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Verfahren und Vorrichtung zur Schaltung von Wechselgetrieben unter
Verwendung von kraftschlüssig einrückbaren Kupplungen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Schaltung von Wechselgetrieben, bei der kraftschlüssig einrückbare Kupplungen
verwendet werden, insbesondere solche, welche, z. B. an sich bekannte Magnetpulverkupplungen,
ein Losreißen unter Last ohne wesentliche Abnutzung zulassen, wobei die Kupplungen
der einzelnen Gänge derart wirkungsmäßig miteinander verbunden sind, daß die Kupplung
des bisherigen Ganges erst nach dem Einrücken der Kupplung des neuen Ganges ausgerückt
wird.
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Die Erfindung sieht eine Weiterausbildung dieses Schaltverfahrens
dahingehend vor, daß eine ganz besondere Schaltweise beim Übergang von dem einen
auf den anderen Gang gewählt wird, und besteht im wesentlichen darin, daß die Kupplung
des neuen, insbesondere niedrigeren Ganges zunächst nur teilweise unter niedrigem
Kuppeldruck eingerückt wird, bis die Kupplung den bisherigen, insbesondere höheren
Ganges zum Rutschen gebracht wird und in der Kupplung des neuen Ganges etwa Drehzahlgleichheit
eingetreten ist, und daß hierauf die Kupplung des bisherigen Ganges ausgerückt und
die Kupplung des neuen Ganges unter Erhöhung des Kupplungsdruckes voll eingerückt
wird.
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Ein solches Schaltverfahren ermöglicht ein besonders stoßfreies Überschelten
von einem auf den anderen Gang unter gegenseitiger Abstimmung der bisher eingerückten
Kupplung einerseits und der neuen Kupplung andererseits. Vor allen Dingen läßt sich
die sonst schwierige kraftschlüssige Rückschaltung unter Gas leicht und einwandfrei
durchführen. Das Verfahren läßt sich bei Verwendung von Magnetpulverkupplungen besonders
vollkommen erreichen, kann jedoch auch z. B. mit hydraulisch betätigten Reibungskupplungen
erzielt werden. Beispielsweise kann in letzterem Falle die Anordnung derart getroffen
sein, daß der Druck im Leitungssystem der Kupplung des niederen Ganges durch einen
an das Leitungssystem des niederen Ganges angeschlossenen bzw. anschließbaren Aufnehmer
gesteuert wird, welcher zunächst die Kupplungsflüssigkeit unter Einregelung eines
erniedrigten Druckes aufnimmt, bis nach einer bestimmten, durch die Aufnahmefähigkeit
des Aufnehmers bestimmten Zeit der Druck im Leitungssystem des niederen Ganges sich
plötzlich erhöht und dadurch die Kupplung des niederen Ganges unter vollen Druck
setzt, während die Kupplung des höheren Ganges entlastet wird.
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Statt einer hydraulischen kann auch eine pneumatische oder elektrische
Hilfskraft eingesetzt werden; um den Kupplungseingriff zu regeln.
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Zur besseren Verständlichkeit sowie zur Erläuterung der durch das
erfindungsgemäße Schaltverfahren erzielbaren Vorteile sei die Erfindung an Hand
eines nachfolgend im einzelnen beschriebenen Ausführungsbeispiels für eine hydraulische
Schaltung näher erläutert: In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
im Schema dargestellt. Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Skizze zur Erläuterung der
erfindungsgemäßen Schaltung, Fig. 2 ein Schaltschema für zwei Gänge bei eingeschaltetem
höherem (2.) Gang, Fig.3 dasselbe, jedoch in einer Zwischenstellung, wobei der Schalthebel
auf den niederen (1.) Gang gestellt ist und die Schaltkommandos zum Teil ausgeführt
sind, und Fig. 4 dasselbe in der Endstellung bei voll eingeschaltetem niederen (1.)
Gang.
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Fig. 1 zeigt schematisch ein Zweiganggetriebe. Die Antriebswelle a
steht durch die Zahnräder a1, b1 mit der Vorgelegewelle b, die mit dieser durch
die Kupplung K1 (mit den Kupplungshälften b', c') kuppelbare Welle c durch die Zahnräder
c1, dl mit der Abtriebswelle d in Antriebsverbindung. Die Kupplung K2 (mit den Kupplungshälften
d, d') kann die Wellen a und d miteinander kuppeln.
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Nimmt man an, daß die Kupplung K2 des höher Ganges eingeschaltet ist,
so laufen die Wellen a und d gleich schnell um, während die Welle b bzw. die linke
Kupplungshälfte b' der Kupplung K1 langsamer als die Welle c bzw. die rechte Kupplungshälfte
c' der Kupplung K1 umläuft. Beginnt nunmehr die Rückschaltung in den niederen Gang,
indem die beiden Kupplungshälften b', und c' mit zunächst geringem Druck miteinander
gekuppelt werden, wobei
Die Fig. 2 bis 4 zeigen eine beispielsweise
Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltung auf hydraulischem Wege. Der Öldruck für
das Schaltsvstem wird durch eine vom Motor angetriebene Ölpumpe 10 mit Sicherheitsventil
11 geliefert, welche über einen Hauptstrang 12 und Leitungen 13, 14 mit dem Umschaltschieber
U verbunden ist. Dieser besteht aus dem Gehäuse 15 und dem Steuerkolben 16 mit den
Einzelkolben 17, 18, 19, 20, welche die Steuerräume 21, 22, 23, 24, 25 bilden. Bei
23a ist das Gehäuse mit dem Außendruck verbunden. Der Kolben 16 steht unter dem
Einfluß einer Feder 26.
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Der Raum 21 ist über die Leitung 27 mit dem Gangschaltschieber S3
verbunden, dessen Steuerkolben 28 einerseits durch eine Feder 29, deren Spannung
durch einen an das Gaspedalgestänge angeschlossenen Hebel 29a geregelt wird, und
andererseits durch den dem Druck in der Leitung 27a entsprechenden Druck im Raum
30 belastet wird. Der Zylinder des Gangschaltschiebers ist bei 31 an die Leitung
12 und bei 31a an die Außenluft angeschlossen, derart, daß sich unter der Wirkung
der Feder 29 ein von der Stellung der Drosselklappe der Maschine abhängiger Druck
in der Leitung 27 bzw. im Raum 21 einstellt.
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Vom Raum 22 des Umschaltschiebers U führt eine Leitung 33 zum Wechselschieber
W, der aus einem Stufenkolben 34 mit dem kleineren Einzelkolben 35, dem größeren
Einzelkolben 36 und dem Anschlagsstück 37 besteht. Der Stufenkolben 34 steht unter
dem Einfluß einer Feder 38 und bildet die Räume 39, 40, 41. An dem Raum 40 ist über
die Leitung 43 die Kupplung K2 für den höheren Gang angeschlossen.
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An den Steuerraum 23 des Umschaltschiebers ist über eine Leitung 44
und eine Drossel 45 einerseits die Leitung 46, welche zum Raum 41 des Wechselschiebers
W führt, und andererseits die Leitung 47 angeschlossen, welche zum Kolbenraum 48
des Aufnehmers R und zum Schaltschieber S1 führt. Im Aufnehmer R bewegt sich der
Kolben 49, welcher unter der Wirkung einer Feder 50 steht. Letztere ist zweckmäßig
bei flacher Federkennlinie so bemessen, daß sie einen Öldruck bestimmt, der nur
einem Teil des zum vollen Einrücken der Kupplung K1 erforderlichen Druckes entspricht.
Ein Anschlag 50a begrenzt den Hub des Kolbens nach rechts.
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Der Schaltschieber S1 umfaßt einen Steuerkolben 51, welcher die Einzelkolben
52 und 53 aufweist, unter dem Einfluß einer Feder 54 steht und die Räume 55, 56
und 57 bildet. Der Schaltschieber S1 ist über eine Öffnung 58 mit der Leitung 47
und über eine Leitung 59 mit der Kupplung K, des niederen Ganges verbunden. Weiterhin
ist der Raum 57 des Schaltschiebers S1 über eine Leitung 60 mit der Leitung 43 und
damit mit dem Wechselschieber W bzw. der Kupplung K2 verbunden. Ferner ist der Schaltschieber
S1 über eine Leitung 61 an den Hauptstrang 12 angeschlossen.
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Ein Schieber S2 in der vom Hauptstrang 12 zum Raum 55 des Schiebers
S1 führenden Leitung 62, 63 kann durch Verstellen des Steuerkolbens 64 in die Stellung
»Aus« die beiden Leitungsabschnitte 62 und 63 voneinander trennen, indem die Leitung
63 an den Druck Null angeschlossen wird. In den Figuren sind die unter Druck stehenden
Leitungen mit starken Strichen angedeutet.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Fig.
2. Der Wagen fahre z. B. bei teilweise gedrosseltem Motor im höheren (2.) Gang.
Die Pumpe sie vorerst noch rutschen, so wird von der Abtriebsseite, also von der
Welle d her, ein Drehmoment über c und b sowie über die Antriebskonstante b1, a1
nach a geleitet. Die Kupplung K2 ist nun so bemessen, daß sie nur wenig mehr als
das Motormoment übertragen kann. Wird daher in der vorherbeschriebenen Weise über
K1 zusätzlich ein Drehmoment auf K2 geleitet, beginnt auch diese Kupplung allmählich
zu rutschen, indem sich gleichzeitig der Motor beschleunigt, während im gleichen
Maße die Kupplung K1 immer weniger rutschen wird.
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Das Abtriebsmoment an der Welle d hat sich dabei um den Betrag verringert,
der an die Kupplung K1 abgegeben wird, während das Motormoment, welches in das Getriebe
fließt, sich um den Betrag vermindert, um den das von K1 nach K2 weitergegebene
Moment die Übertragungsfähigkeit der Kupplung K2 übersteigt. Dieser Vorgang bleibt,
wenn die Drücke sich nicht ändern, in der beschriebenen Weise so lange bestehen,
bis an der Kupplung K1 wegen der eintretenden Motorbeschleunigung Drehzahlgleichheit
vorhanden ist. In diesem Augenblick ändert sich der Leistungsfluß, indem sich die
vom Motor erzeugte Leistung an der Getriebekonstante entsprechend der Übertragungsfähigkeit
der Kupp-Jung K2 teilt. Das Abtriebsmoment hat sich etwa in der Höhe des höheren
Ganges gehalten und wechselt auf die Größe des niederen Ganges erst dann über, wenn
K2 gelöst wird. Wenn man etwas Druck auf die Kupplung K1 gibt, schaltet das Getriebe
selbsttätig von K2 auf K1 um, so daß es nur noch notwendig ist, die Kupplung K2
nach einer gewissen Zeit zu lösen. Voraussetzung für eine zweckmäßige Verwirklichung
dieser Rückschaltart ist allerdings eine Kupplung K2, welche ohne Schwierigkeit
ohne Last losgerissen werden kann. Da die bisher bekannten Reibungskupplungen in
dieser Beziehung vielfach versagen, werden vorteilhaft andere Kupplungsarten, wie
beispielsweise Magnetpulverkupplungen verwendet, die eine solche Schaltung zulassen.
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Ist ik das Übersetzungsverhältnis der Konstante a1/b1 und ig das Übersetzungsverhältnis
der Gangräder c1/d1, so ist die Größe des Motormomentes während der Schaltung: Ma
= Mk2 - ik ₧ Mkl, Solange die Kupplung K1 nicht betätigt ist, wird das Moment
1 in der Kupplung K2 übertragen. In dem Augenblick aber, in dem K1 eingekuppelt
wird, steht unter der Voraussetzung, daß die maximale Größe von Kupplung K2 gegeben
ist, ein Teil des Moto:rinomentes zum Beschleunigen des Motors zur Verfügung. Man
hat es also in der Hand, durch die Wahl von Mkl die Schnelligkeit des Gangwechsels
zu bestimmen, doch ergibt sich aus der Gleichung für das Antriebsmoment an der Abtriebswelle
d Md - Mk 2 - Mk 1/2ä1 daß man über ein bestimmtes Maß von
Alk i nicht gehen darf, wenn Md nicht negativ und das Fahrzeug nicht gebremst
werden soll, da Mk2 gegeben ist. Wenn an der Kupplung K2 durch die Drehzahlsteigerungen
des Motors Drehzahlgleichheit herrscht, bestehen folgende Beziehungen:
10 fördert das Drucköl in die Hauptleitung 12, von welcher die
Leitungen 13 und 14 zum Umschaltschieber U abzweigen. Der Steuerkolben 16 befindet
sich unter der Wirkung der Feder 26, welche von dem von der Fahrgeschwindigkeit
abhängigen Druck der Pumpe 32a unterstützt wird, in seiner tiefsten Stellung, da
der Druckraum 21 unter verhältnismäßig geringem Druck steht. Das Öl fließt über
Leitung 13, Raum 22, Leitung 33 in den Raum 39 und beaufschlagt dort die Kolbenfläche
35a des Stufenkolbens 34, wodurch dieser gegen die Wirkung der Feder 38 nach rechts
verschoben wird. Gleichzeitig fließt das Druckmittel aus der Hauptleitung 12 über
Raum 40 und Leitung 43 zur Kupplung K2 des höheren Ganges und hält dadurch diese
eingerückt. Der im Raum 40 wirkende Druck unterstützt hierbei den Druck im Raum
39 mit der Differenzkolbenfläche 36a-35b. Gleichzeitig erhält der Raum 57 des Schaltschiebers
S1 über die Leitung 60 Druck, so daß dieser mit Unterstützung durch die Feder 54
den Kolben 51 nach links drückt und dadurch die Leitung 61 absperrt. Vom Hauptstrang
12 fließt das Druckmittel ferner durch die Leitungen 62 und 63 in den Raum 55, in
welchem es die Kolbenfläche 52a des Kolbens 51 beaufschlagt, jedoch den durch Federdruck
unterstützten Druck im Raum 57 nicht überwinden kann. Der höhere Gang (K2) bleibt
somit eingeschaltet, während die Kupplung K 1 für den niederen Gang über die Leitungen
47 und 44 bei 23a an den Außendruck angeschlossen, also ausgerückt ist.
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Fig.3. Wird die Umschaltung auf den niederen Gang eingeleitet, z.
B. dadurch, daß die Drosselklappe der Maschine weiter geöffnet und die Feder 29
stärker vorgespannt wird, so wird infolge des auf die Kolbenfläche 17a wirkenden
höheren Druckes im Raum 21 der Steuerkolben 16 des Umschaltschiebers U entgegen
dem auf die Kolbenfläche 20a wirkenden Druck bzw. entgegen der Kraft der Feder 26
in seine obere Endstellung verstellt. Infolgedessen wird der Raum 39 des Wechselschiebers
W über Leitung 33, Raum 22 und Öffnung 23a entleert, so daß der auf die Kolbenfläche
35a des Wechselschiebers W wirkende Druck auf Null sinkt. Abzweigend aus dem Hauptstrang
12 gelangt des weiteren Druckmittel durch Leitung 14, Raum 23; Leitung 44 zur Drossel
45, wo es sich auf die Leitungen 46 und 47 verteilt. Von der Leitung 47 strömt es
einerseits über 58, 51 und 59 zur Kupplung K1 des niederen Ganges und andererseits
zum Raum 48 des Aufnehmers R. Der Druck an der Kupplung K1 ist hierbei anfänglich
sehr niedrig, da ein größter Teil des Druckmittels zunächst bei geringem Gegendruck
der Feder 50 in den Aufnehmer R fließt und dabei den Kolben 49 unter Spannung der
Feder 50 und hierbei leicht zunehmendem Druck des Druckmittels nach rechts schiebt.
Derselbe Druck pflanzt sich ferner über Leitung 47 und 46 in den Raum 41 bzw. auf
die Kolbenseite 36b des Wechselschiebers W fort. Da der Druck im Raum 40 (und damit
auch in der Kupplung K2) in voller Stärke erhalten bleibt, wird auch durch den Druck
auf die große Fläche 36a des Stufenkolbens 34 dieser zunächst noch entgegen der
Federkraft 38 und dem Flüssigkeitsdruck auf die Fläche 36b in seiner rechten Endlage
gehalten.
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Durch den Druck im Raum 57 bleibt auch der Schieber S1 in seiner bisherigen
linken Endlage.
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Die in der Leitung 44 angeordnete Drossel 45 ist zweckmäßig derart
ausgebildet, daß sie einen in Füllrichtung stärkeren, in Entleerungsrichtung geringeren
Widerstand aufweist. Sie hat die Aufgabe, einerseits beim Unterdrucksetzen der Leitung
44 ein fühlbares Absinken des Druckes im Hauptraum 12 und damit ein Sinken des Kupplungsdruckes
der Kupplung K2 zu verhüten und andererseits die Füllungszeit der Kupplung K1 in
Zusammenarbeit mit dem Aufnehmer R zu steuern.
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Fig. 4. Der Kolben 49 des Aufnehmers R ist ganz nach rechts gegangen
und zum Anliegen am Anschlag 50a gebracht worden. Dadurch steigt der Druck im Aufnehmer
auf den vollen Netzdruck der Leitung 12 an, der sich über den Raum 56 des Schaltschiebers
S1 auf die Kupplung K1 überträgt und infolgedessen diese unter den vollen Kupplungsdruck
setzt. Zugleich steigt auch der auf die Kolbenfläche 36b des Differentialkolbens
34 wirkende Druck, so daß er im Verein mit der Feder 38 den auf die Flächen 36a-35b
wirkenden Differentialdruck überwiegt und den Kolben 34 nach links verschiebt. Hierdurch
wird der Hauptstrang 12 durch den Kolbenteil 36 abgesperrt und gleichzeitig die
Leitung 43 bei 40a an den Druck 0 gelegt, die Kupplung K2 des höheren Ganges wird
drucklos und ausgerückt. Gleichzeitig wird auch der über die Leitung 60 mit 43 verbundene
Raum 57 drucklos, so daß der auf die Kolbenfläche 52a wirkende Druck den Kolben
51 entgegen der Feder 54 nach rechts verschiebt. Dadurch wird die Leitung 59 der
Kupplung K1 von der Leitung 58 abgesperrt und unmittelbar mit der Leitung 61 verbunden,
s11 daß die Kupplung K1 unmittelbar unter den Netzdruck der Leitung 12 gesetzt wird.
Die Kupplung K1 des niederen Ganges ist daher voll eingerückt, während die Kupplung
K2 des höheren Ganges voll gelöst ist.
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Zum Wiederhochschalten in den höheren Gang wird z. B. der Schieber
S3 wieder vom Federdruck der Feder 29 entlastet (Fig. 2), wodurch der Umschaltschieber
U infolge Druckabfalls in der Leitung 27 mittels der Feder 26 wieder in seine untere
Endlage verstellt wird. Dadurch werden Aufnehmer R, Leitungen 46, 47 und Kolbenraum
41 über die bisherige Druckleitung 44 und über Raum 23 des Umschaltschiebers U bei
23a nach 0 entleert. Der Stufenkolben 34 geht unter dem Einfluß des über 22 und
33 dem Raum 39 zugeführten und auf die Kolbenfläche 35a wirkenden Druckes nach rechts,
wodurch das Druckmittel aus dem Hauptstrang 12 zur Kupplung K2 geleitet wird und
den höheren Gang wieder einschaltet. Gleichzeitig verschiebt das von 43 abzweigende
und auf die Kolbenfläche 53a wirkende Druckmittel den Kolben 51 nach links und verschließt
damit den Zufluß aus der Leitung 61 zur Kupplung K1. Letztere wird somit gelöst,
und zwar erst dann, nachdem K2 voll eingeschaltet ist. Es ist also auch beim Hochschalten
eine ununterbrochene kraftschlüssige Verbindung durch entsprechende Überschneidung
der Kupplungseingriffe gesichert. Der im Raum 25 wirkende, von der Fahrgeschwindigkeit
abhängige Druck bewirkt, daß die Umschaltung auf den niederen Gang um so später
bzw. die Umschaltung auf den höheren Gang um so früher erfolgt - gleichen Druck
im Raum 21 vorausgesetzt -, je höher die Fahrgeschwindigkeit ist.
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Durch Verstellen des Schiebers S2 auf »Aus« wird erreicht, da.ß der
Steuerschieber Si stets in seiner linken Endlage bleibt und die Kupplung K1 nur
über die Leitung 47 ihren Druck erhält.
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Die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich selbstverständlich auch auf
mehr als zwei Getriebegänge anwenden, wobei die Vorgänge zwischen zwei Gängen, also
dem höheren und dem niederen Gang,
jeweils der beschriebenen Wirkungsweise
entsprechen können.