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Einrichtung an Anfahr- und Schaltkupplungen automatischer Getriebe
für Kraftfahrzeuge Bei normalen Wechselgetrieben für Kraftfahrzeuge ist es üblich,
daß man beim Abwärtsschalten der Gänge Zwischengas gibt, um den Motor, der entsprechend
den Stufen des Getriebes eine höhere Drehzahl annehmen muß, ungefähr auf diese Höhe
zu bringen, damit die Klauen eingerückt werden können.
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So hat die seitherige weichbelegte Kraftfahrzeugkupplung nur noch
- selbst bei schnellem Einkuppeln - eine kleine Reibarbeit zu leisten. Versucht
man ohne Zwischengas abwärts zu schalten und kuppelt genauso schnell wie vorher
ein, so muß in dieser kurzzeitigen Einkupplung der Motor den vom Getriebe vorgeschriebenen
Stufensprung annehmen, was als starker Bremsstoß zu spüren ist, weil die Arbeit,
die zum Beschleunigen des Motors benötigt wird, vom Massenschwung des Wagens abgenommen
wird. Es sei vorausgesetzt, daß durch Synchronisierung die Klauen überhaupt eingerückt
werden können. Will man, ohne Zwischengas zu geben, trotzdem ein weiches Abwärtsschalten
erreichen, so darf man nur langsam einkuppeln, so
daß der Rutschweg
der Kupplung größer wird, jedoch ist die gleiche Arbeit zu leisten. Der Wagen wird
genau wie vorher langsamer, jedoch nicht in der kurzen Zeit, so daß die Schaltung
nicht als Stoß zu spüren ist. Anders aber bei halbautomatischen und vollautomatischen
Getrieben mit Reibungskupplungen, sei es in Umlaufgetrieben oder in Stirnradgetrieben.
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Die Anfahr- und Schaltkupplungen werden bekanntlich für ein auftretendes
maximales Drehmoment zusätzlich einer Sicherheit konstruiert.
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Beim Anfahren ist es infolgedessen nötig, am Ende die Kupplungsplatten
nur langsam zu nähern, so daß deren Haftreibungsmoment langsam vom Minimum zum Maximum
steigt. Ein rasches Schließen der Anfahrkupplung würde zu einem Anfahrstoß führen,
da das Haftdrehmoment der Kupplung das Motordrehmoment bei weitem überwiegt. Wird
unter Vollgas abwärts geschaltet, so nimmt der Motor den obenerwähnten Stufensprung
gern an, weil er durch das Vollgasgeben sehr schnell beschleunigt wird. Es muß also
nicht die Wagenmasse den Motor antreiben, der Motor beschleunigt sich vielmehr in
der kurzen Schaltzeit von selbst. Bei Leerlaufgas möchte der Motor auf seiner Leerlaufdrehzahl
laufen. Beim Abwärtsschalten kann der Motor nicht in der von der hartwirkenden Kupplung
vorgeschriebenen kurzen Schaltzeit entgegen der Motorbremswirkung beschleunigt werden,
ohne daß dies auf Kosten der Wagengeschwindigkeit geht. Der Motor wird wohl schneller
laufen, der Wagen aber langsamer. Dieses Übel tritt bei allen bekannten Getrieben
als mehr oder wenig starker Stoß auf, der starke Beanspruchung der Kolbenbolzen,
Kurbelwellenlager, Nockenwellenzahnräder, Kardan- und Hinterachsgelenke erzeugt.
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Wird bei Vollgas und großer Wagengeschwindigkeit aufwärts geschaltet,
so bekommt der Wagen einen weichen Beschleunigungsstoß, weil der in der Drehzahl
um den Stufensprung zu verlangsamende Motor seine Schwungenergie an den Wagenschwung
abgibt. Der Stoß ist weich, da die Wagenschwungmasse verhältnismäßig größer ist.
Ein wenig härter ist der Beschleunigungsstoß, wenn bei Leerlaufgas und kleiner Wagengeschwindigkeit
aufwärts geschaltet werden soll, da der Massenschwung des Wagens bei kleiner Geschwindigkeit
beträchtlich kleiner ist (quadratisches Sinken entsprechend der Wagengeschwindigkeit)
und so von einer abgegebenen Motorschwungenergie stark beeinflußt wird, d. h. der
Wagen stärker vorwärts gestoßen wird. Allerdings vernichtet der bei Leerlaufgas
bremsende Motor seine Schwungenergie zum Teil. Die Nachteile beim Anfahren werden
in bekannter Weise dadurch vermieden, daß Steuerungen vorgesehen werden, die ein
schnelles Anstellen unter kleinstem Drehmoment der Kupplung erzeugen, welches dann
langsam auf das höchste Haftdrehmoment entsprechend dem maximalen Motordrehmoment
anschwillt, wodurch ein weiches Anfahren gewährleistet werden soll. Diese bekannten
Steuervorrichtungen sind sehr umständlich und teuer und haben zum Teil direkt wirkende
große Arbeitskräfte zu erzeugen. Nach dem Anfahren gleicht sich jedoch das Haftdrehmoment
der Kupplung nicht mehr dem Motordrehmoment an, so daß diese Kupplung keine Weichheit
mehr aufweist.
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Um nicht nur beim Anfahren ein stoßfreies und sanftes Einkuppeln zu
erzielen, sind Einrichtungen bekannt, bei denen das Einlegen der Kupplung in allen
Gängen in Abhängigkeit vom Motordrehmoment so geändert werden soll, daß auch in
den höheren Gängen ein weiches stoßfreies Greifen der Kupplungsreibscheiben ermöglicht
wird. In einem Fall werden zahlreiche Steuermittel zwischengeschaltet, so daß der
Druck der Kupplungsfeder durch den Gegendruck im Hilfskraftzylinder bis zum Anlegen
der Kupplungsscheiben ständig beeinflußt wird, der seinerseits indirekt durch den
Unterdruck in der Venturidüse des Ansaugrohres über ein stoßartig öffnendes Membranventil
so geregelt wird, daß das Einlegen der Kupplung entsprechend diesem Unterdruck geändert
wird. In der Venturidüse ist jedoch der Unterdruck leistungsabhängig. Nach dem Anstellen
der Kupplungsreibscheiben ist deren Haftmoment nur noch von der totalen Federkraft
der Kupplungsfeder abhängig. Bei anderen Einrichtungen für Schaltkupplungen von
automatischen Getrieben soll das Kupplungshaftmoment zwar in Abhängigkeit vom Motordrehmoment
geändert werden, doch ist hierbei die Anordnung so getroffen, daß zur Erzielung
einer Art Leistungsregelung noch eine zweite drehzahlabhängige Regelung vorgesehen
ist. Auch diese bekannte Anordnung ist durch die Vielzahl von Steuermitteln aufwendig
und daher störanfällig. Schließlich ist noch eine Hilfskrafteinrichtung zum selbsttätigen
Ein-und Ausrücken von Kraftfahrzeugen bekannt, die ebenfalls von der Regelung des"
Einlegens der Kupplung in Abhängigkeit vom Motordrehmoment Gebrauch macht. Diese
Einrichtung bedient sich eines Dämpfungsventils, das in Abhängigkeit vom Unterdruck
in der Ansaugleitung gesteuert wird. Dieser bekannten Einrichtung liegt die Erkenntnis
zugrunde, daß beim Anfahren die Kupplung möglichst sanft und stoßfrei greifen soll,
während sie in den höheren Gängen möglichst schnell in den Eingriff gebracht werden
soll. Nach dem Anlegen der Kupplungsreibscheiben ist das Anpressen dieser und damit
das Haftmoment ebenfalls nur noch von der totalen Kraft der Kupplungsfeder abhängig.
Diese bekannte Einrichtung benötigt ebenfalls eine Reihe von Schiebern und Übertragungsmittel,
um das erstrebte Ziel zu erreichen.
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Die Erfindung geht bei automatischen Getrieben, die von einem Druckmittel
betätigt werden, von einer Einrichtung an Anfahr- und Schaltkupplungen aus, bei
der das Einlegen der Kupplung in Abhängigkeit vom Motordrehmoment oder von einer
von diesem abhängigen Größe, z. B. von der Stellung des die Brennstoffzufuhr regelnden
Pedals oder von dem Unterdruck in der Ansaugleitung mit Hilfe eines von einem druckempfindlichen
Glied gesteuerten Ventils geändert wird.
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Sie besteht zur Lösung der gestellten Aufgabe, stoßfrei, sanft und
schnell einzukuppeln, darin, daß
der Kupplungsdruck und der ihn
regelnde Druck auf das Ventil während der gesamten Schaltdauer ausschließlich proportional
zum Motordrehmoment ist, wobei das Ventil eine die Kupplungskraft erzeugende hydraulisch
gesteuerte Hilfskraft direkt regelt.
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Bei elektrisch betätigten Kraftfahrzeuggetrieben bezieht sie sich
auf eine Einrichtung an Anfahr-und Schaltkupplungen, bei der das Einlegen der Kupplung
in Abhängigkeit vom Motordrehmoment oder von einer von diesem abhängigen Größe,
z. B. von der Stellung des die Brennstoffzufuhr regelnden Pedals oder von dem Unterdruck
in der Ansaugleitung geändert wird.
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Die gestellte Aufgabe wird hierbei dadurch gelöst, daß der Kupplungsdruck
während der gesamten Schaltdauer ausschließlich proportional zum Motordrehmoment
ist, wobei der elektrische Strom eine die Kupplungskraft erzeugende Hilfskraft direkt
regelt.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungen im senkrechten Schnitt dargestellt.
Bei der Ausführung nach der Fig. I ist von der Tatsache ausgegangen, daß der Unterdruck
in der Saugleitung von Kraftfahrzeugbenzinmotoren dem jeweils auftretenden Drehmoment
des Motors angenähert umgekehrt proportional ist. Man kann daher die Druckschwankungen
in der Saugleitung zur erfindungsgemäßen Steuerung benutzen. Im dargestellten Beispiel
nach Fig. I ist angenommen, daß als Mittel zur Betätigung der Getriebekupplung ein
hydraulisches Mittel, z. B. unter Druck stehendes Öl dient. Ein an die Saugleitung
des Motors angeschlossener Gummischlauch i, der auf dem Stutzen 2 durch eine Blechschelle
3 befestigt ist, stellt eine offene Verbindung der Kammer 4 eines Membrangehäuses
5 mit der Saugleitung her. Das Membrangehäuse 5 ist auf einen Einschraubstutzen
6 aufgeschraubt, damit es zwischen sich und diesem Stutzen die Membran 7 einklemmt.
Eine Regulierfeder 8 im Membrangehäuse 5, die von außen mit der Regulierschraube
g über den Druckteller IO bezüglich ihrer Spannung verändert werden kann, dient
zur Einstellbarkeit der Größe des Regulierunterschiedes. In einem Nabenansatz des
Einschraubgehäuses 6 ist eine Feder I I angeordnet, die einerseits ihr Lager am
Einschraubstutzen 6 und andererseits an dem Druckkegel 17 einer Ventilkugel 12 findet.
Letztere wird durch diese Feder, auf ihre Kegeldichtfläche 13, die einen Teil der
Bohrung in der zu den Kupplungen führenden Öldruckleitung bildet, gedrückt. Das
die Leitung I4 durchfließende Öl dient zur Betätigung der Kupplungen des Getriebes.
Es kann bei abgehobener Kugel i2 über deren Sitz teilweise abfließen, wodurch der
Arbeitsdruck in der Ölleitung verändert wird. Die Feder I I erzeugt den absoluten
Höchstdruck auf die Ventilkugel i2, der durch Eindrehen des Einschraubstutzens 6
geregelt und durch die Gegenmutter 15 gesichert werden kann. Die Membran 7 wird
bei wachsendem Unterdruck in der Saugleitung in der Pfeilrichtung verschoben und
entlastet dadurch das Ventil über eine mit dem Membranteller vereinigte Stange 16
und den Kegeldruckteller 17, so daß Öl abfließen und der Arbeitsdruck in der Leitung
q. vermindert werden kann, wodurch das Drehmoment der arbeitenden Kupplungen entsprechend
dem sich vermindernden Motordrehmoment verringert wird. Die Federn 8 und ii können
auch zu einer Feder zusammengezogen werden, die die gleiche Wirkung erzeugt.
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Der Unterdruck in der Saugleitung kann auch dazu verwendet werden,
um einen Kolben zu bewegen, der einen elektrischen Widerstand eines elektrisch betätigten
Kraftfahrzeuggetriebes verändern kann. Die erfindungsgemäße Wirkung wird hierbei
dadurch erzielt, daß der elektrische Strom bzw. die Amperewindungszahl vergrößert
oder verkleinert und dadurch die Magnetplatte stärker oder schwächer angezogen wird,
so daß sich auf diese Weise das von der Kupplung zu übertragende Drehmoment vergrößert
und verkleinert.
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Eine andere Lösung der Erfindung zeigt Fig. 2. Hier wird das Arbeitsmittel
für die Kupplungen eines hydraulisch oder elektrisch betätigten automatischen Getriebes
vom Gaspedal i' direkt beeinflußt. Bei dessen Niedertreten wird der Bowdenzug 2'
gezogen. Der an diesen angelenkte zweiarmige Hebel 3' drückt dann die Stange q.'
mit dem Federteller 5' in Pfeilrichtung bis zum Anschlag des Gaspedals, bei dem
dann der verlangte hydraulische Höchstdruck erzeugt wird. Bei Leerlaufstellung des
Gaspedals wird der Federdruck auf das Regulierventil 12' so weit erniedrigt, daß
es dem minimalen hydraulischen Druck des in der Leitung il! fließenden Mittels zur
Betätigung der Kupplungen entspricht, so daß damit auch das Drehmoment der Kupplungen
in der gewünschten Richtung verändert wird. Durch die Regulierschraube g' kann wiederum
die Größe des Unterschiedes vom maximalen und minimalen Druck eingestellt werden,
während mit dem Einschraubstutzen 6' wiederum der absolute Druck, mit dem das Ventil
z2' auf seinen Sitz gedrückt wird, eingestellt werden kann.
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Für die praktische Durchführung der Erfindung kann jede zur Abnahme
und Weiterleitung des Motordrehmoments dienende Einrichtung treten. Denn das Drehmoment
tritt an jeder Welle auf, die es zu übertragen hat. Man kann z. B. an irgendeiner
Welle eine Verdrehungswelle vorsehen, oder man kann eine Kupplung in eine Welle
einbauen, wobei entsprechend dem größer werdenden Drehmoment des Motors sich an
der Kupplung durch Zusammendrücken von Federn ein Schlupf ergibt, der proportional
dem jeweiligen Drehmoment des Motors ist.
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Dieser Schlupf kann zur Betätigung von bekannten Schaltwächtern (Automaten)
od. dgl. benutzt werden, die das Ein- und Ausschalten der Gänge automatisch erzielen.
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In Fällen, in denen eine automatische Vorrichtung die Kupplungen ausrückt,
wenn die Motordrehzahl unter eine eingestellte Grenze fällt, bei der eine Leistung
vom Motor nicht mehr zu erwarten ist, kann es vorkommen, daß an steilen
Hängen
oder durch sonstige Fahrthindernisse der Wagen beim Anfahren so viel Widerstand
leistet, daß beim Schließen der Kupplung durch den Triebwerkswiderstand die Motordrehzahl
unter die eingestellte Grenze absinkt und dadurch die Ausrückvorrichtung in Tätigkeit
tritt, die die Kupplungen löst. Anstatt einer großen Anfahrleistung leistet der
Motor dann überhaupt nichts mehr. Um das zu verhindern, kann man die automatische
Kupplung längere Zeit rutschen lassen durch irgendeine Vorrichtung, die man zusätzlich
mit der Hand als Hilfe für die automatische Steuervorrichtung betätigt, und zwar,
wie Fig. 3 zeigt, indem man die Kraft der Federn II und 8 durch Zurücknahme des
hier beweglichen Federwiderlagers IO' verkleinert, so daß das Drehmoment der Kupplungen
entsprechend verringert wird und sie rutschen können. Die diesem Zweck dienende
Einrichtung besteht in folgendem Eine Feder 18 drückt den in Lageraugen I9 schwenkbaren
Hebel 2o und damit den über die Stange 2I mit dem Hebel 2o verbundenen Federteller
IO' in eine Lage, bei der die Federn 8 und II einen dem maximalen Drehmoment entsprechenden
hydraulischen Druck erzeugen, der durch die Membran 7 entsprechend dem Unterdruck
und dem auftretenden Motordrehmoment ein proportionales Drehmoment in den Kupplungen
erzeugt. Da eine automatische Kupplung in einem vollautomatischen Getriebe immer
bei der gleichen Mindestdrehzahl von z. B. etwa 6OO Umdrehungen schließt, ist bei
diesem Schließen noch lange nicht das größtmögliche Drehmoment vorhanden. Dies führt
dazu, daß beim Anfahren am steilen Berg der vollbeladene Wagen kaum in Bewegung
gerät und beim schnellen Schließen der Kupplung der Motor in seiner Drehzahl durch
die Bremswirkung über das Getriebe weit abfällt, so daß dies zum unerwünschten automatischen
Auskuppeln führt.
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Mittels eines am Armaturenbrett angebrachten Knopfes kann ein Bowdenzug
22 innerhalb gewisser Grenzen beliebig gezogen werden, so daß der Federteller IO'
entsprechend weit in Pfeilrichtung zurückgehen kann. Infolgedessen wird über das
Ventil 12 je nach Bedarf ein kleinerer Druck und dadurch ein kleineres Drehmoment
in den Kupplungen erzeugt. Dadurch bekommt die automatische Kupplung die Möglichkeit,
längere Zeit zu rutschen. Der Wagen gelangt dabei allmählich in Bewegung, und der
Motor fällt nicht unter seine kritische Drehzahl ab, bei der automatisch ausgekuppelt
wird. Beim Anfahren auf ebener Straße oder kleinem Berg braucht diese Einrichtung
nicht benutzt zu werden, nur an sehr steilem Berg und großer Gewichtsbelastung.