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Steuereinrichtung für eine hilfskraftbetätigte Kraftfahrzeugkupplung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für eine hilfskraftbetätigte
Kraftfahrzeugkupplung mit einem die Hilfskraft übertragenden Druckmittel, insbesondere
Saugluft, das für den Anfahrvorgang in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und für
die Schaltung des Wechselgetriebes in Abhängigkeit von der Bewegung des Getriebeschalthebels
gesteuert wird. Hierfür ist mindestens ein Umschaltventil vorgesehen, das die Kupplung
oder deren Servomotor in der einen Stellung mit einer Druckmittelquelle, wie dem
Saugrohr der Antriebsmaschine und/oder einem Unterdruckbehälter, und in der anderen
Stellung mit einem den Umgebungsdruck enthaltenden Raum verbindet. Für den mehrstufigen
Einkupplungsvorgang ist ein Ventil vorgesehen, das die erste, schnelle Stufe steuert,
zu diesem parallel ist eine Drosselöffnung für die zweite, langsame Stufe des Einkupplungsvorganges
vorgesehen.
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Es sind bereits Steuereinrichtungen für eine hilfskraftbetätigte Kraftfahrzeugkupplung
dieser Art bekannt, bei denen zum Steuern eines Ventils ein elektrisches Schaltschütz
betätigt wird, das von einer mit Motordrehzahl oder einer dieser proportionalen
Drehzahl umlaufender Lichtmaschine gespeist wird. Außerdem erfolgt bei dieser bekannten
Einrichtung das Betätigen des Ventils durch einen vom Fliehkraftregler gesteuerten
Schalter. Weiterhin ist bei einer bekannten Steuereinrichtung für eine hilfskraftbetätigte
Kraftfahrzeugkupplung parallel zum motordrehzahlabhängigen Schalter ein Schaltschütz
angeordnet, durch das der Stromkreis eines Elektromagneten eines Ventils geschlossen
werden kann.
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Bei einer weiteren bekannten Steuereinrichtung für eine hilfskraftbetätigte
Kraftfahrzeugkupplung der eingangs geschilderten Art verbindet das Umschaltventil
zum Auskuppeln den Druckerzeuger oder Druckbehälter bzw. den drucklosen Raum unmittelbar
mit dem Servomotor, so daß dabei ein rascher Ab- bzw. Aufbau des Druckes erfolgt
und ein schneller Kupplungsvorgang ausgelöst wird, d. h., die Kupplung trennt nahezu
schlagartig. Dieses schlagartige Trennen der Kupplung kann bei verschiedenen Fahrzuständen
nachteilig sein. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn der Motor im Bereich der
für das Ein- und Auskuppeln maßgebenden Schaltdrehzahlen läuft und z. B. beim Anfahren
am Berg oder beim vorsichtigen Bewegen des Fahrzeuges die Schaltdrehzahlen der selbsttätigen
Steuerung mehrmals über- und unterschritten werden. Das schlagartige Trennen der
Kupplung macht sich dann durch heftige Stöße unangenehm bemerkbar. Dabei werden
auch die Antriebsteile, die während der Drehmomentübertragung vom Motor zu den Antriebsrädern
eine gewisse Vorspannung erhalten, durch ihre plötzliche Entlastung wieder schlagartig
entspannt, so daß Stöße und Geräusche verursacht werden. Das fortwährende Aufeinanderfolgen
von Spannung und Entspannung der Antriebsteile ist schließlich auch noch mit erheblicher
Abnutzung derselben verbunden.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, ist bei bekannten Steuereinrichtungen
die Schaltdrehzahl für das Auskuppeln möglichst niedrig, d. h. mit möglichst großem
Unterschied zur Schaltdrehzahl für das Einkuppeln gewählt worden. Damit wurde zwar
verhindert, daß bei bestimmten Fahrzuständen die lästigen Pendelerscheinungen auftreten,
andererseits ist damit jedoch der Nachteil des schlagartigen Auskuppelns und der
damit verbundenen Belastung der Triebwerksteile nicht behoben. Schließlich wird
dadurch, daß die Schaltdrehzahl für den Auskupplungsvorgang sehr weit unterhalb
dem Wert für den Einkupplungsvorgang liegt, das langsame, vorsichtige Bewegen des
Fahrzeuges, z. B. im dichten Stadtverkehr, erheblich erschwert, denn das Fahrzeug
muß zum Lösen der Kupplung immer wieder bis auf die Geschwindigkeit abgebremst werden,
die der Schaltdrehzahl für das Auskuppeln entspricht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile dadurch
zu beseitigen, daß dem Umschaltventil zum Steuern des Druckmittelflusses beim Auskuppeln
ein weiteres Ventil zum schnellen Auskuppeln sowie eine zu diesem parallel angeordnete
Drosselöffnung zum langsamen Auskuppeln vorgeschaltet sind. Dadurch wird beim Abfallen
der Drehzahl unter die Schaltdrehzahl für das Auskuppeln der Druckmittelfluß durch
die dem Umschaltventil vorgeschaltete Drosselöffnung abgebremst und so ein lang->ames
Lösen der Kupplung erreicht. Soll die Kupplung, z. B. heim Schalten des YVechselgetriebes,
schnell gelöst werden, so wird dies durch gleichzeitige Betätigung des Umschaltventils
und des ihm vorgeschalteten
3 entils ermöglicht. Die bisher als
nachteilig bezeichneten Pendelerscheinungen der Kupplung durch fortwährendes Ein-
und Auskuppeln können bei der erfindungsgemäßen Kupplungssteuerung für einen weichen
Anfahrvorgang sowie für ein vorsichtiges Bewegen des Fahrzeuges ausgenutzt werden.
Durch ein *# in liclist dichtes Zusammenlegen der Ein- und Auskupplungswerte der
Motordrehzahl wird die Neigung zu Pendelerscheinungen nüeh verstärkt. Beim Anfahrvorgang
oder beim vorsichtigen Bewegen des Fahrzeuges wirkt sich dies derart aus, daß die
Kupplung trotz fortwährendem Betätigen der Steuerventile stets im Eingriff bleibt
und sich lediglich die Anpreßkraft und damit das übertragbare Drehmoment ändert.
Wenn überhaupt, so wird dieser Vorgang für die Fahrzeuginsassen nur insoweit spürbar,
als die Fahrzeugbeschleunigung in ihrer Größe geringfügige Änderungen erfährt. Diese
Änderungen werden jedoch um so geringer, je geringer die Differenz zwischen den
Drehzahlwerten für die Auslösung des Ein- und Auskupplungsvorganges ist.
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Die Steuereinrichtung nach der Erfindung für eine selbsttätige Kupplung
verbindet die Vorteile einer Fliehkraftkupplung, das weiche Ein- und Auskuppeln
mit der Einfachheit einer ausschließlichen Steuerung der Kupplung durch ein Druckmittel,
ohne dabei den Nachteil zu übernehmen, daß das übertragbare Drehmoment direkt von
der Drehzahl abhängt und somit über einen größeren Drehzahlbereich Schlupf auftritt.
Bei der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung ist entsprechend der geringen Differenz
zwischen Ein-und Abschaltwerten für die Kupplungsvorgänge der Bereich, in dem ein
Schlupfen der Kupplung auftreten kann, äußerst gering. Da die Zeit des Ein- bzw.
Auskupplungsvorganges nach Über- bzw. Unterschreitung der Schaltdrehzahl lediglich
von der Größe der Drosselöffnungen parallel zu den Ventilen abhängig ist, d. h.
von der Zeit, die zum Durchfluß des Druckmittels durch diese Drosselöffnungen bis
zum Druckausgleich benötigt wird, kann ein Schlupfen der Kupplung nur während den
im vorstehenden beschriebenen Pendelerscheinungen auftreten, wobei sich die Drehzahl
im wesentlichen stets in dem Bereich der Schaltdrehzahl-,verte für die Kupplungsvorgänge
bewegt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die dem Umschaltventil
vorgeschalteten Ventile und Drosselöffnungen zum Steuer des Druckmittelflusses beim
Ein- und Auskuppeln bei gleicher Wirkungsweise auch in die Leitung zwischen dem
Umschaltventil und dem Servomotor eingeschaltet werden, da diese Leitung beim Ein-
und Auskuppeln vom Druckmittel durchströmt wird. In diesem Fall ergibt sich sogar
die Möglichkeit, die sonst durch zwei Ventile und zwei Drosselöffnungen gesteuerten
Vorgänge durch ein einziges Ventil und eine einzige Drosselöffnung steuern zu können.
Dies hat eine weitere Vereinfachung der gesamten Steuereinrichtung zur Folge.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Steuereinrichtung
nach der Erfindung dargestellt. Es zeit Fig. 1 eine schematische Darstellung der
Steuereinrichtung für eine hilfskraftbetätigte Kraftfahrzeugkupplung, Fig.2 eine
veränderte elektrische Schaltung der Steuereinrichtung nach Fig. 1, Fig.3 die Kennlinie
des Stromerzeugers für die Sleuereinrichtung nach Fig. 1, Fig. 4 eine graphische
Darstellung des Anfahrvorganges einer bekannten Steuereinrichtung für eine l:ilisl;raftbetätigteKupplung,
Fig. 5 eine graphische Darstellung des Anfahrvorganges der Steuereinrichtung nach
der Erfindung für eine hilfskraftbetätigte Kupplung und Fig.6 eine graphische Darstellung
des Saugluftdruckverlaufes während des Schaltvorganges.
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Der Kupplungsausrückhebel l einer hilfskraftbetätigten Kraftfahrzeugkupplung
steht über eine Verbindungsstange 2 mit dem nicht dargestellten Kolben des Servomotors
3 in Kraftschluß. Der Servomotor wird durch die Leitung 4 von dem Steuerventilgehäuse
5 her mit Druckmittel beaufschlagt. Die Leitung 6 verbindet das Steuerventilgehäuse
5 mit dein nicht dargestellten Saugrohr des Kraftfahrzeugmotors. Über das federbelastete
Rückschlagventil7 und die Leitung 8 wird der Unterdruckbehälter 9 vom Saugrohr her
entleert und so eine Unterdruckreserve gebildet. Im Steuerventilgehäuse 5 ist ein
Umschaltventil 10 angeordnet, das in seiner gezeichneten Ruhelage den Servomotor
3 mit der Atmosphäre und in seiner durch den Elektromagnet 11 eingestellten Arbeitsstellung
mit dem Unterdruckbehälter 9 verbindet. Vom Umschaltventil 10 bilden eine
Drosselöffnung 12, ein durch die Schraube 13 einstellbares federbelastetes Reduzierventil
14 und eine durch den Filter 15 verdeckte Öffnung 16 die Verbindung zur Atmosphäre.
Der Elektromagnet 17 betätigt das Reduzierventil14. Vom Umschaltventil
10 zum Unterdruckbehälter 9 hin sind die Drosselöffnung 18 und das durch
den Elektromagnet 19 betätigte, federbelastete Ventil 20 eingeschaltet. Zum Steuern
des Elektromagnes 11, der das Umschaltventil 10 betätigt, sind einerseits das von
der Spannung der Lichtmaschine 21 abhängige Schaltschütz 22 sowie das vom Schalter
23' im Getriebeschalthebel 23 gesteuerte Schaltschütz 24 vorgesehen. Den Elektromagnet
19 des Ventils 20 steuert ausschließlich der Schalter 23' im Getriebeschalthebel
23.
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Der das Ventil 14 betätigende Elektromagnet 17 wird durch einen Kontakt
25 gesteuert, der in Abhängigkeit vom Gaspedal 26 geschlossen wird. Der elektrische
Sammler 27 liefert über den als Zündschalter ausgebildeten Trennschalter 28 den
elektrischen Strom zum Steuern der Kupplungsvorgänge.
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Zur Vereinfachung der elektrischen Schaltung können die beiden Schaltschütze
22, 24 durch ein einziges Umschaltschütz 29 ersetzt werden (Fig. 2), das in einer
Schaltstellung den Elektromagnet 11 unmittelbar mit Masse verbindet und in seiner
anderen Stellung die beiden Elektromagnete 11 und 19 parallel an den Stromkreis
anschließt, der von dem Schalter 23' im Getriebeschalthebel 23 gesteuert
wird. Dabei kann der Schalter 23', wie in Fig. 2 gestrichelt dargestellt, auch unmittelbar
an die Verbindungsleitung des Elektromagnets 19 mit dem Schaltschütz 29 angeschlossen
sein, so daß auch in einem möglichen Grenzfall, wenn das Schaltschütz 29 den Stromkreis
des Elektromagnets 11 unmittelbar vor dem Betätigen des Getriebeschalthebels 23
schließt, ein schnelles Auskuppeln erfolgen kann.
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Das von der Motordrehzahl abhängige Schaltschütz 22 bzw. 29, das durch
die Spannungsänderungen der Lichtmaschine 21 ausgelöst wird, besitzt eine möglichst
geringe Differenz zwischen den Spannungswerten uE und % (Fig. 3), die seine Ein-
und Ausschaltung auslösen. Andererseits weist die Lichtmaschine im Drehzahlbereich
der Spannungswerte für die Schaltschützauslösupg einen starken Anstieg der Spannung
im Verhältnis zur Drehzahlsteigerung auf. Damit wird
erreicht, daß sich die
Ein- und Ausschaltdrehzahlen OL--i und nA in ihrer Größe nur ganz gering unterscheiäe
Die
in Fig. 3 dargestellte Kennlinie der Lichtmaschine verläuft von der Leerlaufdrehzahl
IIL an zunächst sehr flach, steigt dann in verhältnismäßig steilem Winkel bis nahe
der Nennspannung atN an, auf deren Höhe sie durch den Lichtmaschinenregler annähernd
konstant gehalten wird.
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Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung nach der Erfindung ist nun
folgende: Durch Schließen des Zündschalters 28 werden die Stromkreise an die Spannung
des elektrischen Sammlers 27 gelegt. Die Steuereinrichtung ist damit betriebsbereit.
Der Motor wird angelassen und läuft zunächst ungefähr mit L eerlaufdrellzahl nL
(Fig. 3). Das Schaltschütz L'22 bzw. das Umschaltschütz 29 hält infolge der geringen
Lichtmaschinenspannung tiL - die nicht ausreicht, um das Schaltschütz zu betätigen
- den Stromkreis zum Elektromagnet 11 geschlossen, der das Umschaltventil 10 in
Schaltstellung bringt und damit den Servomotor 3 über die Leitungen 4 und 8 sowie
durch die Drosselöffnung 18 mit dem Unterdruckbehälter 9 verbindet. Die Kupplung
wird ausgerückt. Durch Betätigen des Getriebeschalthebels 23 wird der zum Anfahren
benötigte Getriebegang eingelegt. Dabei wird sowohl das Schaltschütz 24 bzw. das
Umschaltschütz 29 und da-mit der Elektromagnet 11 parallel zum Schaltschütz
22 betätigt, als auch der Stromkreis des Elektromagnets 19 geschlossen. Diese Vorgänge
wirken auch im Sinne des Lösens der Kupplung. Die Kupplung bleibt also ausgerückt.
Zum Anfahren wird nun das Gaspedal 26 betätigt, die Motordrehzahl layl steigt an.
Gleichzeitig steigt die Spannung ziL der Lichtmaschine, entsprechend ihrer Kennlinie
(Fig. 3), bis sie die Einschaltspannung uE bei der Einschaltdrehzahl itF erreicht.
Das Schaltschütz 22 bzw. das Umschaltschütz 29 wird betätigt. Der Stromfluß zum
Elektromagnet 11 wird unterbrochen, und das Umschaltventil 10 geht in seine gezeichnete
Ruhestellung zurück. Der Unterdruck ps im Servomotor 3 wird nun über die Leitung
4 durch das Reduzierventil 14 entsprechend der Linie Ri-R? (Fig. 4, 5 und 6) zunächst
auf einen durch die Schraube 13 bestimmten Wert R2 schnell aufgefüllt. Die Kupplung
bewegt sich damit schnell in Richtung Einkuppeln, bis die Kupplungsbeläge fast zu
greifen beginnen (Punkt E in Fig. 4, 5 und 6). Der weitere Aufbau des Druckes ps
im Servomotor 3 geschieht nun über die Drosselöffnung 12 langsam, so daß eine weiche,
durch die Größe der Drosselöffnung 12 vorbestimmte Übertragung des Drehmomentes
JTdK durch die Kupplung gewährleistet ist. Die Zeit bis zur vollen Übertragung des
gesamten Drehmomentes AldnQ" (Punkt El in Fig. 5 und 6) wird allein durch die Größe
der Drosselöffnung 12 beeinflußt. Wird nun durch das Gaspedal 26 der Kontakt 25
geschlossen und erhält so der Elektromagnet 17 Stromzufuhr, so bleibt das Reduzierventil
14 über den eingestellten Wert R, hinaus geöffnet. Der Einkupplungsvorgang erfolgt
damit sehr schnell nach der Linie Itl-R,-R2. Es ergibt sich eine ruckartige Kupplungsbetätigung,
die insbesondere während der Fahrt beim Schalten des Wechselgetriebes erwünscht
ist. Diese ruckartige Kupplungsbetätigung kann auf einfache Weise dadurch den Erfordernissen
eines Fahrzeuges entsprechend etwas abgemildert werden, daß durch Begrenzung des
Hubes des Elektromagnets 17 nur ein begrenztes Öffnen des Ventils 14 erfolgt. Fällt
die Motordrehzahl 72,y1 während des Einkupplungsvorganges wieder unter die Ausschaltdrehzahl
nA bzw. die Lichtlnaschinenspannung unter die Ausschaltspannung iiA, so wird durch
das Schaltschütz 22 bzw. das Umschaltschütz 29 der Stromkreis für den Elektromagnet
11 wieder geschlossen. Das Umschaltventil 10 gibt dem Druckmittel den Weg zum Betätigen
des Servomotors 3 in Richtung Auskuppeln frei. Während bei der bisher bekannten
Steuereinrichtung hilfskraftbetätigter Kupplungen nunmehr ein nahezu ruckartiges
Auskuppeln nach der Linie Al-_d2 (Fig. 4) erfolgte, was mit einer plötzlichen Entspannung
der Antriebselemente verbunden war und ein schnelles Ansteigen der Motordrehzahl
% bis zum Wiedereinkuppeln bei E zur Folge hatte, wird bei der Steuereinrichtung
nach der Erfindung die Kupplung nur langsam entlastet. Die Drosselöffnung 18 erlaubt
nämlich nur einen langsamen Druckausgleich zwischen dem Unterdruckbehälter 9 und
dem Servomotor 3. 1Toch bevor die Kupplung voll ausgelöst ist, wird die Einschaltdrehzahl
nE des Motors wieder erreicht (Punkt P In Fig.5), und das Umschaltventil
10 geht wieder in seine Einkupplungsstellung. Die Geschwindigkeit des Fahrzeuges
bzw. die Drehzahl na der Getriebewelle, die bei den bisher bekannten hilfskraftbetätigten
Kupplungen nach dem ruckartigen Auskuppeln immer wieder abfällt, wird durch die
Steuereinrichtung gemäß der Erfindung infolge des langsamen Auskuppelns stetig ansteigend
gehalten. Lediglich der Anstiegswinkel ändert sich dabei, und zwar derart, daß während
des Einkuppelns der Anstiegswinkel fortwährend zunimmt und während des Auskupplungsvorganges
geringfügig abnimmt. Die Geschwindigkeit des Fahrzeuges wird also dauernd gesteigert,
nur die Beschleunigung ändert in geringfügigem Maße ihren Wert. Die Änderung der
Beschleunigung steht dabei in direktem Verhältnis zu dem Unterschied zwischen Ein-
und Ausschaltdrehzahlwerten des Schaltschützes 22 bzw. 29.
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Soll nach dem Anfahren das Getriebe in einen anderen Gang geschaltet
werden, so wird im Getriebeschalthebel 23 der Steuerstromkreis für den Elektromagnet
19 geschlossen, der das Ventil 20 öffnet, während der Steuerstromkreis für den Elektromagnet
11 des Umschaltventils 10 durch das Schaltschütz 24 geschlossen wird (Fig. 1). Bei
Verwendung eines Umschaltschützes 29 (Fig.^) werden beide Elektromagnete direkt
über den im Getriebeschalthebel 23
eingebauten Schalter 23' unter Spannung
gelegt. Der Servomotor 3 wird über die Leitung 4 und die geöffneten Ventile 10 und
20 ohne größere zeitliche Verzögerung zum Unterdruckbehälter 9 hin entlüftet, so
daß im Servomotor der Druck nach der Linie A1-.42 abfällt (Fig. 6) und so die Kupplung
nahezu schlagartig ausgerückt wird. Nach Beendigung der Getriebeschaltung, d. h.
nach Unterbrechen des Schalters 23', gehen die Ventile 10 und 20 in ihre Ruhestellung
zurück, der Servomotor 3 wird, wie im vorstehenden bereits beschrieben, zunächst
über das Reduzierventil 14 nach der Linie Ri-R2 schnell und sodann über die Drosselöffnung
12 nach der Linie R2-E1 Langsam belüftet und die Kupplung weich eingerückt. Soll
ein plötzliches Wiedereinrücken der Kupplung erfolgen, so kann durch Niederdrücken
des Gaspedals 26 der Schalter 25 geschlossen werden, worauf der Elektromagnet
17 das Reduzierventil 14 öffnet und so ein schnelles Belüften des Servomotors 3
bzw. ein schnelles Auffüllen des Unterdruckes nach der Linie Ri R2-E2 und dementsprechend
ein schnelles Einrücken der Kupplung erzielt wird.