DE2022671A1 - Drive device for an auxiliary unit driven by an internal combustion engine, in particular for vehicles - Google Patents
Drive device for an auxiliary unit driven by an internal combustion engine, in particular for vehiclesInfo
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Dr.-lng. h. C. F. PORSCHE KG · 7 STUTTGART-2UFFENHAUSEN · PORSCHESTRASSE 42Dr.-lng. H. C. F. PORSCHE KG 7 STUTTGART-2UFFENHAUSEN PORSCHESTRASSE 42
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Antriebsvorrichtung für ein von einer Brennkraftmaschine angetriebenes Hilfsaggregat, insbesondere für Fahrzeuge.Drive device for one of an internal combustion engine Powered auxiliary unit, in particular for vehicles.
Die Erfindung bezieht/sich auf eine Antriebsvorrichtung für.'.ein ' von einer Brennkraftmaschine angetriebenes Hilfsaggregat, insbesondere -für Fahrzeuge., beiwelchendie Antriebsdrehzahl desHilfsaggregates in Abhängigkeit einer vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine veränderbar ist um ein Ober- oder.Unterschreiten, der Grenzdrehzahl des Hi Ifsaggregat es zu.-verhindern. ίThe invention relates to a drive device for. '. A' Auxiliary unit driven by an internal combustion engine, in particular for vehicles, with the drive speed of the auxiliary unit can be changed as a function of a predetermined speed of the internal combustion engine by an upper or lower limit, the limit speed of the Hi Ifsaggregat to.-prevent it. ί
Zweck der Erfindung ist die Drehzahlregulierung von einem durch eine Brennkraftmaschine angetriebenes Hilfsaggregat.The purpose of the invention is to regulate the speed by one an internal combustion engine driven auxiliary unit.
Es ist bereits ein Riemenantrieb für Hilfsgeräte von Brennkraftmaschinen bekannt (DAS 1 071 4l6). Bei dieser Antriebsanordnung, ist die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine; mitzwei unterschiedlich großen Riemenscheiben versehen, wovon die größere der beiden Riemenscheiben über eine durch Fliehkraft gesteuerte Kupplung und., die kleinere Riemenscheibe über einen Rollenfrellauf mit der Kurbelwelle verbunden ist. Zum Antrieb der Hilfsgeräte dienen zwei den jeweiligen Riemenscheiben der Kurbelwelle zugeordnete Antriebs- ^ riemen. Innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereiches der Brenn- ' kraftmaschine treibt zunächst die größere Riemenscheibe die Hilfsgeräte an, wobei die kleinere Riemenscheibe durch den Rollenfreilauf frei mitläuft. Bei Erreichen eines vorbestimmten Drehzahlbereiches der Brennkraftmaschine werden die Fllehgewichte der Kupplung der größeren Riemenscheibe verstellt, so daß die Kupplung die Verbindung von Kurbelwelle und Riemenscheibe trennt. Danach verringert sich die Drehzahl der Hilfsgeräte soweit, bis der Rollenfreilauf der kleineren Riemenscheibe zum Eingriff kommt, wodurch die Hilfsgeräte mit einer kleineren Drehzahl angetrieben werden. Diese Ausführung hat aber den Nachteil, daß durch die doppelte Riemenanordnung die Antriebsvorrichtung viel Platz beansprucht. Desweiteren ist die Ausführung mit hohen Fertigungskosten verbunden, da für jedes Hilfsgerät eine Doppelriemenschei- A belt drive for auxiliary devices of internal combustion engines is already known (DAS 1 071 416). In this drive arrangement, the crankshaft is the internal combustion engine ; provided with two different sized pulleys, of which the larger of the two pulleys is connected to the crankshaft via a centrifugal clutch and the smaller pulley is connected to the crankshaft via a roller freewheel. Two drive belts assigned to the respective pulleys of the crankshaft are used to drive the auxiliary devices. Within a certain speed range of the internal combustion engine, the larger belt pulley first drives the auxiliary devices, with the smaller belt pulley running freely with the roller freewheel. When the internal combustion engine reaches a predetermined speed range, the balance weights of the clutch of the larger pulley are adjusted so that the clutch separates the connection between the crankshaft and the pulley. Then the speed of the auxiliary devices is reduced until the roller freewheel of the smaller pulley engages, whereby the auxiliary devices are driven at a lower speed. However, this design has the disadvantage that the drive device takes up a lot of space due to the double belt arrangement. Furthermore, the design is associated with high production costs, as a double belt pulley for each auxiliary device
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be benötigt wird. Ferner ist es ungünstig, zwei unterschiedlich lange Antriebsriemen zu verwenden, was bei der Fertigung weitere Kosten und vergrößerte Lagerhaltung verursacht. Weiter weiden die Kosten durch die zwei unterschiedlichen Kupplungsausführungen und deren Anordnungen erhöht. Eine weitere Ausführung einer Antriebsanordnung für Hilfsgeräte (deutsches Patent 805 596) besteht aus einer über eine Wirbelstromkupplung mit der Kurbelwelle verbundene Riemenscheibe, die die Hilfsgeräte über einen Antriebsriemen mit nahezu konstanter Drehzahl unabhängig innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereiches der Brennkraftmaschine antreibt. Diese Ausführung hat aber den Nachteil, daß bei einer eventuellen Beschädigung der Wirbelstromkupplung der Antrieb der Hilfsgeräte unterbrochen wird und dadurch die Brennkraftmaschine ausser Betrieb gesetzt wird. Desweiteren wird die Wirbelstromkupplung, wenn sie in ihren Rutschbereich kommt sehr stark aufgeheizt, so daß auf Kühlvorrichtungen nicht verzichtet werden kann. Weiter wird durch die auftretende Wärmeentwicklung die Antriebsriemenlebensdauer beschränkt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch die Wärmeenwicklung der Wirbelstrommkupplung und durch die Kühlvorrichtungsanordnung die Riemenscheibe vor die Wirbelstromkupplung angeordnet werden muß, wodurch eine tiefe und dadurch platzverschwendende Bauweise erhalten wird.be needed. Furthermore, it is unfavorable to have two different to use long drive belts, which causes additional costs and increased inventory in the production. Keep grazing the costs due to the two different coupling designs and their arrangements increased. Another embodiment of a drive arrangement for auxiliary devices (German patent 805 596) consists of an eddy current coupling with the crankshaft connected pulley that the auxiliary equipment via a drive belt with almost constant speed independently within drives a predetermined speed range of the internal combustion engine. This version has the disadvantage that when a possible damage to the eddy current clutch, the drive of the auxiliary devices is interrupted and thereby the internal combustion engine is taken out of service. Furthermore, the eddy current clutch becomes very strong when it comes into its slip area heated so that cooling devices can not be dispensed with. Furthermore, the service life of the drive belt is reduced by the generation of heat limited. Another disadvantage is that the heat generation of the eddy current clutch and by the cooling device arrangement, the pulley must be placed in front of the eddy current clutch, whereby a deep and thereby space-wasting construction is obtained.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Antriebsvorrichtung für ein von einer Brennkraftmaschine angetriebenes Hilfsaggregat zu schaffen, bei welchem das Hilfsaggregat mit einer betriebsgerechten Drehzahl von der Brennkraftmaschine aus angetrieben wird, wodurch sich die Antriebsvorrichtung durch einfachen und platzsparenden Aufbau, sichere Funktion und erhöhte Lebensdauer der Antriebsteile auszeichnet.In contrast, the object of the invention is to provide a drive device for an auxiliary unit driven by an internal combustion engine, in which the auxiliary unit is driven with an operationally appropriate speed of the internal combustion engine, whereby the drive device through simple and space-saving construction, reliable function and increased service life of the drive parts.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Antrieb des Hilfsaggregates wahlweise von der Kurbelwelle oder der-Nockenwelle aus über einen Riemenantrieb mit Riemenscheiben erfolgt, welche über elektromagnetische Kupplungen mit der Kurbelwelle oder der Nockenwelle verbindbar sind. Von besonderem Vorteil ist, daß die Steuerung der elektromagnetischen Schaltkupplungen durch einen elektrischen Geber erfolgt, der auf die Drehzahl der Brenn-The object is achieved according to the invention in that the drive of the auxiliary unit either from the crankshaft or the camshaft is carried out via a belt drive with pulleys, which are connected to the crankshaft via electromagnetic clutches or the camshaft can be connected. It is particularly advantageous that the electromagnetic clutches are controlled by an electrical transmitter takes place, which reacts to the speed of the combustion
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kraftmaschine anspricht. Ein weiterer Vor-teil ist, daß die elektromagnetischen Schaltkupplungen durch den elektrischen Geber wechselweise einschaltbar und durch einen weiteren'Unterbrecherschalter gemeinsam ausschaltbar sind. Vorteilhaft erfolgt der Antrieb des Hilf^aggregates über einen einzigen, die Riemenscheiben umschlingenden Antriebsriemen, wobei die e.lektromag- - \ netischen Kupplungen innerhalb der Riemenscheibe, angeordnet sind-. -.'■-". ; - ■ ■■ ■■:'■_' -; engine responds. Another advantage is that the electromagnetic clutches can be switched on alternately by the electrical transmitter and can be switched off jointly by a further breaker switch. Advantageously, the drive is of the auxiliary ^ aggregates via a single, wrapped around the pulleys drive belt, wherein the e.lektromag- - \ netic couplings Video- disposed within the pulley. -. '■ - ".; - ■ ■■ ■■:' ■ _ '-;
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die gekennzeichnete Antriebsanordnung ein Antrieb für ein Hilfsaggregat erhalten wird, der geringen Platz ■ beansprucht und hohe Funk ti ons sicherheit aufweist. Ferner ist eine genaue Steuerung der Kupplungen durch den elektrischen Geber gewährleistet, so daß ein exakter Umschaltpunkt festgelegt werden kann, wodurch auch bei Hochleistungsmaschinen mit hohem Beschleunigungsvermögen und großen Drehzahlbereich ein Überdrehen des Hilfsaggregates mit Sicherheit vermieden wird. Weiter wird durch die nahezu gleichen Teile des Antriebes wie Kupplung und Riemenscheibe, sowie durch die Verwendung eines Antriebsriemens und der günstigen Anordnung der Kupplung innerhalb der Riemenscheiben eine einfache und kostensparende Herstellung ermöglicht. Durch den gekennzeichneten Aufbau der Antriebs anordnung;■-wird eine einfache Montage und bei eventuellen Beschädigungen eine zeitsparende Instandsetzung ermöglicht mit dem Vorteil, daß bei Ausfall einer Kupplung das Hilfsaggregat zumindest über einen be- : stimmten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine noch angetrieben werden kann. Durch die Verwendung von elektromagnetischen Kupplungen wird ferner eine übermäßige Wärmeentwicklung verhindert, so daß der gesamte Antrieb dadurch nicht beeinträchtigt wird, wodurch eine hohe Lebensdauer der Antriebsteile erhalten wird.The advantages achieved by the invention are in particular that a drive for an auxiliary unit is obtained by the drive arrangement characterized, which takes up little space and has high func ti ons security. Furthermore, an exact control of the clutches is ensured by the electrical transmitter, so that an exact switchover point can be established, whereby over-revving of the auxiliary unit is reliably avoided even in high-performance machines with high acceleration capacity and a large speed range. Furthermore, the almost identical parts of the drive such as the clutch and belt pulley, as well as the use of a drive belt and the favorable arrangement of the clutch within the belt pulleys, enable simple and cost-saving manufacture. Arrangement by the marked structure of the drive; ■ -is a simple assembly and is damaged, a time-saving repair allows, with the advantage that in case of failure of a clutch, the auxiliary machine at least over a loading: can still be driven voted speed range of the internal combustion engine. The use of electromagnetic clutches also prevents excessive heat build-up, so that the entire drive is not impaired, as a result of which the drive parts have a long service life.
In der Zeichnung, welche eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung zeigt.'sind:In the drawing, which shows an example embodiment of the Invention shows. Are:
Fig. 1 eine Vorderansicht auf den Riemenzug der erfindungsgemäßen ,--.. Antriebsvorrichtung--eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Hilfsaggregates für ein Fahrzeug, Fig. 1 is a front view of the belt train of the invention , - .. drive device - an auxiliary unit for a vehicle driven by an internal combustion engine,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Antriebsvorrichtung, teilweise im Schnitt, mit einer. tohematisch dargestellten AnordnungFig. 2 is a plan view of the drive device, partly in Cut, with a. thematically illustrated arrangement
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der Steuerung für die elektromagnetischen Kupplungen, undthe control for the electromagnetic clutches, and
Pig. 3 ein Längsschnitt durch einen Teil einer der Riemenscheiben und deren zugeordnete elektromagnetische Kupplung.Pig. 3 is a longitudinal section through part of one of the pulleys and their associated electromagnetic clutch.
An einer Brennkraftmaschine 1 ist ein Hilfsaggregat 2, das aus einem Kompressor 3 für eine nicht dargestellte Klimaanlage besteht, angeordnet, Der Kompressor 3 besitzt eine Riemenscheibe 4, die über die Stirnseite 5 der Brennkraftmaschine 1 vorsteht und durch einen im Querschnitt keilförmigen Antriebsriemen 6 von der Kurbelwelle 7 oder wahlweise von der Nockenwelle 8 der Brennkraftmaschine 1 aus angetrieben wird. Die Kurbelwelle 7 und die Nockenwelle 8 der Brennkraftmaschine 1 sind zu diesem Zweck gleichfalls mit Riemenscheiben 9, 10 versehen. Die Riemenscheiben 9, 10 sind an einem Gehäuse 11 von elektromagnetischen Kupplungen 12, 13 mittels Schrauben 14 gehalten. Das Gehäuse der Kupplungen 12, 13 besitzt eine ringförmig angeordnete Erregerspule 15. Der Erregerspule 15 ist eine Kupplungsscheibe 16 zugeordnet, die jeweils mit der Kurbelwelle 7 bzw. der Nockenwelle 8 drehfest verbunden ist. Das Gehäuse 11 ist über Lager 17 auf der Kurbelwelle 7 bzw. der Nockenwelle 8 gelagert. Gegenüber der Kupplungsscheibe 16 sind an dem Gehäuse 11 Schleifringe 18 angeordnet, an welchen federnd gelagerte Strombürsten 19 angreifen. Die Strombürsten 1-9 der elektromagnetischen Kupplungen 12, 13 sind über Steuerleitungen 20, 21 mit einem ,durch Fliehkraft betätigten, von der Kurbelwelle 7 aus angetriebenen Geber 22 verbunden. Der Geber 22 ist mit Kontaktzungen 23, 24 versehen, die über eine Leitung 25 mit der Batterie 26 in Verbindung stehen. In der Leitung 25 ist ein Zündschalter 27 angeordnet, der den Strom von der Batterie 26 beim Betrieb der Brennkraftmaschine zu den Kontaktzungen 23, 24 des Gebers 22 leitet. Zwischen den Steuerleitungen 20,21 ist ein Unterbrecherschalter 28 angeordnet., mit welchem die Stromzuführung zu den Kupplungen 12, 13 manuell unterbrochen werden kann.On an internal combustion engine 1 is an auxiliary unit 2, which consists of a compressor 3 for an air conditioning system, not shown, The compressor 3 has a belt pulley 4 which protrudes over the end face 5 of the internal combustion engine 1 and by a drive belt 6 of wedge-shaped cross-section from the crankshaft 7 or optionally from the camshaft 8 of the Internal combustion engine 1 is driven from. The crankshaft 7 and the camshaft 8 of the internal combustion engine 1 are related to this Also provided with pulleys 9, 10 for the purpose. The pulleys 9, 10 are on a housing 11 of electromagnetic Couplings 12, 13 held by means of screws 14. The case of the clutches 12, 13 has an excitation coil arranged in a ring 15. The excitation coil 15 is a clutch disk 16 assigned, which is connected in a rotationally fixed manner to the crankshaft 7 and the camshaft 8, respectively. The housing 11 is on bearings 17 mounted on the crankshaft 7 or the camshaft 8. Opposite to of the clutch disc 16 are on the housing 11 slip rings 18 arranged on which resiliently mounted power brushes 19 attack. The current brushes 1-9 of the electromagnetic clutches 12, 13 are via control lines 20, 21 with a, through Centrifugal force actuated, connected by the crankshaft 7 driven transmitter 22. The encoder 22 is provided with contact tongues 23, 24 which are connected to the battery 26 via a line 25. An ignition switch 27 is arranged in line 25, the current from the battery 26 when the internal combustion engine is running leads to the contact tongues 23, 24 of the encoder 22. An interrupter switch 28 is arranged between the control lines 20, 21, with which the power supply to the clutches 12, 13 can be interrupted manually.
Das Anlassen der Brennkraftmaschine 1 erfolgt durch Schließen des Zündschalters 27, wonach in an sich- bekannter Weise der Anlasser die Brennkraftmaschine in Betrieb setzt. Dadurch wird der Geber 22 über die Leitung 25 mit der Batterie 26 verbunden.The internal combustion engine 1 is started by closing it of the ignition switch 27, after which the starter in a manner known per se puts the internal combustion engine into operation. As a result, the transmitter 22 is connected to the battery 26 via the line 25.
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Läuft die Brennkraftmaschine 1 im Leerlauf, so verbindet der Kontakt 23 des Gebers 22 die Batterie 26 mit der Steuerleitung 21. Ist der Unterbrecherschalter 28 geschlossen, so fließt ein Strom von der Eatterie 26 zu der elektromagnetischen Kupplung 15 der Riemenscheibe 10 der Kurbelwelle 7. Die elektromagnetische Kupplung 13 wird dadurch geschlossen, indem in der Erregerspule 15 ein Magnetfeld aufgebaut wird, das auf die Kupplungsscheibe l6 einwirkt, wodurch das Gehäuse 11 und somit die Riemenscheibe 10 mit der Kurbelwelle 7 gekuppelt wird. Der Kompressor 3 wird nun von der Riemenscheibe 10 der Kurbelwelle 7 aus angetrieben, wobei die Riemenscheibe 9 der Nockenwelle 8 frei mitläuft. Dadurch wird der Kompressor 3 selbst im Leerlauf der Brennkraftmaschine 1 leistungsgerecht angetrieben. Wird die Brennkraftmaschine 1 beschleunigt und nähert sich einer Umsehaltdrehzahl von beispielsweise 5000 U/min., so verschieben die Fliehgewichte des Gebers 22 die Kontaktzungen 23, 24 soweit, bis die Kontaktzunge 2j5 von der Steuerleitung 21 abgehoben wird und die Kontaktzunge 24 die Steuerleitung 20 verbindet. Dadurch wird die Kupplung IJ gelöst und die Kupplung 12 eingeschaltet, so daß bei weiterem Beschleunigen der Brennkraftmaschine 1 der Kompressor 3 von der Nockenwelle 8 aus angetrieben wird, deren Drehzahl in bekannter Weise der halben Kurbelwellendrehzahl entspricht, wodurch ein Überschreiten der Kompressordrehzahl verhindert wird. Fällt die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 unter die Umschaltdrehzahl von 5OOO U/min., so wiederholt sich der Umschaltvorgang in sinngemäß umgekehrter Reihenfolge. Wird der Kompressor 3 nicht benötigt, so 1st lediglich der Unterbrecherschalter 28 zu betätigen, wodurch die Stromzuführung zu den Kupplungen 12, I3 unterbrochen wird. Hierbei bleibt der gesamte Antrieb ohne treibende Verbindung. If the internal combustion engine 1 is idling, the contact connects 23 of the encoder 22, the battery 26 with the control line 21. If the breaker switch 28 is closed, a current flows from the battery 26 to the electromagnetic clutch 15 of the Belt pulley 10 of the crankshaft 7. The electromagnetic clutch 13 is closed by in the excitation coil 15 a magnetic field is built up, which acts on the clutch disc l6, whereby the housing 11 and thus the pulley 10 is coupled to the crankshaft 7. The compressor 3 is now driven by the pulley 10 of the crankshaft 7, wherein the pulley 9 of the camshaft 8 rotates freely. This makes the compressor 3 even when the internal combustion engine is idling 1 driven according to performance. If the internal combustion engine 1 is accelerated and approaches a reversing speed of For example 5000 rpm, the flyweights of the encoder 22 move the contact tongues 23, 24 until the contact tongue 2j5 is lifted off the control line 21 and the contact tongue 24 connects the control line 20. As a result, the clutch IJ released and the clutch 12 switched on, so that with further acceleration of the internal combustion engine 1, the compressor 3 of the Camshaft 8 is driven from, the speed of which corresponds in a known manner to half the crankshaft speed, whereby a Exceeding the compressor speed is prevented. If the speed of the internal combustion engine 1 falls below the switching speed of 500 rpm, the switching process is repeated accordingly reverse order. If the compressor 3 is not required, only the interrupter switch 28 needs to be actuated, whereby the power supply to the clutches 12, I3 is interrupted. The entire drive remains without a driving connection.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbelspiel beschränkt., so kann an Stelle des Kompressors auch ein .Luft er flügel zur Kühlung der Brennkraftmaschine., sowie eine Lichtmaschine und diverse Flüssigkeitspumpen angetrieben werden, .wozu lediglich der Unterbrecherschalter in den Steuer!eltungen ,entfernt werden -muß. Wird nur ein Lüfterflügel angetrieben, so ,wird der Geber ,von einem Thermofühler angesteuert, so daß im unteren Drehzahl-'bereich eine optimale Kühlung erfolgt, im oberen .Dr.ehzahlberelch aber die Kühlungsunterstutzung durch den .LUft er flügel .verringeret .wird, well die Fahrtwindunterkühlung dort .verstärkt :zur WirkungThe invention is not limited to the embodiment shown, so instead of the compressor, an air vane for cooling the internal combustion engine, as well as an alternator and various liquid pumps can be driven, for which only the circuit breaker in the control systems is removed must become. If only one fan blade is driven, the encoder is controlled by a thermal sensor, so that optimal cooling takes place in the lower speed range, but in the upper speed range the cooling support by the fan blade is reduced. well the undercooling of the airstream there. intensified : to the effect
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kommt. Damit wird eine hohe Betriebstemperatur, die hauptsächlich im Stadtverkehr auftritt, vermieden. Der Thermofühler kann dabei bei Unterkühlung der Brennkraftmaschine auf den Geber so einwirken, daß bis zum Erreichen der Betriebstemperatur die Kupplungen ausgeschaltet sind und gleichermaßen bei Überschreiten einer unzulässig hohen Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine der Geber auf die Kupplung der Kurbelwelle umschaltet, was eine erhöhte Drehzahl des Lüfterflügels und dadurch einen erhöhten Luftdurchsatz bewirkt.comes. This avoids a high operating temperature, which occurs mainly in city traffic. The thermocouple can when the internal combustion engine is undercooled, act on the encoder in such a way that the clutches are activated until the operating temperature is reached are switched off and likewise when an impermissibly high operating temperature of the internal combustion engine is exceeded the sender switches to the clutch of the crankshaft, which is a increased speed of the fan blade and thus an increased air flow.
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