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Einrichtung zum Betätigen einer Kupplung und eines Getriebes, insbesondere
für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Betätigen
einer Kupplung und eines Getriebesmittels eines einzigen Schalthebels, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, mit einem durch ein Druckmittel beaufschlagten Schaltkolben
für die Kupplung und einer hydraulischen Schaltvorrichtung für das Getriebe.
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Es sind Einrichtungen mit getrennter Betätigung von Getriebe und Kupplung
bekannt, bei welchen die Zuführung von Druckmittel zur Getriebeschaltvorrichtung
gleichzeitig mit der Ausrückbewegung der Kupplungsbetätigung erfolgt. Da bei diesen
Einrichtungen sowohl an der Getriebeschaltvorrichtung als auch an der Kupplungsbetätigung
Druck zur Verfügung steht, kann der Fahrer mit dem Niedertreten des Kupplungspedals
gleichzeitig den Getriebeschalthebel in Richtung des zu schaltenden Ganges bewegen,
und zwar auch dann, wenn das Kupplungsgestänge noch nicht den entsprechenden Weg
zur Entkupplung zurückgelegt hat. Derartige Schaltungen haben zumindest schwere
Getriebeschäden zur Folge. Außerdem besteht die Gefahr, daß z. B. bei einem Verklemmen
eines der Kupplungsglieder, die Kupplung nicht gelöst, jedoch ohne weiteres die
einzelnen Gänge geschaltet werden können, da keine Kontrolle über den Kupplungsablauf
vorhanden ist. Derartige Schaltvorrichtungen setzen zum Betrieb Kenntnisse voraus,
die
von einem normalen Fahrer nicht verlangt werden können. Ähnliche
Verhältnisse sind auch bei einer pneumatischen Getriebeschaltung vorhanden, bei
welcher die Kupplung rein mechanisch ausgerückt wird und dabei über ein Ventil die
Luft zum Schaltzylinder freigibt. Es ist ferner bekannt, die einzelnen Schaltvorrichtungen
für die Kupplung und das Getriebe mittels eines einzigen Steuerhebels zu betätigen.
In diesen Einrichtungen werden durch den Steuerschieber lediglich die Zuflußöffnungen
für das Druckmittel zu den einzelnen Schaltvorrichtungen freigegeben, worauf die
Schaltvorgänge durch die Vorrichtungen unabhängig voneinander bewirkt werden. Der
Zeitpunkt des Freigehens der Leitungen für die Kupplungs- und Getriebebetätigung
ist hierbei lediglich von der Verstellgeschwindigkeit des Steuerschiebers abhängig.
Da beim schnellen Verstellen des Schiebers, also beim normalen Schaltvorgang, die
Zeitspanne sehr gering ist, findet praktisch ein gleichzeitiges Betätigen der Organe
statt. Damit ist jedoch nicht die Gewähr gegeben, daß vor dem Einleiten des Schaltvorganges
auch die Kupplung stets ausgerückt ist. Derartige Fehlschaltungen führen bekanntlich
zu schweren Getriebeschäden. Der Fahrer hat auch nach eingeleiteter Verstellung
des Steuerschiebers keine Möglichkeit, die eigentliche Schaltgeschwindigkeit zu
beeinflussen, was insbesondere bei Schaltmuffengetrieben nachteilig ist.
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Gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch vermieden,
daß die Druckmittelzufuhr zu der die Verstellbewegung der Schaltstangen des Getriebes
bewirkenden Schaltvorrichtung erst nach einem bestimmten vom Schaltkolben zurückgelegten
Weg, nach dem die Kupplung sich bereits im ausgerückten Zustand befindet, freigegeben
wird. Die Schaltvorrichtungen für Kupplung und Getriebe sind demnach in solcher
Weise hintereinandergeschaltet, daß die Schaltvorrichtung für das Getriebe vom Fahrer
wohl vorgewählt, daß aber erst geschaltet werden kann, wenn das Druckmittel über
den Arbeitszylinder der Kupplung in den Schaltzylinder des Getriebes gelangt. Dadurch
wird erreicht, daß die Schaltvorrichtung für das Getriebe nur bei ausgerückter Kupplung
durch das Druckmittel beaufschlagt wird. Die Einrichtung ist deshalb betriebssicher
und setzt keinerlei Kenntnisse beim Schalten voraus. Hierzu ist bereit eine Vorrichtung
bekannt, durch welche mittels eines Fußhebels die Kupplung und das Getriebe zwangläufig
auf rein mechanischem Wege über ein Gestänge hintereinander geschaltet werden. Der
Betätigungsweg, des Fußhebels ist in mehrere Bewegungsbereiche eingeteilt, in welchen
das Vorwählen des Getriebeganges; das Ausrücken der Kupplung und das Schalten des
Getriebes stattfindet. Hierbei besteht die Möglichkeit, die Vorwahl eines Ganges
vor Ausführung der Schaltung wieder zu löschen. Da die einzelnen Vorgänge durch
ein mehr oder weniger weites Durchdrücken des Fußhebels bewirkt werden, ist die
Handhabung der Schaltungsvorrichtung schwierig. Da die ganze Schaltkraft vom Fahrer
aufzubringen ist, wird der eigentliche Schaltvorgang nicht erleichtert. Hierzu muß
eine zusätzliche Servoanlage vorgesehen werden.
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Die Steuerung der Druckmittelzufuhr für die Kupplungsbetätigung erfolgt
durch- ein mittelbar oder unmittelbar mit der Schaltvorrichtung für das Getriebe
verbundenes Kupplungsventil. Es ist demnach nur ein einziges Steuerorgan für die
Regelung des Druckmittelflusses sowohl für die Kupplungsbetätigung als auch für
die Schaltvorrichtung für das Getriebe notwendig, was eine wesentliche Vereinfachung
darstellt. Die die Verstellbewegung bewirkende Schaltvorrichtung ist vorzugsweise
am Getriebegehäuse zwischen dem die Verstellbewegungen einleitenden, vom Fahrer
betätigten Vorwählgestänge und dem eigentlichen Schaltgestänge des Getriebes angeordnet.
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Eine wesentliche Vereinfachung des Aufbaues der Getriebeschaltvorrichtung
wird erreicht, wenn die Wählbewegung der Schaltstange mechanisch vom Fahrer mittelbar
bewirkt wird, die Schaltbewegung derselben jedoch durch den vom Druckmittel beaufschlagten
Kolben der Schaltvorrichtung ausgelöst wird. Hierbei wird lediglich die mit Kraftaufwand
zu bewerkstelligende Schaltbewegung durch die Schaltvorrichtung vollführt, was eine
wesentliche Vereinfachung der Vorrichtung mit sich bringt. Die Steuerung der Schaltvorrichtung
erfolgt durch Steuerscheiben, wobei die eine mit dem den Schaltvorgang einleitenden
Gestänge starr verbunden ist und die mit dem Kolben der Schaltvorrichtung. durch
Leitungen verbundenen Öffnungen einer zweiten Steuerscheibe steuert. Hierbei ist
die eine Steuerscheibe mit der Schaltwalze starr verbunden und steht mit der anderen
Steuerscheibe über einen Drehstab in Verbindung. Die Steuerwalze ist am Umfang und
an einer Stirnseite mit je einer Steuernut versehen, wobei in der Umfangsnut ein
sich von der Stange des Kolbens weg erstreckender Kontaktfinger gleitet und in der
Stirnnut ein Winkelhebel geführt ist. Der letztere greift in eine Längsnut der Kolbenstange
ein und bewirkt die radial gerichteten Wählbewegungen der Schaltstange. Weiter ist
ein Mitnehmer vorgesehen, welcher eine unmittelbare Verbindung mit Spiel zwischen
den beiden Steuerscheiben bewerkstelligt.
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Es kann auch für den Aufbau der Einrichtung vorteilhaft sein, wenn
das den Zufluß des Druckmittels zum Schaltkolben für die Kupplung regelnde Steuerorgan
ein Schieber ist, welcher innerhalb der Schaltvorrichtung für das Getriebe angeordnet
ist. Der Steuerschieber wird in seinem unbelasteten Zustand durch eine axial auf
ihn wirkende Feder in eingestellter Lage mit Bezug auf den Steuerkolben gehalten.
Der Steuerschieber dient gleichzeitig als Steuerorgan zur Regelung der Beaufschlagung
des Kolbens, der auf dem Steuerschieber gleitet.
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In den Zeichnungen sind zwei beispielsweise Ausführungsformen der
Erfindung dargestellt. Es zeigt F ig. i schematisch die erfindungsgemäße Kupp-
Jungs-
und Getriebeeinrichtung, in welcher die Steuerung durch Steuerscheiben erfolgt,
Fig. 2 ein Detail der Fig. I, Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Schaltapparat,
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Schaltapparat, teilweise im Schnitt, Fig. 5 einen
Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 3, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI
der Fig. 3, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 3, Fig. 8 die abgewickelte
Mantelfläche der Steuertrommel des Schaltapparates nach Fig. 3 und Fig.9 schematisch
eine weitere Ausführungsform der Kupplungs- und Getriebeeinrichtung.
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Bei der in Fig. I gezeigten Kupplungs- und Getriebeeinrichtung erfolgt
die Schaltung durch einen Handschalthebel I, welcher unter dem Lenkrad 2 angeordnet
ist. Zum Schalten des Getriebes wird der Schalthebel I parallel zur Lenkradebene
geschwenkt, wobei ein das Schalten der einzelnen Gänge bewirkender Schaltapparat
3 über ein Gestänge 4 betätigt wird. Ein Schwenken des Schalthebels I senkrecht
zur Lenkradebene Bewirkt ein Verstellen eines Kupplungsventils 5, welches ein Ausrücken
des Motorkupplung mittels eines Zylinders 6 hervorruft. Der Schaltapparat 3, das
Kuppluugsventil 5 und der Zylinder 6 sind am Getriebegehäuse befestigt.
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Als Arbeitsmittel wird vorzugsweise Öl verwendet, welches eine Zahnradpumpe
7 aus einem Vorratsbehälter Io in eine Druckleitung 8 liefert. Beim offenen Kupplungsventil
5, d. h. bei eingeschalteter Motorkupplung, fließt Öl über eine Zwischenleitung
9' über das offene Kupplungsventil 5 und eine Abflußleitung 9 in den Behälter Io
zurück, ohne Arbeit geleistet zu haben. Beim Schwenken des Schalthebels I senkrecht
zur Lenkradebene wird ein Kolben II des Kupplungsventils 5 über einen Seilzug 12
axial verschoben, wodurch die Leitung g' durch das Ventil unterbrochen wird. Ö1
strömt dann über eine Leitung 13 in den Zylinder 6 und verschiebt einen Schaltkolben
14, wodurch die Kupplung ausgerückt wird.
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Durch das Verschieben des Schaltkolbens 14 wird eine Leitung 15 zum
Schaltapparat 3 freigelegt, und Öl fließt in diesen, bewirkt das Schalten des Getriebes
und fließt danach über eine Leitung 16 und die Abflußleitung 9 in den Behälter Io.
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Der Schaltapparat 3 besteht aus einem mehrteiligen Gehäuse 17 (Fig.
3), in welchem die Steuerorgane untergebracht sind. Diese setzen sich aus einer
primären Steuerscheibe 18, einer sekundären Steuerscheibe I9, einer Schaltwelle
2o und einem Schaltkolben 21 zusammen. Die Kolbenstange 22 weist einen Kontaktfinger
23 auf. Im Gehäuse ist ein Winkelhebe1 24 (Eig.6) verdrehbar gelagert.
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Die primäre Steuerscheibe 18 enthält einen rohrförmigen Ansatz 25
mit einem Stift 26, welcher die Verbindung mit dem Wählgestänge 4. herstellt. Sie
besitzt Nasen 27 (Fig. 5), die den Umfang der Steuerscheibe 18 in einzelne Abschnitte
segmentartig unterteilen. Dadurch werden am Umfang der Steuerscheibe 18 Ausnehmungen
28 gebildet. An der der sekundären Steuerscheibe I9 zu gelegenen Fläche der primären
Scheibe 18 sind von den Ausnehmungen ausgehend radiale Kanäle 29 angeordnet. Weiter
weist die Scheibe 18 Entlastungsbohrungen 30, 31 auf.
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Die sekundäre Steuerscheibe I9 (Fig. 6) ist mit der Schaltwalze 20
fest verbunden. Sie enthält Bohrungen 32, 33, deren Lochkreise D1 und D2 den Entlastungsbohrungen
30, 31 der primären Steuerscheibe 18 entsprechen.
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Die Bohrungen der sekundären Steuerscheibe I9 münden an der der primären
Steuerscheibe 18 abgewandten Seite der Steuerscheibe I9 in Nuten 41, 42. Die beiden
Steuerscheiben 18 und I9 liegen aneinander und sind durch einen Drehstab 34 miteinander
verbunden.
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Die Schaltwalze 2o ist an ihrem Umfang mit einer Steuernut 35 versehen,
in welcher der Kontaktfinger 23 gleitet. Die der sekundären Scheibe I9 abgewandte
Stirnfläche 36 der Schaltwalze 20 ist mit einer Steuernut 37 versehen (Fig. 7),
durch welche der Winkelhebel 24 betätigt wird. Dieser ist durch einen Zapfen 38
im Gehäuse 17 des Schaltapparates 3 gelagert. Der eine Schenkel des Winkelhebels
24 ist mit einem Fühler 39 versehen, welcher in der Steuernut 37 gleitet. Der andere
Schenkel greift in eine Längsnut 4o der Welle 22.
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Öl, welches nach Freigabe der Leitung 15 (Fig. I) durch den Schaltkolben
14 des Zylinders 6 in den Schaltapparat 3 strömt, kommt in eine der segmentartigen
Ausnehmungen 28 (Fig. 5). Wird die primäre Steuerscheibe 18 durch den Schalthebel
i über das Gestänge .4 beispielsweise im Uhrzeigersinn verdreht, so überdeckt der
in der primären Steuerscheibe 18 angeordnete und der beaufschlagten Ausnehmung zugehörige
radiale Kanal 29 die Bohrung 32 der sekundären Steuerscheibe i9 (Fig. 4), wodurch
t51 in die Nut 41 gelangt. Diese Nut steht mit einem Kanal 43 des Gehäuses 17 in
Verbindung, durch welchen öl in den Raum 44 strömt und den Schaltkolben 21 verschiebt.
Diese Bewegung wird über einen Schalthebel 46 auf eine Schaltstange 45 (Fig. i)
übertragen und das Getriebe geschaltet.
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Das durch den Kolben 21 aus dem Raum 47 verdrängte Öl entweicht über
einen Kanal 48 (Fig. i und 4), die Nut 42 und die Bohrung 33 der sekundären Steuerscheibe
i9 sowie über eine der Bohrungen 31 der primären Steuerscheibe 18 in einen ringförmigen
Raum 49 im Deckel 5o des Gehäuses 17, von wo es über die Leitungen 16 und 9 in den
Behälter io zurückfließt. Beim Verschieben des Schaltkolbens 21 wird der Kontaktfinger
23 axial bewegt, wodurch die Schaltwalze 2o verdreht wird.
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Befindet sich beispielsweise der Kohtakfinger 23 beim Verschieben
des Schaltkolbens 21 im Punkt A (Fig. 8), so wird durch die Verstellung die Schaltwalze
20 so weit verdreht, daß sich der Finger am Ende seiner Bewegung irr, Punkt B befindet.
Durch die gleichzeitige Bewegung der Steuernut 37 hat
sich der Fühler
39 von a nach b bewegt. Dieser Punkt stellt den Beginn eines Überganges 5 I für
die Verbindung mit dem nächsten abgesetzten Abschnitt der Steuernut 37 dar. Der
Steuerweg zwischen den Punkten B und O der Steuernut 35 bzw. den Punkten b und 0
der Steuernut 37 wird mechanisch vom Fahrer in der Weise bewirkt, daß die primäre,
vom Fahrer mechanisch betätigte Steuerscheibe 18 mittels eines Bolzens 55 die sekundäre
Steuerscheibe I9 und somit die Steuerwalze 20 weiterdreht.
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Beim Schalten des nächsten Ganges wird der Schalthebel parallel zur
Lenkradebene weiterverschwenkt. Dadurch wird die sekundäre Steuerscheibe I9 mittels
des Bolzens 55 von der primären Steuerscheibe 18 so weit verdreht, daß der
Kontaktfinger vom Punkt 0 in den Punkt B' der Steuernut 35 und der Fühler 39 vom
Punkt O in den Punkt b' innerhalb der Steuernut 37 gleitet. Hierbei ist gleichzeitig
die Schwenkbewegung des Winkelhebels und damit die radiale Bewegung der Innenschaltstange
beendet. Während der beschriebenen mechanischen Betätigung der Schaltwalze wird
die Bohrung der sekundären Scheibe I9 von dem Kanal 29 der primären Scheibe überdeck@.
strömt zum Schaltkolben und verschiebt ihn, wodurch geschaltet wird.
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Das nächste Schalten mittels des Winkelhebels auf die beschriebene
Art erfolgt auf dem folgenden Übergang 52 der Steuernut 37 zwischen den Punkten
c, c' bzw. den Punkten C, C der Steuernut 35. Um bei diesem Schaltvorgang
ein gleichzeitiges Beaufschlagen des Schaltkolbens 21 zu vermeiden, ist am Umfang
der primären Steuerscheibe I8 eine zusätzliche Nase 27' angebracht (Fig.4 und 5),
welche verhindert, daß Öl in die Ausnehmung 28 fließt.
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Der Schaltvorgang ist beendet, wenn der Schalthebel I beispielsweise
in eine Raste od. dgl. an der Lenksäule einrastet. Das Einrasten erfolgt selbsttätig
und wird durch eine an dem Kupplungsventil 5 angeordnete Feder 53 bewirkt. Das Kupplungsventil
wird dadurch in die Ruhestellung gebracht und Öl fließt über die Leitung 9' und
9 in den Behälter Io.
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Um ein sanftes Einkuppeln zu ermöglichen, ist die als eine Ringnut
54 (Feg. 2) ausgebildete Durchflußöffnung im Kolben II des Kupplungsventils 5 konvex
ausgebildet. Dadurch ist es möglich, durch langsames Einschwenken des Schalthebels
I die Durchflußöffnung im Kolben allmählich zu öffnen, so daß der auf den Kolben
14 wirkende Druck nicht schlagartig aufhört. Dies ist insbesondere für Anfahren
am Berg sowie bei langsamer Fahrt vorteilhaft, bei welcher die Motorkupplung schleift.
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Da die primäre Steuerscheibe 18 mechanisch mit dem Schalthebel verbunden
ist, kann man den Öldruck auf den Kolben 21 fortlaufend regeln. Durch die Verbindung
der beiden Steuerscheiben durch einen Drehstab 34 wird ein Voreilen der Steuerscheibe
18 gegenüber der Steuerscheibe I9 ermöglicht. Ein Voreilen der sekundären Steuerscheibe
I9 gegenüber der primären Steuerscheibe 18 ist nicht möglich, da hierbei die Ölzufuhr
durch die radialen Kanäle 29 und Bohrungen 32 unterbrochen wird oder im extremen
Fall der Schaltkolben 21 über die radialen Kanäle 29 und Bohrung 33 Gegenstrom erhält.
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Bei stehendem Motor kann nicht mit Hilfe von Öl geschaltet werden.
Dies geschieht dann durch den Bolzen 55, der beim Voreilen der primären Steuerscheibe
18 die sekundäre Steuerscheibe I9 mitnimmt und das Getriebe mittels des in der Steuernut
35 der Schaltwalze 20 gleitenden Kontaktfingers betätigt.
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Eine weitere Ausführungsform zeigt die Fig. 9. Diese Vorrichtung besteht
aus einem Steuerschieber 56, welcher in einem Schaltkolben 57 gleitet. Der Schaltkolben
ist in einem Gehäuse 58 untergebracht. Weiter ist eine Vorrichtung 59 für die Betätigung
der Kupplung vorgesehen. Der Steuerschieber 56 ist unmittelbar mit einem Schaltgestänge
6o verbunden, welches von einem Schalthebel 61 betätigt wird. Der Schaltkolben 57
besitzt einen Schlitz 62, in welchem ein im Steuerschieber 56 befestigter radialer
Mitnehmer 63 eingreift. Durch diesen Mitnehmer ist der .Schaltkolben radial geführt.
An dem Schaltkolben 57 ist ein Schalthebel 64 befestigt, welcher eine Schaltstange
65 des Getriebes eines Kraftfahrzeuges betätigt.
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Das Vorwählen, d. h. die radialen Bewegungen des Schalthebels 64 werden
unmittelbar von dem Handschalthebel 6i bewirkt. Die Schaltbewegungen, d. h. die
axialen Bewegungen des Schalthebels, werden von dem Schaltkolben 57 vollzogen. Der
Steuerschieber 56 wird in seinem unbelasteten Zustand durch eine axial auf ihn wirkende
Feder 66 in eingestellter Lage mit Bezug auf den Schaltkolben 54 gehalten.
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Als Arbeitsmittel wird ebenfalls Öl verwendet, welches von einer Zahnradpumpe
67 aus einem Behälter 68 angesaugt und' in eine Leitung 69 gefördert wird.
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Die Steuerung des Ölflusses für die Ausrückvorrichtung 59 für die
Kupplung sowie für den Schaltkolben 57 erfolgt durch den Steuerschieber 56, welcher
hierzu mit einer Bohrung 70 sowie Bohrungen 71, 72 versehen
-ist. Der ihn umgebende . Schaltkolben 57 ist mit entsprechenden Bohrungen 73 bzw.
74, 75, 76, 77, 78 versehen.
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Befindet sich der Schalthebel 61 in Leerlaufstellung (Fig.9), so kann
das von der Zahnradpumpe 67 in die Druckleitung 69 geförderte Öl über eine Ausweichleitung
79, die Bohrungen 73, 70, 78 sowie durch eine Leitung 8o in den Behälter 68 zurückfließen.
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Wird der Schalthebel 61 beispielsweise bis zum Punkt x verschwenkt,
so wird der Ölfluß in der Leitung 8o durch - den Steuerschieber 56 unterbrochen,
und das 0I strömt über eine Leitung 81 in den Zylinder der Kupplungsvorrichtung
59 und verschiebt den Kolben 82.
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Durch die Verschiebung des Kolbens 82 wird eine Leitung 83 freigegeben,
durch welche Öl in ,len Kanal 74 des Schaltkolbens 57 gelangt. 1 Sei
Verstellung
des Steuerschiebers 56 ist die Verbindung zwischen den Kanälen 74 und 76 über die
Bohrung 7I hergestellt, so daß das Öl in den Raum 34 gelangt. Dort bewirkt es ein
Verstellen des Schaltkolbens und somit ein Schalten des Getriebes.
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Der Schaltkolben 57 kann nur dann fortlaufend verstellt werden, solange
der Kanal 74 über die Bohrung 7I mit dem Raum 84 in Verbindung steht, d. h. daß
der Steuerschieber 56 mittels des Handschalthebels 61 entsprechend der Bewegung
des Schaltkolbens 57 fortlaufend verstellt werden muß. Dieser Weg entspricht der
Strecke x-y des Schalthebels.
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Das aus dem Raum 85 verdrängte Ö1 gelangt über die Bohrungen 75, 77
und 78 und die Leitung 8o in den Behälter 68.
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Das Verstellen des Schaltkolbens 57 ist beendet, wenn der Handschalthebel
6I bis y verschwenkt wurde. Wird in dieser Stellung der Handschalthebel losgelassen,
so kommt die Feder 66 zur Wirkung und pendelt den Steuerschieber in seine Normalstellung
in bezug auf den Steuerkolben 58. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Kanal
73 im Schaltkolben 57 und der Leitung 8o durch die Bohrung 70 im Steuerschieber
56 wieder hergestellt und der Kolben 82 der Kupplungsbetätigung entlastet.