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Kraftfahrzeuggetriebe mit elektromagnetischen Gangkupplungen Die Erfindung
befaßt sich mit der Verbesserung von Getrieben für Kraftfahrzeuge, bei denen insbesondere
die ständig im Eingriff stehenden Zahnradpaare durch über Hilfskräfte gesteuerte
Gangkupplungen mit, den Getriebewellen gekuppelt und damit die Gänge geschaltet
werden. Bei solchen Getrieben erfolgt insbesondere dann, wenn elektromagnetische
Gangkupplungen Verwendung finden, das Einrücken der Gänge verhältnismäßig ruckweise,
da die zu kuppelnden Teile einmal verschiedene Drehzahlen aufweisen und zum anderen
je nach dem Zustand des Öles die Kupplungen mehr oder weniger hart greifen.
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Um hier Abhilfe zu schaffen und in allen Gängen ein weiches Einrücken
zu gewährleisten, ist es an sich bekannt, elektromagnetische Kupplungen mit elektrischen
Schaltvorrichtungen in Verbindung zu bringen, die das Einschalten der Hilfskraft
für die Kupplung erst dann zulassen, wenn zwi.schent den zu kuppelnden Teilen Gleichlauf
erzielt ist. Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, die elektromagnetischen Kupplungen
in einem ölfreien Gehäuse unterzubringen, um ihr zuverlässiges Arbeiten sicherzustellen.
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Die Erfindung stellt eine weitere Verbesserung solcher Kraftfahrzeuggetriebe
mit elektromagnetischen Gangkupplungen. und Einrichtungen dar, die das Einschalten
des elektrischen Stromes für die Magnetkupplungen erst dann zulassen, wenn zwischen
den zu kuppelnden Teilen Gleichlauf eingetreten oder nahezu eingetreten ist. Diese
bestehen darin, daB die elektrische Schalteinrichtung für die zu synchronisierenden
Kupplungen
eine Kontakthülse aufweist, die @in den Stromkreis. der elektromagnetischen Kupplungen
eingeschaltet ist und der gegenüber eine Muffe mit isolierten Teilen derart beschränkt
drehbar angeordnet ist, saß; in der Mittelstellung der Muffe über die Kontakthülsen
der Stromkreis für die elektromagnetischen Kupplungen geschlossen, in der verdrehten
Stellung der Muffe dagegen infolge Hinübergleitens der Kontakthülse auf einen der
isolierten Teile der Muffe der Stromkreis der Kupplungenunterbrochen ist. Die auf
einer Verlängerung der Kupplung beschränkt drehbar angebrachte Muffe liegt zu diesem
Zweck an einer mit der Abt@riebisiwelle über eine konische Hülse in Verbindung stehende
Reibfläche an, wird durch diese bei verschiedenen; Drehzahlen der An- und Abtriebswelle
in der einen oder anderen Richtung um einen geringen Winkelbetrag mitgenommen, wodurch
die Kontakthülse auf eine isolierte Fläche der Muffe zu liegen, kommt, und verharrt
in dieser Stellung so lange, bis zwischen den beiden Wellen Gleichlauf eingetreten
ist und die Muffe mit ihren Kontaktflächen auf die Kontakthülse wieder zurückgeführt
wird.
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Ferner kann sich in der Leitung nach dem Elektromagneten der Kupplung
ein vom Gaspedal, der Bremse bzw. ein von einem von der Abtriebswelle angetriebenen
Fliehkraftregler beeinälußter Schalter befinden, der in der Leerlaufstellüng des
Gaspedals, bei angezogener Bremse bzw. bei Fahrzeuggeschwindigkeiten bis zu 7o km/Std.
geöffnet, sonst geschlossen die Kontakte für die Schalteinrichtung für die synchronisierte
Kupplung überbrückt.
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Das Getriebe :ist im übrigem so nussgebildet, däß die synchronisierten
Kupplungen in einem vom Öl nicht benetzten, Zwischenraum des Getriebegehäuses untergebracht
sind und das Ausgangszahnrad über einen Freilauf mit der Abtriebswelle in Verbindung
steht, so saß in den ersten heisern Gängen eine normale Kupplung und der Ereilauf,
bei den übrigen Gängen eine normale Kupplung und eine synchronisierte sich im Kraftfiüß
befinden und damit in allen Gängen ein weiches Schälten ermöglicht wird.
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Werden an Stelle der elektromagnetischen Gangkupplungen solche gewählt,
die durch eine pneumatische oder hydraulische Hilfskraft gesteuert werden, so wirkt
die elektrische Schaltvorrichtung auf ein Solenoid ein, das ein Ventil in der Leitung
nach dem Arbeitszylinder der Hilfskrafteinrichtung steuert, durch den dann das Anpressen,
oder Ineingriffbringen der Kupplungsteile erst dann erfolgt, wenn Gleichlauf zwischen
den zu kuppelnden Teilen hergestellt ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, uni zwar zeigt Fig. i den Gesamtaufbau des Getriebes, Fig. 2 ein Schaltschema
der einzelnen Gänge, Fig. 3 die Synchronisierungseinrichtung für eine elektrische
Magnetkupplung und Fig: 4 einen- Schnitt für Richtung A-A der Fig.- 3. Auf der Antriebswelle
i sind die Zahnräder 2 und 3 lose angebracht, die mit den auf der Nebenwelle 4 aufgekeilten
Zahnrädern 5 und. 6 in dauerndem Eingriff stehen. Das Zahnrad 2 kann, dabei durch
eine Kupplung KI, das. Zahnrad 3 durch eine Kupplung K2 angetrieben werden. Die
Wellen i bzw. 4 sind in der äußeren Gehäusewand 7 und den Zwischenwänden 8 und 9
gelagert, die das Getriebeglehäuse in die Räume 11, 12 und 13 unterteilen, von denen
die Räume ii und 13 die in den Ölsumpf io eintauchenden Zahnräder aufnehmen,, während
der mittlere Raum 12 frei von Öl ist. In diesem letzteren ist das vordere Ende der
Abtriebswelle 14 mit der synchronisierenden Kupplung K3 und die Nebenwelle 4 mit
der ebenfalls synchronisierten Kupplung K4 gelagert. In dem hinteren Raum 13 sind
auf der Abtriebswelle 14 das, Zahnrad 15, das mit dem Zahnrad 16 der Nebenwelle
¢ im Eingriff steht, unter Zwischenschaltung eines Freilaufes 17, das Zahnrad 18,
das sich mit dem Zahnrad 19, der Nebenwelle 4 im Eingriff befindet, und das
axial verschiebbare Zahnrad 2o, das- über dem Umkehrrad2i mit dem Zahnrad 22 der
Nebenwelle 4 in Verbindung steht, untergebracht.
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Sämtliche Kupplungen K1, K2, K3 und K4 werden elektromagnetisch gesteuert
und von einer vom Lenkrad aus zu bedienenden Schaltvorrichtung 23 ein- bzw. ausgeschaltet.
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In Fdg. 2 ist ein Schema aufgestellt, aus dem zu ersehen ist, über
welche Zahnräder und. Kupplungen das Drehmoment von. der Antriebswelle i auf die
Abtriebswelle 14 übertragen wird. Danach kommen für den I. Gang die Zahnräder 2,
5, i9, 18 und die Kupplung Ki, bei dem II. Gang die Zahnräder 3, 6, i9, 18 und die
Kupplung K2 zur Wirkung: In. beiden Fällen bereitet das Schalten dieser Gänge keinerlei
Schwierigkeiten, da das Drehmoment über den Freilauf 17 auf die Abtriebswelle
14 geleitet wird. Die Kupplungen K1 und K2 können in üblicher Weis: ausgebildet
sein.
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Beim III. Gang erfolgt der Kraftverlauf über die Zahnräder 2, 5, 16,
15 und die Kupplungen K1 und K4 (S), beim IV. Gang über die Zahnräder 3,
6, 16
und 15, wobei die Kupplungen K2 und K4 (S) eingerückt sind, beim V.
Gang über die Zahnräder 2, 5, 6, 3, wobei die Kupplungen KI sowie K3 (S) eingeschaltet
sind und beim VI. direkten Gang über die Kupplungen K2 und K3 (S).
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Wie bereits eingangs angedeutet wurde, sind die Kupplungen K3 und
K4 synchronisiert, d. h. mit Einrichtungen versehen, die ein Einrücken nur dann
zulassen, wenn zwischen den zu kuppelnden Teilen Gleichlauf eingetreten. ist. Infolgedessen
wird auch bei den Gängen III bis VI infolge des Vorhandenseins einer synchronisierten
Kupplung im Kraftfluß ein; ruckweises Einschalten verhütet. In sämtlichen Gängen
stehen somit die normalen Kupplungen KI bzw. K2 entweder mit dem Freilauf 17 oder
mit einer der synchronisierten Kupplungen K3 bzw. K4 in Verbindung, so saß auf alle
Fälle ein weiches und stoßfreies Schalten gewährleistet ist.
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Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, wird bei der Kupplung K3 der elektrische
Ström von der Klemme samt Schleifkohlen 2s4 über einen isoliert angebrachten Schleifring
25 nach dem Anfang der Wicklung 26 geführt. Ein Ende der Wicklung 26 liegt. für
eine
direkte Verbindung mit der Batterie am isolierten Schleifring 27 an, auf dem die
mit der Klemme -28 in Verbindung stehenden Kohlen schleifen, ein anderes Wicklungsende
liegt an einer isolierten Kontakthülse 29 an.
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Der vom Motor angetriebene Teil der Kupplung ist der Mantel 3o, der
mit dem Getrieberad 3 in Verbindung steht. Mit ihm laufen auch die äußeren Lamellen
31 um. Der getriebene Teil der Kupplung, d. h. die inneren Lamellen 32 stehen mit
der An-
triebswelle 14 in kraftschlüsstiger Verbindung. Außerdem ist auf einem
Fortsatz der Kupplung die Kegelmuffe 33 beschränkt drehbar angebracht. Sie wird
durch Stifte 34 mitgenommen, die in einer Nut der Kegelmuffe 33 beschränkt drehbar
gleiten. Durch Federn 35 wird die Muffe 33 immer so eingestellt, daß, die Stifte
3.4 in der Mitte der Nut stehen.. In dieser Stellung der Muffe 33 liegt die Kontakthülse
29 an einer metallischen Fläche 36 an, die in elektrisch leitender Verbindung mit
der Muffe 33 und damit der Masse steht, so daß in dieser Mittelstellung der Strom
über die metallische Fläche 36 von 24. durch die: Wicklung 26 über die Kontakthülse
29 und Muffe 33 zur Masse fließen kann.
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Ist die Muffe 33 aus ihrer Mittellage verdreht, so gleitet die Kontakthülse
29 auf die isolierten Flächen 37, wodurch der Stromflu,ß unterbrochen ist.
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Die kegelige Fläche der Muffe 33 arbeitet mit einer entsprechenden
Reibfläche 38 der konischen Hülse 39 zusammen, die auf der Abtriebs-welle 14 befestigt
ist. Eilt die Antriebswelle i und damit der mit ihr verbundene Kupplungsmantel 3o,
auf dessen Verlängerung beschränkt drehbar die Muffe 33 angebracht ist, der Abtriebswelle
14 vor oder nach, so wird die Muffe 33 durch die Reibung an der Reibfläche 38 aus
ihrer durch die Federn 35 gegebenen Mittellage um einen geringen Winkel verdreht
und damit der Strom unterbrochen.
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Das Einschalten des Magnetstromes über die Kon!tal:tliülse 29 erfolgt
nur dann, wenn der Schalter 4o durch Zurücknahme des mit ihm in Verbindung stehenden
Gaspedals .4i, also in der Leerlaufstellung, in der Aus,-iStellung sich befindet.
Sowie Gas gegeben wird, wird der Schalter 40 wieder geschlossen. Außerdem kann der
Schalter`Lo von, einem von der Abtriebswelle 1d. angetriebenen nicht dargestellten
Fliehkraftregler in bekannter Weise so beeinflußt werden, daß er bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit
von über etwa 70 km/Std. ebenfalls geschlossen wird. Das gleiche kann erfolgen,
wenn die Bremse betätigt wird. Ist somit durch Gasgeben, Bremsen oder durch den
Fliehkraftregler der Schalter 4.o geschlossen, so fließt der Magnetstrom von der
Klemme 24 über den Schleifring 25, die Wicklung 26 direkt nach dem Schleifring 27
der Klemme 28 und von dort nach der Batterie.
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Die Kupplung q. ist im Prinzip in gleicher Weise wie die Kupplung
3 aufgebaut.
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Während die .Kupplungen K1 und K2 im vorderen teilweise mit Öl gefüllten
Getrieberaum i i in üblicher Weise samt ihren zugehörigen Räderpaaren angeordnet
sind und ebenso im rückwärtigen ebenfalls teilweise mit Öl gefüllten Raum
13 die weiteren Räderpaare einschließlich des Freilaufes und der Rücklaufräder,
befinden sich die synchronisierten Kupplungen K3 und K4 in dem ölfreien Mittelraum
I2 des Getriebegehäuses. Bei jedem der oberen vier Gänge (III bis VI) ist somit
eine ölbenetzte Kupplung KI oder K2 und eine trockene synchronisierte Kupplung K3
oder K4 eingeschaltet, während bei den unteren Gängen (I und II) die Kupplungen
K i bzw. K2 mit dem Freilauf 17 zusammenwirken.
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Aus dieser Gesamtanordnung ergibt sich folgende Arbeitsweise des Getriebes:
Die Schaltung im ersten und zweiten Gang vollzieht sich infolge des Vorhandenseins
des Freilaufes 17 in bekannter Weise stoßfrei, insbesondere auch beim Zurückschalten
vom II. auf den I. Gang. Für die übrigen Gänge, bei denen nur Reibungskupplungen
in Eingriff gebracht werden, würde das Schalten der Gänge insbesondere bei geringer
Fahrzeuggeschwindigkeit ziemlich ruckweise vor sich gehen und außerdem, da die Kupplungen
in C51 laufen, stark von der Viskosität des Öles abhängig sein. Um diese Nachteile
zu beseitigen, sind beim Erfindungsgegenstand zweierlei Einrichtungen geschaffen.
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Wenn der Fahrer langsam fährt, wird er gewohnheitsmäßig während des
Schaltens das Gas wegnehmen. In diesem Augenblick wird durch das in die Leerlaufstellung
zurückgegangene Gaspedal 41 der Schalter 40 geöffnet, solange die Geschwindigkeit
des Fahrzeuges unter 70 kmlStd. beträgt oder die Bremse betätigt wird.. Beim
Wechseln der Gänge III bis VI unterhalb dieser Geschwindigkeit wird deshalb nur
eine der Kupplungen Ki oder K2 eingeschaltet, während die entsprechende synchronisierte
Kupplung K3 oder K4 zunächst. nicht in Eingriff gelangt, da durch die Drehzahldifferenz
zwischen der An- und Abtriehswelle i und 1q. beispielsweise die Kegelmuffe 33 infolge
Wirkung der mit der Abtriebswelle 1q. verbundenen Reibfläche 38 um einen geringen
Winkel verdreht und damit der Stromkreis bei 29 unterbrochen wird. Dieser Zustand
bleibt so lange erhalten, wie zwischen An- und Abtriebswelle i und 1d. eine Drehzahldifferenz
besteht. Erst wenn die Drehzahlen der An- und Abtriebswellen i und 1q. beispielsweise
durch Gas,-eben gleich oder nahezu gleichgeworden sind, kuppelt K3 bzw. K4, und
zwar nunmehr völlig ruckfrei ein. Dieser weiche und stoßfreie Kupplungsvorgang,
der gerade bei geringeren und mittleren Geschwindigkeiten wün,-schenswert ist, ist
auch völlig unabhängig davon, ob die für den betreffenden Gang zugehörige Kupplung
K1 oder K2 infolge verschiedener Ölviskosität härter oder weicher gegriffen hat,
da die Kupplungen K3 bzw. K4 nicht nur synchronisiert sind, sondern auch in dem
ölfreien Getrieberaum 12 laufen. Das Gasgeben nach dem Schalten kann da#in durch
an sich bekannte :Mittel auch selbsttätig erfolgen.
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Will der Fahrer schnell fahren und möglichst ohne längere Zugkraftunterbrechung
schalten, so hat er bekanntlich stets den Fuß, auf dem Gashebel -1.i
und
immer so viel Gas geschaltet, däß. der Schalter q:o geschlossen ist. Für diesen
Fall ist die Synchrönisierungsvorrichtung für die Kupplungen K3 oder K4 ausgeschaltet.
Wird. also der Lenkradschalt-Nebel 23 betätigt, so fallen sofort die Kupplungen
KI bzw. K2 und K3 bzw. K4 ein, wobei das Einschalten des betreffenden, Ganges immer
noch relativ weich und unabhängig von der Ölviskosität erfolgt, da immer eine trockene
Kupplung K3 oder K4 für jeden der Gänge III bis VI gewählt wird.. Für die unteren
Gänge I @ und II bleibt die Erleichterung für das Schalten wegen des vorhandenen
Freilaufes 17 bestehen: An Stelle des Freilaufes 17 kann in diesem Falle
ebenfalls für die Kupplungen KI und K2 eine Synchronisierung nach Art der beschriebenen
vorgesehen sein.
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Wie bereits eingangs ausgeführt würde, kann an Stelle einer elektromagnetischen
Hilfskraft auch eine hydraulische oder pneumatische mit entsprechend ausgebildeter
Kupplung treten. In diesem Fall wird durch die elektrische Schaltvorrichtung beispielsweise
ein Solenoid betätigt, das ein Ventil in der Leitung nach dem Zylinder zum Anpressen
der Kupplungsteile derart steuert, daß der Kolben die letzteren erst anpreßt oder
ineinanderführt, wenn Gleichlauf zwischen diesen Teilen erreicht ist.