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Schaltvorrichtung für Zahnräderwechselgetriebe von Kraftfahrzeugen
Um das Ein- und Umschalten der Gänge von Zahnräderwechselgetrieben für Kraftfahrzeuge
leicht und geräuschlos ausführen zu können, ist bereits vorgeschlagen worden, neben
der bekannten zwischen Motor und Getriebe befindlichen Hauptkupplung hinter dem
Getriebe eine Nebenkupplung anzubringen: Beide Kupplungen werden von einer gemeinsamen
Stelle aus gleichzeitig ausgerückt, so daß das Ein- bzw. Umschalten der Gänge des
Getriebes in einer Stellung erfolgt, in der das letztere sowohl nach der Motorseite
als auch nach der Kardanwelle hin vollkommen getrennt ist. Da das Ein- und Ausrücken
beider Kupplungen verhältnismäßig viel Kraft erfordert werden für derartige Getriebe
beispielsweise Einrichtungen verwendet, bei denen eine mit der Schaltvorrichtung
in Verbindung stehende elektrische Schaltvorrichtung das Ventil einer pneumatischen
Hilfskrafteinrichtung für die Betätigung der Haupt- und Nebenkupplung steuert.
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Ferner ist es an sich auch nicht mehr neu, die Nebenkupplung mit einseitig
wirkenden Abweisklauen so auszubilden, daß sie gleichzeitig über eine Stange auf
die Gasdrossel und damit auf die Drehzahl des Motors einwirkt,
so
daß nach Erzielen des Gleichlaufes die unter Federwirkung stehenden Klauen ineinandergeführt
werden.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß unter bestimmten Betriebsverhältnissen
der Gleichlauf bzw. Überholvorgang zwischen den Klauen nicht eintritt, so daß in
diesem Fall der Kraftfluß von der An- auf die Abtriebswelle unterbrochen bleibt.
Das ist in manchen Fällen für den Fahrer recht unerwünscht, da der Motor in diesem
Zustand beispielsweise nicht als Bremse benutzt werden kann. Ist zudem die Batterie
entladen, so kann der aus irgendwelchen Gründen stehengebliebene Motor nicht wieder
angeworfen und durch die Eigenbewegung des Fahrzeuges nicht wieder in Gang gesetzt
werden.
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Um dem abzuhelfen, ist bei einem Getriebe, bei dem eine mit
dem Schalthebel in Verbindung stehende elektrische Schaltvorrichtung beim Bewegen
des Schalthebels das Ventil einer pneumatischen Hilfseinrichtung für das Betätigen
der Haupt- und Nebenkupplung öffnet, die als Klauenkupplung ausgebildete Nebenkupplung
durch eine Lamellenkupplung überbrückbar, die beim Stehenbleiben des Motors über
ein in diesem Fall sich selbst öffnendes Ventil durch den Druck in den Ölleitungen
des Getriebes in Eingriff gebracht wird, so daß die kraftschlüssige Verbindung zwischen
Motor und Getriebe wiederhergestellt wird.
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Die Nebenkupplung setzt dabei über eine Verbindungsstange und Kontakte
des jeweils eingeschalteten Ganges ein Solenoid unter Strom und öffnet damit zusätzlich
die Gasdrosselklappe, so daß nach Erhöhung der Drehzahl der Antriebswelle die Nebenkupplung
unter gleichzeitiger Ausschaltung der Überbrückungskupplung wieder eingeschaltet
wird.
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Das Gestänge für das Kupplungs- und Gaspedal weist dabei Schlaufen
auf, so daß das Ein- bzw. Ausrücken der Haupt- und Nebenkupplung durch die Hilfskrafteinrichtung
unabhängig von den Pedalen erfolgt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen Schnitt durch das Getriebe j mit Schaltvorrichtung,
Abb.2 das Schaltgestänge mit geöffneter Klauenkupplung und Abb. 3 das Schaltgestänge
mit der Klauen- j kupplung in Abweisstellung.
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In Abb. i stellt i den Motor und 2 das Zahnräderwechselgetriebe dar,
das in bekannter Weise an den Motor angeblockt ist unter Zwischenschaltung einer
Reibungskupplung 3. Im Getriebe 2, dessen Aufbau im allgemeinen normal ist, und
das beispielsweise als 5-Gang-Getriebe gezeichnet wurde, sind i die Räder des ersten
und Rückwärtsganges am hinteren Ende des Getriebes, d. h. auf der Abtriebsseite,
in einem abgetrennten Gehäuse angeordnet. Die übrigen Räder in bekannter Weise,
wobei das Antriebsrad des Vorgeleges auf der Antriebsseite des Getriebes sitzt.
Zwischen Abtriebswelle 5 und der Antriebswelle 6 ist eine Zwischenwelle 7 vorgesehen,
auf der die Schaltmuffen sämtlicher Gänge (außer dem ersten und Rückwärtsgang) liegen.
Zwischen der Antriebswelle 6 und der Zwischenwelle 7 ist ein Freilaufgesperre .4
derart vorgesehen, daß es Drehmomente nur von der Welle 6 auf die Welle 7, nicht
aber umgekehrt überträgt. Die Verbindung zwischen der Zwischenwelle 7 und der Abtriebswelle
5 wird durch eine einseitige Abweisklauenkupplung 8 hergestellt, die durch eine
Schwinge 9 betätigt wird, die durch eine Feder io immer in die eingerückte Stellung
gezogen wird. Die Klauen der Kupplung g weisen dann ab, wenn die Drehzahl der Welle
5 größer ist als diejenige der Welle 7. Die Schaltung des Getriebes erfolgt beispielsweise
als Fernschaltung dadurch, daß der Schaltknüppel i i über die Stange 12 vom Schalthebel
13 bewegt wird, der z. B. am Lenkrad angebracht ist. Die Verbindung zwischen Schalthebel
13 und Schaltstange 12 erfolgt durch einen Federkraftschluß 14. derart, daß der
Schalthebel 13 erst eine kleine Bewegung in beiden Schaltrichtungen vollführen kann,
ehe die Stange 12 mitgenommen wird.
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Parallel zur Abweisklauenkupplung 8, die, wie beschrieben, die Verbindung
zwischen Welle 7 und 5 herstellt, liegt eine Lamellenkupplung 15, deren äußere Lamellen
an der Welle 7 und die inneren Lamellen an der Welle 5 angeschlossen sind. Diese
werden durch einen Ringkolben 16 aneinandergepreßt, wenn auf ihm der Druck des Öles
lastet, das von der Ölpumpe 17, die ständig von der Kardanwelle, d. h. vom Wagen
angetrieben wird, in die Kupplung hineingepumpt wird. In der cilleitung zwischen
Ölpumpe 17 und Ölkolben 16 ist ein Ventil 18 eingeschaltet, das derart vom im Motor
i vorhandenen Öldruck betätigt wird, daß es geöffnet ist, wenn dieser auf Null zurückgeht,
d. h. der Motor stehenbleibt. Derartige Ventile können in an sich bekannter Weise
ausgeführt sein. Die Kupplung 3 wird bekanntermaßen über die Schwinge i9, die Stange
20 und das Pedal 2i betätigt, wobei die Stange 2o mit einer Schlaufe in den Hebel
i9 eingehängt ist, so daß dieser auch in die Ausrückstellung gebracht werden kann,
wenn das Kupplungspedal nicht niedergetreten ist. Zu diesem Zweck ist nämlich weiterhin
ein Unterdruckzylinder 22 vorgesehen. der über die Druckstange 23 auf den Hebel
i9 wirkt.
Die in der Stange 23 vorgesehene Schlaufe gestattet auch
eine unabhängige Bewegung des Hebels i9 beim Niederdrücken des Kupplungspedals.
Die Stange 23 hat an ihrem Ende eine weitere Schlaufe 24, in die das Ende der Schwinge
9, die die Abweisklauenkupplung 8 betätigt, eingreift. Die Schwinge 9 wird dabei
bei Bewegung der Stange 23 nach links erst dann mitgenommen, wenn die Kupplung 3
durch den Hebel i9 ausgerückt ist. Bei weiterer Bewegung wird dann auch die Klauenkupplung
8 geöffnet. Der zur Betätigung des Zylinders 22 nötige Unterdruck wird über eine
Rohrleitung 25 dem Saugrohr 26 des Motors i entnommen, wobei er nur auf den Zylinder
22 wirken kann, wenn einerseits das elektrisch gesteuerte Ventil 27 sowohl
wie auch das Ventil 28, das von der Stellung des Gaspedals 29 abhängt, geöffnet
sind. Das Ventil 28 ist immer dann offen, wenn das Gaspedal nicht betätigt, d. h.
die Vergaserdrosselklappe 3o des Motors geschlossen ist. Der Hahn des Ventils 28
ist nämlich über die Stange 31 mit dem Gaspedal entsprechend verbunden, wobei dessen
Bewegung auf die Drosselklappe 3o durch einen Winkelhebel 32 übertragen wird. Der
Winkelhebel 3a ist dabei in das Ende der Stange 31 unter Vermittlung einer Schlaufe
- eingehängt, die eine üffnung der Gasdrossel 3o auch dann gestattet, wenn das Gaspedal
a9 nicht betätigt ist. Die Gasdrossel kann nämlich durch ein Solenoid 33, das seinen
Kern 34 in sich hineinzieht, auch unabhängig vom Gaspedal betätigt werden, wenn
es unter Strom gesetzt wird. Das Ventil 27 wird ebenfalls durch ein Solenoid 35
durch Einziehen seines Kernes 36 geöffnet. Hat dieses den Kern 36 in sich hineingezogen,
so wird durch einen Druckstift 37 die Kontaktfeder 38 nach links von einem Anschlag
39 wegbewegt. Der Gegenkontakt 4o wird entsprechend der Stellung der Schaltschwinge
9 durch ein Gestänge 41 so bewegt, daß er in elektrischem Schluß mit der Feder 38
dann ist, wenn, wie in Abb. 3 gezeigt, die Abweisklauenkupplung 8 in Abweisstellung
und das Solenoid 35 stromlos ist. Ist das Solenoid 35 unter Strom, wie in Abb. 2
gezeigt, so ist die Kontaktstelle 38-4o unterbrochen, wobei gleichzeitig die Klauenkupplung
8 getrennt ist. Ist die Klauenkupplung 8 eingerückt und das Solenoid- 35 stromlos,
wie in Abb. i gezeigt, so ist der Stromfluß zwischen 38 und 4o ebenfalls unterbrochen.
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Der Strom für die beiden Solenoide 33 und 35 wird von einer Batterie
42 erzeugt, deren einer Pol an die Masse angeschlossen ist, während der andere über
einen in die Ölpumpe eingebauten Schalter 43 dann weitergeleitet wird, wenn diese
Drucköl erzeugt, d. h. bewegt wird, was wiederum nur dann der Fall ist, wenn der
Wagen fährt. Derartige Oldruckschalter sind bekannt und brauchen nicht näher beschrieben
werden. Der Strom geht nunmehr über eine entsprechende Leitung zu den Solenoiden
33 und 35. Vorn Solenoid 33 fließt der Strom durch die isoliert angeordneten Schaltstangen
zu Kontaktfedern -.4 und Gegenkontakten 45. Diese sind nur geschlossen, wenn irgendein
Vorwärtsgang (zweiten bis fünften Gang) eingerückt ist. Wenn Leerlauf im Getriebe
vorhanden ist, sind die Kontakte 44 und 45 unterbrochen. Von den parallel geschalteten
Kontakten 45 geht der Strom zu der bereits erwähnten Kontaktfeder 38 und je nach
Stellung des .Kontaktes 4o über das Gestänge 41 und die Schwinge 9 zur Masse. Vom
Solenoid 35 geht der Strom über zwei Kontakte 46 und den Schalthebel 13 dann zur
Masse, wenn er zur Vollführung einer Schaltbewegung in irgendeiner Richtung bewegt
wird.
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Die Wirkungsweise der Getriebeschaltung ist folgende: Wenn von irgendeinem
beliebigen Gang in einen andern geschaltet werden soll, so nimmt der Fahrer zunächst
den Fuß vom Gaspedal29. Hierdurch öffnet sich das Ventil 28. Berührt jetzt der Fahrer
den Schalthebel 13, so wird der Schalthebel erst, ehe die Schaltbewegung im Getriebe
stattfindet, wegen des eingeschalteten Federkraft-Schlusses 14 eine kleine Bewegung
machen, so daß der Kontakt 46 geschlossen wird. Hierdurch wird das Solenoid 35 unter
Strom gesetzt und dadurch, daß der Eisenkern 36 in das Solenoid gezogen wird, das
Ventil 27 geöffnet. Jetzt kann der Unterdruck aus dem Saugrohr des Motors über die
Ventile 27 und 28 ungehindert zum Unterdruckzylinder 22 gelangen. Der Kolben im
Unterdruckzylinder bewegt sich dadurch nach links und damit die Stange 23. Gleichzeitig
wird hierdurch sowohl die Kupplung 3 durch den bewegten Hebel i9 wie auch die Klauenkupplung
8 durch Bewegen der Schwinge 9 ausgerückt. Dadurch, daß der Eisenkern 36 vom Solenoid
35 angezogen wurde, hat sich auch seine Bewegung über den Druckstift 37 auf die
Kontaktfeder 38 übertragen, so daß der Kontakt 40 nach wie vor geöffnet bleibt.
Die jetzt erreichte Stellung ist in Abb. 2 gezeichnet. Das Getriebe ist also sowohl
von der Kardanwelle wie auch von der Motorseite gelöst, so daß es nach kürzester
Zeit stehenbleibt, wodurch die gewünschte Schaltung ohne jede Schwierigkeit vorgenommen
werden kann. Läßt der Fahrer nach Beendigung der Schaltung den Schalthebel 13 wieder
los, so öffnet sich der Kontakt46, und das Solenoid35 wird dadurch stromlos. Infolgedessen
schließt sich jetzt das Ventil 27 wieder, so daß der Unterdruck nicht mehr auf dem
Zylinder 22 lastet. Die Kupplung
3 rückt sich deswegen ein, während
die Klauenkupplung 8 nur so weit einrückt, bis ihre Abweisklauen aneinanderliegen,
.wobei diese durch die Feder io leicht aufeinandergepreßt werden. Ein vollständiges
Einrücken dieser Kupplung ist nicht möglich, da die Drehzahl der Welle 7 auf alle
Fälle geringer ist als die der Welle 5, da sie nur mit Leerlaufdrehzahl vom Motor
her über den betreffenden Gang angetrieben wird. Gleichzeitig hat sich die Kontaktfeder
38 auf den Kontakt 40 gelegt, da der Eisenkern 36 nicht mehr auf den Stift 37 drückt.
Das Getriebe ist also nunmehr mit dem Motor gekuppelt, jedoch von der Kardanwelle
noch getrennt (Abb. 3).
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Dadurch, daß die Kontaktstelle 40 jetzt geschlossen ist und gleichzeitig
wegen des eingerückten Ganges auch die Kontakte 4.4 und 45 geschlossen sind, erhält
jetzt das Solenoid 35 Strom, so daß es seinen Eisenkern 34 in sich hineinzieht und
damit langsam Gas gibt. Die Bewegung des Eisenkernes 34 ist nämlich in bekannter
Weise durch Luft gedämpft. Durch das Gasgeben erhöht sich die Motordrehzahl und
damit diejenige der Welle 7. Ist sie gleich der der Welle 5, so findet an den Abweisklauen
8 keine Abweisung mehr statt, d. h. diese springen ineinander unter der Wirkung
der Feder io. Hierdurch wird Motor samt Getriebe wieder an den Wagen gekuppelt,
und der Schaltvorgang ist beendet.
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Auf diese Weise können sämtliche Gänge geschaltet werden, außer dem
Rückwärts- und ersten Gang, deren Schaltung später beschrieben wird. Wünscht der
Fahrer aus einem beliebigen Gang in den Leerlauf. zu gehen, so nimmt er wieder Gas
weg und versucht den Schalthebel 13 auf Leerlauf zu stellen. Durch die erfolgte
bzw. erfolgende Üffnung der Ventile 28 und 27 werden, wie vorher beschrieben, die
Kupplungen 3 und 8 ausgekuppelt und in bekannter Weise der Leerlauf geschaltet.
Dadurch, daß aber in Leerlaufstellung die Kontakte 44 und 45 geöffnet sind, wird
das Solenoid 35, obwohl die Feder 38 am Kontakt .Mo anliegt, nicht unter Strom gesetzt,
d. h. kein Gas gegeben. Will der Fahrer aus dem Leerlauf wieder in einen beliebigen
Gang, so nimmt er wieder den Fuß vom Gaspedal 29, wenn dies nicht schon geschehen
sein sollte. Nach Bewegen des Schalthebels 13 werden die Kupplungen 3 und 8 wieder
ausgekuppelt, so daß der Gang wieder geschaltet werden kann. Nach eingeschaltetem
Gang werden die Kontakte 44 und 45 wieder geschlossen, so daß das Solenoid 33 wieder
Gas gibt und den Motor samt Getriebe an den Wagen ankuppelt.
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Zum Anfahren wird in beliebiger Weise das Kupplungspedal2i vom Fuß
bedient und in ebenfalls bekannter Weise der erste Gang eingeschaltet. Dieser kann
in ebenfalls bekannter Weise mit einem Freilauf ausgerüstet sein, so daß er jederzeit
ohne Geschicklichkeit schaltbar ist. Auf die gleiche Weise wird der Rückwärtsgang
eingeschaltet. Da beide Gänge hinter der Klauenkupplung 8 unmittelbar auf der Abweiswelle
5 des Getriebes liegen, können sie auch eingeschaltet werden, wenn im Stand des
Wagens aus irgendeinem Grund die Klauenkupplung 8 nicht eingerückt sein sollte,
so daß jederzeit sofort angefahren werden kann.
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Dadurch, daß der Stromkreis von der Batterie über den von der Ölpumpe
17 gesteuerten Kolben 43 geleitet wird, ist der ganze Schaltapparat nur dann
im Betrieb, wenn der Wagen eine gewisse Geschwindigkeit (etwa 5 bis io km) erreicht
hat, so daß im Stand durch Berühren des Schalthebels od. dgl. nicht einmal das Solenoid
33 unerwünscht Gas gibt.
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Sollte während des Schaltens aus irgendeinem Grund der Motor einmal
stehenbleiben, so wäre es, ohne den Anlasser zu betätigen und den Motor wieder in
Gang zu setzen, nicht möglich, die Klauenkupplung 8 wieder ineinanderzubringen,
d. h. der Wagen würde ohne -Motorbremse dahinrollen. Um diese Gefahr zu vermeiden,
ist die Lamellenkupplung 5 vorgesehen. Sowie nämlich der Motor i stehenbleibt und
damit sein Öldruck verschwindet, wird das Ventil 18 geöffnet und damit die Lamellenkupplung
durch das hinter den Kolben 16 strömende Drucköl eingerückt. Hierdurch wird die
Welle 5 unmittelbar mit der Welle 7 gekuppelt, und da deren vorderes Ende über den
Freilauf 4 ein Antriebsmoment auf die Antriebswelle 6 übertragen kann, der Motor
sofort wieder angeworfen. Läuft dieser wieder, so steigt er dadurch, daß durch das
Solenoid 33 die Drossel 3o aufgezogen wird. sogleich wieder in der Drehzahl, so
daß die Klauenkupplung 8 wieder einrücken kann, «renn die Drehzahlen der Wellen
5 und 7 gleich hoch sind. Sowie der Motor seinen entsprechenden Oldruck wieder hat,
löst sich selbsttätig die Lamellenkupplung 15 wieder dadurch aus, daß das Ventil
18 geschlossen wird.
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Durch das Ausführungsbeispiel soll die Erfindung nicht beschränkt
werden. An Stelle einer pneumatischen Hilfskraft kann auch eine beliebige andere
treten, die in diesem Fall ebenfalls von dem Schalthebel über elektrische Kontakte
ausgelöst wird.