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Vorrichtung zum Regeln des vom Motordrehmoment abhängigen Anpressungsdrucks
bei Reibungsgetrieben, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Die Reibungsübertragungen
bei Kraftantrieben, z. B. Reibrädergetrieben, Reibungskupplungen u. dgl., werden
gewöhnlich so ausgeführt, daß das eine der beiden durch Reibungsschluß verbundenen
Glieder in Richtung auf das andere bewegbar ist und durch Federbelastung mit ihm
in Eingriff gehalten wird. Der Reibungsdruck ist dann durch die Federkraft bestimmt
und stets derselbe; er muß so groß bemessen sein, daß die Kraftübertragung noch
bei dem größten vorkommenden Drehmoment mit Sicherheit erfolgt. Bei Antriebsvorrichtungen,
die verhältnismäßig selten mit dem größten Drehmoment arbeiten, führt dies zu einer
unnötig hohen Belastung der Übertragungsteile und zu einem entsprechend vergrößerten
Verschleiß an den Reibstellen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist bei Reibrädergetrieben
bereits vorgeschlagen worden, den Anpressungsdruck von dem zu übertragenden Drehmoment
abhängig zu machen. Zu diesem Zweck ist die Antriebswelle bei der bekannten Anordnung
unterteilt und an der Teilstelle mit einer unter Federwirkung stehenden Gewindekupplung
versehen, die sich entsprechend dem Drehmoment verschraubt und ihren Achsialdruck
auf mechanischem Wege auf den anzupressenden Teil des Reibrädergetriebes überträgt.
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Von der bekannten Bauart' unterscheidet sich der Antrieb nach der
Erfindung dadurch, daß der Anpressungsdruck der Reibungsübertragung durch eine von
der Zufuhr des Motörbetriebsmittels beeinflußte Vorrichtung geregelt wird. Auf diese
Weise wird gleichfalls eine Abhängigkeit vom Motordrehmoment erzielt, ohne daß eine
Unterteilung der Antriebswelle mit den dadurch bedingten zusätzlichen Lagern erforderlich
wird. Auch entfällt die Steilgewindekupplung, die zufolge ihres hohen Reibungswiderstandes
bei einer Veränderung des Drehmoments eine einigermaßen schnelle und genaue Einregelung
des Anpressungsdrucks nicht zuläßt.
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Der Erfindungsgegenstand. ist von besonderer Bedeutung für Fahrzeugantriebe,
bei welchen eine genaue Abstimmung des Anpressungsdrucks wesentliche Vorteile bietet,
und zwar sowohl bei Reibrädergetrieben als auch hei Reibungskupplungen.
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Das Reibrädergetriebe ist bekanntlich ein sehr einfaches bauliches
Mittel, um bei Fahrzeugen die Übersetzung zwischen Motor- und Antriebsachse zu ändern,
doch hat es bisher wegen des hohen Verschleißes des Reibräderbelages nur geringe
praktische Anwendung gefunden. Der starke Verschleiß rührt daher, daß aus Sicherheitsgründen
ein erheblicher Cberschuß an Anpressungsdruck angewendet zu werden pflegt, während
dieser bei normalem Fahrbetrieb ziemlich klein sein könnte. Die Empfindlichkeit
der gemäß der Erfindung ausgebildeten Regelungsvorrichtung gestattet,
bei
Reibräderwechselgetrieben mit einem Mindestmaß - von Reibungsdruck auszukommen.
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Bei ausrückbaren Reibungskupplungen besteht der Übelstand, daß es
großer Geschicklichkeit bedarf, um beim Schließen der Kupplung ein stoßloses Mitnehmen
der anzutreibenden Massen zu erzielen. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen ist es schwierig,
zu verhüten, daß der Wagen mit heftigem Ruck in Bewegung gesetzt und der mit höchster
Drosselung laufende Motor durch die plötzliche übermäßige Belastung zum Stillstand
gebracht wird. Die Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht ein überaus sanftes
Anpressen der Reibflächen, das beim Einschalten der Kupplung selbsttätig vor sich
geht. Die Zunahme des Reibungsdrucks erfolgt in dem Maße, wie beim Anfahren die
Zufuhr des Motorbetriebsmittels allmählich gsteigert wird. Die gleiche günstige
Wirkung ist natürlich auch bei Reibrädergetrieben vorhanden, wenn diese zugleich
zum Ein- und Auskuppeln des Motors dienen sollen.
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Die Kraftwirkung, die von der Regelvorrichtung ausgeübt wird, kann
positiv oder negativ, d. h. im Sinne der Anpressung oder entgegengesetzt gerichtet
sein. Im letzteren Falle handelt es sich um eine Gegenkraft zu einem -beständig
vorhandenen Anpressungsdruck, der z. B. von der üblichen Federbelastung geliefert
werden kann, wobei Bedingung ist, daß die Kraftwirkung der zugefügten Regelvorrichtung
mit zunehmendem Drehmoment des Motors kleiner wird. Bei Vergasermotoren kann zu
diesem Zweck die zusätzliche Regeleinrichtung unter die Einwirkung des im Motorsaugrohr
herrschenden Unterdrucks gestellt werden. Dieser ist bekanntlich am größten, wenn
der Motor init nahezu geschlossener Drosselklappe leer läuft, während er um so kleiner
wird, je mehr die Drossel geöffnet und damit das Drehmoment des Motors gesteigert
wird. Der Unterdruck wirkt dann zweckmäßig auf einen Kolben o. dgl., welcher die
Bewegung durch eine geeignete Verbindung auf das am beweglichen Glied der Kupplung
oder des Reibrädergetriebes angreifende Ende der Belastungsfeder Überträgt. In ähnlicher
Weise kann die Kraftwirkung bei Zweitaktmotoren von dem jeweiligen Unterdruck im
Kurbelkasten abgeleitet werden. Selbstverständlich kann innerhalb der Regelvorrichtung
aber auch ein mit Druckluft, Drucköl o. dgl. arbeitender Hilfsmotor Verwendung finden,
bei welchem der Druck oder der Ausschlag des Kolbens in Abhängigkeit vom Motordrehmoment,
und zwar je nach Ausbildung der Regelvorrichtung gleichsinnig oder entgegengesetzt,
verinclert wird. Eine solche Anordnung empfiehlt sich beispielsweise bei Motoren
mit Brennstoffeinspritzung, bei welchen die Regelungsvorrichtung der Brennstoffpumpe
in passender Weise mit der Regelung des Hilfsmotors verbunden werden könnte. Bei
elektrischen Motoren, z. B. bei hTebenschluß-oder Wechselstrommotoren, kann die
positive Einwirkung auf das bewegliche Glied der Reibungsübertragung das einfachere
sein; hier kann der Anpressungsdruck beispielsweise von der Stromstärke beinflußt
werden, die sich im gleichen Sinne wie das Drehmoment des Motors ändert.
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Sowohl bei Reibungskupplungen als auch bei Reibrädergetrieben wird
gewöhnlich noch eine Einrichtung anzubringen sein, welche den Anpressungsdruck vollkommen
aufzuheben und die beiden Glieder der Übertragung voneinander zu trennen gestattet.
Hierzu kann in weiterer Ausbildung der Erfindung die Regelvorrichtung für den Anpressungsdruck
benutzt werden. Bei Vergasermotoren, bei welchen der auf dem Hilfskolben lastende
Unterdruck des Saugrohres der Federkraft der Reibungsübertragung entgegenwirkt,
braucht man beispielsweise nur Vorsorge treffen, daß bei eingeschalteter Übertragung
der jeweils zur Verfügung stehende Unterdruck um einen bestimmten Betrag herabgemindert
wird, bevor er auf die Regelvorrichtung gelangt, während durch eine besondere Vorrichtung
im gegebenen Falle der volle Unterdruck zugeleitet werden kann, der dann bei geeigneter
Wahl aller Abmessungen den Andruck der Feder vollkommen überwindet. Bei Anordnungen
mit positiv wirkender Regelvorrichtung wird der _gleiche Zweck durch eine Einrichtung
erreicht, welche die Kraftwirkung umzukehren gestattet. Diese Hilfsvorrichtung zum
Auskuppeln der Übertragung wird bei Kraftfahrzeugen zweckmäßig mit dem Schaltwerk-
verbunden, mittels dessen der Gangwechsel vorgenommen wird. Hierdurch wird in -einfachster
.Weise erreicht, daß die Kupplung bei jeder Umschal= tung selbsttätig aus- und eingerückt
wird. Aber auch bei Reibrädergetrieben ist die Verbindung mit dem Schaltwerk aus
dem gleichen Grunde vorteilhaft.
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Die Zeichnung veranschaulicht den Erfindungsgegenstand an zwei schematisch
dargestellten Ausführungsbeispielen, von denen das eine (Abb. i) die Anwendung auf
.ein Reibrädergetriebe, Blas andere (Abb. q.) die Anwendung auf eine Reibungskupplung
zum Gegenstande hat. In beiden Fällen ist angenommen, daß es sich um einen Fahrzeugantrieb
mit Vergasermotor handelt.
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In Abb. i ist i der Motor, auf dessen Welle a das Reibrad 3 derart
verschiebbar ist, daß es entsprechend Vor- oder- Rückwärtsfahrt
auf
den Teil ir oder den Teil b der Reibscheibe 4 einwirkt und diese dabei je nach ihrer
Einstellung mit verschiedener Geschwindigkeit mitnimmt. Die Reibscheibe sitzt auf
der Welle 5, welche ihre Drehbewegung durch irgendeine geeignete Übertragung, z.
B. den Kettentrieb 6, auf die Radachse überträgt. Der Reibungsdruck wird im Zeichnung-:-beispiel
durch Anpressung der Reibscheibe .I hervorgerufen. Die Welle 5 ist zu diesem Zweck
so angeordnet, daß sie in ihren Lagern um einen kleinen Betrag achsial verschoben
«-erden kann. Der Andruck erfolgt durch die gespannte Feder 7, welche auf der einen
Seite an irgendeinem festen Teil 8 und auf der anderen Seite an dem Bund einer auf
der Welle 5 verschiebbaren :\luffe g anliegt. Die Muffe kommt beim Zusammendrücken
derFeder zur Anlage an einen Anschlag io der Welle 5, mit dem sie aber gewöhnlich
nicht in Berührung steht.
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Entgegengesetzt zur Feder 7 wirkt auf den Bund der Muffe 9 die Gabel
i i eines bei 12 in einem festen Punkte gelagerten Hebels 13. An dem freien Ende
des Hebels greift ein Kolben 14 an, dessen Zylinder 15 durch die Leitung 16 vom
Saugrohr 17 des Motors Unterdruck empfängt. Der Kolben 1.. wirkt also entlastend
auf die Reibscheibe d., wobei die Entlastung um so größer ist, j e höher sich der
Unterdruck im Saugrohr einstellt. Wird beispielsweise der Wagen angefahren, so greift
das Reibrad am Rande der Reibscheibe an; der Motor arbeitet mit vollem Drehmoment,
der Unterdruck ist gering und dementsprechend der Anpressungsdruck groß. Bei normaler
Fahrt befindet sich umgekehrt (las Reibrad nahe der Mitte der Reibscheibe; der Motor
läuft mit gedrosselter Leistung, der Unterdruck ist entsprechend hoch und die Anpressung
des Reibrades entsprechend der geringeren zu übertragenden Leistung erheblich herabgesetzt.
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Wie erwähnt, werden die Abmessungen zweckmäßig so getroffen, daß zur
Entlastung der Reibscheibe gewöhnlich nicht der volle Unterdruck des Saugrohres
auf den Kolben 1q. geleitet zu werden braucht. Es wird also bei eingeschaltetem
Getriebe beständig ein Teil des Unterdrucks durch Einlassen einer kleinen Luftmenge
in die Leitung 16 vernichtet. Die Zeichnung zeigt als Beispiel eine an die Leitung
16 angeschlossene Abzweigung 18
mit einem Ventil i9, das in der Offenstellung
der bei 2o eintretenden Luft den Weg zur Leitung 16 freigibt. Eine vor der Abzweigung
angeordnete Drosseldüse 2i gestattet eine genaue Bemessung der in die Leitung eingesaugten
Luftmenge. Das Ventil i9 wird gewöhnlich durch die Feder 22 geöffnet gehalten, kann
-aber iriz gegebenen -Fälle durch Druck auf den Knohf 23 des Ventilseliaftes geschlossen
«-erden. In solchem Falle kommt der volle Unterdruck auf den Kolben 14 zur Wirkung,
was zur Folge hat, daß die Muffe 9 den Anschlag io erfaßt und die Reibscheibe q.
entgegen dem Druck der Feder ; von dem Reibrad 3 vollkommen abhebt. Beim Wiederöffnen
des Ventils ig rückt sich das Getriebe selbsttätig ein. Da beim Einrücken das Gas
regelmäßig gedrosselt wird, erfolgt die Anpressung mit geringem Druck. Um indessen
ein möglichst sanftes und allmähliches Andrücken zu erzielen, wird zweckmäßig hinter
der Abzweigung 18 ein kleiner Behälter 2.1. mit vorgeschalteter Drosseldüse 25 vorgesehen,
wodurch bewirkt wird, daß beim Öffnen des Ventils der Unterdruck im Zylinder 15
erheblich verlangsamt von der vollen Größe auf den durch die Zusatzluft geminderten
Betrag herabsinkt.
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Damit beim Schließen des Ventils ig der Ausrückv organg nicht in gleicher
Weise durch den Behälter 24 verzögert wird, wird zweckmäßig in der gestrichelt angedeuteten
Weise parallel zu diesen und den Düsen 21 und 25 eine Umführungsleitung 26 mit Rückschlagventil
27 angeordnet, die nur eine Luftströmung in Richtung des Pfeiles zuläßt. Es kann
sich dann jede. Änderung des Unterdrucks bei Zunahme sofort auf den Kolben 14 übertragen,
während alle entgegengesetzten Änderungen sich nur allmählich auswirken können.
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Die Bedienung des Ventils i9 kann von Hand erfolgen. Bei Kraftfahrzeugen
empfiehlt es sich jedoch, die Einwirkung vom Schaltwerk abzuleiten, derart, daß
das Ausrücken des Reibrädergetriebes oder der Reibungskupplung selbsttätig erfolgt,
sobald die Übersetzung oder die Drehrichtung des Antriebs geändert wird. Die Abb.
2 und 3 zeigen in schematischer Darstellung eine einfache Anordnung, die bei Reibrädergetrieben
Anwendung finden kann, wenn das Auskuppeln der Übertragung nur bei Umkehrung der
Fahrtrichtung beabsichtigt ist. Der Schalthebel 28 bewegt mittels der Welle 29 und
irgendeiner geeigneten Übertragung die Schaltgabel 30 (Abb. i), mittels welcher
das Reibrad 3 auf der Welle 2, verschoben wird. Er bewegt sich dabei in einer Kulisse
31, die zwei kurze Schlitze a' und b' und neben diesen einen langen Schlitz c' enthält.
Die beiden ersteren entsprechen den Schaltwegen a und b des Reibrades, während der
letztere dazu dient, das Getriebe vom langsamsten Vorwärtsgang auf den langsamsten
Rückwärtsgang oder umgekehrt umzuschalten. Um den Schalthebel in den Schlitz c'
verschieben zu können, ist er bei 32 angelenkt. Bei dem dargestellten Beispiel ist
nun auf der
Welle 29 die verschiebbare Muffe 33 angebracht, die
durch eine Gelenkstange 34 mit dem Hebel verbunden ist. Wird der Schalthebel zwecks
Umkehrung der Antriebsrichtung in den Übergangsschlitz c' verschoben, so gleitet
die Muffe 33 seitwärts und drückt auf den Knopf 23 des gestrichelt angedeuteten
Ventils i9, wodurch dieses geschlossen wird. Das Reibrädergetriebe wird auf diese
Weise während der Umschaltung selbsttätig ausgerückt, gelangt aber wieder in Eingriff,
sobald die Umschaltung vollzogen ist.
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Will man die Auskupplung bei jeder Ver-' schiebung des Reibrades selbsttätig
bewirken, so kann man beispielsweise das Ventil i9 von der Sicherung aus beeinflussen,
mittels welcher der Schalthebel in der eingestellten Lage festgehalten zu werden
pflegt. Besteht diese beispielsweise in einer federnden Sperrklinke, so kann diese
so mit dem Ventil durch irgendeine Übertragung verbunden sein, daß beim Ausheben
der Sperrung das Ventil geschlossen wird und umgekehrt.
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Die Abb. 4 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung auf eine zwischen
dem Motor i und dem üblichen Zahnräderwechselgetriebe 35 angeordnete Kupplung 36,
die als Lamellenkupplung ausgebildet sein möge. Die Anordnung ist grundsätzlich
die gleiche wie in Abb. i und ohne weiteres verständlich, da die gleichartigen Teile
übereinstimmend bezeichnet sind. An die Stelle des Ventils i9 tritt hier jedoch
zweckmäßig ein Organ, welches den Zylinder 15 entweder nur mit dem Saugrohr
17 oder unter völligem Abschluß des Unterdrucks mit der Außenluft zu verbinden
gestattet. Im Zeichnungsbeispiel ist dieses Organ als Dreiwegehahn 3 7 angedeutet.
Wird dieser aus der gezeichneten Lage in der Pfeilrichtung um 9o° gedreht; so gelangt
der äußere Luftdruck auf den Kolben 14, und die Kupplung wird mit ungeminderter
Kraft der Feder 7 eingeschaltet (normale Fahrt). Zwecks Ausrückung der Kupplung
wird die Drosselklappe geschlossen und der Hahn 37 in die gezeichnete Lage zurückgedreht.
Es wirkt dann der höchste, die Federkraft überwindende Unterdruck auf den Kolben
14, und die Kupplung wird gelöst. Das Einrücken erfolgt dann selbsttätig in dem
Maße, wie die Drosselklappe allmählich geöffnet wird, mit langsam ansteigendem Reibdruck.
Ist dies geschehen, so wird der noch vorhandene geringe Unterdruck durch Umstellung
des Hahnes 37 wieder vollkommen abgeschaltet, so daß während der gewöhnlichen Fahrt
Verstellungen der Drosselklappe keinen Einfluß auf den Kupplungszustand ausüben
können. Um das selbsttätige Einrücken der Kupplung noch sanfter zu gestalten, kann
selbstverständlich an der unterbrochen gezeichneten Stelle der Leitung 16 die aus
den Teilen 24 und 25 bestehenden Einrichtung gemäß Abb. i angeordnet werden.
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Abb. 5 zeigt eine kleine Abänderung. Die Andrückfeder 7 kann auch
im Zylinder 15 angeordnet sein; die Feder kann dann gegebe-. nenfalls kleiner
ausgeführt werden, während sich zugleich die Baulänge der verschiebbaren Welle 5
wesentlich verkürzt.
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Beim Reibrädergetriebe kann man auch die Reibscheibe auf die Motorwelle
und das Reibrad auf die angetriebene Welle setzen, was den Vorteil hat, daß sich
größere Übersetzungsänderungen durchführen lassen. Während aber bei der in Abb.
i dargestellten Anordnung die am Umfang des Reibrades 3 abgenommene Kraft bei konstantem
Drehmoment des Motors in allen Lagen gleiche Größe haben wird, ist bei Vertauschung
der Teile 3 und 4 diese Unabhängigkeit der an der Reibstelle übertragenen Kraft
nicht mehr vorhanden, vielmehr wird sich diese umgekehrt proportional zu dem jeweils
wirksamen Hebelarm der Reibscheibe verändern. Es empfiehlt sich deshalb, bei dieser
Anordnung eine Einrichtung hinzuzufügen, welche bei Verstellung des Reibrades den
vom Zylinder 15 oder der sonstigen Regelvorrichtung auf die Übertragung ausgeübten
Druck umgekehrt proportional zu dem jeweiligen Reibradius größer oder kleiner werden
läßt. In Betracht kommt beispielsweise ein Hebelgestänge mit verschiebbarem Drehpunkt
oder mit anderweitig veränderbarem - Hebelarmverhältnis, dessen verstellbarer Teil
mit dem Reibrad hassend gekuppelt ist.
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Die gleiche Einrichtung kann in Anwendung kommen, wenn die Reibungsübertragung
aus einer Kupplung besteht, die hinter dem Wechse-lrädergetriebe angeordnet ist.
Auch in diesem Falle ändert sich die von der Reibungskupplung übertragene Kraft
im umgekehrten Verhältnis zu der jeweils eingeschalteten Übersetzung.. Der Erfindungsgedanke
ist ferner auch anwendbar auf Wechselrädergetriebe, bei welchen dauernd in Eingriff
befindliche Zahnräder benutzt werden, von denen jeweils ein Paar mittels einer Kupplung
in Tätigkeit gesetzt wird. Hier kann zum Einrücken der einzelnen Gänge je eine Reibungskupplung
dienen, deren Anpressung mittels des Unterdrucks -im Saugrohr erfolgt. Es läßt sich
auch in diesem Falle durch allmähliche Steigerung des Motordrehmoments ein besonders
stoßloses Einrücken in selbsttätiger Anpassung an die jeweils zu übertragende Kraft
erzielen.