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Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Anfahrvorganges von Arbeitsmaschinen,
insbesondere von Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Regelung des Anfahrvorganges von Arbeitsmaschinen, insbesondere
von Kraftfahrzeugen, wobei zwischen der Kraft- unidArbeitsmaschine b:zw. zwischen
An- und Abtrieb eine zur Drehzahlwandlung (Schlupf) geeigneteVorrichtung geschaltet
ist (z. B. Reibungskupplung, elektrische Kupplung, hydrostatische Kupplung oder
Getriebe und ähnliches). Die Erfindung bezieht sich auch auf Drehmomentenwandler
:des Synchrontyps, solange sie mit Schlupf arbeiten müssen. Es sind zwar bei Kraftfahrzeugen
automatische Kupplungseinrichtungen bekannt, bei denen -der Zeitpunkt des Ein-und
Auskuppelns von der Motordrehzahl abhängig ist, aber alle Versuche, den Anfahrvorgang
einer Brennkraftmaschine, beispielsweise einerFahrzeugantriebsmaschine, die das
Fahrzeug über eine Kupplung antreibt, zu automatisieren, haben bisher zu keinem
befriedigenden Erfolg geführt. Dies gilt auch vor allem für einen Antrieb mittels
Reibungs-oder hydrostatischer Kupplung. Hydrodynamische Strömungskupplungen haben
zwar Tals Asynchronläufer eine für richtiges Anfahren geeignete Charakteristik,
haben aber :.den Nachteil, @daß ein Restschlupf über den ganzen Fahrbereich erhalten
bleibt und daß :bei höherer Drehzahl die Drehmomentübertragung nicht ohne besondere
zusätzliche Maßnahmen von dem Antrieb willkürlich getrennt werden kann. Bei Verwendung
von Reibungskupplungen hat man eineRegelung,desAnfahrvorganges unter Ausnutzung
der Fliehkraft vorgesehen. Das auf der Fliehkraft beruhende Prinzip entspricht jedoch
nicht dem theoretisch anzustrebenden Anfahrvorgang, da die Größe des wirk-
Samen
Kupplungsdrucks hierbei lediglich von der Drehzahl des den Regler antreibenden Teils,
z. B. der Motordrehzahl, abhängig ist: Diese Motordrehzahl ergibt sich als Gleichgewichtszustand
zwischen der Motorkennlinie (z. B, entsprechend der jeweiligen Drossel:klappenstellung)
undderMomentaufnahme :der Sekundärseite oder des Kupplungsabtriebes. Bei Reibungskupplungen
ist diese z. B. :abhängig vom Anpreßdruck und dem Reib:faktorr, der an sich schon
nicht exakt und gleichmäßig ist und bei Drehzahlschwankungen, ,d. h: bei wechselndem
Anpreßidruck, leicht zwischen den stark verschiedenen Werten der Bewegung und Ruhe
wechselt und damit zum Rupfen der Kupplung führt. Das Einkuppeln geschieht daher,
besonders bei plötzlichem Gasgeber, viel zu schnell. Bei hydrostatischen Kupplungen
ist dne Momentaufnahme der Sekundärseite vom Widerstand einer Drosselstellung :der
Druckleitung abhängig, der wieder- von dem Quer- -schnitt und der Form der Leitung
und von :der Zähigkeit des. Mediums abhängt, also z. B. stark Temperaturschwankungen
ausgesetzt ist. Eine Regelung in Abhängigkeit vom Motordrehmoment, das während des
Anfährvorganges einen für die Jeweilige Leistungsregelung (z. B. Drosselklappenstellung)
-passenden Wert aufweisen und möglichst konstant sein soll, ist ohne besondere Meßvorrichtungen
nicht möglich- und praktisch kaum --durchführbar.
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Die Erfindung bezweckt eine Beseitigung dieser Schwierigkeiten und
eine verhältnismäßig einfache . und richtige Regelung des Anfahrvorganges, insbesondere.
derart,!daß während dies Anfahrvorganges eine Veränderung @desSolfbetriebszustandes
der Antriebsmaschinedurch -die Abtriebs- oder Arbeitsmaschine vermieden wird. Sie
besteht darin, daß die Kupplungs#kraft selbsttätng,so geregelt wird', -daß die Anfahrdrehzahl
der Antriebsmaschine nach dem Einschalten der Kupplung so lange konstant oder nahezu
konstant gehalten wird, bis Antrieb und Abtrieb (bzw. Primär- und Sekun@dä;rseite)
der zur Drehzahlwandlung geeigneten Vorrichtung, z. B. Kupplung, gleiche Drehzahl
haben. Es kann .dabei jeder Stellung :des Regelorgans der Antriebsmaschine eine
bestimmte Anfahrdrehzahl zugeordnet werden: Im albgemeinen genügt es, eine einzige
konstante Anfährdrehzahl festzulegen, die für alle Stellungen des Regelorgans (der
Antriebsmaschine gleich ist. Dies geschieht in der Weise, -daß während ,des Anfahrvonganges
die Kupplungskraft verringert wird, wenn :die Motordrehzahl unter Ader vorbestimmten
Aufahrdreh:zahl liegt, und die Kupplungskraft verstärkt wird, wenn .die Motordrehzahl
die vorbestimmte Anfährdrehzahl übersteigt. Die Anfahrdrehzahl wird zweckmäßig so
gewählt, :daß sie -einerseits zwar möglichst niedrig, andererseits aber in :der
Nähe des maximalen Drehmomentes bei auf höchste Leistung eingestelltem Leistungsregelorgan.
(z. B. offener Drosselklappe) liegt. Die Regelang des Kupplungsdrucks erfolgt in
Abhängigkeit von -,der Drehzahl der Antriebsmiaschine. ZweckmAig ist die Kupplungskraft
bei der Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine vollständig aufgehoben, während sie
nach erfolgter Synchronisierung in Abhängigkeit von, der Drehzahl :des Abtriebes
bestimmt wird. Theoretisch bleibt z. B. die Kupplungskraft Null bis zum Erreichen
der Anfahrdrehzahl, :doch kann eine gewisse Vorspann@ung nach Verlassen des Leerlaufs
'zur Verlangsamung der Winkelbeschleunigung zweckmäßig sein. Die Regelung kann mechanisch,
vorteilhaft jedoch durch eine Hilfskraft, z. B. hydraulisch, erfolgen, insbesondere
dann, wenn eine hydraulisch betätigte Reibungskupplung oder eine hydrostatische
Kupplung verwendet wird, deren Kupplungskraft z. B. durch Drosselung des von der
Flüssigkeit durchströmten Leitungsquerschnittes geregelt wird.
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Die Erzeugung des Kupplungsdrucks geschieht z. B. durch Zahnradpumpen,
ideren einer -Pumpenteil (z. B: :das Gehäuse) mit der antreibenden Welle und deren
anderer Pumpenbeil (z. B. eines der Zahnrä:der) mit der getriebenen Welle der Kupplung
verbunden ist. Im Fall einer hydrostatischen Kupplung bietet eine an sich bekannte
Planetenzahnradpumpe besondere Vorteile. Bei Verwendung einer elektromagnetischen
Kupplung kann die Regelung z. B. durch Änderung d er Stromstärke bewirkt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn der hydrostatischen Kupplung
eine Kurzschlüßkupplung, insbesondere eine elektromagnetische Kupplung; parallel
geschaltet ist,- -die nach Erreichen einer bestimmten über der Anfährdrehzahl liegenden
Drehzahl der Antriebsmaschine bzw. nach Erreichen einer geringsten Drehzahldifferenz
zwischen: Antrieb und Abtrieb der hydrostatischen Kupplung sich selbsttätig einschaltet
und dadurch die infolge des Schlupfes der letzteren entstehenden Leistungsverluste
beseitigt. Infolge -der einfachen Schalt- und Regelbarkeit ist eine elektromagnetische
Kupplung hierfür besonders geeignet.
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Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt: Es -kann in
verhältnismäßig einfacher Weise ein theoretisch richtig verlaufender Anfahrvorgäng
bei allen Drosselstellungen erreicht werden. Der Einfluß des Reibungskoeffizienten
auf die Wirksamkeit der Kupplung bzw. :die Anfahrdrehzahl der Maschine wird ausgeschaltet,
eine die Drehzahl der Antriebsmaschine ungünstig beeinflussende Rückwirkung des
Sekundärteil auf den Primärteil während des Anfahrvorganges wird vermieden. Bei
Verwendung von hydraulischen Kupplungen w=ird, der Einfluß :des Ölzustandes, bei
Verwendung von elektromagnetischen Kupplungen der Einfloß des Luftspaltes ausgeschaltet.
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Durch geeignete Steuerung des die Kupplung erzeugenden Mittels kann
in verhältni:sm@äßi:g einfacher Weise: eine Hysteresiswirkung - zwischen Festkuppel-
und Lösedrehzahl erzielt werden. Für den Leerlauf und für die Schaltung eines der
Kupphing nachgeordneten Wechselgetriebes läßt sich auf einfache Weise eine Trennung
der Kupplung, z. B. durch Unterbrechen oder Kurzschließendes Flüssigkeitskreislaufes,
h-erbeiführeri.
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In Anwendung: auf eine hydraulische Regelung des Kupplungsdrucks sieht
die Erfindung ferner
eine Verwendung der hierzu benutzten Flüssigkeit
zur Kühlung der Kupplung vor, z. B. derart, daß die Kühlung um so stärker wirkt,
je größer der Kupplungsschlupf ist.
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Weitere (Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Die Zeichnung zergt in Abb.
r als Beispiel ein Diagramm für den Anfahrvorgang bei verschiedenen Drosselklappenstellungen
einer Brennkräftmaschine, Abb. 2 ein Schema für einen Antrieb mit einer hydraulisch
geregelten mechanischen Kupplung, Abb. 3 ein konstruktives Ausführungsbeispiel für
das in Abb. 2 dargestellte Schema, Abb. 4. ein Schema für einen Antrieb mit hydrostatischer,
elektromagnetisch überbrückbarer Kupplung und Abb. 5 ein konstruktives Ausführungsbeispiel
für das in Abb. ,4 dargestellte Schema.
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In Abb. r ist in Abhängigkeit von der Drehzahl n das Motordrehmoment
NI aufgetragen, wobei die einzelnen Kurven Ml, M2, M3, 14I4 :das Motordrehmoment
bei verschiedenen Drosselklappen.stellungen (z. B. 11,4 bei voll geöffneter
Drossel) wi,ed4ergehen. rzi sei die für alle Drosselstellungen gewählte konstante
Anfahrdrehzahl, die einerseits möglichst niedrig, andererseits jedoch so gewählt
ist, daß bei dieser Drehzahl und bei voll geöffneter Drosselklappe nahezu das maximale
Drehmoment (s'',4 m111) erreicht wird. zz. sei die Lösedrehzahl, die entsprechend
einer angestrebten Hysteresiswirkung unterhalb von 121 liegt.
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Die Wirkungsweise (des Anfahrvörgange.s gemäß der Erfindung ist alsdann
prinzipiell folgende: Der Abtrieb, d. h. beispielsweise das Fahrzeug, stehe zunächst
still. Der Motor werde unter Öffnung der Drosselklappe auf Drehzahl gebracht, z.
B. bei voll geöffneter Drosselklappe. Bei Punkt A4 im Diagramm der Abb. r ist die
Drehzahl n1 erreicht. Wird 221 überschritten, beginnt durch selbsttätige Auslösung
.der Regelung das Einschaltender Kupplung, und zwar wird die Kupplungskraft und
damit :die Momentaufnahme der Abtriebsmaschine so geregelt, d. h. die Antriebsmaschine
so abgebremst, daß sie mit der konstanten Anfahrdrehzahl n1 läuft. Ist der Kupplungsdruck
zu hoch, -d. h. sucht die Sekundärseite die Antriebsmaschine unter zai zu verlangsamen,
so verringertsichinfolgeentsprechender Regelung der Kupplungseingriff, und die Maschine
wird sich wieder beschleunigen. Wird andererseits die Drehzahl der Maschine zu hoch,
übersteigt sie also die Drehzahl a21, so wird der Kupplungseingriff verstärkt und
dadurch die Maschine wieder auf Anfahrdrehzahl gebracht. Es wird also ein Gleichgewichtszustand
auf konstantes zzi eingeregelt, und zwar so lange, his der Abtrieb mit gleicher
Geschwindigkeit wie der Antrieb umläuft, Primär- und Sekundärseite :der Kupplung
also synchronisiert sind. Die gleichbleibende Drehzahl :der Maschine bedeutet bei
konstanter Drosselstellung zugleich auch einkonstantes Drehm,oment; so d:aß sich
der Abtrieb -Während :des Anfahrvorganges, bezogen auf die Sekundärseite, auf einer
Horizontalen 1V4 von Punkt B4 bis - zum Punkte A4 beschleunigt. Eine entsprechende
Wirkungsweise ergibt sich bei Teillast, also z. B. teilweise geöffneter Drosselklappe,
entsprechend den Geraden 31,3 ', 11l2 , Ml-' usw., wobei bei
unterer Teillast das bei der betreffenden Drosselk@liappenstellung maximale Drehmoment
nicht mehr voll erreicht wird. Grundsätzlich erfolgt in allen :diesen Fällen der
Anfahrvorgang derart, @daß das auf den Abtrieb wirkende Drehmoment zwischen dem
Stillstand und der festgelegten Anfahrdrehzahl n1 entsprechend der konstanten Drehzahl
:der Antriebsmaschine konstant bleibt und erst nach der Synchronisierung von Antrieb
und. Abtrieb mit der Erhöhung der Drehzahl entsprechend der jeweiligen Kennlinie
der Maschine verläuft.
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Das in Abb. 2 dargestellte Schema zeigt, wie die vorher beschriebene
Wirkungsweise erreicht werden kann, und zwar bedeutet P1 eine Primärpumpe, :deren
einer Teil mit dem Antrieb oderPrimärteilKi und :deren anderer Teil mit dem Abtriebs-
oder Sekundärteil K2 (der Kupplung K umläuft. P2 ist eine Sekundärpumpe, deren einer
Teil mit dem Abtriebsteil K2 der Kupplung umläuft und deren anderer Teil relativ
feststeht. R bedeutet den Anfahrdrehzahlregler, D ,den Druckregler und U eine Umschalteinrichtung,
die von einer Beeinflussung der Kupplung K durch die Primärpumpe P1 auf eine Beeinflussung
durch die Sekundärpumpe P2 umschaltet. Der Regler R läuft zusammen mit :dem Primärteil
K1 der Kupplung um bzw. wird von K1 angetrieben. Der Druckregler D und :die U :mschalteinrichtung
U können feststehen oder, wie hier vorausgesetzt, ebenfalls mitumlaufen.
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Die Kupplung K :ist als Reihungskupplung ausgebildet. Der Primärkupplungsteil
K. wird hierbei von,der Antriebswelle i, z. B. der Motorwelle, angetrieben, während
die den Sekundärteil bildende Kupplungslamelle K2 auf der Abtriebswelle 2, die z.
B. .die Hauptwelle des nachgeschalteten Wechselgetriebes ist, längs verschiebbar
gelagert ist. Das Einrücken der Kupplung erfolgt durch ein als Ringkölben ausgebildetes
Druckstück 3, -das von der Druckflüssigkeit im Zylinder q. beaufschlagt wird.
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Primärpumpe und Sekundärpumpe sind in dem Schema nach Abb. 2 als Zahnradpumpen
mit einem innen verzahnten äußeren Zahnrad ausgebildet. Der Antrieb der Pumpen ist
hierbei derart angenommen., d@aß das Innenzahnrad 5 auf der Abtriebswelle 2, das:
Pumpengehäuse mit dem sichelförmigen Geh'äiuseteil 6 auf der Antriebswelle a gelagert
ist bzw.-mit dieser umläuft. Das Außenzahnrad 7 wird hierbei mit einer der Übersetzung
entsprechenden Drehzahl vom Innenzahnrad 5 angetrieben. Das Innenzahnrad 8 der Sekundärpumpe
isst ebenfalls auf der Abtriebswelle 2 angeordnet oder läuft mit ,dieser um, während
das Gehäuse mit dem sichelförmigen Teil 9:, im Gegensatz zur Primärpumpe, fest mit
dem Kupplungs- oder Getriebegehäuse verbunden ist und das Außenzahnrad io wieder
vom Innenzahnrad 8 angetrieben wird. - -
Die von.-den Pumpen geförderte
Flüssigkeit, z. B. (31, wird aus einem Behälter zr über Saugleitungen z2 bzw. 13
angesaugt und in Druckleitungen 14 bzw. 15 gefördert, die beide zu der Umschaltvörrichtung
U führen. Die Umschaltvorrichtung besteht aus einem Zylinder i6 und einem in ihm
gleitenden Steuerschieber z:7 mit den Steuernuten 18 und', 19, der
z. B. durch eine Feder 2ö bzw. durch ,die in Fliehkraft nach außen gedrückt wird.
Von der Leitung @r4 führt eine Zweigleitung2i zur Druckkammer22, so daß, wenn die
Leitung 14 unter Druck steht, der Steuerschieber 17, wie in der Zeichnung,dargestellt,
gegen einen Anschlag 23 am Zylinder 16 gedrückt wird. In -dieser Stellung
steht die Druckleitung 14 der Primärpumpe über :die Steuernut ,i8 mit :der Leitung
24 in Verbindung, während die Leitung 15 über die Steuernut r9 mit einer
ins Freie oder z. B. zum Behälter z z zurückführenden Rückleitung in Verbindung
steht.
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In der Leitung 24 :ist ein z. B. willkürlich zu betätigendes Umschaltventil
2-5 angeordnet, welches normalerweise die Leitung 24 mit den Leitungen 26 und 27
verbindet; durch Umschalten jedoch die Leitungen a4 und 26 mit einer oder zwei Rückleitengen
28, 29 verbinden kann, wobei auch gegebenenfalls die mit der Leitung 24 zu verbindende
Leitung 28 zur Beeinflussung der Motordrossel verwendet werden :kann. Die
Leitung 26 führt zum Anfahrdrehzahlregler R, die Leitung 27 zum Druckregler D.
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Der Anfahrdrehzaahlregler R besteht aus einem Zylinder 30, .in welchem
ein Kolbenschieber 31 gleitet. Letzterer ist mit einem Fliehgewicht 32 verbunden,welches
in Abhängigkeit von der Drehzahl .des Primärteiles K1 der Kupplung gegen die Wirkung
einer Feder 33 in Pfeilrichtung den Schieber 31 nach außen zu verstellen sucht.
Der Schieber 3@r besitzt eine Steuernut 34, weiche zwischen zwei Kolbenteilen des
Schiebers gebildet wird und in welche die Leitung 26 in jeder Lage des Schiebers
31 einmündet. Eine Umlaufleitung 35, welche mit der Leitung 26 verbunden -wird,
wenn der Schieber unter der Wirkung des Fliehgewichtes 32 nach auswärts verstellt
ist, führt zur Rückseite 36 des Kolbenschiebers 3-r: Von dem Zylinder 30 zweigen
die beiden Leitungen 37 und 38 ab, und zwar derart, :daß sie wechselweise von den
Kolbenteilen des Schiebers abgedeckt bzw. freigegeben und :damit mit der Steuernut
34 in Verbindung gebracht werden. Die Leitungen 37 und 38 münden roden Zylinder
39 des Druckreglers D ein. In ihm verschiebt sich einerseits ein Regel- oder Arbeitskolben
4o und andererseits ein Druckregelkolben 44 wobei letzterer einerseits ,von einer
der Fliehkraft (Pfeilrichtung) entgegenwirkenden, am Gehäuse abgestützten Feder
42 und gn"dererseits von. einer Feder 43 belastet wird, .die sich gegen den Arbeitskolben
40 abstützt. Der Arbeitskolben 40 :besitzt einen Kolbenteil 44, ,dessen eine Kolbenseite
45 mit. der Leitung 37 und dessen andere- Kolbenseite 46 mit der Leitung 38 in Verbindung
.steht. Der Druckregelkolben 41 ist, als Steuerschieber mit den Kolbenteilen 47
und 48 ausgebildet. Der zwischen beiden Kolbenteilen gebildete Steuerraum 49 steht
durch eine Leitung 50: mit dem Zylinderraum 4 der Kupplung in Verbindung. Eine Querverbindung
51 verbindet ferner die äußersten Umfangsteile des Ringzylinders 4 mit dem
die Feder 42 enthaltenden Druckraum 52. Ferner ist eine z. B: vom Kolbenteil 48
gesteuerte Rückleitung oder AusfluBleitung 53 vorgesehen, welche das überschüssig
geförderte Z51 z. B. gegen die Gegendruckplatte der Kupplung K spritzt und auf -diese
dadurch eine kühlende Wirkung ausübt.
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Die Wirkungsweise :der beschriebenen Einrichtungist folgende: Bei
stillstehendem Fahrzeug und leer laufendem Motor fördert die Primärpumpe P1 entsprechend
der relativen Drehzahl zwischen dem Pumpengehäuse 6 und dem auf der Abtriebswelle
2 befestigten Pumpenrad 5. Die Umschaltvorrichtung U, der Anfahrdrehzahlregler R
und der Druckregler D nehmen die in :der Zeichnung dargestellte Lage ein. Das Ventil
2,5 befindet sich ebenfalls in ,der gezeichneten Stellung. Die in die Leitung
14 geförderte Flüssigkeit gelangt einerseits in :den Steuerraum 18 und andererseits
in den Druckraum 22 und hält damit dien Umschaltschieber 17 in der gezeichneten
unteren Lage. Hierdurch kann die Druckflüssigkeit aus der Leitung 14 über die Steuernut
i:8 und, die Leitungen 24, 26 und 27 einerseits in den Steuerraum 34 des Anfahrdrehzahlreglers
R und andererseits zum Zylinder 39 des Druckreglers D übertreten. Ist Idas Regelorgan
-der Maschine, z. B. eine Drosselklappe, noch auf so geringe Leistung eingestellt,
@daß die Motordrehzahl unter der konstruktiv festgelegten Anfahrdrehzahl liegt,
so empfindet der Anfahrdrehzahlregler R die Motordrehzahl als zu klein; d. h. die
Feder 33 drückt .den Steuerschieber 31 mit dem Fliehgewicht 32 nach einwärts und
verbindet damit die Leitung 26 über ,den Steuerraum 34 und die Leitung 37 mit dem
Druckraum 45. Der Arbeitskolben 40 wird dadurch ebenfalls nach einwärts gedrückt,
wodurch sich die Vorspannung der Druckregelfeder 43 auf Null verringert. Zwar wird
der Druckregelkolben 41 unter der Wirkung der Fliehkraft gegen die Wirkung der Feder
42 nach auswärts verschoben, doch soll bei Leerlauf derAntriebsmaschinedie Feder
4a so stark sein, :daß der Kanal 27 durch den Steuerkolben 47 abgesperrt ist und
der Druckraum 4 über die Leitungen 50, 53 mit dein Druck Null verbunden ist. Bei
Drehzahlen zwischen Leerlauf und Anfahredrehzahl wird sich infolge desGegenspieles
von der Feder 43, Fliehkraft und öldruck im Raum 5'2 durch entsprechende Einstellung
der Steuernut 49 zum Zufluß 27 und Abfluß 53 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl
ein Grundanpreßdruck der Kupplung K ergeben, welcher die Drehzahlzunahme des Motors
-bei plötzlichem Gasgeben verlangsamt und damit vor Erreichen der Anfahrdrehzahl
den Leerhub des Anpreßkolbens 3 aufhebt.
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Steigt z: B. infolge öffnens der Drosselklappe des Motors die Motordrehzahl
über die vorbestimmte Anfahrdrehzahl, so schlägt das Fliehgewicht 32 gegen die Wirkung
der Feder 33 aus, und der
Anfahrdrehzahlregler R gibt,dem Drucköl
den Weg über die Leitung 38 zum Druckraum46 des Arbeitskolbens 4o frei, während
der Druckraum 45 über die Leitung 37 mit dem Außendruck (bzw. mit einer Rückleitung)
verbunden wird. Der Arbeitskolben 40 wird daher nach aufwärts gedrückt und die Feder
43 gespannt. Es ist infolgedessen ein größererDruck im Raum 52 und damit im Kupplungszylinder
4 not-"vendig, um den Druckregelkolben 41 in seine Gleichgewichtslage zurückzubringen,
Der Erhöhung der Motordrehzahl entspricht also ein erhöhter Kupplungsdruck, welcher
infolge der Albbremsung durch den noch stillstehenden oder erst langsam laufenden
Wagen die Drehzahl des Motors wieder herabzusetzen sucht. Gleichzeitig wird infolge
der verstärkten Ölförderung eine erhöhte Kühlung der Kupplung durch die aus der
Leitung 53 ausströmende Flüssigkeit erzielt. Die Erhöhung des Anpreßdruckes in der
Kupplung wird sich so lange fortsetzen, bis der Motor wieder die vorgesehene Anfahrdrehzahl
eingenommen hat. Gegebenenfalls kann hierbei auch das von der Sekundärpumpe geförderte
Öl zur Kühlung -der Kupplung, z. B. auch der Kupplungslamelle K2, verwendet werden.
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Hat die AbtriebsseitedieAnfahrdrehzahl erreicht, so wird die Motordrehzahl
ohne Schlupf .dem «-eiseren Ansteigen der Sekundärdrehzahl folgen. Der Regler wird
durch Erhöhung des Anpreßdruckes eine Reduzierung der Motordrehzahl anstreben, was
wegen des Gleichlaufes nicht möglich ist, so daß nur der Anpreßdruck erhöht wird,
bis er einen vom Überdruckventil 54 gehaltenen maximalen Wert erreicht. Das bei
54 abfließende 01
kann hierbei z. B. über eine Leitung 55 unmittelbar zur
Kühlung der Kupplung verwendet werden. Ist 11.i um einen gewissen Betrag überschritten,
so ist die Fliehkraft von 32 so stark, daß die. Unterseite 36 des Kolbens 31 über
35, 341. mit der Druckleitung 26 verbunden wird. Damit wird die Fliehkraft unterstützt,
und es bedarf einer von zai abweichenden kleineren Drehzahl zag, um durch die Feder
33 den Steuerschieber wieder in seine Arbeitslage zu drücken.
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Damit ist eine Hysteresis zwischen Zuschalten und, Lösen der Kupplung
erreicht.
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Bei Annäherung an den Gleichlauf zwischen Primär- und Sekundärseite
der Kupplung wird die Förderung der Primärpumpe P, ständig geringer, so,daß infolge
von Leckverlusten der Flüssigiceitsdruck im Raum 22 bei einem bestimmten, kleinen
Schlupf in,der Kupplung nicht mehr ausreicht, den Schieber 17 :der Umschalteinrichtung
U in der dargestellten Lage zu halten. Inzwischen ist aber die Förderung der Pumpe
P2 gestiegen. Der Umschaltschieber 17 wird daher unter der Wirkung der Feder 2o
bzw. unter Fliehkraftwirkung nach auswärts verstellt, wodurch die Verbindung der
Leitungen 14 und 24 getrennt und die Leitung 14 unter Außendruck gesetzt wird. Gleichzeitig
wird die Leitung 15 mit -der Leitung 24 in Verbindung gebracht. Die Wirkung der
Primärpumpe P1 auf den Druckregler D bzw. die Kupplung K wird damit ausgeschaltet,
und die Sekundärpumpe P2 übernimmt von diesem Zeitpunkt an die Drucklieferung, die
nunmehr von der absoluten Drehzahl der Abtriebs--welle abhängig ist. Gegebenenfalls
kann die Anordnung auch derart vorgesehen sein, daß die Sekundärpumpe unmittelbar
auf den Druckraum 4. der Kupplung arbeitet bzw. auf andere Weise die Regelwirkung
der Reigeleinrichtung nach Umschaltung auf die Sekundärpumpe ausgeschaltet ist.
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In Abb. 3 ist eine konstruktive Ausführungsform für eine Kupplungsregelung
entsprechend dem Schema nach Abb.2 .dargestellt. Entsprechende Teile sind hierbei
mit den gleichen Bezugszeichen wie in Abb.2 versehen. Der Anfahrdrehzahlregler R
und der Druckregler D sowie der (in Abb. 3 nicht dargestellte) Umschaltschieber
U sind in radialer Anordnung in der Kupplungsscheibe K1 untergebracht, so d@aß die
Kupplung nur geringe Baulänge beansprucht. Gleichzeitig zeigt die Abbildung die
zur Antriebswelle i und Abtriebswelle 2 achsgleich angeordnete Primär- bzw. Sekundärpumpe
P1, P2.
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Das Schema nach Abb. 4 zeigt die Regelung für eine hydrostatische
Kupplung H bzw. einen hydrostatischen Drehmomentenwandler, ,deren Primär-oder Gehäuseteil
Hl mit der Antriebswelle, z. B. der ;Motorwelle, und deren Sekundärteil H2 mit der
Abtriebswelle verbunden ist bzw. mit :dieser umläuft. Als Sekundärteil vier Kupplung
dient das innere Zahnrad ioi, welches mittels der Planetenräder 102, 1o2', 1i02"
mit einem äußeren Zahnkranz 103 in Antriebsverbindung steht, wobei der Zwischenrauem
zwischen den Planetenrädern b.zw. zwischen dem inneren Zahnrad ioi und dem äußeren
umlaufenden Zahnkranz 103 von dien Gehäuseteilen io;4 des Primärteiles H1 ausgefüllt
wird. Die Planetenräder sind auf Zapfen io5 gelagert, die ihrerseits im Gehäuse
-des Primärteiles Hl der Kupplung gelagert sind. Jedes Paar zusammenwirkender Zahnräder
wirkt als Zahnradpumpe, so daß wirkungsmäßig insgesamt sechs Zahnradpumpen mit je
einem Druckraum roh (mit -I- bezeichnet) und einem Saugraum i,07 (mit -- bezeichnet)
entstehen, wobei eine Relativdrehung des Gehäuses mit Bezug auf das Innenrad'ioi
in Pfeilrichtung angenommen ist. Von diesen Pumpen sind im Schema nach Abb.4 fünf
Pumpen als hydrostatische Kupplung verwendet angenommen, wobei jedoch nur der Anschluß
der vom Planetenrad io2 und dem Außenzahnrad 103 gebildeten Pumpe an den
Regelkreislauf dargestellt ist. Von der Druckseite der Pumpe wird die Druckflüssigkeit
über eine Leitung io8, rog :dem Anfahrdrehz@ahlregler R, welcher .dem Anfahrdrehzahlregler
nach Abb. 2 grundsätzlich entspricht, sowie ferner über eine Leitung rio dem Drossel-
oder Druckregler D1 zugeführt. Dieser besteht aus einem Zylinder i i i und einem
Kolbenschieber 112, zwischen dessen beiden Kolbenteilen 113, -114 eine Steuernut
115 gebildet wird. Eine Rückleitung iii6 führt von dem Steuerzyiinder i-i i mach
der Saugseite 10-7 der durch :die Zahnräder io2, 103 gebildeten Zahnradpumpe der
hydrostatischen Kupplung zurück oder ins Freie. Der Steuerschieber 112 ist zwischen
den Federn 117
und 118 gelagert, welche in Räumen @i i g bzw: i
:2o untezgebraeht sind:, und trägt einen Kontaktzapfen izi, welcher mit einem Kontakt
1,22 in Berührung gebracht wird, wenn der Steuerkolben 112 unter der Wirkung --der
Fliehkraft oder einer sonstigen Verstellkraft nach außen in seine äußerste Stellung
gedrückt wird. Durch Berührung der Kontakte,i2i, 122 wird ein Stromkreis mit der
Stromquelle J123 und den Leitungen .i24, - 1215 für die elektromagnetische .Kupplung
E .geschlossen, welche die Primär-Seite Hl mit der Sekundfärseite H2 der hydrostatischen
Kupplung kurzzuschließen gestattet. Der Anfahrdrehzahlregler R und der Drosselregler
D1 stehen durch die Leitungen i26 und 127 in Verbindung, welche im wesentlichen
den Leitungen 37 und 38 gemäß Abt,. 2 entsprechen. Zwischen der Druckleitung io8-
und der Saugleitung ri6 der hydrostatischen Kupplung ist ferner eine Kurzschlußleitung
128 mit einem z. B. willkürlich oder in Abhängigkeit von der Schaltung der Getriebegänge
schaltbaren ZTinschaltventil izg vorgesehen, ,dessen Betätia,-ung z. B. mit der
Betätigung eines Schalters 130 in der elektrischen Leitung i25 gekuppelt
ist.
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. Des weiteren dient beispielsweise eine d er übrigen Pumpen der hydrostatischen
Kupplung, z. B. die zwischen !demP'lanetenradr-iio2" und Außenzahnrad 103 gebildete
Pumpe; zur Beeinflussung der Motordrossel. Zu diesem Zweck ist beispielsweise ein
Zwischenhebel 131 zwischen dem Gaspedal.132' und der Drosselklappe 133 auf einer
verstellbaren Stange !134 belagert, die durch einen Kolben, T35 im Zylinder i3-6
verstellt werden kann. Die Druckleitung 137 der Pumpe io2", ro3 führt hierbei zum
Druckraum 138; während die Saugleitung 139 an ,den Druckraum-i4o !des Zylinders
1,36 angeschlossen ist. Der Kolben- .135 :gleitet z. B. mit einem gewissen Spiel
im Zylinder 136 oder ist mit einem die beiden Kolbenseiten verbindenden Drosselkanal
versehen, so daß der Kreislauf der Flüssigkeit von der Drucksei@te 138. zur Sangseite
i4o gewährleistet ist. Durch geeignet bemessene Federn kann der Kolben -r35 in einer
Mittelstellung gehalten werden. An einen Kontakt (14i ödes Schalters 130 ist ferner
-die Spule 1q:2 eines Elektromagneten angeschlossen, welche bei Stromschluß am-
Kontakt 141 einen Schieber 142 gegen Federwirkung verschiebt und dadurch die Kurzschlußleitung
144 zwischen .den Leitungen 137 und 139 sperrt.
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Die Wirkungsweise der Schaltanordnung nach Abb.4 ist folgende: Bei
Leerlaufdrehzahlen des Motors, d.. h, bei geringen Drehzahlen der Primärseite. H,
der Kupplung befindet sich Ader Anfahrdrehzahlregler R in der bezeichneten inneren
Stellung, in welcher der Schieber 31 mit dem Fliehgewicht 32 durch
die Feder 33 nach einwärts gedTückt ist. Die aus der Leitung vo8, ro>g in den Zylinder
3o -des Anfahrdrehzahlreglers eintretende Flüssigkeit wird infolgedessen über die
Leitung 126 zur Kolbenseite i2,o des Steuerschiebers 112 geführt, so daß-sieden
letzteren nach einwärts verschiebt. In dieser Stellung stehen die Leitungen r io
und_i.i6, über den. $teuerraüm',.r5.in unge@drosselter oder nahezu urgedrosselter
Verbindung miteinander. Die als Kupplung wirkende hydrostatische Pumpe H fördert
daher die Druckflüssigkeit im Kreislauf über die Leitungen i@o8 und i 16, ohne daß
von der Primärseite H1 zur Sekundärseite H2 der Kupplung ein wesentliches Drehmoment
übertragen wird. Wird z. B: durch Öffnen der Drosselklappe .die Drehzahl der Antriebsmaschine
gesteigert, so verschiebt sich der Kolben 112 unter der Wirkung .der Fliehkraft
gegen die Feder i2o. In Verbindung mit der zunehmenden Umlaufmenge stellt sich damit
in der Leitung io8, iog ein gewisser Vordruck ein, der das Arbeiten oder Regeleinrichtung
ermöglicht: Wird die An£ahrdrehz ahl (der Maschine bzw. der Prim'ärsei.te H1 der
Kupplung (bei stillstehender Sekundärseite H2) überschritten, so schältet der Anfahrdrehzahlregler
R durch Ausschlagen des Fliehgewichtes 32 um, indem die Leitung io.g über den Zylinder
30 mit der Leitung 1z7 in Verbindung gebracht wird, während die Leitung i2'6
und damit der Raum i2@o. drucklos wird. Dies hat zur" Folge, daß der Schieber 112
gegen die Wirkung der Feder 118 nach auswärts verschoben wird. Durch die Verstellung
des Schiebers 112 wird der Übertritt der Flüssigkeit aus der Druckleitung ilro,
in die Rückleitung 116 der hydrostatischen Kupplung gedrosselt. Solange Druck in
dem Regelsystem herrscht, haben die auf Aden Kolben 112 wirkende -Fliehkraft und
dieTederkräfte der Federn D17, 120 leinen Einfluß auf die Regelung; die Lage des
Kolbens i 12 wird vielmehr nur vom Kolben 31 des Anfahrreglers R gesteuert.
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Die verstärkte Drosselung zwischen Druck- und Saugraum hat zur Folge,
daß @P'ri.mär- und Sekundärteil der hydrostatischen Kupplung H stärker miteinander
gekuppelt werden und somit der Motor durch den noch stillstehenden oder erst in
langsamer Bewegung befindlichen Antrieb abgebremst wird. Sobald die ;hierdurch verringerte
Drehzahl der Maschine die vorbestimmte Anfahrdrehzahl wieder unterschreitet und
infolgedessen der Anfahrdrehzahlregler R die Druckflüssigkeit wieder über,die Leitung-iz6,in
dien Druckraum 120 des Drosselreglers D1 leitet, wird die Drosselung der von der
Pumpe geförderten Kupplungsflüssigkeit wieder verringert bzw. aufgehoben, so @däß
der Motor sich wieder beschleunigen kann, bis. die Anfahrdrehzahl wieder erreicht
ist.
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Nähert sich die Sekundiärseite,der Kupplung der bei der Anfahrdrehzahl
der Primärseite höchstmöglichen Drehzahl, so sinkt einerseits wegen der sich verringernden
Relativdrehzahl zwischen Primär- und Sekundärseite die Umlaufmenge. Das Druckgefälle
zwischen den Leitunben)iio und 116 muß also mit steigender Sekundärdrehzahl durch
zunehmende Drosselung gehalten werden.. Ist die Druckleitung :durch den Schieber
i r2 vollständig abgeschlossen, so kann bei Gleichlauf zwischen An-und Abtrieb keine
weitere Beeinflussung der Primärseite erfolgend. h.,der Schieber i 12 wird ganz
nach außen geschoben und schließt daher die Kontakte 121, 122, und der Ström fließt
.zur Kupplung E.
Die hydrostatische Kupplung wird infolgedessen
von der elektromagnetischen Kupplung überbrückt, wodurch ein schlupf loser Kupplungszustand
zwischen Primär- und Sekundärseite der hydrostatischen Kupplung und damit statt
des verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrades der hydrostatischen Kupplung ein verhältnismäßig
hoher Wirkungsgrad der elektromagnetischen Kupplung erzielt werden kann. Der hydraulische
Druck im Kupplungssystem @sinkt hierbei infolge von Leckverlusten auf Null ab.
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Sinkt die Drehzahl des Abtriebes (indem sich z. B. das Fahrzeug verlangsamt),
so wird bei einer bestimmten Drehzahl die elektromagnetische Kupplung durch Trennung
der Kontakte 1211, -i22 wieder ausgeschaltet, wodurch die hydrostatische Kupplung
die Übertragung des Drehmomentes wieder aufnimmt. Durch geeignete Abstimmung der
Fliehkraft des Schiebers 112 und der Gegenfeder 118 kann hierbei eine entsprechende
Hysteresis zwischen Schließdrehzahl und Öffnungsdrehzahl erreicht werden. Fliehkraft
und Feder 118 sind zu diesem Zweck z. B. derart aufeinander abgestimmt, diaß an
sich, :d. h. wenn von der hydrostatischen Kupplung kein Druck geliefert wird, der
Kontakt 122 bereits bei einer Drehzahl unterhalb der Anfahrdrehzahl geschlossen
wird. Solange jedoch das Regelsystem durch Schlupf in der hydrostatischen Kupplung
mit Druck versorgt wird, haben die Fliehkraft des Kolbens 112 und die Feder 118
keinen'Einfluß auf ,die Lagedes Kolbens -i@i2, da diese allein durch die Steuerung
-des Anfahrdrehzahlreglers R bestimmt wird. Letzterer erlaubt aber das Schließen
des Kontaktes 122- erst nach überschreiten der Anfahrdrehzahl. Da bei Überbrückung
der hydrostatischen Kupplung durch die elektromagnetische Kupplung der Druck des
Regelsystems zusammenbricht, ist für die Rückschaltung nur noch die Abstimmung von
Feder-i 18 und Fliehkraft des Kolbens 112 maßgebend. Die Rückschaltung erfolgt daher
bei einer unterhalb der Anfahrdreh-zahl liegenden Drehzahl.
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Um die Kupplung auch willkürlich durch den Fahrer oder z. B._ in Abhängigkeit
vonderSchaltung der Getriebegänge ausrücken zu können, ist :das Kurzschlußventil
i29 vorgesehen. Durch Umschaltung desselben kann die Druckleitung io8 mit der Saugleitung
116 der hydrostatischen Kupplung unmittelbar verbunden werden, so daß ein :drosselfreier
Kreislauf der Kupplungsflüssigkeit und damit eine Unterbrechung in der Drehmomentübertragung
ermöglicht wird. Gleichzeitig sorgt der mit dem U mschaltventil 129 gekuppelte Schalter
130 dafür, daß in jedem Fall auch die elektromagnetische Kupplung ausgerückt wird.
Ist die Kupplung einem Wechselgetriebe mit Synchronisierung vorgeschaltet, so kann
nun :das Ü:bersetzungsverhältnie geändert werden. Damit hierauf beim Wiedereinschalten
der elektrischen Kupplung ein Stoß vermieden wird, kann z. B. für diesen Schaltfall
eine Beeinflussung des Regelorgans der Antriebsmaschine vorgesehen sein.
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Mit dem Öffnen des Schalters 130 wird der Kontakt 14i geschlossen,@damit
erhält die Spule 142 Strom und zieht,den Schieber 14.3 an, :der die Kurzschlußleitung
144 zwischen den Leitungen 139 und 137 unterbricht. In den Räumen 138 und 140 zu
beiden Seiten .des Kolbens 135, welcher in Ruhestellung durch zwei Federn in Mittelstellung
gehalten wird, bilden sich nunmehr entsprechend der Differenzdrehzahl zwischen Primär-
und Sekundärseite der Kupplung H unterschiedliche Drücke aus, derart, -daß der Kolben
135, wenn npr=. > %ek, nach links und, wenn npri" < yt"k, nach rechts
verschoben wird. Er beeinlußt dabei das Regelorgan der Antriebsmaschine in der Weise,
daß deren Drehzahl immer gleich der der Sekundärseite der Kupplung ist, so daß nach
beendigtem,Gangwechsel die elektromagnetische Kupplung eingerückt werden kann, ohne
daß ein Stoß entsteht. Mit dem Schließen des Kontaktes 130 öffnet sich der
Kontakt 10, und der Kolben 135 geht in seine Mittelstellung zurück.
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Abb.5 zeigt ein konstruktives Ausführungsbeispiel für das Schema nach
Abb. q.. Entsprechende Teile sind wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen, .so
daß die Wirkungsweise ohne weiteres der Beschreibung der Abb. q. entnommen werden
kann.
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An Stelle einer hydrostatischen Kupplung zwischen Antrieb und Abtrieb
kann beispielsweise auch eine elektromagnetische Kupplung, z. B. elektromagnetisch
betätigte Reibungskupplung als Anfahrkupplung bzw. .als einzige Kupplung vorgesehen
sein. Die Regelung kann ferner, insbesondere in letzterem Fall, statt hydraulisch
auch auf elektrischem Wege erfolgen, indem z. B. eine Stromregelung mittels eines
.durch Fliehkraft gesteuerten Widerstandsreglers vorgesehen wird. Als Kupplung kann
auch eine an sich bekannte elektromagnetische Kupplung verwendet werden, bei der
die zu kuppelnde Wirkung über Eisenspäne, die in einem sich in einem elektromagnetischen
Kraftfeld befindenden Ölbad verteilt sind, erreicht wird, indem zur Anfahrregelung
das Magnetfeld geregelt wird.
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Bei Verwendung eines Wechselgetriebes ist dieses der zu regelnden
Kuppjun@g im allgemeinen nachgeschaltet, wobei bei Klauenschaltun.g zweckmäßig Klauen
mit Gleichlaufeinrichtungen verwendet werden, welche ein Einrücken der Gänge erst
bei Gleichlauf der ineinanderzuschaltenden Klauen gestatten. Zweckmäßig wird ferner
bei jedem Schalten des Getriebes die Motorregelung :derart beeinflußt, -daß sich
die Primärseite der Kupplung derDrehzahl der Sekundärseite anpaßt. Diese Beeinflussung
kann, insbesondere je nach der verwendeten Kupplung, hydraulisch, elektromagnetisch
oder in sonst geeigneter Weise erfolgen.