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Die Leistungen der LKW-Motoren und damit auch die in den Schaltgetrieben zu übertragenden Drehmomente steigen nicht zuletzt auch auf Grund der gesetzlichen Bestimmungen immer mehr an. Überdies ist die Gangzahl der Getriebe auf Grund der Forderung nach optimaler Leistung und Wirtschaftlichkeit bereits auf sechs und mehr angestiegen. Bei idealer Kennungswandlung soll die jeweils notwendige Motorleistung unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit bei verbrauchsgünstigster Motordrehzahl abgegeben werden.
Durch beide Einflüsse-ansteigendes Drehmoment und steigende Gangzahl-werden die rotierenden Massen in den Schaltgetrieben immer grösser. Dadurch steigt aber auch der Bauaufwand für die bisher üblichen mechanischen Synchronisiereinrichtungen.
Der Wechsel der Übersetzung im Zahnradschaltgetriebe verlangt das Aussereingriffbringen der einen und das Ineingriffbringen eines bereitstehenden andern Räderpaares mit anderer Übersetzung. Dies setzt voraus, dass für die Dauer des Wechsels der Kraftfluss durch die Hauptkupplung unterbrochen wird. Die zwischen Verbrennungsmotor und Antriebszahnrad im Getriebe liegenden Massen-nämlich ein Teil der Kupplung (Mitnehmerscheibe), die Kupplungswelle und die freien Räderpaare des Getriebes-müssen beschleunigt oder verzögert werden, damit die Umfangsgeschwindigkeit der zum Eingriff zu bringenden Elemente übereinstimmt (Synchronlauf). Sollen im Getriebe sechs Gänge synchronisiert sein, so wären bisher sechs mechanische Synchronisiereinrichtungen erforderlich.
Durch die Erfindung sollen diese mechanischen Synchronisierungen überflüssig werden. Ausgehend von einem Schaltgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, das über eine Kupplung mit einem Antriebsmotor verbunden ist, wird dies dadurch erreicht, dass die Kupplungswelle beispielsweise mit einem Elektromotor sowie einem Drehzahlgeber und die Getriebeausgangswelle mit einem weiteren Drehzahlgeber versehen sind, wobei ein an sich bekanntes elektronisches Steuergerät vorgesehen ist, das in Abhängigkeit der von den Drehzahlgeber erhaltenen Werte sowie des vorgegebenen übersetzungsverhältnisses durch Steuerung des Elektromotors die Kupplungswelle zur Erzielung eines Gleichlaufes der zu schaltenden Getriebeteile z. B. Zahnräder, verzögert oder beschleunigt.
Es sind schon elektronische Geschwindigkeitsregeleinrichtungen für Kraftfahrzeuge bekanntgeworden, die drehzahlabhängig die Schaltung von Stufenwechselgetrieben vornehmen. Diese Einrichtungen sind jedoch sehr kompliziert aufgebaut.
Bei einer erfindungsgemässen Einrichtung erhält das elektronische Steuergerät, z. B. bei normaler Handschaltung durch eine Leitung vom Schalthebel, Nachricht, welcher Gang eingelegt werden soll und bestimmt aus dem übersetzungsverhältnis dieses Ganges sowie der augenblicklichen Ausgangsdrehzahl des Getriebes die zur Synchronisierung erforderliche Drehzahl der Kupplungswelle. Durch einen entsprechenden Steuerbefehl wird durch den kleinen Motor auf der Kupplungswelle diese Drehzahl erreicht und damit der Schaltvorgang ermöglicht. Der Motor der Kupplungswelle kann dabei, wie schon beschrieben, ein Elektromotor, aber auch eine in beiden Drehrichtungen zu beaufschlagende Luftturbine oder eine ähnliche Maschine sein.
Die erfindungsgemässe Anordnung ermöglicht gegenüber dem Bekannten eine viel leichtere, einfachere und billigere Getriebebauweise, überdies ist auch die Instandsetzung der Synchronisiereinrichtung ohne Demontage des Getriebes möglich.
Ein Getriebe mit dieser neuen Einrichtung lässt sich auch leichter vollautomatisieren, da auch kurz hintereinander folgende Schaltvorgänge, die durch thermische überbeanspruchung der mechanischen Synchronisiereinrichtungen zur Zerstörung derselben geführt haben, von der neuen Anordnung leicht verkraftet werden können.
Überdies ist es möglich, ein bereits in Fertigung befindliches normales Klauengetriebe ohne grosse konstruktive Änderung voll zu synchronisieren. Dabei sind an den eigentlichen Getriebeteilen keine Änderungen notwendig.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Kombination an sich bekannter Merkmale, u. zw. eines während des Gangwechsels die Motorleistung und damit die Motordrehzahl sowie die zum Eingriff kommenden Schaltelemente auf Gleichlauf steuernden elektronischen Steuergerätes mit zwei Drehzahlgebern für die Motordrehzahl und Getriebeabtriebsdrehzahl.
Durch Einbau des Drehzahlgebers auf der Motorwelle und entsprechende Ausbildung des Steuergerätes ist es möglich, die Motordrehzahl während des Schaltvorganges der Synchrondrehzahl anzunähern und damit den Kupplungsstoss zu vermeiden. Dadurch wird eine längere Lebensdauer der Kupplung erreicht.
Eine halbautomatische Variante der erfindungsgemässen Anordnung würde noch voraussetzen, dass die Kupplung über eine Servoeinrichtung durch einen Druck auf den Schalthebelknopf ausgelöst wird, was bereits bekannt und bewährt ist. Ist das elektronische Steuergerät zur Ermittlung der Brennstoffmenge für den Antriebsmotor in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrfusshebels ausgebildet, wird bei Dieselantrieben die Einspritzmenge nicht direkt vom Fahrfusshebel an der Einspritzpumpe eingestellt, sondern der Fahrfusshebel meldet die gewünschte Menge über eine Leitung an das elektronische Steuergerät und das Steuergerät gibt diese Menge an die Einspritzpumpe weiter.
Das elektronische Steuergerät bestimmt weiters aus der Getriebeausgangsdrehzahl und der Fahrfusshebelstellung den optimalen Gang und zeigt denselben sowie den eingelegten z. B. mit Leuchtziffern
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ähnlich den derzeit in elektronischen Handrechenmaschinen üblichen an. Der Fahrer sieht also jederzeit, wenn er zweckmässig schalten soll. Zum Schalten braucht er nur den Schalthebel zu bedienen.
Im Augenblick der Lösung der Kupplung durch Berühren des Schaltknopfes steuert das elektronische Steuergerät die Kupplungswelle auf die Synchrondrehzahl, die dem am Armaturenbrett angezeigten Gang entspricht. Der Antriebsmotor wird ebenfalls vom Steuergerät auf Synchrondrehzahl gebracht, so dass der Fahrer ohne weiteres den ihm mit Leuchtziffer angezeigten Gang einlegen kann. Nach Loslassen des Schalthebels vom Fahrer wird die Kupplung wieder eingekuppelt, der Schaltvorgang ist beendet.
Bei der vollautomatischen Variante des erfindungsgemässen Getriebes verbleibt die Anzeige des eingelegten sowie des optimalen Ganges wie vorher beschrieben, das elektronische Steuergerät regelt aber über Servoeinrichtungen (elektrisch, pneumatisch od. dgl.) den Wechsel der Gänge und die Kupplungsbedienung direkt, wobei zweckmässig als Vorbedingung für die Gangwahl nur ein Druckknopf in Lenkradnähe vom Fahrer kurz gedrückt werden müsste. Dies deshalb, um bei kurzzeitigem Gaswegnehmen vor Unebenheiten, Kurven usw. unnötige Schaltspiele zu vermeiden.
Alle Anordnungen wären auch für Traktoren sehr vorteilhaft, da für diese selten Fahrer zur Verfügung stehen, die darauf achten, dass der Motor immer im optimalen Bereich arbeitet.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
Ein durch vier Kolben veranschaulichter Antriebsmotor-l-treibt eine Motorwelle-2-. Diese Motorwelle --2-- ist durch eine Kupplung--3--von der Kupplungswelle--4--trennbar. Die Kupplungswelle --4-- bildet die Eingangswelle eines Getriebes--5--, dessen Ausgangswelle mit-6bezeichnet ist. Zur Vereinfachung der Darstellung ist im gezeichneten Beispiel angenommen, dass auf einer Vorgelegewelle --7-- bloss zwei Zahnräder verschieblich sitzen, von denen das eine--8--, mit dem Zahnrad
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-10--,11--sind auf der Welle --6-- befestigt.
An der Kupplungswelle--4--ist ein Drehzahlgeber--12--, an der Ausgangswelle--6--ein Drehzahlgeber--13--, und an der Motorwelle--2--ein Drehzahlgeber--14--vorgesehen. Die Kupplungswelle--4--ist überdies durch einen Elektromotor--15--antreibbar. Von allen drei Drehzahlgebern sowie vom Motor--15--führen Steuerleitungen zu einem elektronischen Steuergerät --16--.
Die Wirkungsweise der gezeigten Einrichtung ist wie folgt :
Es sei angenommen, die gezeichnete Leerlaufstellung ist die Zwischenstellung beim Hochschalten, bei dem die vorerst in Eingriff gestandenen Räder--9 und 11--getrennt und die Räder--8 und 10--in Eingriff gebracht werden, wozu das Rad--8--in Richtung des Pfeiles--P--zu verschieben ist.
Damit beim Ineingriffbringen das Rad--8--die gleiche Umfangsgeschwindigkeit wie das Rad--10-- besitzt, muss das Rad abgebremst werden. Aus dem vom Geber--13--übermittelten Wert erhält das Steuergerät --16-- unter Berücksichtigung der gegebenen übersetzung den für die Welle--4--
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durchgeführt werden kann.
Vor dem Einkuppeln wird überdies vom Steuergerät --15-- durch Beeinflussung des Antriebsmotors die vom Geber --14-- übermittelte Drehzahl der Welle-2-der Drehzahl der Welle --4-- angeglichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, das über eine Kupplung mit einem Antriebsmotor
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Elektromotor (15) sowie einem Drehzahlgeber (12) und die Getriebeausgangswelle (6) mit einem weiteren Drehzahlgeber (13) versehen sind, wobei ein an sich bekanntes elektronisches Steuergerät (16) vorgesehen ist, das in Abhängigkeit der von den Drehzahlgebern (12,13) erhaltenen Werte sowie des vorgegebenen Übersetzungsverhältnisses durch Steuerung des Elektromotors (15) die Kupplungswelle (4) zur Erzielung eines Gleichlaufes der zu schaltenden Getriebeteile, z. B. Zahnräder (8,10), verzögert oder beschleunigt.