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Schaltvorrichtung mit elektromagnetischer Betätigung der Gangschaltelemente
für Stufenwechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Das Hauptpatent bezieht
sich auf eine Schaltvorrichtung mit elektromagnetischer Betätigung der Gangschaltelemente
für Stufenwechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, von deren schaltbaren
Rädern nicht mehr als zwei auf jeder von zwei oder mehr Schaltwellen sitzen. Nach
dem Gegenstand des Hauptpatentes sind die Elektromagnete jeder Schaltwelle zu dieser
gleichachsig angeordnet, und der Magnetkern jeder Elektromagnetgruppe ist unmittelbar
mit einem zugehörigen Ziehkeil verbunden, durch den jeweils eines der schaltbaren
Räder mit der zugehörigen Schaltwelle durch Verschieben von beweglich in radialen
Aussparungen der Schaltwelle Qelagerten Kugeln in Taschen der schaltbaren Räder
kuppelbar ist.
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In Verbesserung des Gegenstandes des Hauptpatentes geht die Erfindung
von derjenigen Ausführungsart des Hauptpatentes aus, bei der eine mechanische Verriegelung
derart vorgesehen ist, daß auf dem freien Ende des einen Ziehkeiles ein Kontaktarm
befestigt ist, an dem eine rechtwinkelig zur Ziehkeilachse gerichtete Nase sitzt,
die in den Bereich einer parallel zur Ziehkeilachse gerichteten Aussparung am freien
Ende eines weiteren Kontaktarmes am anderen Ziehkeil eingreift, und eine mittig
zwischen beiden Ziehkeilen an einem festen Drehpunkt gelagerte, in der Parallelebene
oberhalb der von den beiden Ziehkeilachsen gebildeten Ebene schwenkbare Wippe mit
im rechten Winkel zu ihrer Längsachse verlaufenden Aussparungen an beiden freien
Enden an auf den Kontaktarmen befestigten Zapfen angreift.
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Ein Hauptproblem jeder elektromagnetischen Schaltvorrichtung in Kraftfahrzeugen
ist die vom Abstand des Magnetkernes von der Spule stark abhängige Anzugskraft und
die verhältnismäßig geringe, zur Verfügung stehende elektrische Leistung.
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Die elektrische Schalteinrichtung nach dem Hauptpatent sieht vor,
daß die Verschiebung eines Ziehkeiles von einer Schaltstellung in die Leerlaufstellung
oder umgekehrt dadurch erfolgt, daß diejenige Spule erregt wird, welche in der Lage
ist, den Magnetkern des zu betätigenden Ziehkeiles und damit diesen Ziehkeil selbst
aus der einen Stellung in die andere zu bewegen.
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Die Leistung des Elektromagneten steigt in dem Maße, in dem sich der
Magnetkern seiner Mittelstellung zur Spule nähert, wenn ein Gang geschaltet werden
soll, wogegen die vom Elektromagnet zu leistende Schaltarbeit von der Schaltstellung
zur Leerlaufstellung abnimmt. Aufgabe der Erfindung ist es, ohne zusätzlichen baulichen
Aufwand von Elek-Zusatz zum Patent: 1124 829 tromagneten und ohne erheblichen
Strommehrbedarf die Anfangsschaltkraft der Anordnung nach den Hauptpatent zu erhöhen.
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Um die Leistung des Elektromagnets durch eine Hilfskraft zu unterstützen,
wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine derartige Schaltung der Elektromagnetspulen
vorgeschlagen, daß beim Gangwechsel außer derjenigen Elektromagnetspule der zum
eingerückten Gang gehörigen Gruppe, welche das Schaltelement aus der Schaltstellung
herauszieht, die entgegengesetzte Elektromagnetspule der Gruppe der anderen Schaltwelle
als Zusatzspule gleichzeitig Strom erhält und der Stromkreis der als Zusatzspule
dienenden Elektromagnetspule in der Leerlaufstellung unterbrochen ist.
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Im einzelnen kann nach weiteren Merkmalen der Erfindung diese wesentliche
Schaltungsanordnung unter Benutzung von Teilen nach dem Hauptpatent derart ausgeführt
sein, daß ein mit der Wippe fest verbundener Kontaktgeber vorgesehen ist, der über
Kontaktpaare den Stromkreis der jeweils als Zusatzspule dienenden Elektromagnetspule
schließt.
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Zur Sicherung gegen ungewolltes Einschalten des Rückwärtsganges, der
nach dem Hauptpatent durch eine besondere Spule oder Spulengruppe schaltbar ist,
ist der mit der Wippe verbundene Kontaktgeber mit einem offenen Schlitz an seinem
freien Ende versehen,
in den ein beim Schalten des Rückwärtsganges
sich gegen diesen Schlitz bewegender Stift nur dann eintreten kann, wenn sich der
Kontaktgeb:jr mit der Wippe in Mittelstellung befindet, so daß der Rückwärtsgang
nur bei Leerlaufstellung der übrigen Gänge und bei Mittelstellung der Wippe geschaltet
werden kann.
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Es sind elektromagnetische Getriebeschaltvorrichtungen bekannt, bei
denen jeweils zwei Magnetspulen auf das Schaltelement wirken. Diese Ausführungsart
hat aber in jeder Magnetgruppe eine Spule für die Leerlaufstellung zwischen je zwei
Spulen für die Schaltstellung, so daß immer zwei Magnete aus einer Schaltgruppe
tätig sind.
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Durch die Zuschaltung eines Magnets der anderen Schaltgruppe gemäß
der Erfindung und durch die kraftschlüssige Verbindung beider Schaltelemente wird
in jeder Schaltgruppe kein besonderer Leerlaufmagnet benötigt, wodurch neben der
Verringerung der Gestehungskosten das Gewicht und die Baulänge des Wechselgetriebes
kleiner sind als bei dem erwähnten bekannten Wechselgetriebe mit besonderen Leerlaufmagnetspulen.
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Für die mechanische Verriegelung des Rückwärtsganges an sich gemäß
den Merkmalen von Anspruch 3 wird kein selbständiger Schutz in Anspruch genommen,
da es schon bekannt ist, der Schaltvorrichtung von Stufengetrieben eine Verriegelungswalze
zuzuordnen, die mit Löchern versehen ist, in die an den Schaltstangen befindliche
Sperrstifte eintreten können, wobei die Einrichtung so getroffen ist, daß die Sperrstifte
der zu verriegelnden Schaltstangen durch Aufliegen auf der Walzenoberfläche die
Bewegungsmöglichkeit dieser Schaltstangen verhindern.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 die Draufsicht auf die Spulen für die Vorwärtsgänge und den Rückwärtsgang,
in Achsrichtung gesehen, F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Spulen der Vorwärtsgänge
und ferner die Verriegelungsvorrichtung, y F i g. 3 einen Längsschnitt durch die
Drehachse der Wippe, F i g. 4 einen Querschnitt durch die Wippenwelle oberhalb des
Kontaktgebers, F i g. 5 das Schaltschema bei entgegen dem Uhrzeigersinn gedrehtem
Kontaktgeber und F i g. 6 bei im Uhrzeigersinn gedrehtem Kontaktgeber.
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Es wird von einem Stufenwechselgetriebe ausgegangen, welches gemäß
dem Hauptpatent vier Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang hat. Die Schaltelemente
der Vorwärtsgänge sind die Ziehkeile 34 und 35, auf denen die Magnetkerne 54 bzw.
55 befestigt sind, die von den Elektromagnetspulen 50 und 51 der einen Gruppe für
den 2. und 1. Gang und den Elektromagnetspulen 52 und 53 der andere: Gruppe für
den 3. und 4. Gang beeinlußt werden. 1n F i g. 2, 5 und 6 sind die Elektromagnete
für den 1. bis 4.. Gang mit der Sammelbezeichnung I bis IV versehen. Am vom Wechselgetriebe
abgekehrten freien Ende jedes Ziehkeiles sind Kontakthebel 14 und 15 befestigt.
Diese festen Arme an jedem Ziehkeilende sind im Hauptpatent deshalb Kontakthebel
genannt, weil sie bei der Stellung eines Schaltelementes in Schaltstellung diejenige
Spule der betreffenden Gruppe mit der Masse verbinden, di;, nicht geschaltet hat.
also aus der der Magnetkern in Schaltstellung herausbesvegt ist. An diesen Kontakthebeln
sind je ein Bolzen 2f@ bzw. 21 befestigt, der senkrecht nach unten ra@Tt und in
die Aussparungen am freien Ende der Wippe 19 eingreift.
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Die Wippe 19 ist mit ihrer senkrecht nach untenra-enden Welle 18 in
einer festen Büchse 70 gelagert. Am unteren Ende der Wippenwolle 18 sitzt im rechten
Winkel zu ihrer Drehachse der Kontaktgeber 76. Derselbe hat die Form einer Platte
mit einem am freien Ende offenen Schlitz 71, dessen Mittelachse sich mit der Mittelachse
des Kontaktgebers 76 deckt. In der Mittelstellung der Wippe 19, die der Leerlaufstellung
aller Schaltelemente, wie in F i g. 2 dargestellt, entspricht, steht der Kontaktgeber
76 zwischen zwei Kontaktstreifenpaaren 72, 73 und 74, 75. Von den Kontaktstreifen
jedes Paares befindet sich einer örtlich unterhalb und der andere örtlich oberhalb
des Kontaktgebers 76. Wird der Kontaktgeber 76 mit der Wippe 19 geschwenkt, dann
berührt er bei Schwenkung entgegen dem Uhrzeigersinn die Kontakte 74, 75 und bei
Schwenkung im Sinne des Uhrzeigers die Kontakte 73. 72 (val. F i g. 5 und 6).
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Der Rückwärtsgang wird durch eine Elektromagnetspule oder ein Spulenpaar
61 betätigt. Dem Ausführungsbeispiel im Hauptpatent entsprechend wird angenommen,
daß das Schaltelement ein Ziehkeil 62 ist, dessen freies Ende 62' aus der Spule
61 herausragt. Die Rückwärtsgang-Schaltwelle liegt, wie F i g. 1 zeigt, unterhalb
der beiden Vorwärtsgang-Schaltwellen, und das freie Ende 62' des Ziehkeiles 62 liegt
achsgleich zur Mittelachse des Schitzes 71 im Kontaktgeber 76, solange sich dieser
in der in der Zeichnung dargestellten ;Mittelstellung befindet.
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Wird aus der aus der Zeichnung ersichtlichen Leerlaufstellung aller
Gänge ein Gang, z. B. der 1. Gang, eingeschaltet, dann bewegt sich der Magnetkern
54 in die axiale Mittelstellung zur Spule 51, und der Bolzen 20 am Kontakthebel
14 verschwenkt die Wippe 19 in dem Uhrzeigersinn entgegengesetzter Drehrichtung
um einen kleinen Winkel und damit auch den Kontaktgeber 76, so daß derselbe die
Kontakte 74, 75 schaltet. Dadurch sind die Spulen 50 (2. Gang) und 53 (-l.. Gang)
mit der Masse verbunden. Soll aus dem 1. Gang wieder in die Leerlaufsteliung geschaltet
werden, dann werden durch Betätigung des gemäß dem Hauptpatent vorgesehenen Stromquellenkontaktes
beide Spulen 50 und 53 unter Strom gesetzt. Die Spule 53 ist bestrebt, den Magnetkern
55, der in seiner L eerlaufstellung schon halb in ihr eingetaucht ist, in seine
Mittelstellung zu ziehen, und die Spule 50 ist bestrebt, den Magnetkern 54 aus der
Spule 51 herauszuziehen. Diese Zugkraft der Spule 50 wird in erhöhtem Maße von der
Zugkraft der Spule 53 über die Wippe 19 unterstützt, und zwar so lange, bis die
Wippe 19 sich in solchem Winkel nach der Mittelstellung zu gedreht hat, bis der
Kontaktgeber 76 die Kontakte 74 und 75 verlassen hat. Soll das Schalten in die Leerlaufstelluna
beispielsweise aus dem -l. Gang heraus erfolgen, in dem der Kontaktgeber 76 in der
Stellung äemäß F i g. 6 steht, dann unterstützt die Zugkraft der Spule 51 diejenige
der Spule 52 über die Wippe 19, bis der Kontaktgeber 76 die Kontaktstellen 72 und
73 verlassen hat.
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Auch wenn von einem Gang in einen anderen geschaltet werden soll,
wird die Anfangskraft zum
Ausschalten der vorher eingeschalteten
Getriebestufe durch die Zuschaltung der entsprechenden Spule mittels des Kontaktgebers
76 erhöht. Ist z. B. der 2. Gang durch die Spule 50 eingeschaltet, und es soll der
1. Gang (Spule 51) eingeschaltet werden, so ist durch den Kontaktgeber 76 zunächst
die Spule 52 mit unter Strom, und zwar so lange, bis die Wippe 19 und damit der
Kontaktgeber 76 die Mittelstellung erreicht hat und die Kontaktschiene 72 der 3.
Gangspule 52 stromlos geworden ist. Zum Weiterschalten in den ersten Gang steht
dann nur noch die Spule 51 unter Strom, was vollauf genügt, da die Erhöhung der
Anfangskraft nur zum Herausziehen der vorher geschalteten Getriebestufe benötigt
wird.
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Lediglich, wenn aus dem 2. Gang direkt in den 4. Gang geschaltet werden
soll, steht die erhöhte Anfangskraft nicht zur Verfügung, weil immer die entgegengesetzte
Spule der anderen Gruppe als Zusatzspule zugeschaltet werden kann. Es ist aber in
diesem Fall möglich, zuerst den Leerlauf zu betätigen und dann den 4. Gang einzuschalten.
Da das Hinaufschalten der Gänge meistens nacheinander erfolgt, wirkt sich dieser
Fall nicht nachteilig aus.
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Die Wippe 19, die durch die besondere Gestaltung des Kontaktgebers
76, und zwar durch den in diesem Kontaktgeber angeordneten Schlitz 71, die Schaltung
des Rückwärtsganges nur dann zuläßt, wenn sich alle Schaltelemente der Vorwärtsgänge
in Leerlaufstellung befinden, muß demzufolge in der Leerlaufstellung aller Vorwärtsgangschaltelemente
die in F i g. 2 dargestellte Mittelstellung einnehmen, d. h. die Mittelachse der
Wippe 19 muß zu den Achsen der Ziehkeile 34, 35 im rechten Winkel stehen; d. h.
ferner, die Bolzen 20 und 21 an den Kontakthebeln 15 bzw. 14 der Ziehkeile müssen
sich in der Mitte der beiden Aussparungen der Wippe 19, in welche sie eingreifen,
befinden. In diese Mittelstellung wird die Wippe von den Kontakthebelbolzen 20 bzw.
21 zurückgeführt, wenn eines der beiden Schaltelemente aus einer Schaltstellung
mit zusätzlicher Hilfe der Spule der Gruppe der Schaltelemente in der anderen Schaltwelle
m die Leerlaufstellung bewegt wird. Dies soll an einem Beispiel erläutert werden:
Es wird angenommen, der Ziehkeil 35 befindet sich in der Schaltstellung, in der
er das Rad des 2. Ganges mit der Schaltwelle kuppelt. In diesem Fall ist der Magnetkern
54 vollständig in die Spule 50 hineingezogen, so daß durch den Kontakthebelbolzen
20 die Wippe 19 um einen bestimmten Winkel aus ihrer Mittelstellung herausgeschwenkt
ist. Der Kontakthebelbolzen 20 liegt an dem einen Ende der Aussparung an. Das gleiche
Ende der anderen Aussparung der Wippe 19 hat sich dabei an den Kontakthebelbolzen
21 des in Leerlaufstellung befindlichen Ziehkeiles 34 angelegt. Wird der Ziehkeil
35 durch Unterstromsetzen der Spule 51 in die Leerlaufstellung zurückbewegt, dann
bewegt sich der Kontakthebelbolzen 20 von der an ihm anliegenden Kante der Aussparung
der Wippe 19 weg in die Stellung, die er in F i g. 2 einnimmt. Die Wippe 19 würde
also in ihrer Schräglage stehenbleiben. Die Zugkraft der Spule 51. wird aber, wie
oben erläutert, in dem angenommenen Fall von der gleichzeitig unter Strom gesetzten
Spule 52 unterstützt, so daß der an der Kante der zugehörigen Aussparung der Wippe
19 anliegende Kontakthebelbolzen 21 die Wippe verschwenkt und dadurch den unterstützenden
Zug auf den Ziehkei135 ausübt, und zwar so lange, bis die Wippe 19 die in F i g.
2 dargestellte Mittelstellung eingenommen hat. Sobald die Spule 52 nicht mehr unter
Strom steht, wird der Ziehkeil 34 durch die als Kupplungsglieder dienenden Kugeln
wieder in seine Leerlaufstellung zurückgedrückt.
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Die Magnetspulen 50, 51 und 52, 53 erhalten ihren Erregerstrom dadurch,
daß von Hand betätigbare Kontakte für die einzelnen Gänge vorgesehen sind, die die
Spulen mit der Masse verbinden und einen weiteren Kontakt, der die Spule mit der
Stromquelle verbindet. Letzteres ist im Hauptpatent ausführlich beschrieben und
nicht Gegenstand der Erfindung.