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Hydraulische Schaltvorrichtung für Wechselgetriebe von Kraftfahrzeugen
Die Brfindung betrifft eine hydraulisdie Schaltvorrichtung für Wechselgetriebe von
Kraftfahrzeugen.
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Zum selbsttätigen Schalten von Wechselgetrieben mit Planetensätzen
werden gewöhnlich ringförmige'Hydrozylinder verwendet, die konzentrisch zur Getriebewelle
angeordnet sind und auf die Bremsen oder Kupplungen wirken, welche bestimmte Elemente
der Planetensätze blockieren sollen.
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Die Hydrozylinder haben im allgemeinen einen sehr geringen Hub und
einen grossen Durchmesser und da sie einer Drehbewegung von hoher Geschwindigkeit
um die Getriebewelle unterliegen, ist ihre Wirkungsweise infolge der Emulgierung
des ()ls oder mangelhafter Füllung oft schlecht.
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Bei den.herkömnlichen Hydrozylindern, die über eine Riickführung
zum
Behälter über ein Ventil verfügen, sind der Rauminhalt zwischen dem ringförmigen
Zylinder und dem kolben und der Rauminhalt der zwischen dem Zylinder und dem Verteiler
angeordneten Rohrleitungen in der Rückhubstellung des Kolbens in£olge der Wirkung
der Pliehkraft auf das Ö1 praktisch leer, welches das Bestreben hat, durch das Ablaßventil
auszutreten.
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Die Ansprechzeit ist daher bei der Wiederherstöllung c1es öldruckes
gleich der Verlagerungszeit des Kolbens verlängert um die Zeit für die Füllung der
erwShnten Rauminhalte.
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Anderersits findet wälirend der Drehung des Ilydrozylinders und wenn
sich der Kolben in der Rückhubstellung befindet, ein umspritzen statt, das durch
ein Pumpphdnomen hervorgerufen wird. Das umspritzen und das Pumpen-sind für die
Stal.ilitat des Üls und für die Aufreejiterhaltung einer niedrigen Temperatur desselben
nachteilig.
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Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, daß die Ansprechzeit des
Hydrozylinders durch eine Vorrichtung zum Schliessen der Zufuhrleitung des Ventils.am
Ende des Kolbenhubes verringert wird.
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Ferner werden durch das Schliessen der Zufuhrleitung des Ventils das
Umspritzen und das Pumppliänomen vermieden, wodurch die Stabilität des öls und der
Temperaturbedingungen verbessert werden.
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Um allenfallsige Leckverluste bei der Schließeinrichtung auszugleichen,
ist erfindungsgemäß die Zufuhr einer geringen Fördermenge vorgesehen, die vom Hauptkreislauf
abgezweigt wird und beispielsweise vom Schmierölkreislauf abgezweigt werden kann.
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Die erfindungsgemässe hydraulische Schaltvorrichtung ist allgemein
auf
ein Kraft fahr zeug-Wechse lge triebe anwendbar, welches eine Getriobewelle besitzt,
die in einer Hohlwelle drehbar ist, welche sich durch eine IYand des Getriebegehüuses
hindurch erstreckt und eine Glocke trägt, die eine ringförmige Zylinderkammer bildet,
welche axial durch die Innenfläche der Glocke und die Fläche eines rin£drmigen Kolbens
zum Schalten des Wechselgetriebes begrenzt wird, welcher Kolben in der Glocke gleitbar.ist
und durch eine Rückstelifeder zu der Flache der letzteren belastet ist. Die Kammer
steht über eine Drehdichtung und einen in der Ilohlwelle vorgesehenen Kanal mit
einer Zufuhrleitung für llydraulikflüssigkeit in Verbindung, welche durch die erwähnte
land geführt ist, und mittels eines Ventils mit dem Innenraum des GehRuses. Die
erwähnte Zufuhrleitung ist silber einen Steuerverteiler mit einem unter Druck stehenden
Scllmierolkreislauf verbunden, der unmittelbar mit dem erwähnten Kanal über eine
axiale Leitung der Getriebewelle und eine in dieser Welle vorgesehene im wesentlichen
radiale Bohrung in Rrerbindung steht. Die erfindung unterscheidet sich von dem bekannten
dadurch, daß eine durch den Kolben betätigbare Drosselvorrichtung so in der erwähnten
Kammer vorgesehen ist, daß in der Ruhestellung des Kolbens diese Vorrichtung dem
Ülaustritt durch das Ventil entgegenwirkt.
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Der Verteiler kann so vorgesehen werden, daß er die Zufuhrleitung
in einer erSten von zwei Stellungen mit dem Schmierblkreislau£ verbindet und in
einer zweiten Stellung mit einem Behälter, aus welchem eine Pumpe Ö1 zur Förderung
in den Ulkreislauf ansaugt.
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Vorteilhaft ist die. Förderleitung der Pumpe mit einem Druckregler
versehen. * Der Schmierölkreislauf kann von der Leitung abgezweigt werden, welche
die Pumpe mit dem Verteiler verbindet, in welchem Falle eine Drosselvorrichtung
in diesem Kreislauf vor der
axialen Leitung der Getriebewelle angeordnet
ist.
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Die Drosselvorrichtung kann in verschiedener Weise beschaffen sein.
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Bei einer Ausführungsform wird sie durch eine gleichachsige kreisförmige
Rippe gebildet, welche zumindest auf einer der erwähnten Flächen vor dem Ventil
vorgesehen ist. Dieses ist ein Absperrventil dessen Verschlußorgan entweder eine
Kugel sein kann, welche durch die Fliehkraft in der Offenstellung gehalten wird,
wenn sich der Verteiler in seiner zweiten Stellung befindet* oder eine Membran,
eine Scheibe oder eine elastische Lamelle, welche Elemente in einem geringen Abstand
von ihrem Sitz gehalten werden, wenn sie sich in ihrer Ruhestellung befinden. In
ir Ruhestellung des Kolbens wird daher die Rippe in der Kammer dem bldurchtritt
zum Ventil entgegenwirken, welch letzteres so lange geöffnet bleibt, als der Verteiler
den Oldurchtritt zur Zu£uhrleitung ,;J unterbricht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Drosselvorrichtung besitzt
diese eine öffnung mit einem Sitz, der in einer der erwähnten Flächen vorgesehen
und; und~eine Scheibe oder eine Blattfedert die so angeordnet ist,daß sie durch
den Kolben bei seinem Hubende gegen den Sitz angedrückt wird.
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Aussor den erwähnten Vorteilen im Falle eines unerwünschten Oberdrucks
des Schmierkreislaufs eine leichte Verlagerung des Kolbens, wodurch automatisch
die Innendrücke des Hydrozylinders auf Werte beschränkt werden, welche niedriger
als diejenigen sind, die zu seiner, Betätigung notwendig sind.
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In diesem Falle hat die Erfindung den Vorteil, daß eine unerwünschte
Verlagerung des Kolbens dadurch verhindert wird, daß die störende Druckerhöhung
in einen Druckabfall umgewandelt wird, welcher durch eine Drosselung hervorgerufen
wird,
die vor dem Austrittsventil durch die kreisförmige Rippe bewirkt
wird.
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Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Rippe gleichzeitig
als I-lubendeanschlag für den Kolben in einer Ruhestellung dient und ferner in dieser
Stellung eine Begrenzung eines restlichen Rauminhalts ermöglicht, der immer mit
ö1 gefüllt bleibt, und daher eine sofortige Verlagerung des Kolbens ermöglicht,
wenn er unter Druck gesetzt wird, da die Füllzeit wegfällt und der Druck unmittelbar
auf die «nie Fläche des Kolbens ausgeübt wird.
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Natürlich kann die Drosselung auch mit Hilfe von zwei Rippen oder
Wulsten geschehen, die einander auf der Innenfläche der Glocke und der Innenfläche
des Kolbens gegenüberliegen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand beispielsweiser Ausführungsformen
in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben und zwar zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht in schematischer Darstellung einer erfindungsgemässen
Vorrichtung und Fig. 2 und 3 im Schnitt bauliche Einzelheiten zweier Varianten des,
Ventils.
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Wie sich aus Fig. 1 ergibt, wi-rd eine Pumpe 1 von einem Motor 2
angetrieben und saugt til aus einem Behälter 3, welches O1 sie durch eine Förderleitung
4, welche mit einem Druckregler 5 versehen ist, zu einem.Verteiler 6 mit zwei Stellungen
und zu einer Schmierölleitung 7 fördert.
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Der Verteiler 6 steht mit dem drehbaren ringförmigen Zylinder 8 durch
eine Zufuhr- bzw. Speiseleitung 9, eine im Inneren der
Wand des
Gehäuses 11 des Wechselgetriebes 12.vorgesehene Leitung 10, eine Drehdichtung 13
mit zwei Dichtungsringen 14 und 15, einen Kanal 16, der in der Hohlwelle 17 des
Tfechsclgetriebes vorgesehen ist und eine ringförmige Aussparung 18 in'Verbindung,
die in der sich in der Hohlwelle 17 drehenden Getriebewelle 19 vorgesehen ist.
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Der Hydrozylinder 8 wird durch eine Glocke 20 gebildet, welche mit
der Hohlwelle 17 fest verbunden ist und sich mit bezug auf das Gehäuse 11 dreht.
Verbunden oder in Eingriff mit einem beliebigen Organ des Wechselgetriebes dreht--sicll
die Welle lD in der Bohrung der Glocke.
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In der Glocke 20 enthält die ringförmige Kammer 21 des lIydrozylinders
den gleitbaren Ringkolben 22, der mit nictunen 23 und 24 ausgerüstet ist. Auf der.einen
Seite von der Innenflache 25 des Bodens dr Glocke begrenzt, steht die Kammer 21.
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über eine Uffnung 26, die in der Hohlwelle 17 vorgesehen ist, mit
der ringförmigen Aussparung 18 in Verbindung, die zwischen der Hohlwelle 17 und
der Getriebewelle 19 vorgesehen ist.
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Die Vorderseite bzw. aktive Seite 27 des Kolbens 22 ist mit einem
Wulst oder einer kreisförmigen Rippe 28 ausgebildet, welche mit einer entsprechenden
Rippe 29 zusammenwirkt, die auf der Fläche 25 der Kammer 21 vorgesehen ist.
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Eine scheiben,- bzw. tellerförmige Rückstellfeder 30, welche um die
Hohlwelle 17 herum angeordnet ist, stützt sic gegen einen Federring 31 ab, der in
einer Ringnut dieser Welle sitzt und den Kolben 22 zu seiner Ruhestellung in der
Richtung zur Fläche 25 belastet.
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Wenn er sich unter der Wirkung des bls verlagert, das in die Kammer
21 eindringt, bt der Kolben 22 durch seinen axialen Umfangsm,antel 32 einen Druck
auf einen Lamellensatz 33 aus, der dadurch, daß'. er die Glocke 20.und ein festes
oder
drehbares Organ 34 des Getriebes miteinander verbindet, eine
Gangschaltung des Wcchselgetriebes bewirkt.
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Derjenige Teil der Kammer 21, der sich ausserhalb der Rippen 23 und
29 befindet, steht mit einer Ventilausnehmung 35 in Verbindung, welche in der Dicke
der Glocke 20 vorgesehen ist und eine Kugel 36 enthält. Diese Ausnehmung steht mit
dem Innenraum 37 des Gehäuses 11 durch einen axialen Kanal 38 in Verbindung, welcher
als Sitz für das Ventil dient. Unabhängig davon, ob sie sich in der Ruhestellung
befindet oder durch die Fliehkraft belastet ist, ruht die Kugel 36 nicht auf iI"'
rem Sitz auf. Erst bei einem öldurchtritt von einer bestimmten Menge ab wird die
Kugel mitgeführt und gegen ihren Sitz gedrückt. Der Innenräumdes Gehäuses ist natürlich
durch eine Ölrücklaufleitung mit dem Behälter 3 verbunden.
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Die Schmierölleitung 7 ist unter anderem über eine Drehdichtung 39
mit einem axialen Kanal 40 verbunden, die in der Gotriebewelle 19 vergeschen ist
und die Aufgabe hat die mit rung der Elemente des nicht dargestellten Wechselgetriebes
sicherzustellen. Eine im wesentlichen radiale Bohrung 41 von verringertem Querschnitt
verbindet die axiale Leitung 40 mit der ringförmigen Aussparung 18. Mit der Leitung
7 sind ausserdem weitere Schmierölleitungen 42 bis 44 verbunden.
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Eine Drosselvorrichtung 45 begrenzt die Ölförderung in die Sclimierölkreisläufe,'
in welchen der Druck durch Drosselorgane 51* 52 und 53 aufrechterhalten wird.
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Die beschriebene Anordnung ermöglicht die Sicherstellung der Schmierung
von zwei Lagern 46 und 47, durch welche die Cotriebewelle 19 in der Hohlwelle 17
gelagert ist und welche sich zu beiden Sei ei der ringförmigen Aussparung 18 befinden.
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Natürlich ist das Spiel, welches die Durchlässigkeit der Lager bestimmt,
so festgelegt, daß die Wirkungsweise des Hydrozylinders 8 durch unerwünschte grössere
Leckverluste nicht gestört wird.
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Der Verteiler 6 kann durch ein beliebiges von Iland bedienbares oder
selbsttätig arbeitendes Steuerorgan betätigt erdenc welches Steuerorgan von mechanischer,
elektromagnetischer, pneumatischer oder hydraulischer Art sein kann. In der einen
der beiden Stellungen des Verteilers steht die Zufuhrleitung 9 mit der Förderleitung
4 der Pumpe 1 in Verbindung, in der anderen Stellung jedoch mit einer-Leitung 48
zur Rückführung zum Behälter 3.
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Die Wirkungsweise der vorangehend beschriebenen Vorrichtung ist wie
folgt: wenn sich der Verteiler 6 in der in Fig. 1 dargestellten Stellung befindet,
steht die Zufuhrleitung 9 mit dem Behälter 3 über die Leitung 48 in Verbindung.
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Der Schmierölkreislauf speist daher lediglich die Kammer 21 des llydrosylinders
8 über die Leitungen 7 und 4Q die Dohrung 41, die Aussparung 18 und die öffnung
26.
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Der dann in der Kammer 31 herrschende Druck P1 hat in diesem Falle
einen Wert, der niedriger als derjenige ist, welcher zur Oberwindung der Wirkung
der Feder 30 notwendig ist. Die Kugel 36 wird durch den Arbeitsdruck des Hydrozylinders
nicht gegen ihren Sitz angedrückt und unter der Wirkung der Fliehkraft wird sie
nach aussen verlagert, d.h. zum Umfang der Ausnehmung 35.
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Der Druck P2 des Schmierölkreislaufs, der von dem Druck der Pumpe,
der Drosselvorrichtung 45 und der Durchlässigkeit der Lager 46 und 47 abhängt, übt
in der Kammer 21, doren aktive Fläche sich zwischen der Rippe 28 und der Bohrung
des Kolbens befindet, eine Kraft aus, die geringer als die Kraft der Rückstellfeder
30 ist.
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Nach Fig. 1 wird der Druck P1 auf einem verhältnismässig niedrigen
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durch die Wirkung der Drosselung gehalten, welche durch die Rippen 28 und 29 gebildet
wird, zwischen denen der Durchtrittsquerschnitt von den Drücken P1 und P3 und von
der Gegenfeder 30 abhängt, wobei der Druck P3 der in der Kammer 21 ausserhalb der
Rippen 28 und 29 herrschende Druck ist.
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Die öffnung 38 ist groß bemessen, damit der Druck P3 im Bereich niedriger
Drücke trotz einer Störung der Förderung bleibt, welche durch eine Zunahme des Druckes
P2 hervorgerufen wird.
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Im ganzen gesehen verhält sich die Anordnung wie ein Regler mit direkter
Wirkung, dessen Drosselorgan durch die Rippen 28 -und 29 gebildet wird.
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Die Kräfte, welche auf den Kolben wirken, sind daher für Störungen
des Druckes P2 im Regelbereich wenig empfindlich.
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Im Falle einer Druckerhöhung verlagert sich der Kolben 22 sehr wenig
nach rechts und gibt den Durchlaß zwischen den Rippen 28 und 29 £rei,;wodurch der
Wert des Druckes P1 durch eine Oberlaufwirkung verringert wird.
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Das Öl gelangt sodann durch die öffnung 38, deren Querschnitt so vorgesehen
ist, daß nur ein geringer Druckverlust entsteht (geringer als derjenige, der zum
Schliessen des Kugelventils notwendig ist), so daß dr Kolben 22 eine Gleici'gewichtsstellung
findet.
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Zur Stcuerung der Betfegung des Kolbens 22 wird der Verteiler 6 so
betätigt, daß die Förderleitung 4 mit der Zufuhrleitung 9 in Verbindung gebracht
wird. Das Arbeitsmittel teilt seinen Druck über den Kanal 16, die ringförmige Aussparung
18, die öffnung 26, die Kammer 21 des Zylinders und den Durchlaß zwischen den Rippen
28 und 29 der Kugel 36 des Ventils mit.
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Der, Druck des Arb eitsmittels @@@@ wrend der Obergangsdrehzahl
eine
Fördermenge hervor, die am Sitz der öffnung 38 einen Druckunterschied erzeugt, der
zum Schliessen des Ventils durch die Kugel 36 ausreicht.
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Der Druck baut sich dann in der Kammer zwischen den Flächen 25 und
27 des Bodens der Glocke und des Kolbens auf, was eine VerlageYung des Kolbens 22
zur Folge hat.
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Da dem Arbeitsmittel die Leitung 9, der Kanal 16, die Aussparung 18
und die mit Ül gefüllte Ringkammer 21 zur Verfübung steht, ist die Ansprechzeit
des Hydrozylinders kürzer als diejenige der Hydrozylinder nach der. bekannten Duform
trotz des Umstandes, daß ein Teil des Arbeitsmittels von der Aussparung 18 zur Leitung
7 über die Bohrung 41, den axialen Kanal 40 und die Drelldichtung 39 umläuft.
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Die Verlorene Fördermenge ist sehr gering, da der Querschnitt der
Bohrung 41 sehr klein ist und der Druckunterschied april schen P1 und P2 verhältnismässig
niedrig bleibt.
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Die Bohrung 41 kann sehr klein sein, ohne daß dies der guten Wirkungsweise
des Mechanismus schadet, da die Schmierung ferner durch das Arbeitsmittel bei der
Betätigung des lIydrozylinders sichergestellt wird.
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Bei den Bauformen mit gleichachsigen Wellen sieht man sich oft veranlaßt,
den Ülkreislauf zur Betätigung eines Hydrozylinders über eine Ringkammer zu leiten,
die an ihre Enden durch Lager abgeschlossen ist, wie z.B. durch die in Fig. 1 mit
46 und 47 bezeichneten Lager. Es ist in diese Falle unerläßlich, eine ölzufuhr zur
Schmierung dieser Lager während der Betriebsperiode vorzusehen, während welcher
der Hydrozylinder nicht unter Druck steht.
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Die Erfindung hat bei dieser Anwendungsform den Vorteil,
daß
der Schmierbldruck durch die Drosselung des Ülaustritts mittels der Rippen 28 und
29 aufrechterhalten bleibt.
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Ferner hat sie den Vorteil, daß sie keine wesentlichc Brhöhung der
Herstellungskosten verursacht, da die Hauptelemente bereits zusammengebaut sind
(mit Ausnahme des Kolbens, dessen Gestehungspreis von demjenigen des herkömmlichen
Kolbens wenig verschieden ist).
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Die Erfindung hat ausserdem noch den Vorteil, daß sie die Bedeutung
des Schmierölkreislaufs verringert, welcher, da er ständig in Betrieb ist, die Fördermenge
erhöht, die erfordersich istt um die Gesamtbelieferung des Kreislaufs sicherzustellen.
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Dies ermöglicht daher den Bau einer Pumpe von geringerem Raumbedarf
und geringeren Kosten sowie eine Herabsetzung der Energieverluste, wolcho für den
Wirkungsgrad nacllteiw* sind und damit der Temperatur der Gesamtanordnung.
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Innerhalb des Rahmens der Brfindung können verschiedene Abänderungen
vorgesehen werden, wie beispielsweise in Fig. 2 und 3 dargestellt, in welchen das
in der Glocke 20 befindliche Kugelventil durch ein Scheibenventil oder eine Federlamelle
49 ersetzt ist, das bzw. die am Kolben vorgesehen ist. Fig. 2 zeigt ein Ventil,
dessen Steuerung selbsttätig durch den Uldruck erfolgt, wobei der Kolben jedoch
mit einer Rippe 28 versehen ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind die Rippen
28 und 29 weggelassen und durch ein federbelastetes Ventil 50 ersetzt, das zwangsläufig
durch den Rückhub des Kolbens 22 betätigt wird. Am Hubende des Kolbens bowirkt das
Andrücken der Feder 50 gegen die Fläche 25 der Kammer 21 das Schliessen der Uffnunig
38 durch die Lamelle 49.
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Patentansprüche :