DE19822426C2 - Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate einer Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents
Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate einer HubkolbenbrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Neben
aggregate einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der im Oberbe
griff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
In der FR 2 644 866 A1 ist eine Antriebsvorrichtung für Ne
benaggregate einer Hubkolbenbrennkraftmaschine beschrieben,
mit einem schaltbaren Planetengetriebe, das konzentrisch
zur Kurbelwelle angeordnet ist und das einen mit der
Kurbelwelle verbundenen Planetenträger mit Planetenrädern
sowie ein an einem Lagerschild mittels Bremsvorrichtung
feststellbares Hohlrad und ein mit einer Riemenscheibe ver
bundenes, in dem Lagerschild gelagertes Sonnenrad aufweist,
das über einen Freilauf mit dem Planetenträger verbindbar
ist.
Derartige schaltbare Planetengetriebe sollen bei Motorleer
laufdrehzahl eine ausreichende Leistung von Nebenaggrega
ten, wie Klimakompressor und Lichtmaschine, sicherstellen,
ohne dieselben bei hoher Motordrehzahl durch überdrehen zu
gefährden. Auf diese Weise gelingt es, trotz möglicher
Verkleinerung der Nebenaggregate die Funktion des elektri
schen Bordnetzes zu gewährleisten, auch wenn über die der
zeitige Ausstattung hinaus eine elektrisch beheizbare
Frontscheibe und ein elektrisch beheizbarer (Vor-) Kataly
sator benötigt werden. Letzterer ist eine wichtige Voraus
setzung zur Senkung der Schadstoffemission beim Kaltstart.
Das schaltbare Planetengetriebe der FR 2 644 866 A1 hat je
doch ein großes Bauvolumen und einen schlechten Wirkungs
grad, da seine Schmierung problematisch ist. Durch seine
starre Verbindung mit dem freien Ende der Kurbelwelle
unterliegt dieses Planetengetriebe deren Schwingungsbean
spruchung, wodurch es störanfällig und geräuschabstrahlend
wird.
Aus der DE 15 26 560 A1 ist ein schaltbares Planetengetriebe
bekannt, in dessen Antrieb eine Dämpfung der von der Kur
belwelle stammenden Torsionsschwingungen vorgesehen ist.
Dies wird durch eine Kombination aus Druckfedern und Gummi
puffern erreicht, die im Planetenträger angeordnet sind.
Diese Maßnahme wirkt aber nicht auf Radial- und Axial
schwingungen des Kurbelwellenendes, sondern nur auf dessen
Tangentialschwingungen, die auch, im Gegensatz zu den Ra
dial- und Axialschwingungen durch Torsionsschwingungs
dämpfer und Schwingungstilger bekämpft werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schaltbares
Planetengetriebe der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das
zuverlässig, kompakt und leise ist sowie einen hohen Wir
kungsgrad und eine lange Betriebsdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Das Prinzip der Nichtweiterleitung der Schwingungen des
Kurbelwellenendes zum Planetengetriebe beruht auf der Zwi
schenschaltung eines Schwingungsentkopplers. Dieser ist mit
dem Kurbelwellenende und dem Planetenträger verbunden, läßt
aber die Schwingungen des Kurbelwellenendes aufgrund seiner
Elastizität oder seiner Geometrie nicht durch.
Durch die Abkopplung der Schwingungen des Kurbelwellenendes
kann das Planetengetriebe wesentlich leichter und dadurch
kompakter ausgeführt werden. Außerdem vermindern sich seine
Störanfälligkeit und seine Schallabstrahlung, insbesondere
die der Riemenscheibe.
Grundsätzlich ist es denkbar, daß Kurbelwelle und Planeten
träger durch Verschrauben, Vernieten, Kleben usw. mit dem
Schwingungsentkoppler verbunden sind. Besonders einfach ist
deren Montage jedoch, wenn beide Teile axiale Klauen auf
weisen, die in entsprechende Schlitze des Schwingungsent
kopplers lediglich eingeschoben werden müssen. Die gleiche
Anzahl der Klauen führt zu symmetrischer und damit geringer
Beanspruchung und zur Zentrierung des ungelagerten
Schwingungsentkopplers. Die Anzahl der Klauen ist nicht
festgelegt. Üblich sind zwei oder drei pro Teil.
Wenn der Schwingungsentkoppler elastisch ausgebildet ist
(z. B. aus Polyurethan besteht), ist er in der Lage, neben
Radialschwingungen auch Tangential- und Axialschwingungen
zu filtern.
Die Tangentialschwingungen des Kurbelwellenendes können an
diesem durch Torsionsschwingungsdämpfer oder Schwingungs
tilger bekämpft werden. Deshalb besteht auch die Möglich
keit, Schwingungsentkoppler aus unelastischem Material zu
verwenden. Diese können zwar aufgrund ihrer Torsionssteif
heit keine Torsionsschwingungen filtern, jedoch können sich
die Klauen wegen des Radial- und Axialspiels radial und
axial in den Schlitzen bewegen und so Radial- und Axial
schwingungen ausblenden.
In ähnlicher Weise ist auch ein als Quadrat oder Sechseck
gestalteter Schwingungsentkoppler möglich, bei dem die
Klauen dessen Umfangsseiten tangieren. Ein als Kreuz
schlitzkupplung bekannter Schwingungsentkoppler zeichnet
sich durch besondere Einfachheit aus, da er lediglich vier
radiale Schlitze gleichmäßig an dessen Umfang verteilt für
je zwei Klauen aufweist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
das Hohlrad auf den Planetenrädern axial verschieblich zu
lagern und die Bremsscheibe an dem Hohlrad anzuformen.
Durch die einstückige Ausführung von Hohlrad und Brems
scheibe und durch die schwimmende Lagerung des Hohlrades
auf den Planetenrädern und der Verschiebbarkeit zugehöriger
Bremsklötze in einem Haltering mit integriertem Axialan
schlag ergibt sich ein einfacher Bremsaufbau.
Ein öldruckbetätigter Ringkolben sichert eine gleichmäßige
Druckbeaufschlagung der Bremsklötze an der Bremsscheibe und
damit einen verschleißarmen Betrieb desselben. Auch die La
gerung des Ringkolbens zwischen einem äußeren und inneren
Führungsring sichert einen verschleißarmen Betrieb und
bietet Freiheit bei der Materialwahl des Lagerschilds.
Durch eine linienförmige Berührung zwischen einem abgerun
deten Ringwulst des Ringkolbens und dem ihm zugewandten
Bremsklotz werden Verspannungen und damit Verschleiß ver
mieden.
Durch eine elektronische Steuerung wird ein Schaltdruck
bzw. eine Änderung der Motordrehzahl beim Ein- und Aus
schalten des Planetengetriebes verhindert.
Durch die Anordnung im Steuergehäuse wird das Planetenge
triebe durch Motoröl zuverlässig geschmiert und weist auf
diese Weise einen hohen Wirkungsgrad und geringen Ver
schleiß auf. Damit ist ein Problem gelöst, das bei dem auf
dem freien Kurbelwellenende außerhalb des Motorgehäuses ge
lagerten Planetengetriebe nie beherrscht wurde. Außerdem
ist bei dieser Anordnung des Planetengetriebes wie bei
einem Standardmotor nur ein Bewegungsöldichtring erforder
lich. Dieser muß keinen Öldifferenzdruck abdichten, sondern
lediglich dem Unterdruck im Kurbelgehäuse standhalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an
hand der Zeichnung in der folgenden Beschreibung näher er
läutert.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein schaltbares Planeten
getriebe mit Feststellbremse für ein Hohlrad,
Fig. 2 ein Betätigungselement für die Feststellbremse.
Fig. 1 zeigt ein Planetengetriebe 1, das koaxial zu einer
Kurbelwelle 2 angeordnet ist und von dieser angetrieben
wird. Der Antrieb erfolgt über eine Kettenradkombination 3,
die durch eine Inbusdehnschraube 4 gegen das freie Ende 2a
der Kurbelwelle 2 geschraubt ist. Die Kettenradkombination
3 dient auch dem Antrieb der Gaswechselsteuerung des Motors
und ist deshalb mit Federnut 5 und Feder 6 winkelgetreu zur
Kurbelwelle 2 angeordnet.
Ein am freien Kurbelwellenende 2a befindlicher Flansch 7
der Kettenradkombination 3 trägt senkrecht zur Bildebene 2
gegenüberliegende Klauen 11, die in je einen passenden
Schlitz 10 am Umfang eines ringförmigen Schwingungsent
kopplers 8 mit geringem Tangentialspiel und größerem Ra
dialspiel passen. Gegebenenfalls kann der Flansch 7 auch
noch einen Schwingungstilger 9 tragen, der zur Dämpfung
einer Torsionsschwingungsresonanz der Kurbelwelle 2 dient.
Der Schwingungsentkoppler 8 weist an seiner Mantelfläche
zwei weitere in der Bildebene gegenüberliegende Schlitze 10
auf, in die ebenfalls zwei entsprechende Klauen 11 eines
Planetenträgers 12 mit geringem Tangentialspiel und
größerem Radialspiel passen. Der Planetenträger 12 trägt an
seiner der Kurbelwelle 2 abgewandten Seite mindestens drei
gleichmäßig verteilte Bolzen 13, auf denen in Lagerbüchsen
14 Planetenräder 15 gelagert sind. Die Planetenräder 15
kämmen mit einem innenliegenden Sonnenrad 16 und einem
außenliegenden Hohlrad 17.
Das Sonnenrad 16 ist integraler Bestandteil einer Hülse
17a, an deren kurbelwellenfernem Ende ein Kugellager 18 an
geordnet ist, das in einem Lagerschild 19 gelagert ist. Der
Lagerschild 19 schließt eine entsprechende Öffnung eines
Steuergehäuses 36, das das Planetengetriebe 1 umschließt
und dessen unteres Ende mittels einer Ölwanne 37 geschlos
sen ist. Vor dem Kugellager 18 ist am Umfang der Hülse 17a
eine Feinverzahnung 20 zur drehmomentübertragenden Be
festigung einer Riemenscheibe 21 angeordnet. Von dieser aus
werden die nicht dargestellten Nebenaggregate angetrieben.
Im kurbelwellennahen Bereich der Hülse 17a ist ein Freilauf
22 vorgesehen, durch den der Planetenträger 12 mit der
Hülse 17a koppelbar ist.
Zwischen dem Lagerschild 19 und der Riemenscheibe 21 ist
ein Radialwellendichtring 26 vorgesehen. Um denselben von
jederlei Öldruck zu entlasten, sind im Bereich von dessen
Umfang im Lagerschild 19 Ölbohrungen 38 vorgesehen.
Das Hohlrad 17 ist auf den Planetenrädern 15 schwimmend und
damit selbstzentrierend gelagert. Das Hohlrad 17 weist an
seiner äußeren Umfangsfläche eine integrierte Bremsscheibe
23 nach Art eines radialen Flansches auf. An dem
Lagerschild 19 befindet sich eine Halterung 25 für auf bei
den Seiten der Bremsscheibe 23 angeordnete Bremsklötze 24,
wobei einem der Bremsklötze 24 ein Axialanschlag 35 zuge
ordnet ist. Die Hülse 17a ist stirnseitig durch einen
Kunststoffdeckel 27 verschlossen.
In Fig. 2 ist ein Beispiel einer hydraulischen Bremsbetäti
gung 28 mit einer Entlüftung 29, einem Druckölraum 33 und
einem Ringkolben 30 dargestellt. Dieser Ringkolben 30 ist
im Lagerschild 19 zwischen einem äußeren und einem inneren
Führungsring 31, 31a axial verschiebbar gelagert und durch
Dichtringe 32 abgedichtet. Die Führungsringe 31. 31a beste
hen aus verschleißfestem Material. Dadurch besteht freie
Wahl des Lagerschildmaterials.
Der Ringkolben 30 weist einen abgerundeten Ringwulst 34
auf, der mit einem der Bremsklötze 24 in Wechselwirkung
steht. Durch die vom Ringkolben 30 auf den einen Bremsklotz
24 ausgeübte Druckkraft wird durch axiale Bewegung die
Bremsscheibe 23 zwischen den Bremsklötzen 24 eingespannt,
da der Axialanschlag 35 ein Ausweichen des zweiten Brems
klotzes 24 verhindert. Die Linienberührung zwischen dem
Ringwulst 34 und dem scheibenförmigem Bremsklotz 24 findet
vorzugsweise in dessen Schwerelinie statt, wodurch eine
gleichmäßige, zwangsfreie Beaufschlagung desselben sicher
gestellt ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert folgender
maßen: Die Kurbelwelle 2 treibt den Planetenradträger 12
über die Kettenradkombination 3 und den Schwingungsentkopp
ler 8 an. Letzterer wirkt in Verbindung mit seinen vier,
paarweise gegenüberliegenden und um 90° versetzt angeordne
ten Schlitzen 10 und den dazu mit wenig Tangentialspiel und
größerem Radialspiel passenden Klauen 11 der Kettenradkom
bination 3 und des Planetenträgers 12 als Kreuzschlitz
kupplung. Diese läßt keine Radial- und Axialschwingungen
des freien Kurbelwellenendes 2a auf den Planetenträger 12
durch. Dadurch ist auch der Übertragungsweg vom Planeten
träger 12 auf die Hülse 17a über den Freilauf 22 frei von
Radial- und Axialschwingungen der Kurbelwelle 2, was sich
auf den Geräuschpegel und die Lebensdauer aller Bauteile
des Planetengetriebes 1 positiv auswirkt.
Bei niedriger Motordrehzahl sind durch Beaufschlagung des
Ringkolbens 30 mit Drucköl im Druckölraum 33 die Brems
klötze 24 gegen die Bremsscheibe 23 des schwimmenden Hohl
rads 17 und gegen einen Axialanschlag 35 der Halterung 25
gepreßt. Dadurch ist das Hohlrad 17 über die Halterung 25
am Lagerschild 19 festgelegt, so daß sich die Planetenräder
15 am Hohlrad 17 abstützen bzw. abrollen können. Beim
Abrollen drehen sich die Planetenräder 15 um ihre Bolzen 13
und treiben das Sonnenrad 16 im Drehsinn des Plane
tenträgers 12 an. Dabei findet eine Übersetzung zu einer
höheren Drehzahl statt, und zwar im Verhältnis der Zähne
zahl des Hohlrades 17 zu der des Sonnenrades 16.
Ab einer bestimmten Motordrehzahl aufwärts werden Brems
scheibe 23 und Bremsklötze 24 voneinander gelöst. Wegen der
fehlenden Drehmomentabstützung am Hohlrad 17 nimmt der Pla
netenträger 12 den Freilauf 22 mit, wodurch die Hülse 17a
bzw. die Riemenscheibe 21 im Verhältnis 1 : 1 über den
Schwingungsentkoppler 8 mit der Kurbelwelle 2 gekoppelt
ist. Dabei läuft das Planetengetriebe 1 mit Hohlrad 17,
Planetenträger 12, Planetenrädern 15 und Sonnenrad 16 als
Einheit um, ohne wirkungsgradmindernde Relativbewegungen
auszuführen. Der direkte Antrieb der Riemenscheibe 21 ver
hindert ein überdrehen der Nebenaggregate, da die Drehzahl
der Riemenscheibe 21 der Drehzahl der Kurbelwelle 2 ent
spricht. Da die Kopplung mit der Riemenscheibe 21 über den
Schwingungsentkoppler 8 läuft, werden zwar das Drehmoment
der Kurbelwelle 2, nicht aber deren Radial- und Axial
schwingungen auf die Hülse 17a mit der Riemenscheibe 21
übertragen. In beiden Betriebsarten ist deshalb die An
triebsvorrichtung für die Nebenaggregate frei von ver
schleiß- und geräuschfördernden Schwingungen der Kurbel
welle. Durch seine Lage im Steuergehäuse ist das Planeten
getriebe 1 immer gut geschmiert, wodurch sein Wirkungsgrad
und seine Lebensdauer positiv beeinflußt werden.
Claims (12)
1. Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate einer Hubkolben
brennkraftmaschine, mit einem schaltbaren Planetenge
triebe (1), das konzentrisch zur Kurbelwelle (2) ange
ordnet ist und das einen mit der Kurbelwelle (2) ver
bundenen Planetenträger (12) mit Planetenrädern (15)
sowie ein an einem Lagerschild (19) mittels Bremsvor
richtung feststellbares Hohlrad (17) und ein mit einer
Riemenscheibe (21) verbundenes, in dem Lagerschild (19)
gelagertes Sonnenrad (16) aufweist, das über einen
Freilauf (22) mit dem Planetenträger (12) verbindbar
ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger (12)
über einen Schwingungsentkoppler (8) mit der Kurbelwel
le (2) verbunden ist.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger (12) und
ein mit der Kurbelwelle (2) drehfest verbundener
Flansch (7) eine gleiche Anzahl axialer Klauen (11)
aufweisen, die in entsprechende radiale Schlitze (10)
des Schwingungsentkopplers (8) eingreifen und diesen
zentrieren.
3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsentkoppler
(8) elastisch ausgebildet ist.
4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsentkoppler
(8) unelastisch ausgebildet ist und die Klauen (11) in
den Schlitzen (10) ein kleines Tangential- und ein
großes Radialspiel aufweisen.
5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß vier Schlitze (10) am Um
fang des Schwingungsentkopplers (8) gleichmäßig ver
teilt angeordnet sind, in welche die Klauenpaare des
Flansches (7) und des Planetenträgers (12) von gegen
überliegenden Seiten und um 90° versetzt eingreifen.
6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß am Hohlrad (17) eine Brems
scheibe (23) angeordnet und das Hohlrad (17) auf den
Planetenrädern (15) schwimmend gelagert ist.
7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe (23) als
radialer Flansch am Umfang des Hohlrades (17), vorzugs
weise in der Mitte von dessen axialer Länge und ein
stückig mit diesem ausgebildet ist.
8. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß beidseits der Bremsscheibe
(23) scheibenförmige Bremsklötze (24) vorgesehen sind,
die in einem mit dem Lagerschild (19) verbundenen, die
Bremsklötze (24) umschlingenden Haltering (25) gelagert
und zusammen mit der Bremsscheibe (23) gegen einen
Axialanschlag (35) des Halterings (25) verschiebbar
sind.
9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß ein öldruckbetätigter Ring
kolben (30) zur axialen Druckbeaufschlagung von Brems
klötzen (24) und Bremsscheiben (23) vorgesehen ist, der
im Lagerschild (19) in einem äußeren und einem inneren
Führungsring (31, 31a) dichtend geführt ist.
10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (30) einen
abgerundeten Ringwulst (34) aufweist, durch den die
Bremsklötze (24) und die Bremsscheibe (23) druckbeauf
schlagbar sind.
11. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische
Steuerung vorgesehen ist, die ein sanftes Ein- und Aus
schalten des Planetengetriebes (1) und/oder ein schalt
optimales Regeln der Momente der Nebenaggregate
und/oder des Motormoments bewirkt.
12. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (1) in
einem Steuergehäuse (36) angeordnet, vorzugsweise in
einem Steuergehäusedeckel gelagert und durch Motoröl
geschmiert ist.
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