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Steuervorrichtung für selbsttätig schaltende Wechselgetriebe Die Erfindung
betrifft eine Steuervorrichtung für selbsttätig schaltende Wechselgetriebe irgendwelcher
Art und bezweckt eine einfache, in Abhängigkeit von der Sekundärdrehzahl erfolgende
Umschaltung der Getriebestufen.
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Die Erfindung geht von der bekannten, bei Wirbelstrombremsen und zur
Steuerung von Ventilen, elektrischen Kontakten o. dgl. verwerteten Erkenntnis aus,
.daß die in einer zwischen den Polen eines Magneten rotierenden Metallscheibe induzierten
Wirbelströme um so größer sind, je größer die Umfangsgeschwindigkeit ist, mit welcher
sich die Metallscheibe an den Polen des Magneten vorbeibewegt, und daß in gleicher
Weise angenähert proportional mit der Umfangsgeschwindigkeit auch die Kraft zunimmt,
die auf den Magneten in der Drehrichtung ausgeübt wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß einem der mit der Sekundärzahl umlaufenden
Getriebeteile oder einer besonderen, hiermit verbundenen Metallscheibe ein beweglich
gelagerter, unter dem Einfluß einer Gegenkraft stehender Magnet zugeordnet ist,
der durch die-in dem Getriebeteil bzw. in .der Metallscheibe induzierten Wirbelströme
nach Überwindung der Gegenkraft bewegt wird und bei seiner Bewegung mittelbar oder
unmittelbar auf elektrischem, hydraulischem oder mechanischem Wege die Umschaltung
des Wechselgetriebes bewirkt.
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Im Gegensatz zu allen bekannten Steuervorrichtungen, die beispielsweise
als Fliehkraftregler ausgebildet sind, kann die erfindungsgemäße Steuervorrichtung
äußerst klein gebaut werden, so daß sie auch für kleinste Getriebe verwendbar ist.
Außerdem kommt hierbei ein besonderer Antrieb der Steuervorrichtung in Wegfall.
Bei Verwendung eines permanenten Magneten wird die Steuervor=
richtung
äußerst einfach und billig, da hierbei keine Stromzuführung und keine empfindlichen
Teile erforderlich sind.
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Als Gegenkraft zur einseitigen Belastung des Magneten kann eine Feder
dienen, die den Magneten so lange an der Bewegung hindert, bis der Getriebeteil,
in dem die Wirbelströme induziert werden, die gewünschte Drehzahl erreicht hat.
Die Vorspannung .der Feder ist zur Einstellung der Drehzahl, bei welcher die Umschaltung
erfolgen soll, veränderbar. Selbstverständlich könnte der Magnet auch mit einem
unter Öldruck stehenden Kolben verbunden und der Öldruck zu dem genannten Zweck
einstellbar sein. Die Federspannung bzw. die Größe des Öldruckes kann insb--sondere
dann, wenn die Steuervorrichtung bei Fahrzeugantrieben Verwendung findet, in Abhängigkeit
von der Drehzahl der Antriebsmaschine gebracht werden.
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Der Magnet kann als permanenter Magnet oder als Elektromagnet ausgebildet
sein, wobei im letzteren Falle die Erregung zweckmäßig regelbar ausgebildet ist,
so daß durch Änderung der Erregung die Drehzahl, hei welcher die Umschaltung erfolgen
soll, eingestellt werden kann.
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Das Auslösen der Umschaltung .des Wechselgetriebes kann bei einer
hydraulischen Umschaltvorrichtung in der Weise erfolgen,. daß mit dem beweglich
gelagerten Magneten ein in einem Steuergehäuse gleitender Steuerstift verbunden
ist, der die Druckflüssigkeit zum Steuerkolben steuert. Bei elektrischer Umschaltung
werden durch den beweglichen Magneten die erforderlichen Kontakte betätigt, wobei
zweckmäßig die elektrischen Kontakte an einem von außen zugänglichen Gehäuseteil
angeordnet sind.
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Ein besonders günstigesAnwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Steuerung
sind die Flüssigkeitsgetriebe, bei welchen von Wandler auf Kupplungsbetrieb und
zurück geschaltet «<erden muß, da hierbei durch einen mit dem beweglichen Magneten
verbundenen Steuerstift der Steuerkolben und mit diesem unmittelbar die Getriebeflüssigkeit
gesteuert «-erden kann. In der Zeichnung ist die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt und noch näher erläutert.
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Abb. i zeigt zwei grundsätzliche Anordnungsmöglichkeiten des beweglichen
Magneten.
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Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit hydraulischer Steuerung und
Abb. 3 eines mit elektrischer Steuerung des Wechselgetriebes.
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Abb. q. zeit den Verlauf der Wirbelstromschleppkraft in Abhängigkeit
von der Drehzahl. In Abb. i soll der mit io bezeichnete Tei das mit der Sekundärseite
verbundene umlaufende Gehäuse eines aus Wandler une Kupplung bestehenden Strömungsgetriebe:
darstellen. Der dem Gehäuse zugeordneteMagnet ist mit i i bezeichnet. In einer weiterer
Ausführungsform, die in Abb. i gestrichelt dargestellt ist, ist mit dein Gehäuse
io eine Scheibe 12 verbunden, die zwischen der Polen N, S des Magneten i i' rotiert.
Dic durch die Drehung der Scheibe i2 bzw. des Gehäuses i i in der Scheibe bzw. im
Gehäuse induziertenWirbelströme, die durch die Pfeile 13 angedeutet sind, erzeugen
bei dem durch den Pfeil 14 dargestellten Kraftlinienfluß eine auf den Magneten tangential
in der Drehrichtung gerichtete Kraft, die den Magneten in dieser Richtung zu verschieben
sucht.
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In Abb. 2 ist gezeigt, daß der Magnet i i' durch eine als Feder 1
5 ausgebildete Gegenkraft belastet ist, die derWirbelstroinschleppkraft bis zu einem
gewissen Betrag das Gleichgewicht hält. Die Feder 15 ist zwischen zwei in dem Gzlläuse
gleitend angeordnete Federhülsen 17 und 18 geführt, von denen die untere, 17, mit
dem Magneten verbunden ist. Auf die obere Federhülse iS drückt eine -Nocke i9, die
über ein Gestänge 2o etwa mit .dem nicht dargestellten Gashebel der Antriebsmaschine
in Verbindung steht.
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Auf der gegenüberliegenden Seite ist mit dem Magneten ein Steuerstift
21 verbunden, der bei einer Verschiebung des Magneten nach oben in Richtung des
Pfeiles 22 aus der Leitung 23 Drucköl in die etwa zu einem Steuerkolben führende
Leitung 24 freigibt. Ein in eine Tut 25 des Steuerstiftes eingreifender, als federbelastete
Kugel .ausgebildeter Schnapper 26 dient zur Stabilisierung des Umschaltpunktes,
wie später an Hand der Nbb. d. noch näher erläutert wird. Bei dem in Abb. 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel für eine elektrische Auslösung der Umschaltvorrichtung ist der
Magnet i i um die Achse27 schwenkbar angeordnet. Mit dein Magneten ist ein Hebelarm
28 verbunden, an den die Belastungsfeder 15 angreift. Der Hebelarm kann zwischen
zwei Kontaktschrauben 30 und 3o' hir und her schwingen, die mit .den die
Steuerung betätigenden Hubmagneten in Verbindung stehen. Selbstverständlich könnte
auch in diesem Fall der Magnet in gleicher Weise verschiebbar ausgebildet sein,
wie dies in Abb. 2 gezeigt ist.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wird im
folgenden an Hand des Ausführungsbeispieles nach Abb. 2 und der weiteren Abb. 4.
näher erläutert.
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Die Scheibe 12 sei, wie bereits weiter oben erwähnt, mit einem Teil
des N'@,echselgetriebes verbunden, das stets mit der Sekundärdrehzahl
umläuft.
- Bei der Drehung der Scheibe zwischen den Polen N, S des Magneten i i werden in
der Seheibe Wirbelströme erzeugt, die nach bekannten Regeln der Elektrotechnik eine
auf den Magneten wirkende, in der Drehrichtung verlauf endeKraft hervorrufen. Diese
Kraft P wächst; wie aus Abb. q. ersichtlich ist, angenähert proportional mit der
Drehzahl n2. Die Federspannung der Belastungsfeder 15 ist in Abb. q. mit F bezeichnet.
Sobald die Drehzahl n, erreicht ist, halten sich die Wirbelstromschleppkraft P und
die Federspannung F gerade das Gleichgewicht. Zur Umschaltung muß nunmehr die Drehzahl
noch so weit ansteigen, daß die Schleppkraft P noch um einender Federspannung des
Schnappers 26 plus der Reibung :des Steuerstiftes entsprechenden Betrag f ansteigt.
Sobald nunmehr bei steigender Drehzahl der Magnet der auf ihn einwirkenden Kraft
nachgibt und den Steuerstift 2i verschiebt, wird die Kugel des federbelasteten Schnappers
z6 aus der Nut 25 des Steuerstiftes herausgedrückt, wodurch die Federkraft des Schnappers
ausgeschaltet wird, so daß die auf den Magneten einwirkende Schleppkraft nunmehr
die Federkraft der Feder 15 um einen gewissen Betrag überwiegt und selbst bei einem
geringen Zurückgehen der Sekundärdrehzahl eine Rückschaltung des Getriebes nicht
zu befürchten ist. Durch die Verschiebung des Steuerstiftes 2-i wird die Verbindung
zwischen den Kanälen a3 und 24 hergestellt und Drucköl zum Steuerkolben der Umschaltvorrichtung
freigegeben, die das Wechselgetriebe auf einen höheren Gang umschaltet.
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Das Zurückschalten vom höheren auf den niederen Gang erfolgt in gleicher
Weise beim Zurückgehen der Sekundärdrehzahl auf einen solchen Wert, bei welchem
die Schleppkraft gleich der Federkraft F minus dem Betrag f ist, -da beim Hinaufschalten
die Kugel des Schnappers in eine weitere Nut29 des Steuerstiftes eingeschnappt ist
und dementsprechend zusammen mit der Reibung des Steuerstiftes der Federkraft F
entgegenwirkt.
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Die Betrachtung gilt für eine ganz bestimmte Drehzahl der Antriebsmaschine
und eine ganz bestimmte dieser Drehzahl entsprechende Vorspannung der Belastungsfeder
15. Bei einer Verminderung oder Vergrößerung der Drehzahl der Antriebsmaschine wird
über das Gestänge der Nocke i9 die Vorspannung der Belastungsfeder 15 derart verkleinert
oder vergrößert, daß die Urischaltung zum höheren bzw. niederen Gang stets beim
günstigsten Betriebspunkt erfolgt.
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In ähnlicher Weise, wie dies für das Ausführungsbeispiel nach Abb.
2 gezeigt wurde, arbeitet auch die in Abb. 3 gezeigte Ausführungsform. Zur Umschaltung
eines aus Wandler und Kupplung bestehenden Strömungsgetriebes wird durch den mit
.dem Magneten verbundenen Steuerstift über einen Steuerkolben zweckmäßigerweise
dieGetriebeflüssigkeit gesteuert, und zwar in der Weise, .daß vor dem Umschalten
auf Kupplungsbetrieb die Förderpumpe für die Betriebsflüssigkeit in den Wandler-
und nach dem Umschalten in den Kupplungskreislauf fördert.
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Die Umschaltung eines mehr als zweistufigen Getriebes kann in ähnlicher
Weise erfolgen, wie es an Hand der Abb. 2 und q. für ein zweistufiges Getriebe gezeigt
wurde. Hierzu können entweder für die verschiedenen erforderlichen Schaltungen verschiedene
Magnete angeordnet sein, von denen einer zur Umschaltung vom ersten zum zweiten,
ein weiterer zur Umschaltung vom zweiten auf den dritten Gang usw. und entsprechend
zur Rückschaltung dient. Dabei ist die Federbelastung der einzelnen Magnete bzw.
deren Magnetismus verschieden groß zu wählen, und zwar derart, daß die Federbelastung
desjenigen Magneten, der den höchsten Gang einzuschalten hat, am größten ist bzw.
seine magnetische Kraft am kleinsten.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung könnte ein mehr als. zweistufiges
Getriebe auch mit einem einzigen Magneten geschaltet werden, indem .dieser mit verschiedenen
nacheinander zur Wirkung kommenden Federn belastet wird und der Steuerstift zur
Steuerung mehrerer Flüssigkeitsleitungen entsprechend ausgebildet wird. Statt eines
Steuerstiftes könnten natürlich auch mehrereSteuerstifte für je eine Steuerung vorgesehen
sein.
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Außerdem besteht bei Verwendung eines einzigen Elektromagneten mit
regelbarer Erregung noch die Möglichkeit, die Erregung zur Vornahme mehrerer Schaltungen
stufenweise zu ändern, derart, daß beim Hinaufschalten nach jeder Umschaltung die
Erregung selbsttätig verringert wird, so daß jeweils erst beim Erreichen einer bestimmten
höheren Drehzahl eine Umschaltung möglich ist.
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Die Anordnung einer besonderen Scheibe hat :gegenüber der Zuordnung
des Magneten zu einem der Getriebeteile den Vorteil, daß durch geeignete Wahl des
Scheibenmaterials sowie des Scheibendurchmessers und der Scheibenstärke die Größe
der Schleppkraft und der Charakter des Kraftverlaufes erheblich geändert werden
kann.