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Hilfseinrichtung für eine Schaltvorrichtung einer Kraftübertragung,
insbesondere für. Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich-auf eine Hilfseinrichtung
für eine Schaltvorrichtung einer Kraftübertragung, die aus einem Turbowan#dler und
einem mechanischen Wechselgetriebe besteht. Dabei besitzt das Turbinenrad des Turbowandlers
eine für den normalen Betrieb dienende Schauflung, die zwecks Unterbrechung des
Antriebs verstellbar ist, sowie eine beim Verstellen der normalen Schauflung in
dem hydraulischen Kreislauf wirksam werdende Leerlaufschauflung, die ein geringes
Rückwärtsdrehmoment ergibt. Das Turbinenrad kann als Ganzes verschiebbar sein, oder
es können Schaufeln desselben für sich verschoben oder verdreht werden. Die Einrichtung
ist insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmt.
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Nach der Erfindung ist eine Steuerung vorge g ; ;ehen, durch
welche einerseits bei Beginn einer Umschaltung im Wechselgetriebe die Turbinenschauflung
in die Leerlaufstellung gebracht und andererseits die Turbinenschauflung, wenn eine
langsamer als die Gegenhälfte laufende antriebsseiti.ge Hälfte einer Sch-altkupplung
einzurücken ist, vor dem Einrücken dieser Kupplung in die Einrückstellung gebracht,
dagegen, wenn eine schneller als die Gegenhälfte laufende antriebsseitige Hälfte
einer Schaltkupplung einzurücken ist, erst nach oder während des Einrückens dieser
Kupplung in die Einrückstellung gebracht wird.
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Eine derartige Steuerung, wie sie insbesondere bei auf Schienen laufenden
Kraftfahrzeugen (Schienentriebwaggen, Motorlokomotiven, usw.) angewandt wird, ermöglicht
eine besonders einfach-,-Betriebsweisel bei welch-er die Schauflung des Turbinenrades
während des normalenBetriebs stets
in eingerücktem Zustand verbleiben
kann. Durch die bei Beginn des Umschaltens von einer Gangstufe im Wechselgetriebe
auf die andere vorgesehene Umstellung derTurbinenschauflung in die Leerlaufstellung.ist
der Drehmomentwechsel in den Schaltkupplungen stets gesichert, im Gegensatz zu der
Betriebsweise, bei welcher die, Turbinenschauflung auch während des normalen Betriebs,
wenn also keine Umschaltung erfolgt, in die Ausrückstellung gebracht werden kann,
so daß in einem derartigen Fall zumDrehmornentwechsel erst die normale Betriebsschauflung
des Turbinenrades eingerückt und dann sofort wieder ausgerückt werden muß.
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Die Steuerung nach der Erfindung wird zweckmäßigerweise von dem Hubweg
der Schaltkolben bzw. der Schaltkupplungen abhängig gemacht.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Hilfseinrichtung
nach der Erfindung schematisch, größtenteils im Schnitt, wiedergegeben. Dieses zeigt
eine Schaltvorrichtung für ein Wechselgetriebe und einen Turbowandler eines Kraftfahrzeugs.
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Es bedeutet i einen Turbowandler mit dem -Pumpenra-d 2 und dem Turbinenrad
3 sowie der Antriebswelle 4 und der angetriebenen Welle 5. 6 ist der
Kernraum des Turbowandlers, in welchen das Turbinenrad 3 hinein verschoben
werden kann. 11 ist die normale Betriebsschauflung, 12 eine weitere Schauflung
des Turbinenrades 3, welche Leerlauf bzw. ein kleines Rückwärtsdrehmoment
ergibt und für gewöhnlich außerhalb des hydraulischen Kreislaufs steht.
7 ist ein mit der angetriebenen Welle 5
verbundener Deckel,
8 ein ebenfalls mit dieser verbundener Scheibenkolben, über dem der mit dein
Turbinenrad 3 verbundene Zylinder 9 verschiebbar ist. Der Zylinder
9 besitzt an seinem äußeren Umfang eine Klauenverzahnung io, welche in einer
entsprechenden Gegenverzahnung an dem Deckel 7.
verschiebbar ist.
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13 ist ein das linke Ende der Welle 5 umgebendes Steuergehäuse,
in welchem Ringnuten 17 und 18 angebracht sind. 15 und 16 sind axial verlaufende
Kanäle in der Welle 5, welche in die Räume des Zylinders 9 Links und
rechts von dem Kolben 8
münden und durch Querbohrungen ig und :2o in der Welle
5 Verbindung mit den Ringnuten 17 und 18 in dem Gehäuse 13 herstellen.
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21 und 51 sind zwei Schaltzylinder eines hinter dem Turbowandler i
angeordneten als vierstufig angenommenen Wechselgetriebes, das durch die Welle
5 angetrieben wird. Es können auch mehrstufige Wechselgetriebe und entsprechend
mehr Schaltzylinder in der gezeigten Weise angeordnet sein. :22 und 23 sowie
52 und 53 sind Druckmittelzuleitungen zu den Innenräumen der Zylinder 21,
51- Mit:24 und 54 sind in den Zylindern 21 und 51 verschiebbare Kolben bezeichnet.
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Die Kolbenstangen 25 bzw. 55 besitzen Eindrehungen
2,6, 27, 2,8,:29 bzw. 56, 57, 58, 59. 30 und 6o sind Schalthebel,
durch welche Wechselkupptungen innerhalb des Wechselgetriebes bewegt werden. 31
ist ein Schlitz in dem Hebel 30, in dem sich der Kopf einer Stange
32 bewegt, an welcher ein kleiner Schieber 33 angeordnet ist, der
sich in dem an dem Zylinder.2i angeordneten Gehäuse 34 verschieben kann. Durch einen
Kanal 35 stehen die Innenräume des Zylinders 21 und des Gehäuses 34 miteinänder
inVerbindung. Der Schieber 33 besitzt einen Längskanal 36, an den
sich zwei Querkanäle 37, 38 anschließen. 39 ist ein Ringkanal an dem
Schieber 33. Die den Teilen 31 bis 39 an dem Schaltzylinder :21 entsprechenden
Teile an dem Schaltzylinder 51 sind mit 61 bis 69 bezeichnet.
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Die Endstücke &r Hebel 30 und 6o besitzen in den Eindrehungen40
und 7o der Kolbenstange2-5 und 5 5 ein gewisses Spiel, so daß ein Leergang
der Kolbenstangen gegenüber den Hebeln möglich ist. 43, 44 und 45 sind Verbindungsöffnungen
nach außerhalb. 46 und 48 sind Verbindungsleitungen zwischen dem Zylinder 2 1 und
dem Zylinder 5 1, 47 ist eine Verbindung zwischen dem Schiebergehäuse 34
und dem Schiebergehäuse 64. 73 ist eine an das Schiebergehäuse 64 anschließende,
74 und 75 sind an den Zylinder 51 anschließende Verbindungsleitungen, welche
an dem Schiebergehäuse 8o münden. In dem Schiebergehäuse 8o sind zwei Schieber 81
und 82, verschiebbar angeordnet, zwischen denen eine Feder 83 sich
befindet. 84 ist ein kleiner Druckkolben. 85 und 86 sind Eindrehungen
an den Schiebern 8 1 und 82. 87, 88, 89
sind -Verbindungsöffnungen
mit außerhalb. go ist eine Druckleitung, welche sich in die an dem Gehäuse 8o mündenden
Zweigleitungen 9 1 und 92, sowie eine weitere Zweigleitung 93 teilt.
94 und gs sind an dem Gehäuse 8o anschließende Verbindungsleitungen. Die Leitungen
93, 94, 95 münden an dem Gehäuse ioo, in dem sich ein Schieber ioi
befindet. io2 ist eine Eindrehung.an dem Schieber ioi, 103
eine Längsbohrung
desselben, an welche sich zwei Querkanäle 104, io5 anschließen. io6 ist eine oberhalb
des Schiebers ioi vorgesehene Druckfe-der. 107, io8 sind Verbindungsleitungen
zwischen dem Gehäuse ioo und dem Schiebergehäuse 13-In der Abbildung ist das Turbinenrad
3 des Turbowandlers i in eingerückte m Zustand wiedergegeben, d. h.
die normale Betriebsschauf lung i i in den hydraulischen Kreislauf eingeschoben.
Der Kolben 24 des Schaltzylinders 21 steht in seiner oberen, der Kolben
55 des Schaltzylinders 51 in seiner unteren Endstellung. In diesen Stellungen
sind bestimmte Gänge im Wechselgetriebe eingeschaltet. Bei einerVerschiebung eines
der Kolben 24 oder 54 nach unten wird eine Schaltkupplung eingerückt, deren antriebsseitige
Kupplungshälfte schneller als die Gegenhälfte läuft, während bei einer Verschiebung
eines dieser Kolben nach oben eine Kupplung tingerückt wird, deren antriebsseitige
Kupplungshälfte langsamer läuft als die Gegenhälfte. Durch eine nicht dargestellte
Steuereinrichtung bekannter Art kann die Druckmittelzufuhr zu denLeitungen 22,
23, 52, 53 entsprechend den einzlischaltenden Gängen gesteuert werden. In
den-gezeigten Stellungen wird durch die Leitungen z# 23 und 5 2 Druckmittel
einerseits unter den Kolben 24, andererseits über den Kolben 54 geleitet. Der Raum
über Kolben 24 sowie unter Kolben 54
ist in den gezeigten Stellungen
durch die Stenerung mit außerhalb verbunden, also drucklos. Die K--)lben 24 und
54 werden also durch das Druckmittel in den gezeigten Endstellungen gehalten.
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Während des normalen Betriebs mit eingerückter Schauflung i i des
Turbinenrades, solange also keine Schaltung erfolgt, sind bei den gezeigten Stellungen
der Schaltkolben die Leitungen 73, 74, 75, wie aus derAbbildung ersichtlich,
mit außerhalb verbunden, z. B. die Leitung 73 über 67, 66, 47,
38, 36, 44, die Leitung 74 über 56, 46, :27, 45. Oberhalb des Schiebers
81 und unterhalb des Schiebers 81 und unterhalb des Schiebers 82 herrscht
also kein Druck. Die Schieber 81 und 82 werden deshalb durch die Feder
83 in ihrer oberen bzw. ihrer unteren Endstellung gehalten. Das durch die
Leitungen gi und 92 geführte Druckmittel ist durch die beiden Schieber an der Weiterleitung
verhindert. Die Leitungen 94 und 95 sind durch die Eindrehungen
85 und 86 und die Leitungen 87 und 88 mit außerhalb
verbunden, so daß oberhalb und unterhalb des Schiebers ioi keinDruckmitteldruck
vorhanden ist, der Schieber ioi also durch die Feder io6 in seiner unteren En#dstellung
gehalten ist. Das von der Leitung 93 zugeleitete Druckmittel gelangt durch
die Eindrehung io2 des Schiebers ioi in die Leitung io8 und von dort durch die Eindrehung
18 und die Kanäle :2o und 16 in der Welle 5 in den Raum des Zylinders
9 rechts vom Kolben 8. Der Zylinder 9 wird dadurch in seiner
rechten Endstellung und damit das Turbinenrad 3 ebenfalls in der rechten
Endstellung gehalten, in welcher die Schauflung ii in den hydraulischen Kreislauf
eingerückt ist.
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Wenn nun eine Umschaltung vorgenommen werden soll, bei welcher der
Kolben 54 nach oben verschoben und der Hebel 6o dadurch nach oben umgelegt werden
muß, wird die Leitung 52 durch eine nicht besonders dargestellte Steuerung
bekannterArt drucklos gemacht, dagegen der Leitung 53 Druckmittel zugeführt.
Der Kolben 54 geht dadurch zunächst so weit nach oben, daß die Eindrehung
58 der Kolbenstange 55 die Verbindung zwischen dem unterhalb des Kolbens
54 gelegenen Raum des Zylinders 51 und der Leitung 75 herstellt. Die Leitung
48 wird gegenüber der Eindrehung 58 der Kolbenstange 55 abgeschlossen.
Es gelangt nun Druck zu dem Raum des Gehäuses 80
unterhalb des Kolbens 84,
so daß dieser und mit ihm der Schieber 82 in die obere Endstellung verschoben wird.
In dieser Stellung des Schiebers 82
ist die Verbindung zwischen der Leitung
gi und 95
durch die Eindrehung 86 hergestellt. Es gelangt also Druck
züi dem Raum unterhalb des Schiebers ioi. Dieser wird dadurch in seine obere Endstellung
verschoben, in welcher die Leitung io8 über die Kanäle io5 und 103 mit außerhalb
verbunden ist, dagegen die Leitung 107 über die Eindrehung io:2 mit der Druckzuleitung
93 in Verbindung gelangt.
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Dadurch erhält der Raum des Zylinders 9 links von dem Kolben
8 über die Kanäle ig und 15 Druck, so daß der Zylinder 9 und mit ihm
das Turbinenrad 3 in ihre linke Endstellung verschoben werden, in welcher
die normale Schauflung ii des Turbinenrades ausgerückt und statt dieser die Leerlaufschauflung
12 in den hydraulischen Kreislauf eingerückt ist. Sobald also der Kolben 54 sich
ein kleines Stück nach oben bewegt hat, ist auf dem beschriebenen Weg in dem hydraulischen
Wandler Leerlauf eingestellt.
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In der Zwischenzeit hat sich die Kolbenstange 55 so weit nach
oben bewegt, daß das Spiel in der Eindrehung 70 überwunden ist und die Kolbenstange
an dem Hebel 6o angreift. Auf dem weiter-en Weg des Kolbens 54 wird die bisher im
Eingriff gewesene Schaltkupplung im Wechselgetriebe ausgerückt und die Kupplungshälften
der einzurückenden Schaltkupplung aneinander angelegt. In dieser Stellung ödes Kolbens
54 ist die Ringnut 69 des von dem Hebel 6o mitbewegten Schiebers
63 vor die Verbindungsöffnung 65 gelangt. Dadurch gelangt Druckmittel
aus dem Raum des Zylinders 51 unterhalb des Kolbens 54 über die Eindrehung
69 des Schiebers 63 in die Leitung 73 und damit in den Raum
des Gehäuses 8o oberhalb des Schiebers 81.
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Da der Durchmesser des Schiebers 81 größer ist als derjenige des Schiebers
82, ist der auf den Schieber 81 nach unten wirkende Druck größer als der auf den
Schieber 8:2 nach oben wirkende Druck. Der Schieber 81 wird deshalb zusammen
mit dem Schieber 82 nach unten verschoben. Da-durch wird die Verbindung der
Leitung 95 über die Eindrehung 86 mit der Öffnung 88 wiederhergestellt
und der Druckzutritt an der Leitung gi abgeschlossen. Gleichzeitig wird die Öffnung
87 verschlossen und die Leitung 94 durch die Eindrehung 85 des Schiebers
81 mit der Leitung 92 verbunden. Oberhalb des Schiebers ioi entsteht also Druck,
während der Raum unterhalb desselben drucklos wird.
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DerSchieber ioi gelangt dadurch wieder in seine untere Endstellung,
in welcher der Druckzutritt von der Leitung 93 durch die Eindrehung io2 des
Schiebers ioi in die Leitung io8 und von dieser in die Ringnut 18 durch die Kanäle:2o
und 16 in den Raum des Zylinders 9 rechts von dem Kolben 8
freigelegt
wird. Da gleichzeitig der Raum des Zylinders 9 links von dem Kolben
8 auf dem Wege über 15, 19, 17, 107, 104, 103 drucklos gemacht
wird, wird der Zylinder 9 und mit ihm das Turbinenrad 3 nach rechts
verschoben, so daß die Leerlaufschauflung 12 teilweise oder ganz aus dem hydraulischen
Kreislauf herausgeschoben und statt dieser die normale Schauflung ii in den Kreislauf
eingeführt wird. Es wird also nun wieder Leistung auf das Turbinenrad im Vorwärtsdrehsinn
übertragen und dadurch über die Verzahnung io und den Deckel 7 die Welle
5 im Vorwärtssinn angetrieben.
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Dadurch wird die einzurückende Schaltkupplung beschleunigt, so daß
sie beim Überschreiten der Einrückdrehzahl an der Gegenhälfte zum Einrücken kommt,
wobei der Kolben 54 vollends in seine obere Endstellung gelangt und dabei auch den
Schieber 63 so weit nach oben mitnimmt, daß dieser gegenüber der Leitung
73 die gleiche Stellung
einnimmt, welche der Schieber
33 gegenüber der Leitung 47 einnimmt. Die Leitung 73 wird dadurch
über die Kanäle 67 und 66 des Schiebers 63,
die Leitung 47,
die Kanäle 38 und 3,6 des Schiebers 33 sowie die Öffnung 44
mit außerhalb verbunden. Der kaum des Gehäuses 8o oberhalb des Schiebers 81 wird
dadurch drucklos. Der Schieber 81 gelangt in seine obere Endstellung zurück, der
Druckmittelzutritt aus der Leitung 92 wird durch den Schieber 81 verschlossen. Der
Raum in dem Gehäuse ioo oberhalb des Schiebers ioi wird über die Leitung 94, die
Eindrehung 85 des Schiebers 81 und die Öffnung 87 mit außerhalb verbunden,
also drucklos.
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In der oberen Endstellung des Kolbens 54 ist auch der Druckmittelzutritt
nach der Leitung75, welcher vorher aus dem Raum des Zylinders 51 unterhalb des Kolbens
54 über die Eindrehung 98
der Kolbenstange 55 erfolgte, durch die Kolbenstange
versperrt und die Leitung75 über die Eindrehung 59 der Kolbenstange
5 5 und die Leitung 48 sowie die Eindrehung29 der Kolbenstange25 und die
Öffnung43 mit außerhalb verbunden. Es ist also auch kein Druck mehr unterhalb des
Kolbens 84, ebenso auch nicht mehr unterhalb des Schiebers 82- von der Leitung
74 her, da auch diese über 5,6,
4#6, 27, 45 mit auß#,-rhalb verbunden
ist. Der Schieber 8-> gelangt also durch den Druck der Feder 83 in s--,#ine
untere Endstellung, so daß auch der Druchmittelzutritt aus der Leitung gi über die
Leitung 95 unter den Schieber ioi aufgehoben und dieser Raum durch di#eVerbindung
mit der Öffnung 89 drucklos gemacht ist. Sowohl der Schieber 81 als auch
der Schieber 82 und -der Schieber ioi stehen also wieder in den in der Abbildung
gezeigten Stellungen. Da das Turbinenrad in der eingerückten Stellung sich befindet,
kann der Betrieb in der normal-en Weise weitergehen.
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Wenn eine Umschaltung.irn Wechselgetriebe erforderlich ist, bei welcher
einerder Kolben 24 oder 54 aus der oberen in die untereEndstellung gelangt, was
dem Einrücken einer Schaltkupplung entspricht, deren antriebsseitige Hälfte schneller
als die Gegenhälfte läuft, geht der Umschaltvorgang in folgender Weise vor sich:
Es sei angenommen, daß der Kolben 24 durch die Leitung 22 von der nicht gezeigten
Stenervorrichtung Druck zugeführt wird. Der Kolben 24 gelangt dadurch zunächst so
weit nach unten, daß durch die Eindrehung 27 der Kolbenstange 25 Druckmittel
in die Leitung 46 und von dieser über die Eindrehung 56 nach derLeitung 74
gelangt. Dadurch gelangt Druckmittel in den Raum des Gehäuses So unterhalb des Schiebers
82. Dieser wird dadurch in seine ober.-.Endstellungverschoben. Es gelangt Druckmittel
auf dein Wege gi, S'6, 95 unter den Schieber ioi. Dieser wird in seine obere
Endstellung verschoben. Dadurch gelangt Druckmittel aus der Leitung 93 durch
die Eindrehung 102 des Schiebers ioi in die Leitung 107 und damit in den Raum des
Zylinders 9 links von dem Kolben 8. Das Turbinenrad wird in die linke
Eildstellung gebracht, in welcher die Leerlaufschauflung 12 in den Kreislauf eingerückt
ist. Der Antrieb auf die getriebene Welle 5 ist unterbrochen bzw. erhält
diese ein kleines Rückdrehmoment.
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Auf dem weiteren Weg des Kolbens 24 nach unten, wird die bisher in.
Ein-griff gewesene Schaltkupplung ausgerückt und die einzurückenden Schaltkupplungshälften
aneinander angelegt. Der Hebel 30 ist inzwischen so weit nach unten gelangt,
daß der mit ihm verbundene Schieber 33 eine Stellung erreicht hat, in welcher
die Ringnut 39 den Kanal 35 eben überschliffen hat. Dieses Überschleifen
erfolgt so schnell, daß bei dieser Bewegung keine Druckübertragung aus dem Raum
des Zylinders 2-1 unterhalb des Kolbens 24 >durch die Leitung 47 und weiter möglich
ist. Das Turbinenrad bleibt also nach wie vor unter dem Einfluß der beschriebenen
Steuerung in der ausgerückten Stellung stehen. Die Drehzahl der einzurückenden Kupplungshälfte
ist inzwischen soweit abgesunken, daß der Kolben 24 weiter nach unten geht und über
den Hebel 30 die einzurückende Schaltkupplungshälfte in die Endstellung bringt.
Dabei ist der Schieber 33 schließlich in die Stellung gelangt, wie sie für
;den Schieber 63 in der Abbildung gezeigt ist, und in der auf dem Wege 44,
36, 37, 47, 66, 67,
73 der Raum des Gehäuses 8o oberhalb des
Schiebers Si drucklos gehalten wird. Der Schieber 81 bleibt -also nach wie vor in
seiner oberen Endstellung.
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Gleichzeitig ist mit dem Erreichen der unteren Endstellung des Kolbens
2-4 auch die Druckzufuhr über die Eindrehung 2-7 der Kolbenstange
25 in die Leitung 46 und weiter über die Eindrehung 56 der Kolbenstange
55 in die Leitung,74 gesperrt, und diese Räume sind durch die Öffnung 45
mit außerhalb verbunden worden. Dadurch ist der Druck unterhalb des Schiebers
82 verschwunden. Dieser gelangt deshalb unter dem Druck der Feder
83 in die in der Abbildung gezeigte untere Endstellung zurück, in welcher
die Leitung 95 über die Eindrehung 86 und die Öffnung 88 wieder
drucklos gemacht ist, so daß auch der Raumdes Gehäuses ioo unterhalb des Schiebers
ioi drucklos ist und der Schieber ioi durch die Feder io6 wieder in seine untere
Endstellung zurückgeführt wird. Dabei wird die Leitung 107 und damit der Raum des
Zylinders 9
links von dem Kolben 8 durch die Verbindung mit den Kanälen
104 und 103 drucklos, während aus der Leitung 93 durch die Eindrehung io2
des Schiebers ioi der Leitung io8 und damit dem Raum des Zylinders 9 rechts
vom Kolben 8 wieder Druck zugeführt wird. Dadurch gelangt das Turbinenrad
wieder in die in der Abbildung gezeigte normale Betriebsstellung. Der Betrieb kann
also nach der Umschaltung normal weitergehen.
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Wie aus der beschriebenen Wirkungsweise hervorgeht, ergibt sich durch
eine Einrichtung nach der Erfindung eine einfache Betriebsweise derart, daß die
Schauflung -des Turbinenrades stets in, eingerücktem Zustand verbleibt -und nur
bei Beginn einer Umschaltung in die Leerlaufstellung gebracht wird. Da-durch ergibt
sich ohne weiteres der Drehomentwechsel an den Schaltkupplungen in stets gleicherWeise.
DieWiedereinführung der normalen
Turbinenschauflung in den Kreislauf
erfolgt dann entweder vor dem Einrücken der neuen Schaltkupplung oder nach bzw.
während dieses Einrückens, je
nachdem, ob die antriebsseitige Hälfte der einzurückenden
Schaltkupplung langsamer oder schneller als die Gegenhälfte umläuft.