DE3104964C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Kupplung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2.

Diese Kupplung ist aus der US-PS 30 51 283 bekannt.

Die Kupplung weist eine hydrostatische Pumpe auf, die als Zahnradpumpe mit Außeneingriff ausgeführt ist. Die Pumpe ist so angeordnet, daß die treibende Welle der Pumpe in Verbindung mit der Motorwelle eines Kraftfahrzeugmotors steht. Wenn das durch die Pumpe geförderte Öl drucklos abfließen kann, d. h., das Auslaßventil des Ölauslaßkanals unter der Wirkung von Federn geöffnet gehalten wird, wird kein Drehmoment auf das die Zahnräder umschließende Gehäuse und die damit verbundene Abtriebswelle übertragen. Die Abtriebsdrehzahl ist daher theoretisch gleich Null. Wenn dagegen das Auslaßventil des Ölauslaßkanals bei steigender Drehzahl der Motorwelle durch Fliehkraftkörper geschlossen und der Abfluß der Pumpe blockiert wird, wird von einem geringen, durch Leckage verursachten Schlupf abgesehen, das Drehmoment vollständig auf die Abtriebs­ welle übertragen.

Die bekannte hydrostatische Kupplung hat das Verhalten einer Anfahrkupplung, deren Kennlinie so aussieht, daß erst im Bereich höherer Drehzahlen die Drehzahl der Abtriebswelle proportional mit der Drehzahl der Antriebswelle ansteigt, während im Bereich niedriger Drehzahlen - solange die Feder­ kräfte größer sind als die aus der Fliehkraft abgeleiteten Schaltkräfte - eine Erhöhung der Drehzahl der Antriebswelle keine nennenswerte Erhöhung der Drehzahl der Abtriebswelle bewirkt.

Bei diesem Stand der Technik war es Aufgabe der Erfindung, zum Zweck der Energieeinsparung beim Antrieb von Nebenaggregaten in Kraftfahrzeugen eine hydrostatische Kupplung bereitzustellen, bzw. die bekannte Kupplung baulich derart umzugestalten, daß deren Kennlinie so aussieht, daß im unteren Drehzahlbereich und bis zu einer vorbestimmten Drehzahl der Motorwelle auch die Drehzahl der Abtriebswelle entsprechend proportional ansteigt. Oberhalb der vorbestimmten Drehzahl der Motorwelle soll die Drehzahl der Abtriebswelle im Sinn der gewünschten Energieein­ sparung dann nicht weiter zunehmen.

Diese Aufgabe wird für die hydrostatische Kupplung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Art durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.

Eine alternative Lösung für die hydrostatische Kupplung nach dem erweiterten Oberbegriff des Nebenanspruchs 2 erfolgt mit den im Kennzeichenteil dieses Anspruchs angegebenen Merkmalen.

Die erfindungsgemäßen Kupplungen haben jeweils das gewünschte Drehzahlverhalten. Sie sind deshalb in Antriebsverbindungen zwischen Motorwelle und Nebeneinrichtungen in Kraftfahrzeugen im Sinn einer Energieeinsparung vorteilhaft anwendbar, da das durch die Motorwelle aufgebrachte Drehmoment nur in dem Umfang und bis zu der voreinstellbaren Motordrehzahl abgenommen wird, wie dies zur ausreichenden Versorgung des Kraftfahrzeugs durch die Nebeneinrichtungen erforderlich ist.

Dabei wird die Steuerung der Kupplung bevorzugt durch drehzahl­ abhängige Fliehkraftelemente bewirkt, die zunächst die Vorspannkraft eines einstellbaren Kraftgebers, z. B. einer Feder, überwinden müssen, bevor sie auf einen Schaltring einwirken und das Auslaßventil im Sinn einer Öffnung des Ölauslaßkanals betätigen.

Die Ausbildung des Auslaßventils nach Anspruch 3 hat den Vorteil, daß im Gegensatz zur Verwendung eines Stromreglers zur Steuerung des Ölauslasses ein wesentlich geringerer Teil der Antriebsenergie durch Drosselung vernichtet wird.

Der durch die Pumpe geförderte Ölstrom kann in einem geschlos­ senen 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 Tank gepumpt und wieder dorthin zurückgeleitet wird. Ebenso kann das Öl der hydrostatischen Pumpe mittels einer stationären Pumpe wie z. B. der Schmieröl­ pumpe des Kraftfahrzeugmotors 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 Antriebs- bzw. Abtriebswelle konzentrische Buchse, welche geradegeführt und axial verschieb­ bar ist, in Abhängigkeit von der Drehzahl mehr oder weniger überdeckt wird.

Die den Auslaßkanal überdeckende Kante kann dabei z. B. als Drosselkante wirken.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Anspruch 3 besitzt dagegen die Buchse im Bereich der Überdeckung eine in Achsrich­ tung enger werdende, z. B. keilförmige Ausnehmung ihres Umfangs.

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 der Motorwelle auf die voreinstellbare Abtriebsdrehzahl für die Nebenaggregate.

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. Der Vorteil dieser Lösung nach den Ansprüchen 4 und 5 liegt darin, daß der Schaltpunkt der Kupplung einfach eingestellt oder später nachjustiert werden kann, ohne die Federn austauschen zu müssen.

Schließlich wird durch die Lösung nach Anspruch 6 in Verbindung mit Anspruch 2 eine weitere hydraulische Kupplung geschaffen, bei der der von einer Innenzahnradpumpe geförderte Ölstrom in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird und bei dem alle Bauteile in einem Gehäuse eingeschlossen sind, das von der auf der Motorwelle gelagerten Riemenscheibe und einem zugehörigen Deckel gebildet wird.

Es sei angemerkt, daß die hydrostatische Pumpe nach dieser Erfindung sich nicht auf Zahnradpumpen mit Außen- oder Inneneingriff beschränkt. Es kann sich vielmehr um sämtliche Typen von Pumpen handeln, die einen rotatorischen Antrieb aufweisen, also z. B. Kolbenpumpen mit Kurbelantrieb, Axialkol­ benpumpen, Radialkolbenpumpen, Zahnradpumpen, Flügelzellenpum­ pen u. a.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die hydrostatische Kupplung gemäß der Erfindung, teilweise geschnitten;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Ölauslaßsteuerung für intermittierenden Volumenstrom;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Steuereinrichtung für gedrosselten Volumenstrom;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hydrosta­ tischen Kupplung.

Die hydrostatische Kupplung gemäß der Erfindung findet vor allem Anwendung in Kraftfahrzeugen beim Antrieb der Nebenaggre­ gate, wie z. B. Elektrogenerator, Bremskraftverstärker, Ölpumpe, Ventilator u. ä.

Es ist erforderlich, diese Nebenaggregate durch die Verbren­ nungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs anzutreiben. 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 Verbrennungs­ kraftmaschine angetrieben werden. Die hydrostatische Kupplung nach dieser Erfindung bewirkt nun eine drehzahlabhängige Steuerung und vorzugsweise auch eine Drehzahlbegrenzung des Antriebs der Nebenaggregate, wobei Energieverluste vermieden werden.

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. Mit dem zentralen Zahnrad 4 verbunden ist die Abtriebs­ welle 5 mit 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. Ölsumpf) über Leitung 8, hydraulische Schleifringkupplung 9 und Einlaßkanal 10. Die Ölabfuhr erfolgt durch Auslaßkanal 11, welcher bei 12 auf dem Außenumfang der Kurbelwelle 1 (Antriebswelle) mündet. Diese Mündung 12 wird durch eine Buchse 13 steuerbar verschlossen. Hierzu weist die Buchse 13 an ihrer die Mündung überdeckenden Kante keilförmige Aussparungen 22 auf, deren Form von der gewünschten Steuercharakteristik abhängig ist (Fig. 2). Die Buchse 13 dreht nicht mit der Kurbelwelle 1 mit. Sie ist bei 14 geradegeführt und durch eine Feder 15 und Einstellschraube 16 so gehalten, daß die Mündung 12 des Auslaßkanals 11 verschlossen wird. 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 mit einem Schaltring 20 zusammenwirken 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 der (den) Mündung(en) 12 rotiert, während die Buchse 13 stillsteht, wird der Ölstrom intermittierend freigegeben.

Fig. 3 zeigt dagegen, daß die überdeckende Kante der Buchse 13 gerade abgeschnitten ist. Hier wirkt die Kante als Drosselkan­ te, die eine drehzahlabhängige Drosselwirkung auf den Ölstrom hervorruft.

Die Wirkungsweise der hydraulischen Kupplung 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 des Ölauslaßkanals 11 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 des Ölauslaßkanals 11 kontinuierlich (Fig. 3) oder intermit­ tierend (Fig. 2), wobei dann die Öffnungsdauer von der Ausge­ staltung der Aussparung 22 abhängt. Das bedeutet, daß in dem Ölauslaßkanal 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.

Die Ausführung nach Fig. 2 bietet den Vorteil, daß an der Mündung 12 und den Aussparungen 22 keine Drosselverluste entstehen. Die entsprechende Druckcharakteristik sieht deshalb rechteckig aus.

Um beim Absinken der Drehzahl der Kurbelwelle 1 zu verhindern, daß die hydraulische Kupplung bzw. die Abtriebswelle 5 die Kurbelwelle 1 überholt, ist in der Auslaßleitung 11 ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Rückschlagventil vorgesehen.

Fig. 2 zeigt die bevorzugte Ausbildung des vorderen Randes der Buchse 13. Die Buchse 13 besitzt hier auf dem Umfang eine oder mehrere z. B. keilförmige Ausnehmungen, so daß der Ölauslaßkanal 11 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 somit das Übertragungsverhalten der hydraulischen Kupplung derart beeinflussen, daß auch bei sehr hohen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine noch ein ausreichend hohes Drehmoment übertragen wird.

Das Ausführungsbeispiel der Buchse nach Fig. 3 zeigt, daß die Buchse 13 die Mündung 12 des Auslaßkanals 11 mit einer geschlossenen Ringfläche überdeckt. Der vordere Rand der Buchse 13 wirkt hier als Drosselkante, wobei die Drosselwirkung durch die drehzahlabhängige Axialverschiebung der Buchse 13 verstärkt oder vermindert wird.

Es sei bemerkt, daß die Erfindung davon ausgeht, daß sich der Ölauslaßkanal 11 in der Antriebswelle 1 befindet und daß daher auch die drehzahlabhängige Steuerung der Öffnungsdauer der Mündung 12 des Ölauslaßkanals 11 mit der Antriebswelle 1 in Verbindung steht. Es ist jedoch bereits aus Fig. 1 ohne weiteres ersichtlich, daß die Antriebsrichtung der erfindungs­ gemäßen hydrostatischen Kupplung - von der gezeigten Dimensio­ nierung 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 Ölauslaß­ kanal 11 in der Abtriebswelle liegt und die drehzahlabhängige Steuerung in Verbindung mit der Abtriebswelle steht.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird als Pumpe eine Innenzahnradpumpe mit dem Innenzahnrad 39 und dem Außenzahnrad 40 verwandt, welches in diesem Falle das Pumpengehäuse bildet.

Auf die Motorwelle 1 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. Auf der Hülse 32 ist in Kugellager 34 die Riemenscheibe 6 frei drehbar gelagert. Diese bildet mit dem Deckel 35 einen Hohlraum. Die Buchse 131 ist in die Hülse 31 geschoben. Die Feder 15 wird gegen den Deckel 35 durch Einstellschraube 16 verspannt und ist von außen gut zugänglich. Der Öleinlaß zu der die Kupplung bildenden Ölpumpe ist bei 37, der Ölauslaß bei 38. Der durch die Riemenscheibe 6 und Deckel 35 gebildete Hohlraum besitzt keinen Abfluß. Mit 41 ist eine Entlüftungsschraube bezeichnet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß infolge geringer Leckage der Ölpumpe zwischen Antriebswelle 1 und Abtriebswelle (Riemenscheibe) stets ein geringer Schlupf besteht, so daß die Buchse 131, welche durch Bolzen 42 mit der Riemenscheibe 6 verbunden ist, gegenüber der Antriebswelle 1 stets eine, wenn auch geringe relative Drehzahl besitzt.

Dadurch wird gewährleistet, daß die Aussparung 22 an der Buchse 131 gegenüber den Auslaßlöchern 12 in der Hülse 31 stets eine Relativbewegung hat.

Claims (6)

1. Hydrostatische Kupplung in einem Kraftfahrzeug, bei der die treibende Welle mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist und bei der das intermittierend oder pulsierend schließ- und öffenbare Auslaßventil einer mit der treibenden Welle einerseits und der angetriebenen Welle andererseits mechanisch verbundenen hydrostatischen Pumpe durch eine Schalteinrichtung drehzahlabhängig gesteuert wird, die an der treibenden Welle angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) zum Antrieb von Nebeneinrichtungen, wie z. B. Elektroge­ nerator, Pumpe, Ventilator, der Ölfluß durch das Ventil (12, 13) derart gesteuert wird, daß bei steigender Drehzahl der treibenden Welle (1) die Drehzahl der angetriebenen Welle (5) bis zu einer voreinstellbaren Drehzahl proportional zunimmt und sodann im wesentli­ chen konstant bleibt, indem
• b) die Schalteinrichtung als in einem mitdrehenden Gehäuse (17) befindliche Fliehkraftkörper (18) ausgebildet ist, die
• c) auf einen Schaltring (20) einwirken und
• d) unter der Fliehkraftwirkung das Ventil (12, 13) betätigen, das
• e) aus einer axial verschiebbaren, stillstehenden Buchse (13) und einer von dieser verschließbaren Steueröffnung (12) ( = Mündung 12 des Ölauslaßkanals 11) besteht.

2. Hydrostatische Kupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit einer drehbar angeordneten Buchse, durch die eine zugehörige Steueröffnung verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) zum Antrieb von Nebeneinrichtungen wie z. B. Elektroge­ nerator, Pumpe, Ventilator, der Ölfluß durch das Ventil (12, 131) derart gesteuert wird, daß bei steigender Drehzahl der treibenden Welle (1) die Drehzahl der angetriebenen Welle (5) bis zu einer voreinstellbaren Drehzahl proportional zunimmt und sodann im wesentli­ chen konstant bleibt, indem
• b) die Schalteinrichtung als in einem mitdrehenden Gehäuse (17) befindliche Fliehkraftkörper (18) ausgebildet ist, die
• c) auf einen Schaltring (20) einwirken und
• d) unter Fliehkraftwirkung das Ventil (12, 13) betätigen, und
• e) daß eine auf der Motorwelle (1) drehbar gelagerte Riemenscheibe (6), die zusammen mit einem Deckel (35) einen geschlossenen Ölbehälter bildet, die hydrostati­ sche Pumpe und die Schalteinrichtungen (18, 20) zur Steuerung des Ölflusses umschließt.

3. Hydrostatische Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Steueröffnung (12) überdeckende Buchse (13, 131) im Bereich der Überdeckung eine oder mehrere in Achsrichtung enger werdende Ausnehmungen, insbesondere keilförmige Ausnehmungen ihres Umfangs aufweist.

4. Hydrostatische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (13, 131) geradgeführt ist und durch Kraftgeber (Feder 15) in die Überdeckungsposition der Steueröffnung (12) und durch Fliehkraftkörper (18) in die Öffnungsposi­ tion der Steueröffnung (12) bewegbar ist.

5. Hydrostatische Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftgeber (Feder 15) durch eine Einstellschraube (16) voreinstellbar ist.

6. Hydrostatische Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe als Innenzahnradpumpe ausgebildet ist, deren Pumpengehäuse durch das Außenzahnrad (40) gebildet ist, daß in der Riemenscheibe (6) sitzt.