DE10014556C1 - Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Abstract

Eine Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate eines Verbrennungsmotors umfaßt ein Planetengetriebe (1), das konzentrisch zum freien Ende der Kurbelwelle (2a) angeordnet und durch eine Bremsvorrichtung (22) schaltbar ist und das ein Sonnenrad (9) und ein Hohlrad (10) sowie einen Planetenträger (7) mit Planetenrädern (8) aufweist. Dabei ist der Planetenträger (7) über einen Freilauf (11) mit einer primären Riemenscheibe (23) verbindbar und über einen Schwingungsentkoppler mit der Kurbelwelle (2) verbunden. DOLLAR A Der Nachteil von reibungsbehafteten Schwingungsentkopplern wird dadurch vermieden, daß der Schwingungsentkoppler als Gelenkwelle (16, 16') mit homokinetischen Gelenken (17) ausgebildet ist, die zwischen der Gelenkwelle (16, 16') und der Kurbelwelle (2) bzw. dem Planetenträger (7, 7') angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Neben­ aggregate eines Verbrennungsmotors der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

In der DE 198 22 426 A1 ist eine Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate eines Verbrennungsmotors beschrieben, mit einem Planetengetriebe, das konzentrisch zum freien Ende der Kurbelwelle angeordnet und durch eine Bremsvorrichtung schaltbar ist und das ein Sonnenrad und ein Hohlrad sowie einen Planetenträger mit Planetenrädern aufweist, wobei der Planetenträger über einen Freilauf mit einer primären Rie­ menscheibe verbindbar und über einen Schwingungsentkoppler mit der Kurbelwelle verbunden ist.

Derartige schaltbare Planetengetriebe sollen bei Motorleer­ laufdrehzahl eine ausreichende Leistung von Nebenaggregaten wie Klimakompressor und Lichtmaschine sicherstellen, ohne dieselben bei hoher Motordrehzahl durch Überdrehen zu ge­ fährden. Auf diese Weise gelingt es, trotz möglicher Ver­ kleinerung der Nebenaggregate die Funktion des elektrischen Bordnetzes zu gewährleisten, auch wenn über die derzeitige Ausstattung hinaus eine elektrisch beheizbare Frontscheibe und ein elektrisch beheizbarer (Vor-)Katalysator benötigt werden. Letzterer ist eine wichtige Voraussetzung zur Sen­ kung der Schadstoffemission beim Kaltstart.

Der Schwingungsentkoppler der DE 198 22 426 A1 ist eine Kreuzschlitzkupplung. Diese führt zwar zu einer Schwin­ gungsentkopplung, jedoch ist sie aufgrund der gleitenden Reibung zwischen ihren Komponenten verschleißgefährdet.

Die DE 199 41 705 A1 beschreibt einen Antriebsstrang insbe­ sondere für ein Kraftfahrzeug, welches eine Antriebseinheit wie eine Brennkraftmaschine umfaßt. Außerdem ist eine An­ triebswelle vorgesehen, mit der zumindest eine elektrische Maschine in Wirkverbindung steht. Diese elektrische Ma­ schine wird zumindest als Motor und als Generator einge­ setzt. Die Wirkverbindung zwischen der elektrischen Ma­ schine und der Antriebswelle weist zumindest zwei von einem zumindest in Start- und Betriebsphase untergliederten Be­ triebsmodus der elektrischen Maschine abhängige, sich selbsttätig einstellende Übersetzungsstufen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvor­ richtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei welcher der Schwingungsentkoppler zuverlässig, kompakt und ge­ räuscharm ist sowie geringe Reibung und eine lange Be­ triebsdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Ausbildung des Schwingungsentkopplers als hohle Gelenk­ welle mit homokinetischen Gelenken bietet den Vorteil einer dreh- und radialspielfreien Verbindung zwischen Kurbelwelle und Planetenträger bei gleichzeitiger Schwingungsentkopp­ lung der beiden Bauteile. Dadurch werden Geräusche und Ver­ schleiß unterbunden. Durch die zur Drehmomentübertragung benutzten Kugeln tritt bei der notwendigen Relativbewegung zwischen Gelenkwelle und Kurbelwelle bzw. Planetenträger nur rollende Reibung auf. Diese sichert die Radialschwin­ gungsabkopplung und einen praktisch verschleißfreien Be­ trieb des Schwingungsentkopplers.

Eine Backenbremse hat gegenüber einer Scheibenbremse den Vorteil, daß sie bei vergleichbarem axialen Platzbedarf eine geringere radiale Bauhöhe aufweist und dadurch den Platzbedarf der Antriebsvorrichtung reduziert.

Die Bremse kann hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigt werden. Der Vorteil einer elektrischen Betätigung liegt in einer einfachen Kopplung von elektrischem Stellmo­ tor und elektronischer Steuerung des Verbrennungsmotors.

Die dargestellte Anordnung der Lichtmaschine verringert den Bauaufwand und erhöht deren Betriebssicherheit, da dieselbe auch bei Riemenausfall angetrieben bleibt. Sie kann jedoch auch als getrennte Lichtmaschine bzw. getrennte Licht-An­ laßmaschine über den Riementrieb angetrieben werden.

Die als Starter arbeitende Lichtmaschine treibt die Kurbel­ welle bei angezogener Haltebremse und freilaufendem Frei­ lauf in umgekehrter Richtung über das Planetengetriebe an, so daß dessen Übersetzung ins Langsame zur entsprechenden Steigerung des Anlaßmoments führt. Die Lichtmaschine-Anlas­ ser-Kombination erfordert geringeren Bauaufwand als Einzel­ aggregate, zumal vorhandene Übertragungswege für das Anlas­ serdrehmoment benutzt werden können.

Es ist möglich, die Funktionen von Sonnenrad und Hohlrad des Planetengetriebes zu vertauschen. Im einen Fall ist das Hohlrad gegenüber dem Motorgehäuse bremsbar bzw. feststell­ bar und das Sonnenrad direkt mit der primären Riemenscheibe verbunden, im anderen Fall ist ein anderes Sonnenrad brems­ bar und ein anderes Hohlrad direkt mit einer anderen primä­ ren Riemenscheibe verbunden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung in der folgenden Beschreibung näher erläu­ tert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein schaltbares Planetenge­ triebe mit einer Bremse für das Hohlrad und einen Antrieb über eine Gelenkwelle mit homokinetischen Gelenken, wobei das Übersetzungsverhältnis bei i₁ = 1 und i₂ ∼ 2,5 liegt;

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein anderes schaltbares Pla­ netengetriebe mit einer Bremse für ein bremsbares Sonnenrad und einen Antrieb über eins Gelenkwelle mit homokinetischen Gelenken, wobei das Überset­ zungsverhältnis bei i₁ = 1 und i₂ ∼ 1,65 liegt.

In Fig. 1 ist eine Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate eines Verbrennungsmotors dargestellt, die am freien Ende 2a einer Kurbelwelle 2 und koaxial zu dieser angeordnet ist.

Die Antriebsvorrichtung weist eine Kettenradkombination 3 und ein Planetengetriebe 1 auf, die durch eine Gelenkwelle 16 drehwinkelfest verbunden sind.

Die Kettenradkombination 3 ist durch eine zentrale Schraube 4 gegen das freie Ende 2a der Kurbelwelle 2 geschraubt. Sie dient auch dem Antrieb der Gaswechselsteuerung des Verbren­ nungsmotors und ist deshalb über eine Federnut 5 und eine Feder 6 drehwinkelfest zur Kurbelwelle 2 angeordnet.

Das Planetengetriebe 1 weist einen Planetenträger 7 mit Planetenrädern 8 auf, die mit einem Sonnenrad 9 und einem Hohlrad 10 kämmen. Das Hohlrad 10 ist auf den Planetenrä­ dern 8 schwimmend mit einer hier nicht dargestellten Zen­ trierung gelagert. An seinem Umfang ist eine Bremsvorrichtung 22 vor­ gesehen, durch die das Hohlrad 10 gegen ein Lagerschild 15 bzw. gegen das Motorgehäuse festgebremst werden kann.

Das Sonnenrad 9 ist einstückig mit einer Hülse 13 verbun­ den, die über ein Kugellager 14 in dem Lagerschild 15 gelagert und über einen Freilauf 11 mit dem Planetenträger 7 verbindbar ist. Die hohle Gelenkwelle 16 trägt an ihren beiden Enden je ein homokinetisches Gelenk 17. Die homoki­ netischen Gelenke 17 weisen am Umfang der Gelenkwelle 16 gleichmäßig verteilte Kugeln 18 auf, die in Rillen 19 am Außenumfang der Gelenkwelle 16 und in entsprechenden, den Rillen 19 gegenüberliegenden Gegenrillen 20 am Innenumfang einer Ausnehmung 21 des Planetenträgers 7 bzw. am Innenum­ fang des kurbelwellenfernen Endes der Kettenradkombination 3 spielfrei gelagert sind. Die Radialbewegungen des freien Endes 2a der Kurbelwelle 2 werden durch entsprechende Schiefstellung der Gelenkwelle 16 ausgeglichen, so daß die gesamte Antriebsvorrichtung frei von Radial- und Axial­ schwingungen ist. Dabei führen die Kugeln 18 eine rollende Bewegung aus, die praktisch geräusch- und verschleißfrei abläuft. Eine Schmierung der homokinetischen Gelenke 17 und des Planetengetriebes 1 erfolgt durch die hohlgebohrte Schraube 4.

Eine primäre Riemenscheibe 23 ist über eine Feinverzahnung 24 mit der Hülse 13 drehfest verbunden. Zwischen primärer Riemenscheibe 23 und Lagerschild 15 ist ein Radialwellen­ dichtring 25 angeordnet, der die Antriebsvorrichtung nach außen hin abdichtet.

Am Innenumfang der primären Riemenscheibe 23 und von dieser direkt angetrieben ist der Rotor 12' einer kombinierten Licht-Anlaßmaschine 26 befestigt, deren Stator 12 gegen­ überliegend am Lagerschild 15 angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung nach Fig. 1 funk­ tioniert folgendermaßen: Die Kurbelwelle 2 treibt den Pla­ netenträger 7 über die Kettenradkombination 3 und die Ge­ lenkwelle 16 an. Deren homokinetische Gelenke 17 lassen keine Radial- und Axialschwingungen des freien Kurbelwel­ lenendes 2a auf den Planetenträger 7 durch. Dadurch ist auch der Übertragungsweg vom Planetenträger 7 auf die Hülse 13 über den Freilauf 11 frei von Radial- und Axialschwin­ gungen der Kurbelwelle 2, was sich auf den Geräuschpegel und die Lebensdauer aller Bauteile des Planetengetriebes 1 positiv auswirkt.

Bei niedriger Motordrehzahl und beim Start ist die Bremse 22 angezogen. Dadurch ist das Hohlrad 10 am Lagerschild 15 festgelegt, so daß sich die Planetenräder 8 am Hohlrad 10 abstützten bzw. abrollen können. Beim Abrollen drehen sich die Planetenräder 8 und treiben das Sonnenrad 9 im Dreh­ sinn des Planetenträgers 7 an. Dabei findet eine Überset­ zung von i ∼ 2,5 zu einer höheren Drehzahl hin statt, was dem Verhältnis der Zähnezahl des Hohlrades 10 zu der des Son­ nenrades 9 entspricht.

Oberhalb einer bestimmten Motordrehzahl bzw. je nach Lei­ stungsbedarf der Nebenaggregate wird die Bremse 22 gelöst. Wegen der fehlenden Drehmomentabstützung am Hohlrad 10 nimmt der Planetenträger 7 den Freilauf 11 mit, wodurch die Hülse 13 bzw. die primäre Riemenscheibe 23 im Verhältnis i = 1 über die Gelenkwelle 16 mit der Kurbelwelle 2 gekoppelt sind. Dabei läuft das Planetengetriebe 1 mit Hohlrad 10, Planetenträger 7, Planetenrädern 8 und Sonnenrad 9 als Ein­ heit um, ohne wirkungsgradmindernde Relativbewegungen aus­ zuführen. Der direkte Antrieb der primären Riemenscheibe 23 verhindert ein Überdrehen der Nebenaggregate, da die Dreh­ zahl der primären Riemenscheibe 23 der Drehzahl der Kurbel­ welle 2 entspricht. Da die Kopplung der primären Riemen­ scheibe 23 über die Gelenkwelle 16 läuft, werden zwar das Drehmoment der Kurbelwelle 2, nicht aber deren Radial- und Axialschwingungen übertragen. In beiden Übersetzungsverhältnissen ist deshalb die Antriebsvorrichtung für die Ne­ benaggregate frei von verschleiß- und geräuschfördernden Schwingungen der Kurbelwelle.

Beim Motorstart treibt die als Anlasser geschaltete Licht- Anlasser-Maschine 26 die primäre Riemenscheibe 23 direkt an. Das Anlassermoment wird über die Hülse 13 und das Son­ nenrad 9 auf die Planetenrädern 8 übertragen, die sich bei angezogener Bremse 22 im Hohlrad 10 abwälzen und den Plane­ tenträger 7 untersetzt mitnehmen. Dessen verringerte Dreh­ zahl bzw. dessen erhöhtes Drehmoment wird über die Gelenk­ welle 16 auf die Kurbelwelle 2 übertragen und erleichtert den Motorstart. Durch die gegenüber dem Planetenträger 7 erhöhte Drehzahl des Sonnenrades 9 bzw. der Hülse 13 läuft der Freilauf 11 frei.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführung der Antriebsvor­ richtung mit einem anderen Übersetzungsbereich. Ein Plane­ tenträger 7' ist über eine Gelenkwelle 16' und deren homo­ kinetischen Gelenken 17 mit der Kettenradkombination 3 und der Kurbelwelle 2 verbunden. Der Planetenträger 7' trägt Planetenräder 8', die mit einem Hohlrad 10' und einem Son­ nenrad 9' kämmen. Der Planetenträger 7' ist über ein zen­ trierendes Gleitlager 30 auf einer Hülse 13' gelagert, mit der er über einen Freilauf 11 verbindbar ist.

Das Hohlrad 10' ist mit der Hülse 13' und diese mit der primären Riemenscheibe 23 verbunden. Die Hülse 13' ist über ein Kugellager 14' auf einem Lagerschild 15' gelagert, das eine entsprechende Öffnung des Motorgehäuses schließt. Die Antriebsvorrichtung ist durch einen Radialwellendicht­ ring 25' nach außen abgedichtet, der zwischen dem Lager­ schild 15' und der primären Riemenscheibe 23' angeordnet ist. Auch die alternative Antriebsvorrichtung wird über die hohlgebohrte Schraube 4 geschmiert.

Das Sonnenrad 9' ist mit einem Sonnenradträger 27 verbun­ den, der über zwei Wälzlager 28 auf dem Planetenträger 7' gelagert ist. Der Sonnenradträger 27 weist eine Bremstrom­ mel 29 für eine Bremsvorrichtung 22' auf, die sich auf dem Motorge­ häuse abstützt und durch einen nicht dargestellten Stellmo­ tor betätigen läßt.

Auch in der primären Riemenscheibe 23' ist eine direkt an­ getriebene Licht-Anlaßmaschine 26 eingebaut, die einen Ro­ tor 12' und einen am Lagerschild 15' befestigten Stator 12 aufweist.

Die alternative Ausführung der Antriebsvorrichtung nach Fig. 2 funktioniert folgendermaßen: Die Kurbelwelle 2 treibt den Planetenträger 7' über die Kettenradkombination 3 und die Gelenkwelle 16' mit ihren homokinetischen Gelen­ ken 17 an.

In Abhängigkeit von Betriebsparametern, zum Beispiel bei niedriger Motordrehzahl und hoher Betriebslast der Nebenag­ gregate, wird die Bremse 22' angezogen. Dadurch wird das Sonnenrad 9' über den Sonnenradträger 27 und die Bremstrom­ mel 29 am Lagerschild 15' bzw. am Motorgehäuse festgelegt, so daß sich die Planetenräder 8' am Sonnenrad 9' abstützen bzw. abrollen können. Beim Abrollen drehen sich die Plane­ tenräder 8' und treiben das Hohlrad 10' im Drehsinn des Planetenträgers 7 an. Dabei wird die Drehzahl der primären Riemenscheibe 26 im Verhältnis der Zähnezahl des Sonnenrads 9' zu der des Hohlrads 10' (i ∼ 1,65) ins Schnelle übersetzt.

Oberhalb einer bestimmten Motordrehzahl wird die Bremse 22' gelöst. Wegen der fehlenden Drehmomentabstützung am Sonnen­ rad 9' nimmt der Planetenträger 7' den Freilauf 11 mit, wodurch die Hülse 13' bzw. die primäre Riemenscheibe 23' im Verhältnis 1 : 1 über die Gelenkwelle 16' mit der Kurbelwelle 2 gekoppelt sind. Dabei läuft das Planetengetriebe 1' mit dem anderen Sonnenrad 9', dem Planetenträger 7', den Plane­ tenrädern 8' und dem Hohlrad 10' als Einheit um, ohne wir­ kungsgradmindernde Relativbewegungen auszuführen.

Beim Anlassen wird das Anlassermoment von der primären Rie­ menscheibe 23' bei angezogener Bremse 22' und freilaufendem Freilauf 11 über die Hülse 13' und das Hohlrad 10' auf die Planeten 8' übertragen. Diese wälzen sich auf dem festge­ bremsten Sonnenrad 9' ab und nehmen den Planetenträger 7' mit einer ins Langsame gehenden Übersetzung von i ∼ 1,65 mit, wodurch das Anlassermoment entsprechend erhöht wird.

Claims (8)

1. Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate eines Kraft­ fahrzeugverbrennungsmotors mit einem Planetengetriebe (1; 1'), das konzentrisch zum freien Ende (2a) der Kurbelwelle (2) angeordnet und durch eine Bremsvor­ richtung (22; 22') schaltbar ist und das ein Sonnenrad (9; 9') und ein Hohlrad (10; 10') sowie einen Plane­ tenträger (7; 7') mit Planetenrädern (8, 8') aufweist, wobei der Planetenträger (7; 7') über einen Freilauf (11; 11') mit einer primären Riemenscheibe (23; 23') verbindbar und über einen Schwingungsentkoppler mit der Kurbelwelle (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsentkoppler als Gelenkwelle (16; 16') mit homokinetischen Gelenken (17) ausgebildet ist, die einerseits zwischen der Ge­ lenkwelle (16; 16') und der Kurbelwelle (2) und ande­ rerseits zwischen der Gelenkwelle (16) und dem Plane­ tenträger (7; 7') angeordnet sind.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsvorrichtung (22; 22') als Backenbremse ausgebildet ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Backenbremse (22; 22') vorzugsweise von einem elektrischen Stellmotor betä­ tigbar ist.

4. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Nebenaggregat eine Licht-Anlaßmaschine (26) vorgesehen ist.

5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Nebenaggregat des Ver­ brennungsmotors innerhalb der primären Riemenscheibe (23; 23') angeordnet und von dieser direkt angetrieben ist.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (2) bei angezogener Bremsvorrichtung (22; 22') und freilaufendem Frei­ lauf (11; 11') über das Planetengetriebe (1; 1') von der Licht-Anlaßmaschine (26) antreibbar ist.

7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (9) in di­ rekter Verbindung mit der primären Riemenscheibe (23) steht und das Hohlrad durch die Bremsvorrichtung (22) bremsbar bzw. feststellbar ist.

8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (10') in di­ rekter Verbindung mit der primären Riemenscheibe (23') steht und das Sonnenrad (9') durch die Bremsvorrichtung (22') bremsbar bzw. feststellbar ist.