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Selbsttätig arbeitende Kupplungsanordnung, insbesondere zum stoßfreien
Anfahren von durch Verbrennungsmaschinen angetriebenen Kraftfahrzeugen Die Erfindung
bezieht sich, auf eine selbsttätig arbeitende, zwischen Motor und Getriebe geschaltete
Kupplungseinrichtung, insbesondere zum stoßfreien Anfahren von: durch Brennkraftmaschinen
angetriebenen Kraftfahrzeugen mit oder ohne Gangschaltung. Durch die Anpassung der
Getriebeübersetzung an die jeweikge Betriebsweise wird erreicht, daß der Motor stets
in ,einem möglichst günstigen Drehzahlbereich arbeitet. Es ist nun aber bekannt,
daß die Kunst des Scheltens nur von wenigen Fahrern mit dem erforderlichen feinen
Gefühl beherrscht wird. Es sind daher schon vielfach Vorschläge gemacht worden,
um die Schaltung des Getriebes nun nach Möglichkeit zu vereinfachen oder gar überflüssig
zu machen. Der einfachste Weg ist die Verwendung eines überdimensionierten. Motors,
der das Fahrzeug ohne langsame Gänge lediglich mit der Kupplung und durch Regelung
der Gaszufuhr an- und, hochfahren kann. Bei -diesen Anordnungen sind nur für die
Bergfahrt und für die Rückwärtsfahrt besondere Gänge: vorgesehen. Andere Bauarten.
bedingen
ebenfalls die Vergrößerung der Motorleistung und beschränken die Anzahl der Gänge
beim Anfahren beispielsweise auf zwei. Gegenüber den normalen Kraftzvag°n, bei denen
drei oder gar vier Gänge zum Anfahren zu schalten sind, bieten derartige Bauarten
natürlich eine vereinfacht: Fahrweise, vor allem im dichten Stadtverkehr mit den
vielen Gesch-#vindigkeitsänderungen.
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Andere bekannte Anordnungen befassen sich mit der Anwendung selbsttätig
schaltender Getriebe oder solcher Getriebe, die in besonders einfacher Weise zu
bedienen sind. Hierzu gerären lleispielsw.eis el@ktromaane_ tisch gekuppelte Getriebe
oder Getriebe, bei denen die einzelnen Gänge s,°lbsttätig durch fl:ehkraftbetätigte
Überholungskupp-Iungen eingeschaltet werden. Die selbsttätig schaltenden Getriebe,
bei denen auf die \ erwendun:- von Z-,vfsch.eniibersetzungen nicht
verzichtet wird, sind insofern wirtschaftlicher, als sie auf die eingangs erwähnte
L:berbemessung des Motors verzichten können. Die selbsttätige Gangschaltung und
die hierbei jeweils notwendige Lösung der Kupplung erfolgt bei den bekannten Anordnungen.beispielsweis2
pneumatisch oder elektrisch. und ,es sind Anordnttngen bekannt, d;,- in Abhängigkeit
von den verschiedensten Betriebsgräß"en diese seIbsttätig° Schaltung vornehmen.
So ist heispiels"v-eise eine Anordnung nicht neu, bei der die Gangschaltung in Abhängigkeit
von der absoluten Fahrzeug2es#-llwindigli'.zIt sowie von der jeweilig zu ül;.erwindenden
Steigung vorgenommen wird. Eine andere bekannte Einrichtung benutzt eine selbsttätige
Gangschaltung in Verbindung mit einer als Schlupfl;upplung ausgebildeten Turbokupplung,
welche in Abhängigkeit vom Drehzahlunterschied zwischen der Motorwelle und der getriebenen
Kupplungswelle in der Weise ,gesteuert wird, daß jeweils beim Überschreiten oder
Unterschreiten vorgegebener Schlupfwerte der nächsthöhere bzw. nächstnied.ere Gang
eingeschaltet wird.
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Die Erfindung befaßt sich ,ebenfalls mit der Aufgabe, den Anfahrvorgang
von Fahrzeugen mehr oder weniger selbsttätig zu machen. Sie beschreibt dabei nicht
nur Mittel, die wie die bekannten Anordnungen eine selbsttätige Betätigung der einzelnen
Gangschaltungen erlauben, sondern darüber hinaus zeigt sie auch Lösungsmöglichkeiten
zum stoßfreien Anfahren des Fahrzeuges. Die dabei benutzten Mittel sind im Prinzip
die gleichen, gleichgiiltig ob je nach dem -;'erivend.ungszweck ohne Schaltung oder
unter Benutzung einer Gangschaltung angefahren werden soll.
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Die Erfindung geht nun davon aus, daß theoretisch ein Kraftwagen im
letzten Gang allein mit der Kupplung und: unter starkem Gas,-üben angefahren werden
kann, sofern der Fahrer in der Lage ist, den Kupplungseingriff feinfühlig genau
zu betätigen, so daß die Beschleunigung des Fahrzeuges möglichst konstant bleibt.
Da der Reibungskoeffizient innerhalb der Kupplung beim Einsetzen derselben stark
schwanken kann, ist es sehr schwierig, hei einem derartigen Anfahren den jeweiligen
Kupplungseingriff mit genügender Genauigkeit und Schnelligkeit jeder Änderung der
Fahrzeugbeschleunigung anzupassen. Die Erfindung besteht nun darin, daß eine Kupplung
vorgesehen ist. deren Eingriff entsprechend der vom Anfahrmoment abhängigen relativen
Verdrehung zwischen der getriebenen Kupplungswelle und einer an sich unbelasteten
Steuerwelle eines unabhängig regelbaren, den Anfahrv organg bestimmenden Geschwindigkeitsantriebes
derart veränderlich steuerbar ist, daß die Kupplung eingreift, sobald die Steuerwelle
schneller umzulaufen strebt als die getriebene Kupplungswelle, und daß umgekehrt
der Kupplungsschluß nachläßt, sobald die getriebene Welle der Steuerwelle vorauszulaufen
sucht.
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Je nach dem Grad des Kupplungseingriffs wird während des Beschleunigungsvorganges
die Kupplung mehr oder weniger schleifen. Voraussetzung für ein ordnungsmäßiges
Arbeiten der Kupplung ist daher. daß die Reibungsbeläge die hierdurch bedingte gräßere
Reibungsbeanspruchung aushalten.
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Die Steuerwelle, deren zeitliche Drehzahländerungen entsprechend den
g; wünschten Änderungen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges einzuregeln sind,
wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung durch einen kleinen Elektromotor angetrieben,
der beispielsweise von der Lichtmaschine des Fahrzeuges gespeist wird, oder sie
kann über einen mechanischen Drehzahlregelantrieb irgendeiner bekannten Bauart an
die Motor-,velle angeschlossen sein.
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Die Regelung der Steuerwelle kann leicht z. B. dadurch erfolgen, daß
der antreibende Elektromotor der Steuerwelle über einen entsprechend abgestuften
Regelwiderstand im Ankerkreis gespeist wird. Die reine Geschwindigkeitsregelung
wird also gemäß der Erfindung von der eigentlichen, hierfür schlecht geeigneten
Kupplung weggenommen und dem Regelantrieb der Steuerwelle übertragen. Der Kupplungseingriff
selbst wird lediglich davon abhängig gemacht, in welchem Sinne die Steuerwelle sich
gegenüber der ab,-treibenden Kupplungswelle relativ zu verdrehen sucht, und zwar
in dein Sinne, daß die Kupplung im Eingriff ist, wenn die Steuer welle gegenüber
der abtreibenden Kupplungswelle vorauszulaufen sucht, daß dagegen der
Kupplungseingriff
aufhört, sobald die Steuerwelle hinter der abtreibenden Kupplungswelle zurückbleibt.
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Der Gegenstand der Erfindung soll nachstehend an Hand einiger Anwendungsbeispiele
näher erläutert werden..
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In. Abb. i ist die selbsttätig arbeitende Kupplung nach der Erfindung
dargestellt für den Fall, daß das Anfahren ohne jede Zwischenschaltung von Gängen
erfolgen soll, daß also das Fahrzeug außer dem normalen Gang höchstens noch einen
Berggang zur Überwindung größerer und langandauernder Steigungen und einen Rückwärtsgang
besitzt. Die wesentlichen Teile der den Gegenstand der Erfindung bildenden Anordnung
sind in Abb. i rein schematisch dargestellt.
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Der Motor i mit der Schwungmasse 2 treibt direkt die mit ihm fest
verbundene Kupplungshälfte 3 an, die zum besseren Ab-führen der Reibungswärme
mit Kühlrippen versehen ist. Kühlrippen befinden sich auch an der verschiebbaren
Kupplungshälfte q.. Diese sitzt starr auf der axial verschieb-baren Hülse 5, die
auf der :getriebenen Welle 6 sitzt, wobei der Keil 7 (gestrichelt gezeichnet) die
Kraftübertragung von der Hülse 5 auf die Welle 6 übernimmt. Die Hülse 5 besitzt
außerdem eine schraubenförmig verlaufende Nut 8, in die der Zapfen. g eingreift,
der seinerseits über den Hebel io starr mit dem um die Achse 6 drehbaren und die
Ritzel i i und 12 tragenden Rahmen 13 verbunden ist. Die drehbaren Ritzel i i und
12 greifen beide in das mit der Welle 6 verkeilte Zahnrad 14 ein und außerdem in
die Innenverzahnung 15 die an der auf der Welle 6 drehbar gelagerten Glocke 16 befestigt
ist und die mit einer Außenverzahnung 17 versehen ist, in die das Ritzel 18 des
Elektromotors 1g eingreift. Der Motor 1g ist mit seiner Felderregung unmittelbar
an; die Lichtmaschine 2o angeschlossen, die z. B. über den. Riemen 21 vom. Motor
i angetrieben. wird. Der Anker des Motors 1g ist mit dem Anker der Lichtmaschine
2o über einen Regelwiderstand 22 verbunden. Der bewegliche Kontaktarm 23, des Reglers
wird durch den. Fuß des Fahrers entgegen: der Feder 24 um den Drehpunkt 25 so geschwenkt,
daß bei ganz durchgedrücktem Fußhebel 26 der Kontakt 23 auf dem Totkontakt
27' steht, der Motor 1g also, stillsteht. Beim Zurückziehen des Fußes schaltet
der Arm 23 immer mehr Widerstand vom Regler 22 ab, so daß der Motor 1g auf immer
größere Drehzahlen kommt, um bei ganz losgelassenem Fußhebel. 26, d. h. bei ,ganz
abgeschaltetem Widerstand 22, seine nur durch die Drehzahl der Lichtmaschine 20,
d. h. des Motors i, bestimmte Höchstdrehzahl auzu, nehmen. Die selbstgesteuerte
Kupplung 3 bis 1g arbeitet hierbei folgendermaßen: Dreht sich das Ritzel 18 in der
eingezeichnetenPfeilrichtung, so dreht sich die Glocke 16 auf der Welle 6 entgegengesetzt.
Hierbei werden. durch die Innenverzahnung 15 an der Glocke 16 die beiden Ritzel
i i :und 12 in der gleichen Drehrichtung wie das Ritzel 18 mitgenommen, wodurch
der Zapfen g über die Schraubennut 8 die Hülse 5 nach links verschiebt und die beiden
Kupplungshälften 3 und q. zum Eingriff bringt. Ist der Eingriff stark genug, dann
wird die abtreibende Welle 6 und mit ihr das Innenzahnrad 14. mitgenommen. Da der
Motor i z. B. durch Gas;ge@ben beim Anfahren; auf hoher Drehzahl läuft, will die
Welle 6 und mit ihr das Zahnrad 14. infolge des Kupplungseingriffs, zunächst eine
höhere Umdrehungszahl annehmen als die Glocke 16, deren Drehzahl vom Elektromotor
1g, also von der Stellung dies Ftußpedal,s 26, abhängt. Läuft nun aber das Zahnrad
14 schneller um als die Glocke 16, so dreht sich der Rahmen 13 mit den beiden Ritzeln
i i und 12 wieder zurück und verschiebt über den Hebel io, den Zapfen g und die
Schraubennut 8 die Hülse 5 nach rechts derart, daß die Kupplung ausgerückt wird.
Dadurch läßt die Drehzahl der Welle 6 nach, die Glocke 16 läuft wieder schneller
um als die Welle 6, und das zuerst beschriebene Spiel der Einkupplung beginnt von
neuem.
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Da der Kupplungseingriff in. Abhängigkeit von der Verschiebung der
Hülse 5 stetig und nicht plötzlich erfolgt, ergibt sich ein dauerndes Spielen der
Kupplung zwischen stärkerem und schwächerem Eingriff, wobei die auftretenden Verschiebungen
der Hülse 5 nur klein sind und daher rasch erfolgen. Pendelungen in diesem Spiel
werden durch die starken Reibungsverluste sicher vermieden. Die abtreibende Welle
6 hat also bis auf kleine, nicht merkbare Abweichungen genau den .gleichen Drehzahlverlauf
wie der Elektromotor 1g. Damit ist, wie eingangs gefordert, die Drehzahlregelung
dem Elektromotor 1g übertragen, der sie mittels des Widerstandes 22 leicht durchführen
kann.
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Die Kupplung läßt sich nun leicht so bemessen, daß sie nur während
des Anfahrvorganges schleift, dagegen im normalen Fahrzustand festkuppelt und damit
einen unnötigen Verschleiß der Reibungsbeläge vermeidet. Läuft nämlich der Elektromotor
1g bei geringem oder ganz ausgeschaltetem Anlaßwiderstand 22 im Ankerkreis so schnell,
daß er im Alleinbetrieb eine höhere Drehzahl als die augenblickliche Motordrehzahl
annehmen würde, so spielt die Kupplung nicht mehr zwischen stärkerem und schwächerem
Eingriff, sondern sie setzt sich fest. In diesem
Augenblick ist
der Anfahrvorgang beendet. Wird im weiteren Verlauf das Fahrzeug normalerweise durch
höhere Gaszufuhr zum Motor i noch -weiter beschleunigt, so bleibt die Kupplung gleichwohl
in festem Eingriff, da der -Motor ig ja von der Spannung des Generators 2o gespeist
wird, die ihrerseits der Drehzahl des Motors i verhältnisgleich gemant werden kann.
Hierdurch wird erreicht, daß außer beim Anfalir#-n. wo der Anlaßwiderstand 22 in
Tätigkeit tritt. die vom Motor ig angetriebene Glocke 16 immer bestrebt sein wird,
schneller zu laufen als die Welle des Motors i und damit die abtreibende Welle 6,
so daß die Kupplung bei jeder Betriebsdrehzahl des Motors, ausgenommen den Anfahrzustand,
kuppelt. Dadurch daß der Elektromotor i9 an sich schneller umlaufen möchte, aber
durch den festen Kupplungseingriff daran gehindert wird, wird er mit seiner allerdings
nur kleinen Leistung am Antrieb der Welle 6 und damit des Fahrzeuges beteiligt,
wodurch sich jedoch an den oben beschriebenen Verhältnissen grundsätzlich nichts
ändert.
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Die gleichen Eigenschaften weist die Kupplung nach der Erfindung auch
dann auf, wenn an Stelle des elektrischen Antriebes der Steuerwelle ein mechanischer
Drehzahlregelantrieb verwendet wird, der in- der oben angedeuteten Weise an den
Motor i angeschlossen ist, d.li. dessen jeweilige Hözhstdrehzahl in gleicher Weise
wie diejenige des Elektromotors i9 von der augenblicklichen Drehzahl des -Motors
i in jedem Fall abhängt.
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Die beschriebene Kupplung läßt sich auch wie eine normale Kraftfahrzeugkupplung
betätigen. Wird beispielsweise plötzlich bei be-,vgtem Fahrzeug der Elektromotor
ig bz«-. die Steuerwelle infolge Durchtretens d.es Fuß-Nebels -26 -"-bremst oder
gar stillgesetzt, so kuppel t sich die Kupplung sofort aus, weil in diesem Augenblick
die abtreibende Welle 6 schneller als die Glocke 16 zu laufen sucht und dann den'
Elektromotor -ig mechanisch antreibt. Da hierfür nur wenig Leistung verbraucht wird,
läuft das Fahrzeug praktisch leer, und die Bremse kann in Tätigkeit gesetzt werden.
Also immer dann, wenn bei Fahrzeugen in der heute üblichen Bauweise z. B. im Stadtverkehr
der Kupplungsfußhebel durchgetreten und di.e Fußbremse betätigt wird, wird auch
ein Fahrzeugantrieb mit der beschriebenen selbststeuernden Kupplung durch gleichartige
Betätigung des Kuppkingsfußhebels 26 vom -Motor abgekuppelt, nur brauchen hierbei
keine Gänge zurückgeschaltet zu werden; vielmehr beginnt im Augenblick, wo infolge
des langsamen Zurücknehmens des Hebels 26 der Elektromotor i9 und mit ihm der umlaufende
Teil 16 wieder die gleicheDrehzahl erhält wie die abtreibende Welle 6, das zuerst
beschriebene Spiel der Kupplung von neuem. und zwar so lange. bis der Widerstand
22 Null geworden ist. Es können also die heute üblichen Fußhebelanordnungen, nämlich
für Kupplung, in der Mitte für Bremse, rechts für Gas, beibehalten und genau so
bedient werden, wie das heute innerhalb eines Getriebeganges üblich ist.
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-Nachfolgend sei noch der Anlaß- und Anlaufvorgang im einzelnen an
Hand der Abb. i und 2 ergänzt.
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Wie schon eingangs erwähnt, ist im Ausführungsbeispiel- eine Gangschaltung
mit einem Vorwärtsgang, einem Berggang und einem Rückwärtsgang sowie mit einer Leer-23
vorgesehen.
In der Leerstellung ist die getriebene Welle 6 von der Kardanwelle, die zum Differential
und von da zu den angetriebenen Rädern des Fahrzeuges führt, getrennt. In dieser
Stellung kann der Motor i in bekannter Weise angelassen werden. Es läßt sich aber
auch der Elektromotor ig durch Umschaltung auf die Starterbatterie des Fahrzeuges
zum Anlassen des Motors i verwenden. Zweckmäßig wird bei dieser Umschaltung der
Motor ig durch Reihenschaltung von Anker- und Erregerkreis zum Reilienschlußmotor
gemacht, um so größere Anfahrmomente zu erzielen. Im Augenblick der Einschaltung
des Elektromotors i9 auf die Starterbatterie wird die Glocke 16 sich gegenüber der
zunächst stillstehenden `Felle 6 drehen und dadurch die Kupplung zum Eingriff bringen.
richtigen Drehsinn des Motors ig vorausgesetzt. Bei diesem Anlaßvorgang braucht
der Kupplungshebel 26 nicht durchgetreten zu «-erden. Wird mit dem Loslassen des
Starterknopfes nach dem Anlassen des -Motors i der Elektromotor i9 wieder an die
Lichtmaschine 2o angeschaltet, so läuft er bei abgeschaltetem Regelwiderstand 22
mit einer Drehzahl. die der je-«-eiligen -Motordrehzahl entspricht; die Kupplung
bleibt dabei im Eingriff, was jedoch im Hinblick auf den eingeschalteten Leergang
nicht schadet.
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Zum Anfahren wird anschließend der Fußhebel 26 ganz durchgetreten.
Der Motor ig wird hierdurch gebremst und kommt ganz zum Stillstand, sobald der Kontaktarm
23 auf den Totkontakt 2; gelangt. -In diesem Augenblick bleibt auch die Welle 6
stehen. Jetzt kann vom Leergang auf einen der beiden 1'or wärtsgänge oder auf den
Rückwärtsgang geschaltet werden, und anschließend wird der Fußhebel 26 langsam losgelassen.
Der Anfahrvorgang, der sich dann einstellt, ist in Abb. 2 dargestellt.
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Es wird an,-enommen, daß der Fußhebel 26 gleichmäßig ausgescli-,venkt
wird, so daß sein
Verstellwinkel a der Zeit t verhältnisgleich
ist. Die Abb. 2 zeigt den Verlauf der Drehzahl izl des Motors i und der Drehzahl
n19 der Steuerwelle in Abhängigkeit von der Einstellung des Kupplungsfußhebels 26
bzw. vom zeitlichen Verlauf des Anfahrvorganges die Zeit t = o, und: es sei -bei
Beginn des Anfahrvorganges die normale Motordrehzahl bei Standgas durch den Punkt
32 bezeichnet. Um nun die zum Anfahren erforderliche Motorleistung zur Verfügung
zu haben, kann entweder gleichzeitig mit der Betätigung des Kupplungshebels 26 in
der bekannten Weise durch Betätigung des Gashebels die Motordrehzahl erhöht werden.
Es ist aber auch möglich, die erforderlicheErhöhung der Drehzahl n1 selbsttätig
zu bewirken. Dies erfolgt dadurch, daß mit der Welle 2$ des Kupplungshebels eineExzenterscheibe
29 gekuppelt ist, die über Hebel 30, 31 in der schematisch angedeuteten Weise das
Standgas des Motors i bei Beginn des Anfahrvorganges beispielsweise bis zum Einstellwinkel
a1 bzw. bis zur Zeit t1 so vergrößert, daß der Motor zur Zeit t1 über die der höheren
Drehzahl im Punkt 33 entsprechend erhöhte Leistung verfügt.
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Beim Überschreiten des. Verstellwinkels a1 möge der Kontaktarm 23
den Totkontakt 27 verlassen, so daß jetzt erst der Elektromotor i9 entsprechend
der Kurve n19 anzulaufen beginnt. Seine Drehzahl steigt vom Wert o im Punkt 34 bis
auf einen Höchstwert im Punkt 35, der dadurch gekennzeichnet ist, daß in diesem
Augenblick die steigende Drehzahl des Elektromotors i9 die Drehzahl des Motors i
erreicht bzw. zu überschreiten sucht. Zweckmäßig ist der Anlaßwiderstand 22 so vorgesehen,
daß der Punkt 35 beim Einstellwinkel a2 erreicht wird, d. h. in dem Augenblick,
wo der Anlaßwiderstand 22 gerade überbrückt ist. Die Drehzahl n1 des Motors i kann
zwischen den Winkelstellungen a1 und a2 des Kupplungshebels 26 zweckmäßig über die
entsprechend gestaltete Exzenterscheibe 29 durch allmähliche Herabsetzung des Standgases
so beeinflußt werden, daß sie vom Punkt 33 an entsprechend der nach dem ersten Anfahren.
geringer werdenden. erforderlichen Leistung absinkt bis zum Punkt 35. Die durch
den Punkt 35 gekennzeichnete Drehzahl des Motors i und des Elektromotors i9 ist
die normale Drehzahl bei eingeschaltetem Gang. Da hierbei durch die entsprechende
Auslegung der Regelschaltung der Elektromotor i9 die Tendenz hat, eine etwas höhere
Drehzahl an, zunehmen als der Motor i, befindet sich nach den oben gemachten Erläuterungen@
die Kupplung vom Zeitpunkt t2 ab, in. festem Eingriff mit der Motorwelle. Wird anschließend
beispielsweise zur Zeit t3 der Gasfußhebel betätigt und der Motor i bis zur Zeit
t4 in seiner Drehzahl gesteigert, so steigt entsprechend auch die Drehzahl der Steuerwelle
und des Elektromotors i9 vom Punkt 36 zum Punkt 37, da sie über den an den Motor
i angekoppelten Generator 2o mit der Drehzahl des Motors i proportional bleibt.
Die Kupplung zwischen der Welle 6 und der Welle des Motors i bleibt daher auch in
diesem Betr iebszustande in festem Eingriff.
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Soll die Fahrgeschwindigkeit wieder herab, gesetzt werden, so erfolgt
dies in dem Drehzahlbereich zwischen Punkt 36 und Punkt 37 in bekannter Weise lediglich
durch Wegnehmen von Gas. Soll die Geschwindigkeit noch unter den durch den Punkt
35 dargestellten Wert verringert werden, so ist lediglich ein mehr oder weniger
starkes Durchtreten des Kupplungsfußhebels 26 notwendig. Da hierbei die kupplung
schleift, ist dieser Betriebszustand zweckmäßig nur vorübergehend aufrechtzuerhalten.
Statt dessen kann eine weitere Geschwindigkeitsverringerung dadurch bewirkt werden,
daß der Kupplungshebel26 vollständig durchgetreten und gegebenenfalls gleichzeitig
die Bremse betätigt wird. Soll anschließend das Fahrzeug wieder beschleunigt werden,
so ist nichts weiter erforderlich, als langsames Loslassen des, Kupplungsh ebel:s
26 In der oben beschriebenen Weise.
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Die Kupplungseinrichtung kann auch so eingerichtet sein., daß derMotor
i9 derSteuerwelle aus einer fremden. Spannungsquelle regelbar angetrieben wird.
Die selbsttätige Kupplung nach Abb. i läßt sich auch zusammen mit einem normalen
Ganggetriebe verwenden, wenn es be-ispiel:swe@i.s@e darauf ankommt, mit möglichst
kleiner Leistung des Motors auch beim Anfahren auszukommen, und wenn gleichwohl
die Schaltvorgänge unabhängig von der Geschwindigkeit des jeweiligen Fahrers durchführbar
sein sollen. In diesem Fall wird die Kupplung nach der Erfindung in der oben; beschriebenen
Weise zunächst bei eingeschaltetem erstem Gang betätigt und anschließend beim Übergang
vom ersten auf den zweiten Gang usw. jeweils kurz durchgetreten und dann. langsam
wieder losgelassen. Die Bedienung ist in diesem Fall also ebenfalls genau die gleiche
wie bei der normalen Kraftfahrzeugkupplung. Auch der Rückwärtsgang ist genau so.
auszubilden und zu bedienen wie ein Vorwärtsgang, und zwar mit dem gleichen Anlaßwiderstand,
da die Umschaltung auf Rückwärtsdrehung lediglich in dem der Welle 6 nachgeschalteten
Getriebe vorgenommen wird.
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Um zu vermeiden, daß bei längerem Schleifen der Kupplung, wie es vor
allem beim Anfahren mit dem Normalgang häufiger vorkommen
,wird,
die Kupplungsbeläge allzu rasch verbraucht werden, sind diese zweckmäßig aus einem
'Material großer Verschleißfestigkeit herzustellen.
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Es ist vorstehend schon kurz angedeutet word-:n, daß der Gegenstand
der Erfindung nicht nur zum gängefreien Anfahren verwendet -,werden kann, sondern
daß auch d-'° Anwendung der selbsttätigen Kupplung zusammen mit eii:er Gangschaltung
in vielen Fällen z-,vechmäßig ist. -Nachstehend sei deshalb noch an Hand eines weiteren
Ausführungsbeispiels angede,,t.°t, wie viels-°itig sich die Zusamin-enarbeit der
#elbsttätigen Kupplung mit einem Ganggetriehe und ihre Betätigung ausbilden läßt.
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Dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3. 4 und 5 sei der Fall zugrunde
gelegt, daß die Kupplung nach der Erfindung mit einem elektromagnetischen Dreigängegetriebe
zusammenarbeiten soll. Solche elektromaan etischen Getriefte, bei denen die Zahnräder
sämtlich dauernd miteinander im Eingriff stehen und die einzelnen. für verschiedene
Über-
setzungen vorgesehenen Zahnradpaare durch Ein- oder Ausschaltung elektromagnetischer
Kupplungen in den Getriebezug eingeschaltet oder ausgeschaltet werden. können als
bekannt vorausgesetzt werden. Sie eignen sich für ein Zusammenwirken mit dem Erfindungsgegenstand
auch deshalb besonders gut. -,Seil die elektrische Betätigung der elektromagnetischen
Getriebekupplungen mit der elektrischen Steuerung der selbsttätig arbeitenden Gangkupplung
besonders leicht und einfach vereinil-t werden kann.
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Die Anordnung ist in Abh.3 dargestellt. Der 'Motor i mit der Schwungscheibe
2 arbeitet über die im einzelnen nicht weiter dargestellte selbsttätige Kupplung
30 (vgl. Abb. i) auf die Welle 6, die ihrerseits das elektromagnetische Ganggetriebe
.4o antreibt. Dieses sei beispielsweise als Dreiganggetriebe ausgeführt mit drei
Zahnradpaaren. Die Zahnriider.l3 untersetzen im Verhältnis 2:1, die Zahnräder 4.4
im Verhältnis i : i und die Zahnräder45 im Verhältnis 1 :2. Die Räder der einzelnen
Zahnradpaare sind gegenüber denen der Zahnradpaare jeweils unabhängig drehbar und
können über die elektromagnetischen Kupplungen .16, 47, .I8, 49 fest gekuppelt werden.
Im ersten Gang ist das C'ntersetzungsverhältnis 4: 1 über die Zahnräderpaare .15
und 4.5 mittels der elektromagnetischen Kupplungen .I7 und -.9 llerge-;tellt, während
die Kupplungen 4.6 und .I8 ausgeschaltet sind. Im zweiten Gang ist das Jrntersetzungsverhältnis
2:1. Hierzu «-erden lie Kupplungen .M7 und .18 eingeschaltet, die Kupplungen .M6
und .I9 ausgeschaltet. Im bitten (direkten) Gang werden die Kupp -z# d.6 und 48
eingeschaltet. die Kupplungen 4.; und .M9 dagegen ausgeschaltet.
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Die selbsttätig arbeitende Kupplung 30 wird ebenso wie in Abb. i durch
einen Elektromotor ig über das Ritzel i8 gesteuert. Der 'Motor ig sei ebenso wie
in Abb. i an eine Lichtmaschine 2o angeschlossen, die beispielsweise über einen
Riementrieb 21 vom Motor i angetrieben ist. Die gemeinsame Betätigungsvorrichtung
für die Kupplung 30 und das elektromagnetische Ganggetriebe ist auf der Welle 117
angeordnet, und zwar in r einer Ausführung, die eine Betätigung der gesamten Anlaß-
und Anfahrvorgänge ausschließlich mit Hilfe eines Handhebels vorsieht. Dieser Handhebel
123 bewirkt die Verdrehung der Welle i 17 über eine Federanordnung. beispielsweise
eine Spiralfeder oder eine in Abb. 3 dargestellte Blattfeder 12.4, die in einem
Gleitstück 125 des Nachführhebels 126 v°rschiebbar gelagert ist. Der Hebel
126 ist fest an die Betätigungswelle i 17 angelenkt. Die Welle 117 trägt zwei Kontakteinrichtungen
So. Si zur gleichzeitigen Betätigung je zweier elektromagnetischer Kupplungen des
Ganggetriebes und ferner den Abgreifkontakt 123' des Anlaßwiderstandes für den Steuermotor
ig. Die gelle 117 trägt ferner ein Sperrad 127, in welches eine einseitig wirkende
Sperrklinke i28 eingreift, die an einem lose auf der Welle 117 drehbaren Zahnrad
129 befestigt ist. Über die Verzahnung des Rades 129 und das hiermit im Eingriff
befindliche Ritzel 130 wird eine Bremsvorrichtung, beispielsweise eine träge Schwungmasse
oder ein Windrad oder ein Dämpfungskolben od. dgl., angetrieben. Die Kontakteinrichtungen
So und 51 sind gegenseitig so angeordnet, daß bei Rechtsdrehung der Welle 117 aus
der Leerlaufstellung zunächst die beiden Kupplungell 47 und .I9 (erster Gang), dann
die beiden Kupplungen .47 und 4.8 (zweiter Gang) und schließlich die beiden Kupplungen
46 und 48 eingeschaltet werden. Die Anlaßvorrichtung für den Steuermotor ig ist
so ausgebildet, daß bei der Drehung des Kontaktarmes 123' drei Winkelbereiche nacheinander
durchlaufen werden und daß über jeden dieser Winkelbereiche ein vollständiger Anlaßwiderstand
136, 139, i-@2 angeordnet ist.
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Die Wirkungsweise der in Abb. 3 dargestellten. Anordnung ist die folgende:
Beim Anlassen des Motors i steht der Handhebel 1:23 auf Leerlauf, der Kontaktarm
123' des Steuerreglers auf dem Totkontakt 35. Der Steuermotor ig und damit die abtreibende
Welle 6 der Kupplung steht still.
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Zum Anfahren im ersten Gang wird der Schalthebel 123 durch eine Rechtsdrehung
in die entsprechende Stellung gebracht. Eine nicht dargestellte Rasterung sorgt
dafür, daß
der Hebel 123 keine Zwischenstellung einnimmt, sondern
in die Stellung .für den ersten Gang einschnappt. Über die Federanordnung 124 bis
126 wird auch die Welle 117 entsprechend verdreht und damit die Kupplungen 47 und
49 eingeschaltet. Gleichzeitig läuft der Kontaktarm I23' miteiner durch di,e Bremsvorrichtung
6o begrenzten Drehgeschwindigkeit über die einzelnen Stufenkontakte des Anlaßwiderstandes
136 und bringt den Steuermotor 19 auf seine Höchstdrehzahl. Es kann dabei zum Anfahren
der Handhebel 123 schnell in die vorgegebene Stellung gebracht werden. Die Welle
117 wird -elastisch nachgeführt und folgt mit einer durch die Anordnung 6o bestimmten
Geschwindigkeit. Ist der Kontaktarm 1223' auf dem Endkontakt 137 des Anlaßwiderstandes
angelangt, so läuft der Steuermotor mit.
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Die Kupplung 3o ist dabei entsprechend den an Hand der Abb. i geschilderten
Voraussetzungen in festem Eingriff. Soll von dem ersten Gang auf den zweiten übergegangen
werden, so wird der Handhebel 123 ehtsprechend weiterverstellt. Hierbei verläßt
der Kontaktarm 123' den Endkontakt 137, so daß der Steuermotor 19 stark abgebremst
wird, die Kupplung 30 sich also selb-sItätig löst. In dieser Zeit wird die
elektromagnetische Kupplung 49 des Ganggetriebes aus- und statt dessen die Kupplung
48 eingeschaltet. Bei -der anschließenden Weiterdrehung der Welle i 17 durchläuft
der Kontaktarm 123' den Anlaßwiderstand 139, der ebenso wie der Widerstand 136 aufgebaut
ist. Mit wachsender Drehzahl des Steuermotors 19 kuppelt sich die Kupplung
30 selbsttätig und weich wieder ein. Die gleichen Vorgänge wiederholen sich,
wenn durch Weiterdrehung des Hebels 123 auf den dritten Gang übergegangen ist im
Zusammenhang mit dem Anlaßwiderstand 42. Das Hemmwerk 6o in Verb-indun.g mit der
federnden Kupplung 124, 126 erlaubt es, daß der Betätigungshebel 123 zum Anfahren
sofort herumgerissen und in die Endstellung (dritter Gang) gebracht wird. Die Feder
124 biegt sich dabei entsprechend durch, und die Welle I 17 mit den Betätigungsapparaten.
dreht sich langsam mit den durch das Hemmwerk vorgesehenen und den gewünschten Betriebsverhältnissen
ein für allemal angepaßten Geschwindigkeiten nach. Diese Anpassung erfolgt zweckmäßig
durch eine derartige Einstellung der Verzögerung durch das Hemmwerk oder entsprechende
Mittel (Dämpfungskammer, Schwungmasse od. dgl.), daß die Drehgeschwindigkeit der
Steuerorgane, welche den Anlauf der Steuerwelle 18 bestimmt, dem gewünschten Beschleunigungsvorgang
des Fahrzeuiges entspricht, insbesondere, der zur Durchführung dieses Beschleunigungsvorganges
verfügbaren Maschinenleistung entspricht. Es wird mit dieser Einrichtung also. trotz
der Beibehaltung mehrerer Gänge erreicht, daß nicht nur die Bedienung einer Gangschaltung
völlig wegfällt, sondern auch die einzelnen Gänge n.acheinantder selbsttätig weich
und geräuschlos umgeschaltet werden, wobei die selbsttätige Kupplung in der ihr
eigentümlichen Weise ohne jeden Eingriff von; außen das Fahrzeug mit hochfährt.
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Der Winkel zwischen den einzelnen Stellungen des Betätigungshebels
I23 ist beliebig, im Ausführungsbeispiel der Übersichtlichkeit halber gleich 90'°'
gewählt. Mit Rücksicht auf den räumlichen Einbau in der Nähe des Steuerrades wird
in der Praxis häufig ein Bereich von nicht viel mehr als 9o° für die gesamte Regelung
zur Verfügung stehen. Gegebenenfalls kann dann zwischen den Hebel 123 und die Federkupplung
124, 126 oder in den Zug der Welle 117 noch eine Zwischenübersetzung eingeschaltet
sein.
-
Beim Zurückschalten ist infolge des nur einseitig wirkenden Sperrgetriebes
127, 128 keine Zeitverzögerung wirksam, vielmehr wird die Welle 117 mit den Kontaktarmen
der Steuereinrichtungen, 5o, 51 und des An.-laßwiderstandes praktisch gleichlaufend
mit dem Betätigungshebel 123 zurückgedreht; der Steuermotor 19 wird dadurch in seiner
Drehzahl so schnell wie möglich herabgesetzt und damit die Kupplung freigegeben.
Der gesamte Anfahrvo-rgang, wie er mit Hilfe der Einrichtung nach Abb. 3 erzielt
wird, ist in dem Schaubild der Abb, 4 kurz dargestellt. Es ist dabei zunächst vorausgesetzt,
daß die Drehzahl n1 des Verbrennungsmotors über. den ganzen Anlaßvorgang konstant
sein möge. Im Augenblick t1 beginne der Anfahrvorgang damit, daß der erste Gang
eingeschaltet wird und der Motor 19 Strom erhält. Der- Motor 19 kuppelt in der an
Hand der Abb. i beschriebenen Weise die selbsttätige Kupplung 3o ein, und zwar so,
daß die Drehzahl n der abtreibenden Welle unter Berücksichtigung des Untersetzungsverhältnisses
I :4 des ersten Ganges nicht schneller wird als die allmählich ansteigende Drehzahl
n19 des Steuermotors 19. Dieser möge seine Höchstdrehzahl zur Zeit t2 erreicht haben.
In diesem Augenblick wird der Kupplungseingriff fest. War der Betätigungshebel 12,3
(Abb.3) nur auf die Stellung »erster Gang« gebracht, so. bleibt es bei diesem festen
Kupplungseingriff und der Drehzahl
der abtreibenden Welle. Es sei jedoch angenommen, daß der Betätigungshebel 123 in
die letzte Stellung durchgeschaltet worden sei. Dann wird zur Zeit t2 die Welle
117 unter der Einwirkung der Nachholfeder 124 sich gleichmäßig weiterdrehen,
d.
h. sofort nach Erreichen des festen Kupplungseingriff; wird die Stromzufuhr zum
Motor ig unterbrochen und dessen Drehzahl zum Absinken gebracht. Die Steueranordnung
ist in ihren räumlichen Abständen und Abmessungen zweckmäßig so ausgeführt, daß
die Drehzahl i1.19 in .einer verhälttiismä?ig kurzen Zeitspanne t,# bis t3 etwa
auf die Hälfte der kurz zuvor erreichten Drehzahl 111 oder auf einen no;21i tieferen
Betrag absinkt. Da infolge der Trägheit des Fahrzeuges die abtreibende Welle während
dieses Vorganges rascher zu laufen sucht als die Steuerwelle des Motors ig, gerät-
d:e Kupplung 3o außer Einriff, und es kann im Zeitraum t2 bis t3 die übersetzun,g
des Ganggetriebes durch Umschaltung der elektromagnetischen Kupplungen von 1 :.L
auf i : 2 geändert «-erden. Die zur Zeit t. sich einstellende Drehzahl 1l19 der
Steuerwelle ist damit dem neuen Übersetzungsverhältnis ungefähr bereits anepaßt.
Wird beim EVeiterdrelien der Welle 11; der Anlaßwiderstand 139 einges,-haltet,
so wird die Kupplung 30 wieder in Einriff kommen und da: Fahrzeug in gleicher
Weise, wie codier beselirieben. weiter beschleunigen bis zur Drehzahl
- die zur Zeit t1 erreicht wird. In dem folgenden Zeitraum t4 bis- t5 spielen sich
die gleichen Vorgänge wie zur Zeit t.., bis t3 ab. Die Drehzahl i119 sinkt wieder
auf
so daß beim anschließenden Wiederkuppeln über den Anlaßwiderstand 142 mit dem Übersetzungsverhältnis
i : i die Drehzahl 11 der abtreibenden Welle im Gleichlauf mit der Welle 1119 der
Steuerwelle hochgefahren wird, bis im Augenblick t6 mit dem Erreichen der Drehzahl
il, des -Verbrennungsmotors der liupplungseingrift fest wird.
-
Die Annahme einer konstanten Drehzahl ni in Abb..L wurde lediglich
der Einfachheit halber gemacht. Selbstverständlich kann. während des Atifalirvorganges
der Gashebel beliebig in an sich bekannter Weise betätigt werden; es ist auch möglich,
in ähnlicher Weise, zote dies an Hand der Abb. i schon besciirieben wurde, die in
den jeweiligen Anfahrcorgängen zuständigen erforderlichen Gasst;tfen selbsttätig
in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Steuerwiderstandes des @tlotors
19 sicherzustellen.
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Aus dein Voran-an-en°n gellt hervor, daß je nach d:r gewählten Einstellung
des Handli@c@is 123 im ersten, zweiten oder dritten Gang im Dauerzustand mit fester
Kupplung längere Zeit gefahren «-.erden kann.
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In jedem dieser Betriebszustände ist es tnögIicli, durch Änderung
der Gaszufuhr zum V@ri:r@nnutigsmota. dessen Dr,-nzal@I und damit auch die Fahrzeuggeschwindigkeit
unter , Aufrechterhaltung der festen Kupplung noch weiter zu beeinflussen, insbesondere
zu erhöhen. Eine derartige Betriebsweise ist auch nicht etwa unbedingt daran gebunden,
daß die Drehzahl der Steuerwelle durch Ableitung von der 1lotordrelizahl zu dieser
in einem dauernden Verhältnis ste:it. Es ist auch möglich, beispielsweise bei Fremdsteuerung
der regelbaren Steuerkelle diese so zu beeinflussen, daß die Drehzahl der Steuerwelle
auch nach dem Erreichen der \lotordrehzahl n1 die Tendenz beibehält, höhere Werte
anzunehmen. Wie schon «-eiter oben erwähnt wurde. bedeutet dies lediglich, daß der
Antrieb der Steuer«-elle mit seiner verhältnismäßig kleaien Leistung sich am Antrieb
des Fahrzeuges in geringem Umfang mitbeteiligt.
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Es kann «-eiterkin die Beschränkung der Anfahrbeschleunigung, die
beine Ausführungsbeispiel der Abb. 3 durch eine Schwungmasse 6o oder ein Windrad
od. dgl. vorgenommen wird, auch mit Hilfe einer kleinen elektrischen \achlaufsteuerung
gemäß Abb. 5 erzielt «-erden. Der Steuerhel}el 123 betätigt hierbei über
die Zahnräder t5o, i3i die Kontaktarme 153, 15.4, denen eire gegenüberstehende
Kontaktsegmeiitschei1)e mit den Kontaktsegmenten 133. 156 über einen Motor 161 und
ein Schneckengetriebe 16o jeweils nach Maßgabe der jeweiligen @@-inlkelausletikung
nachgedreht wird. Derartige \achlaufkontaktsteuerungen sind an sich bekannt, so
daß auf die Wirkungsweise der Anordnung im einzelnett liier nicht näli-er eingegangen
zu werden braucht. Auch bei dieser Anordnung ist es möglich, den Handhebel 123 in
einem Zuge von der Leerlaufstellung bis auf den direkten Gang umzulegen. Es ist
hierzu lediglich erforderlich, zwischen den Hebel 123 und die Welle 152 eine entsprechende
Unters2tzung einzufügen, so daß dem Gesamtdrehzahlbereich des Betätigungshebels
123 an der Welle 11; ein Drehwinkel von «-eniger als i,'#o' entsprechend der Länge
cl°r Segmente 135 bis 158 entspricht.
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Läßt sich der Betätigungshebel so anbringen, daß er über volle 360°
beliebig gedreht werden kann, so ist es (vgl. Abb. 3) möglich, von der Endstellung
des dritten Ganges durch weitere Rechtsdrehung unmittelbar auf Leerlauf zu schalten.
Auch die Riechschaltung auf einen niedrigeren Gang könnte in diesem Falle led-.*,licli
durch Rechtsdrehung über die Leerlaufstellung erzielt werden, ohne daß hiermit Unzuträglichkeiten
v,-rbunden sind. Denn wenn z. B. der Ganghebel 123 (vgl. Abb. 3) vom Endkontakt
143 des dritten Ganges durch Rechtsdrehung auf die Stellung »zweiter Gang«
gebracht wird, so wird während des überstreichens des Kontaktarmes 123' über den
Anlaßwiderstand 136 und während des
über die elektromagnetischen
Kupplungen 47 und 49 bewirkten Schaltzustandes für den ersten Gang keinerlei Beeinflussung
des Fahrzeuges eintreten, da in diesem Zustand die von den Fahrzeugrädern über das
Langgetriebe angetriebene Welle 6 bedeutend schneller umläuft als die Steuerwelle,
so daß ein Eingriff der Kupplung 30 tatsächlich erst wieder erfolgen wird,
während bereits der Kupplungszustand für Gangschaltung »zweiter Gang« hergestellt
ist und der Kontaktarm 123' mit den. Schaltstufen des Anlaßwiderstandes 139
im Eingriff steht.
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Die Betätigungswelle 117 der Anordnung nach Abb. 3 kann auch anstatt
durch. einen Handhebel 123 durch einen Fußhebel gedreht werden, beispielsweise so,
daß über ein Sperrgetriebe bei jedem vollständigen Durchtreten bzw. Loslassen des
Hebels die Welle 117 um den Bereich einer Gangschaltung weiterrückt. Das Rückwärtsschalten
kann hierbei entweder durch einen zweiten Fußhebel erfolgen oder aber mit dem gleichen
Fußhebel, wenn dieser mit einem zusätzlichen doppelten Sperrgetriebe ausgerüstet
wird. Zweckmäßig könnte eine derartige Anordnung beispielsweise folgendermaßen ausgeführt
sein: Der Fußhebel steht mit der Welle 117 über eine Doppelsperrklinke im Eingriff,
die so. ausgebildet ist, daß die Verklinkung jeweils nur für die eine oder die andere
Drehrichtung wirksam sein kann. Die Verklinkung befindet sich zweckn,äßIg unter
Federwirkung derart, daß durch die Feder diejenige Sperrklinke in Eingriff gebracht
wird, welche ein Rückwärtsschalten vom dritten auf den zweiten, vom zweiten auf
den ersten Gang und vom ersten Gang auf den Leerlauf bewirkt. Die Umschaltung der
Verklinkung für die gegensinnige Drehrichtung des Sperrzahnrades kann mit Vorteil
mit Hilfe eines Elektromagneten erfolgen, der die Kraft der im Ruhezustand wirksamen
Feder überwiegt und beispielsweise durch einen Arbeitskontakt betätigt wird, der
mit dem Gashebel gekuppelt ist.
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Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist einfach zu übersehen: Solange
- der Fuß auf dem Gashebel ruht und diesen auch nur wenig durchdrückt, ist der Stromkreis
für den Elektrorriagneten der Sperrkiirike geschlossen und damit die Verklinkung
für Vorwärtsschalten wirksam. Es ist demnach beim Anfahren lediglich erforderlich,
den Kupplungsfußhebel in bekannter Weise mit dem linken Fuß zu betätigen, während
gleichzeitig der rechte Fuß leicht auf dem Gashebel ruht. Wird umgekehrt etwa im
Gefahrfalleine Verminderung der Fahrzeuggeschwindigkeit erforderlich, so wird der
rechte Fuß in jedem Fand vom Gashebel weggenommen und meist auf das Bremspedal gesetzt,
so daß in diesem Augenblick selbsttätig die Verklinkung für Rückwärtsschalten wirksam
wird. Sobald jetzt die Kupplung durchgetreten wird, schaltet sie um einen Gang zurück.
Gegebenenfalls kann für eine derartige Anordnung zwischen den einzelnen Gängen in
der Anlaßvorrichtung für den Steuermotor i9 jeweils ein Leerlaufkon.takt vorgesehen
sein.
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Im übrigen können Betätigungsvorrichtungen und Verklinkungen, wie
sie oben mit Hilfe elektrischer Mittel verwirklicht sind, auch mit entsprechenden
mechanischen Mitteln erreicht werden.
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Die Erfindung erlaubt also eine sehr vielseitige Verwendung vor allem
für den Betrieb von Kraftfahrzeugen. Dies schließt jedoch nicht aus, daß selbsttätig
arbeitende Kupplungen der beschriebenen Art auch für andere Antriebe, beispielsweise
für Hebezeuge w. d@gl., Verwendung finden können.