-
Antrieb von Hilfsaggregaten, insbesondere bei Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf den Antrieb von Hilfsaggregaten, insbesondere bei
Brennkraftmaschinen, mit einer mit steigender Drehzahl auf wachsenden Schlupf selbsttätig
regelnden Kupplung zwischen der Antriebsmaschine und dem die Hilfsaggregate treibenden
Hilfsantrieb.
-
Bei bekannten Antrieben für Hilfsaggregate an Kraftfahrzeugen werden
die Aggregate über eine Schlupfkupplung durch die Fahrzeugmaschine mit einer veränderlichen
Motordrehzahl derart angetrieben, daß durch geeignete Schlupfbildung die Kupplung
als Rutschkupplung wirkt und die Hilfsaggregate mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit
angetrieben werden. Diese konstante Antriebsdrehzahl wirkt sich nachteilig auf diejenigen
Hilfsaggregate aus, für die bei einer veränderlichen Drehzahl der Antriebsmaschine
eine veränderliche Leistung charakteristisch ist.
-
Zur- Verbesserung des Antriebes von Hilfsaggregaten nach der eingangs
genannten Art schlägt die Erfindung vor, daß dem Übertragungsstrang, in welchem
die Kupplung liegt, ein ihm gegenüber drehzahluntersetzend wirkender Strang parallel
geschaltet und zwischen der Einrichtung zur Drehzahluntersetzung und dem Hilfsantrieb
ein Freilauf wirksam ist, der im Regelbereich der Kupplung bei Erreichen eines bestimmten
Schlupfes den Hilfsantrieb über die Einrichtung zur Drehzahluntersetzung mit der
Antriebsmaschine kuppelt.
-
Die modernen Brennkraftmaschinen mit einem Drehzahlbereich beispielsweise
zwischen 500 und 6500 U/min sind mit den verschiedenartigsten Hilfsaggregaten, wie
Lüfter, Wasserpumpe, Drehstromgenerator, Ölpumpen, Kältekompressor u. a. mit voneinander
abweichenden Leistungsaufnahmen ausgerüstet. Diese Hilfsaggregate müssen bereits
bei niedrigen Motordrehzahlen arbeiten und verbrauchen teilweise bei hohen Motordrehzahlen
unnötig Leistung. Nach der Erfindung überträgt die selbsttätig regelnde Kupplung
im unteren Motordrebzahlbereich die erforderlichen Anfahrmomente und hat beispielsweise
einen Regelbereich von 750 bis 2400 U/min, über den sich eine nahezu konstante
Antriebsdrehzahl einregelt. Über dem Regelbereich der Kupplung liegende Drehzahlen
der Brennkraftmaschine werden den veränderlichen Leistungsaufnahmen von Lüfter,
Wasserpumpe einerseits und dem konstanten Leistungsbedarf anderer Hilfsaggregate
nach der Erfindung dadurch angepaßt. daß eine der Kupplung parallel geschaltete
Einrichtung zur Drehzahluntersetzung die genannten Motordrehzahlen in einem geeigneten
konstanten Verhältnis untersetzt. Hierdurch wird für den Antrieb der Hilfsaggregate
mit konstanter Leistungsaufnahme vorteilhafterweise an überschüssiger Leistung gespart,
wobei gleichzeitig für den Antrieb von Lüfter, Wasserpumpe usw. mit veränderlichen
Leistungsaufnahmen eine steigende Antriebsdrehzahl zur Verfügung steht.
-
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kupplung eine an
sich bekannte hydrodynamische Kupplung und die Einrichtung zur Drehzahluntersetzung
in an sich bekannter Weise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, dessen Pumpenrad
mit der Primärschale der Kupplung und dessen Turbinenrad mit der Sekundärschale
verbunden ist, wobei der Freilauf in an sich bekannter Weise an dem im Regelbereich
der Kupplung mit umlaufenden Leitrad des Wandlers wirksam ist, dessen Schaufeln
auf einem kleineren mittleren Radius angeordnet sind als die Schaufeln der Kupplung.
Hierbei überträgt die hydrodynamische Kupplung wiederum bei niedrigen Motordrehzahlen
die erforderlichen Anfährmomente, wobei sie gegen Ende des Regelbereiches selbsttätig
entleert wird, wodurch sich das Leitrad des Wandlers gegen ein festes Gehäuse abstützt
und der Wandler die Motordrehzahl in einem nahezu konstanten Verhältnis untersetzt.
-
Bei einer bekanntgewordenen Einrichtung zum Anpassen der Kühlluftlieferung
an den jeweiligen Bedarf einer Brennkraftmaschine wird ausschließlich der Lüfter
unter den Hilfsaggregaten über eine mit steigender Motordrehzahl auf wachsenden
Schlupf selbsttätig regelnde Kupplung angetrieben, deren Schlupf außerdem von der
Kühlmitteltemperatur abhängig ist.
-
Zur Übertragung des Bremsmomentes bei schiebendem Abtrieb ist es bei
einem hydrodynamischen Drehmomentwandler für die Kraftübertragung bei Kraftfahrzeugen
bekannt, daß das Turbinenrad des
Wandlers die Primär- und das Pumpenrad
des Wandlers die Sekundärschale einer hydrodynamischen Kupplung bildet oder trägt.
-
Bei einem leistungsteilenden Getriebe, bei dem zwei parallel geschaltete
Übertragungsstränge auf eine gemeinsame Abtriebswelle wirken und gleiche Leistungen
sowie Drehmomente übertragen, ist es bekannt, daß mindestens für einen Übertragungsweg
vor dem das Zahnrad auf der kraftabnehmenden Welle antreibenden Ritzet eine einen
Schlupf gewährende Kupplung, beispielsweise eine Flüssigkeitskupplung, eingeschaltet
ist. Durch diese bekannte Getriebeausbildung soll auch dann eine vollkommen gleichmäßige
Leistungsübertragung auf den unterteilten Übertragungswegen erreicht werden, wenn
die Zahneingriffsstellen der verschiedenen Wege nicht vollkommen gleichmäßig zum
Tragen kommen.
-
Die vorstehend beschriebenen Anordnungen zur Kraftübertragung konnten
auf Grund anderer Aufgabenstellung und Wirkungsweise für die Erfindung keine Anregung
geben.
-
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist die Einrichtung zur Drehzahluntersetzung
ein an sich bekanntes Planetengetriebe.
-
Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung ersichtlich, wobei
F i g. 1 im Prinzip die durch die Erfindung erzielte Leistungsersparnis in einem
Diagramm erkennen läßt, und die F i g. 2 ein Beispiel eines Drehzahl-Bildes bei
Anwendung der Erfindung darstellt und F i g. 3 als Ausführungsbeispiel der Erfindung
eine hydrodynamisch selbsttätig'regelnde Kupplung zeigt, der ein hydrodynamischer
Wandler parallel geschaltet ist.
-
Bei den Kurvendarstellungen der F i g. 1 und 2 ist von einem Regelbereich
der Kupplung ausgegangen, der beispielsweise Motordrehzahlen von etwa 750 bis 2400
U/min umfaßt. Hierbei wird die Kupplung bei einer Motordrehzahl von etwa 750 U/min
allmählich entleert, währenddessen die Abtriebsdrehzahl der Kupplung nahezu konstant
bleibt, bis bei einer Motordrehzahl von etwa 2400 U/min (F i g. 2) die Kupplung
völlig entleert ist und der Wandler von diesem Punkt an die Motordrehzahl beispielsweise
mit einem Verhältnis von 1: 3 untersetzt.
-
In F i g. 1 zeigt die Kurve a den Leistungsbedarf verschiedener Hilfsaggregate
einer Brennkraftmaschine wie Wasserpumpe, Lüfter, Drehstromgenerator, Ölpumpen,
Federung, Zentralhydraulik und Servolenkung sowie beispielsweise des Kompressors
einer Klimaanlage. Die Leistung ist über der Motordrehzahl aufgetragen. Die Kurve
b gibt die Leistung der Brennkraftmaschine wieder, wenn diese die Hilfsaggregate
direkt antreibt. Der Verlauf von c charakterisiert die Antriebsleistung bei einem
Antrieb der Hilfsaggregate nach der Erfindung. Die Differenz der Flächen
A und B entspricht der Leistungsersparnis, die durch die Erfindung
erzielt wird gegenüber direktem Antrieb der Hilfsaggregate durch die Brennkraftmaschine.
Die relativ hohe Leistungsaufnahme im Regelbereich der Kupplung, die sich durch
einen Antrieb nach der Kurve c ergibt, ist durch den Schlupf der Kupplung bedingt,
so daß einer relativ hohen Verlustleistung im Regelbereich der Kupplung eine relativ
geringe Verlustleistung außerhalb dieses Bereiches entgegensteht. Durch die Wahl
des Regelbereiches der Kupplung sowie eines geeigneten Verhältnisses zur Drehzahluntersetzung
ergibt sich durch die Erfindung die Möglichkeit, die veränderliche Drehzahl eines
Antriebes von Hilfsaggregaten mit unterschiedlichen Leistungsaufnahmen deren Gesamtleistungsbedarf
vorteilhaft anpassen zu können.
-
Nach F i g. 3 ist die Primärschale 1 einer hydrodynamischen Kupplung
beispielsweise mit der Antriebswelle 2 einer Brennkraftmaschine fest verbunden,
wobei im Bereich der Kupplungsschaufeln .3 Gehäusebohrungen 4, 5 für den Zu- und
Abfluß der Kupplungsflüssigkeit vorgesehen sind. Axial versetzt zu den Kupplungsschaufeln
3 bildet erfindungsgemäß eine weitere Beschaufelung 6 an der Primärschale 1 das
Pumpenrad eines hydrodynamischen Wandlers, dessen Leitrad 7 über einen Freilauf
8 auf einem festen Wellenstumpf 9 des Motorgehäuses 10 in einer Richtung drehbeweglich
gelagert ist. Mit der Sekundärschale 19 ist ein Gehäuseteil 11 drehfest verbunden,
das sich über ein Wälzlager 12 auf dem Wellenstumpf 9 abstützt. Die Sekundärschale
19 weist eine den Kupplungsschaufeln 3 entsprechende Beschaufelung 13 auf. Eine
weitere Beschaufelung 14 der Sekundärschale 19 bildet das Turbinenrad des hydrodynamischen
Wandlers. An die Sekundärschale 19 bzw. an deren Gehäuseteil 11 ist mit Schrauben
16 eine Gehäuseschale 15 angeflanscht, deren äußere keilförmige Ringnutausbildung
17 den Abtrieb bildet, wobei sich die Gehäuseschale 15 über Wälzlager 18 auf der
Primärschale 1 der hydrodynamischen Kupplung abstützt. Die Gehäuseschale 15 bildet
mit der Primärschale 1 einen Raum 20, der über Bohrungen 21 mit einem Raum 22 in
Verbindung steht, der im wesentlichen von der Sekundärschale 19 und dem äußeren
Gehäuseteil 11 begrenzt wird. In dem Raum 22 sind Schöpfrohre 23 angeordnet, die
auf dem Wellenstumpf 9 befestigt sind und über axiale Bohrungen 24 im Wellenstumpf
9 z. B. mit dem Ölsumpf der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen. In der Antriebswelle
2 ist eine Axialbohrung 25 als Zuführung für das hydraulische Mittel vorgesehen,
in die radiale Bohrungen 26 münden, welche mit radialen Gehäusekanälen 27 der Primärschale
1 in Verbindung stehen. Die Gehäusekanäle 27 münden über die Bohrungen 4 der Primärschale
1 in den Innenraum der hydrodynamischen Kupplung und stehen über Bohrungen 38 mit
dem Innenraum des hydrodynamischen Wandlers in Verbindung. Der Wellenstumpf 9 ist
mit Schrauben 28 am Gehäuse 10 der Brennkraftmaschine befestigt und gegen dieses
mit einer Dichtung 29 abgedichtet. Am Außenumfang der Primär- und Sekundärschale
1, 19 bilden im Bereich der Kupplungsschaufeln 3, 13 Gehäuselippen 30, 31 der Schalen
1, 19 eine Labyrinthdichtung, wie auch der Innenraum der Kupplung gegen den des
hydrodynamischen Wandlers durch Gehäuselippen 32, 33 labyrinthartig abgedichtet
ist. Die Abdichtung des hydrodynamischen Wandlers gegen den Raum 22 wird durch lippenartige
Gehäuseausbildungen 34, 35 bzw. 36, 37 am Leitrad 7 und der Primär- bzw. Sekundärschale
1, 19 bewirkt.
-
Die Wirkungsweise des dieser Art skizzierten Antriebes von Hilfsaggregaten
als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist folgende: Der durch die einzelnen Radbeschaufelungen
unterteilte Ringraum des hydrodynamischen Wandlers ist von einer konstanten Ölmenge
gefüllt. Leckverluste an den Dichtungsstellen werden über die Bohrungen 38 ausgeglichen.
Die von der Kupplungsbeschaufelung 3, 13 gebildeten Flüssigkeitsräume
sind
bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ganz mit Kupplungsflüssigkeit gefüllt.
Von einer bestimmten Motordrehzahl an, beispielsweise 750 U/min nach F i g. 2, wird
mehr Kupplungsflüssigkeit über die Schöpfrohre 23 und die Bohrungen 24 durch Fliehkraftwirkung
-abgeleitet als infolge Drosselwirkung der Bohrungen 4 über die Bohrungen 25, 26
und die Gehäusekanäle 27 der Kupplung zufließen kann. Der hierdurch bedingte Schlupf
zwischen der Motordrehzahl und der Antriebsdrehzahl der Hilfsaggregate vergrößert
sich mit steigender Motordrehzahl, so daß die Antriebsdrehzahl für die Hilfsaggregate
nahezu konstant bleibt. Nach völliger Entleerung der Kupplung, in F i g. 2 beispielsweise
bei etwa 2400 U/min, stützt sich das Leitrad 7 des hydrodynamischen Wandlers gegen
das Gehäuse 10 der Brennkraftmaschine ab und deren Drehzahl wird nun durch den Wandler
mit nahezu konstantem Verhältnis untersetzt.