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Hydraulischer Drehzahlwandler"
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Gegenstand der Erfindung ist ein hydraulischer Drehzahlwandler, insbesondere
zur Verwendung für den Antrieb von Nebeneinrichtungen wie z.B. Elektrogenerator,
Pumpe, Ventilator in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren. Der hydraulische Drehzahlwandler
weist eine hydrostatische Pumpe auf, deren wesentliche Merkmale darin bestehen,
daß ein Drehantrieb - im Rahmen dieser Anmeldung mit Rotor bezeichnet - in einem
Gehäuse drehbar ist. Die Pumpe ist so angeordnet, daß ein Teil der Pumpe, d.h. Rotor
oder Gehäuseteil mit der Antriebswelle und das jeweils andere Teil mit der Abtriebswelle
in Verbindung steht. Bei der Pumpe kann es sich um sämtliche Typen handeln, die
einen rotatorischen Antrieb aufweisen, also z.B. Kolbenpumpen mit Kurbeltrieb, Axialkolbenpumpen,
Radialkolbenpumpen, Zahnradpumpen, Flügelzellenpumpen u.a.
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Es ist bekannt, daß ein derartiger Drehzahlwandler die Drehzahl der
Antriebswelle, von einem geringen, durch Leckage verursachten Schlupf abgesehen,
auf die Abtriebswelle vollständig überträgt, wenn der Abfluß der hydrostatischen
Pumpe versperrt wird.
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Wenn dagegen das öl auf der Auslaßseite der Pumpe drucklos abfließen
kann, würde kein Drehmoment zwischen Antriebs-und Abtriebswelle übertragen, so daß
die Abtriebsdrehzahl theoretisch Null ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Drehzahlwandler
so auszugestalten, daß die Abtriebsdrehzahl bis zu einer gewissen vorbestimmten
Drehzahl proportional mit der Antriebsdrehzahl und sodann nicht weiter zunimmt.
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Die Lösung ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1.
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Hiernach ist vorgesehen, daß auf der Antriebswelle oder der Abtriebswelle
eine Steuereinrichtung für den ölauslaßkanal sitzt, welche den ölauslaß drehzahlabhängig
steuert.
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Dabei ist bevorzugt vorgesehen, daß die Steuereinrichtung durch Fliehkraft
betätigt wird, wobei die Fliehkraftkörper zunächst die Vorspannkraft eines vorgespannten
Kraftgebers, z.B. einer Feder zu überwinden haben, bevor die Steuereinrichtung zur
Steuerung des Ölauslasses wirksam wird.
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Die Steuerung des ölauslasses kann durch einen Stromregler oder jede
steuerbare Drossel geschehen.
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Dabei tritt der Nachteil auf, daß ein Teil der Antriebsenergie durch
die Drosselung des Volumenstroms vernichtet wird.
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Zur Vermeidung dieses Nachteils sieht die Erfindung in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel vor, daß der ölauslaß durch ein drehzahlabhängig intermittierend
oder pulsierend schließ- und öffenbares Ventil gesteuert wird.
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Der durch die Pumpe geförderte ölstrom kann in einem geschlossenen
Kreislauf geführt werden, ohne daß er die Antriebs- oder Abtriebswelle verläßt.
Um Erwärmungen zu vermeiden, kann unter Zuhilfenahme hydraulischer Schleifkupplungen
auch vorgesehen werden, daß das öl aus einem Tan; gepumpt und wieder dorthin zurückgeleitet
wird.
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Ebenso kann das öl dem Drehzahlwandler mittels einer sta-ionären Pumpe
wie z.B. der Schmierölpumpe des Kraftfahrzeu@motors zugeführt werden. Bei Förderung
aus einem und in einen Tank, also z.B. den ölsumpf des Kraftfahrzeugmotors ist der
ölauslaß vorzugsweise ein Radialkanal in der Antriebswelle bzw. Abtriebswelle, der
durch eine ortsfest gehaltene, zur Antri@@@@ bzw. Abtriebswelle konzentrische
Buchse,
welche drehzahlabhängig axial verschiebbar ist, in Abhängigkeit von der Drehzahl
mehr oder weniger überdeckt wird.
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Die den Auslaßkanal überdeckende Kante kann dabei z.B. als Drosselkante
wirken.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt dagegen die Buchse
im Bereich der Uberdeckung eine in Achsrichtung enger werdende, z.B. keilförmige
Ausnehmung ihres Umfangs.
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Dadurch wird ein intermittierender Volumenstrom hergestellt, wobei
die Frequenz und die Dauer der Strömung drehzahlabhängig ist. Mit dieser Steuerung
des ölauslasses gelingt eine nahezu verlustlose Herabsetzung der Drehzahl.
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Die Buchse wird in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Kraftgeber,
z.B. durch eine Feder in die Überdeckungsposition und durch Fliehkraftkörper in
die öffnungsposition gebracht. Dabei ist die Feder durch eine Schraube mit bestimmter
Kraft voreingestellt.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Drehzahlwandler, zum Teil
geschnitten; Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Ölauslaßsteuerung mit intermittierendem
Volumenstrom; Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Steuereinrichtung für gedrosselten
Volumenstrom;
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Drehzahlwandlers.
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Der erfindungsgemäße Drehzahlwandler findet vor allem Anwendung in
Kraftfahrzeugen zum Antrieb der Nebenaggregate wie z.B. Elektrogenerator, Bremskraftverstärker,
ölpumpen, Ventilatoren u.ä.
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Es ist erforderlich, diese Nebenaggregate durch die Verbrennungskraftmaschine
des Kraftfahrzeugs anzutreiben.
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Der Kraftfahrzeugmotor wird jedoch üblicherweise mit sehr stark schwankender
Drehzahl betrieben. Es ist nicht erforderlich und daher im Interesse der Kraftstoffeinsparung
zu vermeiden, daß die Nebenaggregate bis zur höchsten Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine
angetrieben werden.
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Der Drehzahlwandler nach dieser Erfindung bewirkt eine drehzahlabhängige
Steuerung und vorzugsweise auch eine Drehzahlbegrenzung der Nebenaggregate, wobei
Energieverluste vermieden werden.
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Auf der Kurbelwelle 1 des Kraftfahrzeugmotors sitzt ein mitdrehender
Kupplungskörper 2. Dieser Kupplungskörper dient als Pumpengehäuse für die frei drehbar
gelagerten Zahnräder 3 und 4. Diese Zahnräder 3 und 4 bilden eine Zahnradpumpe.
Mit dem zentralen Zahnrad 4 ist verbunden die Abtriebswelle 5 mit einer Riemenscheibe
6 und Treibriemen, durch welche die Zusatzaggregate des Kraftfahrzeugmotors (Ölpumpe,
Vakuumpumpe, Lichtmaschine u.ä.) angetrieben werden. Die Zahnräder 3 und 4 bilden
miteinander eine Zahnradpumpe. Die ölzufuhr erfolgt aus Tank 7 (z.B.
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Ölsumpf) über Leitung 8, hydraulische Schleifringkupplung 9 und Einlaßkanal
10. Die Ölabfuhr erfolgt durch Kanal 11, welcher bei 12 auf dem Außenumfang der
Kurbelwelle (Antriebswelle 1) mündet. Diese Mündung 12 wird durch eine Buchse 13
steuerbar
verschlossen. Hierzu weist die Buchse 13 auf ihrer Vorderkante keilförmige Aussparungen
22 auf, deren Form von der gewünschten Steuercharakteristik abhängig ist (Fig. 2).
Die Buchse dreht nicht mit und ist bei 14 geradgeführt und durch eine Feder 15 und
Einstellschraube 16 so gehalten, daß die Mündung 12 verschlossen wird.
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Auf der Kurbelwelle 1 sitzt weiterhin ein Gehäuse 17, das mitdreht.
In diesem Gehäuse 17 befinden sich ein oder mehrere Fliehkraftkörper 18, die mit
ihrer Aussparung 19 einen Schaltring 20 ergreifen und bei Einwirken der Fliehkraft
den Schaltring 20 axial verschieben. Der Schaltring 20 hintergreift dabei einen
ringförmigen Vorsprung 21 der Buchse 13, so daß bei Fliehkrafteinwirkung die Buchse
13 gegen die Kraft der Feder 15 axial derart verschoben wird, daß die Mündung 12
geöffnet wird. Da die Kurbelwelle 1 mit den Mündungen 12 rotiert, während die Buchse
13 stillsteht, wird der Ölstrom intermittierend freigegeben.
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Fig. 3 zeigt dagegen, daß die überdeckende Kante der Buchse gerade
abgeschnitten ist. Hier wirkt die Kante als Drosselkante, die eine drehzahlabhängige
Drosselwirkung auf den Ölstrom hervorruft. Die Wirkungsweise des Drehzahlwandlers
ist wie folgt: In den unteren Drehzahlbereichen reicht die Fliehkraft der Fliehkraftkörper
18 nicht aus, die Federkraft der Feder 15 zu überwinden. Dadurch ist die Mündung
12 bis auf geringe Verluste geschlossen. Das bedeutet, daß die Zahnräder 3 und 4
keine Relativdrehung zueinander ausführen können und gegeneinander blockiert sind.
Deswegen rotiert die Abtriebswelle 5 synchron mit der Kurbelwelle 1. Sobald die
voreingestellte Federkraft 15 durch die Fliehkraft des Fliehkraftkörpers 18 überwunden
wird, öffnet sich die Mündung 12 kontinuierlich (Fig. 3) oder intermittierend (Fig.
2),
wobei dann die öffnungsdauer der Impulse von der Ausgestaltung
der Aussparung 22 abhängt. Das bedeutet, daß in dem Auslaßkanal 11 ein gedrosselter
oder intermittierender Ölstrom entsteht. Entsprechend können auch die Zahnräder
3 und 4 eine Drehung gegeneinander ausführen, was bedeutet, daß zwischen der Kurbelwelle
1 und der Abtriebswelle 5 eine Relativbewegung stattfindet. Diese Relativbewegung
ist nunmehr drehzahlabhängig.
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Die Ausführung nach Fig. 2 bietet den Vorteil, daß an der Mündung
12 und den Aussparungen 22 keine Drosselverluste entstehen. Es ist also erwünscht,
daß die Druckcharakteristik möglichst rechteckig aussieht.
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Bei Nachlassen der Drehzahl ist zu verhindern,daß die Kupplung bzw.
die Abtriebswelle 5 die Kurbelwelle 1 überholt. Hierzu wird in der Auslaßleitung
11 ein freier Auslaß mit Rückschlagventil vorgesehen.
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Fig. 2 zeigt die bevorzugte Ausbildung des vorderen Randes der Buchse
13. Die Buchse 13 besitzt hier eine oder mehrere z.B. keilförmige Ausnehmungen,
so daß der Auslaßkanal 12 bei Rotation der Welle 1 intermittierend geöffnet und
verschlossen wird. Die Öffnungs- bzw. Verschlußdauer hängt von der axialen Stellung
der Buchse 13 ab. Durch die Formgebung der Ausnehmung läßt sich das Übertragungsverhalten
des Drehzahlwandlers derart beeinflussen, daß auch bei sehr hohen Drehzahlen der
Verbrennungskraftmaschine noch ein ausreichend hohes Drehmoment übertragen wird.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt, daß die Buchse 13 den Auslaßkanal
12 mit einer geschlossenen Ringfläche
überdeckt. Die Vorderkante
der Buchse 13 wirkt hict als Drosselkante, wobei die Drosselwirkung durch die drehzahlabhängige
Axialverschiebung der Buchse 13 verstärkt oder vermindert wird.
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Es sei bemerkt, daß die vorliegende Erfindung davon ausgeht, daß der
Ölauslaßkanal in der Antriebswelle sitzt und daß daher auch die drehzahlabhängige
Steuerung des Auslaßkanals mit der Antriebswelle in Verbindung steht.
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Es ist jedoch bereits aus Fig. 1 ohne weiteres ersichtlich, daß die
Antriebsrichtung des erfindungsgemäßen Drehzahlwandlers - von der gezeigten Dimensionierung
abgesehen - auch umgekehrt werden kann, so daß die Welle 5 die Antriebswelle und
Welle 1 die Abtriebswelle ist. Die Erfindung ist also auch dann anwendbar, wenn
der ölauslaßkanal in der Abtriebswelle liegt und die drehzahlabhängige Steuerung
in Verbindung mit der Abtriebswelle steht.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird als Pumpe eine Innenzahnradpumpe
verwandt mit dem Innenzahnrad 39 und dem Außenzahnrad 40, welches in diesem Falle
das Pumpengehäuse bildet.
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Auf die Motorwelle ist eine Hülse 31 gesetzt, die mit einer durchlochten
Schraube 32 befestigt ist. Durch diese Schraube 32 wird über Kanal 33 von einer
ölpumpe Drucköl zugeführt.
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Auf der Hülse ist in Kugellager 34 die Abtriebsscheibe 6 frei drehbar
gelagert. Diese bildet mit dem Deckel 35 einen Hohlraum. Die Schiebemuffe 13 ist
in die Hülse 31 geschoben. Die Feder 15 wird gegen den Deckel 35 durch Schraube
16 verspannt und ist von außen gut zugänglich.
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Der Öleinlaß zu der den Drehzahlwandler bildenden Ölpumpe ist bei
37, der Ölauslaß bei 38. Der durch Abtriebsscheibe 6
und Deckel
35 gebildete Hohlraum besitzt keinen Abfluß.
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Mit 41 ist eine Entlüftungsschraube bezeichnet.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß infolge geringer
Leckage der ölpumpe zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle stets ein geringer
Schlupf besteht, so daß die Hülse 13, welche durch Bolzen 42 mit der Abtriebsscheibe
verbunden ist, gegenüber der Antriebswelle stets eine, well auch geringe relative
Drehzahl besitzt. Dadurch wird gewährleistet, daß die Aussparung 22 gegenüber den
Auslaßlöchern 12 stets eine Relativbewegung hat.
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