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Vorrichtung zum Schalten der Getriebegänge von Kraftfahrzeug-Wechselgetrieben unter Verwendung von
Wirbelstrom-Kupplungen
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zahnte Rotationskörper, der von dem Hohlzylinder vollständig umschlossen ist, trägt eine oder mehrere in seinen Ausdrehungen ruhende, ringförmige Erregerspulen ; diesen wird der Erregerstrom über Bürsten zugeführt.
Zur Dämpfung des durch den zwischen den Polen des verzahnten Rotationskörpers sowie den Ankerstäben des Hohlzylinders entstehenden verdichteten magnetischen Flusses, der bei Pelativdrehzahl zwischen beiden Teilen durch das Abreissen Schwingungen auslöst, werden etwa 40 lu des Raumes zwischen Hohlzylinder sowie verzahntem Rotationskörper mit weichmagnetischem trockenen Eisenpulver mit einer kugelförmigen Korngrösse von beispielsweise kleiner als 0,06 mm gefüllt. Weiter wird hiedurch in der Stellung, in der sich Zahn- und Ankerstab gegenüberstehen, ein besserer Übergang des Flusses erreicht.
Um ein Eindringen von Öl aus den Lagern in das Eisenpulver zu verhindern, sind die Lagerstellen mittels Simmerringe abgedichtet. Als Stromerzeuger für den Erregerstrom der Ringspulen können an sich bekannte Schwunglichtmagnetzünder, deren in der Lichtwicklung erzeugter Strom gleichgerichet wird, oder Gleichstromlichtmaschinen mit Batterie verwendet werden, deren Strom den Erregerspulen über einen einstellbaren drehzahlabhängigen Schalter (Fliehkraftschalter) zugeführt wird. Zweckmässigerweise sind vor der Erregerspule bzw. vor den Erregerspulen Vorschaltwiderstände angeordnet, welche durch Betätigen des Gaspedals ein-bzw. ausgeschaltet werden können.
Erfindungsgemäss besteht der an dem mit der Getriebewelle (Sekundärwelle) verbundenen Teil der Kupplung angeordnete Kontakt des den drehzahlabhäpgigen Schalter (Fliehkraftscl1a1ter) kurzschliessenden Schalters aus einem Drahtbügel, welcher in seinem oberen Teil klammerartig ausgebildet ist, wobei der eine Klammerschenkel ein Isolierstück trägt. Im unteren Teil sind die beiden Enden halbkreisförmig, einander zugekehrt gebogen und fassen in eine Ausdrehung eines Schleifringes. Der an dem mit dem Antriebsmotor verbundenen Teil der Kupplung angeordnete Kontakt besteht aus einem Bolzen, gegen den sich-je nachdem, welcher von beiden Kupplungsteilen schneller läuft-entweder der blanke oder der isolierte Teil des Drahtbügels anlegt.
Beim Anlegen des blanken Teiles wird der Fliehkraftschalter kurzgeschlossen, so dass die Kupplung wieder in Tätigkeit treten kann ; dies tritt ein, wenn der mit der Sekundärwelle verbundene Kupplungsteil bei Talfahrten schneller läuft als der mit der Primärwelle in Verbindung stehende Kupplungsteil. Liegt dagegen der isolierte Schenkel an, so wird die Kupplung weiterhin durch den drehzahlabhängigen Schalter (Fliehkraftschalter) gesteuert.
In der Bohrung des inneren Kupplungsteiles ist in Fortsetzung der Sekundärwelle ein deckelartiges Mutterstück angeordnet, welches mit seinem umgebördeltenRand ein ebenfalls deckelartiges Isolierstück und den Wulstrand des Schleifringes umfasst. Ferner ist am Wellenstumpf konzentrisch} zum Schleifring ein Kontaktstück angeordnet, das durch einen zwischen beiden liegenden Isolierring sowohl gegen ihn isoliert als auch in ihm gehaltert und befestigt ist ; auch die Anschlussdrähte für die Erregerspule sind durch den Isolierstoffring einerseits am Schleifring und anderseits am Kontaktstück zum Anliegen gebracht, so dass die Montage der elektrischen Anschlüsse einfach ist.
Als Stromquelle kann auch ein an sich bekannter Schwunglichtmagnetzünder dienen, dessen Licht- wicklung mit beiden Klemmen an einen Gleichrichter angeschlossen ist. Der eine Pol des Gleichrichters liegt an Masse, während der andere Pol über eine Bürste und das Kontaktstück an der Wirbelstromkupp- lung mit der einen Klemme der Erregerwicklung verbunden ist.
Die zweite Klemme der Erregerwicklung ist an den an der Wirbelstrom-Kupplung angeordneten
Schleifring angeschlossen, welcher entweder über einen Fliehkraftschalter (drehzahlabhängiger Schalter) oder über den auf dem Schleifring gleitenden Drahtbügel-je nachdem welcher Kupplungsteil schneller läuft - mit Masse verbunden werden kann ; ferner liegt eine Batterie parallel zum Gleichrichter.
Jeder einzelnen Getriebestufe kann eine Wirbelstromkupplung zugeordnet sein. Es können aber auch innerhalb der den Antriebsteil bildenden Schwungscheibe des Antriebsmotors entsprechend der Anzahl der
Getriebestufen ein oder mehrere Abtriebsteile auf konzentrisch ineinander gelagerten Hohlwellen ange- ordnet sein. Ferner kann ein Schaltstufengeber angeordnet sein, welcher das Ein- und Ausschalten sowie die Erregung der einzelnen Getriebegang-Kupplungen in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraft- fahrzeuges vornimmt. Weiterhin kann die Kupplung in sinnfälliger Weise zwischen den Teilen eines Pla- netenradgetriebes angeordnet sein. Schliesslich können Schütze angeordnet sein, welche in Abhängigkeit voneinander und von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges geschaltet werden.
Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Schalten von Ge- triebestufen bei Kraftfahrzeugen schematisch dar, u. zw. zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Wir- belstromkupplung, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Wirbelstromkupplung nach der Linie 2-2 gemäss
Fig. 1, Fig. 3 eine Seitenansicht der Wirbelstromkupplung, Fig. 4 eine schematische Darstellung bei Ver-
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wendung eines Wschselstromgenerators in Verbindung mit zwei Einweg-Gleichrichtern, Fig. 5 eine schematische Darstellung bei Verwendung eines Gleichstromgenerators und Fig. 6 eine schematische Dartel- lung bei Verwendung eines Wechselstromgenerators in Verbindung mit einem Gleichrichter in Graetzoder Brückenschaltung.
Auf der Getrieberadwelle (Sekundärwelle) l, die an ihrem Ende als Keilwelle ausgebildet ist, ist in die Nabe des verzahnten Rotationskörpers 2 ein Mutterstück 3 mit einem deckelförmigen Abschluss eingepresst. Auf dem getriebeseitigen Ende der Nabe des Rotationskörpers 2 ist der äussere Teil der Kupplung als Hohlzylindez 4 drehbar gelagert, welcher an seinem inneren Umfang liegende, stabförmige, axiale Anker 5 aus magnetisch welchein Eisen aulweist. Die offene Seite des Hohlzylinders 4 ist durch einen auf dem andern Ende der Nabe des Rotationskörpers 2 gelagerten und durch eine Umbördelung 6 gehaltenen Deckel 7 verschlossen.
Der äussere Umfang des Hohlzylinders 4 trägt eine Verzahnung 8 für den das Drehmóment von der Kurbelwelle 9 des Motors 75 über ein Ritzel 76 zur Getrieberadwelle (Sekundärwelle) 1 Übertragenden verzahnten Riemen 10. Der von dem Hohlzylinder 4 umschlossene, axialverzahnte Rotationskörper 2 trägt eine ringförmige Erregerspule 11, die in einer Ausdrehung ruht und den Rotationskörper 2 derart magnetisiert, d-ass an den äusseren symmetrisch angebrachten Zähnen 12 gleiche Pole entstehen. Der Erregerstrom wird der Spule 11 über Bürsten 13,14, welche auf dem am Mutterstück 3 angeordneten Schleifring 15 bzw. Kontaktstück 16 laufen, zugeführt.
Der Schleifring 15 ist dabei in dem an seinem freien Ende deckelartig ausgebildeten Mutterstück 3 unter Zwischenlegen eines ebenfalls deckelartigen Isolierstücke 17 aus plastischem Kunstwerkstoff und unter Umbördeln ihrer beiden Ränder, welche dann über seinen Wulstrand fassen, gehaltert. An seinem äusseren Umfang besitzt er eine Ausdrehung 18, in welcher die halbkreisförmig gebogenen Enden des klammerartigen Drahtbügels 19 liegen. Der in Dreh-
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je nachdem ob der Rotationskörper 2 schneller oder langsamer als der Hohlzylinder 4 läuft, entweder mit der blanken oder mit der isolierten Seite an dem im Deckel 7 fest angeordneten und mit Masse verbundenen Bolzen 21 anliegt. Das Kontaktstück 16 liegt konzentrisch zum äusseren Schleifring 15 und ist von ihm durch einen plastischen Isolierstoffring 22 getrennt.
Dieser dient gleichzeitig zur Befestigung des inneren Kontaktstückes 16 und der Anschlussdrähte 23 für die Erregerspulen 11, indem die letzteren durch ihn fest gegen den Schleifring 15 bzw. gegen das Kontaktstück 16 gepresst werden. Ausserdem ist das Kontaktstück 16 selbst durch den zwischen seinem am inneren Ende angeordneten Wulstrand und dem schräg gegenüber dem am äusserenEnde des Schleifringes 15 angebrachtenwulstrand liegenden Isolierstoffring 22 festgeklemmt. Etwa 4e des Raumes zwischen dem Hohlzylinder 4 und dem verzahnten Rotationskörper 2 sind mit weichmagnetischem trockenen Eisenpulver 24 mit einer kugelförmigen Korngrösse von beispielsweise kleiner als 0, 06 mm gefüllt.
Bei Verwendung eines Wechselstromgenerators für die Stromerzeugung (Fig. 4) kann der Erregerstrom von einem Schwunglichtmagnetzünder 25 geliefert werden, wobei der Strom der Lichtwicklung 26 entnommen wird. Der Schwunglichtmagnetzünder 25 enthält in an sich bekannter Weise ausser der Lichtwicklung 26 den Unterbrecher 27 mit parallel geschaltetem Kondensator 28 und die Zündspule 29, deren Hochspannungsklemme 30 mit der Zündkerze 31 verbunden ist. Der Stromkreis ist über Masse 32 geschlossen. Der eine Pol 33 der Lichtwicklung 26 liegt an Masse 32, der andere Pol 34 ist über einen Einweg-Gleichrichter 35 mit der Klemme 36 der Erregerspule 11 verbunden. Die Klemme 37 der Erregerspule 11 kann über den Fliehkraftschalter (drehzahlabhängiger Schalter) 38, welcher durch eine Verbindung 77 mit der Primärwelle 9 gekoppelt ist, an Masse 32 gelegt werden.
Parallel zum Fliehkraftschalter (drehzahlabhängigerSchalter) 38 liegt der aus Drahtbügel19 und Bolzen 21 bestehende Schalter (Schleppschalter).
Ein Umschalter 39 ermöglicht es, die Zündung kurzzuschliessen, wenn die Brücke 40 die Kontakte 41 und 42 miteinander verbindet ; dagegen wird die durch eine Sicherung 43 geschützte Batterie 44 geladen, wenn die Brücke 40 die Kontakte 45 und 46 miteinander verbindet. Die zweite Brücke 47 schaltet bei Verbindung der Kontakte 48 und 49 die Scheinwerfer 50 und die Rücklichter 51 auf die Batterie 44, während die Scheinwerfer 50 und die Rücklichter 51 bei Verbindung der Kontakte 52 und 53, die bei eingeschalteter Zündung vorhanden ist, direkt von der Lichtwicklung 26 des Schwunglichtmagnetzünders 25 aus über einen zweiten Einweg-Gleichrichter 54, welcher hiebe ! als Sperrglied wirkt, gespeist werden.
Eine Lampe 55 zeigt an, dass die Lichtwicklung 26 des Schwunglichtrr. agnetzünders 25 Spannung erzeugt.
Ein Schalter 56 dient zum Schalten von Scheinwerfern 50 und Rücklicht 51.
Bei Verwendung eines Gleichstromgenerators 57 zur Stromerzeugung (Fig. 5), welcher in an sich bekannter Weise mit Erregerspule 58, Reg. 31widerstand 59, Stromregler 60, Spannungsregler 61, Rückstromschalter 62, Starrerlampe 63 und Zündschalter 64 versehen ist, fliesst der Strom zu der Erregerspule 11
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über Vorschaltwiderstände 65. Diese werden durch Brücken 66, welche durch das Gaspedal 67 gesteuert werden, mit steigender Brennstoffzufuhr nacheinander kurzgeschlossen, so dass bei einer kleinen Brennstoffmenge ein niedriger Erregerstrom und bei einer grösseren Brennstoffmenge ein höherer Erregerstrom fliesst.
An die Klemme 37 der Erregerspule 11 sind in Parallelschaltung der Fliehkraftschalter 38 (dreh- zahlabhängigerSchalter) und der aus Drahtbügel19 und Bolzen 21 bestehende Schleppschalter angeschlossen, welche auf ihrer andern Seite an Masse 32 liegen.
Bei Verwendung eines Wechselstromgenerators 68 zur Stromerzeugung in Verbindung mit einem Gleichrichter in Graetz- oder Brückenschaltung (Fig. 6) zur Stromversorgung der Erregerspule 11 der Wirbelstromkupplung ist seine Wicklung 69 gegen Masse 32 isoliert. Beide Klemmen 70 und 71 sind unmittelbar mit einem Gleichrichter 72 verbunden. Der eine Pol 73 des Gleichrichters 72 liegt an Masse, während der andere Pol 74 über die Bürste 14 und das Kontaktstück 16 an der Wirbelstromkupplung mit der Klemme 36 der Erregerspule 11 verbunden ist. Die andere Klemme 37 der Erregerspule 11 ist an den
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zahlabhängiger Schalter) oder über einen auf dem Schleifring 15 gleitend angeordneten Drahtbügel 19 und über den Bolzen 21 mit Masse 32 verbunden werden kann ; parallel zum Gleichrichter 72 liegt eine Batterie 44.
Die Anwendungs-. und Wirkungsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Schalten der Getriebegänge bei Kraftfahrzeug-Wechselgetrieben unter Verwendung von Wirbelstrom-Kupplungen ist folgende : der Motor wird gestartet : der auf eine bestimmte Drehzahl eingestellte Fliehkraftschalter 38 ist zunächst noch offen, so dass die Erregerspule 11 noch keinen Strom erhält ; infolgedessen ist die Sekundärwelle 1 ausgekuppelt. Wird Gas gegeben, so steigt die Drehzahl des Motors, und der Fliehkraftschalter 38 schliesst bei Erreichen der an ihm eingestellten Drehzahl seinen Kontakt. Hiedurch erhält die Erregerspule 11 der Wirbelstrom-Kupplung Strom, und das Kraftfahrzeug fährt an.
Wird der Hohlzylinder 4 in der Ebene sowie bei Steigungen durch den Motor 75 angetrieben, dann läuft er schneller als der Rotationskör- per 2. Der Drahtbügel19, welcher auf dem mit der Sekundärwelle 1 verbundenen Schleifring 15 gleitend angeordnet ist, liegt daher mit seiner isolierten Seite 20 an dem Bolzen 21 an. DerFliehkraftschalter 38 ist somit durch den Drahtbügel 19 nicht kurzgeschlossen und kann die Stromzufuhr zur Erregerspule 11 der Wirbelstromkupplung steuern.
Der Fliehkraftschalter 38 öffnet wieder, sobald eine Schaltdrehzahl - beispielsweise durch Überlastung des Motors 75 oder durch Fortnehmen des Gases-unterschritten wird, wie letzteres bei Talfahrten der Fall ist. Dies bedeutet, dass beim Bergabfahren die Verbindung zwischen Motor 75 und Sekundärwelle 1 gelöst ist. Mit dem Motor 75 kann also zunächst nicht gebremst werden das Fahrzeug läuft vorerst ausgekuppelt bergab. Der Rotationskörper 2 wird nun durch den Antrieb vom Hinterrad schneller als der Hohlzylinder 4 ; der Drahtbügel 19 legt sich infolgedessen mit seinem nicht isolierten Teil an den Bolzen 21, welcher mit Masse 32 verbunden ist. Damit ist der Fliehkraftschalter 38 kurzgeschlossen, so dass trotz Öffnens des Fliehkraftschalters 38 mit dem Motor 75 gebremst werden kann.
Beim Starten des Motors von einspurigen Kraftfahrzeugen ist der Vorgang der gleiche. Das Startpedal wirkt vom Hinterrad her aber die Sekundärwelle 1 auf den Rotationskörper 2. Dabei legt sich der Drahtbügel 19 mit dem nicht isolierten Teil an den mit Masse 32 verbundenen Bolzen 21. Hiedurch erhält die Erregerspule 11 Strom, so dass der Hohlzylinder 4 von dem Rotationskörper 2 mitgenommen wird und über den Zahnriemen 10 die Kurbelwelle 9 des Motors 75 antreibt, bis dieser startet. Dabei wird dann der Hohlzylinder 4 schneller und der Drahtbügel 19 legt sich mit seinem isolierten Teil 20 an den Bolzen 21, so dass der Strom zur Erregerspule 11 so lange unterbrochen ist, bis der Fliehkraftschalter 38 sich bei Erreichen seiner Schaltdrehzahl schliesst und damit die Erregerspule 11 des Rotationskörpers 2 wieder Strom erhält.
Das erforderliche Kupplungsmoment wird bei der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Schalten der Getriebegänge von Kraftfahrzeug-Wechselgetrieben unter Verwendung von Wirbelstrom-Kupplungen bei Bestehen einer Relativdrehzahl zwischen beiden Kupplungsteilen durch Erregung des einen Teiles, der in dem andern Teil ein magnetisches Wechselfeld erzeugt und Wirbelströme hervorruft, erreicht. Dabei kann die Erregung des einen Teiles verändert und den Erfordernissen des Fahrbetriebes angepasst werden. Sobald zwischen beiden Kupplungsteilen keine Relativdrehzahl mehr besteht, kommt zwischen diesen ein rein magnetisches Moment zur Entstehung, das beide Teile reibungslos und elastisch miteinander kuppelt.
Ein Kupplungsrupfen tritt bei der Wirbelstromkupplung nicht auf, vielmehr arbeitet sie weich und elastisch. Drehschwingungen aus dem Motor oder Stösse von den Antriebsrädern werden daher ausgeglichen. Sobald der magnetische Kupplungszustand zwischen beiden Teilen erreicht ist, besteht sowohl von
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der Primärseite zu den Rädern wie auch umgekehrt eine feste und doch elastische Verbindung ohne jede Drehzahldifferenz, so dass das Fahrzeug auch mit dem Motor gebremst werden kann.
Fahrzeuge mit Wirbelstromkupplung sind in der Lage, grössere Steigungen ; als es bei mechanischen Kupplungen möglich ist, zu überwinden, weil der Antriebsmotor durch die drehzahlabhängige Steuerung der Kupplung stets mit seinem günstigsten Drehmoment laufen kann. Es ist ferner möglich, auf längere Zeit im Dauerschlupf zu fahren, ohne dass Defekte auftreten, wie sie bei Kupplungen üblicher Bauart dann nicht zu vermeiden sind ; ausserdem ergibt sich ein bequemeres Fahren dadurch, dass ein Kupplungshebel nicht bedient zu werden braucht.
Bei Talfahrten ist das Drehmoment der Hinterachse von der Sekundärseite ebenso gekuppelt wie von der Primärseite, so dass es ohne Zusatzeinrichtungen, welche bei hydraulischen Getriebeschaltungen erforderlich sind, möglich ist, das Fahrzeug durch den Motor zu bremsen. Im Gegensatz zu der hydraulischen Kupplung ist es bei der Wirbcistromkupplung nicht erforderlich, nach Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit mechanisch zu kuppeln, da hier kein Restschlupf mehr vorhanden ist. Ganz besonders ist zu erwähnen, dass sich die Kupplung nicht nur für Motoren grosser Leistung, sondern auch für die kleinsten Motorenleistungen eignet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Schalten der Getriebegänge von Kraftfahrzeug-Wechselgetrieben, bei welcher zwischen dem Antriebsmotor und dem getriebenen Teil eine aus zwei konzentrisch zueinander liegenden Rotationskörpern, zwischen denen ein konstanter Luftspalt liegt, bestehende Wirbelstrom-Kupplung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstromkupplung, welche zur Verbindung von Primärwelle und Sekundärwelle dient, mit Erregerspulen versehene elektromagnetisch erregbare Pole besitzt, welche aus einer Stromquelle gespeist werden, wobei ein mit der Primärwelle (9) gekoppelter drehzahlabhängiger elektrischer Schalter (38) angeordnet ist, welcher die Erregerspulen (11) der Wirbelstromkupp- lung erst nach Überschreiten einer bestimmten, einstellbaren Drehzahl mit der Stromquelle verbindet.
2. Vorrichtung zum Schalten derGemebegängevonKraftfahrzeug-WechselgetriebennachAnspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem drehzahlabhängigen elektrischen Schalter ein weiterer Schalter angeordnet ist, dessen einer Kontakt (19) an dem mit der Sekundärwelle (1) verbundenen Teil der Kupplung angeordnet ist, während sein anderer Kontakt (21) an dem mit der Primärwelle (9) verbundenen Teil der Kupplung liegt, so dass er den drehzahlabhängigen Schalter (38) kurzschliesst, sobald die Drehzahl des mit der Sekundärwelle (1) verbundenen Teiles der Kupplung höher ist als die Drehzahl des mit der Primärwelle (9) verbundenen Kupplungsteiles.
3. Vorrichtung zum Schalten der Getriebegänge von Kraftfahrzeug-Wechselgetrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstrom-Kupplung aus einem auf der Sekundärwelle (l) drehbaren, durch einen mittels Umbördelung (6) befestigten Deckel (7) verschlossenen und an den Lagerstellen abgedichteten Hohlzylinder (4) aus elektrisch leitendem, nichtmagnetischem Material, welcher an seinem inneren Umfang eingebettete, stabförmige, axiale Anker (5) aus magnetisch weichem Material umschliesst und an seinem äusseren Umfang Mitnehmer (8) für den motorseitigen Antrieb trägt, und aus einem fest auf der Sekundärwelle (1) angeordneten, axial verzahnten Rotationskörper (2) besteht, welcher eine oder mehrere inAusdrehungen des Rotationskörpers (2) ruhende, ringförmige Erregerspulen (11)
trägt, wobei Bürsten (13,14) angeordnet sind, welche den Spulen (11) ihren Erregerstrom über einen Schleifring (15) und ein Kontaktstück (16) zuführen.
4. Vorrichtung zum Schalten der Getriebegänge von Kraftfahrzeug-Wechselgetrieben nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wirbelstrom-Kupplung trockenes, wjichmagneti- sches Eisenpulver (24) mit einem kugelförmigen Korn in dem Luftspalt zwischen den magnetisch gekoppelten Teilen (2, 4) angeordnet ist.
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