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Schaltvorrichtung für Flüssigkeitsgetriebe mit Stufenschaltung, insbesondere
für Kraftfahrzeuge. Manche Arten von insbesondere für Fahrzeugantrieb bestimmten
Flüssigkeitsgetrieben, die aus einem Sekundärteil als Flüssigkeitsmotor und aus
mehreren Primärpumpen bestehen, die in verschiedener Zahl und Art auf die Sekundärseite
arbeiten oder in sich kurz geschlossen werden, brauchen zu diesem Zwecke Flüssigkeitsverteilschieber,
mit denen die von den einzelnen Primärpumpen in Umlauf gesetzte Flüssigkeit (Treiböl)
entweder dem Arbeitsraum der Sekundärseite oder auf kürzestem Wege, ohne Arbeit
zu leisten, wieder der Saugseite der Primärpumpe zugeführt wird, so daß durch verschiedene
Einstellung der Schieber verschiedene Drehzahlen und verschiedener Drehsinn der
Sekundärwelle erhalten werden. Bisher geschah die Verdrehung dieser Schieber von
Hand aus auf rein mechanischem Wege unter Vermittlung von Hebeln, Zahnstangen, Schraubenspindeln,
Handrädern usw., was infolge des Bewegungswiderstandes der unter dem Betriebsdruck
stehenden Schieber einen erheblichen Kraftaufwand erforderte und einen entsprechenden
Zeitverlust zur. Folge hatte.
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Es soll nun an Hand eines Ausführungsbeispiels eine neuartige Schalteinrichtung
beschrieben werden, die den Erfindungsgegenstand kennzeichnet und die gestattet,
mühelos in der kürzesten Zeit jede gewünschte Geschwindigkeit für Vorwärts- oder
Rückwärtsfahrt am Führerstand einzustellen.
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Unter der Annahme von drei Bleichgroßen Primärpumpen zeigt Abb. i
schematisch die verschiedenen zusammengehörigen Stellungen der erforderlichen vier
Schieber; Abb. 2 zeigt schematisch die Ölwege innerhalb des Getriebes für Schieberstellung
nach Abb. ic; Abb. 3 gibt die Gesamtanordnung der vorliegenden Schalteinrichtung
in einer bestimmten Schaltstellung schematisch wieder; Abb. 4 zeigt eine andere
Stellung eines Steuerkolbens und Abb. 5 eine andere Ausbildung einer Steuernocke,
während Abb. 6 und 7 den Fahrschalterkolben in zwei verschiedenen Stellungen in
vergrößertem Maßstabe wiedergibt.
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In Abb. 2 stellen die im Anschluß an die Schieberquerschnitte i, 2,
3, 4 dargestellten Linien alle möglichen innerhalb des Flüssigkeitsgetriebes liegenden
Ölbahnen schematisch dar, wobei Pfeil 5 die gleichbleibende Strömungsrichtung innerhalb
der drei stets in gleichem Sinne umlaufenden Primärpumpen andeutet und die Querschnitte
2, 3, 4 der Schieber der Deutlichkeit wegen nebeneinander, statt in gleicher Achse
hintereinander liegend gezeichnet sind, was der wirklichen Lage der drei Primärpumpen
entsprechen würde, Pfeil 6 deutet die Strömungsrichtung im umsteuerbaren Sekundärmotor
z. B. für Vorwärtsfahrt. Die Stellung der vier Schieber gibt die erste Geschwindigkeit
vorwärts (s. auch Abb. ic), denn nur das Öl einer Primärpumpe fließt durch den Schieber
z arbeitend der Sekundärseite zu, während die Schieber 3 und 4 das Öl der zugehörigen
Primärpumpe drucklos auf die gemeinsame Saugseite zurückleiten. Die Stellung der
Schieber nach Abb. ib gibt die zweite, die nach Abb. ia die dritte Geschwindigkeit
vorwärts, Abb. id und ie haben Leerlauf sämtlicher drei Primärpumpen zur Folge,
während die Sekundärseite, wie leicht zu verfolgen ist, Bremsstellung einnimmt,
wenn nicht ein besonderes Leerlaufglied 7, das die beiden Arbeitsräume der Sekundärseite
unmittelbar miteinander verbindet, geöffnet ist. Der Übergang der Schieber aus Stellung
Abb. id in Stellung Abb. ie bedeutet »Umsteuern«, denn die Stellung Abb. if gibt
erste Geschwindigkeit rückwärts, die Stellung Abb. ig die zweite und Abb. ih die
dritte Geschwindigkeit rückwärts. Aus dieser großen Mannigfaltigkeit der zusammengehörigen
Schieberstellungen ist ersichtlich, daß die Schieber in geeigneter Weise miteinander
gekuppelt werden müssen, wenn kein verhängnisvoller Irrtum in der Schaltung eintreten
soll. Dies wurde bisher durch eine komplizierte, mit zickzackförmig verlaufenden
Nuten versehene Steuerhülse-erreicht, wobei jede Nut bei Verschiebung derHülse den
ihr zugeordneten Schieber unter Vermittlung einer Hebelübertragung entweder festhielt
oder in die geeignete Stellung brachte.
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Bei der vorliegenden Schalteinrichtung nach Abb. 3 zeigen 8, g, io,
ii die im Schnitt dargestellten und mit den vier Schiebern i, 2, 3, 4 stirnseitig
verbundenen Steuergehäuse mit
Flügelkolben; 12, 13, 14, 15 zeigen
die zugehörigen, durch Nocken 16, 17, 18, i9 und weiterhin durch die Fahrkurbel
2o betätigten Steuerkolben; 21 ist die mit Sicherheitsventil versehene Druckölpumpe,
die aus einem Ausgleichsbehälter 22 saugt und das Drucköl für die Verdrehung der
Flügelkolben liefert; der mit Feder 23 belastete Kolben 24 und Aniahrhebel 25 bilden
den an sich bekannten Fahrschalter, durch den das Leerlaufglied 7 beeinflußt wird
und dessen Bauart und Wirkungsweise nachstehend an Hand der Abb. 6 und 7 kurz besprochen
werden soll; 26 ist ein Leerlaufventil, das durch Nocken 27 eingestellt wird, während
Nocken 28 die Spannung der Feder 23 beeinflußt. Die Verbindung der einzelnen Teile
der Schalteinrichtung durch ölgefüllte Rohre ist in der Darstellung durch einfache
Linien angedeutet.
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Wirkungsweise des Fahrschalters (Abb. 3, 6 und 7). Der Fahrschalter
erfüllt bei der vorliegenden Schalteinrichtung den doppelten Zweck, das Leerlaufglied
7 des hydraulischen Getriebes (Abb.3) nach Belieben öffnen und schließen und damit
Zwischengeschwindigkeiten einstellen zu können und andererseits das Getriebe mit
Sicherheit vor zu großen Drücken und den Antriebsmotor damit vor Überlastung zu
schützen.
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In Abb. 6 ist der Fahrschalterkolben 24 in seiner untersten Endlage
gezeichnet. Durch Rohrleitung 29 ist der Raum unter dem Kolben mit dem Druckraum
des Getriebes verbunden. Es herrscht demnach hier immer der jeweilige Getriebedruck,
und es wird andererseits der Kolben 24 immer mit einer, diesem Drucke proportionalen
Kraft gegen den Widerstand der Feder 23 nach oben gedrückt. In der gezeichneten
Lage kann sich der Getriebedruck durch die Steuerschlitze 31 weiter in die Rohrleitung
33 fortpflanzen - hierbei geschlossenes Leerlaufventil 26 (Abb. 3) vorausgesetzt
- und über diese Leitung schließlich in den Raum 35 (Abb. 3) über dem Stufenkolben
des Leerlaufgliedes 7. Dadurch wird aber dieser Kolben nach abwärts gegen seinen
Sitz gedrückt, es verkleinert sich der Durchflußquerschnitt, und es steigt der Drosseldruck
im Getriebe. Der wachsende Druck überwindet nun die Spannung der Feder 23 und drückt
den Kolben 24 nach oben, wodurch die Schlitze 31 allmählich abgedeckt werden und
der Zufluß aus dem Getriebe über die Rohrleitung 29 und 33 zum Leerlaufglied 7 aufhört.
Dieses wird daher schließlich in einer bestimmten, durch die Spannung derFeder 23
vorgeschriebenen Drosselstellung festgehalten. Steigt der Druck im Getriebe aus
irgendeiner äußeren Ursache bei abgedeckten Steuerschlitzen 31 noch weiter an, so
wird der Fahrschalterkolben schließlich so weit gehoben, . daß er, wie Abb. 7 zeigt,
die Verbindung zwischen Rohrleitung 33 über den Zwischenraum 32 zu der in den Ausgleichsbehälter
22 (Abb.3) führenden Leitung 34 freigibt, so daß das im Raume 35 befindliche Drucköl
entweichen und das Leerlaufglied 7 sich unter dem Einfluß des Getriebedruckes j
wieder weiter öffnen und diesen Druck auf die vorige Größe zurückführen kann.
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Es ist demnach ersichtlich, das durch Veränderung der Spannung der
Feder 23, welche bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Anfahrhebel
25 gemeinsam mit Nocke 28 geschieht, jeder beliebige Druck im Getriebe sicher eingestellt
bzw. begrenzt werden kann. Unabhängig von dieser Druckeinstellung kann aber auch
durch Öffnen des Leerlaufventils 26 (Abb.3) jederzeit das Getriebe drucklos gemacht
werden, weil dadurch die Leitung 33 und damit auch der Raum 35, wie auch der Fahrschalterkolben
steht, mit dem Ausgleichbehälter 22 verbunden werden.
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Der Vorgang beim Schalten und die damit erzielte Wirkung gestaltet
sich wie folgt (Abb. 3). Angenommen, die Primärseite des Getriebes laufe leer, die
Schieber haben die Stellung nach Abb. id, die Fahrkurbel 2o stehe auf Skalenstrich
»Leerlauf«, der Anfahrhebel 25 sei in die voll gezeichnete Stellung »aus« gebracht.
Dann stehen die Steuerkolben 12 bis 15 alle in den den zugehörigen Nocken 16 bis
i9 entsprechenden Endlagen, und das von der Steuerölpumpe 21 gelieferte Öl durchströmt
ungehindert hintereinander jeweils zuerst den zwischen zwei Kolben eines Steuerkolbens
(15, 14, 13, 12) befindlichen Raum und dann das Gehäuse des zugehörigen Flügelkolbens
(ii, io, 9, 8), dabei immer von einem Flügelkolbengehäuse (z. B. io) zum Steuerkolben
(z. B. 13) des nächsten Flügelkolbens gelangend und schließt den Kreislauf im Ausgleichsbehälter
22. Die Pumpe 21 läuft demnach leer. Der Nocken 27 hält das Leerlaufventil 26 geöffnet,
so daß die obere Steuerfläche des Leerlaufgliedes 7 mit dem Ausgleichbehälter in
Verbindung gesetzt ist und die Sekundärseite über dieses Glied in sich kurzgeschlossen
ebenfalls leer laufen kann. Nocke 28 steht so, daß durch sie die größte Spannung
der Feder 23 vorbereitet ist, welche erreicht wird, wenn der Anfahrhebel 25 in die
gestrichelt angedeutete Stellung »ein« gebracht wird.
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Solange der Anfahrhebel in der Stellung »aus« sich befindet, ist Feder
23 vollständig entspannt; der Fahrschalterkolben 24 wird sich beim geringsten Überdrucke
im Getriebe in die in Abb. 3 und Abb. 7 gezeichnete Lage begeben und damit die obere
Stirnfläche (Raum 35) des Leerlaufgliedes 7 mit dem.Ausgleichbehälter 22 verbinden.
Aber auch wenn der Anfahrhebel 25 in die Stellung »ein« gebracht wird und damit
der Fahrschalterkolben mit dem höchsten
Federdruck belastet ist,
kann sich, wie früher beschrieben, im Getriebe kein Druck einstellen, solange die
Fahrkurbel 2o auf »Leerlauf« steht und damit das Leerlaufventil '26 geöffnet ist.
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Es ist daher möglich, aus irgendeiner beliebigen Betriebsstellung
durch Schalten der Fahrkurbel 2o allein auf Leerlauf auch bei eingelegtem Anfahrhebel
oder umgekehrt durch Bewegen des Anfahrhebels 25 allein in die Stellung »aus«, wobei
die Fahrkurbel auf der gerade geschalteten Geschwindigkeitsstufe verbleiben kann,
Leerlauf des Getriebes zu erreichen. Im ersteren Falle wirkt das Leerlaufventi126,
im zweiten die Entspannung der auf den Fahrschalterkolben 24 drückenden Feder 23.
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Der Anfahrvorgang spielt sich nun folgendermaßen ab: Die Anfahrkurbel
2o wird zunächst z. B. auf »Skalenstrich erste Geschwindigkeit vorwärts« gedreht
(Abb. 3). Damit wird einerseits das Leerlaufventil 26 geschlossen und andererseits
der Steuerkolben 13, der die Verdrehung des Schiebers z zu bewirken hat, durch Nocken
17 gehoben und in die andere Endlage gebracht; die Druckölpumpe 2= liefert sofort
Drucköl, und zwar so lange, bis der den Ölweg nunmehr versperrende Flügelkolben
9 und mit ihm der Schieber der ersten Stufe in die andere Endlage verdreht wurde,
worauf nach Freiwerden des Schlitzes 3o die Druckölpumpe 2= wieder leer läuft. Nocken
28 hält die der ersten Geschwindigkeitsstufe zugeordnete höchste Federspannung vorbereitet,
doch läuft die Primärpumpe noch leer, da der Anfahrhebel auf »aus« steht und die
oben geschilderte Leerlaufstellung ergibt. Wird jetzt der Anfahrhebel 25 allmählich
in die gestrichelte Lage auf »ein« gedreht, so drückt die Feder 23 den Steuerkolben
9,4 in die in Abb. 6 dargestellte Lage; das jetzt durch Rohrleitung 29 -wenn auch
anfänglich mit geringem Überdrucke -der oberen Steuerfläche des Leerlaufgliedes
7 zufließende Drucköl nähert dieses so lange seinem Sitz, bis sich in der Sekundärseite
ein Drosseldruck einstellt, der der eingestellten Federspannung 23 entspricht. Es
ist daher möglich, die Anfahrzugkraft je nach der Belastung des Fahrzeuges in beliebiger
Größe zu wählen und vollkommen stoßlos anzufahren. Bei ganz ausgelegtem Anfahrhebel
wird der höchste Druck der ersten Stufe mit sicherer Begrenzung nach oben eingestellt
und gibt die größte Zugkraft des Fahrzeuges.
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In ganz ähnlicher Weise werden die folgenden Stufen geschaltet. Es
ist aber nicht nötig, daß dabei jedesmal der Anfahrhebel von neuem bedient wird,
dieser kann viehmehr während der weiteren Schaltstufen in seiner Stellung »ein«
bleiben.
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Durch die Verdrehung der Fahrkurbel allein auf die nächsten Skalenstriche
werden nicht nur die Verteilschieber durch den Hilfsantrieb der Reihe nach geschaltet,
wie früher beschrieben, sondern es wird zugleich auch die Spannung der Feder 23
durch Nocken 28 jedesmal auf das der geschalteten Stufe zugehörige Maß herabgesetzt,
so daß niemals eine Motorüberlastung eintreten kann. Es ist auch möglich und insbesondere
bei unbelastetem Fahrzeug erwünscht, mit der Fahrkurbel gleich eine höhere Geschwindigkeitsstufe
zum Anfahren einzustellen, wobei durch die darauffolgende Betätigung des Anfahrhebels
der Anfahrdruck wiederum alle Werte bis zu seinem der geschalteten Stufe entsprechenden
Höchstwert durchläuft.
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Durch die beschriebene Hintereinanderschaltung der Flügelkolben 8
bis ix mit ihren entsprechenden Steuerkolben =2 bis 15 wird auch noch erreicht,
daß bei einer aus irgendeiner Ursache erfolgten Verdrehung eines Schiebers aus seiner
durch die Stellung der Fahrkurbel 2o vorgeschriebenen Lage die Steuerölpumpe 2z
sofort selbsttätig Druck gibt und die Stellung des betreffenden Flügelkolbens bzw.
Schiebers berichtigt, worauf der von der Pumpe zu überwindende Gegendruck wieder
verschwindet und sie abermals leer läuft. Dieses Verschwinden des Öldruckes im Augenblicke,
wo die Stellung der Flügelkolben 8 bis zz der Stellung der Steuerkolben x2 bis
15 tatsächlich entspricht,- ermöglicht es auch in einfachster Weise, an einem
Manometer am Führerstand die erfolgte Verdrehung der Schieber überprüfen zu können.
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Es ist ohne weiteres denkbar, daß das Anfahren mit der Fahrkurbel
2o allein, unter Weglassung des Anfahrhebels 25 herbeigeführt wird. Es ist dann
nur nötig, dem die Spannung der Feder 25 besorgenden Nocken 28 eine Form nach Abb.
5 zu geben, so daß eine allmähliche Steigerung des Betriebsdruckes von Leerlauf
bis Höchstdruck der ersten Stufe erreicht wird, wenn die Anfahrkurbel die Drehbewegung
von Leerlauf bis erste Geschwindigkeit macht. Selbstverständlich sind dann. die
Steuernocken 16 bis z9 so auszubilden, daß vor der Anspannung der Feder 23 zunächst
die Schieberstellung für erste Geschwindigkeit eingestellt wird. Die Schaltung der
weiteren Geschwindigkeitsstufen erfolgt dann wie bereits beschrieben.
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Eine weitere Ausführung der Schalteinrichtung ist auch so möglich,
daß die erste Geschwindigkeitsstufe, um ein feinfühliges Anfahren zu ermöglichen,
mit Fahrkurbel und Anfahrhebel, wie zuerst beschrieben, geschaltet wird und nur
die weiteren Stufen mit der Fahrkurbel allein geschaltet werden. Dabei wird man
die Steuernocken 16 bis r9 und Nocken 28 zweckmäßig so ausbilden, daß während der
durch die Steuernocken eingestellten Geschwindigkeitsstufe Nocken 28 durch Verdrehen
der Fahrkurbel noch verschiedene Federspannungen
bis zu dem der
betreffenden Stufe entsprechenden Höchstdruck einzustellen gestattet.
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An Stelle des im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele des
Erfindungsgegenstandes verwendeten hydraulischen Hilfsantriebes zur Verdrehung der
Steuerschieber = bis 4 kann in derselben Weise auch ein pneumatischerHilfsantriebverwendetwerden.
Ferner ist auch denkbar, daß der Zusammenhang zwischen der Stellung der Fahrkurbel
2o und der zugehörigen Stellung der Verteilschieber = bis 4 durch einen mechanischen
Hilfsantrieb z. B. in der Weise gebildet wird, daß die Verteilschieber in an sich
bekannter Weise vermittels Verdrehung einer Schlitzhülse in die entsprechende Stellung
gebracht werden und die Fahrkurbel bei ihrer Verdrehung in dem einen oder anderen
Sinne je eine Reibungskupplung einrückt, welche die Schlitzhülse mit der Primärpumpenwelle
kuppelt und sie in dem einen oder anderen Sinne so lange mitnimmt, bis ein ebenfalls
mit der Fahrkurbel fest verbundener Anschlag die entsprechende Kupplung wieder löst.