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Selbsttätig schaltendes Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge
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Die Erfindung betrifft ein selbsttätig schaltendes Wechselgetriebe
für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Derartige h7e-hselgetriebe, auch als automatische Getriebe bekannt,
sind beispielsweise in der DE-AS 12 57 596 oder der DE-PS 12 48 686 beschrienen.
Die Getriebeschaltungen für die selbsttätigen Obersetzungsänderungen erfolgen mittels
einer hydraulischen Steuereinrichtung, die unter anderem zumindest ein Schaltventil
mit einem mit Steuernuten versehenen Schaltschieber aufweist. Durch auf die Stirnseiten
des Schaltschiebers wirkende Steuerdrücke wird dieser verschoben und leitet dabei
unter Arbeitsdruck stehendes Hydraulikfluid zu den entsprechenden Servomotoren,
welche Kupplungen oder Bremsen im mechanischen Teil des Getriebes betätigen.
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Die Ubersetzungs-umschaltpunkte werden durch auf den Schaltschieber
wirkende Steuerdrücke bestimmt, die gegeneinander wirken. Überwiegt der fahrgeschwindigkeitsproportionale
Steuerdruck, so wird der betreffen" Schaltschieber in eine Hochschaltstellung verschoben,
während bei überwiegendem lastabhängigen Steuerdruck der Schaltschieber eine einem
Herunterschalten in die nächstniedrigere Übersetzungsstvnfe entsprechende Stellung
einnimmt.
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Die Steuerdrücke und der Schaltschieber sind so abgestimmt, daß bei
starker Last der Brennkraftmaschine (weit durchgetretenes Gaspedal) erst bei hohen
Drehzahlen der Brennkraftmaschine in die nächsthöhere Übersetzungsstufe geschaltet
wird, während bei einer niedrigen Last bereits relativ früh (mittlere Drehzahl der
Brennkraftmaschine) nochgeschaltet wird. Das Gleiche gilt im umgekehrten Sinne für
die Rückschaltpunkte. Diese auf Leistung abgestimmte Steuerung des Getriebes ermöglicht
es nicht, des Kraftfahrzeug annährend in der Übersetzungsstufe bezogen zur Momentangeschwindigkeit
zu betriben, in der die Brennkraftmaschine entsprechend deren Verbrauchskenmfeld
den günstigsten Brennstoffverbrauch aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Wechselgetriebe mit
möglichst einfachen Mitteln derart auszubilden, daß wahlweise ein auf Leistung oder
ein auf geringen Brennstoffverbrauch bezogener Fahrbetrieb möglichst ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentansprüche 1 gelöst. Durch auf den Schaltschieber einwirkende Mittel, diese
können mechanisch, hydraulisch oder elektrisch ausgeführt sein, können die Schaltpunkte
des Schaltschiabers weitgehend unabhängig von der Last der Brennkraftmaschine auf
einen günstigen Brennstoffverbrauch bzw. einen wirtschaftlichen Fahrbetrieb entsprechende
Werte verschoben werden. Die Mittel werden willkürlich aktiviert, beispielsweise
mittels eines am Armaturenbrett des Kraftfahrzeuges angeordneten Schalters oder
über den Gangwählhebel. Der Schalter kann beispielsweise von einer Schaltstellung
"W" für leistungsbezogenen Fahrbetrieb in eine Schaltstellung "W" für wirtschaftlichen
Fahrbetrieb
und umgekehrt geschaltet werden. Sollte beispielsweise aufgrund einer kritischen
Verkehrssituation ein schnelles Beschleunigen des Kraftfahrzeuges während des wirtschaftlichen
lahrketriebes notwendig sein, so kann der Fahrer die bei den gattungsgemäßen Getrieben
übliche Kick-Down-Einrichtung aktivieren, die ggf. ein sofortiges Herunterschalten
in eine niedrigere Übersetzungsstufe gewährleistet. Es ist aber auch möglich, den
Lastbereich für wirtschaftlichen Fahrbetrieb einzuengen und bereits im nahen Vo
stbereich das Getriebe automatisch wieder auf leistungsbezogenen Fahrbetrieb umzuschalten
(z. B. durch Abfragen der Gaspedalstellung).
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Gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 4 kann vorteilhaft der
auf die Schaltschieber wirkende Steuerdruck verändert werden, wodurch in elnfachster
Weise ein frühes Hochschalten in die jweils nächste Übersetzungsstufe unabhängig
von der Last der Brennkraftmaschine erzielt wird. Zur Verwirklichung der Merkmale
des Patentanspruches 2 ist keine Änderung innerhalb des Wechselgetriebes bzw.
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dessen hydraulischer Steuereinrichtung erforderlich. Zudem ist eine
einfache Nachrüstung bereits gebauter Wechselgetriebe möglich.
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Falls der Arbeitsdruck der hydraulischen Steuereinrichtung abhängig
von dem lastabhängigen Steuerdruck geregelt ist, um die Servomotoren für die kupplungen
und Bremsen lastabhängig zu betätigen, empfielt sich die Anwendung der Merkmale
des Patentanspruches 4. Dementsprechend wird mittels eines Druckminderventiles nur
der auf die Schaltschieber wirkende Steuerdruck verändert.
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Anstelle des lastabhängigen Steuerdruckes oder zusätzlich dazu kann
auch eine Änderung des geschwindigkeitsproportionalen Steuerdruckes
gemäß
Patentanspruch 5 von Vorteil sein. Ggf. könne dadurch bei einem bestimmten Getriebetyp
aufgrund der baulichen oder funktionellen Gegebenheiten ein verringerter Bauaufwand
oder e verbesserte Funktion verwirklicht werden.
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Aus ähnlichen Gründen kann auch eine Lösung gemäß den Merkmalen des
Patentanspruches 6 zweckmäßig sein. Der Anschlag fü die Feder kann z B. hydraulisch,
elektromagnetisch oder mittels eine durch einen Seilzug verstellbaren Exzenter oder
Nocken verändert erden.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
und mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt
in Fig. 1 einen Schaltschieber und einen Steuerdrucks<nieber einer hydraulischen
Steuereinrichtung gemäß der Erfindung mit einer Exzenterverstellung, Fig. 2 einen
Schaltschieber und einen Steuerdruckschieber mit einem erfindungsgemäß dazwischengeschalteten
Druckminderventil, Fig. 3 einen Schaltschieber und ein Handwählventil mit Vorrichtungen
zum Verändern der auf den Schaltschieber wirkenden Federkraft und Fig. 4 einen Schaltschieber
und einen geschwindigkeitsproportionalen Druckregler mit einem dazwischengeschalteten,
elektromagnetisch absperrbaren Abströmkanal
In Fig. 1 ist teilweise
die hydraulische Steuereinrichtung eines selbsttätig schaltenden Wechselgetriebes
für Kraftfahrzeuge dargestellt Bezüglich des allgemeinen Aufbaues sowie der Funktion
eines solchen Getriebes wird beispielsweise auf die eingangs genannten Druckschriften
Bezug genommen.
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Mit 2 ist ein Schaltschieber bezeichnet, der als Teils eines Schaltventiles
4 in einem Schiebergehäuse 6 verschiebbar gelagert ist. Der Schaltschi.eber 2 ist
mit Steuerbunden versehen, die die Zuführung bzw. Ableitung von unter Arbeitsdruck
stehendem Hydraulikfluid zu bzw. vor. den Servomotoren für die nicht dargestellten
Kupplungen und Bremsen zur Einschaltung der jeweiligen Übersetzungsstufen steuern.
Der Schaltschieber 2 aktiviert in seiner linken Einstellungen eine höhere Übersetzungsstufe
und in seiner rechten Einstellung eine niedrigere Übersetzungsstufe. Auf die linke
Stirnseite des Schaltschiebers 2 wirkt eine am Schiebergehäuse 6 abgestützte Schraubenfeder
8, die den Schaltschieber 2 in eine der niedrigen Übersetzungsstufe entsprechende
Stellung vor spannt.
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In den linken Ringraum 10 des Schaltventiles 4 mündet eine Leitung
12, die mit einem Ringraum 14 eines einen Steuerdruckschieber 16 aufnehmenden Steuerdruckventiles
18 verbunden ist. Eine Steuerkante 20 des Steuerdruckschiebers 16 überstreicht die
Mündungsöffnung einer Leitung 22, an der der Arbeits- bzw. Hauptdruck anliegt. Der
Steuerdruckschieber 16 wird durch eine Feder 24 in seine linke Endstellung vorgespannt.
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Der Steuerdruckschieber 16 ist an einem Hebel 26 angelenkt, welcher
in einer Scheibe 28 über einen Bolzen 30 versc-;wnkbar gelagert ist. Der Bolzen
30 ist exzentrisch in der Scheibe 28 befestigt. Die Scheibe 28 ist in einer an dem
Schiebergehäuse 6 befestigten Konsole 32 drehbar aufgenommen und kann über einen
angeformten Hebel 34, ein zug- und drucksteifes Kabel 36 und einen beispielsweise
am Armaturenbrett des Kraftfahrzeuges angeordneten 6 Schaltknopf 38 willkürlich
verdreht werden.
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Der Hebel 26 ist über einen Seilzug 40 mit dem Gaspedal 42 bzw..
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einem Gasgestänge 44 verbunden. Mit dem Durchtreten dos Gaspedales
42 bzw. der Lastzunahme der Brennkraftmaschine wird der Hebel 26 verschwenkt und
der Steuerdruckschieber 16 auf der Zeichnung nach rechts verschoben. Dabei steuert
die Steuerkante 20 die Leitung 22 auf, wodurch der Steuerdruck im Ringraum 14, der
Leitung 12 und dem Ringraum 10 zunimmt. Der lastabhängige Steuerdruck steigt somit
mit dem Durchtreten des Gaspedales 42 an.
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Mit der Leitung 22 ist ein Druckregler 46 verbunden, der über eine
Leitung 48 die rechte Stirnseite des Schaltschiebers 2 it einem fahrgeschwindigkeitsproportionalen
Steuerdruck beaufschlagt. Der Druckregler 46 kann in bekannter Weise nach Art eines
Fliehkraftregler arbeiten und mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit einen zunehmenden
Steuerdruck liefern.
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Zunächst-sei die Funktion der beschriebenen Steuereinrichtung in der
Stellung "N" des Schaltknopfes 38 bzw. in der gezeichneten Stellung beschrieben.
Der in der Fig. 1 nicht gezeichnete Wählhebel des Getriebes sei in der Stellung
"D" für selbsttätigen Schaltbetrieb. Durch die Kraft der Feder 10 befindet sich
der Schaltschieber 2 in seiner rechten Endstellung, wodurch eine niedrigere Ühersetzungsstufe
geschaltet ist. Wird nun das Kraftfah?-zeug durch Durchtreten des Gaspedales 42
beschleunigt, so steigen einerseits der lastabhängige Steuerdruck sowie andererseits
mit der Geschwindigkeitszunahme der fahrgeschwindigkeitsabhängige Steuerdruck an.
Wird das Gaspedal 42 nur gering durchgetreten, so überwiegt relativ früh der fahrgeschwindigkeitsabhängige
Steuerdruck auf der rechten Stirnseite des Schaltschiebers 2 und dieser wird nach
links verschoben bzw. eine höhere Übersetzungsstufe geschaltet.
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Bei weic durchgetretenem Gaspedal und damit entsprechend höherem lastabhängigen
Steuerdruck wird erst bei einer relativ hohen Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw.
der entsprechenden. Fahrgeschwindig-, keit der Umschaltpunkt erreicht, bei dem der
fahrgeschwindigkeitsabhängige e teuerdruck überwiegt.
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Aufgrund dieser Abstimmung ist es nicht möglich, das Kraftfahrzeug
zur Erzielung eines brennstoffsparenden Betriebes mit weit durchgetretenem Gaspedal
und einer relativ geringen Drehzahl der Brennkraftmaschine in der höheren Übersetzungsstufe
zu betreiben, da dies aufgrund des dann überwiegenden lastabhängigen Steuerdruckes
automatisch zu einem Herunterschalten in die niedrigere Ubersetzungsstufe führen
würde.
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Wird der Schaltknopf 38 in die Stellung "W" für wirtschaftlichen Fahrbetrieb
verschoben, so wird der Hebel 34 bzw. die Scheibe 28 in die gestrichelt dargestellte
Position verstellt, wodurch der exzentrisch gelagerte Bolzen 30 des Hebels 26 von
dem Steuerdruckschieber 16 weggeschwenkt wird. Daraus resultiert eine Verkürzung
des von dem Zugseil 40 überspannten Weges bzw. ein Leerweg, der den Steuerdruckschieber
16 von der Gaspedalbetätigung entkoppelt. Dementsprechend steigt beim Durchtreten
der; Gaspedales 42 der nunmehr lastunabhängige Steuerdruck nicht an untl dpr Schaltschieber
2 wird bereits bei relativ niedrigen Drehahln der Brennkraftmaschine durch den geschwindigkeitsabhängigen
,t-uerdruck nach links verschoben und schaltet die höhere Ubersetzun»3sstufe ein.
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Diese höhere Übersetzungsstufe bleibt auch beim Zuriicknehmen des
Gaspedales 42 bis zu relativ niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine eingeschaltet.
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Ist eine plötzliche starke Beschleunigung des Kraftfahrzeuges bei
einem hohen Leistungsniveau erforderlich, so kann die Bedienungsperson durch volles
Durchtreten des Gaspedales 42 in die sog. Kick-Down-Position eine sofortige Rückschaltung
über nicht dargestellte, bekannte Steuerelemente erzwingen.
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Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Gleiche Teile sind mit gleichem Bezugszeichen versehen.
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In der Fig. 2 erfolgt keine Entkopplung des Steuerdruckschiebers 16,
so daß ein lastabhängiger Steuerdruck beispielsweise für die
Regelung
eines lastabhängigen Arbeitsdruckes für die Servomotoren der Kupplungen und Bremsen
des Wechselgetriebes vorliegt. Stromab einer entsprechenden Abzweigung 5O ist in
die Leitung 12' ein elektromagnetisch betätigtes Druckminderventil 52 und ein das
Druckminderventil umgehendes Rückschlagventil 54 eingeschaltet.
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Das elektromagnetische Druckminderventil 52 wird über einen bistabilen
Unterbrecherschalter 56 und einen in seiner Funktion herkömmlichen Zündschalter
58 angesteuert. Der Unterbrecherschalter 56 kann beispielsweise am Armaturenbrett
des Kraftfahrzeuges angeordnet sein und mittels eines Schaltknopfes 60 betätigt
werden. Im stromlosen Zustand wird der Ventilkolben 62 des Druckminderventiles 52
durch die Kraft einer Feder 64 gegen den korrespondierenden Ventilsitz gespannt
und bewirkt stromab des Druckminderventiles eine Absenkung des Steuerdruckes, welche
ein frühzeitiges Hochschalten in eine höhere Übersetzungsstufe wie im Ausführungsbeispiel
der Fig. 1 bewirkt.
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Wird der Unterbrecherschalter 56 über den Schaltknopf 60 in seine
geschlossene Position bewegt (bei geschlossenem Zündschalter 58), wo wird der Ventilkolben
62 angezogen und der Ringraum 10 an der linken Stirnseite des Schaltschiebers 2
mit dem vollen, lastabhängigen Steuerdruck beaufschlagt.Die Umschaltpunkte zwischen
den Übersetzungsstufen erfolgen somit wieder abhängig von der Last bzw.
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der Stellung des Gaspedales 42.
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Zwei weiter- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Fig. 3
dargestellt. Die an der linken Stirnseite des Schaltschiebers 2 angeordnete Schraubenfeder
8 stützt sich gehäuseseitig an einer verschiebbaren
Anschlagscheibe
66 ab. Auf die Anschlagscheibe 66 wirkt ein das Schiebergehäuse 6 durchdringender
Stift 68, an dem ein auf einer Achse 70 befestigter Nocken 72 anläuft. Der Nocken
72 kann mittels einem an der Achse 70 festgelegten Hebel 74, dem Kabel 36 und dem
Schaltknopf 38 in zwei Positionen verstellt werden. Durch diese Verstellung kann
die Anschlagscheibe 66 innerhalb des Schaltventiles 4 von einer linken Endstellung
mit einer schwächeren Vorspannkraft der Schraubenfeder 8 in eine rechte Endstellung
mit einer höheren Vorspannkraft verschoben werden. In der rechten Endstellung wird
zugleich eine zweite, axial kürzere Schraubenfeder 76 zugeschaltet, welche auf einem
Bereich 78 geringeren Durchmessers des Schaltschiebers 2 aufgeschoben ist.
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In der Stellung für leistungsbezogenen Fahrbetrieb "N" (rechte End-Stellung
der Anschlagscheibe 66) ist die zusätzliche Schraubenfeder 76 zugeschaltet. Die
Vorspannkraft der beiden Schraubenfedern 8, 76 ist mit dem lastabhängigen Steuerdruck
des Steuerdruckventiles 18 so abgestimmt, daß die Umschaltpunkte abhängig von der
Last der Brennkraftmaschine bei höheren oder niedrigeren Drehzahlen liegen.
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Im wirtschaftlichen Fahrbetrieb "W" (linke Endstellung der Anschlagscheibe
66) wird die Gesamtvorspannkraft der Schrauben£edern durch Entkopplung der Schraubenfeder
76 vermindert, wodurch der fahrgeschwindigkeitsabhängige Steuerdruck frühzeitig
überwiegt und unabhängig von der Last der Brennkraftmaschine bereits bei niedrigen
Drehzahlen ein Hochschalten durch Verschieben des Schaltschiebers 2 auf der Zeichnung
nach links bewirkt.
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Die Verstellung der Anschlagscheibe 66 kann - wie der Fig. 3 entnehmbar
ist - auch hydraulisch erfolgen. Dazu ist in einem bei dem beschriebenen Wechselgetriebe
üblichen Handwählventil 80 in dessen Ventilschieber 82 eine zusätzliche Steuernut
84 eingearbeitet. Der Ventilschieber 82 kann mittels eines Schalthebels 86 in die
Schaltstellungen P, R, N, DW, D, 2, 1 verschoben werden.
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In den Vorwärtsgang-Schaltstellungen D, 2, 1 ist die Steuernut 8 mit
der unter Arbeitsdruck stehenden Leitung 22 verbunden, so daß Hydraulikfluid über
einen Kanal 88 an die dem Schaltschieber 2"abgewandte Stirnseite der Anschlagscheibe
66 im Schaltventil 4 geleitet wird. Die Anschlagscheibe 86 wird dementsprechend
nach rechts gedrückt, bis eine Ringschulter 90 des-Stiftes 68 am Schiebergehäuse
zur Anlage kommt.
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In der Schaltstellung DW hingegen ist die Steuernut 82 mit einem drucklosen
Rücklaufkanal 92 verbunden, wodurch die Anschlagscheibe 66 die linke Endstellung:
für wirtschaftlichen Fahrbetrieb einnimmt. Es versteht sich, daß bei einer hydraulischen
Betätigung der Anschlagscheibe 66 der Nocken 72 nebst dessen Betätigungselemente
entfallen kann.
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Die Fig. 4 schließlich zeigt eine Ausführung, bei der der auf die
rechte Stirnseite des Schaltschiebers 2 des Schaltventiles 4 einwirkende fahrseschwindigkeitsabhängige
Steuerdruck zur Erzielung eines wirtschaftlichen Fahrbetriebes willkürlich verändert
wird.
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Dazu zweigt von der den Regler 46 mit dem Schaltschieber 2 verbindenden
Leitung 48 ein Abströmkanal 94 kalibrierten Querschnittes ab, der mittels eines
handelsüblichen Elektro-Magnetventiles 96 absperrbar ist. Das Magnetventil 96 kann
wie im AuJfnhrungsbeispiel der Fig. 2 mit dem Unterbrecherschalter 56 bzw. dem Schaltknopf
60 und über den Zündschalter 58 gesteuert werden.
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In der Stellung "N" des Schaltknopfes 60 ist der Unterbrecherschalter
56 geschlossen. Das Magnetventil 96 steht dementsprechend unter Strom und öffnet
den Abströmkanal 94 zum drucklosen Rücklaufsystem der Steuereinrichtung. Damit wird
der in der Leitung 4R anstehende Steuerdruck entsprechend abgesenkt. Es versteht
sich, daß der lastabhängige Steuerdruck und die Vorspannkraft der Schraubenfeder
8 entsprechend dieser Druckreduzierung abgestimmt sein müssen, um die leistungsbezogenen
Umschaltpunkte wie beschrieben zu gewährleisten.
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In der Stellung "W" des Schaltknopfes 60 ist das Magnetventil 96 stromlos
und der Abströmkanal 94 abgesperrt. Nun liegt der volle, vom Regler 46 eingestellte
Steuerdruck an der rechten Stirnseite des Schaltschiebers 2 an und überwiegt bereits
frühzeitig den auf einen reduzierten fahrgeschwindigkeitsabhängigen Steuerdruck
abgestimmten, lastabhängigen Steuerdruck, wodurch wiederum ein wirtschaftlicher
Fahrbetrieb erzielt wird.
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Es versteht sich, daß die Erfindung auch auf gattungsgemäße Wechselgetriebe
mit mehreren Schaltventilen anwendbar ist. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele
dienen lediglich zur Erläuterung der mit den Patentansprüchen gekennzeichneten Erfindung.