungsleitung 56 beizubehalten. Daher wird das Übersetzungsverhältnis RC durch Ändern der Betriebsstellung nur des Solenoidventils 51 eingekuppelt.
Wechseln zwischen den Übersetzungsverhältnissen RC und RB erfordert, daß die Betriebskammer 29 der Kupplung C1 unter Druck gesetzt wird, und die Betriebskammer 36 der Kupplung C2 entlüftet wird. Diese Änderung des Zustandes der Beaufschlagung beider Kupplungsbetriebskammern wird durch Bewegen des Auswahlhebels 55 in die in Figur 4 gezeigte B-Stellung erreicht, wenn die hohen Stellungen 3 un 4 auf der Nocke 54 nun jeweils gegenüber Betriebsstangen 52a und 53a liegen, so daß beide Schalter 52 und 53 geschlossen sind.
Daher werden die Solenoide 50b und 51b beide betätigt, und die Leitung wird von der Versorgung P über das Ventil 50 unter Druck gesetzt, um die Kupplung C1 zu betätigen, und die Leitungen 58 und 60 sind nun über Ventile 50 und 51 an die Abladungsleitung 56 angeschlossen. Daher ist der Zustand der Beaufschlagung beider Kupplungen C1 und C2 geändert worden, und das Übersetzungsverhältnis RB wird erhalten.
Um das Übersetzungsverhältnis RA von dem Übersetzungsverhältnis RB zu erhalten, wird der Auswahlhebel 55 in die A-Stellung von Figur 4 bewegt, in der die hohe Stellung 4 der Nocke 54 gegenüber der Betriebsstange 52a ist, und die tiefe Stellung 5 der Nocke gegenüber der Betriebsstange 53a ist. In diesem Zustand ist der Schalter 52 geschlossen, und der Schalter 53 ist offen. Daher bleibt die Leitung 59 von der Versorgung P über das Ventil 50 unter Druck gesetzt, um die Kupplung C1 zu betreiben, und Leitung 59 ist über Ventil 51 nun an Leitung 60 angeschlossen, um die Kupplung C2 auch unter Druck zu setzen. Daher ist das Übersetzungsverhältnis RA eingekuppelt.
Es ist klar, daß Änderungen in die entgegengesetzte Richtung von dem Übersetzungsverhältnis RA bis zum Übersetzungsverhältnis RD in einer ähnlichen Weise gemacht werden können, indem man den Auswahlhebel von Stellung A bis zu Stellung D bewegt, in Figur 4 gezeigt.
Folglich liefert das in Figur 4 gezeigte Betätigungssystem eine Einrichtung, in der das Planetengetriebe in einer binären Weise durch Ändern des Zustandes der Steuerschalter 52 und 53 einzeln zwischen jeder benachbarten Übersetzungsverhältnisänderung gesteuert werden.
Man sieht von Figur 3, daß, wann der Zustand der Beaufschlagung der Kupplung C1 sich auch immer ändert, dann ändert sich der Zustand von Kupplung C2, und folglich wird die Kupplung C1 über das Vierkanalventil 50 gesteuert, das den Zustand beider Kupplungen ändert. Figur 3 zeigt auch die Forderung, den Zustand der Kupplung C2 unabhängig von Kupplung C1 zu ändern, und dieses wird daher durch das Dreikanalventil 51 gesteuert.
Wie von der obigen Beschreibung und von einer Betrachtung von Figur 3 klar ist, verwickeln Änderungen zwischen den Übersetzungsverhältnissen RA und RB und den Übersetzungsverhältnissen RC und RD nur eine Änderung des Zustandes einer der Kupplungen C1 und C2, und können daher relativ leicht erreicht und gesteuert werden. Änderungen in beiden Richtungen zwischen Übersetzungsverhältnissen RB und RC verwickeln aber eine Änderung des Zustandes beider Kupplungen C1 und C2, und dieses kann zu schwerwiegenden Problemen führen, wenn die Einkupplung/Auskupplung der Kupplungen C1 und C2 nicht richtig in eine Folge gebracht sind.
Wenn man zum Beispiel Figur 3 betrachtet, dann beobachtet man, daß das Übersetzungsverhältnis RA vorübergehend ausgewählt wird, wenn ein Übersetzungsverhältniswechsel von RB zu RC gemacht wird, und die Kupplung C2 eingekuppelt ist bevor C1 freigegeben wird, und dieses wird einen starken Ruck in dem Betrieb des Getriebes verursachen.
Ähnlich, wenn man das Übersetzungsverhältnis RC zu RB ändert, wenn die Kupplung C2 ausgekuppelt ist, bevor C1 eingekuppelt wird, dann kann das Übersetzungsverhältnis RD vorübergehend eingekuppelt sein, was wiederum einen starken Ruck verursachen wird.
Daher wird, um die obige Möglichkeit der ruckartigen Einkupplung, die durch vorübergehendes Einkuppeln von unerwünschten Übersetzungsverhältnissen verursacht wird, zu entfernen, die Aufeinanderfolge der Kupplung/Auskupplung von Kupplungen C1 und C2 so angeordnet, daß, wenn man von dem Übersetzungsverhältnis RB nach oben zu RC wechselt, die Kupplung C1 ausgekuppelt wird, bevor die Kupplung C2 eingekuppelt wird, so daß, falls irgendein anderes Übersetzungsverhältnis vorübergehend eingekuppelt ist, dieses das Übersetzungsverhältnis RD sein wird, welches ein höheres Übersetzungsverhältnis ist, und sich daher in dieselbe Richtung (das heißt, nach oben) wie der erwünschte Übersetzungsverhältniswechsel zwischen Übersetzungsverhältnissen RB und RC bewegen wird. Dieses wird irgendeine Ruckartigkeit in der Übersetzungsverhältnisänderung effektiv entfernen.
Ähnlich ist, wenn man von dem Übersetzungsverhältnis RC zu RB herunterwechselt, die in Aufeinanderfolge der Kupplungen C1 und so angeordnet, daß die Kupplung C1 vorübergehend vor Kupplung C2 eingekuppelt ist, so daß, falls eine Neigung besteht, irgendein anderes Übersetzungsverhältnis einzukuppeln, dieses das Übersetzungsverhältnis RA sein wird, das ein tieferes Übersetzungsverhältnis ist, und daher in dieselbe Richtung (das heißt nach unten) wie die erwünschte Übersetzungsverhältnisänderung von RC zu Rb geht. Dieses entfernt wiederum irgendeinen Ruck in der Übersetzungsverhältnisänderung effektiv.
Die obige Aufeinanderfolge der Änderung des Zustandes der Kupplungen C1 und C2, wenn man zwischen Übersetzungsverhältnissen RB und RC wechselt, wird durch sorgfältiges Anpassen der Flüssigkeitsströmungsraten zu und von den Betriebskammern 29 und 36 der Kupplungen C1 und C2 erreicht, indem die Volumen dieser Betriebskammern angepaßt werden, und indem das freie Spiel in allen vier Kupplungen des Planetengetriebes sorgfältig angepaßt wird.
Wenn man auf Figur 5 Bezug nimmt, dann zeigt diese einen senkrechten Halbschnitt durch eine arbeitende Version des in Figur 1 gezeigten Planetengetriebes, in dem jede Kupplung eine Vielplattengestalt ist, und in dem Komponenten, die gleichwertig zu den oben im Verhältnis zu Figur 1 beschriebenen Komponenten sind, ähnlich numeriert sind.
Wie oben angezeigt ist, wenn man von Übersetzungsberhältnis RB zu Übersetzungsverhältnis RC nach oben wechselt, dann ist die Aufeinanderfolge der Änderung des Zustandes der Kupplungen C1 und C2 so angeordnet, daß Kupplung C1 ausgekuppelt wird, bevor Kupplung C2 eingekuppelt wird. Mit anderen Worten, die Zeit, die gebraucht wird, um den Kolben 33 der Kupplung C2 zu bewegen, um das freie Spiel in der Kupplung C2 aufzunehmen, muß länger als die Zeit sein, die gebraucht wird, um den Kolben 26 der Kupplung C1 ausreichend zu bewegen, um die Kupplung C1 effektiv auszukuppeln. Die Bewegung, um C1 effektiv auszukuppeln, ist gleich dem freien Spiel der gepaarten Kupplung C4.
Die Aufeinanderfolgungsforderung kann mathematisch wie folgt ausgedrückt werden:
(AC2 × DC2)/IC2 ≥ (AC1 × FC4)/OC1
worin AC2 = Oberflächengebiet des Kolbens 33 der einem Druck ausgesetzten Kupplung C2.
AC1 = Oberflächengebiet des Kolbens 26 der einem Druck ausgesetzten Kupplung C1.
DC2 = Annäherungsweg für den Kolben 33 bei der Einkupplung von Kupplung C2.
FC4 = Freies Spiel vor der Einkupplung von Kupplung C4.
IC2 = Strömungsrate der Flüssigkeit in Kammer 36 während der Einkupplung von Kupplung C2.
OC1 = Strömungsrate der Flüssigkeit aus der Kammer 29 nach der Auskupplung von Kupplung C1.
Die Entfernungen DC2 und FC4 sind in Figur 5 markiert.
Es ist klar, daß die Strömungsraten IC2 und OC1 durch Gestaltung des in Figur 4 gezeigten hydraulischen Kreises definiert sind. Man sieht von Figur 4, daß die Strömung OC1 von Kupplung C1 durch ein Ventil 50 strömt, während die Strömung IC2 zu Kupplung C2 durch zwei Ventile 50 und 51 strömt. Daher neigt die Strömung zu und von der Kupplung C1 dazu, größer als diejenige zu und von der Kupplung C2 zu sein. Dieses hilft beim Sicherstellen, daß das obige mathematische Verhältnis beibehalten wird. Falls es notwendig ist, kann eine feste oder veränderliche Drossel 100 in der Versorgungsleitung zu Kammer 36 angeordnet sein, um den Unterschied der Strömungsraten weiter zu betonen.
Leider ist AC1 AC2, was dem erwünschten Verhältnis entgegensteht. DC2 und FC4 ändern sich auch mit Herstellungstoleranzen, so daß jede Einheit ausgeglichen werden muß, um sicherzustellen, daß die Gestaltungszahlen für diese Entfernungen erreicht werden.
Wie oben angezeigt ist, wenn man von Übersetzungsverhältnis RC zu Übersetzungsverhältnis RB wechselt, dann ist die Aufeinasnderfolge der Änderung des Zustandes der Kupplungen C1 und C2 derart, daß die Kupplung C1 vorübergehend eingekuppelt werden muß, bevor Kupplung C2 ausgekuppelt wird. Mit anderen Worten, die Zeit, die gebraucht wird, um den Kolben 26 zu bewegen, um das freie Speil in der Kupplung C1 aufzunehmen, muß geringer als die Zeit sein, die gebraucht wird, um den Kolben 33 ausreichend zu bewegen, um die Kupplung C2 auszukuppeln. Die Bewegung des Kolbens 33, um Kupplung C2 auszukuppeln, ist gleich dem freien Spiel der gepaarten Kupplung C3.
Die Aufeinanderfolgungsforderung kann mathematisch wie folgt ausgedrückt werden:
(AC2 × FC3)/OC2 ≥ (AC1 × DC1)/IC1
worin FC3 = Freies Spiel vor der Einkupplung der Kupplung C3.
DC1 = Annäherungsweg für Kolben 26 bei der Einkupplung der Kupplung C1.
OC2 = Strömungsrate der Flüssigkeit aus Kammer 36 nach der Auskupplung von Kupplung C2.
IC2 = Strömungsrate der Flüssigkeit in Kammer 29 nach der Einkupplung von Kupplung C1.
Da die Strömungsrate OC2 geringer als IC1 ist, besteht keine Unvereinbarkeit mit dem früheren erwünschten Verhältnis für die Änderung von RB zu RC. Ausgleichung ist wiederum notwendig, um sicherzustellen, daß die Entfernungen FC3 und DC1 bei ihren Gestaltungswerten in jeder Einheit beibehalten werden.
Die tatsächlichen Schritte, die beim Wechseln zwischen den Übersetzungsverhältnissen RA und RB verwickelt sind, werden zeichnerisch in Figuren 6a und 6b gezeigt. Dieselbe Folge trifft auch auf Änderungen zwischen Übersetzungsverhältnissen RC und Rd zu, da in beiden Fällen nur der Druck des Kolben 33 abgelassen wird.
Wenn man in Übersetzungsverhältnis RA ist, dann wird der Kolben 33 auf 16 Bar unter Druck gesetzt. Die Kupplung C2 kann 1,8 mal des maximalen Drehmoments tragen, das von dem Motor bei Drucken bis zu 12 Bar herunter gesehen wird.
Wenn die Betriebsperson den Hebel 55 von Stellung A zu Stellung B bewegt, dann schließt das Ventil 51 die Kammer 36 an den Speicher 57 an, und innerhalb eines ersten Schritts, der ungefähr 0,1 Sekunden dauert, bewegt sich die Kupplungsplatte 101 (siehe Figur 5) unter der Wirkung von Feder 30, um das freie Spiel FC3 von Kupplung C3 aufzunehmen. In dieser Stellung ist der Druck in Kammer 36 ungefähr 10 Bar, und die Kupplung C2 trägt ein statisches Drehmoment, das ungefähr gleich dem maximalen Drehmoment des Motors ist.
In einem zweiten, sehr kleinen Schritt, der 0,01 Sekunden dauert, verringert sich der Druck von 10 Bar auf 1 Bar. Der Druck, der von dem Kolben 33 ausgeübt wird, ist bei 10 Bar gleich der Kraft der Feder 30, so daß das Drehmoment auf der Kupplung C3 Null ist. Bei 1 Bar ist die Kupplung C3 ganz eingekuppelt (1 Bar ist der Druck, der notwendig ist, um die Rückkehrfedern von Kupplung C2 auszugleichen). Das statische Drehmoment der Kupplung C2 verringert sich während dieses Schrittes, und das dynamische Drehmoment der Kupplung C3 erhöht sich, bis Kupplung C2 anfängt zu schlüpfen (bei ungefähr 7 Bar), und das Übersetzungsverhältnis sich ändert.
Da der Kolben 33 sich theoretisch nicht zwischen diesen Drucken (10 Bar bis 1 Bar) bewegt, wird irgendeine Verschiebung, die stattfindet, von der mechanischen Abweichung der Kupplungsplatten usw. vorgeschrieben. Deswegen ist die Zeit, die benötigt wird, um die Übersetzungsverhältnisänderung zu bewirken kurz, was eine klare und kurze Lastübertragung von einer Kupplung zur anderen ergibt, ohne daß man proportionale Strömungsventile benutzen muß.
In dem dritten und letzten Schritt der Änderung fällt der Druck in Kammer 36 von 1 auf 0 Bar, und der Kolben 33 wird unter Wirkung von Rückkehrfedern 102 zurückbewegt, um den Annäherungsweg DC2 der Kupplung C2 festzusetzen. Kupplung C3 schlüpft weiterhin, bis die Energie, die benötigt wird, um das Fahrzeug zu beschleunigen, verbraucht ist, was von der Last abhängt.
Dieselbe Dreischrittänderungsfolge trifft auf die komplexeren Änderungen zwischen Übersetzungsverhältnissen RB und RC zu, und wird zeichnerisch in Figuren 7a, b, c, und d gezeigt.
Wie oben dargelegt ist, wird das maximale Drehmoment der hydraulischen Kupplungen C1 und C2 bei einem Druck von 16 Bar erhalten. Da die Zeit, die gebraucht wird, um das freie Spiel FC3 und FC4 in den Kupplungen C3 und C4 aufzunehmen, ungefähr 0,1 Sekunden ist, findet auch eine gute progressive und glatte Übertragung der Last zu den hydraulischen Kupplungen während dieser Zeit statt, da die einkuppelnde Kupplung schlüpft, da das Drehmoment in der Nähe des Motordrehmoments ist.
Ein wichtiges Merkmal des oben beschriebenen Planetengetriebes ist, daß beide hydraulisch betriebenen Kuplungen C1 und C2 jeweils sich nicht drehende Kolben 26 und 33 benutzen, die wirken, um Teile des Planetengetriebes an das Gehäuse zu kuppeln. Dieses ergibt eine kürzere Reaktionszeit, und verbessert wegen der Benutzung von sich nicht drehenden Kolbendichtungen die Verläßlichkeit und ergibt geringere Kosten.
Da die Steuerung der Lastübertragung zwischen den Kupplungen in die mechanische Gestaltung des Systems eingebaut ist, besteht auch kein Bedarf an komplizierten elektronischen oder hydraulischen Steuersystemen.
Figur 8 zeigt eine Vorwärtsgeschwindigkeitstabelle für ein wie in Figuren 1 und 5 gezeigtes Planetengetriebe, das an einen Viergeschwindigkeitsgetriebekasten G angeschlossen ist, der eine tiefe/hohe Bereichsänderungsstufe H/L einschließt, um 32 Vorwärtsgeschwindigkeiten bis etwas über 30 km/h in dem gegebenen Beispiel zu liefern. Diese Kombination eines Planetengetriebes und eines Hauptgetriebekastens mit einer Zweigeschwindigkeitsbereichsänderungsstufe liefert eine besonders geeignete Gesamtgruppierung von Übersetzungsverhältnissen für ein Traktorgetriebe.
Wie man aus Figur 8 ersehen kann, wenn das Übersetzungsverhältnis Eins in dem Hauptgetriebekasten eingekuppelt ist, dann ist es möglich, mit Geschwindigkeiten zu fahren, die von ungefähr 0 bis 3,25 km/h reichen, indem man zwischen den Übersetzungsverhältnissen RA, RB, RC und RD des Planetengetriebes wechselt (siehe Linie P in Figur 8). Ähnlich wird, wenn das Übersetzungsverhältnis Zwei in dem Hauptgetriebekasten eingekuppelt ist, und das Planetengetriebe wischen den Übersetzungsverhältnissen RA bis RD gewechselt wird, der Geschwindigkeitsbereich von ungefähr 0,75 bis 4,75 km/h bedeckt (siehe Linie Q in Figur 8). Linien R und S in Figur 8 zeigen die Geschwindigkeitsbereiche, die bedeckt werden, wenn Übersetzungsverhältnisse 3 und 4 in dem Hauptgetriebekasten eingekuppelt sind, und das Planetengetriebe zwischen seinen Übersetzungsverhältnissen RA bis RD geändert wird.
Die obere Hälfte von Figur 8 zeigt die sechzehn Geschwindigkeitsbereiche, die erhalten werden, wenn die Bereichsänderungsstufe (H/L) des Getriebes in in ihrem tiefen Bereichsübersetzungsverhältnis ist, und die untere Hälfte von Figur 8 zeigt die weiteren sechzehn Geschwindigkeitsbereiche, wenn die Bereichsänderungsstufe zu ihrem hohen Bereichsübersetzungsverhältnis geändert wird. Wie man sieht, sind die Geschwindigkeitsbereiche in dem hohen Bereichsübersetzungsverhältnis ähnlich wie die Geschwindigkeitsbereiche in dem oben beschriebenen tiefen Bereichsübersetzungsverhältnis gruppiert.
Wie von den Linien P, Q, R und S, auf die oben Bezug genommen wird, offensichtlich ist, überlappen sich die Geschwindigkeitsbereiche, die von dem Planetengetriebe geliefert werden, wenn jedes der Hauptgetriebekastenübersetzungsverhältnisse 1 bis 4 eingekuppelt ist, wesentlich, so daß, egal wo die Traktorbetriebsperson in zum Beispiel dem Bereich 0 bis ungefähr 8,25 km/h des oberen Teils von Figur 8 arbeiten muß, sie dieses durch Auswahl des passenden Hauptgetriebekastenübersetzungsverhältnisses anordnen kann, das in einem der mittleren Übersetzungsverhältnisse arbeiten soll, das von dem Planetengetriebe geliefert wird, wenn der tiefe Bereich eingekuppelt ist. Daher sollte sie fähig sein, innerhalb dem von dem Planetengetriebe gelieferten Geschwindigkeitsbereich herauf- und herunterzuwechseln, um möglichen Änderungen der Last, usw. entgegenzukommen, ohne die Hauptkupplung C betreiben zu müssen, um das Übersetzungsverhältnis in dem Hauptgetriebekasten G zu ändern. Dieses ist eine besonders günstige Anordnung zur Benutzung in einem Traktor.
Der in dieser Beschreibung benutzte Ausdruck Kupplung ist benutzt worden, um sich auf eine Einheit wie Kupplung C3 oder C4 zu beziehen, die zwei drehbare Glieder des Planetenradgangs zur Drehung miteinander aneinander anschließt, oder auf eine Einheit wie Kupplung C1 oder C2, die ein drehbares Glied des Planetenradgangs an den Boden anschließt (d.h. die Drehung anhält oder das drehbare Glied bremst).
Die oben in Bezug auf das Planetengetriebe mit vier Übersetzungsverhältnissen von Figuren 1 und 5 beschriebenen Grundsätze können zum Beispiel auf das Planetengetriebe mit acht Geschwindigkeiten von Figur 9 erweitert werden, das die Einheit mit vier Übersetzungsverhältnissen von Figuren 1 und 5 mit einem zusätzlichen Planeteneingangsabschnitt 100 mit zwei Geschwindigkeiten, mit einem Sonnenrad 101, Planetenrädern 102, und Hohlrädern 103, und einem Träger 104 umfasst. Der Eingang 10 zu dem Planetengetriebe mit vier Übersetzungsverhältnissen ist an das Hohlrad 103 angeschlossen, und ein Eingang treibt den Träger 104 an.
Es wird eine federgekuppelte Kupplung C5 geliefert, in der ein Tellerfederdichtungsring 106 die Reibungselemente 107, die dem Sonnenrad 101 zugeordnet sind, in Einkupplung mit Elementen 108, die dem Träger 104 zugeordnet sind, neigt, um den Eingangsabschnitt 100 abzuschließen, um ein Direktantriebsübersetzungsverhältnis zu liefern. Eine hydraulisch betriebene Kupplung C6 wird von einem Betätigungsmittel in Gestalt eines ringförmigen Kolbens 109, der in einer Kammer 110 arbeitet, eingekupplet. Wenn er unter Druck gesetzt ist, dann kuppelt der Kolben 109 Elemente 107, die dem Sonnenrad 101 zugeordnet sind, an Elemente 111, die dem Einheitsgehäuse zugeordnet sind, um ein Planetenschnellgangsübersetzungsverhältnis zu liefern. Die Kupplungen C5 und C6 sind wie in der Einheit mit vier Übersetzungsverhältnissen gepaart, so daß, wenn die Kupplung C6 eingekuppwelt ist, Kupplung C5 automatisch usgekuppelt ist, und umgekehrt.
Es ist klar, daß durch Umkehren des Eingangsabschnitts 100, so daß die Eingangswelle 105 das Hohlrad 103 antreibt und der Träger 104 an den Eingang 10 mit vier Übersetzungsverhältnissen angeschlossen ist, ein Langsamgangsübersetzungsverhaltnis erhalten werden kann.
Der Abschnitt mit vier Übersetzungsverhältnissen kann angeordnet werden, um vier gleich beabstandete Übersetzungsverhältnisse mit dem folgenden Verhältnis zu liefern:
RA = 1/x³
RB = 1/x²
RC = 1/x¹
RD = 1/x&sup0; = 1
Wenn der Eingangsabschnitt mit zwei Geschwindigkeiten angeordnet ist, um ein Direktantriebsübersetzungsverhältnis P1 von 1 und ein Schnellgangsübersetzungsverhältnis P2 von x zu liefern, dann sind die acht Übersetzungsverhältnisse, die von der Kombination der Abschnitte mit zwei Übersetzungsverhältnissen und 4 Übersetzungsverhältnissen wie folgt:
R1 = RA × P1 = 1/x³
R2 = RA × P2 = 1/x2,5
R3 = RB × P1 = 1/x²
R4 = RB × P2 = 1/x1,5
R5 = RC × P1 = 1/x¹
R6 = RC × P1 = 1/x0,5
R7 = RD × P1 = 1/x&sup0; = ¹
R8 = RD × P2 = 1/x-0,5 = x
Die linke Hälfte der in Figur 10 gezeigten Tabelle zeigt den Zustand der drei hydraulischen Kupplungen C1, C2 und C6, um die obigen Übersetzungsverhältnisse in der in Figur 9 gezeigten Anordnung zu erhalten. Es ist möglich, die binäre Ventilbetriebsfolge zu erhalten, die in der rechten Hälfte von Figur 10 gezeigt wird, unter Benutzung des hydraulischen Steuerkreises, der zeichnerisch in Figur 11 gezeigt wird.
Dieser Kreis umfasst eine Reihenschaltung von drei Zweistellungs-Strömungsumkehrventilen 150, 200 und 250. Jedes Ventil wird von einer zugeordneten Feder 151, 201 und 251 in die in Figur 11 gezeigte Stellung geneigt, und kann durch einen zugeordneten Solenoid 152, 202 und 252 in ihre alternative Stellung bewegt werden. Ventile 150 und 200 sind Vierkanalventile und Ventil 250 ist ein Dreikanalventil.
Die Betriebskammer 110 der Kupplung C6 ist durch eine Leitung 253 stromab des Ventus 250 angeschlossen. Die Betriebskammer 36 der Kupplung C2 ist zwischen dem zweiten Ventil 200 und dem dritten oder letzten Ventil 250 angeschlosen, während die Betriebskammer 29 der Kupplung C1 zwischen dem ersten Ventil 150 und dem zweiten Ventil 200 angeschlossen ist.
Man sieht, daß eine Änderung des Zustandes des ersten Ventils 150 den Zustand der Beaufschlagung aller drei Kupplungen ändert, während eine Änderung des Zustandes des Ventils 200 nur den Zustand der Kupplungen C2 und C6 ändert. Das Ventil 250 steuert nur den Zustand der Kupplung C6.
Daher erreicht der Kreis von Figur 11 binäre Steuerung der Anordnung von acht Übersetzungsverhältnissen, wie man aus der Ventilzustandstabelle auf der rechten Hälfte von Figur 10 deutlich entnehmen kann.
Eine ganze Reihe von verschiedenen Verhältnissen von Übersetzungsverhältnissen sind für die in Figur 9 gezeigten acht Übersetzungsverhältnisanordnungen möglich, indem das Schnellgangsübersetzungsverhältnis geändert wird. Zum Beispiel können, wenn man ein Direktantriebsübersetzungsverhältnis P1 von 1 und ein Schnellgangsübersetzungsverhältnis P2 von x4 (oder einen Langsamgang des Übersetzungsverhältnisses von 1/x4) benutzt, die folgenden aufeinanderfolgenden Übersetzungsverhältnisse mit einem konstanten Schritt von x erhalten werden:
R1 = RA × P1 = 1/x³
R2 = RB × P1 = 1/x²
R3 = RC × P1 = 1/x¹
R4 = RD × P1 = 1
R5 = RA × P2 = x
R6 = RB × P2 = x²
R7 = RC × P2 = x³
R8 = RD × P2 = x&sup4;
Die linke Hälfte von Figur 12 zeigt den Zustand der Kupplungen C1, C2 und C6, der benötigt wird, um die obigen acht Übersetzungsverhältnisse zu erhalten, und Figur 13 zeigt einen Steuerkreis, der ermöglicht, daß die binäre Ventilzustandssteuerung, die in der rechten Hälfte von Figur 12 gezeigt wird, erreicht wird.
Ventile 150, 200 und 250 werden in Figur 13 wieder in einer Reihenschaltung benutzt, aber mit verschiedenen Anschlüssen an die Betriebskammern 29, 36 und 110 der Kupplungen C1, C2 und C6.
In der in Figur 13 gezeigten Anordnung ist die Betriebskammer 36 der Kupplung C2 stromab von dem Dreikanalventil 250 angeschlossen, die Betriebskammer 36 der Kupplung C1 ist zwischen dem zweiten Ventil 200 und dem letzten Ventil 250 angeschlossen, und die Betriebskammer 110 der Kupplung C6 ist zwischen dem ersten Ventil 150 und dem zweiten Ventil 200 angeschlossen.
Man kann sehen, daß eine Änderung des Zustandes des ersten Ventils 150 den Zustand aller drei Kupplungen C1, C2 und C6 ändert, eine Änderung des Zustandes des zweiten Ventils 200 nur den Zustand der Kupplungen C1 und C2 ändert, und eine Änderung des Zustandes des letzten Ventils 250 nur den Zustand der Kupplung C2 ändert. Diese Ventilanordnung ermöglicht, daß die binäre Ventilbetriebsfolge, die in der rechten Hälfte von Figur 12 gezeigt ist, erhalten wird.
Wenn die von dem Abschnitt mit vier Übersetzungsverhältnissen des Getriebes von Figur 9 gelieferten Übersetzungsverhältnisse organisiert werden, um einen großen Schritt zwischen Übersetzungsverhältnis B und C zu liefern, so daß die vier gelieferten Übersetzungsverhältnisse wie folgt sind:
RA = 1/x&sup5;
RB = 1/x&sup4;
RC = 1/x
RD = 1
Dieses kann dann mit einem Zweigeschwindigkeitseingang kombiniert werden, der ein Schnellgangsübersetzungsverhältnis P2 von x liefert, um die acht folgenden gleichmäßig beabstandeten Wechselübersetzungsverhältnisse zu ergeben.
R1 = RA × P1 = 1/x&sup5;
R2 = RB × P1 = 1/x&sup4;
R3 = RA × P2 = 1/x³
R4 = RB × P2 = 1/x²
R5 = RC × P1 = 1/x
R6 = RD × P1 = 1
R7 = RC × P2 = x
R8 = RD x P2 = x²
Die linke Hälfte von Figur 14 gibt den Zustand der Kupplungen C1, C2 und C6 an, der benötigt wird, um die obige Übersetzungsverhältnisfolge zu erhalten, und Figur 15 zeigt einen hydraulischen Kreis, um diese Kupplungszustandsbedingungen, die die binäre Ventilzustandsfolge benutzen, die in der rechten Hälfte von Figur 14 gezeigt wird, zu erreichen.
In Figur 15 sind die Ventile 150, 200 und 250 wieder in Reihe geschaltet, aber in diesem Fall ist die Betriebskammer 36 der Kupplung C2 stromab von dem letzten Ventil 250 angeschlossen, die Betriebskammer 110 der Kupplung C6 ist zwischen dem letzten Ventil 250 und dem zweiten Ventil 200 angeschlossen, und die Betriebskammer 29 der Kupplung C1 ist zwischen dem ersten Ventil 150 und dem zweiten Ventil 200 angeschlossen. In dieser Anordnung ändert die Änderung des Zustandes von dem ersten Ventil 150 den Zustand aller drei Kupplungen C1, C2 und C6, Änderung des Zustandes von Ventil 200 ändert nur den Zustand von Kupplungen C6 und C2, und Änderung des Zustandes von Ventil 250 ändert nur den Zustand der Kupplung C2.
Figur 4 zeigt eine Schalteranordnung, die von einem Auswahlhebel 55 betrieben wird, um den Betrieb der Solenoide der Ventile 50 und 51 zu steuern. Es ist klar, daß ein Mikroprozessor die Nocken- und Schalteranordnung ersetzen könnte, und die erwünschte binäre Ventilbetriebsfolge in Reaktion auf Bewegung eines zugeordneten Auswahlhebels liefern könnte. In einer solchen Anordnung würde ein Sensor zum Beispiel die Stellung des Auswahlhebels abtasten, und diese Stellung dem Mikroprozessor anzeigen, der seinerseits ein passendes Ausgangssignal herstellen würde, das die Betätigung des (der) passenden Ventilsolenoid(e) ergeben würde.
Eine Nocke und ein Schalter oder eine alternative Mikroprozessorsteuereinrichtung kann zur Steuerung der Ventilsolenoidbetätigungsfolge in allen in Figuren 4, 11, 13 und 15 oben beschriebenen Betätigungssystemen benutzt werden.

Claims

1. Betätigungseinrichtung für ein Getriebe, die eine Vielzahl von Betriebsübersetzungsverhältnissen liefert, wobei die Einrichtung eine Vielzahl von durch Flüssigkeitsdruck betriebene, in das Übersetzungsverhältnis eingreifende Kupplungen (C1, C2; C1, C2, C6) einschließt, eine Vielzahl von durch Flüssigkeitsdruck betriebene Kupplungsbetätigungsmittel (26, 29; 33, 36; 109, 110), eins für jede durch Flüssigkeitsdruck betriebene Kupplung, eine Vielzahl von strömungsumkehrenden Ventilen (50, 51; 150, 200, 250) mit zwei Stellungen, ein Ventil für jedes durch Flüssigkeitsdruck betriebene Betätigungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß:

die Ventile hydraulisch in Reihe geschaltet sind, wobei wenigstens ein Betätigungsmittel stromab von dem letzten Ventil in der Reihenschaltung angeschlossen ist, und wenigstens ein Betätigungsmittel zwischen jedem Ventil der Reihe angeschlossen ist, und

ein Ventilsteuermittel (50a - 54) zur Steuerung der Betriebsfolge der Ventile, so daß durch Änderung des Betriebszustandes eines Ventus zu einem Zeitpunkt das Betriebsübersetzungsverhältnis des Getriebes zum nächsten benachbarten Übersetzungsverhältnis geändert werden kann, das von der Einheit in einer progressiven Weise durch den ganzen Übersetzungsverhältnisbereich der Einheit geliefert wird.

2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 mit ersten und zweiten durch Flüssigkeitsdruck betriebenen, in das Übersetzungsverhältnis eingreifende Kupplungen (C1, C2), die durch den Einschluß von zwei strömungsurnkehrenden Ventilen (50, 51) in Reihe gekennzeichnet sind, wobei das letzte Ventil (51) in der Reihe ein Dreikanalventil, und das andere ein Vierkanalventil ist.

3. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, durch Flüssigkeitsdruck betriebene Kupplung (C1) mit einer ersten federgekuppelten Kupplung (C4) gepaart ist, und die zweite, durch Flüssigkeitsdruck betriebene Kupplung (C2) mit einer zweiten federgekuppelten Kupplung (C3) gepaart ist, wobei die Anordnung derart ist, daß, wenn die durch Druck betriebene Kupplung von jedem entsprechenden Paar eingekuppelt ist, die entsprechende federgekuppelte Kupplung automatisch ausgekuppelt ist, und umgekehrt, was vier in das Übersetzungsverhältnis eingekuppelte Kupplungszustände liefert.

4. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Einschluß einer dritten, durch Flüssigkeitsdruck betriebenen Kupplung (C6), die mit einer dritten federgekuppelten Kupplung (C5) gepaart ist, und ein drittes strömungsumkehrendes Ventil (250) zur Steuerung eines dritten Kupplungsbetätigungsmittels (109, 110) für die dritte, durch Flüssigkeitsdruck betriebene Kupplung, was acht in das Übersetzungsverhältnis eingekuppelte Kupplungszustände liefert.

5. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Kupplungsbetätigungsmittel (109, 110) stromab von dem dritten Ventil (250) in der Reihenschaltung angeschlossen ist, und eines (33, 36) der ersten und zweiten Kupplungsbetätigungsmittel (26, 29; 33, 36) zwischen den zweiten (200) und den dritten (250) Ventilen angeschlossen ist, und das andere (26, 29) jeweils zwischen den ersten (150) und den zweiten (200) Ventilen angeschlossen ist.

6. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eines (33, 36) der ersten und zweiten Kupplungsbetätigungsmittel stromab von dem dritten Ventil (250)in der Reihenschaltung angeschlossen ist, und das andere (29, 26) der ersten und zweiten Kupplungsbetätigungsmittel zwischen den zweiten (200) und den dritten (250) Ventilen angeschlossen ist, und das dritte Kupplungsbetätigungsmittel (109, 110) zwischen den ersten (150) und den zweiten (200) Ventilen angeschlossen ist.

7. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eines (33, 36) der ersten und zweiten Kupplungsbetätigungsmittel stromab von dem dritten Ventil (250) in der Reihenschaltung angeschlossen ist, das andere (26, 29) der ersten und zweiten Kupplungsbetätigungsmittel zwischen den ersten (150) und den zweiten (200) Ventilen angeschlossen ist, und das dritte Kupplungsbetätigungsmittel (109, 110) zwischen den zweiten (200 und den dritten (250) Ventilen angeschlossen ist.

8. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ddadurch gekennzeichnet, daß, wenn man zwischen den benachbarten Übersetzungsverhältnissen (B, C) des Getriebes wechselt, die eine Änderung des Einkupplungsstandes von zwei durch Flüssigkeitsdruck betriebenen Kupplungen (C1, C2) fordern, dann wird die Einkupplung/Auskupplung der Kupplungen in eine Folge gebracht, um sicherzustellen, daß, wenn irgend ein anderer Übergangsübersetzungsverhältniszustand (A, D) des Getriebes während der Übersetzungsverhältnisänderung eingekuppelt ist, dieses ein Übersetzungsverhältniszustand ist, der sich in dieselbe Richtung (d.h. nach oben oder unten) wie die erwünschte Übersetzungsverhältnisänderung bewegt.

9. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die Einkupplung/Auskupplung der durch Flüssigkeitsdruck betriebenen Kupplungen (C1, C2) durch Anpassen der Strömungsraten zu und von den zugeordneten Kupplungsbetätigungsmitteln (26, 29 : 33, 36) und durch Anpassen des freien Spiels (DC1, DC2) in den Kupplungen in eine Folge gebracht wird.

10. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (50, 51), die die durch Flüssigkeitsdruck betriebenen Kupplungen (C1, C2) steuern, durch einen Solenoid betrieben werden, wobei jedes in eine Stellung (50a, 51a) geneigt ist, und durch seinen zugeordneten Solenoid (50b, 51b) in seine andere Stellung bewegt werden kann, wenn ein zugeordneter Schalter (52, 53), der den Solenoid erregt, geschlossen wird.

11. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilsteuermittel (50a-54) ein Nockenmittel (54) einschließt, das durch ein Übersetzungsverhältnisauswahlmittel (55) bewegt wird, wobei das Nockenmittel die Schalter (52, 53) in einer vorbestimmten Folge betreibt, um die Kupplungen in der erwünschten Reihenfolge zu betreiben.

12. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (50, 51), die die durch Flüssigkeitsdruck betriebenen Kupplungen (C1, C2) steuern, durch einen Solenoid betrieben werden, wobei jedes Ventil in eine Stellung (50a, 51a) geneigt ist, und durch seinen zugeordneten Solenoid (50b, 51b) unter der Steuerung eines Mikroprozessors, der von einem Übersetzungsverhältnisauswahlmittel betrieben wird, in seine andere Stellung bewegt werden kann.

13. Getriebe, das ein Eingangsglied (10) umfasst, ein Ausgangsglied (11), und eine Vielzahl von Planetenrädergetrieben (12, 13), dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin eine Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst.