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Steuereinrichtung für das selbsttätige Ein-und Ausrücken einer hydraulisch
betätigten Kraftfahrzeugkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtuno,
für das selbsttätige Ein- und Ausrücken einer hydraulisch betätigten Kraftfahrzeugkup#plung,
mit einem Servomotor, dessen Kolben einerseits unter Federdruck steht, der größer
als der Druck der Kupplungsschließfeder und andererseits mit Drucköl beaufschlagbar
ist, das von einer maschinendrehzahlabhängigen oder -drehzahlunabhängigen Förderpumpe
geliefert wird, wobei das öffnen und Schließen der Kupplung, das Verändern des öldruckes
von Null bis Maximum und die Maximaldruckbegrenzung mittels eines einzigen Druckregelventils
gesteuert wird, das zur Einleitung des Druckaufbaues für den Anfahrvorgang durch
Betätigen des Gaspedals über ein elastisches Glied aufweisende übertragungselemente
in Schließstellung gebracht wird und das beim Schalten des Wechselgetriebes mittels
eines vom Getriebeschalthebel gesteuerten Solenoids sofort geöffnet wird.
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Die bekannten Steuereinrichtungen für das selbsttätige Ein- und Ausrücken
einer Kraftfahrzeugkupplung sind teilweise mit komplizierten Steuerorganen ausgestattet,
die sehr viele Störungsquellen aufweisen, oder ihre Funktionsweise ist so stark
vereinfacht, daß sie für den Betrieb bei Kraftfahrzeugen nicht brauchbar sind. Dies
gilt beispielsweise für eine bekannte Ausführung, bei der die Steuerung des Kupplungsvorganges
mittels eines einzigen Ventils, und zwar eines kombinierten Teller- und Kolbenventils,
erfolgt. Ein solches Ventil ist jedoch nicht in der Lage, gewisse wichtige Steuerfunktionen
mit zu übernehmen, z. B. die Temperaturdruckregeluna, - das bedeutet, daß
der Druck in der Leitung zum Servomotor unabhängig ist von der Temperatur und der
Viskosität des Öles -, und die Mengendurchsatzregelung - das bedeutet, daß
der Druck in der Leitung zum Servomotor unabhängig ist von der Fördennenge der Pumpe.
Um diese Steuerfunktionen zu erfüllen, müßten zusätzliche Teile vorgesehen werden,
die wiederum den Aufbau der Steuereinrichtung kompliziert gestalten und seine Störanfälligkeit
heraufsetzen würden.
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Das Hauptprohlem für das einwandfreie Arbeiten einer Steuereinrichtung
ist der Einkuppelvorgang nach der Getriebebetätigung, d. h. nach dem Umschalten
der Gänge, insbesondere nach dem Herunterschalten. Dabei muß das Kupplungsdrehmoment
zur Angleichung der Antriebsmaschinendrehzahl an die Abtriebsdrehzahl zunächst begrenzt
werden, damit keine für die Fahrzeuginsassen unangenehmen und für die Straßenhaftung
der Antriebsräder gefährlichen Kräfte übertragen werden. Die Kupplung soll also
einerseits sanft und ruckfrei arbeiten, andererseits soll sie aber auch sofort das
volle Drehmoment Übertragen, wenn unmittelbar nach dem Gangwechsel wieder Gas gegeben
wird.
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: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache,
störungsfrei arbeitende Steuereinrichtungfür das selbsttätige Ein- und Ausrücken
einer hy-
draulisch betätigten Kraftfahrzeugkupplung zu schaffen, die mit
einem einzigen Druckregelventil alle Arbeits- und Betriebsfunktionen der Steuereinrichtung,
wie öffnen und Schließen der Kupplung, Verändern des Öldruckes von Null bis Maximum,
Mengendurchsatz- und Temperaturdruckregelung sowie Maximaldruckbegrenzung einwandfrei
beherrscht.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß CF darin, daß das
Druckregelventil als Membran ventil ausgebildet ist, dessen Membrane nach Einleitung
des Druckaufbaues für den Anfahrvorgang ab einer bestimmten niedrigen Fahrgeschwindigkeit
mittels eines durch einen Fliehkraftschalter betätigten Solenoids mit einer zuln
Aufbau eines mittleren öldruckes im Servomotor erforderlichen Vorlast gegen den
Sitz im Ventilgehäuse gehalten wird. Der sich aufbauende öldruck gewährleistet einerseits
ein weiches, stoßfreies Auffangen des Kupplungsdrehmomentes, und andererseits ist
er auch groß genug, um ein Kupplungsrutschen unter dem Antriebsdrehmoment des schiebenden
Fahrzeuges zu verhüten.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal sollen das von dem Fliehkraftschalter
gesteuerte Solenoid zur Aufrechterhaltuno, des mittleren Öldruckes und das vom Getriebeschalthebel
gesteuerte Solenoid zum sofortigen Abbau des öldruckes hintereinander in einem gemeinsamen
Gehäuse angeordnet sein und einen beiden Solenoiden zugeordneten Tauchkern umschließen,
der
als Hohlzylinder ausgebildet ist und in dem zwei durch eine unter Vorspannung stehende
Feder gegeneinander abgestützte Kolben geführt sind, C C
die das elastische
Glied in der Kette der übertraa na elemente zwischen dem Gaspedal und dem u 's Druckregelventil
bilden. Die Anordnung eines elastischen Gliedes innerhalb der übertragungselemente
einer Steuereinrichtung für das selbsttätige Ein- und Ausrücken einer Kraftfahrzeugkupplung
ist an sich bekannt, der Anspruch umfaßt daher nur die besonderen baulichen Gestaltungsmerkmale
der Solenoide und des elastischen Gliedes.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Steuereinrichtung
nach der Erfindung in schematischer Darstellung.
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Mit 1 ist eine als Zahnradölpumpe ausgebildete Förderpumpe
bezeichnet, die vorzugsweise drehzahlabhängig von der Antriebsmaschine des Fahrzeugs
angetrieben ist, deren Antrieb jedoch auch drehzahlunabhängig, z. B. mittels eines
separaten Elektromotors, erfolgen kann. Sie steht über eine Sangleitung 2 mit dem
Ölvorratsbehälter 3 in Verbindung und über eine Druckleitung 4 mit dem Zylinder
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des Servomotors S.
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Der Kolben 6 des Servomotors S ist über seine Kolbenstanue
7 an das Gestänge zur Betätigung der Fahrzeugkupplun-K angeschlossen, er
steht ferner unter dem Druck einer Feder 8, die stärker ist als die Schließfeder
9 der Kupplung K, so daß die Feder 8 die Kupplung K auskuppelt, wenn
kein genügender öldruck auf den Kolben 6 wirkt.
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Der öldruck wird mit Hilfe eines einzigen Druckregelventils V gesteuert,
das einerseits mit der Druckleitunc, 4 über eine Leitung 4' und andererseits mit
der zum ölvorratsbehälter 3 führenden Rücklaufleitung 10 kommuniziert.
Das Druckregelventil V ist als Membranventil ausgebildet, wobei die Membran 12 zugleich
Absperrventil des Druckregelventils V ist, indem sie unter dem Einfluß von Steuermitteln
die Ventilbohrung 11 verschließt oder freigibt. Andererseits ist die Membran
12 auch Dichtungsteil, indem sie den Arbeitsteil des Druckregelventils V von seinem
Steuerungsteil trennt.
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Der Steuerungsteil des Druckregelventils V umfaßt zwei Solenoide
13 und 14, die hintereinander in einem gemeinsamen Gehäuse 15 untergebracht
-sind. Das obere Solenoid 13 hat beispielsweise eine Leistung von
15 Watt, während das untere, 14, nur eine Leistuno, von 2 Watt hat. Beide
Solenoide umschließen einen als Hohlzylinder ausgebildeten Tauchkern 16,
der in seinem Inneren zwei durch eine unter Vorspannung stehende Schraubenfeder
17 gegeneinander abgestützte Kolben 18 und 19 aufnimmt, die
mit ihren Schäften 18' bzw. 19' durch Bohrungen in den Stirnwänden
des Tauchkernes 16 nach außen ragen. Die Vorspannung der Schraubenfeder
17 ist durch einen die obere Stirnwand des Tauchkernes 16
bildenden
Gewindering 16'einstellbar. Der Schaft 19'
betätigt die Membran 12, während
der Schaft 18'
über ein Zwischenglied 20 mit dem Gestänge 21 des Gaspedals
22 verbunden ist.
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Das Zwischenglied 20 ist ein federnd nachgiebiges Verbindungsstück
zwischen dem Kolben 18 und dem Gaspedal 22. Es hat die Aufgabe, den weiteren
Gaspedalhub, nach Erreichen des maximalen öldruckes, aufzunehmen, ohne daß dieser
das Druckreggelventil V noch beeinflußt. Das Zwischenglied 20 ist zu diesem Zweck
mit einer Axialbohrung versehen, in der eine Feder 20' untergebracht ist, auf der
sich ein am unteren Ende des Gestänges 21 des Gaspedals vorgesehener Kolben 21'
abstützt. Die den öldruck begrenzende Wirkung des Zwischengliedes 20 ist durch eine
Stell- und Anschlaginutter X' einstellbar.
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Die beiden Solenoide 13 und 14 liegen in einem Stromkreis,
der von der Fahrzeugbatterie 23 über den Zündschalter 24 und einen zum Ein-
und Ausschalten der Steuereinrichtung dienenden weiteren Schalter 25 zum
oberen Solenoid 13 führt. Die beiden Solenoide 13 und 14 sind hintereinandergeschaltet,
und eine Abzweigung führt vom oberen Solenoid 13 zu einem am Getriebeschalthebel
26 angeordneten Kippschalter 26, der bei der Durchführung einer Gangschaltung
einen Massekontakt schließt, wodurch das starke Solenoid 13 erregt wird und
den Tauchkern 16 nach oben zieht. Dadurch gibt der Schaft 19'
die Membran
12 frei, die ihrerseits die Ventilbohrung 11 freigibt, so daß das Drucköl
durch die Rücklaufleitung 10 entweichen kann und damit einen schlagartigen
Abbau des Oldruckes herbeiführt. Eine weitere Abzweigung führt von dem unteren Solenoid
14 zu einem Fliehkraftschalter 27, der ab einer Fahrgeschwindigkeit von etwa
10 km/h einen Massekontakt schließt, wodurch das Solenoid 14 erregt wird
und den Tauchkern 16 wieder nach unten bewegt. Der Schaft 19' drückt
die Membran 12 nach unten, so daß sie sich mit leichtem Druck vor die Ventilbohrung11
leg wodurch sich in der Druckleitung 4 wieder der erforderliche Druck für das Einrücken
der Kupplung aufbauen kann.
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Der Schalter 25, zur Inbetriebnahme der Steuereinrichtung steht
über einen Kabelzug 28 mit einer Sperrklinke 29 in Verbindung, die
in eine Rast 30
eines Ansatztelles 31 des Servomotors S eingreift,
um den Servomotor S in seiner Endlage zu arretieren, wenn das Ein- und Ausrücken
der Fahrzeugkupplung K selbsttätig gesteuert werden soll. Bei ausgerasteter Sperrklinke
29, d. h. bei abgeschalteter Steuereinrichtung, kann die Fahrzeugkupplung
K in der üblichen Weise mittels des Kupplungspedals 32
betätigt werden, wobei
der Servomotor S die Bewegung des Kupplungspedals 32 mitmacht. Die
zum Servomotor S führende Druckleitung 4 besteht aus diesem Grunde zu einem
Teil aus einem flexiblen Druckschlauch 4'# Das parallel zum Servomotor
S
arbeitende Kupplungspedal 32 kann aber auch bei eingeschalteter Steuereinrichtung
betätigt werden, um gegebenenfalls in den Ablauf der Steuerung c:ngreifen zu können.
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Die selbsttätige Steuereinrichtung arbeitet in folgender Weise: Wird
die Antriebsmaschine des Fahrzeugs bei geschlossenem Zündschalter 24 - nachdem
zuvor auch der Schalter 25 geschlossen und die Sperrklinke 29
in die
Rast 30 durch Niedertreten des Kupplungspedals 32 eingelegt worden
ist - angelassen, fördert die Förderpumpe 1 das im ölvorratsbehälter
3 befindliche öl über die Druckleitung 4, die Leitung 4' und die Ventilbohrung
11 wieder zurück über die Rücklaufle,itung 10 zum Ölvorratsbehälter
3. Nach Einlegen des Anfahrganges kann das Anfahren selbst erst beginnen,
wenn bei Niedertreten des Gaspedals 22 über das Gestänge 21 und das Zwischenglied
20 der Kolben 18 nach unten bewegt wird und über die vorgespannte Schraubenfeder
17, der Kolben 19 urd dessen Schaft 19' die Membran 12 gegen
die Ventil-C
bohrung 11 drückt. Hierdurch wird in der Leitung
4 und im Zylinder 5 des Servomotors S Druck aufgebaut, der den Kolben
6 beaufschlagt und unter Überwindung der Feder 8 über die Kolbenstange
7 und das Kupplungsgestänge, den in der Fahrzeugkupplung K befindlichen Schließfedem
9 den Weg zum Einkuppeln freigibt.
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Der Anfahrvorgang hängt weitgehendst von der Gaspedalstellung ab.
Anfahren auf der Ebene erfordert logischerweise weniger Gas, als Anfahren am Berg.
Jedoch kann auch plötzlich Vollgas gegeben werden, ohne das Fahrzeug ruckartig zu
beschleunigen, da selbst ein schnelles Füllen des Servomotors S
mit Drucköl
mindestens die Zeit erfordert, die eine Antriebsmaschine von der Leerlaufdrehzahl
bis zur Endbeschleunigung unter Anfahrlast benötigt. Hieraus folgt, daß bei langsamerer
und geringerer Betätigung des Gaspedals ein weiches Anfahren und Rangieren in Parklücken
gewährleistet ist. Nach Freigabe des Gaspedals ist das Druckregelventil V zwar geöffnet,
jedoch der so freigewordene Austrittsspalt der Ventilbohrung 11 noch so weit
eingeengt, daß dieser der vom Servomotor S austretenden, unter dem Druck
der Feder 8 stehenden öhnenge einen Widerstand entgegensetzt, der ein schlagartiges
Entkuppeln verhindert. Dies ist erforderlich, da sonst ein schlagartiger Ruck im
Moment der Anfahrbeschleunigung bei plötzlicher Gaswegnahme auftritt.
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Nach Beendigung des Anfahrvorganges, und Erreichen einer Fahrzeuggeschwindigkeit
von etwa 10 km/h, wird über den geschwindigkeitsabhängigen Fliehkraftschalter
27 der Stromkreis, vom Schalter 25
kommend, über das obere niederohmige
Solenoid 13
für das untere hochohmige Solenoid 14 geschlossen, wodurch der
Tauchkern 16 bis zum Anschlag nach unten gezogen wird. Somit wird die Vorspannung
der Druckfeder 17 über den Kolben 19 und dessen Schaft 19'
unmittelbar auf die Membran 12 geleitet, die daher die Ventilbohrung 11 so
weit verschließt, daß ein vorbestimmter, durch den Gewindering 16'
einstellbarer,
mittlerer Öldruck gehalten wird, der so bemessen ist, daß über die Fahrzeugkupplung
K eine ausreichende Verbindung zwischen der Antriebsmaschine und dem Schaltgetriebe
herrscht.
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Der Schaltvorgang geschieht in der üblichen Weise durch Umlegen des
Getriebeschalthebels für den gewünschten Gang. Hierbei wird der im Getriebeschalthebel
26 befindliche Kippschalter 26' bereits vor dem Herausnehmen des Ganges
geschlossen und so eine direkte Stromverbindung vom Schalter 25
über das niederohmige
Solenoid 13 zur Masse her-Crestellt, wobei gleichzeitig das hochohmige Solenoid
14 stromlos wird, da seine beiden Spulenenden an Masse liegen. - Diese Schaltanordnung
gestattet die Betätigung beider Solenoide mit nur einem Schalthebelkontakt.
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Der während der Schaltdauer geschlossene Stromkreis für das obere
Solenoid 13 bewirkt ein sofortiges Hochziehen des Tauchkernes 16 bis
zur Endanlage, wobei der Schaft 19' über die Membran 12 die Ventilbohrung
11 vollkommen freigibt und so das öl
des Servomotors S, zum
schnellen Ausrücken der Fahrzeugkupplungg, ohne Drosselwiderstand abfließen kann.
Bei diesem Vorgang ist es gleichgültig, in welcher Stellung das Gaspedal sich befindet,
da die Rückholkräfte des Solenoids 13 alle mechanisch eingeleiteten Schließkräfte
überwinden. Das Wiedereinkuppeln erfolgt unmittelbar nach Loslassen des Getriebeschalthebels
26, da nun der Kippschalter 26' die Masseverbindung des Solenoids
13 unterbricht und das untere Solenoid 14 gleichzeitig wieder stromführend
wird, wobei sich der Mitteldruck in kürzester Zeit wieder aufbaut, so daß das Abfangen
des gewählten Ganges sofort, jedoch stoßfrei, über die im Teillastbereich arbeitende
Fahrzeugkupplung eingeleitet wird. Anschließendes Gasgeben, um das Fahrzeug zu beschleunigen,
bewirkt ein Steigern des öldruckes bis zum Maximaldruck und volles Schließen der
Fahrzeugkupplung. Der Maximaldruck wird dadurch begrenzt und gehalten, daß bei Niedertreten
des Gaspedals 22 schon nach relativ kurzem Weg die Anschlagmutter 20" den Betätigungshub
der Ventilbetätigung bestimmt, wobei das weitere Durchtreten des Gaspedals bis Vollgas
über den Kolben 21' von der Feder 20' aufgenommen wird.
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Während das Raufschalten der Gänge erfahrungsgemäß ohne Gas erfolgt,
ist es zweckmäßig, das Runterschalten mit Gas durchzuführen, um eine Drehzahlangleichung
der Triebwerksteile zu erreichen. Dieser Vorteil ist der Anlage eigen, und zwar
durch die Möglichkeit, auch unter Gas zu schalten.
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Die Beibehaltung des Kupplungspedals 32 ermöglicht es, daß
die Steuereinrichtung ein- und ausgeschaltet und weiterhin im ausgeschalteten Zustand
der Steuereinrichtung das Fahrzeug über das Kupplungspedal normal bedient werden
kann. Auch bei eingeschalteter Steuereinrichtung ist es möglich, über das Kupplungspedal
zum Entkuppeln einzugreifen. Hierdurch können außergewöhnliche Fahrsituationen,
wie z. B. das Herausschaukeln eines Fahrzeuges aus einer Bodenmulde, bewältigt werden.
Weiterhin dient die Beibehaltung des Kupplungspedals dazu, die Parkstellung mit
eingelegtem Gang zu gewährleisten, indem die Steuereinrichtung ausgeschaltet wird.
Das gleiche trifft zu, uni ein Fahrzeug anschieben zu können.
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Die Viskosität des öles spielt bei der Steuereinrichtung nach der
Erfindung eine untergeordnete Rolle, da die Spaltbildung des Druckregelventils V
unter dem Einfluß des öldruckes erfolgt, wobei das Gleichgewicht des Druckes durch
die Spannung der Schraubenfeder 17 herbeigeführt wird.