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Kraftfahrzeug mit einer Hilfsantriebsmaschine
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zum Antrieb von Nebenaggregaten Die Erfindung bezieht sich auf ein
Kraftfahrzeug mit einer Haupt- und wenigstens einer Hilfsantriebsmaschine zum Antrieb
von Nebenaggregaten wie Luftpresser, Generator, Lüfter und Lenkhilfspumpe.
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Der Antrieb von Hilfsaggregaten in Kraftfahrzeugen mittels einer Hilfsantriebsmaschine
soll Nachteile vermeiden, die bei der bislang allgemein üblichen Antriebsweise der
Nebenaggregate durch die Hauptantriebsmaschine des Fahrzeugs auftreten.
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Solche Nachteile waren die herabgesetzte Wirkung der Hilfsaggregate
bei niedrigen Drehzahlen der Hauptantriebsmaschine.
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Diese herabgesetzte Wirkung bei niedrigen Drehzahlen verlangte häufig
eine Überdimensionierung der Nebenaggregate, was sich als sehr unwirtschaftlich
erwies. Es hat sich nun gezeigt, daß der Antrieb der Nebenaggregate mit einer Hilfsantriebsmaschine
ebenfalls Nachteile aufweist, die vor allem darin zu sehen
sind,
daß bei Dauerlauf der Hilfsantriebsmaschine mit allen Nebenaggregaten ein hoher
Geräuschpegel entsteht, unnötig viel Energie verbraucht wird und die Standzeit sowohl
der Hilfsantriebsmaschine als auch der Nebenaggregate nicht mehr ausreichend hoch
ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optimalen Antrieb
für die Nebenaggregate eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, der insbesondere energiesparend
arbeitet, lange Lebensdauer der Nebenaggregate als auch der Hilfsantriebsmaschine
gewährleistet und zusätzlich bestmögliche Anpassung an alle Betriebszustände des
Fahrzeugs ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
bei einem gattungsgemäßen Kraftfahrzeug a) von der lwilfsantriebsmaschine ein Antriebsstrang
ausgeht, mit dem alle Nebenaggregate gekoppelt sind, b) der Antriebsstrang zusätzlich
mit der Hauptantriebsmaschine über einen Freilauf in Verbindung steht, der ein Überholen
der Hilfsantriebsmaschine erlaubt und c) eine Trennkupplung zwischen einem oder
mehreren der Nebenaggregate und dem Antriebsstrang vorgesehen ist, die abhängig
vom Energievorrat der vom jeweiligen Nebenaggregat bereitgestellten Energie schaltbar
ist.
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Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die
Nebenaggregate im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs, d. h.
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bei erhöhter Drehzahl der hauptantriebsmachine von dieser Hauptantriebsmaschine
antreibbar sind und somit jeweils in Abhängigkeit von der Drehzahl der Hauptantriebsmaschine
Energie liefern.
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Bei Fahrzeugstillstand oder bei sehr niedriger Drehzahl der Hauptantriegsmachine
wird die Hilfsantriebsmaschine zugeschaltet und somit kann eine erhöhte Energieabgabe
durch die Nebenaggregate unabhängig von der Drehzahl der Hauptantriebsmaschine erzielt
werden. Ein optimaler Wirkungsgrad der Anlage wird durch die Anwendung einer Trennkupplung
erzielt, indem hierdurch die betreffenden Nebenaggregate jeweils dann abgeschaltet
werden können, wenn von ihnen keine Energie geliefert werden muß.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll die Trennkupplung
für den Luftpresser vorgesehen sein, und die Schaltung der Kupplung in Abhängigkeit
vom Druck im Luftvorratsbehälter erfolgen. Diese Ausführungsform ist insofern besonders
vorteilhaft, als der Luftpresser das Nebenaggregat mit der relativ zu anderen Nebenaggregaten
größten Leistungsaufnahme darstellt, so daß bei Abschaltung des Luftpressers die
größten Energiemengen einzusparen sind. Außerdem wird durch Abschalten des Luftpressers
der Geräuschpegel erheblich gesenkt.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß ein weiterer
Freilauf im Antreibsstrang vorgesehen ist, der eine höhere Drehzahl der Haupttreibsmaschine
erlaubt.
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Dies soll verhindern, daß bei höhere Drehzahl des Hauptantriebsmotors
der Hilfsmotor angetrieben wird und somit (als Generator) den Hauptantrieb unnötigerweise
belastet.
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Die in diesem Fall freilaufende Hilfsantriebsmaschine soll gemäß einer
weiteren Ausbildung der Erfindung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Hauptantriebsmaschine
ein- bzw.
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abschaltbar sein.
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Im weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltkupplung für
den Anbau an ein Nebenaggregat eines Kraftfahrzeuganztriebs wie z. B. Luftpresser,
Generator oder Lenkhilfspumpe. Eine solche Schaltkupplung für Nebenaggregate muß
vor allem möglichst einfach und kostensparend aufgebaut sein und gleichzeitig hohe
Betriebssicherheit aufweisen.
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Zur Erzielung dieser Forderungen soll eine solche Schaltkupplung erfindungsgemäß
durch folgende Merkmale gekennzeichnet sein: a) eine drehbar auf der Welle des Nebenaggregats
gelagerte Antriebsscheibe, b) eine axial auf der Welle verschiebbare mit ihr drehsteif
verbundene Schaltmuffe, die über eine durch eine Servovorrichtung betätigbaren Schalthebel
betätigbar ist,
c) Antreibsscheibe und Schaltmuffe weisen jeweils
stirnseitig gegenüberliegend einander angepaßte Kupplungsklauen auf und d) der Servomotor
ist mittels einer Halterung am Nebenaggregat befestigbar, e) die übertragungskette
zwischen der Welle und Antriebsscheibe eine Überlastkupplung aufweist.
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Eine solcherart ausgebildete Schaltkupplung ist in einfacher Weise
von außen auf den Wellenstummel eines Nebenaggregats aufsteckbar bzw. mit dem Gehäuse
leicht verschraubbar.
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Bei einer bevorzugten Ausführtungsform einer solchen Kupplung sollen
die Eingriffsflächen der einander angepaßten Kupplungsklauen so geneigt sein, daß
im Eingriff eine die Kupplungsklauen axial gegeneinanderdrückende Kraftkomponente
entsteht.
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Durch diese Ausbildung ergibt sich im eingerückten Zustand der Kupplung
ein eindeutiger Anschlag, wodurch Reibungsverluste der Schaltgabel in der Schaltmuffe
in diesem Betriebszustand weitgehend vermeidbar sind.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß eine
elastische Dichtung vorgesehen ist, die im ausgerückten Zustand der Kupplung die
Schaltmuffe unter geringer Vorspannung in einer Endstellung hält. Hierdurch wird
erreicht,
daß die Schaltgabel des Servomotors nicht in der Schaltmuffe
gleitet.
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Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird
die Erfindung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine erste Ausführungsform
einer Antriebsanlage für ein Nutzfahrzeug mit einer Haupt-und einer Hilfsantriebsmaschine
schematisch, Fig. 2 einen Schnitt durch eine Schaltkupplung, wie sie bei der Anlage
nach Fig. 1 zur Anwendung kommt und Fig. 3 eine vereinfachte Steuerung für die Schaltkupplung
gemäß Fig. 2.
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In der Antriebsanlage gemäß Fig. 1 ist eine Hauptantriebsmaschine
für ein Nutzfahrzeug mit 1 bezeichnet. Der Antrieb des Fahrzeugs soll über eine
Gelenkwelle 4 erfolgen, wobei das üblicherweise vorhandene Schaltgetriebe des Nutzfahrzeugs
und die Antriebsräder nicht mehr dargestellt sind. Die Hauptantriebsmaschine 1 kann
ein Verbrennungsmotor oder auch ein Elektromotor sein. Von der Abtriebswelle der
Hauptantriebsmaschine
1 aus ist mittels eines Riementriebes 3
ein Antriebsstrang 2 antreibbar, von dem aus Nebenaggregate des Fahrzeugantriebs,
wie Generator 8, Lenkhilfe 11, Lüfter 13 oder Luftpresser 5 antreibbar sind. Der
Antriebsstrang 2 ist seinerseits mit einer Hilfsantriebsmaschine 14 verbunden. Zwischen
dem Riementrieb 3 und den Antriebsstrang 2 ist ein Freilauf 7 geschaltet, der so
aufgebaut: sein soll, daß die Drehzahl der Hilfsantriebsmaschine 14 höher sein kann
als die der Hauptantriebsmaschine 1. Die Hilfsntreigsmaschien 14 ist üblicherweise
ein Elektromotor. Zwischen den Antriebsstrang 2 und den Luftpresser 5 ist eine Trennkupplung
6 eingeschaltet, mit deren Hilfe der Luftpresser 5 sowohl von der Hauptantriebsmaschine
1 als auch vom Antriebsstrang 2 abtrennbar ist. Zusätzlich ist in den Antriebsstrang
2 ein weiterer Freilauf 12 eingeschaltet, der ein Überholen der Hilfsantriebsmaschine
14 durch den Antriebsstrang 2 ermöglichen soll. Von der Hauptantriebsmaschine 1
aus ist eine Wirkverbindung zu einem Drehzahlsteuergerät 16 vorgesehen, das seinerseits
die Hilfsantriebsmaschine 14 aus- bzw.
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einschaltet. Hierdurch wird der Betrieb der Hilfsantriebsmaschine
14 automatisiert, d. h. automatisch bei Abfall der Drehzahl der Hauptantriebsmaschine
1 wird die Hilfsantriebsmaschine 14 zugeschaltet und übernimmt dann den Antrieb
der Nebenaggregate 5, 8, 11 und 13, sobald die Drehzahl der Hilfsantriebsmaschine
höher ist als die dem Antriebsstrang 2 über den Riementrieb 3 von der Hauptantriebsmaschine
1 mitgeteilte Drehzahl.
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Die Funktion der Anlage ist wie folgt: Im normalen Fahrbetrieb
des
Nutzfahrzeugs erfolgt der Antrieb der Nebenaggregate 5, 8, 11, 13 über den Riementrieb
3 von der Hauptantriebsmaschine 1 aus. Fällt die Drehzahl der Hauptantriebsmaschine
1 stark ab oder bleibt diese Maschine ganz stehen (Stillstand des Fahrzeugs) so
wird die Hilfsantriebsmaschine 14 eingeschaltet und treibt über den Antriebsstrang
2 die Nebenaggregate 5, 8 und 11 und 13.
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Um die Hilfsantriebsmaschine 14 so wenig wie möglich zu belasten ist
eine Steuervorrichtung 15 vorgesehen, ist abhängig vom Druck in einem Luftvorratsbehältcr
24 die Kupplung 6 schaltet. Hat der Druck im Luftvorratsbehälter 24 die vorbestimmte
Höhe erreicht, so wird über das Steuergerät 15 die Kupplung 6 ausgerückt, so daß
dann die Hilfsantriebsmaschine 14 nur noch den Generator 8 und die Lenkhilfe 11
und Lüfter 13 antreibt, während der Luftpresser 5 steht.
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Es ist auch eine andere Anordnung denkbar, daß nämlich der Freilauf
12 und der Lüfter 13 so angeordnet sind, daß der Lüfter direkt mit der Hilfsmaschine
verbunden ist und deshalb mit konstanter Drehzahl und Leistung betrieben wird.
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Bezogen auf Fig. 1 würde in diesem Fall der Anschluß des Lüfters 13
rechts von der Kupplung 12 erfolgen.
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In Fig. 2 ist der Luftpresser wieder mit 5 bezeichnet. Auf die Welle
52 des Luftpressers 5 ist eine Schaltkupplung einfacher
Bauart
aufgesetzt, wobei ein Betätigungszylinder 64 für die Schaltkupplung mittels eines
Haltearms 69 am Luftpresser 5 befestigt ist. Im wesentlichen besteht die Schaltkupplung
aus einer Antriebsscheibe 53, die mit Hilfe von Kugellagern 54 drehbar auf der Welle
52 gelagert ist. Die Antriebsscheibe 53 ist mittels Keilriemen 55 antreibbar. Mittels
einer Tellerfeder 59 ist eine Kupplungsplatte 57 reibschlüssig in der Antriebsscheibe
53 gehalten. Aufgrund der reibschlüssigen Anordnung wirkt die Kupplungsplatte 57
als Überlastkupplung.
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Die Kupplungsplatte 57 ist an ihrem Innendurchmesser mit stirnseitig
angeordneten Kupplungsklauen 65 versehen, die mit entsprechenden Kupplungsklauen
65a einer Schaltmuffe 60 zusammenwirken. Die Schaltmuffe 60 ist über eine Keilverzahnung
auf der Welle 52 axialverschiebbar und drehsteif gelagert. In eine Umfangsnut der
Schaltmuffe 60 greift eine Schaltgabel 63, die vom Servozylinder 64 betätigt wird.
Die Eingriffsflächen 75 der einander angepaßten Kupplungsklauen 65 von Schaltmuffe
60 und Kupplungsplatte 57 sind so geneigt, daß im Eingriff eine die Kupplungsklauen
axial gegeneinander drückende Kraftkomponente entsteht. Dadurch ergibt sich eine
eindeutige axiale Positionierung der Schaltmuffe 60 bei eingerückter Kupplung. Die
Endstellung der Schaltgabel 63 soll so abgestimmt sein, daß diese bei eingerückter
Kupplung sich in der Mitte der Umfangsnut der Schaltmuffe 60 befindet, so daß keine
Reibung an den Stirnflächen der Schaltgabel und den Stirnflächen der Umfangsnut
auftritt. Den gleichen Zweck der Vermeidung von Reibung
in der
ausgerückten Stellung der Kupplung dient eine elastische Dichtung 58, die mit einer
Dichtlippe unter Vorspannung an einer Stirnfläche der Schaltmuffe 60 liegt. Dadurch
wird in ausgerücktem Zustand die Schaltmuffe 60 nach rechts bis zum Anschlag an
den Sägering 51 geschoben. Der rechte Anschlag der Schaltgabel 63 ist wieder so
geregelt, daß die Schaltgabel 63 ohne Berührung der Stirnflächen der Umfangsnut
der Schaltmuffe 60 festgelegt ist. Die Einrückbewegung des Servozylinders 64 erfolgt
mittels einer Feder 66, während die Ausrückbewegung mittels Druckluft erfolgen soll.
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In Fig. 4 sind Steuerschaltungen einfachster Ausführung angegeben,
die für die Beaufschlagung des Servozylinders 64 vorgesehen sind. Dabei handelt
es sich im oberen Teil der Schaltung um eine solche, bei der die Beaufschlagung
des Servozylinders 64 in Abhängigkeit vom Druckniveau in einem Druckvorratsbehälter
24 erfolgt, während der untere Teil der Schaltung eine Beaufschlagung des Servozylinders
64 in Abhängigkeit von der Spannung einer Batterie 28 verwirklicht.
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Demzufolge ist der obere Teil der Schaltung für die Kupplungsbetätigung
bei einem Luftpresser vorgesehen, während der untere Teil der Schaltung für die
Kupplungsbetätigung bei einem Generator vorgesehen ist. Die beiden Steuerschaltungen
sind im wesentlichen gleich ausgebaut. Von dem Druckluftvorratsbehälter 24 führt
jeweils eine Versorgungsleitung 34
zu einem Steuerventil 20, das
den Durchlaß der Druckluft zum Servozylinder 64 steuert. Das Ventil 20 wird bei
der oberen Schaltung in Abhängigkeit vom Druck im Druckvorratsbehälter 24 geschaltet,
während bei der unteren Schaltung über einen Magnetschalter 25 und ein Hysteresegerät
27 in Abhängigkeit von der Spannung der Batterie 28 geschaltet wird.
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L e e r s e i t e