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Selbsttätig oder halbselbsttätig schaltendes mechanisches Wechselgetriebe
für Kraftfahrzeuge, insbesondere Schnellganggetriebe Die Erfindung bezieht sich
auf ein selbsttätig oder halbselbsttätig schaltendes mechanisches Wechselgetriebe
für Kraftfahrzeuge, insbesondere Schnellganggetriebe, und besteht im wesentlichen
in der Vereinigung der folgenden je für sich bekannten Merkmale: a) Das Umschalten
zwischen dem niederen Gang, insbesondere direkten Gang, und dem höheren Gang, insbesondere
Schnellgang, erfolgt in Abhängigkeit von der Abtriebsdrehzahl oder Fahrgeschwindigkeit,
vorzugsweise derart, daß das Rückschalten bei einer niedrigeren Drehzahl oder Geschwindigkeit
als das Aufwärtsschalten stattfindet; b) die Abtriebsdrehzahl oder Fahrgeschwindigkeit,
bei welcher die Umschaltung stattfindet, ist willkürlich einstellbar; c) durch Betätigen
des Motorbeschleunigungsgliedes (Gaspedals) über eine bestimmte, z. B. durch eine
federnde Einrichtung als Druckpunkt fühlbar gemachte Stellung, z. B. Vollgasstellung,
hinaus wird unabhängig von der selbsttätigen Schaltung des Getriebes eine Rückschaltung
auf den niederen, z. B. direkten Gang, bewirkt.
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Durch die Erfindung wird eine Schaltweise ermöglicht, die sich in
besonders zweckmäßiger Weise den wechselnden Fahrbedingungen anpassen kann und die
Nachteile und Schwierigkeiten, die der selbsttätigen Schaltung vielfach anhaften,
vermeidet. Andererseits werden die Vorteile der selbsttätigen Schaltung in zweckmäßigster
Weise auch für Stufengetriebe nutzbar gemacht. Der Fahrer kann mit selbsttätiger
Schaltung, die ihn von der eigenen Schalttätigkeit -entlastet, fahren, kann aber
gleichzeitig diese selbsttätige Schaltung den jeweiligen Notwendigkeiten anpassen,
indem er diejenige Abtriebsdrehzahl oder Fahrgeschwindigkeit, bei welcher die Umschaltung
stattfindet, z. B. j e nach den Geländeverhältnissen und Verkehrsbedingungen, willkürlich
verlegen
und damit gegebenenfalls einen zu häufigen Wechsel im Gang bzw. ein lästiges automatisches
Hinundherschalten vermeiden kann. Über diese den Schaltzeitpunkt der Automatik beeinflussende
Regelungsmöglichkeit hinaus kann der Fahrer erfindungsgemäß ferner dadurch, daß
er das Motorbeschleunigungsglied über eine bestimmte Stellung hinaus verstellt,
unabhängig von der eingestellten Automatik im Bedarfsfalle auch sofort bzw. vorübergehend
auf einen niederen Gang mit höherem Drehmoment umschalten. Hierdurch ist es z. B.
jederzeit möglich, auch dann, wenn die eingestellte Grenzgeschwindigkeit noch nicht
erreicht ist, den niederen Gang einzuschalten und dadurch dem Wagen bei höherem
Drehmoment die größtmögliche Beschleunigung zu erteilen. Dieses ist vor allem dann
von besonderem Vorteil, wenn es sich darum handelt, das Fahrzeug zur Vermeidung
einer augenblicklichen Gefahr, wie sie z. B. beim Überholen durch entgegenkommende
Fahrzeuge verursacht werden kann, zu beschleunigen, und es hierbei auf schnellste
Reaktion des Fahrers ankommt.
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Es sind schon Umschaltungseinrichtungen für Flüssigkeitsgetriebe bekannt,
bei welchen die Umschaltung von Wandlerbetrieb auf Kupplungsbetrieb oder umgekehrt
selbsttätig von einem bestimmten im voraus eingestellten Verhältnis der Antriebs-
zur Abtriebsgeschwindigkeit, oder des Antriebs- zum Abtriebsmoment oder der Drücke
der Getriebeflüssigkeit abhängig gemacht wird. Diese bekannte Schaltung ist jedoch
nicht für Stufengetriebe vorgesehen und ergibt auch nicht die erfindungsgemäßen
Schaltmöglichkeiten, zumal dann, wenn die Schaltung derart erfolgt, daß beim Umschalten
vom Wandler auf Kupplungsbetrieb keine Änderung des Antriebsmomentes eintritt. Es
ist ferner ein mechanisches, wenn auch hydraulisch geschaltetes Wechselgetriebe
bekannt, bei dem das Umschalten zwischen dem niederen und dem höheren Gang in Abhängigkeit
von der Abtriebsdrehzahl und der Gashebelstellung erfolgt, wobei bei um so größerer
Abtriebsdrehzahl umgeschaltet wird, je mehr der Gashebel in Richtung Vollgas steht.
Dieses Getriebe; bei dem auch durch Betätigen des Gashebels über eine bestimmte
Stellung hinaus eine Rückschaltung des Getriebes bewirkt wird, bietet jedoch nicht
den Vorteil der willkürlichen Wahl der Geschwindigkeit, bei der das Umschalten von
dem einen Gang zum anderen stattfinden soll, und schaltet daher z. B. in gewissen
Situationen unnötiger Weise, unter Umständen unter Beeinträchtigung der Verkehrssicherheit,
hin und her.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind aus der Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles zu entnehmen.
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In der Zeichnung sind in Fig. I und 2 zwei Ausführungsbeispiele der
Erfindung mit hydraulischer Schaltung schematisch dargestellt, während Fig. 3 ein
beispielsweises Schaltdiagramm und Fig. 4 eine Variante zu Fig. 2 zeigt.
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Das z. B. dem übrigen Wechselgetriebe nachgeschaltete Zweiganggetriebe
nach Fig. I besteht aus zwei Zahnradpaaren I, 2 bzw. 3, 4, von denen das Zahnrad
I auf der (z. B. vom Motor über das übrige Wechselgetriebe angetriebenen) treibenden
Welle des Getriebes fest angeordnet ist, während das Zahnrad 4 auf der getriebenen
Welle 6 lose drehbar gelagert ist. Die Zahnräder 2 und 3 sind in üblicher Weise
fest auf der Vorgelegewelle 7 angeordnet. Eine Schaltkupplung 8 kann die getriebene
Welle 6 wechselweise mit dem Zahnrad I bzw. der Welle 5 zur Einschaltung eines direkten,
z. B. dritten Ganges oder mit dem Zahnrad 4 zur Einschaltung eines Schnellganges,
z. B. vierten Ganges, kuppeln. Die Klauen der Kupplung haben zweckmäßig abgeschrägte
Stirnflächen, um ein Schalten erst oder im wesentlichen erst bei Gleichlauf der
zu kuppelnden Glieder, z. B. nach Gaswegnahme, zu bewirken.
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An Stelle der Klauenkupplung können natürlich auch beliebige andere
Kupplungen, z. B. Reibkupplungen oder elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder
in sonstiger Weise betätigte Kupplungen, Synchronisierkupplungen od. dgl., verwendet
werden. Ferner kann an Stelle des dargestellten Zahnradgetriebes ein beliebiges
anderes geeignetes Getriebe vorgesehen sein, z. B. ein Planetengetriebe, bei welchem
der eine (direkte) Gang beispielsweise durch Sperrung des Getriebes in sich, der
andere Gang durch Festbremsen eines Zentralrades od. dgl. erzielt wird. In dem dargestellten
Beispiel wird die Wechselkupplung 8 durch einen Schnappmechanismus geschaltet, welcher
aus den beiden zueinander um ihren Drehpunkt 9 verschwenkbaren Hebeln Io und II
und der Zugfeder I2 besteht, die die Hebel und damit die Kupplung 8 jeweils in ihre
eine oder andere Endlage zu ziehen bestrebt ist. Die Betätigung erfolgt hierbei
durch eine Stange I3, die von dem Kolben I4 verstellt wird. Dieser gleitet in einem
Zylinder I5 und wird von einer Feder I6 derart belastet, daß er, wie in der Zeichnung
gezeigt, unter der Wirkung dieser Feder den Hebel II und damit mittels der Zugfeder
I2 die Kupplung 8 nach links zu verstellen, also den direkten Gang einzustellen
sucht.
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Von der getriebenen Welle 6 wird, z. B. über einen Zahnradantrieb
od. dgl., eine Pumpe I7 angetrieben, welche aus einem Ölbehälter I8, der auch gleichzeitig
Öl für andere Zwecke liefern kann, Öl über eine Leitung I9 zum Zylinder I5 fördert.
Eine von der Leitung I9 abzweigende Leitung 2o führt zu einer Drosselstelle 2I,
von der das Öl über die Leitung 22 zum Behälter I8 zurückfließen kann. Der Drosselquerschnitt
der Drosselstelle 21 wird durch einen Drosselstift 23 geregelt, welcher, undrehbar
gelagert, durch eine Verschraubung 24 im Zahnrad 25 axial verstellt werden kann.
Das Kegelrad 25 kann hierzu mittels einer Welle 26 und eines Zahnrades 27 von einem
z. B. am Armaturenbrett, an der Lenksäule oder an sonst geeigneter Stelle im Bereiche
des Fahrers gelagerten Hebel 28 verdreht werden. Zur Einstellung des Hebels 28 in
verschiedenen Schwenklagen können einzelne Rasten 29 vorgesehen sein. Doch kann
die Einstellung auch kontinuierlich erfolgen.
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In einer die Drosselstelle 21 umgehenden Zweigleitung 30 ist
des weiteren ein Drossel- oder Absperrventil 31 angeordnet, welches die Leitung
30 unter
der Wirkung einer das Gestänge 32 in eine rechte Endlage
ziehenden Feder 33 normalerweise absperrt, die Leitung jedoch freigibt, wenn der
Motorbeschleunigerhebel (Gaspedal 34 mit Leerlaufstellung A) über die Vollaststellung
B hinaus bis in eine Endstellung C niedergetreten wird und dadurch das Gestänge
32 gegen die Wirkung der Feder 33 verstellt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Durch die vom fahrenden Wagen angetriebene
Pumpe I7 wird Öl aus dem Behälter I8 einerseits in den Zylinder I5 gepumpt und andererseits
über die Drosselstelle 2I in den Behälter I8 zurückgefördert. Das in den Zylinder
I5 geförderte Öl sucht den Kolben I4 mit einer Kraft P nach rechts, und zwar gegen
die Federkräfte F1 und F2 der Federn I6 und I2 zu verstellen. Um dies zu erreichen,
muß also im Grenzfalle P = F1 + F2 sein. F1 und F2 sind hierbei, jedenfalls im Ruhezustand
der Einrichtung, konstant. Der Öldruck P dagegen ändert sich einerseits mit der
Drehzahl der Pumpe I7, also mit der Wagengeschwindigkeit, und andererseits mit der
Weite der Drosselöffnung 2I. Je weiter die letztere, um so geringer ist bei einer
bestimmten Drehzahl der Pumpe I7 der im Zylinder I5 herrschende Druck, um so höhere
Drehzahlen muß also die Pumpe annehmen, um eine Verstellung des Kolbens I4 durch
den Öldruck zu bewirken. Beispielsweise lasse der Hebel 28 eine solche Verstellung
des Drosselstiftes 23 zu, daß bei engstem Querschnitt 2I der Kolben I4 bereits bei
einer Geschwindigkeit des Wagens von 40 km/Std. nach rechts verschoben, also vom
direkten Gang auf den Schnellgang vorgewählt wird, während bei weitestem Querschnitt
die Grenzgeschwindigkeit für das Überschalten bzw. das Vorwählen erst bei I2o km/Std.
erreicht wird.
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In Fig. 3 sind die beiden Schaltstufen (direkter Gang = dritter Gang,
Schnellgang = vierter Gang) in Abhängigkeit von der Wagengeschwindigkeit eingetragen.
Durch a1 ist hierbei das Aufwärtsschalten bzw. in diesem Falle das Vorwählen hierfür
bei niederster eingestellter Geschwindigkeit v1, durch a2 das Aufwärtsschalten bei
höchster eingestellter Geschwindigkeit v2 angedeutet. Bei Einstellung einer mittleren
Drosselweite erfolgt das Schalten bzw. Vorwählen bei einer der Drosselung entsprechenden
mittleren Fahrgeschwindigkeit innerhalb des Verstellbereiches b zwischen v1 und
v2.
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Durch das Vorwählen, d. h. durch die Verstellung des Kolbens I4, wird
zunächst lediglich der Hebel II nach rechts verschwenkt, so daß die Feder I2 an
der Drehachse 9 rechts vorbeigeht und dadurch auf den Hebel Io ein auf Verstellung
desselben ebenfalls nach rechts wirkendes Drehmoment auf diesen ausübt. Das eigentliche
Schalten erfolgt erst, wenn die Drehzahl der Welle 5 mindestens auf die Drehzahl
der Welle 6 gesunken ist, also im allgemeinen durch Zurücknahme des Gaspedals. In
diesem Augenblick findet alsdann ein ruckartiges Überschalten vom direkten Gang
in den Schnellgang statt. (Bei Verwendung z. B. von Reibkupplungen an Stelle von
Klauenkupplungen kann an Stelle eines Vorwählens ein unmittelbares Schalten erzielt
werden.) Nach erfolgter Vorwählung bzw. erfolgter Schaltung wirkt die Feder 12 auf
den Kolben 14 im Sinne des Öldruckes und im Gegensinne der Feder I6 ein, so daß
alsdann die Gleichung P = F1 - F2 besteht. Der Öldruck P auf den Kolben I4 muß daher,
verglichen mit dem Grenzdruck beim Aufwärtsschalten, auf einen niederen Druck sinken,
um eine Rückschaltung des Kolbens I4 bzw. die Rückwählung des direkten Ganges zu
erwirken. Je nach der Charakteristik der Federn I2 und I6 im Verhältnis zur Bemessung
des Kolbens 14 wird hierbei der Druckunterschied bzw. das Verhältnis der Grenzgeschwindigkeiten
beim Aufwärtsschalten einerseits und Abwärtsschalten andererseits, d. h. die Breite
der in Abb. 3 durch Schraffur gekennzeichneten Hysteresisschleife bestimmt. So ist
beispielsweise entsprechend dem Diagramm nach Abb. 3 angenommen, daß bei einem Aufwärtsschalten
a2 bei v2 = I2o km/Std. das Abwärtsschalten a2' bei v2' = 9o km/Std. (= 0,75 v2)
erfolgt, während proportional hierzu im Falle einer eingestellten niedersten Geschwindigkeit
das Aufwärtsschalten a1 bei v1 = 4o, das Abwärtsschalten a1' bei v1' = o,75 v1 =
3o km/Std. eintritt.
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Unabhängig hiervon ist ferner ein Rückschalten durch das Gaspedal
34 möglich. Ist beispielsweise der Schnellgang eingeschaltet (bzw. vorgewählt),
der Kolben I4 also in seine rechte Endlage verstellt, und wird das Gaspedal 34 über
seine Vollgasstellung B hinaus durchgetreten, so wird dadurch dem von der Pumpe
I7 zur Drosselstelle 2I gelieferten Öl ein ungedrosselter Weg über das nunmehr geöffnete
Absperrventil 3I freigegeben. Hierdurch wird unabhängig von der durch den Drosselquerschnitt
2I ausgeübten Drosselung und unabhängig von der gerade vorhandenen Fahrgeschwindigkeit
der Öldruck im Zylinder unmittelbar zum Absinken gebracht und damit der direkte
Gang geschaltet (bzw.vorgewählt). Bei Zurücknahme des Gaspedals über die Stellung
B wird das Absperrventil 3I wieder geschlossen, was einen Neuaufbau des Öldruckes
und damit ein Wiedereinschalten (bzw. Wiedervorwählen) des Schnellganges zur Folge
hat, vorausgesetzt, daß die Wagengeschwindigkeit sich noch über der eingestellten
Grenzgeschwindigkeit hält.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 führt die Druckleitung i9 der
Pumpe 17 zu einem Zylinder 15', in dem ein mit einem Steuerschieber 35 verbundener,
durch die Feder 16' belasteter Kolben 14.' gleitet. In der Zweigleitung 20 ist ferner
ein Drosselventil 23' mit einem Drosselkanal 21' angeordnet, welcher die Leitung
20 mit der Rückleitung 22 verbindet. Übet ein Gestänge 26' ist das Drosselventil
23' mit einem Handhebel 28' in der Nähe des Fahrersitzes verbunden. Der Handhebel
kann wieder bei 29' in verschiedenen Stellungen zwischen x1 und x2 eingerastet oder
auch kontinuierlich verstellt werden und damit einen mehr oder minder großen Drosselquerschnitt
über 21' freigeben, derart, daß in der Stellung x1 ein geringster, in der Stellung
x2 ein größter Querschnitt freigegeben ist.
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Von der Leitung i9 zweigen ferner zwei Leitungen 36 und 37 ab, die
wechselweise durch den Steuerschieber 35 mit den Leitungen 38 und 39 verbunden
werden.
Zu diesem Zweck sind im Steuerschieber 36 zwei Querbohrungen 4o und 4I angeordnet,
von denen die Bohrung 4o die Leitungen 36 und 38 verbindet, wenn der Schieber 35
(wie gezeigt) in seine rechte Endstellung verstellt ist, während die Bohrung 4I
die Leitungen 37 und 39 in der linken Endstellung des Schiebers verbindet. Die Leitungen
38 und 39 führen zu einem Zylinder 42, und zwar die Leitung 38 zur linken Kolbenseite
43, die Leitung 39 zur rechten Kolbenseite 44 desselben. Der Kolben 45 schaltet
je nach seiner Endstellung durch die Stange 46 wechselweise die beiden Gänge des
Getriebes, z. B. eines Planetengetriebes od. dgl., ein. Eine Nut 47 mit Querbohrung
48 verbindet ferner je nach der Endstellung des Schiebers 35 eine der beiden Leitungen
38 und 39 mit der Leitung 49 bzw. der Rückleitung 22. An den Handhebel 29' ist außerdem
ein Hebel 5o angeschlossen, welcher über einen Kolben 5I und eine Feder 52 eine
Rastkugel 53 belastet, die in eine der beiden Rasten 54 oder 55 eingreifen kann.
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Der Steuerschieber 35 wird ferner durch eine Feder 56 belastet, die
sich ihrerseits gegen einen Kolben 57 abstützt. Letzterer kann durch einen Hebel
58 gegen die Wirkung der Feder 56 verschoben werden, wodurch die Feder mehr oder
weniger gespannt und dadurch der Kolben 14' zusätzlich zur Feder 16' weiterbelastet
wird. Der Hebel 58 ist wieder derart angeordnet, daß er durch den Gashebel 34 bei
dessen Verstellung über die Vollaststellung B hinaus betätigt wird.
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Die Wirkungsweise nach Fig. 2 ist folgende: Bei niedriger Drehzahl
der Pumpe I7, also geringer Fahrgeschwindigkeit steht der Kolben I4' und damit der
Steuerschieber 35 in seiner linken (nicht dargestellten) Endstellung. Die Bohrung
4I verbindet die Leitungen 37 und 39, so daß die rechte Kolbenseite 44 Druck erhält,
während die linke Kolbenseite 43 über 38, 47, 48, 49 mit der Rückleitung 22 verbunden,
also drucklos ist. Dadurch ist der Kolben 45 nach links verstellt und ein niederer,
z. B. direkter Gang eingeschaltet.
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Bei einer durch die Stellung des Drosselventils 23' bestimmten Grenzgeschwindigkeit
des Fahrzeugs erreicht der Druck in der Leitung I9 bzw. im Zylinder I5' eine solche
Höhe, daß er den Gegendruck der Federn I6' bzw. 56 sowie den in der Rast 55 durch
die Feder 52 zusätzlich ausgeübten Druck überwindet. Der Kolben I4' mit dem Steuerschieber
35 wird in die rechte Endstellung, wie in Abb. 2 dargestellt, verschoben, die Bohrung
4o verbindet die Leitungen 36 und 38 miteinander, während die Leitung 39 über 47,
48 mit der Rückleitung 49, 22 verbunden wird. Der Kolben 45 gleitet nach rechts
in die in Fig. 2 dargestellte Lage und rückt damit den Schnellgang ein. Durch Verstellung
des Hebels 28' hat man es wieder in der Hand, den Grenzdruck bzw. die Grenzgeschwindigkeit,
bei welcher die selbsttätige Schaltung stattfinden soll, beliebig, also beispielsweise
wieder innerhalb eines Bereiches von 4o bis I2o km/Std. einzustellen.
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Es habe beispielsweise (bei geringster Drosselung) eine Schaltung
auf Schnellgang bei v2 = I2o km/Std. stattgefunden. Verringert sich jetzt die Wagengeschwindigkeit,
so würde sich, Reibungslosigkeit des Systems vorausgesetzt, die Rückschaltung unter
der Wirkung der Federn I6' und 56 allein bei der gleichen Fahrgeschwindigkeit wie
das Aufwärtsschalten in den Schnellgang vollziehen. Dieses wird jedoch durch die
Rastvorrichtung 5I, 52, 53 verhindert, welche in dieser Stellung des Steuerschiebers
35 in die Rast 54 eingreift und der Verschiebung des Steuerschiebers nach links
(wie vorher nach rechts) einen Widerstand entgegensetzt. Das Abwärtsschalten wird
daher erst wieder bei einer bestimmten niederen Fahrgeschwindigkeit, also beispielsweise
erst bei v2' erfolgen. Der Widerstand an der Rast ist hierbei vom Druck der Feder
52 abhängig, welche bei Einstellung des Handhebels 28' in die Stellung x2 (geringste
Drosselung bei 2I' und höchste Fahrgeschwindigkeit) am stärksten gespannt, bei Einstellung
des Handhebels in die Stellung x1 (stärkste Drosselung bei 2I' und niederste Fahrgeschwindigkeit)
dagegen am schwächsten gespannt ist. Bei geeigneter Bemessung und Versteilung der
Federspannung 52 kann man es auf diese Weise wieder erreichen, daß die Hysteresisschleife
sich den jeweils eingestellten Grenzgeschwindigkeiten prozentual anpaßt.
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Statt direkt vom Handhebel 29' kann die Spannung der Feder 52 auch
durch ein rückdruckfreies Getriebe oder eine Hilfskraft erfolgen. Beispielsweise
kann hierfür entsprechend Fig. 4 neben der Pumpe I7 eine weitere Pumpe 59 angeordnet
werden, welche in einem z. B. unabhängigen Kreislauf 6o bis 62 mit der konstanten
(oder auch nach einem bestimmten Gesetz verstellbaren) Drossel 63 im Zylinder 6I
den Kolben 53' beaufschlagt und deren Förderdruck lediglich von der Drehzahl der
Pumpe bzw. der Fahrgeschwindigkeit abhängen kann.
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Die Feder 56 ist ferner derart bemessen, daß beim Niedertreten des
Gaspedals 34 in die Stellung C die Feder so stark gespannt wird, daß der Schieber
35 in die linke Endstellung verschoben und damit der niedere Gang in jedem Falle
eingeschaltet wird.
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Statt einer hydraulischen Schaltung, wie in den Ausführungsbeispielen
vorgesehen, kann auch eine beliebig andere geeignete mechanische, hydraulische,
pneumatische, elektrische oder sonstwie betätigte Schaltung verwendet werden. Auch
kann eine Schaltung gemäß der Erfindung statt zwischen einem direkten Gang und einem
Schnellgang auch zwischen zwei beliebigen anderen Gängen oder auch stufenweise zwischen
mehreren Getriebegängen vorgesehen sein.
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Die Anordnung kann ferner auch, z. B. bei entsprechender Steuerung
der Kolben 5I bzw. 53' od. dgl., derart getroffen werden, daß die (in Fig. 3 durch
Schraffur angedeutete) Hysteresisschleife jede beliebige gewünschte Funktion von
der eingestellten Grenzgeschwindigkeit wird, bei welcher das Sehalten stattfinden
soll. Beispielsweise kann auch eine konstante Hysteresisschleife von gleichbleibender
Breite (d v = v.-v2 = vl-vl" = konst) vorgesehen werden. Vor allem bei mechanischen
Reglern, z. B. Fliehkraftreglern, wird eine solche Anordnung in der Regel den Vorteil
der Einfachheit besitzen.