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Steuereinrichtung für Stufen-Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für Stufen-Wechselgetriebe,
insbesondere für Kraftfahrzeuge, welche durch Zusammenwirken von Schaltgliedern,
die füllungsabhängig betätigt werden, und solchen, die drehzahlenabhängig geschaltet
werden, eine servomotorische Verstellvorrichtung zum Einschalten niedrigerer und
höherer Getriebeübersetzungen steuert. Bei einer bekannten Steuereinrichtung dieser
Art wird vom Gasfußhebel aus durch füllungsabhängige Schaltmittel über eine servomotorische
Verstellvorrichtung mit dem Erreichen oder Überschreiten der größten Füllung ein
niedrigerer Gang und mit dem l:rreiclien oder Unterschreiten der kleinsten Füllung
ein höherer Gang eingeschaltet. Außerdem sind drehzahlabhängige, von einem Fliehkraftregler
betätigte Sicherungsmittel zum Verhindern von für den Betrieb ungeeigneten Schaltungen
vorgesehen. Mit Hilfe der bekannten Einrichtung soll die Schaltung der einzelnen
Gänge in einer den Reflexbewegungen des Fahrers entsprechenden Weise durchführbar
sein, ohne daß der Fahrer hierzu eine besondere Tätigkeit auszuüben braucht.
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Durch die Erfindung wird bezweckt, durch gleichzeitige Abhängigkeit
der jeweiligen Getriebeübersetzung von der Drosselklappenstellung und der Motordrehzahl
dem Fahrzeugmotor je nach der von ihm geforderten Leistung nur solche einander zugeordneten
Drehzahlen und Füllungen vorzuschreiben, bei welchen die gewünschten Leistungen
mit einem möglichst niedrigen Brennstoffverbrauch erreicht werden. Dieser Zweck
ist durch die bekannte Steuereinrichtung nur unvollkommen erreichbar, da die freie
Entschließung des Fahrers bezüglich der Erhöliung
oder Verringerung
des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes nicht ausgeschaltet ist, sondern der
Fahrer innerhalb der zulässigen Drehzahlgrenzen des Motors .die von ihm gewünschten
Betriebszustände des Motors doch einstellen kann. Zwischen dem Zustand der höchsten
Füllung und dem der niedrigsten Füllung kann der Fahrer beliebig jede Drehzahl,
die unter der zulässigen Höchstdrehzahl und über der zulässigen Mindestdrehzahl
liegt, jeder Füllung zuordnen. In dem für den Verkehr wichtigsten Leistungsbereich
ist hierbei der unwirtschaftliche Fahrzustand möglich, der in der gleichzeitigen
Einstellung niedrigerer oder mittlerer Füllungen und höherer Drehzahlen besteht.
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Nach der Erfindung ist der angestrebte Zweck dadurch erreicht, daß
eine erste von der Drehzahl und der Füllung abhängige Schaltvorrichtung, bei welcher
die Schaltdrehzahl abhängig von der Füllung nach einem der gewünschten Arbeitscharakteristik
des Motors entsprechenden Gesetz verändert wird, die Getriebeschaltung im Sinn fallender
Motordrehzahl bewirkt und daß weitere drehzahlunabhängige und vorn Fahrer beeinflußte
Schaltvorrichtungen die Getriebeschaltung im Sinn steigender Motordrehzahl bewiriken,
wobei diese Schaltvorrichtungen durch nur in Abhängigkeit von der Motordrehzahl
oder gleichzeitig in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Füllung beeinflußte
Schaltglieder nur bis zu solchen Drehzahlen schaltbereit gehalten werden, die unterhalb
der von der ersten Schaltvorrichtung bei gleicher Füllung einstellbaren Drehzahlen
liegen. Hierdurch ist eine Steuereinrichtung für Stufen-Wechselgetriebe geschaffen,
die durch selbsttätiges, in bestimmter Weise füllungs- und drehzahlabhängiges Verstellen
des Getriebes im Sinne fallender oder steigender Geschwindigkeit ausschließlich
diejenigen Betriebszustände des Motors zuläßt, bei denen sich durch Abgabe aller
erforderlichen Motorleistungen mit nahezu voller Füllung, mit geringfügiger Abweichung
bei den kleinsten Drehzahlen, die wirtschaftlichste Fahrweise, also der geringste
Brennstoffverbrauch ergibt. Nur für einen einzigen Fall ist dem Fahrer eine willkürlich
zu betätigende Fuß- oder Handschaltung, und zwar zur Getriebeverstellung im Sinne
steigender Geschwindigkeit, freigegeben, nämlich wenn die sich selbsttätig einstellende
Leistung nicht genügt, um unter gegebenen Fahrwiderständen eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit
einzuhalten. Der unwirtschaftliche Zustand mittlerer und niedriger Füllung bei gleichzeitig
hohen Drehzahlen ist somit nicht möglich, denn jeder Füllung wird eine bestimmte
entsprechende Höchstdrehzahl zugeordnet, deren Überschreiten unwirtschaftlich ist
und eine Drehzahlherabsetzung auslöst. Drehzahlerhöhungen sind anderseits dem Fahrer
ebenfalls nur möglich, wenn die sich nach der Gangschaltung einstellende Drehzahl
bei der augenblicklichen Füllung einen wirtschaftlichen Fahrzustand ergibt.
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Eine unangenehme Erscheinung bei allen Reglern, bei welchen die Getriebeschaltung
in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung und der Motordrehzahl erfolgt, ist
es, daß automatisch hei plötzlichem Schließen der Drosselklappe auch die zulässige
Motordrehzahl stark herabgesetzt wird und daß daher automatisch die Gänge tnit niedrigeren
Übersetzungen, bei welchen niedrigere Motordrehzahlen auftreten, eingeschaltet «-erden.
Zu dieseln Zweck ist noch eine Vorrichtung beim Erfindungsgegenstand vorgesehen,
welche bewirkt, daß beim Schließen der Drosselklappe die Herabsetzung der zulässigen
Motordrehzahl mit einer gewissen Verzögerung erfolgt. Wird also nur kurzzeitig die
Füllung verringert, so tritt noch keine Einschaltung der niedrigeren Übersetzung
ein.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht.
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Fig. i zeigt eine .besonders einfache Ausführung in schematischer
Darstellung.
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Der Fußhebel i verstellt über ein Gestänge 2 und einen Hebel 3 die
Welle 4. Auf der Welle 4 sitzt ein Hebel 5 mit zwei auf dem gleichen Radius uln
einen bestimmten Winkel gegeneinander versetzten Anschlägen 6 und 7. Zwischen den
beiden Anschlägen 6 und 7 ist ein Hebel 8 beweglich, der durch eine Druckfeder 9,
die sich gegen den Anschlag 6 abstützt, gegen den Anschlag 7 gedrückt wird. Der
Hebel 8 sitzt auf einer Welle io, auf der die Drosselklappe i i befestigt und die
gegenüber der Welle 4 frei drehbar ist. Bei voller Öffnung der Drosselklappe legt
sich der Hebel 8 gegen den Anschlag 12. Die Welle 4 kann aber noch weiter verdreht
werden; es wird dann nur die Druckfeder 9 zusammengedrückt.
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Auf der Welle 4 sitzt ferner eine Kurvenscheibe 13 mit einem Kontakt
14, der mit einem Kontaktstück 15 in Berührung kommt, sobald die Drosselklappe i
i voll geöffnet ist und die Welle .4 über die Vollgasstellung der Drosselklappe
hinaus verdreht wird. Die Kurvenscheibe 13 verstellt über einen Fühlarm 16 ein Gleitstück
17, das auf einer Stange 18 geführt ist. Der Fühlarm 16 wird durch eine am Führungsstück
17 angreifende Feder i9 dauernd auf das Kurvenstück 13 gezogen.
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Am Führungsstück 17 ist ein Kontakt 2o angeordnet. Mit dem Kontakt
2o arbeitet ein Kontakt 21 zusammen, der von einer drehzahlabhängigen Einrichtung
(Fliehpendel) 22 in von der Motordrehzahl abhängige Stellungen gebracht wird. \-Iit
dem Kontakt 21 arbeitet ferner ein Kontakt 23 zusammen. Die motordrehzahlabhängige
Vorrichtung 22 verstellt außerdem einen Schleifkontakt 24, der mit einer Schleifbahn
25 bis zum Erreichen einer bestimmten Drehzahl in Verbindung steht. Bei Berührung
.der Kontakte 21 und 23 wird der Stromkreis von einer Batterie 26 über den Kontakt
21, die Kontakte 23 und eine Spule 27 geschlossen. Bei Berührung der Kontakte 21
und 2o wird ein von der gleichen Batterie ausgehender Stromkreis über die Spule
28 geschlossen. Durch die Spulen 27 und 28 wird jeweils eine Einrichtung bekannter
Art eingeschaltet, mit welcher, solange der Strom durch die Spule 27 bzw. 28 fließt,
eine Drehzahlsteigerung durch Einschalten einer höheren Getriebeüber-
Setzung
bzw. eine Drehzahlminderung durch Einschaltung einer niedrigeren Getriebeübersetzung
bewirkt wird. Zweckmäßig ist diese die Getriebeschaltung bewirkende servomotorische
Einrichtung so ausgebildet, daß, solange 'der Stromkreis für die jeweilige Spule
geschlossen ist, kontinuierlich die Getriebeübersetzung so lange durch Einschalten
höherer bzw. niedrigerer Übersetzungen erhöht bzw. so lange erniedrigt wird, bis
der Stromschluß zwischen dem Kontakt 21 und dem Kontakt 20 bzw. dem Kontakt 21 und
dem Kontakt 23 unterbrochen wird. Außerdem wird von der Batterie 26 aus über den
Schleifkontakt 24, die Schleifbahn 25, die Leitung 29, die Kontakte 14 und 15 und
die Leitung 3o der Stromkreis für die Spule 27 so lange geschlossen, wie durch Überschreiten
der vollen Füllung der Stromschluß zwischen den Kontakten 14 und 15 hergestellt
ist und der Schleifkontakt 24 die Kontaktbahn 25 noch nicht verlassen hat. Die Schleifbahn
25 ist hierbei so ausgebildet und angeordnet, daß,der Kontakt 24 die Schleifbahn
25 verläßt, wenn die Motordrehzahl den Wert
überschritten hat.
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Am Führungsstück 17 befindet sich außerdem eine Zahnstange 3i, die
Tiber ein Zahnrad 32 das auf der gleichen Welle 33 sitzende Mitnehmerstück 34 verdreht.
Dieses Mitnehmerstück 34 nimmt über das aus der Kugel 35 und der Feder 36 bestehende
Kugelgesperre den außen verzahnten Ring 37 bei Drehung entgegengesetzt dem Uhrzei.gersinn
mit, bei Drehung im Uhrzeigersinn hingegen nicht. Der Ring 37 treibt ein kleines
Zahnrad 38 an, auf dessen Welle 39 eine Schwungmasse 4o sitzt, die auch noch mit
einer Luftwirbelbremse versehen sein kann. Bei Aufwärtsbewegung des Gleitstückes
17, die bei Erhöhung der Füllung eintritt, wird daher der Ring 37 nicht mitgenommen.
Wird nun plötzlich die Füllung erniedrigt, so zieht,die Feder i9 das Gleitstück
17 entsprechend der Freigabe durch das Kurvenstück 13 nach unten. Bei dieser Bewegungsrichtung
muß der Ring 37 vom Gleitstück 17 Tiber Zahnrad 32, Kugelgesperre 34, 35, 36 und
damit über das Zahnrad 38 auch die Schwungmasse 4o in Drehung versetzt werden. Diese
Bewegung kann nur ganz langsam einsetzen. Bei plötzlicher Verminderung der Füllung
durch Zurücknahme des Fußhebels i wird daher das Kontaktstuck 20 am Gleitstück 17
nur mit großer Verzögerung folgen.
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Durch das Kurvenstück 13 wird das Gleitstück 17 so verschoben, daß
bei einer bestimmten Füllung bzw. Drosselklappenstellung der Stromschluß zwischen
den Kontakten 20 und 21 jeweils bei der für diese Füllung zulässigen Höchstdrehzahl
des Motors erreicht wird. Der dann eintretende Stromschluß bewirkt über die Spule
28 eine Herabsetzung der Motordrehzahl durch entsprechende Schaltung des Getriebes.
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Das Kontaktstück 23 ist so angeordnet, daß jeweils bei Erreichen der
niedrigsten zulässigen Motordrehzahl über die Spule 27 eine Drehzahlsteigerung in
die Wege geleitet wird.
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Bei der in Fig. i dargestellten Ausführung ist zur Vereinfachung der
Verhältnisse angenommen, daß diese niedrigste Drehzahl füllungsunabhängig ist. Bei
einigen Motoren wird es sich unter Umständen empfehlen, die bei voller Füllung zulässigen
Mindestdrehzahlen etwas zu erhöhen. Dies kann in einfacher Weise baulich dadurch
erreicht werden, daß vor das Kurvenstück 13 auf die Welle 4 ein zweites Kurvenstück
gesetzt wird, mit welchem ein ebenfalls auf der Führung 18 befestigtes Gleitstück
verstellt wird; auf diesem Gleitstück ist dann der Kontakt 23 angeordnet, wie dies
in ähnlicher Weise bei der noch zu beschreibenden Ausführung nach Fig. 2 der Fall
ist.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung sei zum besseren Verständnis noch
für einige Fahrvorgänge näher erläutert.
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Beim Anfahren wird von Hand an der nicht näher dargestellten Schalteinrichtung
des Getriebes der erste Gang eingeschaltet und die Kupplung in der üblichen Weise
eingerückt. Von nun an wird die Geschwindigkeitsregelung nur noch durch die Bedienung
des Fußhebels i und die gegebenenfalls erforderlich werdende Betätigung einer Bremse
vorgenommen. Mit dem Fußhebel i wird eine gewisse Füllung des Motors eingestellt,
wodurch gleichzeitig für den Motor eine gewisse zulässige Höchstdrehzahl festgelegt
wird. Das Fahrzeug beschleunigt im ersten Gang bis zu dieser Höchstdrehzahl, worauf
beim Berühren der Kontakte 20 und 21 die selbsttätige Getriebeschaltung, d. h. die
Einschaltung einer niedrigeren Übersetzung erfolgt und sich durch das Absiniken
der Motordrehzahl der Kontakt 21 wieder von dem Kontakt 20 löst. Das Fahrzeug beschleunigt
weiter, wodurch wiederum der Stromschluß zwischen den Kontakten 20 und 21 hergestellt
wird, usf.
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Wurde die Fahrt in einer Steigung begonnen, so wird etwa bei einem
Sechsganggetriebe z. B. im vierten Gang der Motor bei der gewählten Füllung nicht
mehr in der Lage sein, die der Füllung zugeordnete Höchstdrehzahl zu erreichen,
und es tritt ein stationärer Fahrzustand mit konstant bleibender Geschwindigkeit
ein. Verringert sich die Steigung, so beginnt bei gleichbleibender Füllung die Motordrehzahl
zu steigen, der Stromschluß zwischen den Kontakten 20 und 21 wird wiederhergestellt,
und es tritt eine weitere Herabsetzung der Getriebeübersetzung ein, bis die höchste
Getriebeübersetzung, z. B. der sechste Gang, eingeschaltet ist.
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Kommt das Fahrzeug bei der jetzt gegenüber dem ersten Fahrzustand
erhöhten Fahrgeschwindigkeit in eine Steigung, so beginnt die Fahrgeschwindigkeit
und damit die Motordrehzahl abzufallen. Wünscht der Fahrer die Fahrgeschwindigkeit
beizubehalten, so wird er mit dem Fußhebel i die Drosselklappe i i öffnen.. Ist
es ihm nicht möglich, auch bei vollgeöffneter Drosselklappe die Geschwindigkeit
beizubehalten, so wird er den Fußhebel i über die volle Drosselöffnungsstellung
hinaus bewegen und damit den Stromschluß für die Spule 27
über die
Kontakte 14 und 15 herbeiführen, falls die Motordrehzahl den für die Getriebeaufwärtsschaltung
zulässigen Höchstdrehzahlwert von
noch nicht überschritten hat und daher auch der Schleifkontakt 24, 25 geschlossen
ist.
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Sofort nach Eintritt der ersten Schaltung, bei welcher die Motordrehzahl
um den Getriebesprung erhöht wurde spürt der Fahrer an der Beschleunigung des Fahrzeuges,
ob mit dieser Getriebeübersetzung die gewünschte Geschwindigkeit oder Beschleunigung
erzielt werden kann oder nicht. Reicht sie aus oder ist sie zu groß, so wird er
den Fuß etwas zurücknehmen, während er im umgekehrten Fall den Fuß noch in derselben
Stellung läßt, um die Motordrehzahl durch Schaltung einer weiteren Getriebestufe
-weiter zu erhöhen.
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Will der Fahrer dagegen mit geringer Geschwindigkeit in einer geringen
Steigung fahren, so wird er, falls er hohe Motordrehzahlen hat, die Füllung verringern
müssen, wobei automatisch durch Schließen der Kontakte 2o und 21 die Getriebeübersetzung
erniedrigt und eine niedrigere Motordrehzahl eingeschaltet wird. Der Fahrer wird
dann gezwungen, bei niedriger Motordrehzahl mit voller Füllung zu fahren.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Fußhebel 41 an einen Hebel
42 angelenkt und verstellt in üblicher Weise ein Gestänge 43. Der Hebel 42 ist in
einem Lagerbock 44 gelagert und wird durch eine Feder 45 gegen einen Anschlag 46
gezogen. Der Fahrer kann durch Druck mit dem Absatz auf das untere Ende des Pedals
41 den Hebel 42 nach vorn verstellen und damit Kontakte 47 und 48 schließen, ohne
das Gestänge 43 hierbei zu verschieben.
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Das Gestänge 43 verstellt über einen Hebel 49 und die Welle 5o gleichzeitig
die Drosselklappe 51 und drei Kurvenscheiben 52, 53 und 54. Die Kurvenscheiben verstellen
über mit ihnen zusammenarbeitenden Armen 55, 56, 57 Gleitstücke 58, 59, 6o. An den
Gleitstücken sind Kontakte 61, 62 und 63 befestigt. Das Gleitstück 58 ist auf einer
Führung 64 und die Gleitstücke 59 und 6o sind auf einer Führung 65 verschiebbar.
Mit den Kontakten 61, 62, 63 arbeitet eine Kontaktscheibe 66 zusammen, die von der
Drehzahlmeßvorrichtung 67 verstellt wird. Bei Kontaktschluß zwischen' der Kontaktscheibe
66 und dem Kontakt 62 wird der von der Batterie 68 kommende Strom der Spule 69 zugeleitet.
Hierdurch wird, wie bei der Ausführungsform nach Fig. i, eine nicht dargestellte
servomotorische Einrichtung in Tätigkeit gesetzt, die höhere Getriebeübersetzungen
zum Zweck der Drehzahlsteigerung des Motors einschaltet. Bei Kontaktschluß zwischen
der Scheibe 66 und dem Kontakt 63 wird der Strom einer Spule 70 zugeleitet,
wodurch eine nicht dargestellte servoniotorische Einrichtung betätigt wird, die
niedrigere Getriebeübersetzungen zumZweckderHerabsetzung der :Motordrehzahl einschaltet.
Bei Berührung der Scheibe 66 mit dem Kontaktstück 61 tritt normalerweise keine Beeinflussung
der Getriebeübersetzung ein. Wünscht jedoch der Fahrer die Getriebeübersetzung zu
erhöhen, so kann er durch Druck auf den unteren Teil des Pedals 41 die Kontakte
47 und 48 schließen, und wenn gleichzeitig die Scheibe 66 mit dem Kontakt 61 in
Berührung steht, wird der Stromkreis für die Spule69 geschlossen, wodurch in der
oben erläuterten Weise eine Drehzahlsteigerung eintritt.
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An Stelle der mit dein Fuß zu betätigenden Kontakte 47 und 48 kann
auch ein beispielsweise von Hand zu betätigender Kontakt 71 treten. Durch die Feder
72 wird das Fußpedal 4i immer in die Leerlaufstellung gezogen.
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,Die Verschiebung des Kontaktes 63 wird nun mit der Kurvenscheibe
54 so vorgenommen, daß der Kontaktschluß zwischen der Scheibe 66 und dein Kontakt
63 jeweils bei den der Dro,sselklappenstellung zugeordneten Höclistdrelizahlen eintritt
und damit eine Herabsetzung der Motordrehzahl bewirkt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wurde angenommen, daß die zulässige
Mindestdrehzahl des Motors, bei welcher zwecl:ni;ißig eine Heraufsetzung der Motordrehzahl
erfolgt, ebenfalls von der Füllung abhängig ist und mit zunehmender Füllung geringfügig
ansteigt. Diese geringfügige Anhebung der Mindestdrehzahl wird durch die entsprechende
Form der Kurvenscheibe 53 erreicht.
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Der Kontakt 61 wird über die Kurvenscheibe 52 zweckmäßig so verstellt,
daß eine Erhöhung der Motordrehzahl durch Schließen der Kontakte 47 und 48 bzw.
71 die Drehzahl niemals so weit erhöhen kann, daß der Kontakt 66 dann mit dem Kontakt
63 in Berührung kommt. Es ist dann unmöglich, daß bei einer bestimmten Drosselklappenstellung
durch Betätigung der Kontakte 47 und 48 bzw. 71 eine Drehzahl erreicht wird, die
unwirtschaftlich oder unzulässig ist und die daher durch sofortigen Kontakt zwischen
der Scheibe 66 und dem Kontakt 63 automatisch wieder erniedrigt werden würde.
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Die Wirkungsweise dieser Einrichtung unter verschiedenen Fahrbedingungen
ist ganz ähnlich wie die der Vorrichtung nach Fig. i wobei nur der Unterschied bestellt,
daß eine Drehzahlerhöhung vom Fahrer auch schon unterhalb dervollen Drosselklappenöffnung
vorgenommen werden kann.
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Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht
auf eine elektrische Ausbildung der den Regelvorgang bewirkenden Regel- und Steuerelemente
beschränkt ist. So wäre es beispielsweise ohne weiteres cndglich, statt der Kontakte
21 und 24 (Fig. 1) Strahlrohre einer pneumatischen oder hydraulischen lZegeleinrichtung
vorzusehen. An die Stelle der Kontakte 23 und 20 würden dann beispielsweise Stralilatiflialinieöfinungen
treten, und an die Stelle der elektrischen Leitungen wurden entsprechende Rolirfeitungen
für den Gas- oder Flüssigkeitsabfluß treten. In gleicher `V eise kann auch der Schieberkontakt
24durclieinStrahlrohrund die Gleitschiene 25 Cltll'cli eine \tlfiialinieöffnung
ersetzt
werden, die mit dem Strahlrohr 24 bis zum Erreichen einer Drehzahl, die gleich der
ist, in Verbindung steht. Die Verstellung des Getriebes würde dann nicht durch eine
elektrische, sondern durch eine der in verschiedenen Ausführungen bekannten pneumatischen
oder hydraulischen Verstelleinrichtungen erfolgen.