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Regelvorrichtung für eine hydraulisch betätigte Kraftfahrzeugkupplung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für eine hydraulisch betätigbare
Kraftfahrzeugkupplung mit einem Servomotor, dem das zur Kupplung benötigte Drucköl
in Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors über ein vorgeschaltetes, von
einem Elektromagneten betätigtes Steuerventil zugeführt wird. In der einen Stellung
des Steuerventils ist dabei der Servomotor über eine Druckleitung mit einer Druckölpumpe
und in der anderen Stellung mit einer Rückstromleitung verbunden.
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Es ist bekannt, Kraftfahrzeugkupplungen mittels Servomotoren hydraulisch
zu betätigen. Dabei ist aber im allgemeinen nicht der Tatsache Rechnung getragen
worden, daß die Leistungskurve der Antriebsmaschine in erheblichem Maße von ihrer
Betriebstemperatur beeinflußt wird, d. h., bei einer bestimmten Drehzahl kann der
Motor bei niedrigerer Temperatur keine so hohe Leistung abgeben, wie bei normaler
Betriebstemperatur. Dadurch tritt bei den bekannten Regelvorrichtungen für eine
hydraulisch betätigte Kupplung der Nachteil auf, daß bei kalter Antriebsmaschine,
insbesondere bei Kaltstart, die Kupplung bereits anlegt bzw. eingerückt wird, wenn
die Antriebsmaschine noch nicht in der Lage ist, die geforderte Leistung abzugeben.
Die Folge davon ist, daß die Drehzahl beim Einkuppeln sofort stark abfällt und die
Kupplung wieder gelöst wird. Bei erneutem Gasgeben kommt die Kupplung wieder zum
Greifen, worauf sich das Spiel wiederholt, bis schließlich die Kupplung bei höherer
Geschwindigkeit eingerückt bleibt. Das Anfahren bei kaltem Motor erfolgt dadurch
auch im 1. Gang ruckweise.
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Es ist auch bekannt, zum Auskuppeln im Leerlauf und bei Gangwechsel
den die Kupplung betätigenden Servomotor an den Saugrohrunterdruck zu legen. Zum
Einkuppeln wird der Unterdruck im Servomotor in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit
und der Drosselklappenstellung in weitgehender Anpassung an die Verhältnisse bei
einer durch den Fahrer betätigten Kupplung abgebaut. Hierzu bedarf es jedoch eines
verhältnismäßig großen Aufwandes an Schalt- und Steuereinrichtungen.
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Es sind ferner Steuereinrichtungen für hydraulisch bet_itigte Getriebeschaltkupplungen
bekannt, bei denen der zeitliche Verlauf des Druckanstieges des Arbeitsmediums mit
Hilfe von thermostatisch geregelten Verzögerungsorganen gesteuert wird. Damit soll
erreicht werden, daß auch bei veränderlicher Viskosität des Drucköles infolge Temperaturschwankungen
die Durchströmgeschwindigkeit durch das Drosselventil konstant bleibt. Da diese
bekannten Steuereinrichtungen jedoch so aufgebaut sind, daß der Druckanstieg von
der Förderleistung der von der Antriebsmaschine angetriebenen Pumpe und damit von
der Motordrehzahl unabhängig ist, sind sie für hydraulisch betätigte Kraftfahrzeugkupplungen
ungeeignet.
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Die Erfindung vermeidet die geschilderten Nachteile der bekannten
Regelvorrichtungen für eine hydraulisch betätigte Kupplung. Sie besteht demgegenüber
darin, daß der in dem Servomotor auftretende Druck durch einen im Steuerventil angeordneten,
mittels eines von einer wärmeempfindlichen Vorrichtung gesteuerten Beipasses zwischen
der Druckleitung und der Rückstromleitung regelbar ist.
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Durch die Erfindung wird eine einfache, nur aus wenigen Elementen
bestehende Regelvorrichtung für die normaie Kupplung eines Kraftfahrzeuges geschaffen,
die sich ohne Änderung an den bestehenden Aggregaten auch zum nachträglichen Einbau
eignet.
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Die mit der Regelvorrichtung nach der Erfindung ausgestattete hydraulisch
betätigte Kupplung paßt sich den stark wechselnden Bedingungen im Betrieb eines
Kraftfahrzeuges besonders gut an und erfüllt die Forderungen nach einem allmählichen,
sanften Einkuppeln beim Anfahren und beim Gangwechsel in allen Betriebszuständen
der Antriebsmaschine. Bei betriebswarmer Maschine wird auch bei schnellem Öffnen
der Drosselklappe des Vergasers die Kupplung sanft eingedrückt. Beim Kaltstart liegt
die Eingriffdrehzahl der Kupplung höher, so daß diese erst dann greift, wenn die
Antriebsmaschine eine Drehzahl
erreicht, bei der genügend Leistung
abgegeben wird. Bei einer gewünschten Änderung der Getriebeübersetzung wird die
Kupplung schnell vollständig gelöst.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist im Steuerventil ein
weiterer Beipaß vorgesehen, dessen Durchflußquerschnitt zum Ändern des Anpreßdruckes
der Kupplung durch eine Stellschraube regulierbar ist.
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Um die hydraulische Betätigung der Kupplung ausschalten zu können,
ist ein Handhebel vorgesehen, mit dem der Servomotor in der Schließstellung der
Kupplung blockiert werden kann. Um den Druckanstieg im Servomotor zu verzögern,
ist im Steuerventil eine Regelvorrichtung vorgesehen, mit der der Durchflußquerschnitt
verändert werden kann.
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Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, daß das Drucköl am Druckölschalter
eine am Instrumenbrett angebrachte Kontrollampe für den Öldruck abschaltet, wenn
die Kupplung gerade eingedrückt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen im einzelnen
dargestellt und in der Beschreibung näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Antriebsmaschine eines
Kraftfahrzeuges mit Kupplung und Getriebe sowie die Anordnung des Gangschalthebels
an der Lenksäule eines Kraftfahrzeuges und die Anordnung der einzelnen Aggregate
einer hydraulisch betätigten Kupplung nach der Erfindung; Fig.2 zeigt in schematischer
Darstellung eine Regelvorrichtung für eine hydraulisch betätigte Kupplung nach der
Erfindung in vergrößertem Maßstabe, teilweise im Schnitt; Fig. 3 ist ein Schnitt
längs der Linie 3-3 in Fig. 2. Die Regelvorrichtung für eine hydraulisch betätigte
Kraftfahrzeugkupplung nach der Erfindung besteht aus dem Steuerventil
10, dem Servomotor 11 und einem als Sperre dienenden Handhebel 12. In dem
dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Servomotor 11 mit Drucköl beaufschlagt.
Dem Servomotor ist das Steuerventil 10 vorgeschaltet. Das Drucköl für den
Servomotor wird dem Druckölsystem der Antriebsmaschine z. B. am Druckölschalter
entnommen. Der Druckölschalter (nicht dargestellt) wird dabei so einreguliert, daß
die übliche, am Armaturenbrett angeordnete Kontrollampe (nicht dargestellt) gerade
erlischt, wenn der gelieferte Druck zum Einkuppeln der Kupplung ausreicht. Der aus
dem Druckölsystem der Antriebsmaschine 9 entnommene hydraulische Druck tritt durch
die Druckleitung 13 in das Steuerventil 10 ein. Das Steuerventil 10 besteht aus
einem Ventilgehäuse 14, in dem ein durch einen Elektromagneten 16 betätigter
Kolbenschieber 15 den Durchtritt des Drucköles aus der Druckleitung 13 in
die Druckzylinderleitung 17 freigibt oder sperrt. Der Kolbenschieber
15 weist an seinem unteren Ende Ventilsitzflächen 18 auf, die mit
Ventilflächen 19 im Ventilgehäuse 14 zusammenwirken. Der Kolbenschieber 15
hat eine zentrale Bohrung 20, die im oberen Teil erweitert ist, so daß Schultern
21 entstehen, gegen die der Druck einer Schraubenfeder 22 wirkt, welche sich gegen
einen festen Teil 28 des Elektromagneten 16 abstützt und den Kolbenschieber
15 in der unteren Totpunktlage hält. Der Elektromagnet 16 hat zwei Polklemmen
23 und 24, von denen die eine, 23, über eine Leitung 25 mit dem einen
Pol eines im Gangschalthebel 26 eingebauten Kippschalters (nicht dargestellt)
verbunden ist. Der andere Pol 24 des Elektromagneten führt über eine Leitung
27 an Masse. Wird der Gangschalthebel 26
zur Wahl eines anderen Getriebeganges
in die in Fig.2 in gestrichelten Linien angedeutete Stellung bewegt, so wird der
im Gangschalthebel 26 eingebaute Kippschalter geschlossen. Von der als Stromquelle
verwendeten Fahrzeugbatterie B fließt dann ein Strom durch den Kippschalter über
die Leitung 25, die Polklemme 23, durch den Elektromagneten 16, die Polklemme 24
und die Leitung 27 an Masse. Durch diesen Strom wird der Elektromagnet 16 erregt
und der Kolbenschieber 15 gegen die Wirkung der Schraubenfeder 22 aufwärts bewegt,
bis die Ventilflächen 18 und 19 den Durchtritt von Druckmedium aus der Druckleitung
13 in die Druckzylinderleitung 17 sperren.
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Durch die zentrale Bohrung 20 des Kolbenschiebers
15 tritt Drucköl durch den Kolbenschieber hindurch auf seine Oberseite, die
eine Schrägfläche 31 aufweist, der eine entsprechende Schrägfläche 33 des festen
Teiles 28 gegenübersteht. Dadurch ist der Kolbenschieber 15 druckentlastet
und geht bei einer Erregung des Elektromagneten schnell und plötzlich in seine obere
Totpunktlage. Aus dem Ventilgehäuse tritt eine Rückstromleitung 30 aus, durch die
das Druckmedium zur Ölwanne der Antriebsmaschine 9 zurückfließen kann. Im Ventilgehäuse
14 befinden sich zwei Beipässe 32 und 34, durch die der an die Druckzylinderleitung
17 bzw. den Servomotor 11 gelieferte Flüssigkeitsdruck modifiziert wird (vgl. auch
Fig. 3). Der Durchlaß durch den ersten Beipaß 32 wird von einer Bimetallfeder 36
in der Weise geregelt, daß bei kaltem Drucköl der Beipaß 32 ganz freigelegt wird
und daher weniger Drucköl über die Druckzylinderleitung 17 an den Servomotor
11 geliefert wird, während bei wärmer werdendem Drucköl die Beipaßöffnung
32 immer mehr geschlossen wird, so daß schließlich der volle Druck an den Servomotor
11 geht. Damit herrscht bei einer bestimmten Drehzahl der Druckölpumpe bei
kalter Antriebsmaschine ein geringerer Druck in dem Servomotor 11 als bei
warmer Maschine. Der für die Betätigung der Kupplung erforderliche Arbeitsdruck
im Servomotor 11
wird somit bei kalter Antriebsmaschine erst bei einer höheren
Drehzahl der Druckölpumpe entsprechend einer höheren Drehzahl der Antriebsmaschine
erreicht, wobei gleichzeitig der in umgekehrtem Sinne wirkende Viskositätseinfluß
des Drucköles eliminiert worden ist. Durch Abstimmung der Querschnitte des Beipasses
32 und der Bimetallfedercharakteristik in Verbindung mit der Schraubenfeder
22 und dem Ventilweg läßt sich der Verlauf der öldruckkurve und damit das
Eingreifen der Kupplung den durch den Betriebszustand der Antriebsmaschine gegebenen
Erfordernissen anpassen.
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In dem zweiten Beipaß 34 des Steuerventils 10
befindet
sich eine Stellschraube 38, durch die der Durchtrittsquerschnitt des Beipasses
34 vergrößert oder verkleinert werden kann. Hierdurch wird der Durchtrittsquerschnitt
der Verbindungsleitung von der Druckleitung 13 zur Rückstromleitung
30 verändert. Damit kann die Eingriffdrehzahl der Kupplung verändert werden
bzw. der im Laufe der Zeit durch Abnutzung an den Motorlagern und der Druckölpumpe
bedingte Druckabfall ausgeglichen werden. Im Eingangsquerschnitt 40 des Steuerventils
10 kann außerdem eine weitere Stellschraube 42 vorgesehen
sein.
Durch Verengung des Eingangsquerschnittes 40
mit dieser Stellschraube
42 wird eine zeitliche Verzögerung der einströmenden Druckflüssigkeitsmenge
erzielt, so daß der Einkupplungsvorgang nicht schlagartig erfolgt, wenn die Drehzahl
der Antriebsmaschine durch schnelles Öffnen der Vergaserdrosselklappe plötzlich
ansteigt.
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Der Servomotor 11 besteht aus einem hydraulischen Zylinder
mit den Gehäuseteilen 44 und 46, in dem ein Membrankolben 50, 52 gegen die Wirkung
einer Schraubenfeder 48 hin- und hergeht. Die Schraubenfeder 48 stützt sich mit
ihrem einen Ende gegen das Gehäuseteil 46 ab und liegt mit ihrem anderen
Ende in einer Ausnehmung 54 des Membrankolbens 50, 52, so daß sie den Membrankolben
in Ruhestellung in der Darstellung in Fig.2 nach rechts drückt. Der Membrankolben
52 hat an seinem Schaft eine durch zwei Flansche 56 und 58 begrenzte Ringnut 60,
in die der Kupplungsbetätigungshebel 62 eingreift. Wenn sich der Membrankolben 50,
52 in Ruhestellung, d. h. in der Darstellung in Fig. 2 in der rechten Totpunktlage
befindet, ist die Kupplung ausgekuppelt. Wird Drucköl über die Druckzylinderleitung
17 an den Servomotor 11 geliefert, so bewegt sich der Membrankolben
50, 52 gegen die Kraft der Schraubenfeder 48 in der Darstellung in
Fig. 2 nach links und nimmt den Kupplungsbetätigungshebel62 in die in der Zeichnung
strichpunktiert angedeutete Stellung mit. In dieser Stellung des Kupplungsbetätigungshebels
62 ist die Kupplung eingekuppelt. Der Membrankolben 50, 52 hat einen Fortsatz
64, der über einen Kabelzug 66 od. dgl. mit einem durch einen doppelarmigen
Handhebel 12 betätigten Exzenter 68 verbunden ist (vgl. auch Fig. 1). Normalerweise
befindet sich der Handhebel 12 in der Fig.2 in vollen Linien veranschaulichten Stellung
und gestattet dem Membrankolben 50, 52, in seine in Fig. 2 dargestellte rechte
Totpunktlage zu gehen, bei der - bei Stillstand der Antriebsmaschine - die Kupplung
gelöst ist. Soll aus irgendeinem Grunde, beispielsweise zum Anschieben des Fahrzeuges
oder bei Bergabwärtsfahren, mit sehr kalter Maschine die hydraulische Betätigung
der Kupplung ausgeschaltet werden, so wird der Handhebel 12 in die in Fig.
2 mit strichpunktierten Linien angedeutete Stellung gelegt. Dabei wird über den
Exzenter 68 der Kabelzug 66 angezogen und der Membrankolben 50, 52
gegen die Wirkung der Schraubenfeder 48 in der Darstellung in Fig. 2 in der
linken Totpunktlage gehalten, wodurch der Kupplungsbetätigungshebel 62 in die in
Fig. 2 in strichpunktierten Linien angedeutete Stellung gebracht und gehalten wird.
Dabei ist die Kupplung ohne Rücksicht auf den auf den Membrankolben 50,
52
wirkenden Druck des Druckmediums eingekuppelt. Durch eine an dem einen Ende des
Handhebels 12 ausgebildete Nase 70, die hinter ein am Fahrzeug festes Widerlager
72 greift, wird der Handhebel 12 in der normalen Stellung festgehalten.
Bei stillstehender Antriebsmaschine mit dem Handhebel 12 in seiner in Fig. 2 in
vollen Linien angedeuteten Stellung ist die Kupplung gelöst.
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Wird die Antriebsmaschine angelassen und mit dem Gangschalthebel
26 ein Getriebegang geschaltet, so liefert die Druckpumpe der Antriebsmaschine
9 über die Druckleitung 13 Drucköl an das Steuerventil 10.
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Wie bereits oben erwähnt, ist bei kalter Antriebsmaschine und damit
kaltem Drucköl der Beipaß 32
ganz geöffnet. Der Kolbenschieber 15 befindet
sich, da der Schaltvorgang beendet und der Elektromagnet 16 stromlos ist, unter
der Wirkung der Schraubenfeder 22 in der Darstellung in Fig. 2 in der unteren
Totpunktlage, so daß das Druckmedium auch an den Ventilflächen 18 und 19 vorbei
über die Druckzylinderleitung 17 in den Servomotor 11 eintreten kann.
Steigt der von der Druckölpumpe gelieferte Druck auf einen vorbestimmten Wert, was
je nach Stellung der Beipässe 34 und 32 im Steuerventil
10
zu einem früheren oder späteren Zeitpunkt eintritt, so bewegt sich der
Membrankolben 50, 52 unter der Wirkung des Druckes in der Darstellung in Fig. 2
gegen die Wirkung der Schraubenfeder 48 nach links und nimmt dabei den Kupplungsbetätigungshebe162
mit, und die Kupplung wird eingekuppelt. Dieser Vorgang vollzieht sich unter Wirkung
der Stellschraube 42 mit zeitlicher Verzögerung allmählich, so daß die Kupplung
sehr sanft eingreift.
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Versuche haben erwiesen, daß das Eingreifen so sanft ist, daß selbst
im direkten Gang ohne Rucken angefahren werden kann. Wenn nämlich das von der Antriebsmaschine
9 abgegebene Drehmoment zu gering ist, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen, so
fällt die Motordrehzahl ab. Ehe aber die Antriebsmaschine zum Stillstand kommt,
fällt der Druck im Servomotor 11 so weit, daß der Membrankolben unter der
Wirkung der Schraubenfeder 48 ein wenig zurückgeht, so daß die Kupplung schleift.
Dadurch wird die Antriebsmaschine wieder entlastet, und ihre Drehzahl steigt erneut
an. Dieser Vorgang des sanften Einkuppelns und Wiederauskuppelns erfolgt so lange,
bis das Fahrzeug eine Geschwindigkeit angegenommen hat, die der Drehzahl der Antriebsmaschine
entspricht. Ein ungeübter Fahrer kann daher mit der Regelvorrichtung für eine hydraulisch
betätigte Kupplung nach der Erfindung in jedem Getriebegang anfahren. Auch falls
ein Fahrer im Stadtverkehr seine Geschwindigkeit stark abbremst, ist zum Wiederbeschleunigen
das Umschalten in einen Getriebegang mit größerer Übersetzung nicht unbedingt erforderlich.
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Wird im Betrieb des Fahrzeuges durch Betätigung des Gangschalthebels
26 eine Änderung der Getriebeübersetzung gewünscht, so wird bei einer Bewegung
des Gangschalthebels 26 zur Einleitung der Schaltbewegung der Gangschalthebel
26 in die in Fig. 2 mit punktierten Linien angedeutete Stellung bewegt und
der Kippschalter im Gangschalthebel geschlossen.
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Wie oben beschrieben, fließt dann ein Strom durch die Leitung
25, über die Polklemme 23, durch den Elektromagneten 16, die Polklemme
24 und die Leitung 27 an Masse. Der Elektromagnet 16 wird erregt,
und der Kolbenschieber 15 bewegt sich gegen die Wirkung der Schraubenfeder
22 in der Darstellung in Fig.2 nach oben. Hierdurch wird das Ventil geschlossen
und die Lieferung von Drucköl an den Servomotor 11 unterbrochen, und gleichzeitig
fließt der vor dem Membrankolben 50, 52 vorhandene Druck über die Rückstromleitung
30 ab. Unter der Wirkung der Schraubenfeder 48 bewegt sich dann der Membrankolben
50, 52 in der Darstellung in Fig. 2 nach rechts, nimmt den Kupplungsbetätigungshebel
62 in die in Fig. 2 mit vollen Linien veranschaulichte Stellung zurück und kuppelt
damit die Kupplung aus. Da der Kolbenschieber 15 bei der Erregung des Elektromagneten
16 plötzlich aufwärts geht und das Ventil schnell schließt, wird bei Einleitung
des
Schaltvorganges schnell und vollständig ausgekuppelt. Sobald
der Schaltvorgang beendet ist und der Gangschalthebel 26 in seine normale Stellung
zurückkehrt, wird der Stromkreis durch den Kippschalter im Gangschalthebel wieder
unterbrochen. Unter der Wirkung der Schraubenfeder 22 geht der Kolbenschieber
15 des Elektromagneten 16 wieder in die in Fig. 2 veranschaulichte
untere Stellung zurück, und die Kupplung wird je nach den vorliegenden Betriebsbedingungen
wie oben beschrieben betätigt.