DE1165422B

DE1165422B - Einrichtung zum Kuppeln des Antriebsmotors mit dem Getriebe und zum Schalten der Getriebestufen in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE1165422B
Application number: DES48795A
Authority: DE
Inventors: Franz Diesfeld
Original assignee: HOLDING fur HANDELS IND und V
Current assignee: HOLDING fur HANDELS IND und V
Priority date: 1956-05-22
Filing date: 1956-05-22
Publication date: 1964-03-12

Description

Einrichtung zum Kuppeln des Antriebsmotors mit dem Getriebe und zum Schalten der Getriebestufen in Kraftfahrzeugen Getriebe für Kraftfahrzeuge, deren einzelne Übersetzungsstufen elektrisch geschaltet werden, sind bekannt. Ausgeführt werden diese Getriebe unter Verwendung von elektromagnetisch betätigten Lamellenkupplungen, wobei wegen des harten Arbeitens dieser Kupplungssysteme eine normale Trennkupplung zwischen Motor und Getriebe weiterhin erforderlich ist. Erreicht wird bei diesen Systemen ein Schalten der einzelnen Stufen ohne mechanische Synchronisierung durch Betätigen eines Gangwählers. Es handelt sich hierbei um Reibungskupplungen, die in ihrem übertragbaren Drehmoment regelbar sind.
Es gibt auch selbsterregte elektromagnetische Kupplungen mit zwei getrennten, relativ zueinander rotierenden Teilen, die einen Feldmagneten bzw. eine Kurzschlußankerwicklung tragen, wobei der eine der beiden Teile zum Anschluß an die Antriebswelle und der andere zum Anschluß an die Abtriebswelle einer Kraftübertragung geeignet ist. Bei dieser trägt der Kupplungsteil, welcher mit der Kurzschlußwicklung versehen ist, eine zusätzliche Hilfswicklung, die durch einen Stromwender und Bürsten mit Feldspulen auf dem anderen Teil der Kupplung verbunden ist; dabei wird der erforderliche Strom für die Erregung der Feldspulen in der zusätzlichen Hilfswicklung induziert, wenn die beiden Teile der Kupplung relativ zueinander rotieren.
Man hat auch Kupplungen in Form einer dynamoelektrischen Maschine mit Drehfeld- und Ankerteilen gebaut, bei denen der eine Teil mit dem Antriebsmotor und der andere mit der von ihm angetriebenen Abtriebswelle verbunden ist. Beide Teile tragen lamellierte Eisenteile mit Nuten und Wicklungen. Der Antriebsteil muß sich dabei notwendigerweise mit einer größeren Drehzahl als der Abtriebsteil bewegen. Es findet somit zwischen diesen beiden Teilen ein gewisser Schlupf statt. Dieser Schlupf kann sich innerhalb eines weiten Bereiches bewegen, indem die Widerstände der dynamoelektrischen Stromkreise verändert werden.
Es sind weiterhin Kupplungsvorrichtungen beschrieben worden, welche auf dem Antriebsteil und auf dem Abtriebsteil magnetische Pole tragen. Der Magnetisierungsstrom wird hierbei nur dann eingeschaltet, während sich die antreibenden Magnetpole an den angetriebenen Polen vorbeibewegen. Das Auftreten eines Schlupfes wird von einer bestimmten Drehzahl an durch eine Einrichtung verhindert, welche aus beweglichen Teilen besteht. Diese werden, sobald die Drehzahl bis zu einem bestimmten Wert ansteigt, durch einen Elektromagneten so bewegt, daß sie den Antriebsteil mit dem angetriebenen Teil der Kupplung starr verbinden. Alle diese bekannten Kupplungen weisen den Nachteil auf, daß ein Kupplungsrupfen bei ihnen auftritt.
Ferner sind noch Einrichtungen zum Schalten von Getriebestufen bei Kraftfahrzeugen bekannt, bei welchen zwischen dem Antriebsmotor und dem getriebenen Teil eine Wirbelstromkupplung angeordnet ist. Diese trägt jedoch Dauermagnete, was zur Folge hat, daß die Abmessungen der Kupplung sehr groß sein müssen, wenn sie das erforderliche Drehmoment übertragen soll. Außerdem ist eine Änderung des zu übertragenden Drehmomentes gar nicht möglich und schließlich hat diese Kupplung kein Leerlaufmoment.
Es gibt zwar auch elektromagnetisch erregte Wirbelstromkupplungen zur Verbindung eines Verbrennungsmotors mit dem Wechselgetriebe eines Fahrzeuges, bei welchen Ringspulen eine Vielzahl von gleichpoligen Zähnen erregen, wobei die Zahnlücken nicht ausgefüllt sind. Zwei derartige Spulensysteme stehen sich axial - getrennt durch den Rotor, welcher ebenfalls eine Vielzahl von Polzähnen trägt -, gegenüber. Bei einem zweiten derartigen Kupplungssystem sind beiderseits des Rotors kräftige Polkerne wechselnder Polarität angeordnet, denen Polzähne des Rotors gegenüberstehen. Beide Erregersysteme lassen durch wechselnde magnetische Flußrichtungen im Rotor Wirbelströme zur Bildung gelangen; die ausgeprägten Pole bei beiden Kupplungssystemen sollen beim Anfahren des Fahrzeuges ein kräftiges Drehmoment erzeugen. Diese Bauarten haben jedoch den Nachteil, daß durch die Vielzahl der Pole, die sich gegenüberstehen, eine überaus feine und daher umfangreiche Regelung des Erregerstromes erforderlich ist, daß dabei aber trotzdem das harte Arbeiten der Pole gegeneinander, welches ein lautes schnarrendes Geräusch erzeugt und zu Schwingungen führt, nicht vermieden wird. In der Hauptsache aber reicht bei erträglichen Baumaßen das Anfahrdrehmoment nicht aus, um einen schlupflosen Betrieb nach dem Anfahren zu gewährleisten.
Weiterhin sind Wechselgetriebe insbesondere für Hebezeuge bekannt, bei denen die einzelnen Gänge derart durch kraftschlüssige Kupplungen schaltbar sind, daß vor dem Ausschalten der einen Kupplung die andere bereits eingeschaltet ist, wobei als kraftschlüssige Kupplungen an sich bekannte Wirbelstromkupplungen oder Magnetpulverkupplungen vorgesehen sind, deren Erregung derart gesteuert wird, daß ohne Unterbrechung eine Übernahme des Drehmoments von der einen zur anderen Kupplung stattfindet. Dabei dienen die Wirbelstrom- bzw. Magnetpulverkupplungen zur Geschwindigkeitsregelung, indem durch gegenseitige Überdeckung der Erregungen die eine Kupplung die andere mehr oder weniger stark abbremst. Derartige Wechselgetriebe mögen zwar für stationäre Anlagen zweckmäßig sein; für die Verwendung in Kraftfahrzeugen sind sie aber nicht geeignet, weil sie mit Rücksicht auf einen längeren Schlupf größer dimensioniert werden müssen als es der in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung stehende Raum zuläßt. Außerdem kann bei den bekannten Wechselgetrieben eine Überlastung des Antriebsmotors nicht verhindert werden.
Ferner sind noch Einrichtungen zur selbsttätigen, elektromagnetischen Betätigung der Wechselgetriebe von Fahrzeugen in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit bekannt, bei welchen zur Betätigung des Schalters, über welchen die zur Einrükkung der einzelnen Geschwindigkeitsstufen vorgesehenen Magneten erregt werden, ein Solenoid vorgesehen ist. Diese Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie mit schlupflosen Klauenkupplungen arbeiten, welche von Elektromagneten ruckartig betätigt werden. Da außerdem eine Hauptkupplung fehlt, kann das Schalten der einzelnen Gänge nur stoßartig vor sich gehen; das Getriebe wird stark überlastet, wenn ein Elektromagnet eine schlupflose Klauenkupplung einrückt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Kuppeln des Antriebsmotors mit dem Getriebe und zum Schalten der Getriebestufen in Kraftfahrzeugen zu schaffen, bei welcher zwischen dem Antriebsmotor und dem Wechselgetriebe eine Wirbelstromkupplung mit elektromagnetischen Polen angeordnet und außerdem jeder einzelnen Getriebestufe eine eigene Wirbelstromkupplung zugeordnet ist und ferner ein Schaltstufengeber angeordnet ist, der das Ein- und Ausschalten der einzelnen Gangkupplungen in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges vornimmt. Bei einer derartigen Kupplungseinrichtung sollen die herausgestellten Nachteile der bekannten Einrichtungen vermieden werden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe wird dabei erfindungsgemäß in der Weise herbeigeführt, daß bei der Hauptkupplung in üblicher Weise Mittel angeordnet sind, durch welche schwingende, sich durch Kupplungsrupfen äußernde Polreaktionen vermieden werden und nach Beendigung des Anfahrvorganges eine magnetkraftschlüssige Verbindung beider Kupplungsteile erfolgt, daß in gleichfalls üblicher Weise ein Gleichstromgenerator mit dem Antriebsmotor gekoppelt ist, welcher die Wicklungen der Wirbel-Stromkupplung erregt und eine Stromcharakteristik aufweist, welche in einem bestimmten Verhältnis zur Drehmoment-Charakteristik des Antriebsmotors steht, und daß durch einen an sich bekannten Schaltstufengeber gesteuerte Schütze angeordnet sind, welche das Ein- und Ausschalten sowie die Erregung der einzelnen Gangkupplungen in Abhängigkeit voneinander und von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges vornehmen. Dabei kann die Erregung des einen Kupplungsteils verändert und den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden. Sobald zwischen beiden Kupplungsteilen kein Drehzahlunterschied mehr besteht, kommt zwischen diesen eine rein magnetische Verbindung zur Wirkung, die beide Teile reibungslos und elastisch miteinander kuppelt.
Innerhalb der den Antriebsteil der Kupplung bildenden Schwungscheibe des Motors können der Anzahl der Getriebestufen entsprechend Abtriebsteile der Kupplung auf konzentrisch ineinander gelagerten Hohlwellen angeordnet sein.
Ein Kupplungsrupfen tritt bei der Wirbelstromkupplung nicht auf, vielmehr arbeitet sie vollkommen weich und elastisch. Drehschwingungen, die von dem Motor, oder Stöße, die von den Antriebsrädern herrühren, werden daher vollkommen ausgeglichen. Sobald der magnetische Kupplungszustand zwischen beiden Kupplungsteilen erreicht ist, besteht sowohl von der Antriebsseite zu den Rädern wie auch umgekehrt eine feste und doch elastische Verbindung, die jeden Drehzahlunterschied ausschließt, so daß das Fahrzeug auch mit dem Motor gebremst werden kann.
Durch Verwendung eines Gleichstromgenerators am Motor mit einer von diesem drehzahlabhängigen Stromcharakteristik zur Erregung der Kupplung kann das auf die Antriebsachse des Fahrzeugs zu übertragende Drehmoment der Drehmoment-Charakteristik des Motors angepaßt werden. Sobald der Motor von seiner durch die Gasstellung festgelegten Drehzahl abfällt, wird auch das übertragbare Kupplungsdrehmoment kleiner und damit der Motor entlastet, bis er seine Solldrehzahl wieder erreicht hat.
Bei mehreren Getriebegangstufen können die einzelnen Gänge durch Schütze, die in Abhängigkeit voneinander und von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges stehen, geschaltet werden, so daß sich der gesamte Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgang selbsttätig steuert.
Die Erfindung wirkt sich dahingehend aus, daß die Fahrzeuge mit Wirbelstromkupplung in der Lage sind, größere Steigungen, als es bei mechanischen Kupplungen möglich ist, zu überwinden, weil der Antriebsmotor durch die drehzahlabhängige Steuerung der Kupplung stets mit seinem günstigsten Drehmoment umlaufen kann. Es ist ferner möglich, auf längere Zeit im Dauerschlupf zu fahren, ohne daß Defekte auftreten. Außerdem ergibt sich ein bequemeres Fahren dadurch, daß Kupplungs- und Ganghebel fehlen.
Bei Talfahrten ist das auf die Hinterachse wirkende Drehmoment von der Abtriebsseite her ebenso mit dem Motor gekuppelt wie von der Antriebsseite her, so daß es ohne Zusatzeinrichtungen, welche beispielsweise bei hydraulischen Getriebeschaltungen erforderlich sind, möglich ist, das Fahrzeug durch den Motor zu bremsen. Entgegen der hydraulischen Kupplung ist es bei der elektrischen Kupplung nicht erforderlich, nach Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit mechanisch starr zu kuppeln, da hierbei kein Restschlupf mehr vorhanden ist. Ganz besonders ist zu erwähnen, daß sich die Kupplung nicht nur für Motoren großer Leistung, sondern auch für die kleinsten Motorleistungen eignet.
Gegenstand des Anspruchs 1 soll nur die Gesamtkombination der in diesem Anspruch enthaltenen Merkmale sein; der Anspruch 2 soll als echter Unteranspruch nur in Verbindung mit dem Anspruch 1 gelten.

Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Kuppeln des Antriebsmotors mit dem Getriebe und zum Schalten der Getriebestufen in Kraftfahrzeugen, wobei zwischen dem Antriebsmotor und dem Wechselgetriebe eine Wirbelstromkupplung mit elektromagnetischen Polen angeordnet und außerdem jeder einzelnen Getriebestufe eine eigene Wirbelstromkupplung zugeordnet ist und ferner ein Schaltstufengeber angeordnet ist, der das Ein-und Ausschalten der einzelnen Gangkupplungen in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges vornimmt, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß bei der Hauptkupplung in üblicher Weise Mittel angeordnet sind, durch welche schwingende, sich durch Kupplungsrupfen äußernde Polreaktionen vermieden werden und nach Beendigung des Anfahrvorganges eine magnetkraftschlüssige Verbindung beider Kupplungsteile erfolgt, daß in gleichfalls üblicher Weise ein Gleichstromgenerator mit dem Antriebsmotor gekoppelt ist, welcher die Wicklungen der Wirbelstromkupplung erregt und eine Stromcharakteristik aufweist, welche in einem bestimmten Verhältnis zur Drehmoment-Charakteristik des Antriebsmotors steht, und daß durch einen an sich bekannten Schaltstufengeber gesteuerte Schütze angeordnet sind, welche das Ein- und Ausschalten sowie die Erregung der einzelnen Gangkupplungen in Abhängigkeit voneinander und von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges vornehmen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der den Antriebsteil der Kupplung bildenden Schwungscheibe des Motors der Anzahl der Getriebestufen entsprechend Abtriebsteile der Kupplung auf konzentrisch ineinander gelagerten Hohlwellen anordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 622 953, 722 532, 732 204, 859 261, 883 089, 918 605, 924 550,942 434; österreichische Patentschrift Nr. 176122; britische Patentschriften Nr. 409 821, 412 800, 617 405; USA.-Patentschriften Nr. 1265 078, 1548 016, 1983702.