-
Elektromechanisches Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die
Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
das von einer elektrisch steuerbaren Magnetpulver-Hauptkupplung und einem an diese
Hauptkupplung angeschlossenen Zahnradgetriebe mit verschiedenen Übersetzungen gebildet
wird, die mittels Schaltkupplungen wechselweise einschaltbar sind. Die Erfindung
besteht darin, daß zur stufenlosen Überbrückung des Drehmomentensprünges beim Übergang
von der einen auf die andere Übersetzung des Zahnradgetriebes das Drehmoment der
steuerbaren Hauptkupplung in Abhängigkeit von der Abtriebsdrehzahl geradlinig oder
in einer beliebigen, steuerbaren Kurve abfällt. Da die Drehmomentwandlung des Fötfinger-Wandlers
wegen der Verbreiterung der Wirkungsgradgruppe sowieso reduziert ist und in dem
jeweiligen Stufenüberbrückungsbereich nur noch zwischen dem Zwei- und Dreifachen
liegt, ist, wie im folgenden nachgewiesen wird, tatsächlich der Föttinger-Wandler
durch die viel einfachere Kupplung zu ersetzen, ohne daß die Gesamtverluste des
Getriebes während des Anlaufes wesentlich erhöht werden, wenn man eine weitere Getriebeübersetzung,
z. B. 1 : 3, hinzufügt, d. h. zum Beispiel aus dem Dreiganggetriebe mit Föttinger-Wandler
ein Vierganggetriebe mit Magnetpulver-Kupplung macht. Da aber die Kupplung mit der
direkten Abtriebsdrebzahl des Verbrennungsmotors,
z. B. max i6oo
UpM, betrieben werden kann, wird dieses Hinzufügen eines weiteren Ganges bei der
Magnetpulver-Kupplungdurch den Wegfall des Drehzahlhochtriebes auf etwa 3000. UpM
beim Föttinger-Wandler ausgeglichen. Die Vorteile der Magnetpulver-Kupplung gegenüber
dem M'andler sind folgende: i. Einfachste Durchkupplungsmöglichkeit auch bei den
einzelnen Gangstufen (der Wandler wird erst im direkten Gang durchgekuppelt, da
das Durchkuppeln in den Zwischenstufen die Automatik zu kompliziert macht) ; 2.
völliges Abkuppeln bei Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors, da das Restmoment
der Magnetpulver-Kupplung nur i ()j, ihres Nennmoments beträgt,. das immer unter
dem Reibungsmoment des Fahrzeugs liegt; 3. die Magnetpulver-Kupplung kann in das
Schwungrad des Verbrennungsmotors eingebaut werden, wodurch das zusätzliche Gewicht
der Magnetpulver-Kupplung sehr klein wird, ihr Raumbedarf verschwindet und die Abgabe
der Schlupfwärme. ohne besondere Kühlmaßnahmen möglich wird; auch der Getriebekästen
wird dadurch erheblich verkleinert und umfaßt hauptsächlich nur noch das Vierganggetriebe;
4. da das durch die Erregung eingestellte Drehmoment der Magnetpulver-Kupplung unabhängig
von der Drehzahldifferenz in der Kupplung ist, braucht der Verbrennungsmotor beim
Durchkuppeln in seiner Drehzahl nicht heruntergeholt zu werden, es sei denn, daß
man die Schlupfverluste der Kupplung weiter vermindern will; dadurch kann der Verbrennungsmotor
während der ganzen Anlaufperiode mit konstanter Drehzahl durchlaufen, was die Steuerung
der Magnetpulver-Kupplung vereinfacht; 5. die Fahrzeugbremsung über den Verbrennungsmotor
ist sofort über die Magnetpulver-Kupplung stufenlos möglich, da das Drehmoment der
Kupplung unabhängig vom Drehzahlunterschied und von der Drehrichtung der Primär-
und Sekundärwelle der Kupplung ist; der Motor kann also sofort wieder zum Bremsen
verwendet werden, wobei normalerweise die Kupplung eingekuppelt bleibt und nur bei
Gangwechsel zur Erhaltung der Bremskraft und zur Schonung der Schaltkupplungen des
Ganggetriebes als Stufenüberbrückung verwendet wird.
-
An sich kann für nicht so anspruchsvolle Fälle, wie beim ruckfreien
Hochfahren eines Fahrzeugs, mit konstantem schaltbarem Drehmoment der Kupplung gefahren
werden, wobei die Beschleunigung des Getriebes sich nach der Gangschaltung ändert.
Der Vorteil des Föttinger-Wandlers beruht ja darin, daß, ähnlich wie bei der Hauptstromcharakteristik
des Gleichstrbm-Straßenbahnmotors, das abgegebene Drehmoment mit wachsender Abtriebsdrehzahl
sinkt, wobei das aufgenommene Drehmoment und die Antriebsdrehzahl konstant bleiben.
Dadurch entsteht ein Drehmomentverlauf, der den großen Anfahrdruck während des ganzen
Hochfahrens abbaut und dadurch
mit einem dauernd gleichbleibenden Wert die für die Fahrgäste -unangenehmen plötzlichen
Beschleunigungsänderungen beim Umschalten vermeidet. Damit der Antrieb mit Magnetpulver-Kupplung
den gleichen Drehmomentverlauf wie beim Föttinger-Wandler nimmt, wird die einfache
Schaltung des Erregerkreises der Magnetpulver-Kupplung nach Fig. i vorgeschlagen.
-
In Fig. i treibt der Verbrennungsmotor i sein Schwungrad 2 an, in
das die Magnetpulver-Kupplung eingebaut ist. Die Erregerspule 3 sitzt als gleichstromerregte
Ringspule, deren Achse mit der Schwungradachse zusammenfällt, in einer ringförmigen
Vertiefung des Schwungrades 2 und wird. durch den Eisenring 4 gehalten, dessen äußere
Zylinderfläche den inneren Ringpol des Arbeitsspaltes 5 der Magnetpulver-Kupplung
bildet. Zwischen Ring 4 und Ringspule 3 sitzt ein nichtmagnetischer Flachring 6,
der den Spulenraum gegenüber dem mit Eisenpulver gefüllten Arbeitsspalt dicht abschließt.
Seine Dicke wird so gewählt, daß er die im Arbeitsspalt beim Schlupfen der Kupplung
entstehende hohe Reibungswärme an der Spule vorbei auf die Eisenmasse des Schwungrades
2 verteilt. Wegen der möglichen hohen Temperaturen bei Kupplungsschlupf werden die
Erregerwicklung 3 sowie ihre Zuleitungen außerdem aus Draht. mit Glasseidenisolation
hergestellt. Die- fertige Spule wird mit Glasseidenband umwickelt und im ganzen
bei 2oo° C mit Sihkonlack getränkt.
-
Der magnetische Fluß 0 der Magnetpulver-Kupplung schließt sich um
die- Erregerspule 3 -entsprechend den eingezeichneten Kurven mit Pfeil und durchströmt
den Arbeitsspalt 5 in radialer Richtung mit Kraftliniendichten bis max i3ooo Gauss.
Dabei entsteht an dem becherartigen Abtriebsteil 7 der Magnetpulver-Kupplung, und
zwar an ihrem in dem Arbeitsspalt zylinderförmig hineinragenden Außenring, eine
maximale Schubkraft von o,7 kg/m2. Das .Abtriebsteil 7 ist an der Abtriebswelle
8 befestigt, die in den beiden Kugellagern g und io gelagert- ist und fest oder
elastisch mit der Eingangswelle ii des Vierganggetriebes i2 gekuppelt wird. Die
beiden Kugellager g und io sind in einer zylindrischen Hülse 13 untergebracht, die
fest am nichtmagnetischen Deckel 14 sitzt, der seinerseits zentrisch an eine entsprechende
Ausdrehung des Schwungrades 2 abgedichtet angeschraubt wird. Eine Wellendichtung
15 schließt den Raum der Kupplung, in dem sich das Magnetpulver befindet, gegen
die Kugellager g und io ab. Vorteilhaft wird in dem allgedichteten Innenraum der
Magnetpulver-Kupplung nur so viel Eisenpulver untergebracht, daß nur ein kleiner
Raum dieses.Raumes mit Eisenpulver ausgefüllt ist, wodurch die Dichtung 15 nach
ihrem Einbau kaum noch im Stillstand und im Lauf des Verbrennungsmotors .z mit dem
Eisenpulver in Berührung kommt.
-
Auf der Hülse 13 sitzen die beiden Schleifringe 16, 17, die über die
Zuleitungen i8, ig mit der Erregerspule 3 verbunden sind. Auf den Schleifringen
16, 17 schleifen die beiden Bürsten 2o, 21, die in den elektrischen Kreis, bestehend
aus der Batterie 22, z. B. der Lichtbatterie eines Fahrzeugs, dem Gleichrichter
23, dem Anker des Tachogenerators 24 und dem Schalter 25, eingeschaltet sind. 26
stellt einen Ladegenerator der Batterie 22 dar, z. Bdie Lichtmaschine eines Fahrzeugs,
der mit dem üblichen Spannungsregler für
annähernd konstante Gleichspannung
versehen ist, so daß praktisch mit konstanter Gleichspannung gerechnet werden kann.
Der Tachogenerator 9,4 erhält eine Fremderregung durch die Erregerwicklung 27, die
über den einstellbaren Vorwiderstand 28 an die konstante Gleichspannung der Batterie
22 angeschlossen wird. Der Gleichrichter 23 soll verhindern, daß der Erregerstrom
der Magnetpulver-Kupplung in der umgekehrten Richtung fließen kann, wenn die
der Kupplung gegebenen zeitlichen e-Kurve das Nennmoment Mdan der Kupplung, da zunächst
die Drehzahl Null ist. Mit wachsender des Tachogenerators Abtriebsdrehzahl der Kupplung
wächst proportional die Gegenspannung von 2q.. Diese Gegenspannung kann mittels
des Erregerstroms in 27 über den Vorwiderstand 28 eingestellt werden. Die sich ergebende
Abhängigkeit des abgegebenen Drehmoments Md2 der Kupplung von ihrer Abtriebsdrehzahl
n2 für verschiedene Erregerströme JgT des Tachogenerators zeigt Fig. 2.
-
Die aufgezeichneten Kurven für das abgegebene Drehmoment der Kupplung
Md2 = f (n2) stellen gleichzeitig im Gegensatz zum Föttinger-Wandler der
den Verlauf des Eingangsdrehmoments Kupplung, also des abgegebenen Drehmoments des
Verbrennungsmotors x dar, da in der Kupplung keine Drehmömentwandlung stattfindet
und @ der obenerwähnte zusätzliche Gang für die Kupplung, wie untergebracht ebenfalls
gesagt, im Getriebegehäuse wird. Man sieht,. daB der Drehmomentenabfall mit wachsendem
Erregerstrom JeT des Tachogenerators immer größer wird, so daB man jeden gewünschten
Drehmomentenverlauf gut in der Hand hat. Das Höchstmoment bei n2 = 0 in Fig. 2 Hängt
lediglich von der Größe des Kuppluilgserregerstroms Jea ab, der durch einen vierfachen
Vorwiderstand, der in Fig. x nicht eingezeichnet ist, in weiten Grenzen verändert
werden kann, der Bei 'einem Vierganggetriebe im Gehäuse Fig. x, bei dem der einfachen
Übersicht wegen ein Unterschied der Gangübersetzungen von gleichbleibend x : 2 bei
einer größten Untersetzung von x : 6 angenommen wurde, ergeben sich die Drehmoment-und
Kupplungswirkungsgradverläufe der Fig: 3. Das Vierganggetriebe kann ein handelsübliches,
elektrisch oder hydraulisch über Lamellen-Kupplungen schaltbares Langgetriebe mit
fest im Eingriff bleibenden Zahnrädern sein; der Einfachheit halber wird im folgenden
ein elektrisch schaltbares Getriebe mit elektromagnetischen Lamellen-Kupplungen
angenommen, wie sie sowohl im Fahrzeug- als auch im Werkzeugmaschinenantrieb weite
Verbreitung gefunden haben. Da die Abtriebsseite der Magnetpulverkupplung nach Fig.
x, Teil 7, ein sehr kleines Trägheitsmoment bei drehzahlunabhängigem, nur durch
den Erregerstrom Jek bestimmtem Drehmoment besitzt, wenn Spannung größer wird als
die von 22. Der Tachogenerator wird über das Getriebe mit der Abtriebswelle ix der
Kupplung angetrieben. stellt die Abtriebswelie des Langgetriebes dar, Wird bei laufendem
Verbrennungsmotor . der Schalter 25 des Kupplungserregerkreises eingeschaltet, dann
entsteht nach einer durch die elektrische Zeitkonstante ihre Schaltmomente größer
als das größte Drehmoment der Magnetpulver-Kupplung gewählt werden, die dadurch
praktisch allein alle beim Umschalten nötigen Schlupfvorgänge' übernimmt.
-
Nach Fig. 3 fährt mit Gesamtübersetzung x : 6 die Magnetpulver-Kupplung
mit ihrem NennmomentMdn nach Einschalten des Schalters 25 an und erzeugt an ein
Drehder Ausgangswelle 3o des Getriebes Durch die passende Wahl von moment Ma
= 6
JeT des Tachogenerators 24 ist die Drehmomentkennlinie nach Fig. 2 so
eingestellt, daB bei der Abder triebsdrehzahl der Kupplung n2 = 0,5 n1 = Getriebeabtriebswelle'
3o halbes Nennmoment
der Kupplung, also
, erreicht wird. Bei Umschaltung vom x. auf den 2. Gang muB das Kupplungsmoment
wieder auf Mdn heraufgesetzt werden, wodurch Md bleibt und beim weiteren Hochlauf
wieder auf die Hälfte = Md abnimmt usw.
-
Beim Föttinger-Wandler ist die Fläche oberhalb der parabelförmigen
Wirkungsgradkurve den Wandlerwährend des ganzen verlusten proportional, da Vorganges
konstant ist. Wegen der fehlenden Wandlerwirkung ist bei der Kupplung Mdl immer
gleich Md2. Mdl geht also ebenfalls zurück, und damit gehen trotz geradlinig ansteigender
Wirkungsgradkurve im gleichen Verhältnis auch die Verluste zurück. Eine genaue Nachrechnung
ergibt folgende Vergleichswerte: Bezeichnet man mit Nyg die Schlupfwärmeverluste
der Kupplung mit Getriebe x : 3 und mit NyF die Verluste des Föttinger-Wandlers
mit Md-Verhältnis Md2enfe zT: = 3, dann erhält man für folgende Werte
1 sind die Verluste gleich, d. h. bei n = 66 °/° von darüber werden die Verluste.
der Kupplung kleiner als
die des Wandlers. Interessant ist ferner,
daß von o bis 0,5 für
-i- NVK sich nur zwischen 3- und etwa 4fach ändert.
Vermeidet man also außerhalb des _. Ganges den Bereich indem man, wie in Fig. 3,
die Untersetzungsverhältnisse
der Gänge 6 für den i. Gang, 3 für den 2. Gang, 1,5 für den 3. Gang und
0,75 für den 4. Gang (Schnellgang) wählt, dann werden die Gesamtverluste
im 2., 3. und 4. Gang kleiner als beim Föttinger-Wandler, da bei
0,5 NVK
sofort von 3 heruntergeht und ab kleiner als i wird. Bei dem im Beispiel gewählten
Sprung der Übersetzungsverhältnisse von 2
(6: 3, 3 :
1,5, 1,5: 0,75)
ist nämlich die Ausgangsdrehzahl n2 immer
0,5 X Motordrehzahl -;- Übersetzungsverhältnis.
Fig. 3 zeigt den Verlauf des Wirkungsgrades.
-
Aus Fig. 3 ersieht man ferner, daß nach dem Umschalten auf den 2.
Gang der Erregerstrom Jeg wieder seinen ursprünglichen Wert wie beim Anfahren im
i. Gang haben muß, obwohl der Tachogenerator 24 bereits auf 5o °/o seiner Drehzahl
ist. Das erfordert eine zusätzliche Umschaltung derart, daß die Differenzspannung
zwischen Batterie und Tachogonerator 24 wieder die gleiche Höhe wie beim Beginn
des Anfahrens hat.
-
In Fig. 4 ist eine derartige Schaltung angegeben unter Verwendung
eines weiteren Tachogenerators 31, der von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
i über das Zahnradgetriebe 32 oder einen Keilriemen angetrieben wird. Seine Erregerwicklung
33 wird über den einstellbaren Widerstand 34 von der Lichtbatterie 32 gespeist.
Dieser einstellbare Widerstand 34 kann über den Arbeitskontakt 35 des Schaltrelais
37 nach Umschalten auf den i. Gang kurzgeschlossen werden. Infolge dieser Widerstandsänderung
im Erregerkreis des Tachogenerators 31 wird die Spannung am Anker von 31 um 50 °/Q
heraufgesetzt, wodurch die Differenzspannung zwischen Tachogenerator 31, der jetzt
an Stelle der Batterie 22 aus Fig. i getreten ist, und Tachogenerator 24 wieder
auf den vollen- Wert zu Beginn des Anlaufes im i. Gang gebracht wird. Das Schaltrelais
37 schaltet"! wie später beschrieben wird, den 2. Gang des Schaltgetriebes 12 ein.
-
Der in Fig. 4 an die Stelle der Lichtbatterie 22 getretene Tachogenerator
31 ist nicht nur wegen der Möglichkeit, die Primärspannung leicht zu ändern, eingesetzt
worden, sondern er hat auch noch eine zweite wichtige Aufgabe: In Fig: 3 ist der
Drehmoment-und Drehzahlverlauf angegeben worden für eine konstante Drehzahl des
Verbrennungsmotors, beispielsweise Höchstdrehzahl bei Vollgas. Wird aber nicht bei
Vollgas, sondern bei einer niedrigeren Drehzahl des Verbrennungsmotors gearbeitet,
dann verändert sich die Differenzspannung zwischen den beiden Tachogeneratoren 31
und 24 automatisch so, daß die dann übrigbleibende Differenzspannung eine entsprechend
kleineres Höchstdrehmoment in der Magrietpulver-Kupplung, die im Schwungrad 2 eingebaut
ist, erzeugt, Durch die beiden Tachogeneratoren 2.1 und 31 paßt sich also das Höchstmoment
der Magnetpulver-Kupplung immer der jeweiligen Beschleunigungsleistung des Verbrennungsmotors
an, ähnlich, wie es auch der Fettinger-Wandler in. seinem Drehmoment tut, wenn die
Drehzahl des Verbrennungsmotors durch geringes Gasgeben herabgesetzt wird.
-
In Fig. 4 ist noch ein dritter Zusatzgenerator 36 über das Getriebe
37 an die Abtriebswelle 3o des Getriebes 12 eingebaut.. Seine Erregerwicklung 38
hängt fest an den Sammeschienen 39 und 4o der Lichtbatterie 22. Der Anker dieses
dritten Zusatzgenerators 36 betätigt über die Leitungen 39 und 4o außer dem schon
erwähnten Schaltrelais 37 die Schaltrelais 41 und 42. Vor dem Schaltrelais 37, 41,
42 sind einstellbare Widerstände 43, 44 und 45 eingebaut. Diese werden so eingestellt,
daß das Schaltrelais 37 z. B. bei 1/3, das Schaltrelais 41 bei 2/3 und das Schaltrelais
42 bei der Nenndrehzahl n der Abtriebswelle 3o des Getriebes 12 anspricht.
-
Der Schaltkontakt 46 des Schaltrelais 37 schaltet die drei- Relaisspulen
122, 123 und 125 ein, wodurch die drei Kupplungen 2o2, 203 und
205 der Fig. 5 nach der Schaltung der Fig. 6, d. h. der 2. Gang allein, eingeschaltet
werden. Das Schaltrelais 41 schaltet über den Kontakt 47 die Relaisspulen z32,
136 und 135 ein, wodurch die Schaltkupplungen 2o2, 2o6 und 205 der
Fig. 5 nach der Schaltung Fig. 6, d. h. der 3. Gang, eingeschaltet werden. .Gleichzeitig
trennt das Schaltrelais 41 über den Ruhekontakt 48 den . Strom des 2. Ganges und
hebt damit die Schaltung des 2. Ganges, der über Schaltkontakt 4o des Schaltrelais
37 eingeschaltet war, auf. -Der Schaltkontakt 49 des Schaltrelais 42 schaltet über
die Relaisspulen 141, 146 und 145 den 4. Gang, nämlich die Kupplungen toi, 2o6 und
205 der Fig. 5 entsprechend der Schaltung 6, ein und trennt über den Ruhekontakt
5ö die vorher beschriebene Schaltung des 3. Ganges auf. 51, 52, 53 sind mechanische
Federn der Schaltrelais 37, 41, 42, die bei Stromlosigkeit der drei Schaltrelais
die Kontakte in die gezeichneten Stellungen zurückführten.
-
Da die Schaltung des i. Ganges bereits im Stillstand erfolgen muß,
fehlt hier ein Schaltrelais an dem Tachogenerator 36. Die Relaisspulen 112, 113
und 114, die die Kupplungen 2o2, 203 und 2o4 der Fig. 5 nach der Schaltung der Fig.
6 einschalten, sind hier direkt über den Ruhekontakt 54 des Schaltrelais 55 an die
Sammelschienen 39 und 4o der Batterie 22 gelegt. Das Schaltrelais 55 liegt in der
gemeinsamen Leitung 59 der neun Relaisspulen für den 2., 3. und 4. Gang und spricht
an, wenn der 2. oder 3. oder 4. Gang betätigt wird. Die mechanische Feder 56 zieht
den Schaltkontakt 54 bei Stromlosigkeit von 55 in die Schaltstellung für den i.
Gang.
-
Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 4 ist nun folgende: Nachdem
der Verbrennungsmotor i angeworfen ist und durch Gasgeben z. B. auf volle Drehzahl
gebracht worden ist, wird der Schaltkontakt 25 betätigt. Dieses Betätigen kann gleichzeitig
mit dem Gashebel in der Weise erfolgen, daß bei einer bestimmten Drehzahl des Verbrennungsmotors,
z. B. 7o0/, der Höchstdrehzahl, der Schaltkontakt 25 vom Gashebel betätigt
wird. Entsprechend der Differenzspannung zwischen. dem noch stillstehenden Tachogenerator
24
und dem schon laufenden Tachogenerator 31 wird das Anfahrdrehmoment
Md2 = Mdi erzeugt. Drückt man den Gashebel ganz durch, dann steigt dieses
Anfahrdrehmoment proportional mit der Motordrehzahl auf seinen Höchstwert, dessen
weiterer Verlauf in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, d. h. der Drehzahl
n der Welle 3o, durch die stark ausgezogene Kurve 117d2 = f (n) in Fig. 3
dargestellt ist. Gleichzeitig mit dem Schalter 25 wird der Schalter 57 eingelegt,
der über die Leitung 40, 58 die Relaisspulen 112, 113, 114 über die Leitung 6o an
die Leitung 39 der Batterie 22 legt, weil infolge von Stromlosigkeit der Leitung
59 und damit des Schaltrelais 55 der Ruhekontakt 54 durch die mechanische Feder
56 geschlossen ist. Infolge des so eingeschalteten 1. Ganges mit dem als Beispiel
gewählten Untersetzungsverhältnis 1 : 6 entsteht die in Fig. 3 gezeichnete Kurve
Md = f (n), bei der der Höchstwert Md = 6 Mdi ist. Bei i/E der Abtriebsdrehzahl
e an der Welle 3o des Getriebes 12 ist das Drehmoment Md auf die Hälfte des Anfangswertes,
nämlich auf 3 Mdv zurückgegangen. In diesem Augenblick schaltet das Schaltrelais
37 den Kontakt 46 ein. Durch den Einstellwiderstand 43 war nämlich sein Betätigungsstrom,
den der TachogeneratOr 36 bei der Drehzahl
erzeugt, entsprechend eingestellt worden. Der Schaltkontakt 46 schaltet über die
Leitung 61, über den Ruhekontakt 52 und über die Leitung 62 die Relaisspulen 122,
1z3 und 125 des 2. Ganges an die Sammelschiene 39 der Batterie 22 ein. Die
Sammelschiene 4o der Batterie 22 liegt über die Leitung 58, die Leitung 63, die
Spule des Schaltrelais 55 an der gemeinsamen Leitung 59, womit der Stromkreis für
die Relaisspule des 2. Ganges geschlossen ist. Gleichzeitig wird durch das Schaltrelais
55 über den Ruhekontakt 54 gegen die mechanische Feder 56 die Schaltung I des i.
Ganges aufgetrennt.
-
Mit dem Einschalten des 2. Ganges, der eine Untersetzung von 1 : 3
hat, wird die Drehzahl an der Welle i1 auf 500/, heruntergedrückt, was wegen
des oben beschriebenen geringen Trägheitsmoments des Kupplungsabtriebes (Teil ?
der Fig. 1) sehr schnell erfolgt. Hierdurch geht auch der Tachogenerator 24 auf
die Hälfte seiner Drehzahl herunter, wodurch das Drehmoment Md, in der Kupplung
auf 3/4 des Höchstbetrages zu Beginn des Anlauies im 1. Gang abfällt. Damit dieses
Drehmoment Md, wieder auf den vollen Betrag entsprechend der stark ausgezogenen
Kurve an der Stelle i/s in Fig. 3 kommt, wird gleichzeitig mit dem Schaltkontakt
46 über den gekoppelten Arbeitskontakt 35 der einmal fest einstellbare Widerstand
34 überbrückt. Dadurch steigt der Erregerstrom in der Wicklung 33 so an, daß die
Spannung am Anker des Tachogenerators 31 um 25 °/o höher gesetzt wird. Die Differenzspannung
zwischen den Ankern von 31 und 34 und damit Md2 hat damit denselben Betrag erreicht
wie zu Beginn des Anlaufes im i. Gang.
-
Mit weiterem Hochlaufen wiederholt sich das Abfallen des Drehmoments
(starke Kurve Md2 = f (n) Fig. 3), bis die Drehzahl
der Abtriebswelle 3o erreicht ist. Jetzt erzeugt der Tachogenerator 36 so viel Spannung
an seinen Ankerbürsten, daß über die Leitung 39, 40 und über den einstellbaren Vorwiderstand
44 die Spule des Schaltrelais 41 so viel Strom erhält, daß der Arbeitskontakt 47
angezogen wird. Hierdurch wird die Relaisspulenkette 132, 136, 135, die mit ihrem
einen Pol an der Leitung 59 und damit an der Sammelschiene 4o der Batterie a2 liegt,
über die Leitung 69 den Ruhekontakt 50 und die Leitung 64 an die andere Sammelschiene
39 der Batterie 22 gelegt. Mit den Relaisspulen 132, 136, 135 sind die Kupplungen
2o2, 2o6 und 205 der Fig. 5 nach der Schaltung der Fig. 6 eingekuppelt: Damit
ist der 3. Gang des Getriebes 12 eingeschaltet. Gleichzeitig öffnet der Ruhekontakt
48. Damit wird die Relaiskette 122, 1.23, 125, d. h. der 2. Gang, abgetrennt. Der
Arbeitskontakt 51 des Schaltrelais 37 bleibt genau wie der Arbeitskontakt 35 eingeschaltet,
weil das Schaltrelais 37 ja einen größer gewordenen Strom über die Leitungen 39,
40 vom Zusatzgenerator 36 erhält. Durch Einschaltung des 3. Ganges, d. h. durch
den Übergang von einer Untersetzung 1 : 3 auf eine Untersetzung 2 : 3, wird die
Drehzahl der Welle 11 wieder auf die Hälfte herabgesetzt. Da über dem Kontakt 35
der Widerstand 34 kurzgeschlossen blieb, ist die Differenzspannung zwischen 31 und
24 wieder so groß geworden, daß das volle Drehmoment von Md, wieder zu Anfang des
1. Ganges in der Kupplung erzeugt wird.
-
Die Einschaltung des 4. Ganges erfolgt an der Stelle 2/3 n in der
gleichen Weise, wie es für die Einschaltung des 2. und 3. Ganges geschildert wurde.
Die Kette der Relaisspulen 141, 146, 145 schaltet die Kupplungen 2o1, 2o6 und
205 der Fig. 5 entsprechend der Schaltung der Fig. 6 und trennt über den
Ruhekontakt 5o die Kette der Relaisspulen 132, 136 und 135 und damit den 3. Gang
ab.
-
Nach der Umschaltung auf den 4. Gang könnte der Ablauf des Drehmoments
der Magnetpulver-Kupplung in der gleichen Weise wie bisher vor sich gehen, d. h.
bei einer Drehzahl von % n (Schnellgang) wäre das von der Kupplung übertragene Drehmoment
wieder auf die Hälfte abgesunken. Will man aber, was zweckmäßiger ist, nach Umschalten
auf den 4. Gang das volle Drehmoment der Magnetpulver-Kupplung unabhängig von der
weiteren Drehzahlerhöhung wirksam machen, dann wird der Vorwiderstand 65 im Erregerkreis
des Tachogenerators 24
durch den Ruhekontakt 66 über die Leitung 67 und 68
eingeschaltet, wodurch der Strom in der Erregerwicklung 27 so stark verkleinert
wird, daß die Gegenspannung des Tachogenerators 24 das volle Drehmoment der Magnetpulver-Kupplung
nicht mehr herabsetzen kann.
-
Der Bimetallschalter 72, der durch den Heizwiderstand 71 aufgeheizt
wird und der in Reihe mit dem Ruhekontakt 53 liegt, kann ebenfalls den Widerstand
65 einschalten, allerdings nur in den Gängen 1 bis 3. Die Wirkungsweise ist hierbei
folgende: Wenn in den einzelnen Abschnitten der Fig. 3 das äußere Drehmoment gelegentlich
so hoch sein sollte, daß die Kupplung nicht zum vollen Einschalten kommt, also Dauerschlupf
erhält, dann erwärmt sich der Heizwiderstand 71 wegen der quadratischen Abhängigkeit
der Heizleistung vom Erregerstrom der Magnetpulver-Kupplung, so daß nach einer einstellbaren
längeren
Zeit, etwa 2o bis 30 Sek., der Bimetallschalter
72 den Kurzschlußkreis des Widerstandes 65 unterbricht. Durch die Einsteilbarkeit
des Widerstandes 71 und durch den bei Schutzschaltern von Elektromotoren üblichen
Kompensations-Bimetallstreifen kann die Stromzeitchärakteristik dieser Abschaltung
unabhängig von der Außentemperatur beliebig eingestellt werden. Die oben angeführte
Lösung ist nur ein Beispiel für mehrere Möglichkeiten, die alle nur darauf hinauslaufen,
den Dauerschlupf bei der Kupplung zu unterdrücken und auch bei langdauernden Steigungen
nur mit fest eingekuppelter Kupplung in den jeweiligen Gangstufen zu fahren. An
sich läßt sich die Schlupfarbeit, auch wenn sie minutenlang dauert und der vollen
Leistung der Kupplung entspricht, gut abführen, weil, wie oben angegeben, die Nagnetpulver-Kupplung
im Schwungrad 'sitzt und dieses zur Wärmeaufnahme mit heranzieht und weil die Erregerspule
3 der Magnetpulver-Kupplung, wie ebenfalls geschildert, mit hitzebeständigem Isoliermaterial
isoliert wird. Damit diese Erhitzung des Bimetallschalters 72 über den Heizwiderstand
7= nicht auch nach der vollen Einkupplung im 4. Gang unnötigerweise durchgeführt
wird, wird der Heizwiderstand 71 über die Leitung 68, den Arbeitskontakt 73 und
die Leitung 74 kurzgeschlossen, sobald das Schaltrelais 42 die Kette der Relaisspulen
des 4. Ganges einschaltet.
-
Das selbständige Herunterschalten der Gänge, z. B. beim Anlaufen gegen
eine stärkere Steigung, geht folgendermaßen vor sich: Der Zusatzgenerator 36 mißt,
genau wie beim Hochfahren, die Geschwindigkeit des Fahrzeuges; da an der Welle
30 nur feste Getriebeuntersetzungen bis zum angetriebenen Radsatz des Fahrzeuges
hängen. Wenn also die verminderte Geschwindigkeit des Fahrzeuges erreicht ist, die
das Schaltrelais 42 zum Abfallen bringt, dann wird über den Arbeitskontakt 49 die
Kette der Relaisspulen 141, 146, 145 des 4. Ganges von der Batterie 22 getrennt.
Gleichzeitig schließt der Ruhekontakt 50 über die Leitung 69 und über den noch geschlossenen
Arbeitskontakt 47 das Schaltrelais 41 die Kette der Relaisspulen 132, 136, 135 des
3. Ganges. Ebenfalls gleichzeitig wird über den Xuhekontakt 53 und den normalerweise
geschlossenen Kontakt des Bimetallschalters 72 der Widerstand 65 im Erregerkreis
des Tachogenerators 24 kurzgeschlossen, wodurch die- in Fig. i und 2 dargestellte
abfallende Drehmomentenkennlinie Hd2 = f (n) der Magnetpulver-Kupplung wieder
zustande kommt. Mit dem Abschalten des Schaltrelais 42 wurde außerdem der Arbeitskontakt
73 geöffnet, der damit den Heizwiderstand 71 wieder einschaltet, wodurch der Bimetallschalter
72 gegebenenfalls-bei zu langem Schlupfbetrieb in Tätigkeit treten kann.
-
Vermindert sich die Geschwindigkeit des Fahrzeuges noch mehr, dann
fällt auch das Schaltrelais 41 ab und trennt über den jetzt geöffneten Arbeitskontakt
47 die Kette der Relaisspulen 132, 136, 135 des 3. Ganges. Gleichzeitig schaltet
der Ruhekontakt 52 über die Leitung 61 und den noch eingeschalteten Arbeitskontakt
46 des Schaltrelais 37 die Kette der Relaisspulen i22, 123, 125 des 2. Ganges ein.
Wird die Geschwindigkeit so stark vermindert, was im allgemeinen bei Fahrt nicht
vorkommen wird, daB auch das Schaltrelais 37 abfällt, dann wird über den geöffneten
Arbeitskontakt 46 dieses Schaltrelais die Kette der Relaisspulen r22, 123, z25 des
2. Ganges abgeschaltet. Gleichzeitig schließt sich. der Arbeitskontakt 35 des Schaltrelais
37 und schließt den Widerstand 34 im Erregerkreis des Tachogenerators 31 kurz. Hierdurch
wird die Erregung dieses Tachogenerators 31 wieder auf den für den i. Gang notwendigen
Wert herabgesetzt. Da damit alle Relaisketten der drei' oberen Gänge stromlos geworden
sind, wird auch die gemeinsame Leitung 59 stromlos und damit das Schaltrelais 55.
Die mechanische Feder 56 zieht jetzt den Ruhekontakt 54 in Schaltstellung, wodurch
die Kette der Relaisspulen 112, 113, 114 des i. Ganges eingeschaltet wird. Da normale
Relais bei einem Spulenstrom abschalten, der kleiner als der Einschaltstrom ist,
wird sicher verhindert, daß ein dauerndes Ein- und Ausschalten an den Umschaltpunkten
erfolgt.
-
Will man neben der Vollautomatik noch dem Fahrer die Möglichkeit geben,
beim Beschleunigen und beim Verzögern des Fahrzeuges bestimmte Gänge festzuhalten,
also die Automatik zu unterbinden, dann braucht man nur die Schaltrelais, die zu
höheren Gängen gehören, die man nicht erreichen will, durch einen Druckknopf oder
eine ähnliche Einrichtung zu unterbrechen. W"111 man also z. B. nur Hochfahren bis
zum 2. Gang haben, dann 'unterbricht man die Zuleitung der Schaltrelais 41 und 42,
die den 3. und 4. Gang einschalten. Der Übersichtlichkeit halber wurde diese an
sich ohne weiteres verständliche Schaltung in Fig. 4 nicht eingezeichnet.
-
Der in Fig. i dargestellte Trockengleichrichter 23 ist bei der Schaltung
der Fig. 4, wo an-Stelle der Batterie 22 in Fig. x der Tachogenerator 31 getreten
ist, nicht mehr nötig, da es praktisch nie vorkommen kann, daß die Spannung des
Tachogenerators 24 über die Spannung des Tachogenerators 61 hinauswächst und damit
der Erregerstrom der Magnetpulver- Kupplung Null wird.
-
In Pig. 5 ist das Vierganggetriebe schematisch dargestellt, wobei
die schematische Darstellung ohne Rücksicht auf die wirkliche Ausführung nur die
Wirkungsweise der in Fig. 4 beschriebenen Schaltungen erklären soll. Im Getriebekasten
12 der Fig. i und 4 greifen jeweils die Zahnradgruppen 211 und 21o (z. B. 1 : 4),
212 und 213 (z. B. 2 : 1), 214 und 215 (z. B. r-: _), 216 und 217 (z. B. 1: 2) ineinander.
Das Zahnrad 211 sitzt auf der Eingangswelle 11, das Zahnrad 217 auf der Ausgangswelle
3o des Getriebes. Mit Hilfe der elektromagnetischen Schaltkupplungen toi, 2,02,
203, 2o6, 2o4, 2o5 können die Zahnradgruppen so miteinander in Eingriff gebracht
werden, daß beim i. Gang die Schaltkupplungen 2o2, 203 und 204 eingeschaltet,
die Schaltkupplungen toi, 2o6; 2o5 dagegen ausgeschaltet sind. Beim 2. Gang sind
eingekuppelt die Schaltkupplungen 2o2, 203, 205 und ausgekuppelt die Schaltkupplungen
toi, 2o6, 204; beim 3. Gang eingekuppelt 2o2, 2o6" 205, ausgekuppelt toi,
203, 204; beim 4. Gang (Schnellgang) eingekuppelt 2o1, 2o6, 205, ausgekuppelt
2o2, 203, 204. Der in Fig. 3 vorausgesetzte Schnellgang ist in einer weiteren
festen Übersetzung ins Schnelle zwischen den Zahnrädern
218 und
2r9 vorhanden, wodurch sich das Untersetzungsverhältnis des a. Ganges im schematischen
Getriebe der Fig. 5 zu i : 8 ergibt, das des 2. Ganges zu i : 4 und das des 3. Ganges
zu i : 2. An Stelle des in Fig. 5 nur schematisch angedeuteten Vierganggetriebes
kann jedes andere gebräuchliche elektromagnetische Schaltgetriebe mit festem Zahnradeingriff
verwendet werden.
-
In Fig. 6 ist angegeben, wie die in Fig. 4 beschriebenen Ketten der
Relaisspulen die Kupplungen der Fig. 5 jeweils durch einen einzigen Schalter betätigt
werden können. -Hierzu werden Schaltrelais verwendet, die mehrere, und zwar eine
bis drei Betätigungsspulen auf denn gemeinsamen Relaiskern haben. Da die zum Schalten
notwendige Spulenleistung dieser Relais nur einige Watt beträgt und beim Schalten
der verschiedenen -Gänge immer nur drei Teilspulen der einzelnen Relais hintereinandergeschaltet
werden, sind die Teilspulen aller Relais gleich auszubilden: In Fig. 6 sind die
Betätigungsspulen des einzelnen Schaltrelais der Einfachheit halber quer zum Symbol
des Schaltkontaktes gezeichnet. Die Feder, die den Schaltkontakt bei Stromlosigkeit
aller Teilspulen öffnet, ist der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Der große
Vorteil dieser Relaisausbildung liegt darin, daß der Schaltkreis für den jeweiligen
Gang nur einen einzigen Betätigungskontakt für das Schaltrelais der Kupplung in
Fig. 4 hat. Im einzelnen ist aus dem Schaltbild der Fig. 6 sofort zu ersehen, wie
die bei Fig. 5 beschriebene Kupplungskombination der einzelnen Gänge zustande kommt.
Die in Fig. 4 erwähnten Relaisspulenketten für die einzelnen Gänge sind durch Vergleich
der Nummern der Relaisspulen ohne weiteres zu erkennen. Wird z. B. der 2. Gang über
dem Schalter 46 eingeschaltet, dann fließt ein Strom über die Relaisspulen i22,
123 und 125 zur gemeinsamen Leitung 59 der Fig. 4.
-
Die in den Fig. 4 bis 6 beschriebene automatische Gangschaltung ist
nur eine in diesem Falle elektrische Möglichkeit, die der grundsätzlich neue Gedanke
der Kennlinie nach Fig. 2 für die Verwendung der Magnetpulver-Kupplung im Fahrzeug
ergibt. Es ist selbstverständlich ohne weiteres auch eine Automatisierung der Gängeschaltung
durchführbar mittels hydraulisch schaltbarer Kupplungen, wie sie bereits vorgeschlagen
wurden. Die drei Tachogeneratoren der Fig. 4 sind nur gewählt, um das Prinzip der
automatischen Schaltung klar herauszustellen: Da zwischen dem Tachogenerator 24
und dem auf der Äbtriebsseite hinzugefügten Zusatzgenerator 36 in jedem Gang ein
festes Übersetzungsverhältnis besteht, ist es ohne weiteres möglich, den einen durch
den anderen zu ersetzen und durch jeweilige Umschaltung der Erregung die festen
Gangübersetzungen zu berücksichtigen. Da aber die Magnetpulver-Kupplung in der in
Fig. i geschilderten Bauweise keine größere Erregerleistung als 50 W benötigen
wird, sind die drei Tachogeneratoren der Fig. 4 kleine billige, listenmäßige Maschinen,
die den Gesamtaufwand der dargestellten Schaltung nur unwesentlich beeinflussen.
An Stelle der Gleichstrom-Tachogeneratoren können übrigens, da nirgends ein Richtungswechsel
der Ankerspannung vorkommt, kleine Wechselstrom-Generatoren mit feststehender Spulenwicldung
und umlaufenden Dauermagneten genommen werden, deren Wechselstrom über einfache
Trockengleichrichter gleichgerichtet wird, wodurch ein Gleichstrom entsteht, der
bei festen Widerständen ebenfalls genau proportional der jeweiligen Drehzahl ist.
Im übrigen ist die ganze in Fig. 4 und 6 geschilderte elektrische Steuerung mit
den üblichen, seit langem bewährten schüttelfesten Schwachstromrelais durchzuführen,
wodurch der kostenmäßige und platzmäßige Bedarf für diese Schaltung relativ zu Kupplung
und Getriebe klein ist.
-
Der Übersichtlichkeit halber wurde auf die Darstellung des Rückwärtsganges
verzichtet, der ja sowieso nicht unter die Automatik fällt. An sich hätte man die-
gesamte Steuerung einschließlich der Kupplungen an den Tachogenerätor 31 hängen
können, wodurch dieser etwas größer ausgefallen wäre. Aus Sicherheitsgründen wurde
aber die Schaltung so gewählt, daß die Hilfsspannung soweit als möglich von der
Batterie 22 genommen wird, vor allem auch deshalb, weil es der große Vorteil dieser
Schaltung ist, auch nicht automatisch verwendet zu werden, wenn nämlich, wie oben
beschrieben, die einzelnen Gänge durch Druckknöpfe vorgewählt werden.