DE3233189C2

DE3233189C2 - Rückgewinnungsanlage für kinetische Verlustenergie bei einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE3233189C2
Application number: DE3233189A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Izumi; Kiyotaka Yokosuka Kanagawa Ozaki; Shigeru Saito; Shuuji Yokohama Kanagawa Torii
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1981-09-08
Filing date: 1982-09-07
Publication date: 1986-01-09
Also published as: DE3233189A1; JPS629145Y2; US4473753A; JPS5839326U

Abstract

Eine Rückgewinnungsanlage für kinetische Abfallenergie bei einem motorbetriebenen Fahrzeug enthält einen Generator und eine Kopplung mit variablem Drehmomentverhältnis, die den Generator und den Fahrzeugmotor verbindet. Die Anlage enthält auch eine Kupplung, die wahlweise die Kopplung von der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit davon, ob eine Bremsung des Fahrzeugs erforderlich ist oder nicht, abkoppelt, so daß die Verbindung der Kupplung mit dem Motor hergestellt wird, wenn eine Bremsung erforderlich ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rückgewinnungsanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten ArL

Bei einer solchen, aus der US-PS 35 30 356 bekannten Rückgewinnungsanlage besteht die Kopplungseinrichtung aus einer über eine Trennkupplung mit der Abtriebswelle des Motors verbindbaren ersten Riemenscheibe, einer mit der Antriebswelle des Generators verbundenen zweiten Riemenscheibe sowie einem zwischen beiden Riemenscheiben vorgesehenen Treibriemen. Die mit der Abtriebswelle des Motors verbindbare Riemenscheibe hat einen größeren Durchmesser als die mit der Antriebswelle des Generators verbundene Riemenscheibe, so daß ein bestimmtes Drehzahlverhältnis und damit auch Drehmomentverhältnis zwischen der Abtriebswelle des Motors und der Antriebswelle des Generators festgelegt ist. Die Trennkupplung wird immer dann zum Verbinden der ersten Riemenscheibe mit der Abtriebswelle des Motors betätigt, wenn ein Gasoder Beschleunigungspedal losgelassen wird, was in aller Regel eine Verzögerung des Fahrzeuges einleitet. Durch diese Betätigung der Trennkupplungs wird nicht nur eine Rückgewinnung von kinetischer Verlustenergie bewirkt, sondern es soll gleichzeitig aach eine gewisse Bremsung des Fahrzeugs unmittelbar nach dem Loslassen des Beschleunigungspedals unabhängig von der Funktionsfähigkeit einer Bremsanlage ermöglicht werden. Da andererseits nach der relativ schnell erfolgenden Verbindung der ersten Riemenscheibe mit der Abtriebswelle des Motors durch Betätigung der elektromagnetischen Trennkupplung der aus dem Stillstand zu beschleunigende Generator seinem Anlaufen ein erhebliches Gegendrehmoment entgegensetzt, ist ein merklicher Verzögerungsruck von den Insassen des Fahrzeuges spärbar und sowohl die Trennkupplung als auch das Riemengetriebe werden relativ stark beansprucht, wodurch diese schnell verschleißen.

Aus der DE-OS 23 32 514 ist eine Rückgewinnungsanlage für kinetische Verlustenergie bei einem Fahrzeug bekannt, bei dem die Abtriebswelle des Motors über eine erste Kupplung mit einer Schwungscheibe verbindbar ist, deren Welle mit einem Elektro-Motor-Generator verbunden ist. Die Welle der Schwungscheibe ist außerdem über ein Riemengetriebe mit der Antriebswelle der Fahrzeugräder bzw. einem Getriebe verbunden. Die kinetische Energie der Schwungscheibe und die kinetische Energie der Antriebswelle für die Fahrzeugräder wird jeweils getrennt gemessen, summiert und mit einem bestimmten Sollwert verglichen, um den Motor oder den Elektromotor immer dann anzutreiben, wenn die Summe der kinetischen Energie unter dem Sollwert liegt. Das Riemengetriebe ist mit einem Fahrsteller verbunden, der in eine eine Beschleunigung des Fahrzeuges oewirkende Richtung und in eine eine Bremsung des Fahrzrugs bewirkende, entgegengesetzte Richtung verstellbar ist. Beim Bremsen des Fahrzeuges wird die kinetische Energie an der Antriebswelle für die Fahrzeugräder über das Riemengetriebe auf die Welle für die Schwungscheibe zurückübertragen, um den Elektro-Motor-Generator als Generator zu betreiben und damit elektrische Energie in in der Schwungscheibe vorgesehenen Batterien zu speichern. Sinkt die kinetische Energie an der Welle der Schwungscheibe zu stark ab und soll das Fahrzeug in einen Wartezustand übergehen, wird der Motor von der Welle der Schwungscheibe über die erste Kupplung abgetrennt und die

ίο Schwungscheibe wird von dem Elektro-Motor-Generator in seiner Wirkung als Motor angetrieben, damit zur Beendigung der Wartezeit des Fahrzeuges der Motor mit Hilfe der angetriebenen Schwungscheibe erneut angelassen werden kann, ohne daß dazu der Motor-Anlasser benötigt wird.

Aus der US-PS 34 99 163 ist eine Räckgewinnungsan-Iage für kinetische Verlustenergie bei einem Fahrzeug bekannt, das von einem Eleketromotor angetrieben wird. Beim Loslassen des Beschleunigungspedals wird eine Trennkupplung so betätigt, daß j.ü die Antriebsräder des Fahrzeuges mit der Antriebswelle üines Ladegenerators verbindet, damit dieser elektrische Energie an die Batterien des Fahrzeuges zurückgibt. Die Antriebswelle des Ladegenerators ist dabei mit einer Schwungscheibe ν ^rbunden, die mit einer Kupplungsscheibe der Trennkupplung zusammenwirkt. Damit wirkt der Ladegenerator in Folge seiner relativ schweren Schwungscheibe auch als wirksame Bremseinrichtung für das Fahrzeug, um dieses nach dem Loslassen des Beschleunigungspedals wirksam abzubremsen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rückgewinnungsanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß beim Einsetzen einer Verzögerung des Fahrzeuges kein merkbarer Verzögerungsstoß auftritt und auch der Verschleiß sowohl der Trennkuppiung als auch des Riemengetriebes so niedrig wie möglich ist

Be; einer Rückgewinnungsanlage der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelösL

Die Kopplungseinrichtung mit dem änderbaren Drehmomentverhältnis ist derart ausgelegt, daß unmittelbar beim Beginn eines Herstellens der Verbindung zwischen dem sich noch im Stillstand befindenden. Generator und dem sich drehenden Motor aufgrund des vom Generator aufgebrachten Gegendrehmomentes das Drehmomentverhältnis so geändert wird, daß ein möglichst leichtes und stoßfreies Anlaufen des Generators möglich ist, d. h., daß Übersetzungsverhältnis der Drehzahlen von der Abtriebswelle des Motors auf die der Antriebswelle des Generators zu Beginn der Herstellung der Verbindung so klein wie möglich gemacht wird. Vv enn dann anschließend die Drehzahl des Generators ansteigt, wird das auch von ihm auf d?s Riemengetriebe ausgeübte Gegendrehmoment immer geringer, wodurch da.<n das Drehzahlverhältnis allmählich gesteigert wird, bis es zum Laufen des Generators mit hoher Drehzahl maximal in. Auf diese Weise ist ein leichtes Anlaufen des Generators ohne Auftreten von Verzöge-Fungsstößen möglich, wobei gleichzeitig sowohl die Trennkupplung als auch das gesamte Riemengetriebe geschont werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs, das mit einer Rückgewinnungsanlage für kineti-

sehe Verlustenergie ausgestattet ist,

F i g. 2 schematisch eine elektrische Schaltung zur Steuerung der Trennkupplung aus F i g. 1,

F i g. 3 einen Schnitt der antreibenden und angetriebenen Riemenscheiben aus F i g. 1,

F i g. 4 einen Schnitt eines Teils der angetriebenen Riemenscheibe längs der Linie IV-IV in F i g. 3,

F i g. 5 einen Schnitt von antreibenden und angetriebenen Riemenscheiben bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 6A einen Schnitt eines Teils der angetriebenen Riemenscheibe längs der Linie VI-VI in F i g. 5,

F i g. 6B eine F i g. 6A ähnliche Ansicht, wobei die zweite Scheibe eine größere Entfernung von der kreisförmigen Platte als in F i g. 6A hat,

F i g. 7 einen den F i g. 4,6A und 6B ähnlichen Schnitt zur Verdeutlichung eines Teils einer angetriebenen Riemenscheibe bei einer ersten abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 8 einen den F i g. 4, 6A, 6B und 7 ähnlichen Schnitt zur Verdeutlichung eines Teils einer angetriebenen Riemenscheibe bei einer zweiten, abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

In der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

In F i g. 1 ist ein Kraftfahrzeug gezeigt, das mit einer Rückgewinnungsanlage für kinetische Verlustenergie ausgerüstet ist Eine Brennkraftmaschine bzw. ein Motor 15 ist am Fahrzeug angebracht und hat eine Kurbelwelle, die über eine übliche Kupplung (nicht gezeigt), ein Getriebe 17. ein Achsantriebsgetriebe 22 und seitlich verlaufende Differentialseitenwellen oder Antriebsachsen 23 zum Antreiben der Vorderräder 24 mit den Fahrzeugvorderrädern 24 verbunden ist, um somit auf übliche Weise das Fahrzeug anzutreiben. Das Fahrzeug hat auch Hinterräder 25.

Eine übliche Bremsanlage 26 ist am Fahrzeug vorgesehen, um auf die Fahrzeugräder 24 und 25 Bremskräfte auszuüben. Die Bremsanlage 26 hat ein Bremspedal 266 (siehe F i g. 2). Wenn das Bremspedal 266 niedergedrückt ist, werden die Bremsen des Fahrzeugs angezogen und wirken auf die Fahrzeugräder 24 und 25 ein. Wenn das Bremspedal 266 losgelassen ist, sind auch die Bremsen gelöst.

Ein Bremspedalschalter 26a wird in Abhängigkeit vom Bremspedal 266 betätigt, d. h. der Schalter 26a ist geschlossen, wenn das Bremspedal 266 niedergedrückt ist und er ist offen, wenn das Bremspedal 266 losgelassen ist.

Das Getriebe 17 hat eine Eingangswelle (nicht gezeigt) und eine Ausgangswelie oder eine Hauptwelle 27, die schaltbar über das Getriebe mit der Eingangswelle verbindbar ist Die Eingangswelle ist mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 15 über eine übliche Kupplung verbundea Die Ausgangswelie 27 arbeitet mit einem Achsantriebsgetriebe 22 in üblicher Weise zusammen. Auf diese Weise wird die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 15 auf das Achsantriebsgetriebe 22 über das Getriebe 17 übertragen. Die Antriebsachsen 23 verbinden das Achsantriebsgetriebe 22 mit den Vorderrädern 24, so daß die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 15 schließlich auf die Vorderräder 24 zum Antreiben derselben übertragen wird.

Die Ausgangswelle 27 des Getriebes 17 ist mit einer Abtnebswelle 29 über eine elektrisch betriebene, eine magnetbetriebene oder eine elektromagnetbetriebene Trennkupplung 28 verbunden. Eine antreibende Riemenscheibe 30 ist auf der Abtriebswelle 29 angebracht und arbeitet über einen in Form einer geschlossenen Schleife vorgesehenen V-förmigen Treibriemen 36 mit einer antreibenden Riemenscheibe 37 zusammen. Die Riemenscheibe 37 ist auf einer angetriebenen bzw. Antriebswelle 40 angebracht, die mit einem Generator bzw. Wechselstromgenerator 46 verbunden ist. Wenn sich die Antriebswelle 40 dreht, erzeugt der Generator 46 elektrische Energie. Auf diese Weise ist die Ausgangswelle 27 des Getriebes 17 mit dem Generator 46 verbunden, um diesen anzutreiben. Eine Schwungscheibe 47 ist auf der Antriebswelle 40 angebracht.

Wie es in F i g. 2 gezeigt ist, ist eine Steuerwicklung 28a der Trennkupplung 28 elektrisch mit einer Fahrzeugbatterie 11 über den Bremspedalschalter 26a verbunden. Die Steuerwicklung 28a wird daher erregt, wenn das Bremspedal 266 niedergedrückt wird und sie wird entregt, wenn das Bremspedal 266 losgelassen wird. Die Trennkupplung 28 ist im Eingriff, wenn die Steuerwicklung 28a erregt wird, und sie ist ausgerückt, wenn die Steuerwicklung 28a entregt ist. Die Trennkupplung 28 ist daher eingerückt, wenn das Bremspedal 266 niedergedrückt wird, und sie ist ausgerückt, wenn das Bremspedal 266 losgelassen ist. Wenn daher das Bremspedal 266 niedergedrückt wird, ist der Generator 46 mit der Ausgangswelle 27 des Getriebes 17 verbunden, um angetrieben zu werden, und er erhält ein Drehmoment oder kinetische Energie von dem Vorderradantriebste.l und dem Fahrzeug. Wenn das Bremspedal 266 losgelassen wird, wird die Antriebsverbindung des Generators 46 mit der Getriebeausgangswelle 27 unterbrochen und folglich belastet der Generator 46 nicht den Vorderradantriebsteil und insbesondere nicht die Brennkraftmaschine 15.
Wie am besten aus F i g. 2 zu ersehen ist, ist der Generator 46 mit Hilfe einer Gleichrichterschaltung 46a mit der Batterie 11 verbunden, um der Batterie 11 elektrische Energie zuzuführen. Die vom Generator 46 erzeugte elektrische Energie wird daher in der Batterie 11 gespeichert und dient zum Betreiben von anderen elekfrischen Verbrauchern (nicht gezeigt) des Fahrzeugs, wie z. B. der Scheinwerfer und der Zündanlage.

Nach F i g. 3 hat die Riemenscheibe 30 konische und parallel angeordnete erste und zweite Scheiben 31 und 32 mit gleichem Durchmesser. Die erste Scheibe 31 hat eine Achse 31a, die sich vom Mittelteil einer Endfläche der Scheibe 31 axial erstreckt und die ein Stück mit der Abtriebswelle 29 koaxial zu dieser bildet. Ein Keil 316 ist auf dem Außenumfang der Achse 31a ausgebildet. Eine Keilnutöffnung 32a ist parallel zur Mittelachse der zweiten Scheibe 32 vorgesehen und nimmt den K -il 316 auf. Die zweite Scheibe 32 ist über die Keilnuten in Eingriff mit der ersten Scheibe 31 und läßt sich daher in axialer Richtung relativ zur ersten Scheibe 31 bewegen, wenn sich die erste Scheibe 31 dreht. Die einander zugewandten Endflächen der ersten und zweiten Scheibe 31 und 32 sind jeweils mit konischen Flächen 31c und 326 gleicher Abmessungen versehen. Die konischen Flächen 31c und 326 begrenzen eine Treibriemennut der Riemenscheibe 30, die im Querschnitt V-förmig ist Ein Stützring 33 ist auf der Achse 31a über einen Schnappring 35 angebracht, der auf der Abtriebswelle 29 aufgesetzt ist Tatsächlich ist der Stützring 33 zwischen einer ringförmigen Schulter der Abtriebswelle 29 und dem Schnappring 35 angeordnet, um fest mit der Abtriebsweile 29 verbunden zu werden. Der Stützring 33 kann mit der zweiten Scheibe 32 im Eingriff sein, um dessen axiale Bewegung in Richtung von der ersten Scheibe 31 fort zu begrenzen. Der innere kreisförmige Rand einer

konischen Scheibenfeder 34 ist im Eingriff mit dem Stützring 33 und ihr äußerer kreisförmiger Rand ist im Eingriff mit der Endfläche der zweiten Scheibe 32, die von der ersten Scheibe 31 entfernt liegt, um die zweite Scheibe 32 in Richtung auf die erste Scheibe 3i zu drükken. Der V-förmige Treibriemen 36 paßt in die Treibriemennut der Riemenscheibe 30, um in Eingriff mit derselben zu sein. Eine axiale Verschiebung der zweiten Scheibe 32 relativ zur ersten Scheibe 31 ändert den Berührungsradius zwischen dem V-förmigen Treibriemen 36 und der Riemenscheibe 30 und änden somit den wirksamen Durchmesser der Riemenscheibe 30.

Die angetriebene Riemenscheibe 37 enthält konische und parallel angeordnete erste und zweite Scheiben 38 und 39, die gleichen Durchmesser haben und die im wesentlichen gleich wie die Scheiben 31 und 32 der Riemenscheibe 30 ausgebildet sind. Die erste Scheibe 38 hat einen Vorsprung 386, der sich in axialer Richtung von dem Mittelteil einer ihrer Endflächen erstreckt. Eine zentrische öffnung 38a ist koaxial in der ersten Scheibe 38 und dem Vorsprung 386 vorgesehen. Die Antriebswelle 40 geht koaxial durch die öffnung 38a hindurch. Die innere Fläche der ersten Scheibe 38 hat ein Paar von gegenüberliegenden ringförmigen abgestuften Teilen 38c an ihren Enden. Ein Paar Lager 41 ist in die stufenförmigen Teile 38c eingesetzt und liegt auf der Antriebswelle 10, um die erste Scheibe 38 auf der Antriebswelle 40 drehbar zu lagern. Die abgestuften Teile 38c begrenzen die Axialbewegungen der Außenlaufrirge der Lager 41. Eine Hülse 42 ist um die Antriebswelle 40 passend angebracht und zwischen den lnnenlaufringen der Lager 41 angeordnet. Die Antriebswelle 40 hat eine Schulter 40a, auf der der Innenlaufring des Lagers 41 innerhalb der ersten Scheibe 38 sitzt. Die Schulter 40a begrenzt die Axialbewegung des Innenlaufrings des zugeordneten Lagers 41.

Die zweite Scheibe 3§ ist koaxial zu einer öffnung 39a vorgesehen, die eng passend den Vorsprung 38b der ersten Scheibe 38 aufnimmt, so daß die zweite Scheibe 39 auf dem Vorsprung 3Sb der ersten Scheibe 38 gleitbeweglich angebracht ist. Die zweite Scheibe 39 hat einen Vorsprung 39b, der sich koaxial von der von der ersten Scheibe 38 entfernt liegenden Endflächen erstreckt und der eine koaxiale Ausnehmung 39e mit einem kreisförmigen Querschnitt am entfernt liegenden Ende hat. Der Durchmesser der Ausnehmung 39? ist größer als jener der öffnung 39a, die sich zum Grund der Ausnehmung 39e hin öffnet. Der Vorsprung 386 erstreckt sich in die Ausnehmung 39e, endet aber in dieser. Die Antriebswelle 40 erstreckt sich durch die Ausnehmung39e.

Eine Mutter 43 und eine kreisförmige Platte 44 sind koaxial auf der Antriebswelle 40 angebracht und in der Ausnehmung 39e aufgenommen. Die Mutter 43 ist im Gewindeeingriff mit der Antriebswelle 40 und kommt zur Anlage an der kreisförmigen Platte 44, um die kreisförmige Platte 44 verstellbar gegen die Endfläche des Innenlaufrings des Lagers 41 am entfernt liegenden Ende des Vorsprungs 386 zu drücken. Da die Schulter 40a die Axialbewegung des innenlaufrings des benachbarten Lagers 41 begrenzt und die Hülse 42 zwischen den lnnenlaufringen der Lager 41 angeordnet ist, kann die Mutter 43 die kreisförmige Platte 44 gegen die Schulter 40a der Antriebswelle 40 über die Innenlaufringe der Lager 41 und die Hülse 42 drücken. Daher kann die kreisförmige Platte 44 fest mit der Antriebswelle 40 durch Anziehen der Mutter 43 verbunden und an dieser festgelegt werden. Da die Lager 41 in den zugeordneten, abgestuften Teilen 38c ruhen, verhindern sie eine Axialbewegung der ersten Scheibe 38 relativ zur Antriebswelle 40, wenn die Mutter 43 angezogen wird.

Die einander zugewandten Endflächen der ersten und zweiten Scheiben 38 und 39 sind jeweils mit konischen Flächen 3Sd und 39c versehen, die an ihren äußeren Teilen gleiche Abmessungen haben. Die konischen Flächen 3Sd und 39c begrenzen eine Treibriemennut der Riemenscheibe 37 und greift in dieselbe ein. Der V-förmige Treibriemen verbindet daher die Riemenscheibe 30 mit der Riemenscheibe 37. Da die zweite Scheibe 39 auf dem Vorsprung 386 der ersten Scheibe 38 gleitbeweglich angebracht ist, kann sich die zweite Scheibe 39 axial relativ zur ersten Scheibe 38 bewegen.

Eine Axialbewegung der zweiten Scheibe 39 relativ zur ersten Scheibe 38 ändert den Berührungsradius zwischen dem V-förmigen Treibriemen 36 und der Riemenscheibe 37 und ändert daher auch den wirksamen Durchmesser der Riemenscheibe 37. Die Riemercscheiben 30 und 37 sind zueinander ausgerichtet und bilden mit dem Treibriemen 36 die Kopplungseinrichtung. Der Mittelabstand zwischen den Riemenscheiben 30 und 37 ist festgelegt, da die Wellen 29 und 40 starr am Fahrgestell des Fahrzeugs gelagert sind. Der V-förmige Treibriemen 36 ist steif und seine Länge im wesentlichen unveränderlich. Der feste Mittelabstand zwischen den Riemenscheiben 30 und 37 und die unveränderliche Länge des V-förmigen Treibriemens 36 bewirken, daß der wirksame Durchmesser einer der Riemenscheibe 30 und 37 jenen der anderen Riemenscheibe vergrößert oder verkleinert.

Einander gleiche starre Kugeln 45 sind zwischen der kreisringförmigen Platte 44 und der zweiten Scheibe 39 vorgesehen und in der Ausnehmung 39e aufgenommen.

Wie am besten aus F i g. 4 zu ersehen ist, in der der Pfeil A die Umfangsrichtung und der Pfeil ß die Axialrichtung bezüglich der Antriebswelle 40 bezeichnen, sind die gegenüberliegenden Endflächen der kreisförmigen Platte 44 und der zweiten Scheibe 39 mit Paaren von gegenüberliegenden Nuten 44a und 39c/ jeweils versehen, die sich bezüglich der Antriebswelle 40 in radialer Richtung erstrecken und die beidseitig symmetrische, V-förmige Querschnitte haben. Die Nuten 44a sind gleich ausgebildet und in regelmäßigen Winkelabständen in Umfangsrichtung bezüglich der Antriebswelle 40 angeordnet. Die Nuten 39c/ sind ähnlich, jedoch den Nuten 44a gegenüberliegend, angeordnet. Jede Kugel 45 ist zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Nuten 44a und 39d festgehalten. Die Kugeln 45 bringen daher die zweite Scheibe 39 in Eingriff mit der kreisförmif en Platte 44 und ermöglichen eine axiale Bewegung der zweiten Scheibe 39 relativ zu der ersten Scheibe 38. Die Größe der Kugeln 45 ist so gewählt, daß eine direkte Berührung zwischen der zweiten Scheibe 39 und der kreisförmigen Platte 44 verhindert wird und daß der Umfangseingriff der zweiten Scheibe 39 mit der kreisförmigen Platte 44 selbst dann aufrechterhalten wird, wenn die zweite Scheibe 39 sich zur Trennungsgrenze von der kreisförmigen Platte 44 hinbewegt Die Radialabmessungen der Nuten 44a und 39c/ sind im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Kugeln 45, so daß Radialverschiebungen der Kugeln 45 verhindert werden.
Tatsächlich begrenzen der Vorsprung 396 der zweiten Scheibe 39 die kreisförmige Platte 44 und der Vorsprung 386 der ersten Scheibe 38 radiale stirnseitige Enden der Nuten 44a und 39c/, und sie können im wesentlichen in Berührung mit den Kugeln 45 sein, um

|i Radialverschiebungen derselben zu verhindern.

S:i Wenn das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwin-

'"^; digkeit fährt oder beschleunigt wird und somit das

U Bremspedal 26b losgelassen ist, koppelt die Trennkupp-

|i lung 28 die Abtriebswelle 29 von der Ausgangswelle 27

jij des Getriebes 17 ab, so daß die Abtriebswelle 29 und die

li Riemenscheibe 30 stillstehen. Dabei liegen die erste und

ti die zweite Scheibe 31 und 32 so nahe wie möglich infol-

jif ge der Kraft der Feder 34 beieinander. Daher ist der

j$ wirksame Durchmesser der Riemenscheibe 30 am größten, während jener der Riemenscheibe 37 am kleinsten ist.

ν Wenn das Bremspedal 26b niedergedrückt wird, so

i kommt die Bremsanlage 26 in Wirkung, um das Fahrzeug zu bremsen und die Trennkupplung 28 verbindet j/ die Abtriebswelle 29 mit der Ausgangswelle 27 des Ge-

|*i triebes 17. Der Eingriffszustand der Abtriebswelle 29

tJ mit der Ausgangswelle 27 bewirkt, daß der Generator

pj 46 mit der Ausgangswelle 27 verbunden ist und ein

ii; Drehmoment vom Vorderradantrieb erhält. Daher be-

|fi ginnt der Generator 46 elektrische Energie zu erzeugen

P und belastet den Vorderradantrieb und das Fahrzeug.

.| Der Eingriffszustand der Trennkupplung 28 bewirkt,

!' daß die Schwungscheibe 47 sich zu drehen beginnt So-

£; mit übt die Schwungscheibe 47 eine Belastung auf den

I Vorderradantrieb und das Fahrzeug aus. Diese BeIa-

i, stungen resultieren vom Antreiben des Generators 46

Jf und die Schwungscheibe 47 unterstützt das Bremsen des

^. Fahrzeugs. Die vom Generator 46 erzeugte elektrische

[■. Energie wird in der Batterie 11 über den Gleichrichter

{ 46a gespeichert und wird zum Speisen von anderen

I' elektrischen Verbrauchern genutzt

ί- Während das Bremspedal 26b niedergedrückt ist,

h wird das Drehmoment oder die kinetische Energie vom

·;' Vorderradantrieb auf den Generator 46 über die Aus-

: gangswelle 27, die Trennkupplung 28, die Abtriebswelle

f 29, die Riemenscheibe 30, den V-förmigen Treibriemen

36, die Riemenscheibe 37 und über die Antriebswelle 40 ' übertragen. Insbesondere wird das Drehmoment auf

der Abtriebswelle 29 und der Riemenscheibe 30 auf die Riemenscheibe 37 über den V-förmigen Treibriemen 36 '■. und weiter auf die Antriebswelle 40 über die zweite

Scheibe 39, die Kugeln 45 und die kreisförmige Platte 44 ;;; übertragen.

tj Zu Beginn des Eingriffszustandes der Trennkupplung

fe 28 tritt eine Reaktionskraft auf, die über die Riemen-

jgi scheiben 30 und 37 usw. auf die Trennkupplung 28 über-

§i tragen wird da der Generator 46 und die Schwungscheibe 47 zu Beginn in Ruhe sind. Insbesondere wird die Reaktionskraft von den geneigten Flächen jeder Nut 44a auf die zugeordnete Kugel 45 und weiter auf die in Durchmesserrichtung gegnüberliegende geneigte Fläche der Nut 39</ übertragen. Die Vektorsumme der Kräfte der Reaktionskraft, die auf jede Kugel 45 über die diametral gegenüberliegenden beiden Flächen der Nuten 44a und 39d ausgeübt wird, Legt in einer solchen Richtung, daß die Kugel 45 von der Gabelung der Nut 44a längs der geneigten Fläche fortbewegt wird. Wenn die Reaktionskraft ausreichend groß ist, bewegt die resultierende Kraft jede Kugel 45 von der Gabelung der Nut 44a längs der geneigten Fläche fort Somit bewegen sich die Kugeln 45 von der kreisförmigen Platte 44 fort und verschieben die zweite Scheibe 39 in Richtung auf die erste Scheibe 38 in axialer Richtung und vergrößern den wirksamen Durchmesser der Riemenscheibe 37. Da jede Kugel 45 längs einer der geneigten Flächen der zugeordneten Nut 44a und daher in Umfangsrichtung relativ zu der kreisförmigen Platte 44 bewegt wird, wird auch die zweite Scheibe 39 geringfügig in Umfangsrichtung relativ zu der kreisförmigen Platte 44 verschoben, während sich die Kugeln 45 bewegen. Die Drehlagerung der ersten Scheibe 38 durch die Lager 41 ermöglicht diese relative Umfangsverschiebung der zweiten Scheibe 39, während der V-förmige Treibriemen 36 die zweite Scheibe 39 fest an der ersten Scheibe 38 hält.

Die Vergrößerung des wirksamen Durchmessers der Riemenscheibe 37 bewirkt, daß der V-förmige Treibriemen 36 um die Riemenscheibe 30 radial in Richtung auf die Abtriebswelle 29 bewegt wird, während die zweite Scheibe 32 von der ersten Scheibe 31 fort gegen die Kraft der Feder 34 in axialer Richtung verschoben wird, um hierdurch den wirksamen Durchmesser der Riemenscheibe 30 zu verringern. Diese Änderungen der wirksamen Durchmesser der Riemenscheibe 30 und der Riemenscheibe 37 verringern das Drehzahlverhältnis der Kopplungseinrichtung oder vergrößert das Drehmo mentverhältnis, wodurch das Anlaufen der Riemenscheibe 37, des Generators 46 und der Schwungscheibe 47 erleichtert wird. Dadurch wird verhindert, daß der V-förmige Treibriemen auf den Riemenscheiben 30 und 37 durchrutscht, so daß dessen Standfestigkeit verbessert wird.

Wenn die Drehzahl der Antriebswelle 40 größer wird, nimmt die Reaktionskraft über die Riemenscheibe 37 ab. Die Abnahme der Reaktionskraft ermöglicht, daß die Kugeln 45 zur kreisförmigen Platte 44 zurückkehren, und sie ermöglicht auch, daß die zweite Scheibe 39 von der ersten Scheibe 38 durch die Kraft der Feder 34 fortbewegt wird, die über die zweite Scheibe 32 der Riemenscheibe 30 und den V-förmigen Treibriemen 36 übertragen wird. Durch die Zunahme der Drehzahl der Antriebswelle 40 wird daher der wirksame Durchmesser der Riemenscheibe 37 verringert und jener der Riemenscheibe 30 infolge der Kraft der Feder 34 vergrößert Diese Änderungen bei den wirksamen Durchmessern der Riemenscheibe 30 und der Riemenscheibe 37 vergrößern das Drehzahlverhältnis der Kopplungseinrichtung oder verringern das Drehmomentverhältnis, wodurch das Drehen der Antriebswelle 4o mit hoher Drehzahl und daher der Hochleistungsbetrieb des Generators 46 erleichtert werden.
Wenn das Bremspedal 26b losgelassen wird, löst die Trennkupplung 28 die Abtriebswelle 29 von der Ausgangswelle 27 des Getriebes 17. Somit üben der Generator 46 und die Schwungscheibe 47 keine Belastung auf den Vorderradantrieb und insbesondere nicht auf die Brennkraftmaschine 15 aus. Nach dem Ausrücken der Trennkupplung 28 kann die Schwungscheibe 47 sich infolge ihrer Trägheit weiterdrehen und treibt den Generator 46 an.

Auf diese Weise bilden die Riemenscheibe 30 und die Riemenscheibe 37 sowie der V-förmige Treibriemen 36 die Kopplungseinrichtung, die ein sich automatisch änderndes Drehzahlverhältnis oder Drehmomentverhältnis ermöglicht

Hierdurch wird die wirksame Übertragung der kinetischen Energie von dem Vorderradantrieb und dem Fahrzeug auf den Generator 46 und die Schwungscheibe 47 gewährleistet, wenn das Fahrzeug gebremst werden soll.

Die F i g. 5,6A und 6B zeigen einen wesentlichen Teil einer zweiten Ausführungsform, die auf ähnliche Weise wie die zuvor beschriebene erste Ausführungsform ausgelegt ist Hier sind folgende Unterschiede vorhanden:

Ein Ring 50 ist koaxial zwischen der kreisförmigen Platte 44 und der zweiten Scheibe 39 der Riemenscheibe

37 vorgesehen.

Wie sich am besten den F i g. 6A und 6B entnehmen läßt, in denen der Pfeil A die Umfangsrichtung und der Pfeil B die Axialrichtung bezeichnen, ist der Umfang der Fläche der kreisförmigen Platte 44, der Her zweiten Scheibe 39 gegenüberliegt, mit einer Vielzahl von radial verlaufenden Nuten 44a mit beidseitig symmetrischen. V-förmigen Querschnitt versehen. Diese Nuten 44a sind in gleichen Winkelabständen in Umfangsrichtung angeordnet. Die Oberfläche der zweiten Scheibe 39, die der kreisförmigen Platte 44 gegenüberliegt, ist mit einer Vielzahl von Nuten 39t/ versehen, die ähnlich wie die Nuten 44a ausgebildet sind.

Beide Flächen des Rings 50 sind mit radial verlaufenden Nuten 50a und 50b mit beidseitig symmetrischen, V-förmigen Querschnitt versehen, so daß das Umfangsprofil des Rings 50 zickzackförmig ist und jenes der gegenüberliegenden Flächen des Rings 50 beidseitig symmetrische. V-förmige Vorsprünge 50c und 5Od hat. Die Vorsprünge 50c auf der Fläche, die der zweiten Scheibe 39 gegeüberliegt, passen zu den zugeordneten Nuten 39c/ und werden in diesen aufgenommen. Die Vorsprünge 50c/ auf der anderen Fläche, die der kreisförmigen Platte 44 gegenüberliegt, passen in zugeordnete Nuten 44a und sind in diesen aufgenommen. Der Ring 50 verbindet somit die kreisförmige Platte 44 mit der zweiten Scheibe 39 in Umfangsrichtung, während eine Axialbewegung der zweiten Scheibe 39 zugelassen wird.

Wie sich leicht aus F i g. 6B entnehmen läßt, ergibt sich die Drehkraft F, die auf die kreisförmige Platte 44 ausgeübt wird, durch folgende Gleichung:

F = Psin θ + μ Pcos θ

wobei P die Kraft ist, die auf den Ring 50 von den geneigten Flächen der Nuten 44 ausgeübt wird und senkrecht zu den geneigten Flächen wirkt,

μ = der Reibungskoeffizient und

θ = der Neigungswinkel der Flächen u. .i'uten 506 bezüglich einer Ebene senkrecht zu den Mittelachsen des Rings 50 und der kreisförmigen Platte 44 ist.

Der Ring 50 übt eine Kraft Q auf die zweite Scheibe 39 in einer solchen Richtung aus, daß die zweite Scheibe 39 von der kreisförmigen Platte 44 fortbewegt wird. Die Kraft Q ergibt sich durch folgende Gleichung:

Q = Pcos θ - μ sin θ

Da die Winkelauslejung der Nuten 50a ähnlich jener der Nuten 50b ist, ergeben sich diese symmetrischen Verhältnisse. Die Zusammenfassung beider Gleichungen ergibt:

Q = F χ (1 -μ tan 0)/(tan θ +μ).

Somit ist die Kraft Q proportional zur Kraft F. Die Kraft Q gleicht die Kraft der Feder 34 aus. Wenn die Kraft Q grosser wird, bewegt sich der Ring 50 beispielsweise von einer in F i g. 6A gezeigten Stellung in eine in F i g. 6B gezeigte Stellung, so daß die zweite Scheibe 39 sich axiai der ersten Scheibe 38 nähert, indem der wirksame Durchmesser der Riemenscheibe 37 vergrößert wird, während jener der Riemenscheibe 30 verkleinert wird. Wenn die Kraft Q abnimmt, bewegt sich die zweite Scheibe 39 in Gegenrichtung, wodurch der wirksame Durchmesser der Riemenscheibe 37 verringert wird, während jener der Riemenscheibe 30 vergrößert wird. Daher arbeitet die zweite Ausführungsform auf ähnliehe Weise wie die zuvor beschriebene ers.e Ausführungsform.

F i g. 7 zeigt eine erste abgewandelte Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels. Die wesentlichen Unterschiede hierbei sind darin zu sehen, daß die Oberfläche der kreisförmigen Platte 44, die der zweiten Scheibe 39 einer Riemenscheibe 37 (siehe F i g. 3) gegenüberliegt, eben ist, und daß die gegenüberliegenden Flächen jeder Nut 39c/ in der zweiten Scheibe 39 bezüglich einer Ebene senkrecht zur Mittelachse der zweiten Scheibe 39 mit unterschiedlichen Winkeln θ\ und ft geneigt sind. Die Abmessungen jeder Kugel 45 sind so gewählt, daß die Kugel 45 nicht die größere Fläche der zugeordneten Nut 39c/ berührt, wenn die Kugel 45 sowohl die kreisförmige Platte 44 als auch die kleinere Fläche der Nut 39c/ berührt.

Wenn sich die zweite Scheibe 39 relativ zur kreisförmigen Platte 44 in der mit dem Pfeil A ι in F i g. 7 angegebenen Richtung dreht, wird das Drehmoment nicht auf die kreisförmige Platte 44 übertragen, da die Kugeln 45 sich drehen und eine freie relative Drehbewegung der zweiten Scheibe 39 zulassen. Wenn die zweite Scheibe 39 sich relativ zu der kreisförmigen Platte 44 in der Gegenrichtung A₂ dreht, werden die Kugeln 45 in enge Berührung sowohl mit der kreisförmigen Platte 44 als auch mit der zweiten Scheibe 39 gedrückt, wobei eine starke Gleitreibung zwischen der kreisförmigen Platte 44 und den Kugeln 45 auftritt. Daher wird ein Drehmoment auf die kreisförmige Platte 44 übertragen. Auf diese Weise arbeitet diese Kopplungseinrichtung

ähnlich wie eine Einwegkupplung, indem eine Übertragung der kinetischen Energie einer Schwungscheibe 47 (siehe F i g. i) auf einen Vorderradantrieb und ein Fahrzeug (siehe Fig. 1) verhindert wird.

F i g. 8 zeigt eine zweite abgewandelte Ausführungs-

form des zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Die wesentlichen Unterschiede dieser abgewandelten Ausführungsform liegen darin, daß die Oberfläche der kreisförmigen Platte 44, die der zweiten £<-heibe 39 der Riemenscheibe 37 (siehe F i g. 3) gegenüberliegt, eben ausgebildet ist und daß die Kugeln 45 jeweils in Nuten 39c/mit beidseitig gegenüberliegenden geneigten Flächen mit gleicher Neigung B aufgenommen sind. Diese Auslegung gewährleistet, daß die Übertragung des Drehmoments von der zweiten Scheibe 39 auf die kreisförmige Platte 44 gewährleistet wird, daß aber die Übertragung des Drehmoments von der kreisförmigen Platte 44 auf die zweite Scheibe 39 verhindert wird. Somit arbeitet diese Ausführungsform ähnlich wie die zuvor beschriebene erste abgewandelte Ausführungs-

form.

Als weitere nicht dargestellte Abwandlungen brauchen beispielsweise die Kugeln 45 bei der ersten Ausfühningsform nicht notwendigerweise auf eine vollständige kugelförmige Gestalt beschränkt zu sein, sondern sie können zwei gegenüberliegende ebene Flächen haben. Zusätzlich kann eine Riemenscheibe, die den gleichen Aufbau wie die Riemenscheibe 30 hat, auf der angetriebenen Seite verwendet werden, während eine Riemenscheibe, die denselben Aufbau wie die Riemenscheibe 37 hat, auf der Abtriebsseite verwendet werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rückgewinnungsanlage für kinetische Verlustenergie bei einem Fahrzeug, das einen das Fahrzeug antreibenden Motor aufweist, mit

a) einem mit dem Motor (15) verbundenen Generator (46),

b) einer in der Verbindung zwischen Generator und Motor vorgesehenen Kopplungseinrichtung und

c) einer in der Verbindung zwischen Generator und Motor vorgesehenen Trennkupplung (28), die darauf anspricht, ob eine Bremsung des Fahrzeugs erforderlich ist oder nicht, um die Verbindung zwischen Generator und Motor zuzulassen, wenn eine Bremsung erforderlich ist, und die Verbindung nicht zuzulassen, wenn eine Bremsung nicht erforderlich ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

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d) die Kopplungseinrichtung (30,36,37) ein änderbares Drehmomentverhältnis hat, das sich in Abhängigkeit von der Drehzahl des Generators (46) gegenüber der des Motors (15) ändert, und

e) die Änderung des Drehmomentverhältnisses derart erfolgt, daß beim Beginn eines Herstellens der Verbindung zwischen dem im Stillstand gewesenen Generator (46) und dem sich drehenden Motor (15) das Prehmomentverhältnis Werte hat, die das Anlaufen des Generators erleichtern, und beim Ansteigen der Drehzahl des Generators gegenüber der des Motors das Drehmomentverhältnis Werte hat, die den Betrieb des Generators mit hohen Drehzahlen erleichtern.

Z Rückgewinnungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung (30, 36, 37) erste und zweite Riemenscheibe (30, 37) mit jeweils änderbaren wirksamen Durchmessern und einen in Form einer geschlossenen Schleife um die beiden Riemenscheiben gelegten Treibriemen (36) umfaßt, daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten der ersten und zweiten Riemenscheiben (30,37) fest ist, daß die Länge des Treibriemens (36) konstant ist, daß der wirksame Durchmesser der ersten Riemenscheibe (30) größer wird, wenn so jener der zweiten Riemenscheibe (37) kleiner wird und umgekehrt, und daß die erste Riemenscheibe (30) mit der Trennkupplung (28) und die zweite Riemenscheibe (37) mit dem Generator (46) verbunden ist.

3. Rückgewinnungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Riemenscheibe (30) eine Abtriebswelle (29,31a) aufweist, die mit der Trennkupplung (28) verbunden ist, daß gegenüberliegende erste und zweite Scheiben (31,32) vorgesehen sind, daß die erste Scheibe (31) starr auf der Abtriebswelle (29, 31a) angebracht ist, die zweite Scheibe (32) mit der Abtriebswelle über eine Keilnut (32a,) drehfest und axial verschiebbar verbunden ist, und daß die erste und zweite Scheibe einander zügewandte konische Flächen (31c, 32b) haben, die eine Umfangsnut mit V-förmigem Querschnitt begrenzen, in der der Treibriemen (36) aufgenommen ist, wobei eine Feder (34) sowohl mit der Abtriebswelle (29,31a) als auch der zweiten Scheibe (32) im Eingriff steht, um die zweite Scheibe in Richtung zur ersten Scheibe zu drücken.

4. Rückgewinnungsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Riemenscheibe (37) eine Antriebswelle (40) aufweist, die mit dem Generator (46) verbunden ist, daß gegenüberliegende erste und zweite Scheiben (38 und 39) vorgesehen sind, daß die erste Scheibe (38) auf der Antriebswelle drehbeweglich und axial fest angebracht ist, daß eine Verbindungseinrichtung (44,45,50) vorgesehen ist, die die zweite Scheibe (39) mit der Antriebswelle (40) derart verbindet, daß die zweite Scheibe (39) sich in axialer Richtung bezüglich der Antriebswelle (40) bewegen und sich mit ihr drehen kann, wobei der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Scheibe veränderlich ist, und daß die ersten und zweiten Scheiben einander zugewandte konische Flächen (38ci 39c) haben, die eine Umfangsnut mit v-förmigem Querschnitt zur Aufnahme des Treibriemens (36) bilden.

5. Rückgewinnungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung eine kreisförmige Platte (44), die starr auf der Antriebswelle (40) angebracht ist, uad ein zwischengeschaltetes Element (45, 50) aufweist, das mit der zweiten Scheibe (39) und auch mit der kreisförmigen Platte (44) gleitbeweglich im Eingriff steht, um die zweite Scheibe mit der Antriebswelle (40) verbinden.

6. Rückgewinnungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischengeschaltete Element eine Kugel (45) ist und daß die kreisförmige Platte (44) und die zweite Scheibe (39) einander gegenüberliegende Nuten (44a, 39d) zur Aufnahme der Kugel (45) haben.

7. Rückgewinnungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenäberliegenden Nuten (44a, 39d) in radialer Ric^iung verlaufen und einen V-förmigen Querschnitt haben.

8. Rückgewinnungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Platte (44) und die zweite Scheibe (39) Nuten (44a, 39c/) jeweils an ihren einander zugewandten Flächen haben und daß das zwischengeschaltete Element ein Ring (50) mit zickzackförmigem Profil und solchen Abmessungen ist, daß er in den Nuten aufnehmbar ist.

9. Rückgewinnungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (44a, 39d) der kreisförmigen Platte (44) und der zweiten Scheibe (39) in radialer Richtunj verlaufen und einen V-förmigen Querschnitt haben.

10. Rückgewinnungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischengeschaltete Element eine Kugel (45) ist, die sowohl die kreisförmige Platte (44) als auch die zweite Scheibe (39) berührt, daß die zweite Scheibe (39) eine Nut (39d) zur Aufnahme der Kugel (45) hat und daß die kreisförmige Platte (44) eine ebene Fläche hat, die die Kugel (45) berührt.

11. Rückgewinnungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (39d) in radialer Richtung verläuft und einen beidseitigen symmetrischen, V-förmigen Querschnitt hat.

12. Rückgewinnungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (390^ in radialer Richtung verläuft und einen V-förmigen Querschnitt

hat und daß die gegenüberliegenden Flächen der Nut (39d) jeweils unterschiedliche Neigungen haben. 13. Rückgewinnungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwungscheibe (47) mit der Kopplungseinrichtung (30, 36, 37) zum gemeinsamen Antreiben mit dem Generator (46) verbunden ist