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Vorrichtung zur Steuerung eines mechanisch-hydraulischen Verbundgetriebes
Es ist bereits vorgeschlagen worden, einem hydraulischen Drehmomentwandler vom Strömungstyp
ein mechanisches Mehrgangzahnradgetriebe nachzuschalten, wobei der Strömungskreislauf
bei allen Gängen als Wandler arbeitet, und zwar jeweils in dem Bereich, in dem er
seinen besten Wirkungsgrad hat.
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Die Erfindung betrifft ein derartiges mechanisch-hydraulisches Verbundgetriebe
und bezweckt eine selbsttätige Schaltung der Gänge seines mechanischen Teiles in
Abhängigkeit vom Leitradmöment des Wandlers.
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Die nach dem Strömungsprinzip arbeitenden Drehmomentwandler arbeiten
bekanntlich in der Weise, daß sie bei ungefähr gleichbleibendem zugeführtem Moment
abhängig vom Fahrwiderstand ein Moment verschiedener Größe an die angetriebene Welle
abgeben. Bei größtem Drehzahlunterschied- zwischen treibender und getriebener Welle,
also beim Anfahren, kann das abgegebene Moment ein Mehrfaches des eingeleiteten
Momentes betragen. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit nimmt das abgegebene Moment
in seiner Größe immer mehr ab und wird schließlich sogar kleiner als das eingeleitete
Moment. Das Differenzmoment zwischen dem abgegebenen und dem zugeführten Moment
stützt sich hierbei auf das etwa mit
dem Gehäuse des Getriebes starr
verbundene Leitrad ab. Das Leitradmoment ist somit unter der Voraussetzung einer
konstanten Motordrehzahl abhängig von dem Drehzahlverhältnis
und zwar derart, daß einem jeden Wert von
ein bestimmtes positives oder negatives Leitradmoment entspricht. Es ist dabei gleichgültig,
ob der Motor mit seiner vollen Drehzahl oder mit einer verminderten Drehzahl läuft.
Allerdings wird jedem Wert von ein um so kleinerer Wert des Leitradmomentes
entsprechen, je kleiner die Motordrehzahl ist.
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Diese Eigenschaft des Drehmonientwandlers, daß jedem Wert von bei
konstantem il, ein bestimmter Wert des
Leitradmomentes entspricht, wird in vorliegender Erfindung zur se:bsttätig en Schaltung
der mechanischen Gänge nutzbar gemacht. Die Erfindung besteht darin, daß das Umschalten
der mechanischen Gänge, und zwar das Hinauf- und Herunterschalten, mittelbar oder
unmittelbar in Abhängigkeit von dem am Leitrad des Drehinomentwandlers angreifenden
Moment in der Weise erfolgt, daß das Leitrad nach entgegengesetzten Richtungen begrenzt
beweglich gelagert ist und durch nachgiebige Widerlager in der Mittellage gehalten
wird, aus welcher es bei Cberschreiten eines bestimmten Höchstwertes des Leitradmomentes
zum Umschalten in den nächstniederen Gang nach der einen Seite, und bei Unterschreiten
eines bestimmten kleinsten Wertes des Leitradmomentes zum Umschalten in den nächsthöheren
Gang nach der anderen Seite gedrückt wird.
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Die I?instellung der Leitradmomentwerte, bei denen das Leitrad in
der einen oder anderen Richtung ausschwingen soll, erfolgt in einfachster Weise
durch Druck- oder Zugfedern, die mit Vorspannung zu beiden Seiten eines am Leitrad
oder an der Leitradwelle vorgesehenen Anschlages angeordnet sein können. Das schwenkbar
gelagerte Leitrad überträgt seine Schwenkbewegung etwa mechanisch über ein Gestänge,
oder auf hydraulischem oder elektrischem «'ege auf die Schaltvorrichtung für das
mechanische Wechselgetriebe.
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Solange die Fahrgeschwindigkeit, also auch der Fahrwiderstand, innerhalb
bestimmter Grenzen bleibt, verharrt das Leitrad in seiner Mittelstellung, die ihm
durch die Vorspannung der federnden Widerlager aufgedrückt wird. Überschreitet beispielsweise
der Fahrwiderstand einen bestimmten Höchstwert, so steigt mit abnehmender Fahrgeschwindigkeit,
mit kleiner werdendem
das Leitradmoment auf einen Wert, bei dem es die Federspannung des Widerlagern in
einer Richtung überwindet und in dieser positiven Richtung um einen gewissen Betrag
ausschwenkt. Durch diese Schwenkbewegung wird der Steuervorgang für das mechanische
Wechselgetriebe auf mechanischem, hydraulischem oder elektrischem Wege ausgelöst
und so selbsttätig der nächstniedere Gang eingeschaltet. Dieser selbsttätige Schaltvorgang
wied#-rliolt sich bei weiter zuneluncndcm Fahrwiderstand so lange, bis schließlich
der niedrigste Gang eingeschaltet ist (Herunterschalten).
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In ähnlicher Weise erfolgt das Umschalten vom niedrigsten Gang selbsttätig
zu den höheren Gängen (Hinaufschalten). Wenn bei abnehmendem Fahrwiderstand, bei
größer -werdendem n2.
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n das Leitradmoment einen gewissen Mindestwert (positiv oder negativ)
erreicht, schwenkt das Leitrad in der andern (negativen) Richtung aus und löst damit
den Schaltvorgang aus, der den jeweils nächsthöheren Gang einschaltet.
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Selbsttätig mit dem Ausschwenken des Leitrades wird eine zwischen
M"andler und Getriebe angeordnete, etwa in das Getriebegehäuse mit eingebaute mechanische
Trennkupplung gelöst und wieder eingeschaltet, und zwar in der Weise, daß beim Ausschwenken
des Leitrades in der einen oder anderen Richtung die Kupplung gelöst und nach erfolgter
Gangschaltung selbsttätig wieder eingeschaltet wird.
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Da beim Lösen der mechanischen Trennkupplung das Sekundärmoment II._
des Wandlers auf 1u11 zusammensinkt, sinkt auch das Leitradmoment (1IL;"",x auf
1u11 zusammen und wird negativ, so daß das Leitrad das Bestreben hat, über seine
Mittellage hinaus in der negativen Richtung auszuschwenken. Das Zurückschwenken
des Leitrades aus der positiven Richtung in die Mittellage wird deshalb derart abgedämpft,
daß der Schaltvorgang bereits abgeschlossen ist, wenn das Leitrad seine Mittellage
«-leder erreicht hat.
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Besonders einfach gestaltet sich die erfindungsgmäße selbsttätige
Gangschaltung auf hydraulischem Wege. Hierbei wird das Leitrad oder irgendein mit
dem schwenkbaren Leitrad verbundener Teil als Steuerschieber ausgebildet, der den
Durchfluß durch die zum Gangwechselschalter führenden Druckölleitungen steuert.
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Bei einem rein hydraulischen Getriebe ist es an sich bekannt, in Abhängigkeit
vom Leitradmoment eines Drehmomentwandlers vom Wandler auf die hydraulische Kupplung
umzuschalten. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch die Rückschaltung vom
Kupplungsauf den Wandlerbetrieb nicht in einfacher Weise möglich. Außerdem ist diese
Vorrichtung auch nicht zum Schalten eines hydromechanischen Verbundgetriebes geeignet,
bei dem die mechanischen Gänge sowohl in der einen als
auch in der
anderen Richtung geschaltet werden müssen. Bei dem bekannten Vorschlag ist nämlich
das Leitrad zwischen zwei festen Widerlagern pendelnd angeordnet, so daß es sich
bei Wandlerbetrieb stets gegen das eine Widerlager legt, während es sich zur Umschaltung
auf den Kupplungsbetrieb und während des ganzen Kupplungsbetriebes an das andere
Widerlager anlegt. Die bekannte Schalteinrichtung hat also zwei Betriebsstellungen
für das Leitrad, und zwar Anlage an dem einen und Anlage an dem. anderen Widerlager.
Die erfindungsgemäße Ausführung dagegen hat eine normale Betriebsstellung zwischen
den beiden federnden Widerlagern und zwei Schaltstellungen. Mit Rücksicht auf diesen
Stand der Technik wird die Erfindung noch nicht in der bloßen Übertragung des bekannten
Vorschlages auf die Steuerung eines Verbundgetriebes aus einem Strömungswandler
und einem in Reihe damit angeordneten mechanischen Wechselgetriebe gesehen, sondern
in dem Vorschlag, das Schalten des Verbundgetriebes in beiden Richtungen, also das
Schalten zu den höheren Gängen und das Rückschalten zu den niederen Gängen in Abhängigkeit
von dem an dem hierzu nach entgegengesetzten Richtungen begrenzt beweglich gelagerten
Leitrad des ständig in Betrieb befindlichen Wandlers angreifenden Moment vorzunehmen.
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Außerdem ist es auch schon bekannt, bei einem Verbundgetriebe aus
einer Strömungskupplung und einem mechanischen Wechselgetriebe das Wechselgetriebe
in Abhängigkeit vom Schlupf der hydraulischen Kupplung in der Weise zu schalten,
daß mit der Eingangs-undAusgangswelle eine Drehzahlvergleichvorrichtung verbunden
ist, die beim Überschreiten bzw. Unterschreiten eines bestimmten Schlupfes das Einschalten
des nächsthöheren bzw. nächstniederen Getriebeganges bewirkt.
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An Hand der Zeichnung soll nunmehr die Erfindung nochmals erläutert
und ein Ausführungsbeispiel beschrieben werden.
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Abb. x zeigt den Verlauf der Momentenlinien eines hydraulischen Wandlers
über dem Drehzahlverhältnis
Abb. 2 zeigt den Verlauf des Verhältnisses
in den einzelnen Gängen über der Fahrgeschwindigkeit v; Abb.3 zeigt schematisch
ein hydraulischmechanisches Verbundgetriebe und Abb. 4 einen Schnitt nach Linie
A-A der Abb. 3; Abb. 5 zeigt noch eine weitere Ausführungsmöglichkeit der federnden
Widerlager.
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Wie aus Abb. = ersichtlich ist, paßt der Drehmomentwandler das abgegebene
Moment M2 der Fahrgeschwindigkeit an. Je größer der Fahrwiderstand, je kleiner also
die Fahrgeschwindigkeit und dementsprechend das Verhältnis
ist, um so größer ist das vom Wandler abgegebene Moment ,I7,. Das Differenzmoment
M,-M, = ML
hat bei jedem Wert von
eine ganz bestimmte Größe. Der gesamte Fahrbereich ist nun je nach den Anforderungen,
die an das mit dem hydraulisch-mechanischen Verbundgetriebe ausgerüstete Fahrzeug
gestellt werden, in mehrere Gänge unterteilt, beispielsweise in vier Gänge, wie
aus Abb. 2 ersichtlich ist. Bei jedem dieser Gänge arbeitet der Wandler in dem Bereich,
der in der Abb. z durch strichpunktierte Linien abgegrenzt ist. Diese Grenzen ergeben
auch einen ganz bestimmten absoluten Höchst- und Tiefstwert des Leitradmomentes,
bei dem jeweils der Schaltvorgang ausgelöst werden soll, durch den der nächstniedere
oder der nächsthöhere Gang eingeschaltet wird, so daß der Wandler immer im Bereich
des besten Wirkungsgrades arbeitet. Die Abb. 2 zeigt, wie das Drehzahlverhältnis
zwischen einem höchsten und einem tiefsten W'ert schwankt, wobei die Gangschaltung
zum nächsthöheren Gang (Hinaufschalten) bei
und die Gangschaltung zum nächstniederen Gang (Herunterschalten) bei erfolgt.
In der Abb. 3 ist ein hydraulisch-mechanisches Verbundgetriebe gezeigt, das mit
einer Vorrichtung ausgestattet ist, durch die abhängig vom Leitradmoment das Schalten
der Gänge auf hydraulischem Wege vorgenommen wird. Der Motor M treibt das Pumpenrad
P des aus Pumpenrad P, Turbinenrad T und Leitrad L
bestehenden Wandlers
W an. Die Turbinenradwelle ist mit dem Zahnradwechselgetriebe G über eine in der
Abbildung nicht dargestellte, in das Gehäuse des Zahnradwechselgetriebes eingebaute
Kupplung verbunden. Das Leitrad L ist über eine Welle LW abgestützt. Das
äußere Ende der Leitradwelle LW ist als Scheibe S ausgebildet. Die Scheibe
S ist mit einer Nase N versehen, die zwischen zwei federnden Widerlagern F1 und
F2 liegt, so daß sich das Leitrad normalerweise in seiner in Abb. 4 gezeichneten
Mittellage befindet. Überschreitet das Leitradmornent den aus der Abb. z ersichtlichen
Wert (ML) max, so wird die Feder des WiderlagersFizusammengedrückt, und das
Leitrad schwenkt um einen gewissen Betrag nach links (positiv) aus, wenn angenommen
wird, daß (ML)""" in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung wirkt. Durch diese
Bewegung des Leitrades kann beispielsweise ein elektrischer Stromkreis eingeschaltet
werden, der selbsttätig
den nächstniederen Gang einschaltet. Bei
hvdraulischer L bertr, ;un- des vom ausschv:enkenden Leitrad gegebenen Impulses
auf den Getriebeschalter GS wird die in den Abb. 3 und .I schematisch dargestellte
Ausführungsform gewählt. Die mit der Leitradwelle LIl` verbtmdene ScheibS ist mit
einer Bohrung B versehen, durch die das bei Z zugeführte Drucköl hindurchtreten
kann, falls diese Bohrung B mit einer der beiden Bohrungen BI und B., im feststehenden
Gehäuse C in Deckung ist. Wie aus Abb..I ersichtlich ist, liegt die Bohrung E der
Scheibe S zischen den beiden Bohrungen Bi und B., solange sich das Leitrad in seiner
Mittellage befindet. Wenn nun das Leitrad nach links ausschwenkt, wenn also das
Leitradmoment den in der Abb. i eingezeichneten Wert (11L) max überschreitet, dann
kommt die Bohrung B in Deckung mit der Bohrung B1. Das bei I"_ zugeführte Druchöl
kann durch die Leitung L1 zum Getriebeschalter GS gelargeii und löst den Schaltvor`
ang aus oder übernimmt selbst das Schalten auf den nächstniederen Gang, wobei vorher
selbsttätig die Kupplung zwischen M"andler und Getriebe gelöst wird.
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Wenn umgekehrt bei abnehmendem Fahrwiderstand das Leitradmoment den
in Abb, i eingezeichneten negativen Wert (11L) .. j" unterschreitet, dann
schwenkt das Leitrad in der andern (negativen) Richtung aus, so daß die Bohrung
B mit der Bohrung B2 in Deckung kommt; nunmehr kann das Drucköl durch eine
zweite Leitung L2 zum Getriebeschalter GS gelangen und bewirkt das Hinaufschalten
zum nächsthöheren Gang.
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Wie aus diesen Darlegungen bzw. aus den Abbildungen ersichtlich ist,
können die genauen Werte, bei denen die Umschaltung in der einen oder andern Richtung
erfolgen soll, in einfacher Weise durch geeignete Wahl der Federn F1 und F.. festgelegt
werden.
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Falls bei abnehmendem Fahrwiderstand die Umschalturig zu den höheren
Gängen bei einem Leitradmoment erfolgen soll, das lull oder größer als Null, also
positiv ist, wird für die federnden Widerlager, zwischen welchen das Leitrad oder
ein mit dem Leitrad verbundener Anschlag (-Nase 1-) gelagert ist, die aus Abb. g
ersichtliche Ausführungsform gewählt. Die Feder F. ist hierbei eine Druckfeder und
die Feder F, eine Zugfeder, wobei angenommen ist, daß das positive Leitradmoment
in der durch den eingezeichneten Pfeil (1IL) angedeuteten Richtung auf das Leitrad
wirkt.
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Die bish3rig_n Überlegungen gelten durchweg für den Fall, daß der
Antriebsmotor stets mit honstanter Drehzahl, beispielsweise mit seiner Höchstdrehzahl
läuft. Un nun aber die erfindungsgemäße vorn Lcitradmornent abhängige selbsttätige
Schaltung unabhängig von der 31otordrehzalil zu machen, d. h. um die selbsttätige
Schaltung auch bei verminderter Motordrehzal.I zu ermöglichen, werden in weiterer
Ausbildung der Erfindung die federnden `t iderlager, durch die das Leitrad in seiner
Mittellage gehalten wird, derart ausgebildet, daß sie in ihrer Vorspannung al-,hängig
von der Motordrehzahl verändert werden rönnen. Zweckmälige@«-eise «-i=d der die
Motordrehzahl bestimmende Gash-bei mit den federnden WiderIagern derart gekuppelt,
daß die Vorspannungen selbsttätig mit der Betätigung des Gashebels geändert werden.
Da nun einer verminderten -Motordrehzahl ein vermindertes 31otormomerit (1I1) entspricht,
wird auch das vom Wandler abgegebene Moment (1I2) und das Differenzmoment ( lI2
_iIr = lIL) kleiner, d. h., daß die federnden 3j zderlager mit dem Gashebel oder
mit einer von der Motordrehzahl beeinflußten Vorrichtung derart verbunden sein müssen,
daß die Vorspannungen beim Zurücknehmen des Gashebels, also beim Zurückgehen der
Motordrehzahl in demselben Maße verringert werden, in dem das Leitradmcment abnimmt.
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Die Ansprüche 2 bis S sind reine Unteransprüche, deren Inhalt nicht
für sich allein, sondern nur in Verbindung mit dem Inhalt des Anspruchs i geschützt
sein soll.