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Elektrische Schalt- und Regeleinrichtung für eine aus einem Verbrennungsmotor
und einem Stufengeschwindigkeitswechselgetriebe bestehende Antriebseinheit, insbesondere
für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalt- und Regeleinrichtung
für eine aus einem Verbrennungsmotor und einem Stufengeschwindigkeitswechselgetriebe
bestehende Antriebseinheit, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Nachlaufsteuerung,
bestehend aus einer durch einen Elektroschaltmotor angetriebenen Schaltwalze, einer
mit der Schaltwalze trieblich verbundenen Verteilerscheibe und einer die Verteilerscheibe
über Relais beeinflussenden Geberstelle, ferner mit einer den Stromkreis des Schaltmotors
zeitweilig unterbrechenden Einrichtung zum Regeln der Drehzahl des Verbrennungsmötors
während des Umschaltens durch Beeinflussen der Brennstoffzufuhr bzw. durch Regeln
der Zündung in Abhängigkeit von der Schaltrichtung.
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Es ist eine Schalt- und Regeleinrichtung für Kraft= fahrzeugantriebe
bekannt, in welcher ein von Hand zu betätigender Schalthebel in beiden Schaltrichtungen
auf je ein Steuerglied wirkt, welches eine Hilfskraft zum Betätigen der Vergaserdrossel
des Antriebsmotors derart steuert, daß der Antriebsmotor jeweils beim Abwärtsschalten
beschleunigt und beim Aufwärtsschalten verzögert wird.
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In einer bekannten Einrichtung zum halbautomatischen Schalten eines
Wechselgetriebes wird beim Gangwechsel kurzzeitig die Zündung des Motors abgestellt.
Dadurch sollen die Zahnflanken der zu schaltenden Getrieberäder entlastet und das
Schalten erleichtert werden.
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Eine andere bekannte Regeleinrichtung für Kraftfahrzeuge mit elektrischer
Servoschaltkraft verwendet elektrische Kontakte, die in Abhängigkeit von einer Getriebedrehzahl
und von der Gashebelstellung verschiebbar sind, wobei auch die Drosselklappe in
Abhängigkeit von der Getriebedrehzahl verstellbar ist. Der Zweck dieser Einrichtung
ist es, den Motor auf niedrigsten spezifischen Kraftstoffverbrauch zu regeln.
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Weiterhin ist eine Schalteinrichtung für Stufenwechselgetriebe mit
von einer Steuerwalze aus zu betätigenden Gangschaltkupplungen und einer von der
Drehung der Steuerwalze abhängigen Vorrichtung (Mitnehmerstern), durch die eine
zeitweise Verlangsamung der Drehzahl des Schaltmotors bewirkt wird, bekanntgeworden.
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Schließlich ist ein Wechselgetriebe bekanntgeworden, dessen elektromagnetische
Gangschaltkupplungen für die einzelnen Gänge selbsttätig durch eine Schaltwalze
in Abhängigkeit von der Abtriebsdrehzahl des Getriebes und von der Belastung des
Fahrzeugmotors geschaltet werden. Der Elektromotor zum Antrieb der Schaltwalze wird
durch einen von der Getriebeausgangswelle angetriebenen Wechselstromgenerator gesteuert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Umschalten durch Beeinflussen
der Drehzahl des Verbrennungsmotors zu erleichtern, und zwar derart, daß die einzelnen
Phasen des Umschaltvorganges selbsttätig ablaufen, wobei während des Hochschaltens
eine Pause eingelegt ist, bis die Drehzahl des Verbrennungsmotors etwa um einen
dem Getriebesprung entsprechenden Wert abgesunken ist, während das Abwärtsschalten
mit gleichzeitigem Erhöhen der Motordrehzahl nicht unterbrochen wird. Dadurch verläuft
der Umschaltvorgang stoßfrei, ohne vom Fahrer Aufmerksamkeit zu erfordern.
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Die Erfindung besteht darin, daß ein von der Geberstelle aus durch
Stromimpulse zu beeinflussendes Mehrstellenschaltrelais vorgesehen ist, das aus
in einer Kreisbahn verteilt angeordneten Elektromagneten mit unbeweglichen Kernen
und aus einem in der Kreisbahnmitte drehbaren Dauermagnet besteht, daß ferner die
Drehzahl des Verbrennungsmotors während des Umschaltens durch zwei in Abhängigkeit
von der Verstellung der Schaltwalze schaltbare Relais regelbar ist und daß eine
in an sich bekannter Weise von der Drehzahl des Verbrennungsmotors beeinflußbare
Einrichtung beim Verringern der Drehzahl des Verbrennungsmotors auf einen gewissen
Mindestwert den zeitweilig unterbrochenen Stromkreis des Elektroschaltmotors wieder
schließt, so daß der unterbrochene Hochschaltvorgang im Getriebe beendet wird.
Die
Schalt- und Regeleinrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß jedem Schaltimpuls
eine bestimmte Stellung der Schaltwalze zugeordnet ist. Bei Bruch einer Leitung
zwischen Impulsgeber und Schaltrelais bleiben das Schaltrelais in seiner jeweiligen
Stellung und das Getriebe in dem eingeschalteten Gang stehen.
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In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Schalt-
und Regeleinrichtung nach der Erfindung dargestellt, bei dem das Schalten von drei
Geschwindigkeitsstufen vorgesehen ist.
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Eine nicht dargestellte Geberstelle liefert mit Hilfe eines über verschiedene
Kontaktpunkte verstellbaren Schaltgliedes Strom in unterschiedlichen Spannungsstufen
zu polarisierten Relais 5 und 6, deren Schaltkontaktzungen 7 und 8 für gewöhnlich
in einer mittleren, den Strom unterbrechenden Ruhelage gehalten sind. In die Erregerstromkreise
der Relais 5 und 6 sind Widerstände verschiedener Charakteristik eingefügt, und
zwar sind die Widerstände 10 spannungsabhängiger Art, die jeweils gegenüberliegenden
Widerstände 11 linearer Art. Letztere sind vorzugsweise einstellbar. Die Anordnung
dieser Widerstände ist jedoch nicht Gegenstand der Erfindung. Die drei Schaltbefehle
für die vorgesehenen drei Geschwindigkeitsstufen werden durch Umlegen der Kontaktzungen
7 bzw. 8 nach der einen oder anderen Seite auf ein Mehrstellenschaltrelais übertragen,
das drei auf eine Kreisbahn verteilte Elektromagnete mit unbeweglichen Kernen 20,
21 und 22 aufweist, in deren Kreisbahnmitte ein Dauermagnet 23 als Läufer gelagert
ist, wobei der Dauermagnet durch Erregen jeweils eines der untereinander einheitlich
gepolten Elektromagnetkerne schrittweise gedreht wird. Mit der Welle 24 des drehbaren
Dauermagnets 23 ist eine Kurvenscheibe 25 verbunden, die auf Stangen 26 mit Kontaktbrücken
27 einwirkt. Jede dieser Kontaktbrücken 27 verbindet verschiedene Kontaktpunktpaare.
Die Kontaktpunktpaare 31, 32 und 33 liegen in den zu den Wicklungen der Elektromagnete
20, 21 und 22 gehörigen Leitungen 37, 38 und 39. Die Leitung 37 hat Anschluß an
den Kontaktpunkt 40 des polarisierten Relais 5. Im gleichen Relais ist die Leitung
38 mit dem Kontaktpunkt 41 verbunden. Das polarisierte Relais 6 weist die beiden
Kontaktpunkte 42 und 43 auf. Am Kontaktpunkt 43 ist die Leitung 39 angeschlossen.
Der Kontaktpunkt 42 ist durch eine Leitung 44 mit der Kontaktzunge 7 des Relais
5 und die Kontaktzunge 8 des Relais 6 mit einer Plusleitung 45 durch eine Leitung
46 verbunden. Die vorbeschriebene Anordnung wirkt über die Kontaktpunktpaare 34,
35 und 36 auf eine Nachlaufschalteinrichtung ein, die im wesentlichen aus einer
drehbaren Verteilerscheibe 50 und einer Schaltwalze 51 besteht, die gemeinschaftlich
von einem umsteuerbaren Elektroschaltmotor 52 angetrieben werden. Der hierzu notwendige
Wellenzug ist mit 53 bezeichnet. Dieser enthält ein Zwischengetriebe 49, auf das
nicht eingegangen zu werden braucht.
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Die Verteilerscheibe 50 ist aus Isolierstoff hergestellt und trägt
zwei halbkreisförmige Kontaktschienen 54 und 55, die voneinander getrennt sind und
an der Scheibe zwei diametral gegenüberstehende nichtleitende Stellen 56 und 57
frei lassen. In einer bestimmten Einteilung liegen an der Verteilerscheibe 50 die
Anschlußenden von drei Leitungen 58, 59 und 60, die von den Kontaktpunktpaaren 34,
35 und 36 ausgehen. Außerdem liegen an der Verteilerscheibe 50 zwei Leitungen 62
und 63, die zum An- und Abschalten sowie zum Umsteuern des Elektroschaltmotors 52
mittels zweier Relais 65 und 66 dienen. Das Relais 65 vermittelt mit seiner Kontaktzunge
67 den Antrieb des Elektroschaltmotors 52 zum Aufwärtsschalten des Geschwindigkeitswechselgetriebes,
während das Relais 66 mit seiner Kontaktzunge 68 den Antrieb des Motors 52 zum Abwärtsschalten
des Geschwindigkeitswechselgetriebes vermittelt. Die Kontaktzungen 67 und 68 sind
mit den Polen des Elektromotors 52 durch die Leitungen 69 und 75 verbunden und zwischen
zwei Kontaktpaaren 70 und 71 zum Anschluß des Elektromotors 52 an die Plus- und
an die Minusleitung umschaltbar.
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Zum Kontaktpaar 70, 70 führt die Plusleitung 45 und vom Kontaktpaar
71, 71 kommt die Minusleitung 73. Die Schaltwalze 51 ist mit mehreren Kontaktleisten
versehen, und zwar sind diese entsprechend den mittels des Elektroschaltmotors 52
erzielbaren Stellungen versetzt. Dies gilt sowohl für die Überbrückungskontaktleisten
76, 77 und 78 als auch für die Einzelkontaktblöcke 80, 81 und 82, durch die Leitungen
83, 84 und 85 anschließbar sind. Die Leitungen 83, 84 und 85 führen zum Geschwindigkeitswechselgetriebe,
wo sie z. B. Elektromagnete speisen, die zum Einrücken der Schaltkupplungen des
Geschwindigkeitswechselgetriebes dienen. Die Überbrückungskontaktleisten 76, 77
und 78 vermitteln zeitweise die Verbindung zwischen einer Leitung 63 und dem Relais
65 über eine Leitung 64.
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Weiter ist noch auf der Schaltwalze eine Ringkontaktleiste 90 angebracht,
von der aus die Blöcke 80, 81 und 82 und ein doppelarmiger Hebel 87 mit Strom
versorgt werden. Außer der Schaltwalze 51 ist auf deren Welle 53 ein Mitnehmerstern
86 befestigt, durch den der Hebel 87 betätigt wird. Der Hebel 87 greift mit einer
Rolle 88 in den Mitnehmerstern 86 ein und ist um einen ortsfesten Bolzen 89 drehbar
gelagert. Sein freier Arm hat einen leitenden Kontaktkopf 87a, der über eine Leitung
91 mit der Ringkontaktleiste 90 verbunden ist. Dem Kontaktkopf 87a gegenüber
sind Kontaktstellen 92 und 93 zweier Relais 95 und 96 vorgesehen, durch die wechselweise
zwei Elektromagnete 97 und 98 an- und abschaltbar sind. Diese bewegen ein Gestänge
99 in der einen oder anderen Richtung, wodurch entweder die Drosselklappe der Gasgemischzuleitung
oder die Zündung verstellt werden.
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Die Leitungen 63 und 64 sind zwischen zwei Kontaktpunkten 100 und
101 durch ein in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors bewegliches
Kontaktglied 102 unterbrechbar. Das Kontaktglied 102 ist beim Ausführungsbeispiel
eine Schiebebüchse, die an einem Fliehkraftregler 103 angelenkt ist. Der Fliehkraftregler
103 ist auf einer vom Verbrennungsmotor angetriebenen Welle 104 angebracht.
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Vor dem Einrücken eines höheren Ganges durchläuft die aus der Verteilerscheibe
50 und der Schaltwalze 51 bestehende Nachlaufeinrichtung eine Ruhestellung, in welcher
alle Gänge ausgeschaltet sind, der Verbrennungsmotor leerläuft und die Schaltwalze
so steht, daß die Leitungsenden- 64, 63, 83, 84 und 85 mit keiner der Kontaktleisten
bzw. Kontaktblöcke der Schaltwalze in Berührung sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
sind zwei Ruhestellungen vorhanden, die in der Zeichnung auf der Schaltwalze 51
durch strichpunktierte Längslinien angedeutet sind. Die erwähnten Ruhestellungen
sind auch auf der Verteilerscheibe 50 angedeutet. Auf dieser ist die Drehrichtung
für Aufwärtsschalten mit einem Pfeil eingezeichnet. Die entsprechende Drehrichtung
der Schaltwalze 51 ist auf der Stirnfläche der Walze angegeben.
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Die Verteilerscheibe und die Schaltwalze sind in der Stellung für
eingestellten ersten Getriebegang gezeichnet.
Diese Stellung ist
durch einen von der nicht dargestellten Geberstelle ausgesandten Stromimpuls über
das polarisierte Relais 5 erreicht worden, dessen Kontaktzunge 7 sich nach links
bewegt hat, so daß durch Erregen des Elektromagnets 20 der Drehmagnet 23 in die
gezeichnete Stellung gelangt ist. Gleichzeitig hat der Nocken der Kurvenscheibe
25 die Kontaktbrücke 27 vom Kontaktpunktpaar 31 abgehoben und steht in Berührung
mit dem Kontaktpunktpaar 34. Die Wicklung des Magnets 20 ist dadurch wieder stromlos
geworden, und der Drehmagnet 23 bleibt infolge seiner Eigenwirkung stehen. Die Leitung
83 liegt am Einzelkontaktblock 80 an, so daß der erste Getriebegang eingelegt ist,
Bei Fahrt im ersten Gang hebt der vom Verbrennungsmotor beeinflußte Fliehkraftregler
103 mit seinen ausgeschwungenen Fliehgewichten die Scheibe 102 von den Kontaktstellen
100 und 101 ab. Der Mitnehmerstern 86 hält den Hebel 87 in seiner mittleren Lage,
in der die Drossel nicht selbsttätig verstellt wird.
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Zum Einschalten des zweiten Ganges wird durch Impulsgeben die Kontaktzunge
7 des polarisierten Relais 5 nach rechts und die Kontaktzunge 8 des polarisierten
Relais 6 nach links umgelegt, so daß die Wicklung des Elektromagnets 21 erregt wird
und der Dauermagnet 23 in der angegebenen Pfeilrichtung nach oben zum Elektromagnet
21 dreht. Hierauf verbindet die zugehörige Kontaktbrücke 27 das Kontaktpunktpaar
35, und die Kontaktzunge 67 des Relais 65 wird durch Schließen des Stromkreises
über die Leitungen 55, 63, 64 und 73 und die Kontaktleiste 76 angezogen. Nun erhält
der Elektroschaltmotor 52 Strom über die Kontaktzunge 68 und die Leitungen 45; 69,
75 und 73 und dreht die Schaltwalze 51 in der angegebenen Aufwärtsschaltrichtung,
jedoch nur so lange, bis die Enden der Leitungen 64 und 63 frei werden und damit
der Stromfluß in diesen Leitungen unterbrochen ist, wodurch das Relais 65 wieder
stromlos wird. Gleichzeitig ist die Leitung 83 von dem Kontaktblock 80 getrennt
worden, wodurch das Getriebe auf Leerlauf zurückgestellt worden ist. Infolge des
gleichzeitigen Drehens des Mitnehmersterns 86 wurde der Hebel 87 mit dem Kontaktpunkt
93 in Berührung gebracht. Das Relais 96 erhält Strom und bewirkt über den Elektromagnet
98 und das Gestänge 99 eine Füllungswegnahme vom Verbrennungsmotor, so daß dessen
Drehzahl zu sinken beginnt und nach Erreichen des einem Getriebsprung entsprechenden
Drehzahlunterschiedes die Kontaktpunkte 100, 101 miteinander leitend verbunden werden.
Damit ist der Stromfluß zwischen den Leitungen 63, 64 wieder hergestellt. Das Relais
65 zieht an. Der Elektroschaltmotor 52 ist eingeschaltet und dreht die Verteilerscheibe
50 so weit, bis sich der Leitungsanschluß 59 von der Kontaktleiste 55 trennt, indem
die Isolierlücke 56 unter dem Leitungsanschluß 59 liegt. Dabei wird die Schaltwalze
51 so weit gedreht, daß die Überbrückungskontaktleiste 77 die Enden der Leitungen
63 und 64 verbindet und gleichzeitig der Einzelkontaktblock 81 mit dem Leitungsende
84 zusammentrifft. Dadurch wird der zweite Getriebegang eingeschaltet.
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Der beschriebene Vorgang wiederholt sich, wenn beabsichtigt ist, weiter
in den dritten Getriebegang aufwärts zu schalten. Nach Einrücken des dritten Ganges
liegt die Lücke 56 unter dem Leitungsanschluß 60.
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Beim Abwärtsschalten wird der durch das Mehrstellenschaltrelais 20,
21, 22, 23 eingeleitete Schaltvorgang ohne irgendwelche Wartepausen durchgeführt,
da das Relais 66 für die umgekehrte Drehrichtung des Schaltmotors 52 Strom über
Masse, über die Leitungen 73, 62, 58, 34 und über den Pluskontakt erhält. Dabei
werden die Leitungen 63 und 64 und die Kontaktleisten 76, 77 und 78 nicht benutzt.
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Da der Schaltmotor 52 in entgegengesetzter Richtung treibt, wird mit
der Schaltwalze 51 und dem Mitnehmerstern 86 jedesmal beim Übergehen von der einen
zur anderen Gangschaltung kurzzeitig der Korntakt 87a, 92 geschlossen, und das Relais
95 zieht jeweils vorübergehend kurz an, so daß der Verbrennungsmotor eine entsprechend
größere Füllung erhält.