-
Hydraulisches Getriebe für Kraftwagen mit einem nachgeschalteten mechanischen
Stufengetriebe Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Getriebe für Kraftwagen
mit einem nachgeschalteten mechanischen Stufengetriebe, wobei das hydraulische Getriebe
durch eine mechanische Kupplung überbrückbar ist und die Gänge des Stufengetriebes
automatisch oder halbautomatisch schaltbar sind.. Die neue Getriebeanordnung soll
vornehmlich bei schwereren Kraftfahrzeugen, wie Lastkraftwagen und. Omnibussen,
Anwendung finden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und zweckmäßige
Anordnung eines Getriebes mit einem hydraulischen Getriebe und einer Überbrückung
des hydraulischen Getriebes vorzusehen, um insbesondere bei schweren, langsam laufenden
Dieselmotoren mit einem Drehzahlbereich von 1000 bis 2200 U/min besonders in den
niedrigen Drehzahlbereichen mit weniger Getriebestufen auszukommen und diese automatisch
zu schalten.
-
Bekannt sind bei Personenkraftwagen automatische und halbautomatische
Getriebeanordnungen, die ein hydraulisches Getriebe und gegebenenfalls auch eine
Überbrückung, meistens mittels Öl gesteuerte Trockenscheibenkupplung, besitzen.
Bei Lastkraftwagen kommen Überbrückungen seltener vor. Die Schaltung des hydraulischen
Getriebes, der Gänge und der Überbrückung des hydraulischen Getriebes erfolgt bei
den bekannten automatischen Getrieben meistens hydraulisch vom Gashebel aus in Verbindung
mit einem vom Öldruck beeinflußten Fliehkraftregler. Das Einschalten eines niedrigen
Ganges zum Überholen erfolgt bei Personenkraftwagen durch das Durchtreten des Gashebels
in die »Kick-down«- (unterste) Stellung.
-
Beim Lastkraftwagen muß das Auf- und Abschalten der Gänge viel genauer
als beim Personenkraftwagen erfolgen, weil dort die Gefahr des Motorüberdrehens
größer und der Drehzahlbereich, insbesondere beim Dieselmotor, kleiner ist. Gangüberschneidungen
beim Lastkraftwagenmotor sind kaum da, so daß grundsätzlich beim Lastkraftwagen
zu einer jeden. Fahrgeschwindigkeit ein, bestimmter Gang und eine bestimmte Motordrehzahl
zugeordnet sind, die durch Teil- bis Vollgas je nach der Steigung des Weges aufrechterhalten
werden können.
-
Alle diese Anordnungen und Schaltungen haben den Nachteil, daß sie
in ihrer Ölschaltung teuer und auch schmutzanfällig und unübersichtlich sind.. Sie
bedingen auch einen hohen Brennstoffverbrauch, weil sie insbesondere beim Lastkraftwagen
keine Überbrückung besitzen: oder mit zu hoher Drehzahl gefahren werden müssen.
-
Beim Personenkraftwagen wird mittels Ölkolben dann überbrückt, wenn
der zur Getriebedrehzahl proportionale Öldruck den zur Gashebelstellung proportionalen
Öldruck überschreitet und der zugehörige Steuerschieber das Arbeitsöl zum Kolben
freigibt. Dadurch erfolgt die Überbrückung bei höherer Fahrgeschwindigkeit erst
bei höherer Gashebelstellung und bei geringerer Fahrgeschwindigkeit schon bei niedrigerer
Gashebelstellung.
-
Unterhalb einer Geschwindigkeit z. B. von 20 km/h verhindert der zu
niedrige Öldruck vom Gashebel her jede Überbrückung. Auch liegen die Schaltpunkte
für steigende Geschwindigkeit infolge Differenz der Steuerflächen etwas höher als
für fallende Fahrgeschwindigkeit. Die meisten bekannten Personenkraftwagengetriebe
haben mit dem hydraulischen Getriebe zusammen drei Gänge, die bis zu einer bestimmten
hohen Fahrgeschwindigkeit meistens noch eine Überdeckung des tieferen Ganges erlauben.
Beim Lastkraftwagen ist das nicht möglich, da hierfür keine Gänge vorgesehen werden.
Es ergeben sich hieraus für das Bremsen mit Motor und mit dem hydraulischen Getriebe
gewisse Nachteile gegenüber dem Personenkraftwagen.
-
Die Nachteile der bisher bekannten automatischen Getriebeanordnungen
sind darin zu sehen, daß sie sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb sehr
teuer sind und die Schaltung unübersichtlich und störanfällig ist.
-
Diese Nachteile werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden.
Die Erfindung besteht darin:, daß das hydraulische Getriebe in an sich bekannter
Weise so ausgelegt ist, daß seine Zugkraft-Fahrgeschwindigkeits-Kurve die Zugkraft-Fahrgeschwindigkeits-Kurven
der einzelnen Gänge des Stufengetriebes in deren Bereich steigender Fahrgeschwindigkeit
und abnehmender Zugkraft schneidet, und, ein auf die Drehzahl der Abtriebswelle
des hydraulischen Getriebes
ansprechender Fliehkraftregler die
das hydraulische Getriebe überbrückende Kupplung bei den jeweils über diesen Schnittpunkten
liegenden Fahrgeschwindigkeiten einrückt. Durch die gewählte Gangaufteilung wird
insbesondere bei höherer Fahrgeschwindigkeit der Bereich eines Ganges durch das
Einschalten des hydraulischen Getriebes, der seinen Einsatzpunkt (Schnittpunkt mit
der Zugkraftkurve) rechts auf der Zugkraftkurve hat, erheblich erweitert und der
darunterliegende Gangbereich durch das hydraulische Getriebe gewissermaßen vollkommen
überdeckt. Selbst das Schalten auf einen. noch tieferen Gang ist mit dem hydraulischen
Getriebe - natürlich mit einem gewissere Sprung - möglich, um bei hoher Sekundärdrehzahl
die Motordrehzahl zum Bremsen zu erhöhen und die Dauerbremsleistung zu steigern.
Durch das vorgesehene Zusammenspiel von hydraulischem Getriebe und mechanischem
Stufengetriebe können bei den mit der genannten Getriebeanordnung ausgerüsteten
Fahrzeugen Getriebestufen eingespart werden.
-
Das hydraulische Getriebe wird bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform
von. einer bestimmten Drehzahl ab durch einen Fliehkraftregler, der beispielsweise
auf der Getriebeeingangswelle hinter dem Hydraulischen Getriebe angeordnet ist,
überbrückt. Dies kann so geschehen, daß die Überbrückung immer erst bei einer höheren
Drehzahl einer Gangstufe zum Einsatz (Einsatzpunkt rechts) kommt und hierdurch alle
Gangstufen durch das hydraulische Getriebe eine Verstärkung hinsichtlich ihrer Zugkraft
erhalten, wobei sich insbesondere die Steigerung der Zugkraft in den höheren Gängen
günstig auswirkt. Das hydraulische Getriebe übernimmt in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung eine Aufstockung bzw. Ausgleichung des Drehmomentes im unteren Drehzahlbereich
eines Ganges. Außerdem übernimmt er die Anpassung der Motordrehzahl beim Gangwechsel.
das ist also bei der oberen und unteren Motorgrenzdrehzahl. In den anderen Drehzahlbereichen,
wird dagegen die Übertragung des Drehmomentes durch das normale Stufengetriebe vorgenommen.
Das hydraulische Getriebe dient beim Gangwechsel zum Hochziehen und Anpassen der
Motordrehzahl, bis die gewünschte Fahrgeschwindigkeit erreicht und die Überbrückung
vom Drehzahlwächter z. B. bei 1600 U/min eingeschaltet wird.
-
Die Aufteilung sämtlicher oder eines Teiles der Gangbereiche kann
vorteilhaft auch so vorgenommen werden. daß insbesondere in den oberen Gängen eine
dauernde Überbrückung von einer bestimmten Getriebewellendrehzahl ab bis zur höchsten
ermöglicht wird. Die Überbrückung des hydraulischen Getriebes soll im Gegensatz
zu früher bekannten Einrichtungen bei der Erfindung bei konstanter Drehzahl der
Getriebewelle nach dem Föttingergetriebe durch einen Fliehkraftregler mit elektrischer
Magnetschaltung od. ä. erfolgen. Diese konstante Drehzahl kann entweder in einem
Bereich liegen, der dem 0,6- bis 0,8fachen der maximalen Motordrehzahl entspricht
oder einen Wert aufweist, der zwischen dem 0,8- bis 1,2fachen der Motordrehzahl
bei höchstem Drehmoment liegt. Zweckmäßig kann der Fliehkraftregler mit einem elektrischen
Magnetventil oder mit einem Hubmagneten mit Steuerschieber ausgerüstet sein, durch
welchen das Arbeitsöl, das unter Druck steht, in den Zylinder für den Einsatz der
Lamellen- oder Scheibenkupplung gepreßt wird. Den elektrischen Schalteinrichtungen
wird zur Auslösung des Schaltvorganges für das Einschieben des Drucköles in den
Arbeitszylinder ein Stromstoß vom Drehzähler erteilt.
-
Wenn das hydraulische Getriebe mit wenig Schlupf arbeitet, werden
die Lamellen geschaltet und überbrückt, so daß auch die Überbrückungskupplung sehr
geschont wird. Hiervon abhängig kann der Öldurchfluß des hydraulischen Getriebes
auf seiner Saug-oder Druckseite gesperrt werden, um die Ölumlaufverluste möglichst
klein zu halten. Die Sperrung des hydraulischen Getriebes erfolgt z. B. vom Magnetventil
aus, gegebenenfalls durch ein zweites Magnetventil, womit eine Verringerung der
Verluste des Öls im hydraulischen Getriebe erzielt wird. Dieser Ölumlauf wird erst
mit dem Einsatz des hydraulischen Getriebes wieder in Gang gesetzt.
-
Der Öldurchfluß des hydraulischen Getriebes kann bei der erfindungsgemäßen
Ausführung auf seiner Saug- und Druckseite in Abhängigkeit vom Drehzahlschlupf oder
in Abhängigkeit von der Lamellen- oder Scheibenkupplung gesteuert und gegebenenfalls
gesperrt werden. Die Lamellen- oder Scheibenkupplung wird nur für geringen Drehzahlschlupf
eingesetzt. Der Schaltung liegt zweckmäßig eine Folgeschaltung zugrunde, die über
das hydraulische Getriebe nach den gegebenen Belastungsverhältnissen automatisch
erfolgt. In diese Schaltung kann aber beim Beschleunigen oder Bremsen von Hand eingegriffen
werden oder auch wenn bei diesen Betriebsvorgängen Gänge übersprungen werden sollen.
So kann z. B. mittels der Handbetätigung mit dem hydraulischen Getriebe ein Gang
tiefer geschaltet werden, so daß das Turbinenrad schneller läuft und den Motor mit
höherer Drehzahl mitnimmt. Beim Bremsen können mit dieser Anordnung die Überbrückung
und der Gang durch Einschaltung von Hand gelöst werden.
-
Die Schaltung der mechanischen Überbrückung geht wie folgt vor sich:
Der Fliehkraftregler oder Drehzahlwächter, der den elektrischen Impuls zum Arbeiten
der Hubmagnete liefert. die den Steuerschieber bedienen und damit den Öldruck zur
Betätigung des Kolbens an den Lamellen freigeben, sitzt hinter dem hydraulischen
Getriebe auf der Getriebewelle. Wenn Drehzahlgleichheit zwischen Getriebewelle und
Motorwelle, bzw. wenn nur geringer Schlupf zwischen diesen beiden Wellen herrscht.
dann gibt der eben erwähnte Drehzahlwächter einen elektrischen Impuls zum Hubmagneten,
der mit Hilfe des Öldruckes die Überbrückung an der Lamellenkupplung vornimmt. Dieser
Überbrückungsimpuls wird bei einer Drehzahl z. B. von 1600 Umdrehungen gegeben.
Der Abwärtsimpuls liegt geringfügig in der Drehzahl tiefer.
-
An Hand der Zeichnung, die den Aufbau einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung
schematisch darstellt, und mit Hilfe des Diagramms werden die Vorteile der erfindungsgemäßen
Anordnung mit hydraulischem Getriebe und Überbrückung gegenüber den bekannten Anordnungen
erläutert.
-
Fig. 1 zeigt eine Schemaanordnung des Getriebeaufbaus: Fig. 2 ist
ein P-c-Diagramm (P in kg und c in km/h) für Wandler und Getriebe.
-
In Fig. 1 ist mit 1 der Motor bezeichnet, an den sich abtriebseitig
die Kupplung 2 anschließt. Voll dieser wird die Antriel)sleistung auf das hydraulische
Getriebe 3 übertragen, das finit einer eingebauten automatisch geschalteten Überbrückungskupplung
4 ausgerüstet ist. An dieses hydraulische Getriebe schließt sich abtriebseitig ein
Schaltgetriebe 5 an. Von diesem aus führt die Abtriebswelle 6 heispielsweise
zu
der anzutreibenden Achse des Kraftfahrzeuges. Am Motor 1 ist ein Schaltwächter 7
vorgesehen, der mit Motordrehzahl umläuft und so eingeschaltet werden kann, daß
er die Überbrückungskupplung 4 am hydraulischen Getriebe 3 bei einer bestimmten
Drehzahl ein- bzw. ausschaltet. Der Drehzahlwächter kann aber auch mit dem Schaltgetriebe
5 zusammenarbeiten. Ein solcher Drehzahlwächter 8 läuft dann mit einer zur Getriebedrehzahl
proportionalen Drehzahl um und schaltet damit ebenfalls die Überbrückung bei gleicher
Motordrehzahl.
-
In der Skizze nach Fig. 2 ist die Zugkraft P in kg als Funktion der
Geschwindigkeit in km/h aufgetragen. Die eingetragene Kurve Z stellt die Zugkrafthyperbel
dar, die als theoretisch optimale Grenze für den Beschleunigungsvorgang beim Schalten
eines Kraftfahrzeuges angenähert erreicht werden sollte. Die mit den Ziffern I bis
IV bezeichneten. Kurven stellen die Übertragungsverhältnisse des Drehmomentes in
den einzelnen vier Gängen mittels eines Stufengetriebes dar. Die Kurten W1, W2,
W3 und W4 veranschaulichen die Übertragungsverhältnisse des Drehmomentes in den
einzelnen vier Gängen bei der Aufstockung des hydraulischen Getriebes bei rechtsliegendem
Einsatzpunkt E1 bis E4, während die: gestrichelt dargestellten Kurven W1' bis W4'
die Übertragungsverhältnisse bei der bisher bekannten Anordnung und Ausbildung der
hydraulischen Getriebe darstellen.
-
Bei der alten Auslegung der hydraulischen Getriebe, bei der z. B.
hydraulische Getriebe mit größerem Durchmesser zur Anwendung kamen, liegt der Einsatz
E1' am linken Ende der Zugkraftkurve des 1. Ganges, was insbesondere bei Personenkraftwagen
aus Geräuschgründen so vorgesehen ist. Das hydraulische Getriebe: bringt in. diesem
Fall nur beim 1. Gang Vorteile. Bei den anderen Gängen hilft diese Aufstockung mit
dem hydraulischen Getriebe wenig, da das vom hydraulischen Getriebe bestrichene
Gebiet nicht viel größer ist als bei reiner Stufenschaltung der eingezeichneten
Gänge. Die Zugkrafthyperbel Z wird mit der alten Auslegung des hydraulischen Getriebes
nicht annähernd erreicht, höchstens im Gebiet des 1. Ganges. Der Einsatz des hydraulischen
Getriebes liegt bei der erfindungsgemäßen Anordnung und bei hoher Drehzahl im rechten:
Bereich der Zugkraftkurven für die einzelnen Gänge. Es ist ersichtlich, daß jetzt
auch das hydraulische Getriebe bei dem 2. und den weiteren Gängen die Zugkraft erhöht.
Es ergibt sich weiterhin aus dem Verlauf der Wandlerkurven, daß das Beschleunigen
auf maximale Geschwindigkeiten nur mit rechtsliegendem Einsatzpunkt so schnell erreicht
werden kann. Bei dem Betrieb schwerer Fahrzeuge, wie Lastkraftwagen und Omnibusse,
tritt zwar bei der erfindungsgemäßen Auslegung des hydraulischen Getriebes mit rechtsliegendem
Einsatzpunkt z. B. bei kleinerem Durchmesser des hydraulischen Getriebes infolge
der erforderlichen höheren Motordrehzahl eine Erhöhung des Geräuschpegels ein, die
aber nur leim Beschleunigen dieser Fahrzeuge auftritt und deshalb in. Kauf genommen
werden kann.
-
Erreicht. wird diese vorher beschriebene Schaltung auf folgende Weise:
Es mögen sechs Gänge für einen Lastkraftwagen zur Verfügung stehen, und das hydraulische
Getriebe soll allen Gängen aufgestockt werden. Die Getriebewelle nach dem hydraulischen
Getriebe erhält einen elektrischen Fliehkraftschalter, der z. B. bei 1600 U/min
die Überbrückung durch einen Kontakt einschaltet. Das Magnetventil gibt zum Arbeitszylinder
Öldruck frei, so daß die Lamellen- oder die Scheibenkupplung die Sekundärseite mitnimmt
und die Primär- und Sekundärseite gleich schnell laufen. Auch hier ist wichtig,
daß der Einsatzpunkt und damit die Auslegung des hydraulischen Getriebes rechts
auf der Zugkraftkurve eines jeden Ganges zu liegen kommt. Angefahren wird im 1.
Gang mit dem hydraulischen Getriebe, wobei die Motordrehzahl durch Gasgeben gesteigert
wird und sich. z. B. der Schlupf des hydraulischen Getriebes in Verbindung mit dem
1. Gang verringert. Eine elektrische Impulsschaltung für die Gänge z. B. arbeitet
folgendermaßen Wenn der Motor im 1. Gang überbrückt auf Vollgasdrehzahl bzw. knapp
darunter gekommen ist, gibt ein Drehzahlwächter, der auf der Motorwelle sitzt, einen
Aufwärtsimpuls, der den höheren Gang mittels eines Schaltmotors für die Gangsteuerwalze
einlegt. Da hierbei die Motordrehzahl unter der Überbrückungsdrehzahl liegt, erfolgt
der Gangwechsel immer bei eingeschaltetem hydraulischem Getriebe, also weich. Fällt
die Motordrehzahl z. B. auf 1000 U/min (ausgeschaltete Überbrückung), so erfolgt
ein Abwärtsimpuls vom Drehzahlwächter zur Steuerwalze, die: den tieferen Gang einlegt,
wobei das hydraulische Getriebe ebenfalls wieder den Vorgang weich schaltet. Später
wird mechanisch überbrückt. Der Aufwärts- bzw. Abwärtsschaltimpuls kann in Abhängigkeit
vom Gashebel (Teilgas, Drehzahlmoment) in seiner Schaltdrehzahl verändert werden
und das Gangschelten bei Teilgas weich machen.
-
Falls sich z. B. bei sechs Gängen das hydraulische Getriebe und die
Getriebeübersetzung der ersten Gänge überdecken, kann bei mittlerer Drehzahl durch
den Fliehkraftschalter elektrisch od. ä. zum Beispiel bei 1600 U/min über das Magnetventil
die ölgesteuerte Lamellenkupplung die Primär- (Motor-) Seite mit der Sekundärwelle
verbunden werden. Bei vier Gängen wird man die ersten z. B. zwei Gangbereiche etwas
auseinanderziehen und durch das hydraulische Getriebe ergänzen. Eine Überbrückung
findet dann erst für den 3. und 4. Gang statt, wobei z. B. bei etwa 1400 U/min vom
Fliehkraftschalter überbrückt werdcn kann. Der Bereich dieser Gänge liegt so, daß
z. B. erst ab etwa 20 km/h mit Überbrückung ohne hydraulisches Getriebe gefahren
werden kann. Die Vollautomatik als Folgeschaltung für die Gänge kann zur Brennstoffersparnis
und Schaltweichheit nur von zwei Drehzahlen des Motors für die Aufwärts-und Abwärtsschaltung
abhängig gesteuert werden, die allerdings vom Gashebelweg (Drehmoment) beeinflußbar
sein können. Für spezielle Zwecke, z. B. der maximalen Leistung, kann von Hand halbautomatisch
eingegriffen und das hydraulische Getriebe eingeschaltet werden, so daß der Bereich
eines Ganges etwa verdoppelt wird. Wie bereits dargelegt, wird die mechanische Überbrückung
von der Drehzahl der Getriebewelle und ihrem Drehzahlgeber beeinflußt.