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Druckgesteuerte automatische Kupplung für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Fahrzeugkupplung, bei der die Betätigung der Kupp- lung mit Hilfe eines Servomotors, z. B. Zylinder und Kolben, erfolgt, auf den das verwendete Druckme- dium wirkt und dessen Kolben unter der Belastung einer Feder steht, die stärker ist als die Kupplungsfeder, so dass diese Feder die Kupplung offen hält, wenn kein D : uck vorhanden ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind verschiedene Vorschläge bekanntgeworden, z. B. solche, wonach der
Servomotor mit drehzahlabhängigem Flüssigkeitsdruck betätigt wird, wobei der drehzahlabhängige Flüssig- keitsdruck durchDiOsselung der Druckleitung der Forderpumpe erzeugt wird. Alle diese Vorschläge, nach denen mit Drosselung gearbeitet werden soll, haben den gemeinsamen Grundfehler, dass der Druck und damit die Drehzahl, bei welcher die Kupplung betätigt wird, in hohem Masse von der Viskosität und der
Temperatur der Flüssigkeit abhängen. Dieser Nachteil verhindert die praktische Anwendung dieser Anlage in Fahrzeugen, die bekanntermassen sehr grossen Temperaturunterschieden ausgesetzt sind, weil die Mittel, mit deren Hilfe die Temperatur bzw.
Viskositätsänderungen kompensiert werden könnten, zu kom- pliziert sind oder andere grosse Nachteile aufweisen, um in einer Anlage Verwendung zu finden, die in ihrem Aufbau einfach und in preislicher Hinsicht billig sein soll.
Die zum Ei. 1kupplungsvorgang notwendige Progression ist zwar bei Anlagen mit drehzahlabhängigem Flüssigkeitsdruck vorhanden, jedoch ist zur vollkommenen Schliessung der Kupplung eine gewisse höhere Motordrehzahl erforderlich. Vom Anlegen der Kupplung bis zum Schliessen ist eine Drehzahlerhöhung von mindestens 400 U/min notwendig : während dieses Drehzahlintervalls muss die Kupplung schleifen, wodurch eine hohe Abnützung verursacht wird ; ausserdem neigt die Automatik zum Pendeln, wenn in diesem Drehzahlbereich gefahren werden muss.
Ein weiterer Nachteil solcher Anlagen ist, dass der bei Gangschaltung notwendige schlagartige Druckabbau durch den engen Drosselquerschnitt unmöglich ist, so dass zu diesem Zweck ein zusätzliches Schalt- ventil benützt wird, das-entsprechend den bekannten Vorschlägen - mittels Elektromagneten ferngesteuert oder durch ein mit dem Schalthebel verbundenes Gestänge mechanisch betätigt wird.
Nachdem sich bei Anlagen, die mit drehzahlabhängigem Druck arbeiten, der Einkupplungsvorgang auf einen grösseren Drehzahlbereich erstreckt, reicht die Progressivität der Druckerhöhung zum stossfreien Einkuppeln nicht aus, weshalb zahlreiche Vorschläge bekanntgeworden sind, um diese Progression mit Hilfe verschiedener Mittel, z. B. Anwendung von zusätzlichen, nur in einer Strömungsrichtung sich auswirkenden Drosselungen, künstlich zu erhöhen.
Anderseits werden gemäss bekanntgewordenen Vorschlägen, wobei mit nicht drehzahlabhängigem Druck gearbeitet wird, verschiedene Mittel verwendet, um die in diesem Fall fehlende Progression künst- lich zu erzeugen, wie z. B. mehrere D ; uckstufen, welche mit Hilfe des Gaspedals oder von Getriebeschaltorganen gesteuert werden, entweder mechanisch oder fernbetätigt durch Elektromagneten. Solche Anlagen benötigen zur drehzahlabhängigen Einleitung des Einkuppelns auch einen Fliehkraftregler sowie zusätzliche Ventile, die den schnellen Druckabbau beim plötzlichen Bremsen oder beim Gangschalten sichern.
Ein praktisch brauchbarer Kupplungsautomat mit Fremdbetätigung muss folgende Grundbedingungen er- füllen : Die Drehzahl, bei der die Kupplung betätigt wird, muss konstant sein ; das A : 1fahren soll sich bei minimalem Kupplungsschleifen weich und stossfrei vollziehen ; die Kupplung muss sich beim Getriebeschalten oder beim plötzlichen Abbremsen schlagartig öffnen, anderseits muss sich die Kupplung, um die Motorbremse zu sichern, solange das Fahrzeug in Bewegung ist, auch dann weich und stossfrei schliessen, wenn nach erfolgtem Schalten kein Gas gegeben wird.
Die Erfindung erfüllt diese Bedingungen mit einfachen Mitteln, indem sie von der Erkenntnis ausgeht,
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dass beim Anfahren zum stossfreien Einkuppeln umso weniger Kupplungsschleifen notwendig ist, je niedri- ger der Drehzahlunterschied ist, den die Kupplung ausgleichen muss, d. h. das Schliessen der Kupplung muss bereits im niedrigsten Drehzahlbereich, wenig über der Leerlaufdrehzahl des Motors, eingeleitet und voll- zogen werden, wobei Anfang und Ende des Kupplungsschleifens nicht, wie bisher bekannt, durch einen gewissen Drehzahlbereich bestimmt werden, sondern sich ausschliesslich auf eine bestimmte Anzahl von
Motorumdrehungenerstrecken. Mit andern Worten : Die Kupplung soll sich bei einer gewissen Drehzahl auch dann schliessen, wenn diese Drehzahl nicht erhöht wird.
Auch ein geübter Fahrer betätigt die Kupp- lung beim Anfahren auf diese Weise ; er kuppelt etwas über der Leerlaufdrehzahl ein und gibt erst danach
Gas, wodurch mit wenig Kupplungsschleifen ein sanftes Anfahren erreicht wird. Bei dieser Art des Anfah- rens vollzieht sich der Einkupplungsvorgang ungefähr binnen einer Sekunde, so dass auch die zum weichen
Anfahren notwendige Progression eine dieser kurzen Zeitdauer entsprechende steile Charakteristik aufweisen kann.
Die Erfindung schlägt, diesen Erkenntnissen entsprechend vor, einerseits mittels einer mit dem Motor synchron angetriebenenFörderpumpe ein Druckmedium durch ein mit einer Feder elastisch belastetes Druckbegrenzungsventil im Umlauf haltend, einen der Federbelastung entsprechenden und von der Drehzahl unabhängigen Druck zu erzeugen, anderseits die Vorspannung der das Druckbegrenzungsventil belastenden Feder mit Hilfe eines Elektromagneten zu bewirken, so dass, sobald der Stromkreis dieses Elektromagneten geschlossen wird, der volle Druck auch schon bei der Leerlaufdrehzahl schlagartig entsteht, oder umgekehrt, bei Unterbrechung dieses Stromkreises der Druck ebenso plötzlich aufhört, und diesen Druck auf den die Kupplung betätigenden Servomotor, wie z.
B. einen Druckkolben od. dgl. wirken zu lassen, wobei dieser Druckkolben in bekannter Weise mit einer stärkeren Feder belastet ist als die Kupplungsschliessfeder, so dass diese Feder die Kupplung, solange Druck nicht vorhanden ist, offenhält ; ferner in den Stromkreis des Elektromagneten mindestens zwei in Serie geschaltete Kontakte anzuordnen, von denen der eine durch Betätigung des Gaspedals geschlossen und der andere durch Betätigung des Getriebeschalthebelsge- öffnet werden kann und die Progression des Einkuppelns dadurch zu bewirken, dass zwischen der Fördermenge der Pumpe und dem Hubvolumen des Servomotors das entsprechende Verhältnis gewählt wird.
Die Zeichnung zeigt schematisch die erfindungsgemässe Anordnung bei Anwendung von Flüssigkeit als Druckmittel. Die Förderpumpe 1 ist sowohl mit ihrer Saugleitung 2 wie mit ihrer Druckleitung 3 mit dem Flüssigkeitsbehälter 4 verbunden, wobei die Druckleitung 3 über die Bohrung 5 in den Behälter mündet, auf dessen Bohrung das Tellerventil 6 aufliegt. Um die auf das Tellerventil wirkende Kraft klein halten zu können, ist das Tellerventil mit einem Stufenkolben 7 verbunden, auf dessen oberem Teil derselbe Druck wirkt wie auf das Tellerventil, und dessen unterer Teil über die Bohrung 8 nur mit atmosphärischem Druck belastet ist, so dass die auf das Tellerventil wirkende axiale Verstellkraft auf die wirksame Querschnittsdifferenz zwischen Tellerventil und Stufenkolben reduziert wird.
Die elastische Belastung des Tellerventils erfolgt durch die Feder ü, die zwischen den beiden koaxialen Stangenteilen 10 und 11 vorgespanntist. Die Stange 11 kann in der Bohrung der Stange 10 axial so weit verschoben werden, als die in der Stange 10 vorgesehene Längsnut dem in der Stange 11 angeordneten Stift Bewegung gewährt. Die Stange 11 ist mit dem Tauchkern 12 des Elektromagneten 13 axial starr verbunden. Die Länge der durch die Feder gespreizten Stange ist so gewählt, dass in dem Elektromagnet der zur Funktion notwendige Luftspalt vorhanden ist, wenn das Tellerventil auf der Bohrung 5 aufliegt.
Die Druckleitung 3 der Förderpumpe ist über die Leitung 14 auch mit dem Servomotor verbunden, in dessen Zylinder 15 der Kolben 16 durch eine Feder 17 belastet ist. Die Kolbenstange 18 ist mit dem die Kupplung betätigenden Hebel 19 gelenkig verbunden ; die Feder 17 ist so bemessen, dass sie, wenn kein Flüssigkeitsdruck auf den Kolben wirkt, die Vorspannung der in der Kupplung vorhandenen Kupplungs- schliessfeder überwiegt und die Kupplung offen hält.
Der den Elektromagnet 13 betätigende Stromkreis wird über zwei Kontakte geführt : Der eine Kontakt wird synchron mit dem Gaspedal 20 über das Gestänge 21 durch den Hebel 22 der Drosselklappe 23 des Vergasers 24 betätigt. Dieser Schalter besteht aus den beiden Kontakten 25 und 26, die über die leitende Scheibe 27 miteinander in Kontakt gebracht werden können.
Die Scheibe 27 ist an der Schalterstange 28 lsoliert befestigt : Die Schalterstange ist gegen die Feder 29 in der Führung 30 axial verschiebbar und wird durch denDiosselklappenhebel 22, solange das Gaspedal nicht betätigt wird, mit Hilfe der stärkeren Gaspedalfeder 31 so verschoben gehalten, dass der Strom zwischen den beiden Kontakten 25 und 26 unterbro- chen ist. Wird das Gaspedal aber auch nur ein wenig niedergedrückt, so wird die Schalterstange 28 freigegeben und die Feder 29 drückt die Scheibe 27 auf die beiden Kontakte, wodurch der Stromkreis geschlos- ren wird.
Um den Abstand zwischen der Scheibe 27 und den Kontakten in offenem Zustand von der LeerLaufeinstellung der Vergaserklappe unabhängig zu machen, ist zur Einstellung der Leerlaufdrehzahl des
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Motors am Hebel 22 die Einstellschraube 32 angeordnet, für die als Anschlag die Schalterstange 28 dient, deren axiale Bewegung - in dieser Richtung - in der Führung 30 ebenfalls begrenzt ist. Der Kontakt 25 ist mit dem einen Pol der Batterie verbunden, deren anderer Pol an die Masse angeschlossen ist.
Der Kontakt
26 ist mit dem einen Ende der Magnetwicklung verbunden ; das andere Ende der Magnetwicklung ist mit der Masse über die an dem Getriebeschalthebel in bekannter Weise angeordneten Knickkontakte 33 ver- bunden, die als Ruhekontakte so ausgeführt sind, dass sie, wenn der Schalthebel während des Schaltvor- ganges betätigt wird, den Strom unterbrechen.
Die Stromzuführung von der Batterie zum Elektromagnet 13 kann unter Umgehung der Kontakte 25,
26 auch über eine parallele Leitung erfolgen, die über einen drehzahlabhängigen Schalter 34 geführt ist, der mit einem Rad des Fahrzeuges mittels der Tachometerwelle 35 angetrieben wird und deren Kontakte bei stillstehendem Fahrzeug offen sind und erst geschlossen werden, wenn das Fahrzeug eine gewisse Geschwindigkeit, z. B. 20 km/h, überschritten hat, wonach der Elektromagnet auch dann unter Strom gesetzt wird, wenn die Kontakte 25 und 26 offen sind.
Die Wirkungsweise der Anlage ist folgende : Bei laufendem Motor wird durch die Förderpumpe 1 die Flüssigkeit im Umlauf gehalten, indem diese aus dem Behälter angesaugt und über die Bohrung 5 in den
Behälter zurückgefördert wird. Solange der Magnet 13 stromlos ist, ist das Tellerventil 6 nicht belastet. Die Flüssigkeit kann daher mit minimalem Druck den Teller hochheben und ausströmen. Sobald aber das
Gaspedal auch nur ein wenig niedergedrückt wird, wird ohne eine noch wesentliche Drehzahlerhöhung das Kontaktpaar 25,26 geschlossen und damit der Elektromagnet 13 unter Strom gesetzt.
Dar Tauchkern des Elektromagneten drückt mit dem Mass des Luftspaltes die Feder 9 zusammen, so dass der Ventilteller belastet wird, wodurch die Flüssigkeit beim Ausströmen diese Belastung beim Hochheben des Tellerventils überwinden muss, so dass ein dieser Belastung entsprechender Flüssigkeitsdruck entsteht.
Es muss ausdrücklich festgestellt werden, dass-nachdem es sich hier um ein Sicherheitsventil han- delt - dieser Druck von der Viskosität oder Fördermenge (eine gewisse notwendige Minimalförderungsmenge vorausgesetzt) unabhängig ist und allein von der Federbelastung abhängt, weil bei Anwachsen der Fördermenge oder der Viskosität der Durchströmspalt sich entsprechend vergrössern kann und die hiezu notwendige minimale axiale Ventilverschiebung im Zusammenhang mit der Kennlinie der Belastungsfeder keine nennenswerte Veränderung der Belastung des Ventils verursacht.
Würde der mit der Druckleitung 3 verbundene Zylinder 15 mit Kolben 16 kein Hubvolumen haben, würde der Druck gleichzeitig mit dem Einschalten des Elektromagneten schlagartig auf das Maximum steigen. Tatsächlich wird aber die durch die Pumpe geförderte Flüssigkeit zunächst zum Auffüllen des Hubvolumen des Servomotors verwendet, wobei die Feder 17 in Abhängigkeit von der geförderten Flüssigkeitsmenge, d. h. in Abhängigkeit von den erfolgten Motor- bzw. Pumpenumdrehungen, zusammengedrückt wird, so dass der Flüssigkeitsdruck nur entsprechend der Progression der Kennlinie der Feder 17 allmählich ansteigen kann und erst, nachdem der Kolben seine Endbegrenzung erreicht hat, auf das Maximum schnellen kann.
Es ist also ersichtlich, dass, sobald der Kontakt mittels Gaspedals geschlossen wurde, der Servokolben mitdersystembedingten Progression auch dann den Einkupplungsvorgang durchführt, wenn die Motordrehzahl nicht weiter erhöht wird. Nachdem das Einkuppeln bei einer wenig über der Leerlaufdrehzahl des Motors liegenden Drehzahl eingeleitet wird, wobei mit Hilfe des Kupplungsschleifens nur der kleinstmögliche Drehzahlunterschied zu synchronisieren ist, reicht diese systembedingte Progression völlig aus, um ein vollkommen stossfreies Anfahren zu erreichen ; die Anordnung funktioniert sogar auch als Anfahrautomat, da die Progression des Einkuppelns vom Fahrer bzw. von der Betätigung des Gaspedals unabhängig ist, so dass das Anfahren auch bei durchgetretenem Gaspedal stossfrei erfolgt.
Diese systembedingt Progression kann ausser durch die Wahl der Federkennlinie auch durch die entsprechende Abstimmung Jer Pumpenfördermenge (Pumpenantriebsübersetzung) zum Hubvolumen des Servomotors nach Wunsch beeinflusst werden. Bei Betätigung der Gangschaltung wird durch den sich am Schalt- l1ebel befindlichen Knickkontakt 33 der Magnetstrom unterbrochen, wodurch die Belastung des Tellerven- tils 6 plötzlich aufhört, so dass sich der Druck über den grossen Querschnitt der Bohrung 5 schlagartig entspannt und die Feder 17 im Servomotor die Kupplung ohne Zeitverlust öffnet.
Sobald aber der Getriebe- l1ebellosgelassen und Gas gegeben wird, wird die Belastung des Tellerventils und dadurch der Flüssigkeitdruck wieder hergestellt und damit der Servomotor mit der systembedingten Progression zum Schliessen der Kupplung betätigt.
Würde aber nach erfolgtem Getriebeschalten, z. B. bei Talfahrt, das Gaspedal nicht betätigt, so wUr- : Je der Magnet über die offenen Kontakte 25, 26 stromlos und die Kupplung mangels Flüssigkeitsdruckes offen bleiben, so dass die Motorbremse hiedurch ausfallen würde. Um dies zu verhindern, dient der über die
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Tachometerwelle angetr ebene Drehzahlschalter 34, überdender Elektromagnet unter Umgehung der Kon- takte 25, 26 unter Strom gesetzt werden kann. Solange das Fahrzeug eine Geschwindigkeit von z. B. 20 km/h nicht erreicht hat, sind die Kontakte des Diehzahlschalters unterbrochen, so dass das Anfahren nur durch die Gaspedalkontakte erfolgen kann.
Sobald aber die Geschwindigkeit von 20 km/h erreicht ist, schliessen sich die Kontakte des Drehzahlschalters, so dass der Elektromagnet auch dann unter Strom bleibt, wenn das Gaspedallosgelassen wird und die Kupplung schliesst sich auf Grund der vorgegebenen Progression auch dann, wenn nach erfolgter Schaltung Gas nicht gegeben wird, so dass die Motorbremse stets gesichert bleibt. Wird anderseits das Fahrzeug plötzlich abgebremst, so wird die Stromzuführung zum Elektromagnet bei Unterschreitung der 20 km/h-Grenze unterbrochen, so dass, wenn das Gaspedal auch losgelassen wird, der Druck sofort aufhört und die Kupplung sich unverzüglich öffnet.
Die erfindungsgemässe Anordnung ermöglicht noch einen wesentlichen Vorteil : Wird in der Leitung zwischen dem Drehzahlschalter 34 und dem Elektromagnet 13 ein Schalter 36 angeordnet, so kann durch Unterbrechung dieser Leitung ein Freilaufeffekt erreicht werden ; in diesem Falle wird die Kupplung immer geöffnet, sobald das Gaspedal losgelassen wird, wodurch vor allem im Stadtverkehr eine wesentliche Brennstoffersparnis erreicht werden kann ; dieser Effekt ist bei Zweitaktmotoren von besonderem Nutzen.
Wie ersichtlich, erfüllt die erfindungsgemässe Anordnung mit Hilfe eines einzigen ferngesteuerten Überdruckventils sämtliche funktionellen Forderungen, die von einem Kupplungsautomaten verlangt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Druckgesteuerte automatische Kupplung für Kraftfahrzeuge, bei welcher der Druck auf einen die Kupplung betätigenden Servomotor, wie z. B. Zylinder und Kolben od. dgl. wirkt, dessen Kolben durch eine Feder belastetist, deren Vorspannung die der Kupplungsschliessfeder überwiegt, dadurch gekennzeich- net, dass einerseits zur Betätigung des Servomotors (15, 16) mittels einer mit dem Motor synchron angetriebenen Förderpumpe (1) ein Druckmedium wie Flüssigkeit oder Gas durch ein mit einer Feder (9) elastisch belastetes Druckbegrenzungsventil (6) in Umlauf gehalten und dadurch ein der Federbelastung entsprechender und von der Drehzahl unabhängiger Druck erzeugt wird, anderseits die Vorspannung der das Druckbegrenzungsventil (6) belastenden Feder (9) durch die Hubkraft eines Elektromagneten (12,
13) bewirkt wird, in dessen Stromkreis mindestens zwei in Serie geschaltete Kontakte (25, 26, 33) angeordnet sind, von denen der eine durch Betätigung des Gaspedals (20) geschlossen und der andere durch Betätigung des Getriebaschalthebels geöffnet wird und wobei die Progression des Einkuppelns durch das einander entsprechende Verhältnis zwischen der Fördermenge der Pumpe (1) und dem Hubvolumen des Servomotors (15, 16) vorgegeben ist.