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Vorrichtung zur Veränderung der Verstellgeschwindigkeit zur Verwendung
in Fahrzeugen bestimmter, hydraulisch gesteuerter, stufenlos verstellbarer Getriebe
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der Verstellgeschwindigkeit
zur Verwendung in Fahrzeugen mit bestimmten hydraulisch gesteuerten, stufenlos verstellbaren
se-trieben mit einem endlosen Zugmittelstrang, der zwei Kegelscheibenpaare umschlingt,
von denen mindestens je eine Kegelscheibe axial mittels hydraulisch gesteuerter
Stützkolben verschiebbar ist, deren Stützdrücke durch ein den auf die Kolben wirkenden
Flüssigkeitsdruck bestimmendes Steuerventil veränderbar sind.
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Getriebe dieser Gattung stehen in der Regel ebenso wie die Üblichen
bchubräderge-triebe antriebsseitig über eine
Trennkupplung mit dem
Antriebsmotor und abtriebsseitig mit den Triebrädern des Fahrzeuges in Verbindung.
Ihr Übersetzungsverhältnis läßt sich aber nicht bei stillstehendem Fahrzeug verändern,
wie das bei den erwähnten bekannten Getrieben der Fall ist. Daraus ergibt sich die
Notwendigkeit, das Übersetzungsverhältnis des Getriebes auch bei ausgerückter Trennkupplung
noch während der Fahrt so zu verstellen, daß einer hohen Drehzahl seiner Antriebswelle
eine kleine Drehzahl seiner Abtriebswelle entspricht. In der Leerlaufstellung des
Motors muß das Getriebe also automatisch auf den langsamsten Gang zurückgeschaltet
werden, und diese Verstellung muß beendet sein, bevor das Fahrzeug stillsteht. Ist
das nicht der Fall, z.B: aus dem Grunde, weil bei starker Verzögerung des Fahrzeuges
bis zu seinem Stillstand nicht genügend Zeit vorhanden war, um das Getriebe auf
langsamsten Gang zu verstellen, so muß das erneute Anfahren von einer höheren übersetzungsstellung
aus erfolgen, wobei der Motor überlastet und gewaltsam stillgesetzt wird. Im umgekehrten
Falle kann die Erscheinung auftreten, daß die Verstellung des Getriebes auf schnelleren
Gang bei starker Beschleunigung des Fahrzeugs nicht so schnell stattfindet, wie
es aufgrund der Motorleistung möglich wäre, sodaß der Motor während der Zeit der
Beschleunigung des Fahrzeuges zu gering belastet ist und auf zu hohe, für ihn schädliche
Drehzahlen kommt.
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Die Verstellgeschwindigkeit der Getriebe der hier behandelten
Art
reicht zwar für den Normalbetrieb aus, die Dämpfung des Verstellvorganges ist aber
im Fall starker Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeuges zu groß. Mit der
Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Verminderung dieser Dämpfung in Abhängigkeit
von der Fahrzeugbeschleunigung oder -verzögerung in der Weise zu erzielen, daß die
Verstellgeschwindigkeit des Getriebes während der Zeit des 13eschleunigungs- oder
Verzögerungsvorganges erhöht wird. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
in dem auf die Stützkolben wirkenden Flüssigkeitskreislauf mindestens eine Drosselstelle
vorgesehen ist, deren Drosselwirkung selbsttätig derart veränderbar ist, daß die
in der Zeiteinheit den Druckräumen der die Kolben enthaltenden Zylinder zu- oder
aus ihnen abgeführte Flüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von der Zu- oder Abnahme
de.r Fahrzeuggeschwindigkeit nach der Zeit vergrößert wird. Dabei sind die Durchflußquerschnitte
im hydraulischen Kreis so gewählt, daß die größte Drosselwirkung der Drosselstelle
zusammen mit den Strömungs;viderständen im Kreislauf eine Dämpfung des Verstellvorganges
ergibt, bei der die Terstell#zesc'trvindigkei t des Getriebes für den Dormalbetrieb
ausreichend ist.
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@#irfindunt;s@:;emäß dient zur Verminderung der Drosselwirkung die
Irdgheit einer mit dem Fahrzeug bewegten Masse.
Diese Masse kann
in Laufrichtung des Fahrzeuges hin- und herbeweglich angeordnet sein, durch von
elastischen Kraftspeichern, z.B. Federn, ausgeübten Rückstellkräfte in eine lrlittellage
gedrängt werden und mit einem Schieber gekoppelt sein, der beim Ausschwingen der
Masse aus der Mittellage in der einen oder anderen Richtung den Durchflußquerschnitt
der Drosselstelle in Abhängigkeit von dem von der Mittellage aus zurückgelegten
Schwingweg der Masse erweitert.
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Für die die Drosselstelle bildende Vorrichtung bestehenerfindungsgemäß
zwei Ausführungsmöglichkeiten. Bei der einen ist die hin- und herbewegliche Masse
ein pendelnd an einem Festpunkt aufgehängtes Gewicht, wobei zwecks genauer Justierung
sowohl die Pendellänge, als auch die Verspannung der Federn einstellbar ist. Bei
der zweiten wird die hin- und herbewegliche Masse von einem in-einer Gleitbahn geradlinig
geführten Gewicht gebildet, wobei die Federn zur Rückstellung des Gewichtes in die.
Mitteltage in Führungsrichtung auf das Gewicht wirken und mindestens ein Federpaar
vorgesehen ist, dessen Federn das Gewicht in zueinander gegenläufigen Richtungen
belasten. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den mit der Masse gekoppelten Schieber
so auszubilden, daß er-einen mit einem Ende an den abgehenden und mit seinem anderen
Ende an den ankommenden Abschnitt der das Steuerventil mit dem
Zylinder
des Stützkolbens verbindenden Zeitung angeschlossenen Kanal durchquert, daß er quer
zum Kanal verschiebbar ist, und daß er in seiner Mittelstellung die beiden Abschnitte
des Kanals mittels eines Durchganges kleineren und in mindestens einer seiner durch
die Masse aus der Mittelstellung nach der einen oder anderen Richtung herausgerückten
Verschiebelagen mittels eines Durchgangs größeren Querschnittes miteinander verbindet.
Dabei kann der Durchgang mit kleinerem Querschnitt die Abschnitte des Kanals sowohl
in der Mittelstellung des Schiebers, als auch in dessen aus der Mittelstellung herausgerückten
Verschiebelagen miteinander verbinden.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.
In diesen zeigen Fing. 1 ein hydraulisch gesteuertes Getriebe bekannter Ausführung,
von dessen Gehäuse nur einzelne Wandungsteile gezeigt sind, an denen die Einrichtungen
für die Zufuhr der Druckflüssigkeit zu den Stützkolben und das Gehäuse für das Steuerventil
vorgesehen sind, die Fg. 2 und 3 die Vorrichtung nach der@Erfindung in zwei verschiedenen
Ausführungsformen, schematisch dargestellt.
Auf der vom Motor, gegebenenfalls
über eine Trennkupplung angetriebenen Welle 1 (Fig. 1) und auf der die Triebräder
des Fahrzeugs antreibenden Abtriebswelle 2 ist je ein Kegelscheibenpaar 3, 4 und
5, 6 vorgesehen, zwischen denen ein endloser Zugmittelstrang 7 läuft. Die Kegelscheibe
4 ist mit der Antriebswelle 1, die Kegelscheibe 5 mit der Abtriebswelle 2 drehfest
und unverschiebbar verbunden. Dagegen ist die Kegelscheibe 3 auf der Antriebswelle
und die Kegelscheibe 6 auf der Abtriebswelle drehfest, aber axial verschiebbar gelagert.
Auf der Nabe der Kegelscheibe 3 sitzt ein Kolben 8-und auf derjenigen der Kegelscheibe
6 ein Kolben 9. Der Kolben 8 kann in einem Zylinder 10 und der Kolben 9 in einem
Zylinder 11 gleiten. Die Zylinder sind auf den entsprechenden Wellen drehfest und
unverschiebbar angeordnet.
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Die Wellen 1 und 2 haben Zentralbohrungen 12 und 13 für die Zufuhr
von Druckflüssigkeit zu den Zylindern 10 und 11 über die Radialbohrungen 14 und
15. Die Druckflüssigkeit wird den Zentralbohrungen über Anschlüsse 16 und 17 und
die Leitungen 18 und 19 zugeführt, in denen sich die erfindungsgemäßen Vorrichtungen
20 und 21 zur Veränderung der Verstellgeschwindigkeit des Getriebes befinden, deren
Konstruktion später an Hand der Fig. 2 und 3 beschrieben werden soll. Diese Leitungen
sind an Auslaßbohrungen 22 und 23 eines Steuerventils 24 angeschlossen, deren Einlaßbohrung
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über die Zeitung 26 Druckflüssigkeit von einer nicht dargestellten Zahnradpumpe
aus dem Ölsumpf des Getriebes zugeführt wird.
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Das an sich bekannte Steuerventil 24 hat ein Stellglied 27 mit den
Steuerkolben 28 und 29, die sich in Aussparungen des Gehäuses verschieben lassen.
Die Aussparungen sind so groß, daß die Steuerkolben von der Druckflüssigkeit umflossen
werden können. In die Räume rechts vom Steuerkolben 29 und links vom Steuerkolben
28 münden Auslaßkanäle ein, über die die Druckflüssigkeit in den Ölsumpf des Getriebes
zurückgelangen kann. In den Raum zwischen den Kolben wird die Druckflüssigkeit eingeführt..
Die Kanten am Umfang der Stirnflächen der Steuerkolben 28 und 29 dienen als Steuerkanten
für die Druckflüssigkeit.
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Das Stellglied 27 ist an einen Hebel 30 angelenkt, der an einem Ende
mit einer in Richtung des Doppelpfeiles 31 verschiebbaren Schubstange gelenkig verbunden
ist und mit seinem anderen Ende in eine Nut der Nabe der Kegelscheibe 3 eingreift.
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In der gezeichneten i"iittelstellung der Steuerkolben tritt ein Teil
der aus der Leitung 26 kommenden Druckflüssigkeit über die 3ohrungen 22 und 23 und
die Zeitungen. 18 und 19 in die Druckräume der Zylinder 10 und 11 ein, während
der
restliche Teil in die Räume rechts vom Steuerkolben 29 und links vom Steuerkolben
28 eintritt und von dort in den Ölsumpf des Getriebes abläuft. Die Kolben 8 und
9 werden daher durch einen Teil des in der Zeitung 26 herrschenden Druckes belastet.
Da in der Mittelstellung der Steuerkolben die in den Raum redhts vom Steuerkolben
29 in der Zeiteinheit abfließende Flüssigkeitsmenge ebenso groß ist, wie die Flüssigkeitsmenge,
die in den Raum links vom Steuerkolben 28 abgeführt wird, sind die Drücke in den
Druckräumen der Zylinder 10 und 11 und demgemäß auch die Stützkräfte, die axial
auf die Kegelscheiben 3 und 6 wirken, gleich.
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Wird die Schubstange 32 nach rechts verschoben, so dreht sich der
Hebe1,30 zunächst um den Eingriffspunkt seines unteren Endes in der Nut der Nabe
der Kegelscheibe 3. Dieser Punkt ist zunächst noch ein Festpunkt, da die Kegelscheibe
3 duräh den Zugmittelstrang 7 an der Ver-_ Schiebung nach rechts und durch den im
Zylinder 10 herrschenden Druck an der Verschiebung nach links gehindert wird. Infolgedessen
verschiebt sich das Stellglied 27 ebenfalls nach rechts, und der Steuerkolben 28
sperrt den Zulauf der Druckflüssigkeit aus dem Raum zwischen den Steuerkolben in
den Raum links vom Steuerkolben 28 zunehmend ab. Dagegen ist für den Zutritt der
Druckflüssigkeit
aus der Zeitung 19 in den Raum links vom Steuerkolben
28 ein größerer Querschnitt freigegeben. Daher sinkt der Druck im Zylinder 10 praktisch
auf 0 ab.
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Für den Druck im Zylinder 11 liegen die Verhältnisse umgekehrt. Hier
wird der Abfluß der Druckflüssigkeit in den-Raum rechts vom Steuerkolben 29 zunehmend
abgesperrt, dagegen für den Zutritt der Druckflüssigkeit aus dem Raum zwischen den
Steuerkolben in die Zulauföffnung 23 und die Zeitung 18 ein größerer Querschnitt
freigegeben, sodaß der Druck im Zylinder 11 wächst. Das hat zur Folge, daß sich
die Kegelscheibe 6 der Kegelscheibe 5 nähert. Dabei wird der Zugmittelstrang 7 zwischen
den Kegelscheiben 5 und 6 nach außen gedrückt und dringt gleichzeitig tiefer zwischen
die Kegelscheiben 4 und 3 ein und verschiebt letztere nach links. Diese Verschiebung
ist jetzt möglich, weil im Zylinder 10 praktisch kein Druck mehr besteht. Infolgedessen
verschiebt sich auch der Hebel 30 und damit das Stellglied 27 wieder derart, daß
die Steuerkolben 28 und 29 in die Ausgangslage zurückgelangen. Wiederholt sich die
Verschiebung der Schubstange 32 nach rechts, so beginnt das geschilderte Spiel von
neuem, bis schließlich der Zugmittelstrang 7 am kleinstmöglichen Durchmesser der
Kegelscheiben 3, 4 und am größtmöglichen Durchmesser der Kegelscheiben 5, 6 angreift.
Dann entspricht einer maximalen Drehzahl der Antriebswelle 1 eine minimale Drehzahl
der Abtriebswelle 2, d.h., in der Kraftübertragung vom
Antriebsmotor
zu den Triebrädern ist die langsamste_.Übersetzung eingeschaltet. Wird die Schubstange
nicht absatzweise, wie oben angenommen ist, sondern kontinuierlich nach rechts verschoben,
so verbleibt natürlich das Stellglied in der. nach rechts verschobenen Stellung
und der Hebel 30 dreht sich um den Gelenkpunkt, der ihn mit dem Stellglied 27 verbindet.
In diesem Fall kehrt letzteres in die gezeichnete Ausgangsstellung erst wieder zurück,
nachdem die längsamste Übersetzung erreicht ist. Beim Schalten auf schnellere Gänge
wird die Schubstange nach links verschoben, und die beschriebenen Vorgänge laufen
im entgegengesetzten Sinn ab.
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Die Schubstange 32 ist mit dem Regler des Antriebsmotors oder mit
einem vom Fahrer zu bedienenden Hebel derart verbunden, daß die Schubstange in der
Leerlaufstellung des Motors am weitesten nach rechts und in der Vollast-Stellung
am weitesten nach links verschoben ist.
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Getriebe der beschriebenen Gattung sind in der Regel noch mit drehmomentabhängigen
Anpreßvorrichtungen versehen, die der Einfachheit halber in Fig. 1 sind. Eine der
Abtriebswelle 2 zugeordnete drehmomentabhängige Anpreßvorrichtung bewirkt beispielsweise,
daß der von der Kegelscheibe 6 auf den Zugmittelstrang 7 ausgeübte Gegendruck wächst,
wenn das Lastdrehmoment an der Welle 2 ansteigt, so daß der Zugmittelstrang 7 tiefer
zwischen die Kegelscheiben 3, 4 einzudringen sucht, wobei die Kegelscheibe
etwas
nach links verschoben wird. Bei festliegender Schubstange 32 wird daher das Stellglied
27 ebenfalls nach links bewegt und der Flüssigkeitsdruck im Zylinder 10 erhöht,
so daß wieder Gleichgewicht besteht und das Stellglied in seine Ausgangslage zurückkehrt,,
wobei auch die Kegelscheibe 3 etwa um denselben Betrag, um den sie vorher nach links
verschoben wurde, in gegenläufiger Axialrichtung bewegt wird. Aus der Forderung,
daß hierbei keine fühlbaren Schwankungen im-Übersetzungsverhältnis eintreten dürfen,
ergibt sich, daß der Gesamthub des Stellgliedes 27 nur klein sein kann. Daraus folgt,
daß'die Drosselwirkung im Steuerventil ziemlich erheblich ist. Hierzu kommt noch
der Strömungswiderstand in den-Leitungen des Flüssigkeitskreislaufes. Alle diese
Strömungsverluste bewirken, daß die Verstellgeschwindigkeit zwar für Normalbetrieb-ausreicht,
nicht aber bei starker Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeuges. Die Vorrichtungen
20 und 21 dienen erfindungsgemäß dazu, in diesen Fällen die Verstellgeschwindigkeit
des Getriebes durch Verminderung der Strömungswiderstände in den Zeitungen zu erhöhen.
Zwei Ausführungsbeispiele dieser Vorrichtungen zeigen die Figuren 2 und 3
schetaatischo Beide Ausführungsformen haben die Gestalt von Durchgangsventilen.
Der Kanal 33(Figo2) aildet einen Teil der Zeitung 18 bzw. 19. Er wird-von-einem
Schieber 344 unterbrochen, der in Führungen 35 und 36 des Gehäuses gleiten kann.
£ittels einer Schubstange 37
ist der Schieber 34 an die Stange
38 eines Pendels angelenkt, dessen Gewicht mit 39 bezeichnet ist. .An. einem Fest-Punkt
55 ist das Pendel so aufgehängt, daß die Pendelebene in Fahrtrichtung des Fahrzeuges
verläuft. Federn 40 und 41, deren Vorspannung dadurch einstellbar sein kann, daß
die Käfige 42, 43, an denen sich ihre der Pendelstange äbgewendeten Enden abstützen,
an nicht dargestellten Stellschrauben sitzen und-sich in Richtung auf die Pendelstange
verschieben lassen, halten die Pendelstange in der dargestellten leittellageo Das
Pendelgewicht kann wie bei einer Standuhr auf der Pendelstange verschoben und in
der gewählten Verschiebelage mittels einer Stellschraube 56 festgeklemmt werden.
Der Schieber 34 hat eine Bohrung 45 und zwei Kanäle 44 und 46. Der Durchmesser der
Bohrung 45 ist so gewählt, daß in der Zeitung 18 bzw. 19 ein Strömungswiderstand
besteht, bei dem die für den Normalfall ausreichende Verstellgeschwindigkeit des
Getriebes erreicht wird.
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Die Kanäle 44 und 46 haben einen der Bohrung 45 gegenüber erheblich
größeren Querschnitt und sind so ausgebildet, daß eines ihrer Enden in der gezeichneten
Mittellage des Schiebers 34 von der Führung 35 des Gehäuses abgedeckt wird, so daß
die Flüssigkeit nicht durch den Kanal strömen kann. Während der Fahrt mit gleichförmiger
Geschwindigkeit strömt die Druckflüssigkeit nur durch die lviittelbohrung 45. find
das Fahrzeug stark beschleunigt oder verzögert, so schlägt
das
Pendel in der einen oder anderen Richtung des Dop-.pelpfeiles 47 aus und verschiebt
den Schieber 34 so, daß außer der Bohrung 45 auch der Kanal 44 oder 46 von der .Druckflüssigkeit
durchflossen werden kann, da das Ende des einen oder anderen Kanals, welches von
der Führung 35 abgedeckt war, in den Bereich des Kanals 33 gelangt. Dadurch wird
der Strömungswiderstand beträchtlich herabgesetzt und infolgedessen die Verstellgeschwindigkeit
des Getriebes erhöht.Wenn das Fahrzeug stillsteht oder sich gleichförmig fortbewegt,
kehrt das Pendel mit dem Schieber wieder in seine Mittelstellung zurück. Die Flüssigkeit
kann dann wieder nur durch die Bohrung 45 strömen, wodurch der für Normalbetrieb
vorgesehene Strömungswiderstand in der Leitung 18 bzwo 19 wieder hergestellt ist
und das Getriebe seine normale Verstellgeschwindigxeit wiedererlangt.
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Theoretisch können die Federn 40 und 41 auch wegfallen, da ein Pendel
selbsttätig seine Mittelstellung erreicht. Wegen der für die Schieberbewegung aufzuwendenden
Stellkraft sind die Federn jedoch zweckmäßig.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von demjenigen
,nach Fg. 2 nur dadurch, daß statt des Pendels ein Gewicht 48 vorgesehen ist, welches
am Schieber fest angebracht ist und zwischen Führungen 49 und 50 gleiten kann. Die
Gleitrichtung des Gewichtes muß mit der
Fahrtrichtung des Fahrzeuges
übereinstimmen. Bei Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeuges verschiebt sich
das Gewicht 48 gegen die Kraft der Federn 52 und 53 bzw. der Feder 54 in der einen
oder anderen der durch den Doppelpfeil 51 angegebenen Richtungen.
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Je nachdem, ob die Vorrichtung nur auf die Verzögerung oder nur auf
die Beschleunigung des Fahrzeuges ansprechen soll, kann man den einen oder anderen
der Kanäle 44 oder 46 weglassen. Nimmt man die normale Fahrzeugbewegung von links
nach rechts an, so kann der Kanal 46 fortfallen, wenn die Vorrichtung nur auf die
Fahrzeugverzögerung ansprechen soll. Im anderen Fall ist der Kanal 44 nicht erforderlich.
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Die Vorrichtungen 20 und 21 (Fig. 1) kann man auch in einem Gehäuse
vereinigen. Ein solches Gehäuse würde zwei nebeneinander angeordnete Kanäle 33 enthalten,
die je durch einen Schieber 34 bedient werden. Zur Bewegung beider Schieber könnte
ein gemeinsames Pendel 38, 39 bzw. Gewicht 48 verwendet werden. Andererseits ist
es auch, um eine Veränderbarkeit der Verstellgeschwindigkeit des Getriebes zu erreichen,
ausreichend, nur in einer der Leitungen 18 oder 19-eine Vorrichtung nach Fig. 2
oder 3 vorzusehen.