DE102013022010A1

DE102013022010A1 - Vorrichtung zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Verbrennungsmotors von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102013022010A1
Application number: DE102013022010.6A
Authority: DE
Inventors: Franz Pawellek; Conrad Nickel
Original assignee: Gerate- und Pumpenbau GmbH; Gerate und Pumpenbau GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Verbrennungsmotors, zu entwickeln, welche im Dauerbetrieb die Ausfallsicherheit (Fail-Save-Funktion) des Nebenaggregates gewährleistet, den Einsatz eines Elektromotors vermeidet, gleichzeitig ein hohes Drehmoment auf das Nebenaggregat übertragen kann, über die gesamte Lebensdauer eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet, und die sich durch einen robusten Aufbau bei minimalem Bauraum und minimalem Fertigungs- und Montageaufwand auszeichnet, und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch wie auch die Abgasemissionen senkt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Verbrennungsmotors mit einem Gehäuse (1), einer Antriebswelle (2), einer Abtriebswelle (3) welche die Nebenaggregate (4) antreibt, einem Planetengetriebe mit einem Sonnenrad (5), einem Planetenradträger (6) mit Planetenrädern (7), einem Hohlrad (8), und einer mit dem Gehäuse (1) in Wirkverbindung tretenden Bremse (9) mit einem im Planetengetriebe angeordneten Freilauf (10), zeichnet sich dadurch aus, dass die Antriebswelle (2) drehfest mit dem Planetenradträger (6) verbunden ist, und dass am Planetenradträger (6) der Freilauf (10) derart angeordnet ist, dass dieser mit dem Hohlrad (8) in Wirkverbindung tritt, und am Sonnenrad (5) drehfest eine Bremsscheibe (11) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Verbrennungsmotors von Kraftfahrzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Verbrennungsmotors von Kraftfahrzeugen.
Aus der DE 19621642 A1 ist ein umlauffähiges Schaltgetriebe zum Antrieb von Nebenaggregaten an Antriebsmotoren für Kraftfahrzeuge bekannt, welches für den Einsatz unter atmosphärischen Bedingungen geeignet ist und als Planetengetriebe aus einem angetriebenen, als Keilriemenscheibe ausgebildeten Hohlrad, einem Planetenradträger mit Planetenrädern und einem Sonnenrad besteht, und welches durch Lösen oder Festlegen des Sonnenrades gegen ein Gehäuse mittels einer Bremse schaltbar ist.
Durch Lösen der Bremse, d. h. unter Ausschaltung des Planetengetriebes wird der direkte Gang durch einen Freilauf bewirkt, der zwischen dem Abtriebsteil und dem Sonnenrad angeordnet ist.
Die bei dieser Lösung Anwendung findende, bauraumsparende Anordnung eines, kostengünstigen kleinen Freilaufes zwischen dem angetriebenen Hohlrad und dem Sonnenrad hat den Nachteil, dass der Freilauf aufgrund seines kleinen Durchmessers zwangsläufig nur geringe Drehmomente übertragen kann.
Daneben ist aus der DE 10318711 A1 eine Vorrichtung zum Antrieb der Kühlmittelpumpe einer Brennkraftmaschine bekannt, welche ebenfalls ein Planetengetriebe beinhaltet, das zwischen dem Abtrieb der Kurbelwelle und dem Antrieb der Kühlmittelpumpe angeordnet ist, wobei die das Planetengetriebe bildenden Bauteile, der Planetenträger, die Planetenräder, das Sonnenrad und das Hohlrad, wie auch die Kupplung und die Bremse baulich in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sind.
Das Planetengetriebe wird mittels einer Kupplung und einer Bremse betätigt, wodurch der Antrieb der Kühlmittelpumpe zwischen zwei Übersetzungen umgeschaltet, aber auch vollständig abgeschaltet werden kann.
Aus der DE10 2006 041 687 ist eine Vorrichtung zum Antrieb einer Kühlmittelpumpe bekannt, bei der die Pumpenwelle über eine Riemenscheibe mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, und bei der zwischen der Pumpenwelle und der Riemenscheibe ein Planetengetriebe angeordnet ist, welches mit einem elektrischen Antriebsmotor gekoppelt werden kann, so dass zwischen der Drehzahl der Kurbelwelle und der Drehzahl der Pumpenwelle verschiedene Übersetzungsverhältnisse realisiert werden können.
Weiterhin ist aus der DE 10 2011 115 065 A1 eine Kühlmittelfördereinrichtung mit Kühlmittelpumpe bekannt, die über ein Planetengetriebe von einem ersten und einem zweiten Antriebsaggregat angetrieben werden kann, und bei der das Planetengetriebe über eine erste Eingangswelle für das erste Antriebsaggregat und über eine zweite Eingangswelle für das zweite Antriebsaggregat verfügt. Mittels einer Kupplung können die beiden Eingangswellen in wenigstens einem Betriebszustand unmittelbar miteinander gekoppelt werden.
In einem ersten Betriebszustand sind die beiden Eingangswellen lediglich über das Planetengetriebe miteinander gekoppelt, so dass die Kühlmittelpumpe beispielsweise allein mittels des ersten Antriebsaggregats betrieben werden kann.
Alternativ kann die Kühlmittelpumpe zudem sowohl mit einer elektrischen Maschine als auch mit der Brennkraftmaschine betrieben werden.
In einem zweiten der Betriebszustand ist das Sonnenrad drehfest mit dem Planetenträger verbunden, so dass ein Blockumlauf des Planetengetriebes bewirkt wird, der zur Folge hat, dass die Eingangswellen und die Ausgangswelle mit derselben Drehzahl rotieren. Der Antrieb der Kühlmittelpumpe erfolgt dabei allein über die zweite Eingangswelle mit Hilfe der Brennkraftmaschine.
In einem dritten Betriebszustand wird die erste Eingangswelle drehfest, gegenüber dem Gehäuse festgesetzt. Die elektrische Maschine kann in diesem Betriebszustand nicht mehr zum Betreiben der Kühlmittelpumpe eingesetzt werden. In diesem dritten Betriebszustand liegt zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle ein festes Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes vor.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Verbrennungsmotors, wie beispielsweise einer Tandempumpe, zu entwickeln, welche im Dauerbetrieb die Ausfallsicherheit (Fail-Save-Funktion) des Nebenaggregates gewährleistet, den Einsatz eines Elektromotors vermeidet, gleichzeitig ein hohes Drehmoment auf das Nebenaggregat übertragen kann, über die gesamte Lebensdauer eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet, und die sich zudem durch einen robusten Aufbau bei minimalem Bauraum und minimalem Fertigungs- und Montageaufwand auszeichnet, und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch wie auch die Abgasemissionen senkt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Verbrennungsmotors von Kraftfahrzeugen nach den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wie auch aus der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung in Verbindung mit zwei Ausführungsbeispielen zur erfindungsgemäßen Lösung, welche an Hand von zeichnerischen Darstellungen zu jedem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugeordneten 18 Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1: das Blockschaltbild zum Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ”direktem” Antrieb mittels der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 20;
2: das Blockschaltbild zum Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem zwischen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 20 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordneten Vorgelege 33;
3: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Bauform mit blockiertem Sonnenrad 5;
4: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Bauform mit frei umlaufenden Sonnenrad 5;
5: einen Teilschnitt durch die konstruktive Gestaltung einer in der Ölwanne eines Verbrennungsmotors angeordneten, erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Bauform nach den 1 und 2;
6: eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit ”Z” aus 5;
7: den Schnitt bei A-A gemäß der Darstellung nach 6;
8: den Schnitt bei X-X gemäß der Darstellung nach 6;
9: den Schnitt bei B-B gemäß der Darstellung nach 8;
10: die Einzelheit Y aus 6;
11: die schematische Darstellung einer zweiten Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit blockiertem Sonnenrad 5;
12: die schematische Darstellung einer zweiten Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit frei umlaufenden Sonnenrad 5;
13: einen Teilschnitt durch die konstruktive Gestaltung einer in der Ölwanne eines Verbrennungsmotors angeordneten, erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Bauform nach den 11 und 12;
14: eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit ”Z” aus 13;
15: den Schnitt bei A-A gemäß der Darstellung nach 14;
16: den Schnitt bei X-X gemäß der Darstellung nach 14;
17: den Schnitt bei B-B gemäß der Darstellung nach 16;
18: die Einzelheit Y aus 14.
Die Darstellung der 1 zeigt das Blockschaltbild zum Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem ”direkten” Antrieb mittels der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 20. Diese Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass an der Antriebswelle 2 eine Kupplung 17 angeordnet ist, die die Antriebswelle 2 direkt mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 20 verbindet, so dass die Drehzahl der Antriebswelle 2 der Drehzahl der Kurbelwelle, d. h. der Motordrehzahl, entspricht.
Diese Bauform bewirkt bei eingelegter Bremse 9 eine sehr hohe Nebenaggregatdrehzahl n_N und hat dadurch den Vorteil, dass das/die Nebenaggregat/e 4, d. h. im vorliegenden Fall die Ölpumpe wie auch die Vakuumpumpe, auf Grund der hohen Übersetzung durch das Planetengetriebe bei gleicher Leistung und unter Beibehaltung eines vorgegebenen Fördervolumenstromes, d. h. einer den Anforderungen gerecht werdenden Ölversorgung, bzw. der Erzeugung eines vorgegebenen Unterdruckes pro Zeiteinheit, wesentlich kleiner gestaltet werden können, so dass eine deutliche Einsparung im erforderlichen Bauraum, wie gleichzeitig auch eine deutliche Gewichtseinsparung erzielt werden kann.
Die 2 zeigt das Blockschaltbild des Einsatzes der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem zwischen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 20 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordneten Vorgelege 33.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass zwischen der Kupplung 17 und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 20 ein als Vorgelege wirkendes Zusatzgetriebe angeordnet ist, welches die Kupplungsdrehzahl n_K, d. h. die Drehzahl der Antriebswelle 2, gegenüber der Motordrehzahl n_M, d. h. der Drehzahl der Kurbelwelle, reduziert.
Die Nebenaggregatdrehzahl n_N, z. B. die Drehzahl der Tandempumpe, wird dann wie bereits erläutert mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen, zweistufig schaltbaren Planetenradgetriebe bedarfsabhängig variiert, und kann erfindungsgemäß bis auf die eingehende Kupplungsdrehzahl n_K, d. h. die Drehzahl der Antriebswelle 2 abgesenkt, reduziert werden.
Da die Ölbedarfskurve eines Motors in vielen Betriebszuständen schon bei niedrigen Drehzahlen überschritten wird, d. h. deutlich mehr Öl gefördert als benötigt wird, bewirkt die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere bei hohen Drehzahlen neben einer geringeren Wärmeentwicklung, einem geringeren Verschleiß der Bauteile, insbesondere eine daraus resultierende geringere Leistungsaufnahme mit einer damit verbundenen CO₂ Ersparnis.
In den 3 bis 10 ist eine erste mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
In dieser Ausführungsform ist die Bremse 9 ”abtriebsseitig”, d. h. zwischen dem Planetengetriebe und dem Nebenaggregat 4 angeordnet.
Die 11 bis 18 zeigen dann eine weitere, eine zweite mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Bremse 9 ”antriebsseitig” dem Planetengetriebe benachbart angeordnet ist.
Die in den beiden Ausführungsbeispielen vorgestellten Bauformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Antrieb von Nebenaggregaten 4 eines Verbrennungsmotors 20 von Kraftfahrzeugen sind mit einem Gehäuse 1, einer Antriebswelle 2, einer Abtriebswelle 3 welche die Nebenaggregate 4 antreibt, einem Planetengetriebe mit einem Sonnenrad 5, einem Planetenradträger 6 mit Planetenrädern 7 und einem Hohlrad 8, sowie einer von außerhalb betätigbaren, mit dem Gehäuse 1 in Wirkverbindung tretenden Bremse 9 und einem im Planetengetriebe angeordneten Freilauf 10 versehen und zeichnen sich dadurch aus, dass die Antriebswelle 2 stets drehfest mit dem Planetenradträger 6 verbunden ist, und dass am Planetenradträger 6 der Freilauf 10 derart angeordnet ist, dass dieser mit dem Hohlrad 8 in Wirkverbindung tritt, und dass das Sonnenrad 5 auf der Antriebswelle 2 frei drehbar angeordnet ist, und dass am Sonnenrad 5 drehfest eine Bremsscheibe 11 angeordnet ist, welche unter der Einwirkung der Druckkraft, einer zwischen dem Gehäuse 1 und einem Bremskolben 14 angeordneten Druckfeder 16 auf eine zwischen dem Bremskolben 14 und der Bremsscheibe 11 angeordneten Kolbenstange 12, mit einem starr am Gehäuse 1 angeordneten Bremsgegenlager 31 in Wirkverbindung tritt, und dabei zwischen der Bremsscheibe 11 und dem Bremsgegenlager 31 im Bereich der dort befindlichen Bremsflächen 13 die Reibkraft der Bremse 9 aufbaut, wobei der Bremskolben 14 hydraulisch verfahren und über ein Magnetventil 15 angesteuert wird.
In dem in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen betrachteten Einsatzfällen, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antrieb eines in der Ölwanne 19 des Verbrennungsmotors 20 angeordneten Nebenaggregates 4 eingesetzt.
Das Nebenaggregat 4, ist in den nachfolgend betrachteten Ausführungsbeispielen eine Tandempumpe, welche eine Ölpumpe 21 und eine Vakuumpumpe 22 beinhaltet.
Zur Übertragung eines Drehmomentes auf die erfindungsgemäße Vorrichtung ist an der Antriebswelle 2 eine Kupplung 17 angeordnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt, dass beim Starten des Motors stets das Planetenradgetriebe zwischengeschaltet/eingekoppelt ist, d. h. dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Startphase stets ins ”Schnelle” übersetzt. Diese auch bei Motorstillstand gewährleistete ”statische” Einkopplung wird durch die Druckfeder 16 gewährleistet.
In Abhängigkeit von der Auslegung dieser Druckfeder 16 kann nun deren Federkraft ausreichen um bei Bedarf diese Einkopplung über den gesamten Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors 20 zu gewährleisten.
Die Erfindung hat jedoch weiterhin die Aufgabe, bei hoher Motordrehzahl n_M, durch Lösen der Bremse 9 die vom Planetengetriebe ins ”Schnelle” übersetzte Nebenaggregatdrehzahl n_N, bspw. auf die Motordrehzahl n_M, abzusenken, um dadurch im Dauerbetrieb den Kraftstoffverbrauch wie auch die Abgasemissionen zu senken.
Daher muss stets gewährleistet sein, dass auch der jeweilige Förderdruck der Ölpumpe 21 ausreicht um die Druckfeder 16 zurückzustellen, d. h. die Bremse 9 zu lösen.
Daher ist es unter diesen Bedingungen auch vorteilhaft, die Druckfeder 16 so auszulegen, dass deren Federkraft für das Bremsmoment im unteren Drehzahlbereich zwar ausreicht, bis zu dem Betriebspunkt in dem, wie im vorliegenden Fall das Nebenaggregat 4, d. h. die Ölpumpe 21, so viel Druck aufgebaut hat, dass ab diesem Betriebspunkt der von der Druckfeder 16 bewirkten Bremskraft eine gleichgerichtete hydraulische Bremskraft überlagert wird.
Mit zunehmender Drehzahl der Ölpumpe 21 kann so über die hydraulische Druckbeaufschlagung des Bremskolbens 14 die das Reibmoment erzeugende Bremskraft dem steigenden erforderlichen Bremsmoment angepasst werden.
Der hydraulisch verfahrbare Bremskolben 14 kann dabei über ein Magnetventil 15 im Bedarfsfall so angesteuert werden, dass dieser ”Zurücksetzt”, dabei die Druckfeder 16 spannt und so die Bremse 9 löst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt in diesem Schaltzustand, wie nachfolgend noch ausführlich erläutert wird, dass bei hoher Motordrehzahl n_M durch das Lösen der Bremse 9 das Planetenradgetriebe ”entkoppelt” wird, so dass die vom Planetengetriebe ins ”Schnelle” übersetzte Nebenaggregatdrehzahl n_N, bspw. auf die Motordrehzahl n_M, absinkt, und dadurch im Dauerbetrieb der Kraftstoffverbrauch wie auch die Abgasemission sinkt.
Die 3 und 11 zeigen nun die beiden Bauformen der erfindungsgemäßen Lösung in einer schematischen Darstellung jeweils mit blockiertem Sonnenrad 5.
In dieser Schaltstufe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Planetenradträger 6 über die Kupplung 17 angetrieben, wobei das Sonnenrad 5 über die Bremsscheibe 11 gesperrt ist, so dass das Planetenradgetriebe ins ”Schnelle” übersetzt.
Durch die Federkraft der Druckfeder 16 ist bereits beim Start des Motors, d. h. bei niedrigen Kupplungsdrehzahlen n_K, sicher gestellt, dass die Nebenaggregatdrehzahl n_N gegenüber der Kupplungsdrehzahl n_K vom Planetengetriebe ins ”Schnelle” übersetzt wird, so dass von den Nebenaggregaten 4, wie beispielsweise einer Ölpumpe 21 und einer Vakuumpumpe 22, bereits in der Startphase des Motors einerseits eine optimale Ölversorgung des Motors sicher gestellt ist, und zudem gleichzeitig bereits in der Startphase ausreichend Unterdruck bereitgestellt wird.
In den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen wurde die Druckfeder 16 so bemessen, dass die Federkraft bei höheren Drehzahlen nicht ausreichen würde um das für den Antrieb der Nebenaggregate 4 erforderliche Bremsmoment zu erzeugen, so dass mit zunehmender Drehzahl die die Reibkraft erzeugende Druckkraft der Druckfeder 16 von einer hydraulisch erzeugten Druckkraft unterstützt werden muss.
Daher wird in den nachfolgenden Erläuterungen eine Variante beschrieben, bei der in der Startphase die Federkraft der Druckfeder 16 ausreicht um das zum Antrieb der Nebenaggregate 4 erforderliche Bremsmoment zu erzeugen. Nachdem so der Öldruck aufgebaut wurde, wird mit diesem hydraulischen Druck der Bremskolben 14 wie folgt beaufschlagt.
In der Grundstellung des Magnetventils 15 wirkt der hydraulische Druck auf den Bremskolben 14 verschiebt, diesen und drückt dabei die Kolbenstange 12 (in Pfeilrichtung) gegen die Bremsscheibe 11, und presst dabei diese, unter Verschiebung des drehfest mit der Bremsscheibe 11 verbundenen Sonnenrades 5, gegen das starr am Gehäuse 1 angeordnete Bremsgegenlager 31.
Der Anpressdruck bewirkt im Bereich der dort befindlichen Berührungsflächen, der Bremsflächen 13, eine Reibkraft die dann ein Reibmoment zu Folge hat, welches zum Stillstand des Sonnenrades 5 gegenüber dem Gehäuse 1 führt. Bei so gehäusefixiertem Sonnenrad 5 und gleichzeitigem Antrieb des Planetenradträgers 6 wird nun das Hohlrad 8 von den Planetenrädern 7 angetrieben, wodurch das Planetengetriebe ins ”Schnelle” übersetzt, so dass der zwischen Hohlrad 8 und Planetenradträger 6 angeordnete Freilauf 10 vom Hohlrad 8 entkoppelt und das Hohlrad 8 den Planetenradträger 6 in der Drehzahl überholt.
Die 4 und 12 zeigen die beiden Bauformen der erfindungsgemäßen Lösung in der schematischen Darstellung jedoch nun in der zweiten Schaltstufe, d. h. mit ”gelöster Bremse” und dadurch nun frei umlaufenden Sonnenrad 5.
Zum ”Lösen” der Bremse wird durch Betätigung des Magnetventils 15 das Stellmedium in die Kammer gegenüber der Druckfeder 16 gepresst.
Durch den dadurch am Bremskolben 14 anliegenden hydraulischen Druck verfährt der Bremskolben 14 entgegen der Federkraft der Druckfeder 16 bis die Kolbenstange 12 normallastfrei wird, d. h. die ursprünglich die Reibkraft erzeugende Normalkraft fällt auf den Wert ”0”, so dass die Kolbenstange 12 die Bremsscheibe 11 entlastet, wodurch der Reibschluss zwischen der Bremsscheibe 11 und dem starr mit dem Gehäuse 1 verbundenen Bremsgegenlager 31 gelöst wird, und so die Bremsscheibe 11 nun ungebremst frei umlaufen kann.
Dadurch läuft auch das mit der Bremsscheibe 11 drehfest verbundene Sonnenrad 5 frei um, so dass damit die Übersetzung ins ”Schnelle” aufgehoben ist.
Der erfindungsgemäß zwischen dem angetriebenen Planetenradträger 6 (siehe hierzu die 9 und 17) und dem Hohlrad 8 angeordnete Freilauf 10 tritt nun formschlüssig in Wirkverbindung und überträgt das Antriebsdrehmoment von der Antriebswelle 2 auf den Planetenradträger 6 und von diesem mittels des Freilaufes 10 direkt auf das Hohlrad 8, und über die mit diesem drehfest verbundene Abtriebswelle 3 dann auf das Nebenaggregat 4.
Die hier vorliegende erfindungsgemäße Lösung bewirkt, dass durch den integrierten Freilauf 10 bei kompakter Bauweise hohe Drehmomente kostengünstig übertragen werden können.
Die 5 zeigt einen Teilschnitt durch die konstruktive Gestaltung einer in der Ölwanne 19 eines Verbrennungsmotors 20 angeordneten, erfindungsgemäßen Vorrichtung nach der ersten Bauform, gemäß der schematischen Darstellung in den 3 und 4.
Analog hierzu zeigt auch die 13 einen Teilschnitt durch die konstruktive Gestaltung einer in der Ölwanne 19 eines Verbrennungsmotors 20 angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung nach der zweiten Bauform gemäß der schematischen Darstellung in den 11 und 12.
Bei den in den 5 und 13 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung ist das von der erfindungsgemäßen Vorrichtung anzutreibende Nebenaggregat 4 eine Tandempumpe mit einer Ölpumpe 21 (einem Ölteil) und einer Vakuumpumpe 22 (einem Vakuumteil).
Auf die Schaltfunktionen zum Anhalten, d. h. zum drehfesten Fixieren des Sonnenrades 5 (feststehend gegenüber dem Gehäuse), bzw. dem Lösen dieser Fixierung, so dass das Sonnenrad 5 dann frei, d. h. ungebremst, umlaufen kann, wurde in den Ausführungen zu den 3 und 4 bzw. 11 und 12 ausführlich eingegangen.
Die 6 bzw. 14 zeigen jeweils eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit ”Z” aus den 5 bzw. 13.
Für beide Bauformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei charakteristisch, dass alle Lagerstellen 23, bis auf den Freilauf 10, als Gleitlager ausgeführt sind.
Dadurch wird der Einbauraum minimiert, und in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Einsatz einer hydraulisch betätigten (klein bauenden) Bremse 9, können so bei minimalem Bauraum sehr hohe Bremskräfte aufgebracht werden.
Die geringe Gesamtbaugröße der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht, dass neue Einbauorte verfügbar werden, so dass es durch das Zusammenwirken aller Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich wird, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nun selbst sogar in der Ölwanne 19 eines Verbrennungsmotors 20 angeordnet werden kann.
Hieraus resultieren dann neben der bereits erwähnten deutlichen Minimierung des erforderlichen Bauraumes, gleichzeitig auch eine wesentliche Reduzierung der Reibungsverluste, eine deutlichen Minimierung der Arbeitsgeräusche, insbesondere auf Grund der Anordnung der beiden Pumpen in der Ölwanne, sowie eine mögliche Absenkung der Motorhaube, wodurch der Fußgängerschutz erhöht, d. h. das Verletzungsrisiko der an einem potentiellen Unfall beteiligten Fußgänger merklich gesenkt werden kann.
Die 7 bzw. die 15 zeigen den Schnitt bei A-A gemäß der 6 bzw. 14 durch das Planetengetriebe mit dem Sonnenrad 5, den auf den Planetenradwellen 18 am Planetenradträger 6 angeordneten Planetenrädern 7 und dem Hohlrad 8.
Die 8 bzw. die 16 zeigt jeweils den Schnitt bei X-X gemäß der 6 bzw. der 14 mit einem Halbschnitt durch die jeweilige erfindungsgemäße Vorrichtung, mit einem jeweils am Gehäuse 1 kraftschlüssig angeordneten Gehäusedeckel 24, in welchem der Kolbenarbeitsraum 25 des Bremskolbens 14 angeordnet ist.
Um eine zuverlässige Betätigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einfacher Fertigung und Montage zu gewährleisten, sind, wie in den 6 bzw. 14 dargestellt, an den Dichtflächen des Bremskolbens 14 O-Ringe 26 angeordnet.
Die 9 bzw. 17 zeigen den Schnitt bei B-B gemäß der 8 bzw. 16 durch den Freilauf 10 mit dem drehfest auf der Antriebswelle 2 angeordneten erfindungsgemäßen Planetenradträger 6, wobei der erfindungsgemäß integrierte Freilauf 10 von einer am Planetenradträger 6 angeordneten Rollenlaufbahn 27, den Klemmrollen 28 und den erfindungsgemäß am Innenumfang im Hohlrad 8 integrierten Klemmrampen 29 gebildet wird.
Aus dieser Anordnung eines ”integrierten”, erfindungsgemäßen Freilaufes 10 (zwischen dem Planetenradträger 6 und dem Hohlrad 8) resultiert neben einer deutlichen Reduzierung der Herstellungs- und Montagekosten gleichzeitig zudem eine deutliche Bauraumersparnis bei hoher Drehmomentübertragung mit sehr hoher Zuverlässigkeit.
Dabei bewirkt dieser erfindungsgemäß ”integrierte” Freilauf zudem eine weitere deutliche Reduzierung des erforderlichen Bauraumes der erfindungsgemäßen Vorrichtung, so dass die in der Ölwanne 19 des Verbrennungsmotors 20 angeordnete, erfindungsgemäße Vorrichtung bei hoher Zuverlässigkeit nochmals minimiert werden kann.
Neben all den bereits erläuterten Vorteilen bewirkt der Freilauf 10 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichzeitig eine ”Fail-Save-Funktion” (Gewährleistung der Ausfallsicherheit), in dem dieser gewährleistet, dass selbst bei Ausfall der Regelung die Abtriebswelle 3 zumindest mit der Kupplungsdrehzahl n_K, d. h. der Drehzahl der Antriebswelle 2, weiter umläuft.
Die 10 bzw. 18 zeigen nun jeweils eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit ”Y” aus den 6 bzw. 14, mit der detaillierten konstruktiven Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In dieser Darstellung sind, soweit in den 10 bzw. 18 ”sichtbar dargestellt” alle in Verbindung mit den bisherigen Erläuterungen verwendeten Bezugszeichen an den jeweils zugehörigen Bauteilen eingetragen.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es gelungen eine Vorrichtung zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Verbrennungsmotors, wie beispielsweise zum Antrieb einer Tandempumpe zu entwickeln, welche im Dauerbetrieb die Ausfallsicherheit (Fail-Save-Funktion) des Nebenaggregates gewährleistet, den Einsatz eines Elektromotors vermeidet, gleichzeitig ein hohes Drehmoment auf das Nebenaggregat übertragen kann, über die gesamte Lebensdauer eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet, und die sich zudem durch einen robusten Aufbau bei minimalem Bauraum und minimalem Fertigungs- und Montageaufwand auszeichnet, und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch wie auch die Abgasemissionen senkt.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Antriebswelle
3: Abtriebswelle
4: Nebenaggregat
5: Sonnenrad
6: Planetenradträger
7: Planetenrad
8: Hohlrad
9: Bremse
10: Freilauf
11: Bremsscheibe
12: Kolbenstange
13: Bremsfläche
14: Bremskolben
15: Magnetventil
16: Druckfeder
17: Kupplung
18: Planetenradwelle
19: Ölwanne
20: Verbrennungsmotor
21: Ölpumpe
22: Vakuumpumpe
23: Lagerstelle
24: Gehäusedeckel
25: Kolbenarbeitsraum
26: O-Ring
27: Rollenlaufbahn
28: Klemmrolle
29: Klemmrampe
30: Senkschraube
31: Bremsgegenlager
32: Vorrichtung
33: Vorgelege
n_M: Motordrehzahl
n_K: Kupplungsdrehzahl
n_N: Nebenaggregatdrehzahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19621642 A1 [0002]
DE 10318711 A1 [0005]
DE 102006041687 [0007]
DE 102011115065 A1 [0008]

Claims

Vorrichtung zum Antrieb von Nebenaggregaten (4) eines Verbrennungsmotors (20) von Kraftfahrzeugen, mit einem Gehäuse (1), einer Antriebswelle (2), einer Abtriebswelle (3) welche die Nebenaggregate (4) antreibt, einem Planetengetriebe mit einem Sonnenrad (5), einem Planetenradträger (6) mit Planetenrädern (7) und einem Hohlrad (8), und einer von außerhalb betätigbaren, mit dem Gehäuse (1) in Wirkverbindung tretenden Bremse (9) und einem im Planetengetriebe angeordneten Freilauf (10), dadurch gekennzeichnet, – dass die Antriebswelle (2) drehfest mit dem Planetenradträger (6) verbunden ist, und – dass am Planetenradträger (6) der Freilauf (10) derart angeordnet ist, dass dieser mit dem Hohlrad (8) in Wirkverbindung tritt, und – dass das Sonnenrad (5) auf der Antriebswelle (2) frei drehbar angeordnet ist, und – dass am Sonnenrad (5) drehfest eine Bremsscheibe (11) angeordnet ist, welche unter der Einwirkung der Druckkraft einer Kolbenstange (12) mit einem starr am Gehäuse (1) angeordneten Bremsgegenlager (31) in Wirkverbindung tritt und dabei zwischen der Bremsscheibe (11) und dem Bremsgegenlager (31) im Bereich der dort befindlichen Bremsflächen (13) die Reibkraft der Bremse (9) aufbaut, und – dass zwischen dem Gehäuse (1) bzw. einem fest mit dem Gehäuse (1) verbundenen Gehäusedeckel (24) und einem Bremskolben (14) eine Druckfeder (16) angeordnet ist, und – dass die auf die Kolbenstange (12) einwirkende Axialkraft neben der Druckfeder (16) von dem hydraulisch verfahrbaren Bremskolben (14) beeinflusst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebswelle (2) eine Kupplung (17) angeordnet ist, die die Antriebswelle (2) direkt mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (20) verbindet, so dass die Kupplungsdrehzahl (n_K), die Drehzahl der Antriebswelle (2), der Motordrehzahl (n_M) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebswelle (2) eine Kupplung (17) angeordnet ist, und zwischen dieser Kupplung (17) und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (20) ein als Vorgelege (33) wirkendes Zusatzgetriebe angeordnet ist, welches die Kupplungsdrehzahl (n_K), die Drehzahl der Antriebswelle (2), gegenüber der Motordrehzahl (n_M), der Drehzahl der Kurbelwelle, reduziert.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskolben (14) hydraulisch verfahren, und über ein Magnetventil (15) angesteuert wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Lagerstellen (23), bis auf den Freilauf (10), als Gleitlager ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese in der Ölwanne (19) des Verbrennungsmotors (20) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (1) kraftschlüssig ein Gehäusedeckel (24) angeordnet ist, in dem der Kolbenarbeitsraum (25) des Bremskolbens (14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Dichtflächen des Bremskolbens (14) O-Ringe (26) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (10) von einer am Planetenradträger (6) angeordneten Rollenlaufbahn (27), Klemmrollen (28) und von im Hohlrad (8) am Innenumfang integrierten Klemmrampen (29) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (16) eine Tellerfeder ist.