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Schaltverfahren und -vorrichtung für insbesondere durch eine Hilfskraft,
vorzugsweise elektrisch schaltbare Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Bei den bisher bekannten elektrisch schaltbaren Getrieben besteht die Schwierigkeit,
die elektrische Schaltkupplung derart abzustimmen, daß die Schaltung bei eingeschaltet
bleibender, z. B. mechanischer Hauptkupplung sowohl unter Vollast als auch im Leerlauf
oder bei geringer Belastung, und zwar beim Aufwärts- sowie beim Abwärtsschalten
einwandfrei vor sich geht.
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Wird @die elektrische Schaltkupplung in ihrer Stärke und Griffigkeit
für Vollastschaltung abgestimmt, :so faßt sie bei Leerlauf oder geringer Belastung
zu hart, so d.aß ein Stoß entsteht. Wird sie umgekehrt für eine Schaltung im Leerlauf
oder bei geringer Belastung (wenig Gas) abgestimmt, dann ist sie bei Halblast oder
Vollast zu weich, und, der -lötorhat die Neigung, beim Schalten durchzugehen.
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Die Erfindung bezweckt eine Beseitigung dieser Schwierigkeiten .und
@bestellt .darin, daß bei einem Schalten unter Vollast ibzw. oberhalb einer hestimmten
Teillast :der Schaltvorgang unmittelbar durch die Schaltbetätigung ausgelöst wind,
während bei einem Schalten im Leerlauf bzw. unterhalb einer bestimmten Teillast
.der Schaltvorgang ;durch die Schaltbetätigung nur vorgewählt und erst ausgelöst
wird, nachdem die Belastung (.z. B.. oberhalb .der angegebenen Teillast) erhöht
worden isst. Zweckmäßig erfolgt die Vorwählung hierbei jedoch nur beim ",b,wärts,schalten
aus einem höheren in einen niederen Gang, nicht dagegen beim Aufwärts-.schalten.
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Des weiteren ist die Schaltung unter Last derart vorgesehen, daß der
Schaltvorgang beim Aufwärtsschelten beschleunigt undbzw. oder beim Abwärtsschalten
verzögert wird,.
Die Umstellung der Sc'h'altung -von einer urimittelbaren
Einleitung des Schaltvorganges durch ,die Schaltbetätigun:gsvorrichtung auf Vorwählung
kann durch eine Sperreinrichtung bewirkt werden, welche ;in Abhängigkeit vom Leistungsregelglied
(z. B. dem Gaspedal) oder von einer sich mit dem Belastungszustand der Maschine
ändernden B-e= triebsgröße -(z. B. ,dem Unterdruck im Ansaugerohr, .dem Drehmoment
od.,dgl.) verstellt wird und dadurch ein Einschalten des gewählten Ganges so lange
verhindert, bis ein bestimmter Belastungszustand erreicht oder überschritten ist.
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Des weiteren kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, durch welche .die
Vouwählwirkung im Leerlauf oder ,im unteren Belastungsbereich willkürlich oder selbsttätig
beim Ausrücken der Hauptkupplung aufgehoben wird. - Es sind zwar schon elektrische
Schaltvorrichtungen bekannt, die mit der Hand bewegt werden und deren Handschaltvorrichtung
mit ,der Schaltvorrichtung für die Hauptkupplungzwischen Motor und Wechselgetriebe
zusammenwirken. Bei den bekannten Vorrichtungen ist die Anordnung jedoch so getroffen,
daß die Kupplungsvorxiohtung die elektri.sdhe Schaltvorrichtung verriegelt; solange
die Kupplung eingerückt ist, um ein Hinaufschalten nur bei gelöster Kupplung zu
ermöglichen.
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In der Zeichnung ist eine Schaltanordnung nach der Erfindung in Abb.
i schematisch dargestellt: Abb. 2 zeigt einen zusätzlichen Schnappmechanismus zur
Schaltbeschleunigung.
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Das Wechselgetriebe i mit .der ereibendenWelle2, der Vorgelegewelle
3 und der getriebenen Welle 4 enthält außer dem Zahnradpaar 5, 6 für idie konstante
Übersetzung die Zahnräder 7, 8, 9 für einen Rückwärtsgang, to; i i für einen .ersten
G.an:g und 12, 13 für einen zweiten Gang. Die Zahnräder 9, i i und 13 sind auf der
getriebenen Welle 4 lose drehbar angeordnet und werden idurdh die Erregerwicklungen
14, 15 mit :der auf -der getriebenen Welle 4 urdrehbar, aber verschiebbar
angeordneten Scheibe oder Lamelle 16 bzw:durch die Erregerwicklung 17 mit der entsprechend
angeordneten Scheibe oder Lamelle i9 gekuppelt. Zur direkten Kupplung der treibenden
Welle 2 mit der getriebenen Welle 4 zur Einschaltung eines dritten Ganges dient
die Erregerwicklung 18, welche ebenfalls aufdie Scheibe oder Lamelle i9 einwirkt.
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Die Erregerwicklungen 14, 15, 17, i 8 erhalten ihren Strom über die
Leitungen 14, 15', 17'; 18' von einer- Stromquelle 2o mittels einer Stromverteiler-
oder Schaltschiene 21. Die leitenden Stellen dieser Sdhaleschienesind durch die
Kontalktflächen 22 und, 23 angedeutet. Je nach der Stellung der Schaltschiene 2i
wird auf diese Weise der Strom über die Kontaktbrücke 23 den Leitungen 14', 15',
17' oder 18' für den Rückwärtsgang R oder den ersten bis dritten Gang I, 1I, IIl
wedh..selweise zugeleitet.
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Die Schaltschiene 21 kann in Längsrichtung durch einen Hebel 2q. verschoben
werden, der entsprechend den vier zu schaltenden Gängen (einschließlich dem Itiialkwärtsgang)
in vier Stellungen , einstellbar ist. Z"visc'hen .dem Schaltkopf 25 und der Schaltschiene
21 (oder an irgendeiner anderen geeigneten Stelle) ist eine Feder 26derart zwischengeschaltet,
d;aß ein Verschwenken des Schalthebels 24 entgegen demhrzei@gersinn, d. h. beim
Al)-wärtsschalten auf einen niederen Gang, die Mitnahme der Schaltschiene 2i lediglich
kraftschlüssig über die Feder 26 .bewirkt, während bei einem Verschwenken .des Sch@albhebels
24 im Uhrzeigersinn, d. h. beim Aufwärtsschelten in einen höheren Gang, die Schaltschiene
21 zwangsläufig mitgenommen wird. Unterhalb-,der Schaltschiene ist eine Klinke 27
mit .dem Drehpunkt 28 gelagert. Diese Klinke kann 1n einseitig abgeschrägte Rasten
29 eingreifen, wobei die Rasten derart angeordnet sind, d.aß sie in einer dem zweiten
und dritten Gangentsprechenden Lage der Schaltschiene 21 der Klinke 27 gegenüberliegen.
Die Klinke 27 ;ist durch eine Zugstange 30, in die eine unter Vorspannung stehende
Feder 31 eingeschaltet ist, mit dem Gaspedal 32 bzw. einem entapreahenden Leistungsregelglied,
das durch eine Zugfeder 33 gegen einen Anschlag 34 gezogen wird, verbunden.
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Des weiteren greift das Ende 35 des Klinkenhebels 27 in einen Längsschlitz
36 einer Stange 37 ein, die an das Kupplungspedal 38 angeschlossen ist, und zwar
derart, daß fier &eingeschalteter Kupplung .die Klinke 27 in idde Rasten. 29
einfallen oder aus ihnen ausgerückt werden kann, beim Ausschalten der Kupplung dagegen
zwangsläufig aus den Rasten 29 ausgehoben bzw. an einem Einfallen in die Rasten
verhindert wird.
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Der Schalthebel 24 ist .des weiteren durch ein Gestänge 39 mit einem
Kolben 4o verbünden, welcher in einen mit einer Dämpfungsflüssigkeit angefüllten
Zylinder 41 mit einem geringen Spiel gleitet. Ein im Koliken angeordnetes federbelastetes
Rückschlagventil 42 bewirkt, daß die Flüssigkeit bei einer Bewegung des Kolbens
4o von links nach rechts, d. h. beim Aufwärtsschelten des Getriebes, ohne wesentlichen
Widerstand von der rechten Kolbenseite 43 auf die linke Kolbenseite 44 überfließen
kann. Bewegt sich .dagegen der Kolben von rechts nach links, .d. h. beim Abwärtsschalten
des Getriebes, so -schließt sich das Rückschlagventil42, und der Schalthebel 24
kann nur verlangsamt, entsprechend der Drosselung zwischen Kolben 40 und Zylinder
4, ,auf den nächst niederen Gang umgeschaltet werden. Um zu erreichen, daß die Schaltung
nur jeweils auf einem mittleren Teil des Schaltweges zwischen je zwei Schaltstellungen
verzögert wird, das Aus- und Einrücken der Gänge selbst aber ohne Verzögerung erfolgt,
können be-.sondere Umleitungen 45 vorgesehen sein, welche die Kolbenseiten 43 und
44 in den jeweiligen Schaltstellungen .des Kolbens 40 miteinander verbinden und
erst geschlossen bizw. abgedrosselt werden, nachdem der Kolben 40 einen gewissen
Hub nach rechts oder links aus seiner jeweiligen Schaltstellung .ausgeführt hat.
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Wie bereits aus dem Vorstehenden Hervorgeht, ergibt die, dargestellte
beispielsweise Einrichtung demgemäß folende Wirkungsweise: Die Hauptz#
kupplung
38 sei (wie ausgezogen dargestellt) eingeschaltet .und das Gaspedal 32 auf Leerlauf
eingestellt; des weiteren sei durch dien Sehalthebel2.I (wie dargestellt) der zweite
Gang eingeschaltet. Infolgedessen wird der Strom von der Stromquelle 20 über die
Kontalztbrücle 22, 2,3 der Schaltschiene 21 auf .die Leitung 17' und damit zur Erregerwicklung-
17 geleitet, so .daß das Zahnrad 13 :durch die Lamelle oder Scheibe ig mit
der Welle 4 gekuppelt wird.
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Soll nun in dieser Stellung der Kupplung und des Gaspedals auf den
dritten Gang übergeschaltet werden, indem der Schalthebel 2d. von II nach III verschwenkt
wird, so ist eine soldhe Schaltbewegung ohne weiteres möglich, :da einerseits das
Rückschlagventil.I2ein Überströmen der Dämpfungsflüssigkeit von .I3 nach -4 ohne
bzw. ohne wesentliche Drosselung zuläßt und .andererseits die Klinke 27 durch die
Schrägfläche der Raste 29 -herausgedrückt werden kann, indem gleichzeitig die Feder
31 im Gestänge 30 nachgibt, ohne daß eine Verstellung des Gaspedals
32 erforderlich ist. Die Schaltstange 21 wird infolgedessen durch den Schalthebel
24 nach links verschoben, bis die Kontaktbrücke -23 der Leitung 18' ' für
den dritten Gang gegenüberliegt und damit eine unmittelbare Kupplung der Wellen
2 und 4. durch die Erregerwicklung i8 über die Scheibe oder Lamelle ig bewirkt.
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Soll dagegen aus der gezeichneten Stellung des Schalthebels 2.1. auf
den niederen ersten Gang eingerückt werden, so kann der Schalthebel 24 die Schaltschiene
2i nicht unmittelbar verstellen, da die in :die Raste 29 eingreifend-- Klinke 27
ein Verschieben derSchaltschiene2i nach rechtsverhindert. Das Verschnvenken des
Schalthebels 24 nach links hat demnach lediglich zur Folge, daß die Feder 26 durch
den Schaltkopf 25 des Schalthebels zusammengedrückt wird und auf .die Schaltschiene
21 einen nach rechts wirkenden Federdruck ausübt. Der Kolben .4o bewirkt in .dem
dargestellten Ausführungsbeispiel hierbei zugleich, daß die Schaltbewegung des Schalthebels
2:1 aus dem zweiten, II, in -den ersten Gang, I, verzögert wird. Da jedoch infolge
der Verriegelung der Schaltschiene 21 eine solche Verzögerung bei Einstellung des
Gashebels auf Leerlauf an sich nicht erforderlich ist, könnte in diesem Falle die
Verzögerungswirkung des Koll)-ens.Lo auch aufgehoben werden, wozu beispielsweise
eine vom Gaspedal 32 bzw. von der Klinke 27 ,derart gesteuerte Umgehungsleitung
zwischen den Kolbenseiten 43 und, 4.4. vorgesehen sein könnte, .daß bei eingerasteter
Klinke 27 diese Umgehungsleitung geöffnet,bei ausgeho:benerKlinke 27 dagegen geschlossen
ist. Der :erste Gang ist somit .durch die Verschwe%kung des Hebels 24 in die Stellung
I nur vorgewählt worden. Die tatsächliche Umschaltung auf den ersten Gang erfolgt,
sobald das Gaspedal 32 bis zur eingestellten Grenze, z. B. '/4 Gas, niedergetreten
und hierbei die Klinke 27 aus der Raste 29 für den zweiten Gang ausgehoben wird.
Die unter Vorspannung stehende Feder 26 kann sich infolgedessen entspannen und ,die
Schaltschiene 21 so weit nach rechts verschieben, daß die Kontaktbrücke 23,der Schaltschiene
vor die Leitung 15' für :den ersten Gang gelegt wird.. Hierdurch wird mittels der
Erregerkupplung 15 das Zahnrad ii- über die Scheibe oder Lamelle 16 mit der getriebenen
Welle 4 gekuppelt.
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Die Wirkungsweise wurde bisher unter der Voraussetzung beschrieben,
daß die Hauptkupplung 38 eingerückt war. Wird die Hauptkupplung je:d.och ausgerückt,
das Kupplungspedal also in die gestrichelte Lage 38' niedergetreten, so bewirkt
dies, daß das Hebelende 35, welches sich bisher im Schlitz 36 frei bewegen konnte,
durch die Stange 37 nach rechts verschwenlct wird, wodurch die Klinke 27 zwangsläufig
aus der Raste 29 für den zweiten Gang ausgerückt wird. In diesem Falle bewirkt ein
Verschwenken des Schaltnebels 2.1 aus der Stellung II in die Stellung I ein unmittelbares
Verschieben der Schaltschiene 21 nach rechts, so daß der erste Gang unmittelbar
und ohne Vorwählen eingerückt wird.
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Dieses Aufheben der Vorwählwirkung in Abhängigkeit von dem Ausrücken
der Hauptkupplung ist insbesondere mit Rücksicht auf Bergfahrten des Fahrzeuges
von Wichtigkeit. Soll beispielsweise an einem steilen Berg zwecks Bremsens des Fahrzeugs
ein niederer Gang eingeschaltet werden, so ist der Fahrer, was vorteilhaft ist,
hierdurch in der Lage, die Schaltung unverzüglich vorzunehmen, indem er die Hauptkupplung
für einen Augenblick auskuppelt, ohne d,aß von ihm gleichzeitig Gas gegeben werden
muß.
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Bei der Schaltung des Getriebes unter Vollast bzw. oberhalb -einer
bestimmten Teillast (heispielsweise 1/s oder '/4 Teillast) ergibt sich gegenüber
der Schaltung im Leerlauf b.zw. unterhalb der erwähnten Teillast folgende unterschiedliche
Wirkungsweise: Zwecks Einstellen des Motors auf Volllast wird der Gashebel 32 in
die Vollast- oder Vollgasstellung 32' niedergetreten. Da für diese Bewegung das
Gestänge 30 wie ein starres Gestänge wirkt, wird hierdurch die Klinke 27
zwangsläufig aus der Raste 29 (z. B. für den zweiten Gang, H) ausgehoben, so daß
d.ie Schaltschiene 21 durch die Klinke 27 nicht mehr verriegelt ist bzw. nicht verriegelt
werden kann und der Bewegung des Schalthebels 24 sowohl beim Aufwärts- als auch
beim A hwärtsschalten ohne weiteres folgt. Während auch hierbei das Aufwärtsschalten
ohne Verzögerung vonstatten gehen kann, ist das Aibw ärtsschalten z. B. vom zweiten
auf :den ersten Gang entsprechend der Drosselwirkung zwischen dem Kolben d.o und
dem Zylinder 41 nur unter Verzögerung möglich. Infolge der sich dadurch ergebenden
Schaltpause hat der Motor Gelegenheit, sich entsprechend der Vollgasstellung des
Pedals 32 .innerhalb dieser Schaltpause zu beschleunigen und damit die Antrie bswelle
2 selbsttätig auf den nächst niederen Gang (z. B. den ersten Gang) zu synchronisieren.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist auf der Schaltschiene 21 keine
Raste 29 für .den ersten Gang vorgesehen, da eine Verriegelung der Schaltschiene
21 zwecks Vorwählen des Rüol2wärtsganges in der Regel nicht erforderlich .ist. Gewünschtenfalls
könnte
jedoch natürlich auch für .die Schaltung aus dem ersten in .den Rückwärtsgang eine
entsprechende Verriegelung vorgesehen werden.
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Die Bemessungen der elektro:magnetischen Kupplungen werden in ihrer
Griffigkeit zweckmäßig auf das Sehalten bei Vollast abgestimmt. Um die Schaltung
beimAufwärtssch.alten aus einem niederen in einen höheren Gang unter Last
(d. h. bei Volllast bzw. oberhalb. einer bestimmten Teillast, z. B. 1/s Teilbast)
zu beschleunigen, kann ferner die Schaltung in an sieh bekannter Weise mittels Überschnapphebel,
durch .eine Servomoto@reinrichtung, 1''elaisschaltung o(d. dgl., vorgenomimen werden.
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So zeigt beispielsweise Abb. 2 schematisch einen Schnappmechanismus,
bei welchem eine Kugel 46 unter ,dem Druck einer Feder 47 in Rasten 48 für die einzelnen
Gänge gedrängt wird und .dadurch zur Beschleunigung der Gangschaltung beiträgt,
soweit eine solche Beschleunigung nicht durch den Dämpfungskolhen 4ö verhindert
wird.
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Ferner kann die Verlzägerungider Schaltbewegung beim. Abwärtsschalten
statt durch einen Verzögerungskolben durch ein Verzögerungsrelais ad. dgl. erfolgen.
Beispielsweise könnte auch der Schalthebel 24 mit .dem Kolben 4o derart federnd
verbunden .sein, daß er beim Überschalten auf einen niederen Gang lediglich eine
zwischengeschaltete Feder, vorspannt und .diese auf den Kolben 4o wirken läßt. Die
Schaltschiene 2i oder ein entsprechendes Schaltglied wird in diesem Falle nicht
unmittelbar von dem Hebel, sondern vom Kolben 40 verstellt. Die Sperrung der Schaltbewegung
im Leerlauf kann .auch, insbesondere in Verhindung mit :der letzterwähnten Ausführungsform,
beispielsweisedadurch erfolgen, daß das Überströmen der Dämpfüngsflüssigkeit. von
der einen zur anderen Zylinderseite in Abhängigkeit von :der Stellung des Leistungsregelgliedes
od. dgl. vollständig so lange unterbrochen wird, bis ,der Motor wieder über eine
bestimmte Leistung geregelt bzw. .das Gaspedal um einen bestimmten Betrag niedergetreten
worden ist. Der Dämpfungskol:ben 40 muß in diesem Falle in den Zylinder 41 ,dicht
eingepaßt sein, so daß die überströmende: Flüssigkeit Ihren Weg von der einen zur
anderen Kolbenseite nur über !die gesteuerte Umgehungsleitung nehmen kann.
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Statt einer vom Gaspedal betätigten mechanischen Verriegelungsvorrichtung,
wie sie im Ausführungsbeispiel schematisch angedeutet ist, kann die Verriegelung
beispielsweise in Abhängigkeit von dem Unterdruck ,im Ans:augerohr der Maschine,
z. B. mittels eines von dem Unterdruck verstellten Kolbens, oder in Abhängigkeit
vom Drehmoment erfolgen.