DE1122841B

DE1122841B - Automatische Kupplung fuer Kraftwagen

Info

Publication number: DE1122841B
Application number: DEP17103A
Authority: DE
Inventors: Cyril Prachar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-10-05
Filing date: 1956-10-01
Publication date: 1962-01-25
Also published as: US2991864A; FR1134203A; AT199505B

Description

Automatische Kupplung für Kraftwagen Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Kupplung für Kraftwagen, und zwar von derjenigen Bauweise, bei der das Einkuppeln beim Anfahren durch Fliehgewichte erfolgt, wenn die Motordrehzahl einen bestimmten Wert erreicht hat, und das Entkuppeln beim Gangwechsel ein Elektromagnet bewirkt, der durch den Gangschalthebel gesteuert wird.
Man kennt bereits automatische Kupplungen dieser Art; sie weisen jedoch den Nachteil einer komplizierten und kostspieligen Konstruktion auf; dies rührt von der Tatsache her, daß das Entkuppeln durch die elektromagnetische Vorrichtung nur durch Verschieben des Fliehgewichtsträgers einschließlich der Fliehgewichte und der Druckplatte erreicht werden kann. Die Druckplatte ist auf der Welle axial beweglich geführt und dazu bestimmt, nach dem Kuppeln die mit Kupplungsbelag versehene Kupplungsscheibe gegen eine zweite Platte zu pressen, die drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist.
Man kennt auch schon Vorrichtungen, welche eine Kupplung umfassen, die durch einen die Zentrifugalkraft benutzenden Mechanismus gesteuert wird und bei welcher sich das Entkuppeln während des Gangwechselns mit Hilfe einer elektromagnetischen Bremse vollzieht, die durch Kontakte am Schalthebel gesteuert wird. Diese bremst den sich drehenden und die Zentrifugalgewichte tragenden Fliehgewichtträger mit Hilfe eines Elektromagneten ab, so daß die Fliehgewichte ihre Ausgangsstellung einnehmen und die Kupplung somit gelöst wird.
Schließlich hat man schon Kupplungen mit rein elektromagnetischer Steuerung oder mit kombinierter elektromagnetischer und Fliehkraftsteuerung vorgeschlagen, bei denen die Wicklung des Elektromagneten bei eingerückter Kupplung erregt ist, während das Entkuppeln beim Gangwechsel durch Unterbrechung des Erregerstroms des Elektromagneten erzielt wird. Der Nachteil dieser Vorrichtung liegt in dauerndem und reichlich hohem Stromverbrauch, ferner in der Unmöglichkeit, das Fahrzeug in Bewegung zu setzen, wenn die Batterie erschöpft ist oder sich in einem so schlechten Zustand befindet, daß sie den notwendigen, zum Einkuppeln erforderlichen Strom nicht mehr liefern kann. Man kennt besonders bei dieser Art von Vorschlägen außerdem Vorrichtungen, die es gestatten, die Motorwelle wahlweise mit zwei Eingangswellen eines Zahnradgetriebes zu kuppeln, wobei eine Zentrifugalvorrichtung auf die beiden Kupplungsscheiben beider Wellen und eine elektromagnetische Vorrichtung auf die Kupplungsfedern einwirkt, um die eine oder die andere der beiden Kupplungsscheiben zu kuppeln, je nachdem ob der Elektromagnet erregt ist oder nicht. Dieses Gerät, welches gleichfalls die obenerwähnten Nachteile trägt, erfordert außerdem ein besonderes, nicht übliches Spezialgetriebe, denn es gibt keine Möglichkeit zum gleichzeitigen Abkuppeln der beiden Kupplungsscheiben beim Gangwechseln.
Bei der automatischen Kupplung gemäß der Erfindung sind diese Nachteile der bekannten Geräte beseitigt, und zwar unter Anwendung einfacher und vergleichsweise wenig kostspieliger Mittel. Erreicht wird das dadurch, daß die Kupplungsscheibe zwischen einer gegen die Wirkung von Rückholfedern angeordneten und der Einwirkung von Fliehgewichten unterworfenen Druckplatte und einer zweiten Druckplatte angeordnet ist, die durch Kupplungsfedern an die Kupplungsscheibe angelegt gehalten wird, wobei die zweite Druckplatte im Augenblick des Gangwechsels von der Kupplungsscheibe durch einen Elektromagneten abgehoben wird, dessen Anker zugleich die zweite Druckplatte bildet und dessen Wicklung in der vom Motor angetriebenen Trommel der Kupplung untergebracht ist, wobei die Wicklung nur während des Gangwechsels kurzzeitig mit Strom beschickt wird.
Die durch die Fliehgewichte bewegte Druckplatte trägt erfindungsgemäß auf ihrer Peripherie radiale Bohrungen oder eine Ringschulter, die als Käfige für Kugeln dienen, die die Funktion der radial beweglichen Fliehgewichte übernehmen. Diese radialen Bohrungen od. dgl. münden teilweise in eine Abschrägung, die am äußeren Rand der Druckplatte vorgesehen ist. Die Kugeln stützen sich auf den kegeligen Randteil einer Stirnschzibe ab, die die Form einer Schale trägt und die hinter der Druckplatte angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Druckplatte im Bereiche des kegeligen Randes der Schale mit einem Schulterring versehen, auf dem die Kugeln nebeneinander in Abständen angeordnet sind.
Zwei Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt; im einzelnen zeigen Fig. 1 und 2 schematisch im Axial- bzw. Querschnitt die automatische Kupplung gemäß der Erfindung, Fig. 3 einen axialen Schnitt in größerem Maßstab, Fig. 4 und 5 im Axial- und Querschnitt eine zweite Ausführungsform.
Das gesamte Aggregat der Zentrifugal- und der elektromagnetischen Vorrichtung befindet sich im Innern des Gehäuses 1. Die Kupplung umfaßt eine Trommel 2, die auf der Antriebswelle 3 befestigt ist. Im Inneren der Trommel t befindet sich die Wicklung 4 des Elektromagneten. Dieser Elektromagnet umfaßt einen Anker, gebildet durch die Druckplatte 5, die gegenüber der Trommel 2 durch eine Anzahl von Bolzen 6, 6' axial beweglich, dabei aber drehfest ist; diese Bolzen 6, 6' greifen in die in Flucht liegenden Bohrungen 7, 7' ein, die teils in der Trommel 2 und teils in der Druckplatte 5 vorgesehen sind.
Außerdem liegen Federn 8 in Bohrungen 9, 9', die den Bohrungen 7, 7' analog angeordnet sind, und suchen die Druckplatte 5 gegen einen Anschlag 10 zu drücken, der gebildet wird durch eine nach innen vorspringende Ringschulter des zylindrischen Mantels 11; der zylindrische Mantel 11 ist an der Trommel 2 mittels Schrauben 12 befestigt. Der Mantel 11 besteht aus nichtmagnetisierbarem Material, vorzugsweise aus Duraluminium, so daß der elektromagnetische Fluß, den die Wicklung 4 in der Trommel 2 hervorruft, lediglich durch die als Anker wirkende Druckplatte 5 geschlossen wird. Die Druckplatte 5 dient als Abstützungsplatte für die Kupplungsscheibe 13, welche Reibbeläge 14, 14' trägt und deren Nabe 15 durch eine Keilführung auf der Abtriebswelle 16 axial gleitend befestigt ist.
Auf der anderen Seite der Kupplungsscheibe 13 befindet sich eine weitere Druckplatte 17, die mit radialen Bohrungen 18 ausgestattet ist. Diese Bohrungen 18 dienen als Käfige für die Kugeln 19. Die Druckplatte 17 ist mit der Trommel 2 durch radiale Bolzen 20 drehfest verbunden, die in entsprechende Schlitze 21 des zylindrischen Mantels 11 eingreifen, der fest an der Trommel 2 befestigt ist und der längsgerichtete Bohrungen 22 trägt, in denen kleine Kolben 23 gleiten. Diese kleinen Kolben 23 sind mit den radialen Bolzen 20 verbunden und stützen sich gegen Rückholfedern 24 ab.
Die Kugeln 19 legen sich an den kegeligen Randteil 25 der Stirnscheibe 26 an. Der kegelige Randteil 25 trägt eine Form, die der kegeligen Abschrägung 27 entspricht, die an der Außenwand der Druckplatte 17 angeordnet ist und in die die Bohrungen 18 einmünden.
Die Stirnscheibe 26 ist an der Trommel 2 bzw. an dem zylindrischen Mantel 11 mittels einer Vorrichtung befestigt, die eine Spielverminderung der Kupplungsscheibe 13 gestattet, um die Abnutzung der Reibbeläge zu kompensieren. Diese Vorrichtung besteht aus Gewindebolzen mit einem größeren Gewindedurchmesser 28, mit dem sie eingeschraubt sind in Gewindebohrungen 29 des Zylindermantels 11, und mit geringerem Gewindedurchmesser 30, der durch Öffnungen hindurchgeht, die in der ebenen Randzone 31 der Stirnscheibe 26 vorgesehen sind, die durch Muttern 32 gegen die Schultern der abgesetzten Bolzen 28, 30 gepreßt wird und die auf diese Weise einstellbar mit dem Mantel 11 verbunden ist.
Ist es notwendig, die Stirnscheibe 26 an die Kupplungsscheibe 13 heranzuführen, so genügt es, die Muttern 32 zu lösen, die Bolzen 28, 30 weiter in die Gewindebohrungen 29 des zylindrischen Mantels 11 hineinzuschrauben und anschließend die Muttern 32 wieder festzuschrauben.
Die Speisung der Wicklung des Elektromagneten 4 erfolgt von einer Batterie über die Leitung 33, die mit der Bürste 34 verbunden ist, die durch eine Feder 35 auf einen Schleifring 36 gedrückt wird, der fest auf einem Flansch der Stirnscheibe 26 angeordnet ist, von der er durch Isolierung 37 und 37' elektrisch isoliert ist. Der Schleifring 36 trägt eine elektrisch leitende Lamelle 38, an die ein isolierter Leiter 39 angelötet ist, der mit der Wicklung des Elektromagneten 4 verbunden ist.
Der Stromkreis des Elektromagneten 4 wird gesteuert einerseits durch einen Schalter 40, 41, 42, der nur dann geschlossen ist, wenn sich das Gaspedal 43, an dem das bewegliche Kontaktstück 41 befestigt ist, in der Ruhelage befindet. Außerdem wird der Stromkreis durch die Kontakte 44, 44' gesteuert, von denen jeweils einer geschlossen ist, wenn der Fahrer den Schalthebel 45 berührt.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Vor dem Anfahren des Wagens befindet sich der Schalthebel 45 in der Nullstellung. Der Elektromagnet ist nicht erregt, so daß also die Federn 8 die Druckplatte 5 nach rechts gegen den Anschlag 10 drücken. Sobald die Drehzahl des Motors und infolgedessen auch die Drehzahl der Druckplatte 17 ansteigt, werden die Kugeln 19 nach außen an die innere Fläche des kegeligen Randteiles 25 der Stirnscheibe 26 gedrückt und drücken somit die Druckplatte 17 nach links. Diese Bewegung der Druckplatte 17 bewirkt ein Festpressen der Reibbeläge 14, 14' der Kupplungsscheibe 13 zwischen den beiden Druckplatten 17 und 5, so daß das Einkuppeln erfolgt.
Im Falle des Gangwechsels wird der Elektromagnet 4 über die Kontakte 44, 44' erregt, die durch den Schalthebel 45 geschlossen werden. Der Elektromagnet 4 zieht daraufhin den Anker bzw. die Druckplatte 5 nach links derart, daß die Kupplungsscheibe 13 von der Druckplatte 5 abgehoben wird. Am Ende des Vorgangs des Gangwechsels ist der Elektromagnet 4 nicht erregt, und die Federn 8 drücken die Druckplatte 5 gegen die Kupplungsscheibe 13 zurück, so daß wieder eingekuppelt wird.
Um die Vorgänge des Entkuppelns und Einkuppelns progressiv zu machen, sind die Bewegungen der Druckplatte 5 durch Mittel gedämpft, wie in Fig.3 dargestellt ist: Einerseits ist die Druckplatte 5 zwischen den konzentrischen Büchsen 11 und 47 durch in sich verdrehbare Dichtungen 48 und 48' geführt, die beispielsweise aus Kautschuk bestehen, ein Kreisprofil aufweisen und in Eindrehungen 49 und 50 eingelassen sind, die an den äußeren und inneren Mantelflächen der Druckplatte 5 angebracht sind, wobei diese Eindrehungen breiter sein können als die Dichtungen, um diesen zu gestatten, während der Bewegung der Druckplatte 5 in den Eindrehungen abzurollen und dadurch ihre Abnutzung zu vermindern.
Andererseits ist der mit Luft gefüllte Raum zwischen der Druckplatte 5 und der Trommel 2 mit der Außenluft durch eine Bohrung 51 von geringem Querschnitt verbunden, in deren Erweiterung 54 ein Rückschlagventil vorgesehen ist, dessen Klappe 52 durch eine Feder 53 belastet ist. Auf diese Weise wird die Rückbewegung der Druckplatte 5 während des Entkuppelns durch die Luftkompression in diesem Raum gebremst, während ihre Bewegung beim Wiedereinkuppeln durch den Unterdruck gebremst wird, der in diesem Zwischenraum hervorgerufen wird, wobei dieser Unterdruck entsprechend dem nur geringen Luftdurchgang durch die kalibrierte Durchgangsöffnung des Ventils 52 entsteht.
Auf der anderen Seite der Friktionsscheibe 13 befindet sich entsprechend der Fig. 1 die Druckplatte 17, die eine schulterförmige Fläche 55 trägt, in der sich zwischengelegte Kugeln 19 auf den kegeligen Randteil 25 der axial festen Stirnscheibe 26 abstützen, die in Form einer Schale ausgebildet und an dem Mantel 11 durch Bolzen 56 befestigt ist. Mit der Druckplatte 17 ist die Stirnscheibe 26 durch Bolzen 57 drehfest verbunden, die mit Federn 58 versehen sind, welche die Druckplatte 17 von der Kupplungsscheibe 13 abziehen entgegen der Wirkung von Kugeln 19, welche die Druckplatte an die Kupplungsscheibe 13 anzulegen streben, sobald eine ausreichend hohe Drehzahl erreicht ist. Die Druckplatte 17 kann in ihrer Kuppelstellung verriegelt werden, auch wenn der Motor nicht läuft, beispielsweise um das Fahrzeug auf einer Steigung festzulegen oder um das Anwerfen des Motors durch Anschieben des Wagens zu ermöglichen. Dies geschieht mit Hilfe einer Büchse 59, die axial beweglich auf der Antriebswelle 46 gleitet und durch einen Gabelhebel 60 geführt wird, der auf dem Schwenkbolzen 61 gelagert ist und auf dem ferner ein Betätigungshebel 62 befestigt ist, der vom Fahrer mit Hilfe eines Pedals oder eines Gestänges betätigt werden kann.
Der Duraluminiummantel11 trägt gegenüber der Kupplungsscheibe 13 radiale Bohrungen, so daß im Betrieb eine Ventilation besteht, die insbesondere den Staub entfernt, der durch den Antrieb der Reibbeläge 14 und 14' entsteht.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 wird die Verriegelung der Vorrichtung in eingekuppelter Stellung mittels eines Freilaufs automatisch bewirkt, um das Fahrzeug an einem Berg festlegen oder das Fahrzeug bei der Talfahrt mit Hilfe des Motors abbremsen zu können. Dieser Freilauf ist zwischen der Trommel 2 und der Nabe 15 der Kupplungsscheibe 13 angeordnet. Zu diesem Zweck trägt die Nabe 15 an ihrem einen Ende einen Schulterring 63, auf dessen innerer Stirnfläche geneigte Bahnen 64 angeordnet sind, in welchen sich Kugeln 65 bewegen, die andererseits in einer kreisförmigen Nut 66 abrollen, die in einem Schulterring 67 vorgesehen ist, der am Ende der zylindrischen Büchse 47 angebracht ist. Die Steigung der Bahnen 64 ist so gewählt, daß, sobald der Motor bzw. die Trommel t schneller zu laufen bestrebt sind als die Abtriebswelle 46, die Kugeln 65 danach trachten, in die tieferen Teile der Bahnen 64 zu gelangen, wobei sie kein Kuppeln zwischen den Schulterringen 63 und 67 mehr bewirken können, während dann, wenn sich die Abtriebswelle 46 schneller zu drehen bestrebt als der Motor, die Kugeln 65 in die weniger tiefen Bereiche der Bahnen 64 zu gelangen trachten, wie in Fig. 5 dargestellt ist, und so eine Kupplung zwischen Motorwelle und Abtriebswelle 46 hervorrufen.
Gegenstand des Anspruchs 1 ist nur die Gesamtkombination der in diesem Anspruch enthaltenen Merkmale, die Ansprüche 2 bis 9 gelten als echte Unteransprüche nur in Verbindung mit dem Anspruch 1.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Automatische Kupplung für Kraftwagen, bei der das Einkuppeln beim Anfahren durch Fliehgewichte erfolgt, wenn die Motordrehzahl einen vorbestimmten Wert erreicht hat, und das Entkuppeln beim Gangwechsel ein Elektromagnet bewirkt, der durch den Schalthebel gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsscheibe (13) zwischen einer gegen die Wirkung von Rückholfedern angeordneten und der Einwirkung von Fliehgewichten (19) unterworfenen Druckplatte (17) und einer zweiten Druckplatte (5) angeordnet ist, die durch Kupplungsfedern (8) an die Kupplungsscheibe angelegt gehalten wird, wobei die zweite Druckplatte (5) im Augenblick des Gangwechsels von der Kupplungsscheibe durch einen Elektromagneten (4) abgehoben wird, dessen Anker zugleich die zweite Druckplatte (5) bildet und dessen Wicklung (4) in der vom Motor angetriebenen Trommel (2) der Kupplung untergebracht ist, wobei die Wicklung nur während des Gangwechsels kurzzeitig mit Strom beschickt wird.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Einwirkung der Fliehgewichte (19) bewegte Druckplatte (17) auf ihrer Peripherie radiale Bohrungen (18) oder eine Ringschulter trägt, die zur Aufnahme der Fliehgewichte dienen, wobei die Fliehgewichte die Form von Kugeln haben und der radiale Weg der Kugeln durch einen zylindrischen Mantel (11) begrenzt wird, der die Kupplung umgibt, wobei ferner die Kugeln sich auf den kegeligen Randteil (25) einer Stirnscheibe (26) derart abstützen, daß sie bei Auftreten von Zentralfugalkräften einen axial gerichteten Schub auf die Druckplatte (17) ausüben, wobei ferner die Stirnscheibe fest mit der Trommel (2) der Kupplung über den zylindrischen Mantel verbunden ist, während die Druckplatte drehfest an der Stirnscheibe, jedoch axial beweglich gegenüber dieser infolge der Einwirkung der Zentrifugalkraft bzw. von Rückholfedern (24) angeordnet ist.
3. Kupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die angetriebene Trommel (2) die Wicklung (4) des Elektromagneten enthält und im Bereiche ihrer Peripherie axialgerichtete Bohrungen (7) aufweist, in denen Bolzen (6) gleitbar eingelassen sind, die mit der den beweglichen Anker des Elektromagneten bildenden Druckplatte (5) fest verbunden sind, und die Druckplatte der Einwirkung von Federn (8) unterworfen ist, die bestrebt sind, diese in Richtueg zur Kupplungsscheibe (13) zu bewegen, die mit Reibbelägen (14 und 14') ausgestattet ist.
4. Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Fliehgewichte (19) tragende Druckplatte (17) drehfest mit der Stirnscheibe (26) mittels axial geführter Bolzen (57) der Stirnscheibe verbunden ist und die Bolzen mit Federn (58) zusammenwirken, die entgegen der aus der Fliehkraftwirkung sich ergebenden Axialkraft wirken, wobei die Federn im Sinn des Entkuppelns wirken.
5. Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnscheibe (26) aus Stahlblech besteht, während der diese Scheibe mit der Trommel verbindende Mantel (11) aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff, vorzugsweise aus Duraluminium, besteht.
6. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks progressiver Wirkung des Einkupplungsvorgangs und des elektromagnetisch bewirkten Entkupplungsvorgangs die den Anker des Elektromagneten bildende Druckplatte (5) ringförmig gestaltet und axial gleitend zwischen zwei konzentrischen Büchsen (47 und 11) geführt ist unter Zwischenschaltung von Dichtmitteln (48 und 48'), die aus Kautschuk oder Gummi bestehen, und der zwischen der Trommel und der den Anker bildenden Druckplatte liegende Zwischenraum mittels einer Bohrung (51) von geringem Durchmesser mit der Außenluft in Verbindung steht, wobei diese Bohrung mit einem Auslaßventil (52) versehen sein kann, so daß die Bewegungen der Druckplatte durch Über- oder Unterdruck der in diesem Zwischenraum enthaltenen Luft gedämpft werden.
7. Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummidichtmittel (48 und 48') aus verwindbarem bzw. im Querschnitt rundem Material gefertigt und in Ringnuten (49 und 50) der äußeren und inneren Mantelfläche der Druckplatte angeordnet sind, wobei die Ringnuten einen größeren Querschnitt aufweisen als die Dichtmittel selbst, so daß die Dichtmittel in den Ringnuten unter Beibehaltung der Dichtwirkung abrollen können, wenn die Druckplatte Axialbewegungen ausführt. B.
Kupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine axial bewegliche Büchse (59) auf der Abtriebswelle (46) vorgesehen ist, deren Bewegung willkürlich über ein Gestänge derart gesteuert wird, daß die durch die Fliehkraft betätigte Druckplatte (17) in eingekuppelter Stellung gehalten wird, indem die Druckplatte durch die Büchse in Richtung zur Kupplungsplatte gedrückt wird.
9. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Vorrichtung für das Verriegeln der Kupplung in eingekuppeltem Zustand vorgesehen ist, wenn die Abtriebswelle sich schneller zu drehen bestrebt als die Antriebswelle, wobei diese Verriegelungsvorrichtung aus einem Freilauf besteht, der zwischen der vom Motor getriebenen Trommel der Kupplung und der Nabe der Kupplungsscheibe angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 553 675, 819 044, 851462, 893 299, 897 364; schweizerische Patentschrift Nr. 195 718; USA.-Patentschrift Nr. 2 591989.