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Verfahren und Vorrichtung zur selbsttätigen Synchronisierung eines
von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebes mit dem von ihm trennbaren
Abtriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur selbsttätigen Synchronisierung eines von einer Brennkraftmaschine
angetriebenen Antriebes mit dem von ihm trennbaren Abtriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge,und
besteht im wesentlichen darin, daß in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz zwischen
Antrieb und Abtrieb so lange selbsttätig auf das Regelorgan der Antriebsmaschine
eingeb' irkt wird, bis die Drehzahl des Antriebes der Drehzahl des Abtriebes ganz
oder im wesentlichen angepaßt ist. In Anwendung auf Wechselgetriebe können beispielsweise
durch entsprechende Beeinflussung der Antriebsmaschine die miteinander in Tingriff
zu bringenden Getriebeglieder synchronisiert werden. Die Synchronisierung kann ferner
an der Hauptkupplung erfolgen, welche in der Regel zwischen Brennkraftmaschine und
Wechselgetriebe angeordnet ist, derart, daß durch die Beeinflussung der Antriebsmaschine
Antriebs- und Abtriebshälfte der Hauptkupplung auf gleiche Drehzahl gebracht und
gehalten werden.
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Durch die Erfindung wird eine selbsttätige Synchronisierung der miteinander
in Eingriff zu bringenden Antriebsglieder erreicht, ohne daß der Fahrer der Bedienung
der Kupplung oder des Motors eine besondere Aufmerksamkeit z. B. beim Gangwechsel
zu schenken hat. Ein stoßloses Schalten des Getriebes bzw. der Kupplung ist hierdurch,
unabhängig
z. B. von der verständnisvollen Betätigung des Kupplungs-
bzw. des Gaspedals durch den Fahrer, gewährleistet.
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Das selbsttätige Aus- und Einrücken der Hauptkupplung bzw. die selbsttätige
Regelung des Regelorgans der Brennkraftmaschine erfolgt in Anwendung auf Wechselgetriebe
zweckmäßig in Abhängigkeit von der Stellung des Schaltgliedes derart, daß während
des Überschattens von -dem einen in einen anderen Gang die Beeinflussung von Kupplung
und Motorregelung beim Ausrücken des bisherigen Ganges ausgelöst wird, jedoch wieder
unterbrochen wird, bevor bzw. sobald das Schaltglied in die neue Gangstellung gelangt
ist. Die Unterbrechung kann gegebenenfalls durch eine zusätzliche, z. B. elektromagnetisch
betätigte Einrichtung beschleunigt und unter Umständen zwangsläufig erfolgen. Zweckmäßig
ist die Anordnung ferner derart getroffen, daß unabhängig bzw. zusätzlich zur selbsttätigen
Beeinflussung der Maschine auch der Fahrer weiterhin willkürlich das Regelorgan
der Maschine beeinflussen kamt.
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Eine besonders einfache und zweckmäßige Beeinflussung des Regelorgans
der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz der miteinander
in Eingriff zu bringenden Antriebsglieder, z. B. des Getriebes oder der Hauptkupplung,
wird durch Verwendung einer Hilfskraft, insbesondere auf hydraulischem Wege, erzielt.
Besonders geeignet sind hierfüx hydrostatische Kupplungen, deren die Pumpwirkung
erzeugenden Teile, Gehäuse einerseits und Kolben od. dgl. andererseits, eine um
so höhere Förderleistung ergeben, je höher die Drehzahldifferenz der genannten Teile
ist. Zur Beeinflussung der Maschinenregelung können hierbei zwei Pumpen vorgesehen
sein, von denen die eine als Primärpumpe auf der Antriebsseite des Antriebes angeordnet
ist, wobei deren Förderleistung von der absoluten Antriebsdrehzahl abhängig ist,
und von denen die andere Pumpe als Sekundärpumpe auf der Abtriebsseite des Antriebes
sich befindet, wobei deren Förderleistung sich mit der absoluten Abtriebsdrehzahl
ändert. Durch entsprechendes Gegenei@nanderwirken beider Einflüsse, z. B. durch
doppelseitige Beaufschlagung eines Kolbens, kann eine entsprechende Regelung der
Antriebsmaschine erreicht werden. Des weiteren ist es auch möglich, zwischen Antrieb
und Abtrieb eine einzige hydrostatische Kupplung vorzusehen, deren Drehsinn und
deren, Förderleistung sich unmittelbar mit der Drehzahldifferenz von Antrieb und
Abtrieb ändert und deren Förderdruck in geeigneter Weise zur Regelung der Antriebsmäschine
herangezogen wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
zweier in Abb. t und 2 je schematisch dargestellter beispielsweiser Schaltanordnungen
zu entnehmen.
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In ,der Anordnung nach Abb. 1 ist a der von der Brennkraftmaschine
angetriebene Antrieb, b der Abtrieb, welcher z. B. über ein Wechselgetriebe die
Antriebsräder eines Kraftfahrzeuges antreibt. Antrieb und Abtrieb sind durch eine
Kupplung c mit den Kupplungshälften cl und c2 miteinander gekuppelt, welche in beliebiger
Weise, gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Schaltung des Wechselgetriebes oder
auch willkürlich, aus- bzw. eingerückt wird. Im Antriebe und Abtriebe befindet sich
je ein Drehzahlgeber d und e, z. B. Zahnradpumpen, deren Gehäuse fest mit dem Maschinengehäuse
verbunden sind und deren Zahnräder mit der Antriebswelle a bzw. der Abtriebswelle
b umlaufen. Von den Zahnradpumpen d und e führen Leitungen
f und g zu einem Zylinder h, welcher durch das Gestänge
i mit dem vom Fahrer betätigten Gaspedal j verbunden ist und zusammen mit
diesem verstellt wird. Im Zylinder h gleitet ein Kolben k, der über
ein Gestänge Z mit dem Hebel m der Drosselklappe n. verbunden ist. Zwei Federn
o und p können den Kolben k in einer mittleren Gleichgewichtslage halten. Eine Umlaufleitung
q verbindet die beiden Seiten hl und h2 des Zylinders h miteinander, wobei die Umlaufleitung
q durch einen Steuerschieber r
abgesperrt oder gedrosselt wird, wenn
der letztere durch die Feder s nach aufwärts gedrückt ist bzw. freigegeben wird,
wenn der Schieber r unter der Wirkung eines Elektromagneten t seine untere Stellung
einnimmt. Der Elektromagnet t ist hierbei in einen Stromkreis u eingeschaltet, der
in geeigneter Weise durch einen Schalter v geschlossen wird, sobald die Kupplungshälften
cl bzw. c2 der Kupplung c sich beim Einkuppeln wieder berühren, der jedoch geöffnet
ist, wenn die Kupplungshälften voneinander getrennt sind. Der Schalter v kann beispielsweise
hydraulisch oder auch mechanisch betätigt werden. Die von der Primärpumpe d bzw.
von der Sekundärpumpe e überschüssig geförderte Flüssigkeit kann jeweils über eine
(in der Zeichnung nicht dargestellte) geeignet eingestellte Drosselbohrung zur Saugseite
der Pumpe zurückfließen, wobei z. B. die Größe der Drosselbohrung im Verein mit
der Drehzahl der Pumpe jeweils den Druck bestimmt, der sich in den Zylinderräumen
hl und h2 entwickelt. An Stelle oder gegebenenfalls auch zusätzlich zuder gesteuerten
Anleitung q kann auch eine einfache, z. B. im Kolben angeordnete, ungesteuerte Drosselvenbindung
w zwischen den Zylinderräumen hl undh, vorgesehen sein, welche einen Druckausgleich
der Räume zuläßt, sobald die Förderung der als Geberelemente dienenden Pumpen aufhört.
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Des weiteren kann auch an Stelle von gesonderten Pumpen
d und e eine einzige Pumpe (Differenzpumpe) verwendet werden, welche
unmittelbar in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz der Wellen a und b
bzw. der Kupplungshälften cl, c2 arbeitet, indem z. B. das Gehäuse der Zahnradpumpe
mit dem Antriebe und das eine Zahnrad der Zahnradpumpe mit dem Abtriebe umläuft.
Die Saugleitung der Pumpe führt in diesem Fall beispielsweise zum Zylinderraum hl,
die Druckseite der Pumpe zum Zylinderraum h2, wobei der Kreislauf der Flüssigkeit
wieder über die Umlaufleitung q bzw. eine entsprechende Drosselbohrung kurzgeschlossen
werden kann.
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Die Wirkungsweise der in Abb. r dargestellten Einrichtung ist folgende:
Wird z. B. während der
Gangschaltung die in der Zeichnung eingeschaltet
dargestellte Kupplung c ausgerückt, so wird damit auch der Schalter v geöffnet und
der Schieber r
vorn Elektromagneten t freigegeben, so daß er unter der Wirkung
der Feder s in seine obereEndstellung verstellt wird. Die Umleitung q wird gedrosselt
oder abgesperrt. Infolgedessen wird sich im Raum lil ein der Drehzahl der Primärpumpe
d entsprechender Druck und im Raum h2 ein der Drehzahl der Sekundärpumpe e entsprechender
Druck einstellen. Je nachdem, welcher der beiden Drücke überwiegt, wird sich der
Kolben k nach rechts oder links verstellen und dadurch unabhängig von der Stellung
des Gashebels j die Drosselklappe n betätigen. Läuft z. 13. der Antrieb a mit geringerer
Drehzahl um als der Abtrieb b, so wird sich der Kolben infolge des höheren Druckes
im Raum h2 nach links bewegen und die Drosselklappe n öffnen. Der Motor wird infolgedessen
auf höhere Leistung eingeregelt und die Antriebswelle a beschleunigt, bis die Wellen
a und b bzw. die Kuppplungshälften cl undc2 auf gleiche Drehzahl gebracht
sind. Ist dieses der Fall, so geht der Kolben k in seine mittlere neutrale Stellung
zurück.
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Hat die Antriebswelle a eine höhere Drehzahl als die Abtriebswelle
b, so wird der Kolben k nach rechts bewegt und die Drosselklappe n geschlossen.
Die Antriebswelle a wird dadurch verzögert, bis wieder Gleichlauf erreicht ist.
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Die Differenz der Drehzahlen nach erfolgtem Trennen der Kupplung zwischen
Antrieb und Abtrieb entsteht z. B. durch Drosseln des Motors oder Synchronisierung
der Kupplungslamelle an den nächsten Gang. Der Motor folgt in seiner Drehzahl der
Drehzahl des Alltriebes, z. B. der Kupplungslamelle, gleichgültig welche Drosselklappenöffnung
vorn Fahrer eingestellt ist, so daß beim Wiedereinkuppeln keine Differenzdrehzahl
zwischen Antrieb und Abtrieb vorhanden ist. Der Kuppelvorgang ist völlig ohne Stoß,
und die Beläge werden geschont. Mit dem Wiedereinkuppeln wird auch die Kurzschlußleitungggeöffnet
und damitderKolbenk von den Federn o, p in die Mittelstellung zurückgedrückt, d.
h. nur noch der Fußhebel bestimmt die Öffnung der Drosselklappe.
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Wird der Gashebel j niedergetreten, so bewegen sich Zylinder li und
Kolben k insbesondere bei offener Leitung q als gemeinsames Aggregat nach
der einen oder anderen Seite, ohne daß sich Zylinder und Kolben relativ zueinander
verstellen.
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In dem Schaltschema nach Abb. 2 ist mit i der Schalthebel des Wechselgetriebes
bezeichnet, welcher aus einer Endstellung I für den einen Gang in eine andere Endstellung
1I für einen anderen Gang übergeschaltet werden kann; zur Bedienung weiterer Gänge
kann er z. B. in üblicher Weise in einer zur Zeichenebene senkrechten Richtung verstellt
werden. Der bei 2 gelagerte Hebel ist mit einem Zahnradsegment 3 fest verbunden,
das seinerseits mit einem Zahnrad 4 im Eingriff steht. Das Zahnrad 4 trägt eine
Kurbel 5, welche über eine Pleuelstange 6 einen Steuerschieber 7 verstellt. Letzterer
ist in einem Steuerzylinder 8gelagert und miteiner Steuernut 9 versehen, die in
der dargestellten Lage einerseits über die Leitungen io und i i mit den Zylinderräumen
12 und 13 und andererseits mit einer Rückleitung 14 verbunden ist. In den Steuerzylinder
8 mündet ferner eine Flüssigkeitsdruckleitung 15 ein, welche von einer Pumpe 16
beliefert wird.
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Letztere saugt die Steuerflüssigkeit aus einem Behälter 17 an und
fördert sie in der dargestellten Lage- Tiber ein .Rückschlagventil 18 in die Rückleitung
14, -,vährend der Zutritt aus der Druckleitung 15 zum Steuerzylinder 8 in der gezeichneten
Lage durch den Steuerschieber 7 gesperrt ist.
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In Zylinder 12 ist ein unter dem Druck einer Feder i9 stehender Kolben
2o gelagert, welcher durch ein Gestänge 21 an einen Ausgleichhebel 22 angeschlossen
ist, an dessen anderen Arm das Gaspedal j mit dem Gestänge i angelenkt ist, während
als dritter Drehpunkt des Hebels das Anschlußgelenk für die Stange l der
durch den Hebel m verstellten Drosselklappe ya der Antriebsmaschine dient.
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Im Zylinder 13 ist ferner ein durch die Feder 23 belasteter Kolben
24 gelagert, der über die Hebel 25, 26 od. dgl. die Kupplung( der Maschine bedient,
welche in der Regel auch willkürlich vom Fahrer ausgerückt werden kann.
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Zur Beeinflussung der Drosselklappe n in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz
zwischen Antrieb und Abtrieb der Kupplung c dient eine hydrostatische Kupplung 27,
welche in diesem Fall z. B. als innenverzahnte Zahnradpumpe ausgebildet ist, z.
B. derart, daß das innere Zahnrad 28 mit (lern Alltrieb zusammen mit der Abtriebswelle
umläuft, während das Gehäuse mit der Gehäusesichel 29 mit der Antriebswelle verbunden
ist. Die Pumpe 27 saugt die Regelflüssigkeit aus einem Behälter 3o an und drückt
sie über ein Druckventil 31 und eine Druckleitung 32 in einen Zylinder 33, in dem
sich ein federbelasteter Kolben 34 bewegt. Letzterer wirkt seinerseits über ein
Gestänge auf einen Nocken 36 ein, der die Drosselklappe n zusätzlich verstellen
kann. Über ein überdruckventil 37 und eine Rückleitung 38 kann die überschüssige
Flüssigkeit gegebenenfalls in den Behälter 30 zurückfließen. Das Ventil 37
ist ferner mit dem Anker 39 eines Elektroinagneten 40 verbunden, der über eine Leitung
41 Strom erhalten kann. Die Leitung 41 ist hierbei z. B. über den Drehpunkt 2 des
Schalthebels i mit einem Kontakt 42 am Schalthebel i verbunden, der seinerseits
in der Stellung I mit einem festen Kontakt 43 oder in der Schaltstellung 1I mit
einem Kontakt 44 in Berührung gebracht wird. Die Kontakte 43 und 44 sind an eine
Stromquelle 45 angeschlossen. Ein Schalter 46 kann gegebenenfalls die Leitung 41
unmittelbar mit der_Stromquelle 45 unter Umgehung des Schalthebels i verbinden.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Abb. 2 ist folgende: In der
gezeichneten Stellung des Schalthebels 1 (I) ist einer der Gänge des Wechselgetriebes,
z. B. der i. Gang, eingerückt. Die Hauptkupplung c zwischen Maschine und Weciiselgetr,iel>e
ist ebenfalls eingerückt, so daß die Kupplungshälften bzw. Antrieb und Abtrieb der
Hauptkupplung keine Relativdrehzahlen zueinander aufweisen.
Die
Pumpe 27 fördert infolgedessen nicht, und der Kolben 34 befindet sich in seiner
rechten, die Drosselklappe n nicht beeinflussenden Endstellung. Der Elektromagnet
40 steht unter Strom, und das Ventil 37 ist geöffnet. Durch Betätigen des
Gaspedals j kann der Fahrer beliebig die Drosselklappe n
verstellen,
wobei sich der Hebel 22 um das Anschlußgelenk am Gestänge 21 verschwenkt.
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Soll aus der SchaltstellungI indiaSchaltstellungII umgeschaltet werden,
so wird der Hebel i in Pfeilrichtung verschwenkt, was zur Folge hat, daß die Kurbel
5 in entgegengesetzter Drehrichtung eine halbe ]Umdrehung ausführt. Der Steuerschieber
7 erfährt hierbei eine einmalige Hinundherbewegung nach rechts. Sobald der Schalthebel
i die Schaltstellung 1 bzw. die Kurbel 5 ihre untere Endstellung verlassen hat,
wird die Leitung 14 von der Steuernut 9 des Steuerschiebers 7 abgesperrt, während
gleichzeitig die Druckleitung 15 mit der Steuernut 9 in Verbindung gebracht wird.
Die Druckflüssigkeit kann nunmehr in die Zylinder 12 und 13 gelangen und die Kolben
2o bzw. 24 verstellen. Die Verstellung des Kolbens 2o hat zur Folge, daß die Drosselklappe
n geschlossen wird, während durch den Kolben 24 die Hauptkupplung c ausgerückt wird.
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Gleichzeitig mit der Verschwenkung des Schalthebels i sind die Kontakte
42, 43 außer Berührung gebracht und damit der Elektromaget 40 stromlos geworden.
Das Ventil 37 hat sich unter Federwirkung geschlossen, wobei jedoch zweckmäßig
ein kleiner Drosselspalt geöffnet bleibt. Infolge der Drosselung der Antriebsmaschine
ist die Drehzahl des Antriebes mit der Kupplungshälfte cl abgesunken, so daß die
Pumpe 27 in Wirkung getreten ist. Die Höhe des Druckes im Raum 33 ändert sich hierbei
entsprechend der Drehzahldifferenz zwischen den Kupplungshälften clund c2 und dementsprechend
auch die Stellung des Kolbens 34 bzw. die Einwirkung desselben auf die Drosselklappe
n mittels des Nockens 36. Je höher der Druck im Raume 33, d. h. je größer die Drehzahldifferenz
zwischen cl und c2 ist, um so stärker wird auch die Drosselklappe n geöffnet. Die
Antriebsmaschine wird daher beschleunigt, und zwar so lange, bis die Kupplungshälfte
cl die Geschwindigkeit der Kopplungshälfte c2 erreicht hat. In diesem Augenblick
tritt auch die Pumpe 27 wieder außer Wirkung und die Beeinflussung der Drosselklappe
n durch die Drehzahldifferenz der Kupplungshälften hört auf. Wird nun der neue Gang
eingeschaltet, indem der Schalthebel i endgültig in die Stellung 1I übergeschaltet
wird, wobei die Kurbel 5 in ihre obere Endstellung gelangt, so kann die Kupplung
c nunmehr stoßlos einrücken. Dies geschieht dadurch, daß die Steuernut 9 wieder
mit der Rückleitung 14 verbunden wird, wodurch die Zylinder 12 und 13 drucklos werden
und die Kolben 20 und 24 in ihre recht: Endstellung zurückgehen. Der Kolben 24 gibt
hierbei die Kupplung c zum Einrücken frei, während der Kolben 2o die Drosselklappe
n auf größere Öffnung einstellt. Gleichzeitig ist der Kontakt 43 mit dem Kontakt
44 in Berührung gebracht und damit der Elektromagnet 40 wieder unter Strom
ge-
setzt worden. Das Ventil 37 wird geöffnet und der Zylinder 33 augenblicklich
drucklos. Antrieb und Abtrieb sind wieder miteinander gekuppelt.