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Steuervorrichtung für hydraulisch betätigte Kupplungen, insbesondere
für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für hydraulisch
betätigte Kupplungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der einem die Kupplung
betätigenden Servomotor Druckflüssigkeit mengenabhängig von der Drehzahl der Antriebsmaschine
zugeführt wird und bei der sich erst ab einer bestimmten Drehzahl durch einen entsprechend
gedrosselten Abflußquerschnitt ein drehzahlabhängiger Druckanstieg das Einrücken
der Kupplung bewirkt, wobei der Servomotor einem auf Ausrücken der Kupplung gerichteten
Federsystem entgegenwirkt und der durch einen Dreiwegeschieber wechselweise vom
Druck beaufschlagt oder entlastet werden kann.
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Bekannt sind selbsttätig schaltbare Kupplungen, die vermittels Fliehkraft,
Druckmedien oder Unterdruck gesteuert werden.
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Beim Anfahrvorgang unter hoher Belastung, am Berg u. a., von Fahrzeugen
oder anderen Aggregaten mit ähnlicher Anlaufcharakteristik ist ein hohes Anfahrdrehmoment
zum überwinden der Widerstände von der Antriebsmaschine aufzubringen. Um dieses
Drehmoment am Antrieb zu erzielen, ist ein Schlupf der Kupplung zeitweise, abhängig
von den Fahrwiderständen und dem Durchzugsvermögen der Antriebsmaschine, notwendig.
Die Einsatzpunkte des Kraftschlußbeginn und vollkraftschlüssigen Kuppelns sind entsprechend
den Voraussetzungen der Antriebsmaschine bei bestimmten Maschinendrehzahlen bei
verschiedenen Kupplungsarten ähnlich ausgelegt. Die übliche Abstimmung ergibt aber
beim Rollen mit niedrigen Fahrwiderständen und niedriger Belastung der Antriebsmaschine
nachteiliges Verhalten der Kupplung. Trotz Rundlauf und genügendem Drehmoment der
Antriebsmaschine beginnt die Kupplung sich aus der Stellung des vollkraftschlüssigen
Kuppelns zu lösen. Das Drucklager der Kupplung ist in diesem Zustand stetig belastet.
Durch den unter diesen Umständen auftretenden Schlupf entsteht ein unnötiger Verschleiß
am Kupplungsbelag.
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Um diesem abzuhelfen, wurde für Fliehkraftkupplungen vorgeschlagen,
die Fliehgewichte nach Erreichen ihrer Endlage mit einem bestimmten Widerstand in
dieser festzuhalten. Hiermit gelingt es, die Drehzahl, bei der aus der Stellung
des vollen Kraftschlusses der Kupplung ein Lösen beginnt, in einen Bereich zu verschieben,
der unter der Drehzahl des vollkraftschlüssigen Kuppelns liegt. Charakteristisch
ist bei dieser Ausführung, daß nach überwinden des Widerstandes an den Fliehgewichten
die Kupplung sofort in eine Stellung zurückgeht, in welcher nur noch ein wesentlich
geringeres Drehmoment entsprechend der abgesunkenen Drehzahl übertragen werden kann.
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Bei Steuereinrichtungen für hydraulisch betätigte Kupplungen, welche
einen Druckkreislauf aufweisen, der drehzahlabhängig von der Antriebsmaschine in
seinem Druckverhalten durch einen gedrosselten Abfluß beeinflußt wird, ist es bereits
bekannt, ähnliches zu erreichen. Bei dieser Steuervorrichtung schaltet ein magnetgesteuerter
Schieber bei gehobener Geschwindigkeit und Leerlaufstellung der Antriebsmaschine
den Abflußquerschnitt in der Weise, daß dieser geringer wird. Damit wird erreicht,
daß der öldruck und damit das voll übertragbare Kupplungsmoment bei solchen Fahrzuständen
auch bei niedrigerer Drehzahl der Antriebsmaschine erhalten bleibt, so daß ein der
Maschinendrehzahl bei normalen Fahrzuständen entsprechendes Ausrücken der Kupplung
unterbleibt.
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Bei Kleinwagen ist die Abstimmung von selbsttätig geschalteten Kupplungen
problematisch. Extreme Fahrwiderstände können nur bei Maschinen-Drehzahlen, die
über der Drehzahl des maximalen Drehmoments der Antriebsmaschine liegen, ohne dauerndes
Schleifen der Kupplung überwunden werden (Anfahrt an Steilstrecken bzw. Serpentinenfahrten).
Wählt man den Bereich von 1500 U/min der Antriebsmaschine zum vollen Einkuppeln,
so
liegt es im Bereich des Möglichen bei hohen Fahrwiderständen,
daß ein Anfahren und Fahren nur mit schleifender Kupplung und entsprechendem Verschleiß
an den Kupplungsbelägen möglich ist. Die Antriebsmaschine ist im Drehzahlbereich
des Einkuppelns nicht in der Lage, das nötige Drehmoment bei voll eingerückter Kupplung
aufzubringen. Es kommt zu Drehzahlabfall, bis zu dem Zustand, bei dem die Maschinendrehzahl
und das dementsprechende von der Antriebsmaschine aufbringbare Drehmoment mit dem
beim Rutschen der Kupplung übertragbare Drehmoment sich im Gleichgewicht befindet.
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Bekannt ist deshalb eine stufenlose Steuerung des Drehzahlbereiches,
in dem ein Einkuppeln erfolgt. Diese Ausführung weist den Nachteil auf, daß eine
zweckmäßige Steuerung vom Ermessen und Gefühl des Fahrers abhängt.
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Zweck der Erfindung ist es, die vorbeschriebenen Nachteile im Steuerverhalten
mit geringem Aufwand zu mindern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung zu schaffen,
die mit einfachen Mitteln stark unterschiedliche Drehzahlen zwischen dem vollkraftschlüssigen
Kuppeln und dem Lösen aus dieser Stellung nach normalen Fahrzuständen erreicht.
Weiterhin soll durch ein zweckmäßiges Steuerverhalten beim Anfahren unter starken
Fahrwiderständen der Verschleiß an der Kupplung vermindert werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Steuervorrichtung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß der in an sich bekannter Weise den Druckaufbau
bestimmende Abfluß durch zwei Querschnitte gebildet ist, von denen ein Querschnitt
gesteuert ist und ab einem Druck verschlossen ist, bei dem die Kupplung vermittels
des Servomotors voll eingerückt ist.
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Der gesteuerte Querschnitt ist vermittels eines gegen den Druck einer
Feder verschiebbaren, von der Druckflüssigkeit beaufschlagten Steuerschiebers verschließbar.
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Durch diese Ausführung ist die Steuervorrichtung in der Lage, bei
gleichen Maschinendrehzahlen verschiedene Kupplungszustände einzustellen,
je nachdem, ob die Maschinendrehzahl vom Leerlauf beim Anfahren angehoben
wird oder die Maschinendrehzahl aus einem Bereich abfällt, bei dem die Kupplung
voll eingerückt ist. Der ungeregelte Querschnitt des Abflusses ist so groß zu wählen,
daß bei vertretbar niedrigster Maschinendrehzahl und geschlossenem gesteuertem Querschnitt
die Kupplung vermittels des Servomotors voll eingerückt ist.
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Die mit dieser Auslegung erreichte Steuercharakteristik der Steuervorrichtung
verhindert übermäßigen Kupplungsverschleiß und gestattet ein Fahren, nachdem die
Kupplung voll eingerückt ist, bei niedrigerer Maschinendrehzahl, ohne daß die Kupplung
sich löst und schleift. Um bei kalter Antriebsmaschine die Steuercharakteristik
entsprechend den verminderten Leistungsvermögen anzupassen, kann der ungeregelte
Querschnitt in an sich bekannter Weise von einem temperaturabhängigen Organ beeinflußbar
sein.
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Weiterhin können zwei zusätzliche, durch einen Schieber zuzuschaltende
Querschnitte vorgesehen sein. Dabei sind die zuzuschaltenden Querschnitte so bemessen,
daß die Drehzahl bei der die Kupplung vermittels des Servomotors voll einrückt,
größer ist als die Drehzahl des maximalen Drehmomentes der Antriebsmaschine. Ein
in dieser Weise ausgelegter Abflußquerschnitt: erlaubt eine für hohe Fahrwiderstände
günstige höhere Drehzahl der Antriebsmaschine, bei der die Kupplung vermittels des
Servomotors voll eingerückt ist. Vorteilhafterweise kann einer der zusätzlich durch
den Schieber zuschaltbaren Querschnitte durch den Steuerschieber ab einem Druck
verschlossen werden, bei dem die Kupplung vermittels des Servomotors voll eingerückt
ist. Es tritt die gleiche vorteilhafte Verschleißminderung an der Kupplung durch
die damit erreichte Steuercharakteristik ein, wie es bei der Grundausführung der
Fall ist. Ebenso werden bei gleichen Maschinendrehzahlen ungleiche Kupplungszustände
beim Anfahren und Drehzahlsenken aus einem Drehzahlbereich mit volleingerückter
Kupplung eingestellt.
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An Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
soll die Steuervorrichtung nach der Erfindung beschrieben werden. Es zeigt F i
g. 1 die Steuervorrichtung nach der Erfindung in schematischer Darstellung,
F i g. 2 die Md-Kennlinien der Antriebsmaschine bei Voll- und Teillast in
Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl n., und die Druck-Kennlinien in Abhängigkeit
von Abflußquerschnitt und Antriebsmaschinendrehzahl n..
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Aus einem Behälter 1 saugt eine Zahnradpumpe 2 Flüssigkeit
an. Auch wäre es denkbar, daß diese Zahnradpumpe Schmieröl zusätzlich zu dem Schmierölkreislauf
von Brennkraftmaschinen fördert. Dabei ist die Zahnradpumpe in Abhängigkeit von
der Drehzahl der Antriebsmaschine angetrieben. Die Druckseite 3 des Kreislaufes
steht ständig mit dem Rücklauf 4 über Querschnitte 5 und 5
a in Verbindung. Diese Querschnitte sind so bemessen, daß sich erst ab einer
gewissen Fördermenge, die von der Drehzahl abhängig ist, ein Druck (p) auf
der Druckseite 3 im Kreislauf aufbaut, der bestrebt ist, ab Druckhöhe p"
einen Kolben 24 in einem Servozylinder 25 entgegen einem Federsystem
26 zu verschieben. Gleiches geschieht mit einem Steuerschieber
7, der einseitig beaufschlagt gegen eine Feder 8 bei einem entsprechenden
Druck verschoben wird. Dabei soll die Feder 8 so ausgelegt sein, daß erst
bei Erreichen eines vollen Kraftschlusses der Kupplung (Druck pJ öffnungen
9 im Mantel der Führungsbohrung des Steuerschiebers 7 verschlossen
werden.
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Um im weiteren die Wirkungsweise besser erläutern zu können, sei vorerst
auf das in F i g. 2 dargestellte Diagramm eingegangen.
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Die mit Md bezeichneten Kurven stellen den Drehmomentverlauf der Antriebsmaschine
bei Voll- bzw. Teillast in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl dar.
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Die Kurven I bis IV sind Druckkennlinien entsprechend verschiedener
Maschinendrehzahlen und Abflußquerschnitte. Kennlinie 1 entsteht, wenn nur
der Querschnitt 5 als Abfluß dient, Kennlinie 11 ergibt sich beim
Abflußquerschnitt 5 und 5a, Kennlinie III beim Abflußquerschnitt
5 und 16, Kennlinie IV beim Abflußquerschnitt 5, 5
a, 16 und 16 a.
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Die entsprechend eingetragenen Linien gleichen Druckes p"
+ p, ergeben sich aus der Abstimmung und dem Zusammenwirken des Druckkreislaufes
mit dem dem Servomotor entgegenwirkenden Federsvstemen 26.
p.
ist der Druck, bei dem der Kupplungseingriff beginnt, p, der Druck, bei dem
die Kupplung vollkraftschlüssig ist und ihr höchstmögliches Drehmoment übertragen
kann.
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Der Druckp.", ist bestimmt durch das überdruckventil 10 und
die Federspannung der Feder 11.
Mit p" ist der Druck n, .1", der sich im Anfahrzustand
ergibt (Kennlinie II + IV), bezeichnet.
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n" ist die Drehzahl der Antriebsmaschine, bei der ein Druck p" erreicht
wird, durch welchen der Kupplungseingriff beginnt.
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n, ist die Drehazhl, bei der die Kupplung vollkraftschlüssig durch
den Druckp, bis Pemax eingerückt ist.
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Im Drehzahlbereich nkb zwischen n" + ne verläuft der
Einkuppelvorgang.
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Im Drehzahlbereich nd zwischen n, + n",j, wird ein Lösen
der vollkraftschlüssigen eingerückten Kupplung durch die Steuervorrichtung unterbunden.
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n, .1" ist eine Maschinendrehzahl, bei der die Antriebsmaschine
unter geringer Belastung rund läuft (Kurve 1 bis IV) und bei der ein Lösen
der Kupplung bei Druckabfall unter p, erfolgt (Kurven I + 111).
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Im nachfolgenden soll nun die Wirkungsweise der einzelnen Teile und
die entsprechenden Diagrammbezugspunkte genannt werden-.
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Mit steigender Drehzahl n. der Antriebsmaschine steigt der Druck
p auf der Druckseite 3. Der Kolben 4 im Servozylinder 5 wird
nach Erreichen vom Druck p" entgegen der Kraft des Federsystems 26
bewegt,
womit ein langsames Einrücken der Kupplung entsprechend der steigenden Maschinendrehzahl
erreicht wird. Nach dem Erreichen des vollen Kraftschlusses der Kupplung ist der
Druck p, so hoch, daß der Steuerschieber 7 entgegen der Feder
8
so weit verschoben ist, daß die Öffnungen 9, die am Umfang seiner
Führungsbohrung münden, verschlossen sind. Damit ist der Querschnitt 5
a des gesamten Abschlußquerschnittes 5 und 5a für den Rückfluß von der
Druckseite 3 zum Rücklauf 4 versperrt. Bei weiterer Drucksteigerung bleibt
diese Öffnung verschlossen, und es öffnet sich das überdruckventil 10
bei
p."., entgegen der Kraft der Feder 11. Fällt die Fördermenge und damit der
Druck ab, so schließt das überdruckventil 10. Bei weiterem Rückgang der Fördermenge
wird sich ein höherer Druck einstellen als bei gleicher Fördermenge beim Anfahren,
da der Querschnitt5a des Abflußquerschnittes5 und 5a, *der beim Anfahren wirksam
ist, beim Druckabbau durch die druckbedingte Stellung des Steuerschiebers
7 verschlossen ist.
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Bei weiterem Drehzahl- und Druckabfall unter p,
öffnet der Steuerschieber
7 die Öffnungen 9 und damit den Querschnitt 5 a.
Der Druck sinkt schnell ab auf einen dem größeren Abflußquerschnitt 5 und
5 a
entsprechend niederen Druck p, ab. De Bemessung des
Querschnittes ist dabei so vorzusehen, daß bei vertretbar niederer Drehzahl ni"
ein vollkraftschlüssiges Kuppeln gewährleistet ist.
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Ein schematisch dargestellter Dreiwegeschieber 12 dient zum Lösen
der Kupplung beim Schalten des Getriebes. Seine Betätigung erfolgt in der Regel
durch einen vom Schalthebel gesteuerten Elektromagneten. Mit seiner Hilfe ist es
möglich, den Servomotor von der Druckseite zu trennen und eine Entlastung über den
Rücklauf herbeizuführen.
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Denkbar wäre es, den Querschnitt 5 des Abflußquerschnittes
durch einen Thermostaten 13, 14 zu steuern. Damit könnte bei Kaltstart eine
Anpassung der Einkupplungscharakteristik an das geminderte Maschinenleistungsvermögen
erreicht werden.
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Um bei schwachen Antriebsmaschinen auch unter Umständen anfahren zu
können, die das maximale Drehmoment der Antriebsmaschinen beanspruchen, kann in
die Steuervorrichtung ein Schieber 15 zum Vergrößern des Abflußquerschnittes
um die Querschnitte 16 und 16a vorgesehen sein. Durch die Vergrößerung des
Abflußquerschnittes wird eine Anhebung der Drehzahl, bei der ein voller Kraftschluß
der Kupplung gewährleistet ist, erreicht (Kurve IV), so daß diese höher liegt als
die Drehzahl des maximalen Drehmomentes n.Md""" der Antriebsmaschine. In einfacher
Weise ist eine derartige Vergrößerungsmöglichkeit des Abflußquerschnittes in F i
g. 1 mit dargestellt. über einen Schieber 15 (hier im abgesperrten
Zustand gezeigt) können weitere Querschnitte 16 und 16a zugeschaltet werden.
Dabei soll ein Teil des Querschnittes 16 a, wie bereits vorbeschrieben, durch
den Steuerschieber 7 gesteuert werden.