DE2951971C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Antriebsübersetzung von einer Welle eines Motors eines Kraftfahrzeuges auf die Riemenscheibe eines Riemenantriebs für ein Hilfsgerät mit einem Zahnrad-Zwischengetriebe, dessen Eingangsrad auf der Motorwelle aufgekeilt ist und das durch eine mit Fliehkraftgewichten betätigte Reibungskupplung ab­ schaltbar ist, und mit einem Freilauf.

Eine bekannte Vorrichtung der vorgenannten Gattung ist so aus­ gebildet, daß zwischen der Kurbelwelle und der Antriebsscheibe des Keilriemenantriebes ein Planetenrädergetriebe eingeschal­ tet ist, welches beim Erreichen einer bestimmten Schaltdreh­ zahl selbsttätig von einer höheren auf eine niedrigere Über­ setzung einschaltbar ist. Dadurch wird erreicht, daß die Hilfs­ geräte bei niedriger Motorwellendrehzahl höhere, bei hoher Motorwellendrehzahl jedoch niedrigere Drehzahlen als die Mo­ torwelle haben.

Diese bekannte Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß das Zahnrad-Zwischengetriebe sowohl eine Drehzahl-Übersetzung bei relativ niedriger Motordrehzahl als auch eine Untersetzung des Drehzahlverhältnisses bei relativ hohen Motorwellendreh­ zahlen gewährleisten muß. Der Antrieb des Hilfsgerätes hängt in jedem Falle von dem Funktionieren des Zahnrad-Zwischenge­ triebes ab.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Belastung des Zahnrad-Zwischengetriebes herabzusetzen, relativ einfache Zahnrad-Zwischengetriebe verwenden zu können und die Störanfälligkeit des Hilfsgeräteantriebes herabzusetzen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Riemenscheibe mittels des Freilaufes auf der Motorwelle gela­ gert ist und daß das Abtriebsrad des Zahnrad-Zwischengetriebes auf der Motorwelle leer läuft und die Riemenscheibe über die Reibungskupplung mitnimmt, bis die Motordrehzahl einen bestimm­ ten Wert erreicht hat, wobei in dieser Phase eine Übersetzung ins Schnelle von der Motorwelle zur Riemenscheibe vorliegt, während bei höheren Motordrehzahlen die Motorwelle die Riemen­ scheibe bei gelöster Kupplung unmittelbar mitnimmt, sobald der Eingriff der Riemenscheibe und der Motorwelle über den dann sperrenden Freilauf hergestellt ist.

Die Erfindung weist unter anderem den Vorteil auf, daß nur im Bereich relativ niedriger Motorwellendrehzahlen, also vorwie­ gend im Anlaufbereich, das Zahnrad-Zwischengetriebe belastet wird, weil nur in diesem Bereich die Drehmomentübertragung über das Zahnrad-Zwischengetriebe auf die Riemenscheibe erfolgt, die das Hilfsgerät antreibt. Bei relativ hoher Motorwellendrehzahl, also praktisch im Normalbetriebsbereich, findet die Übertragung des Drehmomentes von der Motorwelle direkt auf die Riemenscheibe statt, so daß in diesem Bereich der Antrieb des Hilfsgerätes, z. B. eines Generators, ohne das Zahnrad-Zwischengetriebe er­ folgt. Das Zahnrad-Zwischengetriebe wird daher nur während eines kleinen Zeitraumes der Gesamtbetriebszeit des Motors zur Kraft­ übertragung benötigt. Dies führt zu einer Schonung und damit zur Verlängerung der Lebensdauer des Zahnrad-Zwischengetriebes, das außerdem unkompliziert ausgebildet werden kann, weil nur Vor­ kehrungen für eine Übersetzung, nicht aber für eine Unterset­ zung der Drehzahl getroffen werden müssen. Im Normalbetrieb, also bei relativ hohen Drehzahlen, ist im allgemeinen der An­ trieb des Hilfsgerätes auch dann sichergestellt, wenn das Zahn­ rad-Zwischengetriebe ausfallen sollte.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2, 3 und 4 aufgeführt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der er­ findungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2, 3 und 4 stellen weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung dar.

Fig. 5 ist ein Diagramm der Drehgeschwindigkeiten des Motors und des Hilfsgerätes bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In den Fig. 1 bis 4 ist mit der Bezugsziffer 1 der Motor des Kraftfahrzeuges bezeichnet, welcher ein nichtveranschau­ lichtes Hilfsgerät antreibt. Der Einfachheit halber wird an­ genommen, daß es sich um den Antrieb des Stromgenerators des Fahrzeugs handelt.

Mit 2 ist die Motorwelle bezeichnet, welche auf Wälzlagern 3 läuft.

Die Welle des Generators des Explosionsmotors wird über eine Transmission T mit doppeltem Übersetzungsverhältnis angetrie­ ben, die auf der Motorwelle sitzt.

Diese Transmission weist eine Scheibe 4, welche auf die Welle 2 mittels eines Freilaufrades 5 aufgekeilt ist, und ein Zahnrad- Zwischengetriebe auf, das in den Fig. 1, 2, 3 und 4 ent­ sprechend mit M ₁, M ₂, M ₃ und M ₄ bezeichnet ist.

Die Scheibe 4 treibt über einen nichtveranschaulichten Riemen die Welle des Generators an.

Die Zahnrad-Zwischengetriebe weisen jeweils ein angetriebenes Eingangsrad 6, welches auf der Welle 2 sitzt, sowie ein Ab­ triebsrad 7 auf, welches auf der Welle 2 mit Wälzlagern 8 leerläuft.

Das Abtriebsrad 7 nimmt die Scheibe 4 über eine Reibungskupp­ lung C mit, die mit Zentrifugalmassen 9 versehen ist, wobei die Wirkverbindung solange bestehen bleibt, bis die Drehge­ schwindigkeit der Riemenscheibe 4 und des Explosionsmotors einen vorgegebenen Wert erreicht hat, bei dessen Überschrei­ tung die Kupplung abgeschaltet und damit auch das Zahnrad- Zwischengetriebe ausgeschaltet wird und die Riemenscheibe 4 nach Verlangsamung ihrer Drehzahl bis auf die Drehzahl der Welle 2 unmittelbar von dieser durch Sperrung des Freilauf­ rades 5 mitgenommen wird.

Die Reibungskupplung weist zwei oder mehrere Massen 9 auf, welche mittels Reibungsplatten 10 auf einer Innentrommel 11 aufliegen und mit der Riemenscheibe 4 unter der Wirkung der Rückholfeder 12 verbunden sind. Die Massen 9 und damit die Trommel 11 werden vom Abtriebsrad 7 über eine Außentrommel 13 mitgenommen. Das Zahnrad-Zwischengetriebe kann aus verschie­ denen Getrieben und Kupplungen bestehen, die an die jeweiligen praktischen Erfordernisse angepaßt sind, jedoch weist es auf alle Fälle ein Abtriebsrad 7 auf, welches im Leerlauf auf der Welle 2 sitzt und ein Eingangsrad 6, das auf diese Welle auf­ gekeilt ist.

Beim Mechanismus M ₁ der Fig. 1 ist das Eingangsrad 6 im Ein­ griff mit zwei oder mehreren Planetenrädern 14, welche ihrer­ seits mit weiteren zwei oder mehr Planetenrädern 15 gekuppelt sind, welche mit einem Zahnrad 16 in Eingriff stehen, welches zur Welle 2 achsengleich ausgerichtet ist und mit einem fest­ stehenden Teil oder Sockelteil des Motors verbunden ist.

Jedes Planetenradpaar 14, 15 dreht leer auf einer Achse 17, welche mit dem Ausgangs- oder Abtriebsrad 7 des Mechanismus M ₁ gekuppelt ist.

Im Zahnrad-Zwischengetriebe M ₂ gemäß Fig. 2 steht das Ein­ gangsrad 6 mit zwei Rädern 20 im Eingriff, welche mit zwei weiteren Zahnrädern 21 drehfest verbunden sind. Jedes Rad­ paar 20, 21 ist leerlaufend auf einer Achse 22 montiert, welche am Motorsockel gehaltert ist. Die Räder 21 stehen ihrerseits mit dem inneren Abtriebsrad 7 im Eingriff.

Beim Zahnrad-Zwischengetriebe M ₃ gemäß Fig. 3 nimmt das Ein­ gangsrad 6 die Achsen 30 zweier Planetenräder 31 mit, welche sowohl mit einem Außenrad 32 am Sockel des Motors als auch mit dem inneren Abtriebsrad 7 in Eingriff stehen.

Im Zahnrad Zwischengetriebe M ₄ gemäß Fig. 4 nimmt das Ein­ gangsrad 6 die Achsen 40 zweier Planetenräder 41 mit, welche ihrerseits sowohl mit einem am Motorsockel gelagerten Rad 42 als auch mit dem bei dieser Lösung außen angeordneten Abtriebs­ rad 7 im Eingriff stehen.

Die Funktion der Transmissionsvorrichtung wird unter Bezug­ nahme auf die Fig. 1 beschrieben, wobei die Funktionsweisen der in den übrigen Figuren veranschaulichten Vorrichtungen ganz analog sind.

Bei niedrigen Drehzahlen des Explosionsmotors werden die Mas­ sen 9 und die entsprechenden Reibungsplatten 10 gegen die Innentrommel 11 durch die Kraft der Federn 12 geschoben. Da­ durch muß die den Generator treibende Scheibe 4 mit der glei­ chen Geschwindigkeit wie das Ausgangsrad 7 umlaufen. Da nun die Planetenräder 15 sich am Rand 16 abrollen müssen, welches am Sockel 1 gelagert ist, erhält die gesamte Planetenlagerscheibe 7, also das Abtriebsrad des Mechanismus, eine Drehbewegung ent­ sprechend dem Eingangsrad 6, welches bei entsprechender Wahl der Übersetzungsverhältnisse des Rädersatzes 6, 14, 15, 16 der Scheibe 4 eine höhere Drehzahl erteilt.

Während der Zeitspanne, in welcher die Bewegung des Rads 6 auf die Scheibe 4 über das Zahnrad-Zwischengetriebe übertragen wird, entsteht ein erstes Transmissionsverhältnis, bei dem die größere Drehzahlübersetzung stattfindet. Wenn die Ge­ schwindigkeit der Welle 2 den zur Änderung des Übersetzungs­ verhältnisses vorgegebenen Wert erreicht hat, überwindet die den Massen 9 erteilte Zentrifugalkraft die Federkraft 12 und bewirkt die Abhebung der Reibungsplatten 10 von der Trommel 11. Dadurch nimmt das Eingangsrad 6 die Scheibe 4 nicht mehr mit und dadurch wird auch das Zahnrad-Zwischengetriebe M ₁ abge­ schaltet. Damit verlangsamt die Riemenscheibe 4 ihre Drehge­ schwindigkeit bis diese auf die Drehgeschwindigkeit der Welle 2 zurückfällt. In diesem Moment wird das Freilaufrad 5 gesperrt und stellt die unmittelbare Kupplung zwischen der Scheibe 4 und der Welle 2 her, so daß sich ein Übersetzungsverhältnis einstellt, bei dem die kleinere Drehzahlübersetzung stattfin­ det. Während der Gesamtdauer dieses Zustandes laufen die Rä­ der 6, 7, 14, 15 leer.

Die vorstehend beschriebene Funktionsweise der Transmission mit doppelter Geschwindigkeitsübersetzung ist graphisch in der Fig. 5 erläutert, wobei der Verlauf der Drehgeschwindig­ keiten ω des Explosionsmotors und des Generators in Abhängig­ keit von der Zeit T dargestellt ist. Es wird dabei die Drehge­ schwindigkeit ω _T des Explosionsmotors bei konstanter Beschleu­ nigung als steigend angenommen.

Aus der graphischen Darstellung ist zu entnehmen, daß bei klei­ ner Motorgeschwindigkeit, beispielsweise bis zu 2400 Umdrehun­ gen pro Minute (upm), die Drehgeschwindigkeit ω _{A I} des Genera­ tors gegenüber derjenigen des Motors gemäß dem Übersetzungs­ verhältnis stärker steigt, wie dies durch das Zahnrad-Zwischen­ getriebe vorgegeben ist.

Beispielsweise sei angenommen, daß die Drehgeschwindigkeit ω _{A I} dreimal so hoch wie die Drehgeschwindigkeit ω _T ist, so daß bei einer Motorgeschwindigkeit von 2400 upm die Drehzahl des Generators 7200 upm beträgt.

Dies hat zur Folge, daß auch bei kleiner Motordrehgeschwindig­ keit der Generator in der Lage ist, genügend Strom zu liefern. Sobald die Drehgeschwindigkeit des Motors 2400 upm erreicht, wird das Zahnrad-Zwischengetriebe ausgekuppelt und es erfolgt eine Verlangsamung der Drehzahl der Scheibe 4 entsprechend der Kurve ω _v bis zur Erreichung einer Drehgeschwindigkeit der Welle 2, welche mit 5700 upm angenommen sei. In diesem Moment wird aufgrund der Sperrung des Freilaufrades 5 die Riemenschei­ be 4 unmittelbar von der Motorwelle angetrieben und die Drehge­ schwindigkeit ω _{A II} des Generators wird vom Übersetzungsver­ hältnis zwischen der Scheibe 4 und der auf die Welle des Gene­ rators aufmontierten Scheibe festgelegt.

Beispielsweise sei angenommen, daß die Drehgeschwindigkeit ω _{A II} das 1,5fache der Drehgeschwindigkeit ω _T betrage, so daß einer Motordrehzahl von 3800 upm eine Drehzahl des Generators von 5700 upm entspricht.

Es ergibt sich daher, daß bei hohen Geschwindigkeiten des Ex­ plosionsmotors die Drehgeschwindigkeit des Generators größer ist, jedoch innerhalb eines angemessenen Verhältnisses bleibt, um die Entstehung einer unnötig hohen Rotationsgeschwindigkeit zu verhindern.

Das richtige Verhältnis der Rotationsgeschwindigkeit wird da­ bei durch die vorgenannten beiden Scheiben bestimmt.

Die Kurve ω _v bezieht sich auf einen unter einer gewissen Last arbeitenden Generator.

Es ist klar, daß bei Änderung der Last und damit des zu übertragenden Drehmomentes an der Zentrifugalkupplung C der Übergang vom ersten auf das zweite Übersetzungsverhält­ nis gemäß einer Kurvengruppe zwischen den Grenzkurven ω _i und l _s erfolgt, wo ω _i den Verlauf der freien Drehgeschwin­ digkeit des Generators bei Höchststromabgabe und ω _s den Ver­ lauf der Drehgeschwindigkeit im Zustand der kleinsten Strom­ abgabe darstellt.

Bei der vorangehenden Betrachtung wurde auf einen Generator Bezug genommen, wobei jedoch offensichtlich ist, daß als vom Explosionsmotor betriebenes Hilfsgerät jede beliebige Vorrich­ tung dienen kann, z. B. eine Wasserpumpe für Kühlwasser oder ein Kühlventilator für den Kühler des Fahrzeugs oder eine Luft­ pumpe zur Beseitigung oder Verminderung von Verschmutzungen. Außerdem wurde die Vorrichtung C nur schematisch dargestellt.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Antriebsübersetzung von einer Welle eines Motors eines Kraftfahrzeuges auf die Riemenscheibe eines Riemenantriebes für ein Hilfsgerät mit einem Zahnrad- Zwischengetriebe, dessen Eingangsrad auf der Motorwelle aufgekeilt ist und das durch eine mit Fliehkraftgewichten betätigte Reibungskupplung abschaltbar ist, und mit einem Freilauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe (4) mittels des Freilaufes (5) auf der Motorwelle (2) gelagert ist und daß das Abtriebsrad (7) des Zahnrad-Zwischengetrie­ bes (M ₁, M ₂, M ₃, M ₄) auf der Motorwelle (2) leer läuft und die Riemenscheibe (4) über die Reibungskupplung mitnimmt, bis die Motordrehzahl einen bestimmten Wert erreicht hat, wobei in dieser Phase eine Übersetzung ins Schnelle von der Motorwelle (2) zur Riemenscheibe (4) vorliegt, während bei höheren Motordrehzahlen die Motorwelle die Riemen­ scheibe (4) bei gelöster Kupplung (C) unmittelbar mitnimmt, sobald der Eingriff der Riemenscheibe (4) und der Motor­ welle (2) über den dann sperrenden Freilauf (5) herge­ stellt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsrad (6) des Zahnrad-Zwischengetriebes (M ₁) das Abtriebsrad (7) über mindestens eine Achse (17) eines Pla­ netenradpaares (14, 15) mitnimmt, dessen eines Rad (14) in das Eingangsrad (6) eingreift und dessen anderes Rad (15) mit einem starren Rad (16) zum Eingriff kommt, wel­ ches achsengleich zur Motorwelle (2) ausgerichtet und mit einem festen Teil (1) des Motors verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsrad (6) des Zahnrad-Zwischengetriebes (M ₂) das Abtriebsrad (7) mittels eines Radpaares (20, 21) mitnimmt, welches um eine Achse (22) dreht, die am festen Teil (1) des Motors gelagert ist, wobei eines der Räder (20) in Eingriff mit dem Eingangsrad (6) und das andere (21) in Eingriff mit dem Abtriebsrad (7) steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsrad (6) des Zahnrad-Zwischengetriebes (M ₃, M ₄) das Ausgangsrad (7) über mindestens ein Planetenräder­ paar (31, 41) mitnimmt, dessen Achsen (30, 40) mit dem Eingangsrad umlaufen und welches sowohl mit einem am Motor­ block befestigten starren Rad (32, 42), welches achsgleich zur Motorwelle angeordnet ist, als auch mit dem Abtriebs­ rad (7) kämmt.