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Bremseinrichtung für einen Antrieb mit einer Strömungskupplung und
einem Wechselgetriebe; insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich
auf eine Bremseinrichtung für einen Antrieb mit einer Strömungskupplung (einschließlich
Wandler) und einem Wechselgetriebe, von welchem ein Teil der Gänge einen Antrieb
über die Strömungskupplung und ein anderer Teil einen Antrieb unter Umgehung der
Strömungskupplung vermittelt, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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Es sind Getriebe bekannt, deren Strömungskupplung durch eine Reibungskupplung
überbrückbar ist, während das mechanische Getriebe lediglich ein in den Abtrieb
eingeschaltetes Zusatzgetriebe für Vor- und Rückwärtsfahrt bildet, ohne Pumpen-
und Turbinenrad des Wandlers mit verschiedenen Drehzahlen antreiben zu können. In
der Bremsstellung werden dabei Pumpen- und Turbinenrad starr miteinander gekuppelt
und mit der gleichen Drehzahl angetrieben, während das Leitrad festgebremst wird.
Der Föttinger-Antrieb verwandelt sich somit in eine Strömungsbremse mit feststehendem
Bremsrad.
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Auch ist schon eine Getriebekonstruktion mit einem als Planetengetriebe
ausgebildeten Ausgleichsgetriebe bekannt, das über zwei freie Getriebeglieder
(Zahnräder)
eine Leistungsverzweigung auf zwei sich in ein bestimmtes .Gleichgewicht zueinander
einstellende Antriebsstränge vermittelt und dadurch eine zum Bremsen des Fahrzeuges
benutzbare Drehzahldifferenz ebenfalls ausschließt. Vielmehr ist jede beliebige
Drehzahldifferenz möglich, ohne daß dadurch der Antrieb gesperrt würde. Die Drehzahl
des Antriebs bestimmt sich hierbei je nach den durch das Planetengetriebe gegebenen
Übersetzungsverhältnissen durch die Drehzahldifferenz der Zahnräder.
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Andere Einrichtungen mit Wandler verwenden letzteren durch Stillsetzen
des Leitrades als Flüssigkeitswirbelbremse. Auch hier ist wie bei den zuvor genannten
Getrieben ein zusätzlicher technischer Aufwand erforderlich. Außerdem ist die Erzielung
einer Bremswirkung an das Vorhandensein eines Wandlers gebunden. Ein Bremsen mittels
einer Strömungskupplung ist nicht vorgesehen.
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Die Erfindung soll eine einfache und wirksame Bremsung eines solchen
Antriebes ermöglichen und besteht im wesentlichen darin, daß je eine einen Antrieb
über die Strömungskupplung vermittelnde Gangstufe und eine hiervon verschiedene,
normalerweise unabhängig von der ersten Gangstufe zur Erzielung einer anderen Übersetzung
einschaltbare, einen zwangläufigen Antrieb unter Umgehung der Strömungskupplung
vermittelnde Gangstufe gleichzeitig einschaltbar sind, derart, daß Pumpen- und Turbinenrad
der Strömungskupplung zwangläufig mit Drehzahlunterschied angetrieben werden. Die
Bremswirkung kommt in diesem Fall dadurch zustande, daß Primär- und Sekundärseite
der Strömungskupplung zwangläufig vom Abtrieb her mit verschiedenen Drehzahlen angetrieben
werden und dadurch in der Kupplung bzw. dem Wandler Energie vernichtet wird. Ein
besonderes, sich gegen einen feststehenden Teil abstützendes Bremsglied ist nicht
erforderlich, wie überhaupt - abgesehen von den Betätigungsorganen - besondere Bremsorgane
für die Bremsung erspart werden, da die zur Bremsung herangezogenen umlaufenden
Teile gleichzeitig als Getriebeteile zur Erzielung verschiedener Gangstufen dienen.
Gleichzeitig ist eine hohe Bremswirkung bei weichem, elastischem Bremsen erzielbar.
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Gegenüber der üblichen Verwendung des Motors als Bremse weist eine
Bremseinrichtung nach der Erfindung des weiteren den Vorteil auf, daß trotz hoher
Bremsleistung der Motor eine niedrige Drehzahl beibehält, wodurch auch die Geräuschbelästigung
durch den Motor und die mechanische Beanspruchung desselben verringert wird.
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Da ferner das Drehzahlverhältnis infolge der Getriebekinematik während
des Bremsens konstant bleibt, arbeitet die hydraulische Kupplung mit gleichbleibendem
Schlupf und damit gleichbleibendem Wirkungsgrad.
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Zur Bremsung können benachbarte oder auch auseinander liegende Gänge
verwendet werden. Je größer das relative Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden
Gängen ist, ein um so größeres Bremsmoment kann erzielt werden. Zur Regelung der
Bremswirkung kann die Strömungskupplung selbst herangezogen-weiden, beispielsweise
durch Änderung ihrer Füllung (z. B. durch Anordnung von Schöpfrohren) oder durch
Konstanthalten des inneren Druckes der hydraulischen Einheit, durch verstellbare
Schaufeln, axiale Verschiebung der Kupplung od. dgl. Da das Bremsmoment des Motors
in ein Antriebsmoment umgekehrt werden kann, ist die hydraulische Bremsung auch
über das Leistungsregelglied des Motors in einem gewissen Bereich regelbar.
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Die Erfindung bezieht sich des weiteren auf eine für die Bremsung
besonders geeignete Ausgestaltung der hydraulischen Kupplung (bzw. des hydraulischen
Wandlers).
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung noch näher erläutert. Im einzelnen
zeigt Fig. 1 die schematische Darstellung eines für eine hydraulische Bremsung gemäß
der Erfindung ausgebildeten Getriebes, Fig. 2 ein Beispiel eines Bremsdiagramms,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für die Bremsbetätigungsvorrichtung bei einer Gangschaltung
mittels Hilfskraft, und zwar in Bremsstellung, Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4
der Fig. 3, Fig.5 einen entsprechenden Teilschnitt in Betriebsstellung und Fig.
6 ein Schema für eine Bremsregelung.
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In Fig. 1 ist 110 die Motorwelle, welche die Primärhälfte 111 der
Strömungskupplung antreibt. Die Sekundärhälfte 112 ist über eine Hohlwelle 113 mit
den Zahnrädern 114, 115 der konstanten Übersetzung eines Wechselgetriebes 116 verbunden,
von welchem der Einfachheit halber lediglich ein Zahnradpaar 117, 118 der Gangübersetzung
dargestellt ist; hierbei ist das Zahnrad 117 durch eine z. B. hydraulisch geschaltete
Lamellenkupplung 119 mit der Vorgelegewelle 122 kuppelbar, während das Zahnrad 118
fest auf der Getriebehauptwelle i2o angeordnet ist. Letztere ist durch eine Direktkupplung
121 unmittelbar mit der Motorwelle i io kuppelbar Durch gleichzeitiges Einrücken
der beiden Kupplungen iig und 121 kann nun die Abtriebswelle i2o bzw. das Fahrzeug
abgebremst werden. Das Bremsmoment setzt sich hierbei zusammen aus dem Bremsmoment
des Motors und dem Bremsmoment der hydraulischen Kupplung (bzw. des hydraulischen
Wandlers). so ergibt sich, da die Abtriebswelle über den einen eingeschalteten Gang
ein um das Übersetzungsverhältnis i erhöhtes Moment zum Antrieb der hy-
| Ist |
| MB = Bremsmoment, |
| M"= = Motormoment, |
| HK = Kupplungsmoment, |
| i = relatives Übersetzungsverhältnis zwi- |
| schen den beiden eingeschalteten Gängen, |
| nm = Motordrehzahl, |
| Dx = Kupplungsdurchmesser, |
| k = Kupplungsfaktor |
| als Funktion des Schlupfes, |
draulischen 'Kupplung liefert, von der Kupplung selbst jedoch nur
das einfache Moment zurückerhält, folgende Beziehung:
schaltbar i In Fig. 2 ist das Bremsmoment MB über der Motordrehzahl aufgetragen.
Die Kurve a gibt hierbei ein Bremsmoment wieder, welches bei normaler Verwendung
des Motors als Bremse in einem ird. der unteren Gänge, z. B. im 2. Gang, erzeugt
Dieses Bremsmoment steigt etwa linear mit der Drehzahl des Motors an.
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Im Gegensatz hierzu weist das Bremsmoment, welches bei der hydraulischen
Bremsung bei einer Bremsvorrichtung nach der Erfindung mittels zweier eingeschalteter
Gänge erzeugt wird, einen entsprechend der obigen Formel im wesentlichen parabolischen
Verlauf auf, wobei beispielsweise bo den Verlauf des Bremsmomentes bei gleichzeitig
eingeschaltetem 3. und 4 Gang ohne Motorschleppleistung und b den Verlauf eines
entsprechenden Bremsmomentes mit Motorschleppleistung darstellt. Der Bremsverlauf
ähnelt bei niedriger Drehzahl demjenigen der Kurve a, steigt aber bei höheren Drehzahlen
schnell über die Werte dieser Kurve.
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Da sich das Bremsmoment aus dem Bremsmoment des Motors und dem Bremsmoment
der hydraulischen Kupplung zusammensetzt, wobei das Bremsmoment des Motors durch
Betätigung des Leistungsregelgliedes (Gashebels) in ein Antriebsmoment umgekehrt
werden kann, ist die hydraulische Bremsung über das Leistungsregelglied des Motors
in einem gwissen Bereich regelbar. Durch die Kurve c ist das bei Vollgas das Antriebsmoment
übersteigende Bremsmoment dargestellt. Wie aus dieser Kurve hervorgeht, bleibt im
unteren Dreh-Strömungskupplung zahlbereich bei Motorvollgas ein Antriebsmoment übrig,
welches bei einer bestimmten Drehzahl n1 gleich Null wird. Von da ab tritt auch
bei Vollgas eine Fahrzeugbremsung ein (also Bremsmoment Antriebsmoment).
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Wie die Kurve d zeigt, wird ferner die Brem- 12 sung noch wirksamer,
wenn gleichzeitig 13
zwei auseinander liegende Gänge, z. B. der 2. und 13
4. Gang, geschaltet werden. Infolge der mit einer Q Bremsvorrichtung nach der Erfindung
erreichbaren 16, Bremswirkung ist es z. B. auch möglich, auf den 18, 2. oder auch
I. Gang als Bremsgang zu verzichten.
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Der 2. Gang kann infolgedessen auch finit einem Freilauf ausgerüstet
werden, was wiederum zur 4 Schalterleichterung beiträgt. 21 4 Mit Rücksicht auf
die hohen Bremsmomente, welche gegebenenfalls von der hydraulischen Kupplung bzw.
dem Wandler aufzunehmen sind, ist die bzw. der Wandler entsprechend zu und gegebenenfalls
in besonderer Weise als Bremselement auszubilden, vor allem dann, wenn eine ausschließlich
hydraulische Bremsung durch die Kupplung bzw. den Wandler vorgesehen ist 24, 9 und
zu diesem Zweck zwei auseinander liegende Gänge, z. B. der 4 und 2. Gang, gleichzeitig
sind. Eine Regelurig der Leistungsaufnahme, z. B. durch Füllungsänderung od. dgl.,
ist hierbei in der Regel unumgänglich. Um den Einsatz der hydraulischen Bremse weich
zu gestalten, kann auch der Anpreßdruck der Kupplung von der Abtriebdrehzahl her
geregelt oder durch -gleichzeitige Betätigung des Regelorgans des Motors die Bremswirkung
beim Einsatz der Bremse vorübergehend vermindert werden.
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Um den k-Faktor der Kupplung bei schiebendem Fahrzeug je nach der
Soll-Lage-der Bremslinie zu vergrößern oder zu verkleinern, rönnen besondere Vorkehrungen,
z. B. ein unsymmetrischer Aufbau der Kupplung od. dgl., getroffen werden.
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Zweckmäßig ist ferner ein besonderer Wärmetauscher vorzusehen, der
die beim Bremsen in der Kupplung (bzw. dem Wandler) in Wärme umgesetzte Leistung
an die Außenluft oder zur sonstigen Ausnutzung, z. B. zur Beheizung des Fahrzeuginnern,
abgibt bzw. abgeben kann.
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Zweckmäßig sind kraftschlüssige Kupplungen zum Schalten der einzelnen
Gänge anzuordnen. Doch ist die Erfindung auch bei klauengeschalteten Getrieben anwendbar,
wobei jedoch zu einer weichen Einschaltung der Strömungskupplung bzw. des Wandlers
als Bremse mindestens eine der beiden gleichzeitig geschalteten Gangkupplungen kraftschlüssig
ausgebildet sein sollte.
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Es kann unter Umständen von Vorteil sein, eine Vorrichtung (Kupplung)
vorzusehen, um den Motor vom Getriebe zu trennen, insbesondere dann, wenn der Motor
bei zu kleinen Drehzahlen nicht mehr rund läuft.
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In Fig. 3 und q. ist ein Beispiel einer Schaltvorrichtung für eine
solche als Bremse zu betätigende Strömungskupplung schematisch dargestellt. Hierbei
ist io ein Drehschieber für die Schaltung der einzelnen Gänge und z r ein Drehschieber
zur Umaus der Anschaltung der triebsstellung in die Bremsstellung.
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Eine von einer beliebigen Druckquelle, z. B. einer Pumpe, gelieferte
Druckflüssigkeit, welche auch die die Strömungskupplung füllende Flüssigeiner keit
sein kann, wird durch eine Leitung Ringnut im Zylinder rq. des Gangschaltschiebers
aus gelangt das zo zugeleitet. Von der Ringnut uerbohrungen r5 in eine Längsboh-Drucköl
über von der aus vier in Umfangsrichtung verrung 19 und 2o nach setzte Radialbohrungen
y, außen führen und je nach der Drehlage des Schaltschiebers io nacheinander mit
den Leitungen 2Z, 22, 23 und 2 in Verbindung gebracht werden können.
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Die Leitungen bis 2 führen zum Zylinder 25 des Umschaltschiebers i
i, wobei den Einmündungsstellungen dieser Leitungen gegenüber weitere Leitungen
26, 27, 28 und 29 vom Zylinder 25 abzweigen und zu den Gangkupplungen I bis IV der
einzelnen Gänge eines viergängigen Wechselgetriebes führen. Die einander gegenüberliegenden
Leitungen, also 21, 26 bzw. 22, 27 bzw. 23, 28 bzw. 2 stehen hierbei normalerweise,
d. h. in Betriebsstellung des Umschaltschiebers z i gemäß Fig. 5, je miteinander
in Verbindung.
Des weiteren ist die- Ringnut 13 -im Zylinder 14
durch eine Leitung 3 mit einer Ringnut 32 im Umschaltschieber i verbunden. Die Ringnut
32 steht durch Querbohrungen 33 mit einer Längsbohrung 34 im Umschaltschieber 11
in Verbindung, an welche sich zwei Radialbohrungen 35 und 36 anschließen, die in
der Ebene der Leitungen 27, 29 für den 2. und 4. Gang liegen, in der normalen Betriebsstellung
des Umschaltschiebers 11 gemäß Fig. 5 jedoch von diesen Leitungen abgesperrt sind.
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Befindet sich der Umschaltschieber 11 in der Lage nach Fig. 5, so
werden die Leitungen für die einzelnen Gänge durch den Umschaltschieber 11 nicht
unterbrochen. Die Schaltung der Gänge erfolgt daher ausschließlich durch Verdrehen
des Schaltschiebers 10, z. B. willkürlich vom Fahrersitz aus oder auch automatisch
in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit od. dgl. In der gezeichneten Stellung
des Schaltschiebers io würde beispielsweise der 1. Gang über 12, 13, 15, 16, 17,
21, 30, 26 geschaltet sein.
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Soll auf Bremsstellung umgeschaltet werden, so wird der Umschaltschieber
z 11 aus der Lage nach Fig. 5 in die Lage nach Fig.4 bzw.. 3 verstellt. Hierdurch
wird die Verbindung zwischen den Leitungen 21 -bis 24 einerseits und den Leitungen
26 bis 29 andererseits unterbrochen und gleichzeitig eine Verbindung von 12 über
13, 15, 31, 33, 34 zu den Radialbohrungen 35> 36 und damit zu den Leitungen 27 und
29 für die Kupplungen des 2. und 4. Ganges hergestellt, so daß nunmehr gleichzeitig,
unabhängig davon, welcher Gang zuvor eingeschaltet war, der 2. und 4. Gang eingerückt
und damit die Strömungskupplung auf Bremswirkung umgeschaltet wird.
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Das Schaltglied für den Umschaltschieber 11 kann zweckmäßig neben
dem Schaltglied für den Gangschaltschieber 10 am Spritzbrett oder an der Lenksäule
angeordnet sein. Mit dem Umschaltschieber ii kann ferner ein Regelschieber für die
Regelung der Strömungskupplung, z. B. durch Änderung der Füllung, verbunden sein,
z. B. derart, daß mit einem einzigen Hebel einerseits die Umschaltung von Betriebsstellung
auf Bremsstellung und andererseits die Regelung der Bremswirkung vorgenommen werden
kann.
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Gegebenenfalls kann das Bremsen mittels der hydraulischen Kupplung
auch vom Schalthebel des Getriebes aus erfolgen, indem in einer besonderen Stellung
desselben gleichzeitig die beiden zum Bremsen vorgesehenen Gänge eingeschaltet werden.
Am einfachsten läßt sich dieses z. B. bei Verwendung einer Hilfskraft pneumatischer,
hydraulischer oder elektrischer Art oder z. B. mittels einer Schaltwalze erreichen,
welche die einzelnen Gänge durch Nocken steuert. Auch kann gegebenenfalls eine wahlweise
Bremsung mit zwei nahe beieinander liegenden und zwei weiter auseinander liegenden
Gängen vorgesehen sein.
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Des weiteren ist es möglich, eine Regelung der Bremswirkung gemäß
einer wählbaren Fahrgeschwindigkeit durch ein von der Abtriebswelle her angetriebens
Regelglied vornehmen zu lassen. Die Bremswirkung kann selbsttätig. aufgehoben werden,
wenn die gewählte Fahrgeschwindigkeit erreicht ist.
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Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines Schemas für eine solche Bremsregelung.
Ein z. B. zur Verstellung des Steuerschiebers i i dienender Hebel 40 kann z. B.
nach Verstellung des Schiebers i i in die Lage nach Fig. 5, bei weiterer Verstellung
in Pfeilrichtung p mittels eines Anschlages 41 einen Hebel 42 mitnehmen, welcher
normalerweise durch eine Feder 43 gegen einen Anschlag qq. gezogen wird. Eine an
den Hebel 42 angeschlossene Stange 45 betätigt einerseits einen Nocken 46, der einen
Schieber 47 verstellt, und andererseits mit Spiel 48 einen Hebel 49, der sich gegen
einen Stößel So abstützt. Der Stößel seinerseits dient zur Abstützung einer Feder
51, die mit ihrem anderen Ende auf einen Steuerschieber 52 wirkt. Der Raum 53 am
unteren Ende desselben ist mit einer Druckflüssigkeit gefüllt, deren Druck sich
mit der Fahrgeschwindigkeit ändert und z: B. von einer von der Abtriebswelle des
Getriebes angetriebenen Pumpe erzeugt wird. Eine Feder 54 im Raum 53 dient zur Unterstützung
dieses Druckes.
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Eine Steuernut 55 im Schieber 52 kann eine Druckleitung 56 mit einer
Leitung 57 verbinden, wenn sich der Schieber in einer oberen Stellung befindet.
Eine weitere Steuernut 58 dient zur Verbindung der aus der Strömungskupplung abführenden
Leitung 59 mit einer Rückleitung 6o, wenn sich der Schieber 52 in einer unteren
Stellung befindet. Eine Steuernut 61 verbindet in der gezeichneten normalen oberen
Stellung des Schiebers 47 eine mit der Druckleitung 56 verbundene Umlaufleitung
62 mit der zur Strömungskupplung führenden Füllleitung 63, während sie in der unteren
Stellung die Leitungen 57 und 63 verbindet.
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Die Wirkungsweise ist folgende: In der gezeichneten Stellung wird
die Strömungskupplung über die Umlaufleitung 62 ständig gefüllt gehalten. Beim Einschalten
zweier Gänge wird daher volle Bremswirkung erzielt, solange die beiden Gänge eingeschaltet
sind. Wird nun der Hebel 40 in Pfeilrichtung -p aus der gezeichneten Lage verstellt,
so wird zunächst der Schieber 47 in seine untere Lage verschoben, wobei die Verbindung
über die Leitung 62 unterbrochen und die Verbindung zwischen 57 und 63 hergestellt
wird. Die Bremswirkung ist nunmehr von der Stellung des Schiebers 52 abhängig, welcher
vom Raum 53 her unter einem von der Fahrgeschwindigkeit abhängigen Druck steht und
andererseits unter dem Druck der Feder 51
steht, die durch die weitere Verstellung
des Hebels 4o unter stärkere Vorspannung gebracht werden kann.
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Bei geringer Spannung der Feder 51 genügt bereits eine relativ
geringe Fahrgeschwindigkeit, um den Steuerschieber 52 nach aufwärts zu verstellen.
Es wird infolgedessen oberhalb dieser Geschwindigkeit die Druckzuleitung 56 über
57 mit 63 verbunden werden, also volle Bremsung eingestellt werden. Die Fahrgeschwindigkeit
muß also bis zu diesem relativ geringen Wert absinken, bevor die
Feder
5l den Schieber 52 nach abwärts verstellen und damit die Entleerungsleitung 59 der
Ströinungskupplung über 58 mit der Rückleitung 6o verbinden kann, die Bremswirkung
also ganz oder teilweise aufgehoben wird. Wird der Hebel 4o weiter in Richtung p
verstellt und damit die Feder 51 auf höhere Vorspannung gebracht, beginnt die Aufhebung
der Bremswirkung bereits bei einer höheren Fahrgeschwindigkeit.
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Der Nocken 46 ist zweckmäßig derart ausgebildet, daß er die Verstellung
des Schiebers innerhalb des Spiels 48 bewirkt, hernach jedoch den Schieber in der
verstellten Lage beläßt. Der Schieber 11 bleibt z. B. während der Verstellung des
Hebels 40 in Pfeilrichtung p über die gezeichnete Lage hinaus in der Stellung nach
Fig. 5.
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Die Abhängigkeit der Bremswirkung von einer vorzuwählenden Fahrgeschwindigkeit
läßt sich auch auf beliebig andere Weise erzielen.
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Die Ansprüche 2, 3 und 11 sind reine Unteransprüche und gelten lediglich
in Verbindung mit dem Hauptanspruch.