DE3103397C2 - Antrieb für Zusatzeinrichtungen - Google Patents

Abstract

Ein Dreiphasen-Antriebssystem für Zusatzeinrichtungen, das dem Motor eines Fahrzeuges zugeordnet ist und eine Antriebsphase mit hohem Übersetzungsverhältnis vom Leerlauf des Motors bis zu einer ersten vorgegebenen Motordrehzahl vorsieht, eine Antriebsphase oberhalb der ersten vorgegebenen Motordrehzahl bis zu einer zweiten vorgegebenen Motordrehzahl mit einer im wesentlichen konstanten Drehzahl und eine Antriebsphase oberhalb der zweiten vorgegebenen Motordrehzahl mit einem niedrigen Übersetzungsverhältnis. Das Antriebssystem ist darüber hinaus temperaturkompensiert. Es besteht aus einem Planetenradsatz, einer Reibungsbremse, einer Reibungskupplung und einem hydraulischen System, das der Bremse zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Zusatzeinrichtungen einer Antriebsmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Moderne Kraftfahrzeugmotoren treiben eine zunehmende Anzahl von Zusatzeinrichtungen an. Bei einem herkömmlich ausgebildeten Antriebssystem für Zusatzeinrichtungen werden diese mit einem linearen Übersei Zungsverhältnis angetrieben, das von der Drehzahl des Motors abweichen kann, jedoch Werte erreicht, bei denen die Zusatzeinrichtung einen schlechten Wirkungsgrad besitzt, und das eine Konstruktion der Zusatzeinrichtung bezüglich Festigkeit und Größe erforderlich macht, die bei einer anderen Antriebsweise nicht notwendig wäre. Der Antrieb von derartigen Zusatzeinrichtungen mit hohen Drehzahlen führt zu einer beträchtlichen Verminderung des Wirkungsgrades eines Fahrzeuges, da ein beträchtlicher Prozentsatz der Ausgangsleistung zum Antrieb der Zusatzeinrichtungen erforderlich ist, der bis zu 30% der Motorleistung bei relativ geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten betragen kann. Dieses Problem der Verschlechterung des Wirkungsgrades wird noch größer bei modernen Motoren mit niedriger Leistung, die in einem relativ hohen Drehzahlbereich arbeiten müssen. Der relativ schlechte Wirkungsgrad des Systems führt zu einem relativ hohen Brennstoffverbrauch.

Bislang sind verschiedenartige Typen von Antrieben für Zusatzeinrichtungen vorgeschlagen worden. Einige davon sind lediglich temperaturabhängig und laufen somit intermittierend, so daß sie zum Antrieb von Stromerzeugern bzw. Lichtmaschinen, die kontinuierlich angetrieben werden müssen, nicht geeignet sind.

Aus der GB-PS 13 78 9I0 ist ein Antrieb für

40 Zusatzeinrichtungen einer Antriebsmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art bekannt Hierbei wird das Ein- und Ausrücken der Bremse zum Festlegen des Sonnenrades durch Ein- und Ausschalten eines Magnetventiles bewirkt. Dieses Ein- und Ausschalten geschieht manuell. Somit wird hierbei unabhängig von der Drehzahl des entsprechenden Antriebsgfiedes des Planetengetriebes durch Betätigung eines Magnetventiles das Sonnen rad abgebremst oder freigegeben.

Ein in ähnlicher Weise funktionierender Antrieb ist aus der FR-PS 24 14 626 bekannt Der dort beschriebene Antrieb weist eine elektromagnetisch betätigte Bremse auf, die in Abhängigkeit einer Reihe von •iietriebsparametern des Motors auf elektrischem Wege betätigbar ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der angegebenen Art zu schaffen, der in drehzahlabhängiger Weise automatisch in drei Phasen schaltet und dabei unter verschiedenartigen Temperaturbedingungen immer gleichmäßig arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Antrieb der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Erfindungsgemäß wird ein kompakter Dreiphasen-Antrieb vorgeschlagen, der für Automobile geeignet ist und infolge seines kompakten Aufbaus in kleinere Fahrzeuge eingebaut werden kann, ohne hierzu abgeändert werden zu müssen. Der Antrieb stellt eine erste Phase mit hohem Übersetzungsverhältnis vom Leerlauf des Fahrzeugmotors bis zu einer ersten vorgegebenen Motordrehzahl, wie beispielsweise 2000 UpM, zur Verfugung, eine zweite Phase mit einer im wesentlichen konstanten Drehzahl von der ersten vorgegebenen Motordrehzahl bis zu einer zweiten vorgegebenen Motordrehzahl, wie beispielsweise 3000 UpM, und eine dritte Phase, die ein niedriges Übersetzungsverhältnis oberhalb der zweiten vorgegebenen Motordrehzahl umfaßt. Zusätzlich zu der Drehzahlabhängigkeit des erfindungsgemäßen Antriebs ist dieser auch temperaturkompensiert, so daß er unter verschiedenartigen Temperaturbedingungen gleichmäßigarbeitet.

Ergänzend zum Stand der Technik sei noch bemerkt, daß die erfindungsgemäß vorgesehene Temperaturkompensationseinrichtung als solche bereits bekannt ist (FR-PS 11 40 443).

Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung, bei der der Antrieb mit einer eine Einwegkupplung aufweisenden Direktgangkupplung versehen ist, zeichnet sich dadurch aus, daß das gesamte Drehmoment im Direktgang über die zwischen Sonnenrad und Planetenträger angeordnete Einwegkupplung übertragen wird. Eine solche Einwegkupplung ist grundsätzlich bereits aus der eingangs erwähnten GB-PS 13 78 910 bekannt, unterscheidet sich jedoch durch das vorstehend ausgeführte Merkmal vom Erfind'-imgsgegenstand.

Genauer gesagt sind bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Antrieb die Planetenräder des Planetengetriebes treibend mit der Kurbelwelle des Motors verbunden, das Hohlrad weist eine oder mehrere damit verbundene Riemenscheiben auf und stellt den Antrieb für eine oder mehrere Zusatzeinrichtungen des Fahrzeugs zur Verfügung, von denen jede in Abhängigkeit von den Relativgrößen der Riemenscheiben mit einem unabhängigen Übersetzungsverhältnis angetrieben werden kann, und das Sonnenrad steht mit der Bremse

in Verbindung. Das hydraulische System umfaßt eine von einem Bimetallelement gesteuerte Öffnung und eine von dem Hohlrad angetriebene Pumpe, die einen drehzahlabhängigen Strömungsmitteldruck einer Steifeinrichtung mit einem Zylinder zuführt, in dem ein Kolben angeordnet ist, der mit einem Bremssattelmedianismus in Verbindung steht. Eine Scheibenfeder beaufschlagt den Koiben und den Sattelmechanismus zum Einrücken der Bremse, während der Kolben durch Beaufschlagung des Sattelmechanismus ein Ausrücken der Bremse bewirkt.

Während der ersten Phase steigen die drehzahlabhängigen Drücke langsam an, und die Scheibenfeder hält die Bremse und das Son.ienrad .stationär, so daß die Riemenscheibendrehzahl der Zusatzeinrichtung mit der Motordrehzahl zusammen linear ansteigt, bis die erste vorgegebene Drehzahl erreicht ist. Während der ersten Phase erfoigt der Antrieb der Riemenscheiben der Zusatzeinrichtungen über die Planetenräder und das Hohlrad, während das Sonnenrad stationär gehalten wird.

Wenn die Drehzahl des Hohlrades auf die erste vorgegebene Drehzahl ansteigt, steigt der dem Bremssattclmechanismus zugeführte drehzahlabhängige Strömungsmitteldruck schneller an, so daß die Bremse und das damit verbundene Sonnenrad rotieren können und eine konstante Hohlraddrehzahl aufrechterhalten wird, bis das Sonnenrad die Drehzahl des Planetenträgers erreicht.

Wenn die Drehzahl des Sonnenrades beginnt, größer zu werden als die Drehzahl des Planetenträgers, verriegelt die Einwegkupplung beide Elemente miteinander, und der Antrieb hat die zweite vorgegebene Drehzahl erreicht. Danach rotieren das Hohlrad und die Riemenscheiben mit einer Drehzahl, die zusammen mit der Motordrehzahl ansteigt, und der ansteigende Hydraulikmitteldruck gibt den Bremssattel vollständig frei. Dieses Übersetzungsverhältnis ist geringer als das anfängliche Übersetzungsverhältnis.

Ein Entlastungsventil an der Pumpe begrenzt den Maximaldruck auf einen Wert, der geringfügig über dem Wert liegt, der zur vollständigen Freigabe des federbeaufschlagten Bremssattels erforderlich ist.

Bei Abnahme der Motordrehzahl wird die Antriebsfolge umgekehrt. Die hydraulische Stelleinrichtung ist durch das Bimetallelercent temperaturkompensiert, so daß die geregelte Drehzahl geringfügig mit der Temperatur ansteigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnitt- und schematische Ansicht eines Ausführungsbeispieles.

Fig. 2 ein Diagramm, in dem die Abhängigkeit der Hohlraddrehzahl vor. der Motordrehzahl bei einem entsprechend ausgebildeten Antrieb dargestellt ist.

In Fig. 1 ist ein Antrieb 10 für eine Zusatzeinrichtung dargestellt, der einen Antriebsflansch 12 umfaßt, der an eine primäre Bewegungsrichtung, wie beispielsweise dem schematisch gezeigten Motor E eines Fahrzeugs, treibend angeschlossen und mit einer Stummelwelle 14 eines Planetenträgers 16 eines einfachen Planetengetriebes 18 verbunden ist. Das Planetengetriebe 18 umfaßt eine Vielzahl von Planetenrädern 20. die drehbar auf Wellen 22 gelagert sind, welche vom Planelenträger 16 getragen werden, sowie ein Sonnenrad 24 und ein Hohlrad 26. Das Hohlrad 26 ist mit einer Gehäuseeinheit für eine Riemenscheibe 28 verbunden, die ein erstes Riemenscheibenelement 30 umfaßt, das einen Axialflansch 32 aufweist, der durch ein Kugellager 34 gelagert ist, von dem ein Laufring die Stummelwelie 14 umgibt und somit eine relative Drehbewegung zwischen der Riemenscheibe 30 und der Welle 14 gestattet Die Einheit 28 umfaßt darüber hinaus einen becherförmigen Gehäuseabschnitt 36 und einen mehrgängigen Riemenscheibenabschnitt 38, die beide über Niete 40 mit dem Riemenscheibenelement 30 verbunden sind. Ein kreisförmiger Abschnitt 42 des Gehäuseabschnitts 36 umgibt eine Sonnenradwelle 44, wobei ein Kugellager 46 dazwischen angeordnet ist, um eine Relativdrehung beider Elemente zu ermöglichen. Die Welle 44 ist innerhalb des Planetenträgers 16 durch eine Lagerhülse 47 drehbar an einem Ende gelagert. Aufgrund der beschriebenen Konstruktion rotiert die Gehäuseeinheit 28 für die Riemenscheibe zusammen mit dem Hohlrad 26.

Eine Reibungsbremse 48 ist mit der Sonnenradwelle 44 treibend verbunden, wie man der Darstellung entnehmen kann. Die Bremse umfaß: voneinander im Abstand angeordnete ringförmige Plat.en 50, 52, zwischen denen zieharmonikaähnlich gefaltetes, relativ dünnes metallisches Material 54 angeordnet ist, wodurch eine gute Vernichtung von Wärmeenergie gesichert iut. Die Konstruktion der Bremse 48 ist aus der US-PS 37 73 153 bekannt. Zur Betätigung der Bremse 48 ist eine hydraulische Stelleinrichtung 56 vorgesehen, der von einer Pumpe 58 unter Druck stehendes Hydraulikmittel zugeführt wird. Die Pumpe wird über die Riemenscheibe vom Hohlrad 26 angetrieben. Die Stelleinrichtung 56 umfaßt zwei Backen 60, 62, die mit Reibbelägen 64, 66 versehen sind, die jeweils mit den Platten 50, 52 der Bremse 48 in Eingriff treten. Die

J5 Backe 60 und der Belag 64 sind relativ zu dem Rahmen 68 der Stelleinrichtung stationär. Der Rahmen ist an einem Träger 69 befestigt, während die Backe 62 und der Belag 66 an einer Kolbenwelle 70 montiert sind, die durch eine Öffnung 72 im Rahmen 68 bewegbar ist. Die

■to Welle ist in der Öffnung durch ein Packungselement 74 hermetisch abgedichtet. Das gegenüberliegende Ende der Welle 70 ist mit einem Kolben 76 verbunden, der in einer Öffnung 78 im Rahmen 68 bewegbar ist. Der Kolben 76 begrenzt einen Hohlraum 80, in den unter

■ti Druck stehendes Hydraulikmittel über eine Leitung 82 von der Pumpe 58 eingeführt werden kann. Das andere Ende der Öffnung 78 ist durch ein Verschlußelement 84 verschlossen, in dem eine Auslaßöffnung 86 angeordnet ist.

in Die Backe 62 und der Belag 66 werden durch eine ringförmige Feder 88,<lie zwischen dem Rahmen 68 und der Backe 62 angeordnet ist. in Eingriff mit der Platte 52 gepreßt. Desgleichen preß! die Feder die Backe 60 und den HeIa^ t54 in Eingriff mit der Platte 50.

y> Die Kraft der Feder 88 ist so groß, daß eine Rotation der Bremse verhindert wird, bis die erste vorgegebene Motordrehzahl erreicht wird.

Wenn Hydraulikmittel unter einem durch die Drehzahl des Hohlrades bestimmten Druck von der

bo Pumpe 58 dem Hohlraum 80 zugeführt wird, wird der Kolben 76 gegen die Federkraft in eine Position bewegt, in der der auf die Platten 50, 52 einwirkende Druck abgebaut wird, so daß die Bremse rotieren kann. Dabei hängt die Abbaugeschwindigkeit von dem von den Backen 60, 62 und Belägen 64, 66 auf die Platten 50, 52 ausgeübten Druck ab.

Zur Kompensation von Temperaturänderungen ist in der Leitung 82 eine Öffnung 90 vorgesehen, und an

einem bimetallischcn Trägerarm 94 ist ein Venlilelement 92 montiert. Wenn die Temperatur ansteigt, neigt das Ventilelement 92 dazu, die öffnung 90 zu verschließen. Ein Entlastungsventil 110 begrenzt den von der Pumpe 58 zur Verfügung gestellten Maximaldruck.

Zwischen der Sonnenradwelle 44 und dem Planetenträger 16 ist eine Einweg-Reibungskupplung % angeordnet. Die Kupplung ist mit Hilfe von Endplatten 98,100 gelagert. Sie umfaßt einen äußeren Laufring 102. eine Vielzahl von Klemmkörpern 104, einen Doppelkäfig 106 und eine Feder 108, wobei ein Teil der Welle 44 als innerer Laufring wirkt.

Wie man der Zeichnung entnehmen kann, sind verschiedene Schmiermiitelkanälc vorgesehen, um den einzelnen Teilen Schmiermittel zuzuführen.

Die in Fig. 2 dargestellte Kurve stellt die Abhängigkeit der Drehzahl der Zusatzeinrichtung (oder einer zu üci' Drehzahl' der ZüSäiiciiinchiürig in ucZichüfig stehenden Drehzahl) von der Motordrehzahl dar. Die Kurve zeigt die drei Phasen des Antriebes:

1. ein ansteigendes lineares Übersetzungsverhältnis, bis die erste vorgegebene Motordrehzahl erreicht ist;

2. eine allgemein gleichmäßige Drehzahl zwischen der ersten und zweiten vorgegebenen Motordrehzahl; und

3. ein lineares Obersetzungsverhältnis mit einem anderen Wert als in der ersten Phase nach der zweiten vorgegebenen Motordrehzahl.

Die gleichmäßige Drehzahl oder zweite Phase des

Antriebes entspricht allgemein der üblichen Laufgeschwindigkeit, beispielsweise etwa 32 bis 88 km/h.

Wenn im Betrieb der Vorrichtung der Motor den Planctcnträger 16 in Drehung versetzt und das Sonnenrad 24 durch die Bremse 48 diehfest gehalten wird, folgt die Drehzahl des Hohlrades der ersten Phase, und die Riemenscheibe rotiert entsprechend. Der drehzahlabhängige Druck von der Pumpe 58 steigt langsam an, und die Scheibenfeder 88 hält die Bremse 48 ίο stationär. Wenn die Motordrehzahl über die erste vorgegebene Drehzahl ansteigt, steigt der dem Kolbenzylinder 80 zugcfUhrtc drchzahlabhängigc Druck schneller an, und der Kolben 76 beginnt, sich von der Platte 52 wegzubewegen, so daß die Bremse und das Ii Sonnenrad 26 mit einer ansteigenden Drehzahl rotieren können. Eine konstante Hohlraddrehzahl (und Riemenscheibendrehzahl) wird aufrechterhalten, bis das Sonnenrad 24 die Drehzahl des Planetenträgers 16 erreicht. Sis die Moiordrcbzsh! die zweite vorgegebene Drehen zahl erreicht, reicht der der Kolbenkammer 80 zugeführte Druck jedoch nicht aus, die Bremse frei rotieren zu lassen, so daß die Reibbeläge die Bremse in gesteuerter Weise abbremsen. Wenn die Motordrehzahl ansteigt, steigt die Drehzahl des Sonnenrades an. Wenn 2i die Drehzahl des Sonnenrades beginni, die des Planetenträgers zu übertreffen — wenn der Motor die zweite vorgegebene Drehzahl erreicht oder diese übersch inen hat —. sperrt die Einwegkupplung 96 und verriegelt somit das Sonnenrad mit dem Planetenträger. jo Der drehzahlabhängige Druck bewirkt dann ein vollständiges Freigeben der Bremse. Schließlich steigt das Übersetzungsverhältnis in der dritten Phase linear an.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Antrieb für Zusatzeinrichtungen einer Antriebsmaschine mit einem einfachen Planetengetriebe (Sonnenrad, Hohlrad und auf einem Planetenträger ϊ gelagerten Planetenrädern), mit einer Bremse zum Festlegen des Sonnenrades, die über eine Feder und eine hydraulische Stelleinrichtung betätigt wird, und einer von einem Glied des Planetengetriebes angetriebenen Pumpe zur Erzeugung eines von dessen Drehzahl abhängigen Drucks in der hydraulischen Stelleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das abtriebsseitige Hohlrad (26) die Pumpe (P) antreibt, daß die Feder (88) die Bremse (48) bei stillstehendem Hohlrad eingerückt ΐί hält und so bemessen ist, daß bei Oberschreiten einer bestimmten Abtriebsdrehzahl die Bremse durch die hydraulische Stelleinrichtung (56) automatisch ausgerückt wird, und daß in der Zuführleitung (82) zwischen Pumpe (P) und hydraulischer Stelleinrich- *> tung (56) zum Abführen von Hydrauiifcmitiei eine Öffnung (90) vorgesehen ist, der eine auf die Temperatur des Hydraulikmittels in der Leitung (82) ansprechende Verschlußeinrichtung (92, 94) zugeordnet ist. 2%

2. Antrieb nach Anspruch I mit einer eine Einwegkupplung aufweisenden Direktgangkupplung, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Drehmoment im Direktgang über die zwischen Sonnenrad (24) und Planetentträger (16) angeordne- >o te Einwegku|!olung(96)übertragen wird.