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Selbsttätiger Gangvorwähler für Kraftfahrzeug-Stufengetriebe Es sind
Vorrichtungen bekannt, die selbsttätig den durchzuschaltenden Gang von Kraftfahrzeug-Stufengetrieben
sowie den richtigen Zeitpunkt dieser Durchschaltung dadurch bestimmen, daß der Fahrer
durch seinen Bedienungshebel über eine Nockenscheibe das Brennstoffregelorgan einstellt
und über eine zweite Nockenscheibe einem ersten Glied eines Differentialgetriebes
eine Bewegung erteilt, die proportional dem Logarithmus der gewünschten Drehzahl
n1s des Motors ist, welche der durch die Stellung des Bedienungshebels des Fahrers
bestimmten Leistung mit Rücksicht auf die Wirtschaftlichkeit zugeordnet werden soll.
Gleichzeitig wird einem zweiten Differentialglied durch einen Drehzahlmesser eine
Bewegung proportional dem Logarithmus der Ausgangsdrehzahl n2 des Getriebes erteilt.
Durch mechanische Differenzbildeng dieser zwei Bewegungen erhält man den Logarithmus
von n1s/n2 = is, wenn mit is jenes Übersetzungsverhältnis bezeichnet wird, das erforderlich
ist, um dem Motor bei der gegebenen Fahrgeschwindigkeit n2 die vorgeschriebene Solldrehzahl
n1s aufzuzwingen.
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Diese Anordnung ist prinzipiell auch für Stufengetriebe verwendbar.
Bezeichnet man mit im das Übersetzungsverhältnis des m-ten Ganges und mit im+1 das
des (m+I)-ten Ganges, so erfolgt die Schaltung vom m-ten auf den (m + I)-ten Gang
und ebenso die Rückschaltung vom (m + I)-ten auf den m-ten Gang, wenn is gerade
gleich im, wird.
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Legt man auch bei Steuerung von Sfiufengetrieben dem Regelvorgang
die wirtschaftlichste Leistungscharakteristik des Motors zugrunde; so ergeben sich
unbrauchbare Verhältnisse, da zu viele
Schaltungen auftreten, so
daß der Fahrer, besonders im Stadtverkehr, nicht mehr imstande ist, zu beurteilen,
was das Getriebe im nächsten Augenblick machen wird. Durch das zu häufige Schalten
werden überdies Getriebe und Kupplung zu stark beansprucht. Diese Erfahrung zwingt
bei Steuerung von Stufengetrieben zu einem Abgehen von der wirtschaftlichsten Leistungscharakteristik.
Das ist auch zulässig, da bei Stufengetrieben eine bestimmte Leistungscharakteristik
infolge der Grobstufigkeit des Getriebes gar nicht eingehalten werden kann. Daraus
folgt die Erkenntnis, daß bei Stufengetrieben dem Regelvorgang eine von der wirtschaftlichsten
Leistungscharakteristik sehr stark abweichende Regelungscharakteristik vorgeschrieben
werden kann, ohne daß dadurch der Betriebszustand .des Motors merklich aus dem seiner
Stufung entsprechenden wirtschaftlichsten Arbeitsstreifen im Leistungs-Drehzahl-Schaubild
herauskommen kann. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, die dem Regelvorgang überzuordnende
Regelungscharakteristik so zu verlegen, daß durch einfachste getriebliche Mittel
eine zweckentsprechende gegenseitige Zuordnung von Stellung des Brennstoffregelorgans
und vorgeschriebener Solldrehzahl n1s erreicht wird.
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Kurbeltriebe mit Lenkern erwiesen sich dafür besonders geeignet. Sie
bewirken keinen schwereren Gang des Bedienungshebels des Fahrers und ermöglichen
sowohl durch Verändern der gegenseitigen Stellung beider Kurbeltriebe zum Bedienungsorgan
des Fahrers als auch durch Verändern der Kurbellängen und der Lenkerlängen eine
weitgehende Anpassung der auftretenden Schaltverhältnisse an die besonderen Eigenschaften
eines Fahrzeuges. Die Konstruktion wird vereinfacht und verbilligt und für Serienerzeugung
geeignet.
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Den Gegenstand der Erfindung bildet ein selbsttätiger Gangvorwähler
für Kraftfahrzeug-Stufengetriebe jener bekannten Art, bei dem der Fahrer über seinen
Bedienungshebel das Brennstoffregelorgan und gleichzeitig das erste Glied eines
Differentialtriebes um einen dem Logarithmus der gewünschten Motordrehzahl n1s proportionalen
Betrag 'verstellt und ein zweites Glied des Differentialtriebes proportional dem
Logarithmus der Ausgangsdrehzahl n2 des Getriebes verstellt wird, wobei der Differentialtrieb
durch Subtraktion der genannten Verstellwerte das Übersetzungsverhältnis automatisch
ermittelt und eine Servokraft zur Einschaltung des so vorgewählten Ganges freigibt.
Erfindungsgemäß werden dabei die obenerwähnten Nachteile der bisherigen Einrichtung
dieser Art dadurch beseitigt, daß das Bedienungsorgan des Fahrers sowohl mit dem
Brennstoffregelorgan als auch mit dem ersten Glied des Differentialtriebes über
je einen mit dem Bedienungsorgan fest verbundenen Kurbelarm und je einen Lenker,
die kurbeltriebartig zusammenwirken, verbunden ist. Durch den Ersatz der Nockenscheiben
durch Kurbeltriebe ist der schwere Gang des Bedienungsorgans beseitigt. Wird ferner
die Anordnung der Kurbeltriebe so getroffen, daß der Kurbeltrieb zum Antrieb des
ersten Differentialgliedes in- der ersten Hälfte des Verstellweges des Bedienungsorgans
das genannte Differentialglied nur ganz geringfügig und erst auf dem weiteren Verstellweg
sehr rasch bis auf .den vorgesehenen Maximalbetrag verstellt, der Kurbeltrieb zum
Antrieb des Brennstoffregelo.rgans hingegen das Brennstoffregelorgan annähernd voll
öffnet, bevor die Verstellung des ersten Differentialgliedes einen wesentlichen
Betrag annimmt, und dann annähernd voll geöffnet läßt, so werden auch die häufigen
Schaltungen vermieden, wie an Hand des nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels
der Erfindung näher erläutert ist.
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Fig. I zeigt eine Einrichtung nach der Erfindung im Schnitt A-B, Fig.
2 eine Draufsicht bei abgenommenem Gehäusedeckel; Fig. 3 und 4 dienen zur Erläuterung
von Einzelteilen.
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In Fig. I ist I der Bedienungshebel des Fahrers, mit dem die Kurbelarme
2 und 3 fest verbunden sind. Der Kurbelarm 3 verstellt über den Lenker 4 und den
Hebel 5 den Außenhebel 6, von dem das Gestänge 7 zum Brennstoffregelorgan führt.
Der Kurbelarm 2 verstellt über den Lenker 8 und den Hebel 9 den Kontakt Io, der
das erste Glied eines Differentialmechanismus darstellt.
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Der nach dem Fliehkraftsystem arbeitende Drehzahlmesser II wird von
der Ausgangsdrehzahl n2 des Getriebes über die Rolle II' angetrieben. Die Mitnehmerrolle
14 auf dem Zahnradsegment I5 liegt zwischen zwei Anschlägen I2 und I2' auf der Reglermuffe
I3. Das Zahnradsegment I5 verstellt sich somit bei zunehmender Drehzahl n2 entgegen
dem Uhrzeiger und schwenkt daher das in dieses Segment eingreifende Zahnrad I6 im
Uhrzeigersinn. Die Reglerfedern des Drehzahlmessers II werden so bemessen, daß der
Drehwinkel der mit dem Zahnrad I6 verbundenen Scheibe I7, die das zweite Differentialglied
bildet, proportional dem Wert log n2/n2,0 zunimmt, wenn mit n.2,0 die Drehzahl bezeichnet
wird, bei welcher der Drehzahlmesser gerade noch anspricht.
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Dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Vierganggetriebe und,die
Verwendung elektrischer Ströme als Servokraft zugrunde gelegt. In diesem Falle werden
auf dem Differentialglied 17 vier gegeneinander isolierte Kontaktsegmente 18, 19,
2o und 21 angebracht (Feg. 3). Die Länge des Kontaktsegmentes i9 ist proportional
dem Werte log i2/il und die Länge des Segmentes 2o proportional dem Werte Qi2 .und
die Länge des Kontaktes 21 proportional dem Werte i4/i., wobei mit il, i2, i3 und
i4 die Übersetzungsverhältnisse :des i. bis 4.. Ganges bezeichnet sind. Die Segmente
18 und 21 sind durch ein Isolierstück 22 voneinander getrennt.
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Der Kontakt io gleitet in Abhängigkeit von der Stellung des vorn Fahrer
bedienten Hebels i über das Differentialglied 17 und die darauf angebrachten Kontaktsegmente,
die sieh ihrerseits in Abhängigkeit von der Ausgangsdrehzahl 112 des Getriebes in
gleicher Richtung verstellen. Es bewegt sich somit der Kontakt io relativ zu den
Kontaktsegmenten
auf dem Differentialglied 17 um den Betrag log
n1s -log n2 = log n1s/n2 = log is. Werden daher die Differentialglieder Io und 17
gegenseitig so eingestellt, daß bei is -- im gerade der Isoliersteg zwischen m-tem
und (m+I)-tem Gang unter dem Kontakt Io steht, so wird bei anwachsendem is nach
Überschreiten des Isoliersteges die Umschaltung vom (m+I)-ten Gang auf den m-ten
Gang und bei abnehmendem -i, die Umschaltung vom m-ten auf den (m+I)-ten Gang erfolgen.
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Mit einer Einrichtung nach Fig. I und 2 werden die Nachteile bisher
bekanntgewordener Einrichtungen ähnlicher Art vermieden. Zunächst erfordert die
Verstellung des vom Fahrer bedienten Hebels I nicht mehr Kraft als normal, .da keine
zusätzlichen Federn und keine Nockenscheiben zu betätigen sind. Aber auch die übrigen
eingangs erwähnten Schwierigkeiten werden vermieden, wenn folgende Richtlinien berücksichtigt
werden: Bei den üblichen Stufengetrieben ist das genaue Einhalten der wirtschaftlichsten
Leistungscharakteristik des Motors schon wegen der Grobstufigkeit des Getriebes
nicht möglich. Es ist daher bei solchen Getrieben in weiten Grenzen belanglos, wie
die Zuordnung der Solldrehzahl n1s zur Öffnung des Brennstoffregelorg ns erfolgt.
Es wird daher die Anordnung so getroffen, daß in der Leerlaufstellung (Stellung
Fig. I) des Hebels I die Mittellinie des Lenkers 8 angenähert die geradlinige Fortsetzung
der Mittellinie des Kurbelarmes 2 bildet, der Kurbeltrieb 2, 8 also die Totlage
einnimmt. Hingegen werden der Kurbelarm 3, Lenker 4 und Hebel 5 so angeordnet, daß
angenähert bei 3/4 des .vollen Verstellweges des Hebels I die Mittellinie des Lenkers
4 die geradlinige Fortsetzung der Mittellinie .des Kurbelarmes 3 bildet, also der
Kurbeltrieb 3, 4 sich in der Totlage befindet. Werden die Lenker 4 und 8 nicht zu
kurz gewählt, so erreicht man durch diese Anordnung, daß bei Verstellung des Bedienungshebels
I zunächst nur das Brennstoffregelorgan geöffnet wird, während sich die vorgeschriebene
Solldrehzahl n1s noch wenig ändert, daß aber in der zweiten Hälfte des Verstellweges
des Hebels I das Brennstoffregelorgan angenähert unverändert voll geöffnet bleibt,
während jetzt hauptsächlich nur die vorgeschriebene Solldrehzahl n1s erhöht wird.
Dabei wird das Verhältnis von größter zu kleinster vorgeschriebener Drehzahl n1s
nicht größer gemacht als der. mittlere Übersetzungssprung im Getriebe.
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Bei einer solchen Anordnung kann somit der Fahrer das Brennstoffregelorgan
von Leerlauf bis fast Vollast verstellen, ohne daß die vorgeschriebene Solldrehzahl
n1s und bei der gegebenen Fahrgeschwindigkeit somit auch is sich wesentlich ändern.
Es wird somit eine Umschaltung auf den nächsten Gang nur erfolgen, wenn der Betriebszustand
des Motors an sich schon in der Nähe einer Umschaltstelle liegt. In diesem Falle
ist aber eine Umschaltung auch zweckmäßig. Drückt der Fahrer den Hebel I aber ganz
durch, so vergrößert er n1s und damit auch is um angenähert einen Übersetzungssprung.
Er kann somit die Umschaltung auf den nächstniederen Gang willkürlich herbeiführen.
Er ist also nicht mehr blindlings einer Automatik ausgeliefert, sondern hat die
Möglichkeit, willkürlich in diese eingreifen zu können.
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Umeinen ruhigen Betrieb zu erhalten, ist es aber außerdem noch erfoderlich,
daß die Rückschaltung vom (m+I)-ten Gang auf den m-ten Gang nicht bei gleichen is
erfolgt wie das Hinaufschalten. In geringem Maße ist dies an sich schon wegen des
Spieles in den Zahnrädern und wegen der Breite der Isolierstege zwischen den Kontaktsegmenten
auf dem Differentialglied 17 nicht der Fall. Dieses Spiel reicht aber noch nicht
aus. Es wird daher noch ein einstellbares Spiel vorgesehen, und zwar z. B. nach
Fig. 4 durch auf der Reglermuffe 13 verstellbare Mitnehmerringe 12 und 12'. Wenn
dann das Gesamtspiel so eingestellt wird, daß die dadurch bewirkte prozentuelle
Rückschaltverzögerung angenähert ebenso groß ist wie die prozentuelle Solldrehzahländerung
.vom Leerlauf bis zur angenähert vollen Öffnung des Brennstoffregelorgans, so kann
eine Rückschaltung bei gleichbleibender Fahrgeschwindigkeit nur eintreten, wenn
der Fahrer seinen Bedienungshebel I weiter gegen die Endstellung zu verstellt. Aber
auch umgekehrt wird beispielsweise beim Einfahren in eine Kurve durch das Zurücknehmen
des Hebels I keine Schaltung auf den nächsthöheren Gang vorgeschrieben, wenn der
Fahrer im normalen Fahrbetrieb seinen Hebel nicht über die Stellung hinaus verstellt,
in welcher das Brennstoffregelorgan bereits voll geöffnet ist. Es ist somit durch
eine solche Anordnung auch das fehlerhafte Verhalten einer Automatik, welches darin
begründet ist, daß sie nicht vorausplanend erst kommende Verhältnisse erfassen kann,
weitgehend beseitigt.
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In dem Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß eine elektrische Servokraft
zur Auslösung der Schaltvorgänge vorgesehen ist. Es fließt dann bei der Stellung
nach Fig. I der die Schaltung auslösende Strom von der Fahrzeugbatterie 28 über
Klemme 23, Kontakt io, Kontaktsegment ig, Leitung. 29 zu Klemme 26 und von, dort
zu dem Schaltmechanismus für den 2. Gang. Bei Verstellung des Kontaktes io auf die
Segmente 18, 2o, 21 werden die entsprechenden Stromkreise über die Klemmen 27, 25
bzw. 24 geschlossen und lösen den Schaltmechanismus für den i. bzw. 3. bzw. 4. Gang
aus. Die Anordnung kann aber in analoger Weise auch für Verwendung ariderer Servokräfte
durchgeführt werden. Ebenso ist auch die Ausbildung des Differentialtriebes in der
hier gegebenen Form nur eine der verschiedenen Möglichkeiten.