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Automatische Kupplungseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Es sind automatische Kupplungseinrichtungen bekannt, welche durch einen Elektromagneten
betätigt werden. Diese Einrichtungen haben den Nachteil, daß der Stromverbrauch
für eine normale Batterie zu hoch und ein sicheres Arbeiten nicht gewährleistet
ist. -Ferner sind automatische Kupplungseinrichtungen bekannt, bei denen ein in
einem Zylinder befindlicher, mit der Kupplung verbundener Kolben unter Ausnutzung
der Saugwirkung des Motors betätigt wird.-Hierbei wird eine normale Kupplung verwendet,
die mittels Federkraft eingekuppelt und unter Überwindung dieser Federkraft durch
die Saugwirkung des Motors ausgekuppelt wird. Bei diesen Einrichtungen ist im allgemeinen
die Saugwirkung zu gering, um ein einwandfreies- Arbeiten und ein schnelles Kuppeln
zu erzielen.
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Die Erfindung betrifft diese letztgenannte Art der automatischen Kupplungseinrichtungen,
vermeidet aber deren Nachteile durch die folgende Merkmalskombination: a) Eine vorspannbare
Feder, die bei der Einkuppelbewegung durch die Saugwirkung vorgespannt wird und
während der Auskuppelbewegung, sich entspannend, die in umgekehrter Richtung am
Kolben angreifende Saugwirkung unterstützt, b) ein Absperrventil in der dem Einkuppeln
dienenden Saugleitung und ein dieses Ventil überbrükkender Kanal mit einem Reduzierventil,
c) ein elektrischer Stromkreis zum Schließen des Absperrventils mit einem ersten,
beim Unterschreiten einer gegebenen Fahrgeschwindigkeit betätigten Schalter und
mit einem zweiten, kurz vor Erreichen der Einkupplungsstellung vom Kolben des Servomotors
aus betätigten Schalter.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis war es, daß die Saugwirkung
beim Einkuppeln ausreicht, um gleichzeitig eine Feder vorzuspannen, welche die Auskuppelbewegung
beschleunigen kann. Insoweit hierdurch eine Verlangsamung der EinkuppeIbewegung
erfolgt, ist diese erwünscht, weil dann die beiden Kupplungshälften nicht aufeinanderprallen,
sondern zunächst in Schleifberührung gelangen, ehe sie ganz zusammenrücken. Die
Feder unterstützt also ein schnelles Lösen der Kupplung beim Entkuppeln und führt
zu einer erstrebten Verlangsamung beim Einkuppeln. Die bei laufendem Motor immer
vorhandene Saugkraft wird dauernd ausgenutzt, nämlich sowohl in eingekuppeltem wie
in ausgekuppeltem Zustand, während bei den bekannten Kupplungen dieser Art die Saugkraft
nur während des Auskuppelns wirksam war. Aus diesem Grund braucht die Saugkraft
bei der neuen Einrichtung nicht so groß zu sein.
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In vielen Fällen ist aber beim Anfahren und bei niedrigen Geschwindigkeiten
eine mit der Feder nicht mehr zu bewerkstelligende Verlangsamung der Einkuppelbewegung
notwendig. Aus diesem Grund wird eine an sich bekannte Drosselregelung verwendet,
die zur Wirkung kommt, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind, nämlich die Betätigung
eines Schalters, kurz bevor die beiden Kupplungsteile in Eingriff kommen, und die
Betätigung eines Schalters beim Absinken der Fahrgeschwindigkeit unter eine bestimmte
Grenze. Die Wahl der Fahrgeschwindigkeit als Bezugsgröße hat im Gegensatz etwa zum
eingeschalteten Gang den Vorteil, daß in jedem Fall beim Anfahren ein langsames
Einkuppeln gewährleistet ist, auch wenn versehentlich ein falscher Gang eingelegt
ist.
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Zwar ist aus einer automatischen Kupplungskonstruktion eine Feder
bekannt, die beim Einkuppeln. gespannt wird. Sie unterstützt jedoch während der
Auskuppelbewegung nicht die Saugwirkung. Vielmehr drückt sie lediglich den auf der
Kolbenstange verschiebbaren Kolben in seine eine Endstellung; wodurch die im Innern
der Kolbenstange verlaufende Ansaugleitung und die Atmosphärenleitung jeweils mit
dem anderen Zylinderraum verbunden werden. Durch die Verstellung des Kolbens auf
seiner Stange und die dann erst einsetzende Entkupplungsbewegung geht in nachteiliger
Weise wertvolle Zeit verloren.
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Es ist ferner bekannt, zwecks Verlangsamung der Einkuppelbewegung
eine Drosselung der einströmenmenden
Luft vorzunehmen. Dies geschah
jedoch bisher auf der atmosphärischen Seite des Kolbens und nicht auf der Saugseite.
Ferner wurde die Wirksamkeit der Drosselregelung von der Stellung der Gangschaltung
abhängig gemacht, so daß die erstrebte Verlangsamung der Kuppelbewegung bei falsch
eingelegtem Gang nicht auftrat.
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Auch von der Fahrgeschwindigkeit abhängige Schalter sind bereits bekannt.
Sie sind jedoch nicht für die Einschaltung der verlangsamten Einkuppelbewegung verantwortlich,
sondern liegen in dem Stromkreis der Magnetspule für das Umschaltventil (Umsteuerung
von der Einkuppel- zur Auskuppelbewegung) und sollen das selbsttätige Auskuppeln
bei Langsamlauf des Motors verhindern. Sie rufen bei Geschwindigkeiten des Fahrzeugs
unterhalb 20 bis 30 km/h und in dem Augenblick eines scharfen Bremsens das Entkuppeln
hervor.
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Die verengte Öffnung des Reduzierventils im Überbrückungskanal wird
in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe gesteuert. Die Schnelligkeit
des Einrückens der Kupplung hängt somit davon ab, wie stark das Gaspedal niedergedrückt
ist. Auf diese Weise erhält man genau diejenige Steuerbewegung, die der geübte Fahrer
normalerweise mit seinem Fuß beim Starten vollführt.
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Ferner empfiehlt es sich, ein Rückschlagventil vorzusehen, welches
das Absperrventil auf der beim Einkuppeln unter Unterdruck stehenden Kolbenseite
in der Weise überbrückt, daß die Luft beim Auskuppeln auf dieser Kolbenseite ungehindert
nachströmen kann. Auf diese Weise arbeitet die Steuervorrichtung auf der Saugseite
unabhängig von allen äußeren Einflüssen. Ein rasches Auskuppeln ist also immer gewährleistet.
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Um die Kupplung zu betätigen, kann man sich eines Umschalters bedienen,
der eine der Kolbenseiten mit dem Saugrohr und die andere Kolbenseite mit der Atmosphäre
verbindet und der in an sich bekannter Weise von dem Getriebeschalthebel aus elektromagnetisch
betätigt wird. Die Konstruktion kann so ausgebildet sein, daß sich am Schalthebel
ein Betätigungsknopf befindet; der Schalthebel kann aber auch einen eingebauten
Betätigungsschalter aufweisen, der einen Kontakt schließt, sobald der Schalthebel
aus einer seiner Ruhelagen bewegt wird.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der Umschalter außerdem mittels
eines magnetbetätigten Schalters in die Auskuppelstellung gebracht werden kann und
wenn der Elektromagnet eine vom Ladestrom der Lichtmaschine durchflossene Wicklung
sowie eine" an der Spannung der Lichtmaschine liegende Wicklung trägt, die so eingestellt
sind, daß der Schalter bei langsam laufendem oder stillstehendem Motor geschlossen
ist. Auf diese Weise wird die Kupplung automatisch bei stillstehendem oder langsam
laufendem Motor gelöst, d. h. wenn der Wagen anhält oder ausrollt, wie es der normalen
Fahrtechnik entspricht, um den Motor nicht abzuwürgen. Die spezielle Konstruktion
des Elektromagneten mit einer Hauptstrom-und einer Nebenschlußwicklung ist erforderlich,
damit der Schalter nicht versehentlich durch zu der Lichtmaschine fließenden Rückstrom
betätigt wird.
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Der von der Fahrgeschwindigkeit abhängige Schalter soll eine Kontaktumstellung
vornehmen, wenn eine bestimmte niedrige Geschwindigkeit, beispielsweise 10 oder
15 km/h über- bzw. unterschritten wird. Hierfür kann ein einfacher Tachometer dienen.
Es empfiehlt sich aber eine Konstruktion, bei der der von der Fahrgeschwindigkeit
abhängige Schalter einen auf der Tachometerwelle angebrachten Nocken aufweist, der
mit zwei einander gegenüberliegenden, gefederten Stößeln zusammenwirkt, die zwei
elektrische, parallel liegende Kontakte in der Weise betätigen, daß bei Überschreiten
einer bestimmten Nockendrehzahl die Kontakte dauernd geöffnet sind. Vorzugsweise
wird die Federung der Stößel durch eine luftraumabschließende Membran bewirkt, und
jeder Luftraum weist ein nur nach außen öffnendes Rückschlagventil sowie eine kleine
Bohrung auf. Diese kleine Bohrung ermöglicht eine genaue Einstellung der Drehzahl,
bei welcher die Umschaltung vorgenommen werden soll.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 ein Schaltschema der automatischen Kupplungseinrichtung und Fig.
2 ein Schalt- und Funktionsschema eines von der Fahrgeschwindigkeit abhängigen Schalters.
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Die Kupplungseinrichtung weist einen Zylinder 1 auf, in dem ein von
beiden Seiten beaufschlagbarer Kolben 2 gleitet. Der Kolben 2 ist mit einer Kolbenstange
3 verbunden, die über eine Reguliermutter 4 an eine Verbindungsstange 5 angeschlossen
ist, welche zu dem normalen Kupplungspedal 6 führt. Eine Gegendruckfeder 7 ist zwischen
dem Kolben 2 und der einen Abdeckung 8 des Zylinders 1 eingesetzt.
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Von der Ansaugleitung 9 des Motors, vorzugsweise von einer Stelle
hinter dem Vergaser zweigt eine Leitung 10 mit einem Rückschlagventil
11 ab, die zu einem Vakuumbehälter 12 führt. Dieser gleicht Schwankungen
der Saugwirkung, die von Veränderungen der Motordrehzahl abhängen, aus. Von ihm
führt eine Leitung 13 zu dem Umschalter 14, dessen Schaltkolben 15 einerseits durch
eine Feder 16 nach links gezogen wird, andererseits durch eine Magnetspule 17 nach
rechts gezogen werden kann, um die Zuleitung 13 mit der Leitung 19 und eine Luftöffnung
18 mit der Leitung 20 bzw. umgekehrt die Zuleitung 13 mit der Leitung 20 und eine
Luftöffnung 18 mit der Leitung 19 zu verbinden. Die Leitung 20 führt auf die Seite
21 des Kolbens 2 und bewirkt, wenn in ihr Unterdruck herrscht, das Entkuppeln. Die
Leitung 19 steht über mehrere Verbindungsleitungen mit der zu der Seite 22 des Kolbens
2 führenden Leitung 23 in Verbindung und bewirkt, wenn in ihr Unterdruck herrscht,
das Einkuppeln.
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Die Hauptverbindungsleitung 24 zwischen den beiden Leitungen 19 und
23 weist ein Absperrventil 25 auf; dessen Kolben 26 durch die Feder 27 in die geöffnete
Stellung gezogen wird und durch die Wirkung der Magnetspule 28 in die geschlossene
Stellung gebracht werden kann. Dieses Ventil 25 ist überbrückt durch einen Leitungszug,
welcher aus der Leitung 29, dem drosselklappengesteuerten Reduzierventil 30 und
der Leitung 31 besteht. Beide Ventile 25 und 30 sind wiederum durch das in einer
Leitung 32 befindliche Rückschlagventil 33 überbrückt, das dem Einströmen atmosphärischer
Luft auf die Seite 22 des Kolbens 2 keinen Widerstand entgegensetzt.
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Die Betätigung der den Umschalter 14 bedienenden Magnetspule 17 geschieht
durch einen Stromkreis, der durch die Batterie 34, den Zündschalter 35, die Leitung
36, die Spule 17, die Leitung 37 und den Schalter 38 am Getriebeschalthebel gebildet
wird. Parallel zu der Leitung 37 liegt eine Leitung 39, die zu dem Kontakt 40 eines
Schalters 41 führt. Dieser
Schalter 41 wird durch den Elektromagneten
42 betätigt, der eine vom Ladestrom der Lichtmaschine 44 durchflossene Wicklung
43 und eine an die Spannung der Lichtmaschine gelegte Nebenschlußwicklung 45 trägt.
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Die das Absperrventil 25 bedienende Magnetspule 28 liegt in
einem Stromkreis, der aus der Batterie 34, dem Zündschalter 35, den Leitungen 36
und 46, der Spule 28, der Leitung 47, dem Schalter 48 mit dem Kontakt 49, der Leitung
50 und dem von der Fahrgeschwindigkeit abhängigen Schalter 51 gebildet wird. Ein
auf der Kolbenstange 3 befestigter Nockenring 52 betätigt den Schalter 48, sobald
der Kolben 2 eine bestimmte Mittellage, in deren Bereich das Kuppeln erfolgt, erreicht
hat.
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Die Arbeitsweise dieser automatischen Kupplungseinrichtung ist die
folgende: Zum Auskuppeln wird bei normaler Fahrgeschwindigkeit der Schaltknopf 38
betätigt, wodurch die Spule 17 erregt wird und den Schaltkolben 15 nach rechts zieht.
Hierdurch wirkt eine Saugkraft auf der Seite 21 des Kolbens 2, während
die Seite 22 mit der Atmosphäre verbunden ist. Infolge der Unterstützung
durch die Kraft der Gegendruckfeder 7 schnellt der Kolben 2 bis zur Mittelstellung
und wird dann durch die Saugkraft allein weiter nach rechts bewegt. Das Auskuppeln
erfolgt also sehr rasch.
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Das Einkuppeln bei normaler Fahrt geschieht dadurch, daß die elektrische
Verbindung durch den Schaltknopf 38 wieder gelöst wird, der Schaltkolben 15 also
wieder nach links wandert. Nunmehr ist die Seite 21 des Kolbens 2 mit der Atmosphäre
verbunden, während die Seite 22 der Saugwirkung unterliegt. Da das Ventil
25 voll geöffnet ist, wirkt der Unterdruck mit voller Kraft, so daß der Kolben
2 verhältnismäßig rasch nach links wandert und das Einkuppeln schnell vollzogen
wird. Die zwischendurch von den Ringnocken 52 durchgeführte Betätigung des Schalters
48 ist ohne Einfluß, da der von der Fahrgeschwindigkeit abhängige Schalter 51 die
Verbindung zur Masse unterbrochen hat.
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Das Auskuppeln beim langsamen Fahren unterscheidet sich nicht vom
Auskuppeln beim raschen Fahren.
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Das Einkuppeln beim langsamen Fahren dagegen soll so vollzogen werden,
daß die Einrückbewegung langsam vor sich geht. Wenn also die Spule 17 des -Umschalters
14 nicht mehr erregt wird, wirkt zunächst der volle Unterdruck auf der Seite 22
des Kolbens 2. Dieser bewegt sich also mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit
nach links, bis der Nockenring 52 den Schalter 48 niederdrückt. Da bei langsamer
Geschwindigkeit des Fahrzeugs der von der Fahrgeschwindigkeit abhängige Schalter
51 die Verbindung zur Masse hergestellt hat, wird die Spule 28 des Ventils
25 erregt, dieses Ventil schließt also. Die Saugwirkung gelangt demnach nur
noch über das den Querschnitt vermindernde Reduzierventil30 auf die Seite 22 des
Kolbens 2. Dieser bewegt sich mit entsprechend langsamerer Geschwindigkeit nach
links. Erst wenn der Nocken 52 den Schalter 48 wieder freigibt, kann der Kolben
2 den Rest seines Weges nach links wieder schneller durchmessen. Es besteht keine
Schwierigkeit, den Nocken 52 so einzustellen, daß die Betätigung des Schalters 48
gerade in dem Augenblick erfolgt, wenn der Druckpunkt der Kupplung erreicht ist,
wenn sich also die Kupplungsscheibe mit der Kupplungsdruckplatte zu drehen beginnt.
Beim Anhalten oder immer dann, wenn der Motor nur langsam läuft, muß die Kupplung
gelöst werden, damit der Motor nicht abgewürgt wird. Dies geschieht dadurch, daß
der Schalter 41, sobald der Ladestrom der Lichtmaschine 44 zu schwach wird, den
Kontakt 40 schließt, wodurch die Spule 17 erregt wird und das Auskuppeln. automatisch
erfolgt.
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Es lassen sich noch gewisse Abwandlungen dieser Einrichtung denken.
Beispielsweise kann das drosselklappengesteuerte Reduzierventil 30 durch
ein handbetätigtes, regelbares Durchflußorgan ersetzt werden. Die Reduzieröffnung
kann auch in das Ventil 25 mit eingebaut sein. Weiterhin ist es möglich, die eine
verminderte Saugwirkung einstellende Umsteuervorrichtung nicht elektromagnetisch,
sondern mechanisch zu bedienen, z. B. dadurch, daß die Kolbenstange mit entsprechenden
Bohrungen ausgestattet ist, welche an bestimmten Stellen übersteuert werden und
somit die Druckverminderung bewirken.
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Als von der Fahrgeschwindigkeit abhängiger Schalter 51 kann beispielsweise
ein Tachometer verwendet werden, obwohl diese Geräte gerade im Bereich geringer
Geschwindigkeiten verhältnismäßig ungenau arbeiten. Mit besonderem Vorteil wird
ein Gerät, wie es in Fig. 2 veranschaulicht ist, benutzt.
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Auf einer Welle, vorzugsweise der Tachometerwelle, sitzt ein Nocken
53, die abwechselnd die beiden um 180° gegeneinander versetzten Stößel 54 nach außen
drückt. Diese Stößel sind mit federnden Membranen 55 verbunden, die einen Luftraum
56 abdecken, der durch ein Rückschlagventil57, in dem sich eine kleine Bohrung 58
befindet, abgeschlossen ist. Die Stößel 54 sind mit in Drehpunkten 59 gelagerten
Hebeln 60 verbunden, die an ihrem gegenüberliegenden Ende durch eine Feder 61 zusammengehalten
werden. Bei einer Betätigung der Hebel 60 nach außen werden mit diesen verbundene
Sehalter 62 geöffnet, die über bewegliche Leitungen 63 mit Masse und andererseits
in Parallelschaltung mit der Leitung 50 verbunden sind.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die folgende: Bei hoher Drehzahl
des Nockens 53 werden die Stößel 54 nach außen gedrückt, wobei die Luft aus dem
Luftraum 56 durch das Rückschlagventil 57 verdrängt wird. Die Stößel 54 können nur
langsam in ihre Ruhestellung zurückkehren, da durch die kleine Bohrung 58 nur langsam
Luft in den Luftraum 56 nachströmen kann. Bei hoher Drehzahl werden somit die Stößel
54 dauernd nach außen gehalten, und die Kontakte 62 sind dauernd geöffnet.
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Bei niedriger Drehzahl dagegen haben die Stößel 54 während jeder Umdrehung
Gelegenheit, in ihre Ruhelage zurückzukehren, so daß immer einer der Kontakte 62
geschlossen ist. Durch entsprechende Wahl der Größe der Bohrungen 58 kann die gewünschte
Drehzahl des Nockens 53 bzw. die Geschwindigkeit des Wagens, bei der geschaltet
werden soll, genau eingestellt werden. Im Bereich der Grenzdrehzahl ist die aus
den beiden Kontakten 62 bestehende Parallelschaltung lediglich zeitweilig geschlossen,
so daß Stromimpulse durchgelassen werden. Diese Impulse bewirken eine schwächere
Erregung der Spule 28 des Ventils, so daß im Bereich dieser Drehzahl der Kolben
26 dieses Ventils eine Zwischenstellung einnimmt, die ebenfalls eine gewisse Reduzierung
der Saugwirkung hervorruft.
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Die in Fig. 2 veranschaulichte, von der Drehzahl abhängige Schalteinrichtung
1'äßt sich leicht abwandehn.
Beispielsweise kann statt der Membranen
ein Kolbensystem oder auch ein Reibungssystem Verwendung finden.