DE3523999A1

DE3523999A1 - Variable drehzahluebersetzungsvorrichtung fuer eine lichtmaschine eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE3523999A1
Application number: DE19853523999
Authority: DE
Inventors: Pier Carlo San Donato Milanese Boffelli
Original assignee: Baruffaldi Frizioni SpA
Current assignee: Baruffaldi Frizioni SpA
Priority date: 1984-07-05
Filing date: 1985-07-04
Publication date: 1986-02-06
Also published as: IT1174250B; IT8421766A0

Description

Beschreibung
Von Brennkraftmaschinen angetriebene Kraftfahrzeuge benötigen einen elektrischen Generator, d.h. eine Lichtmaschine zum Aufladen der Batterie sowie für den Betrieb von verschiedenen im Fahrzeug eingebauten elektrischen Einrichtungen. Die Lichtmaschine ist gewöhnlich über einen Riemen von der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs angetrieben, so daß also ihre Drehzahl der der Brennkraftmaschine proportional ist.
Die niedrigste Drehzahl einer Brennkraftmaschine liegt gewöhnlich bei etwa 750 U/min Bei dieser Drehzahl liefert die Lichtmaschine jedoch keinen ausreichenden Strom für das Laden der Batterie, insbesondere wenn es sich um eine Wechselstrom-Lichtmaschine handelt. Der Antrieb der Lichtmaschine arbeitet gewöhnlich mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:2, wobei dann die niedrigste Drehzahl von 1500 U/min auch bei Verwendung einer Wechselstrom-Lichtmaschine sehr niedrig ist, während bei der Höchstdrehzahl des Motors, welche z.B. 7000 U/min betragen kann, aufgrund dieser über setzung sehr hohe mechanische Belastungen an der Lichtmaschine auftreten, welche auch die elektrischen Betriebseigenschaften beeinträchtigen können.
Es stellt sich also das Problem, die Lichtmaschine bei niedrigen Drehzahlen des Motors, wie sie häufig und insbesondere im Stadtverkehr auftreten, mit einer zum Laden der Batterie ausreichenden Drehzahl anzutreiben und bei hohen Drehzahlen des Motors überig hohe Drehzahlen der Lichtmaschine und die sich daraus ergebenden Nachteile hinsichtlich des mechanischen und elektrischen Betriebsverhaltens zu vermeiden. Zu diesem Zwecke können zwar Drehzahlwandler oder auch Schleppkupplungen verwendet werden, derartige Vorrichtungen haben jedoch einen komplizierten Aufbau und im Hinblick auf die zu übertragende Antriebsleistung relativ große Abmessungen, so daß ihre Unterbringung im Bereich der Lichtmaschine auf SchwierigHiter. stößt.
Ein Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer variablen Drehzahl-Übersetzungsvorrichtung für eine Lichtmaschine, welche bei hohe mechanischer Betriebssicherheit eine kompakte Bauweise aufweist, so daß sie ohne nennenswerte Änderungen an der Konstruktion einer Brennkraftmaschine für die Lichtmaschine derselben verwendbar ist.
Eine solche Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie bei niedrigen Motordrehzahlen den Antrieb der Lichtmaschine mit einer genügend hohen Drehzahl gewährleistet und bei hohen Motordrehzahlen die Drehzahl der Lichtmaschine begrenzt, wobei der Übergang von dem einen in den anderen Betriebszustand vorzugsweise automatisch erfolgt.
Die Erfindung erreicht diese und weitere Ziele durch die Schaffung einer variablen Drehzahlübersetzungsvorrichtung für eine Lichtmaschine eines Kraftfahrzeugs od. dergl.
in Form eines Planetengetriebes, dessen wenigstesn ein Planetenrad tragender Steg starr mit einer über einen Treibriemen vom Motor desfFahrzeugs angetriebenen Riemenscheibe verbunden ist, dessen Sonnenrad starr auf der Welle der Lichtmaschine befestigt ist und dessen Außenrad über einen Freilauf mit der Welle der Lichtmaschine verbunden ist, mit einem starr mit dem Körper der Lichtmaschine verbundenen, zum Abbremsen des Außenrads betätigbaren Bremselement sowie mit Einrichtungen für die Betätigung des Bremselements in Form von auf die Drehzahl des Motors oder der Lichtmaschine ansprechenden Sensoreinrichtungen, welche bei einer unterhalb eines vorbestimmten Werts liegenden Drehzahl des Motors das Abbremsen des Außenrads bewirken und bei einer höheren Motordrehzahl die Drehung des Außenrads freigeben.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Sonnenrad des Planetengetriebes in Form einer Verzahnung auf einem mittleren Teil einer starr auf der Welle der Lichtmaschine befestigten Buchse ausgebildet, auf welcher an der einen Seite der Verzahnung ein die Riemenscheibe tragendes Lager und auf der anderen Seite der Freilauf angeordnet sind, auf dessen äußerem Ring das Außenrad des Planetengetriebes befestigt ist.
Das Bremselement ist vorzugsweise eine elektromagnetische Bremse mit einer dem Außenrad gegenüberstehenden, starr mit dem Körper der Lichtmaschine verbundenen ringförmigen Magnetspule, welcher in axialer Richtung des Magnetfelds ein unerdrehbar mit dem Außenrad verbundener Ring aus ferromagnetischem Werkstoff gegenübersteht. Der Ring aus ferromagnetischem Werkstoff kann mittels elastischer Zwischenglieder am Außenrad befestigt sein und/oder ein seiner Oberfläche einen Reibungsbelag tragen.
Der genannte Freilauf ist so ausgebildet, daß er blockiert, wenn sein Außenring bestrebt ist, mit höherer Drehzahl zu rotieren als der Innenring, und daß er gelöst ist, wenn die Drehzahl des Innenrings größer ist als die des Außenrings, wobei er im gelösten Zustand vorzugsweise gleichzeitig als Drehlager für das Außenrad fungiert.
Das Planetengetriebe kann mit Belüftungseinrichtungen für seine Kühlung versehen sein. Dabei ist es dann vorzugsweise so ausgebildet, daß es ohne ein flüssiges Schmiermittel arbeitet. Eines oder mehrere der Zahnräder des Planetengetriebes kann bzw. können dabei aus einem Kunststoff von ausreichender Festigkeit gefertigt sein. Anderenfalls kann das Planetengetriebe auch im Ölbad laufen, wobei dann Einrichtungen für seine Abdichtung nach außen und zur Lichtmaschine hin notwendig sind.
Das übertragungsverhältnis zwischen dem Motor und der Riemenscheibe der Lichtmaschine beträgt zwe-kmäßigerweise etwa eins zu eins, und das Planetengetriebe hat bei durch Betätigung des Bremselements festgesetztem Außenrad ein vorbestimmtes übersetzungsverhältnis.
Die Einrichtungen für die Betätigung des Bremselements sind beispielsweise elektrische Einrichtungen, welche beim Absinken der Motordrehzahl unter den vorbestimmten Wert ein von Schlupf begleitetes langsames Abbres des Außenrads bewirken. Anderenfalls können zwischen dem Bremselement und dem Außenrad elastische Stoßdämpfer, Drehmomentbegrenzer od. dergl. oder Reibungselemente angeordnet sein, welche ein allmähliches Abbremsen des Außenrands bewirken.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht einer Vorrichtung in einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Stirnansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 und Fig. 3 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Eine in Fig. 1 dargestellte Lichtmaschine 1, beispielsweise eine Wechselstrom-Lichtmaschine, ist mit einem Flansch 2 am Gehäuse eines Motors befestigbar und hat eine Welle 3 mit einer starr darauf befestigten Buchse 4, welche an ihrem mittleren Teil eine das Sonnenrad eines Planetengetriebes darstellende Verzahnung 5 aufweist. Auf einem der Lichtmaschine 1 zugewandten Teil der Buchse 4 ist eine Riemenscheibe 6 mittels elnes Lager 7 gelagert. Die Riemenscheibe 6 trägt Bolzen 8, auf denen mit dem Sonnenrad 5 und einem Außenrad 11 kämmende Planetenräder 9 mittels Lagern 10 gelagert sind. Das Außenrad 11 des Planetengetriebes ist mit seiner Nabe 12 auf einem Freilauf 13 befestigt. Dieser ist mit Kugeln 14 bestückt, so daß er im gelösten Zustand zusätzlich als Drehlager für das Außenrad 11 fungiert.
Am Außenrad 11 ist mittels elastischer Zunge 15 ein Ring 16 befestigt, welcher in axialer Richtung einer elektromagnetischen Bremse 17 gegenübersteht. Die elektromagnetische Bremse 17 hat einen insbesondere in Fig. 2 zu erkennenden seitlichen Ansatz 18, welcher mittels Schrauben 19 am Flansch 2 der Lichtmaschine 1 befestigt ist. Wie man ferner in Fig. 2 erkennt, ist um die Riemenscheibe 6 ein Treibriemen 20 geschlungen. Der Freilauf 13 ist so angeordnet, daß er blockiert, wenn sein Außenring bestrebt ist, mit hcherer Drehzahl umzulaufen als der Innenring Auf der Welle 3 ist außerdem ein Lüfterrad 21 für die Lichtmaschine befestigt, und der Körper der Riemenscheibe 5 kann von vorzugsweise schräg zur Achse verlaufenden Bohrungen 22 durchsetzt sein, durch welche hindurch ein kühlender Luftstrom zu den Zahnrädern 5, 9 und 11 gelangen kann. Zum Zweck der Kühlung kann auch das Außenrad 11 mit Kühlrippen 23 versehen sein.
Der Durchmesser der Riemenscheibe 6 ist vorzugsweise so gewählt, daß das Übertragungsverhältnis zwischen dem Motor und ihr etwa 1:1 beträgt. Die Zahnzahlen des Sonnenrads 5, der Planetenräder 9 und des Außenrads 11 sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, daß sich bei durch Betätigung der Bremse 17 blockiertem Außenrad 11 ein übertragungsverhältnis von beispielsweise 3:1 zur Welle der Lichtmaschine ergibt.
Bei der niedrigsten Drehzahl des Motors von beispielsweise 750 U/min ist das Außenrad 11 abgebremst, und der Antrieb wird über das Planetengetriebe 5, 9, 11 auf die Welle der Lichmaschine übertragen, so daß sich bei einem Ubertragungsverhältnis von 3:1 eine Drehzahl von z.B. 2250 U/min an der Lichtmaschine ergibt. Dieses übertragungsverhältnis kann bis zu einer Motordrehzahl von beispielsweise 2300 U/min aufrecht erhalten werden, wobei die Wellendrehzahl der Lichtmaschine dann 6900 U/min beträgt.
Bei Erreichen dieser Drehzahl wird die elektromagnetische Bremse 17 dann abgeschaltet, so daß sich das Außenrad 11 frei drehen kann. Damit verringert sich die Drehzahl der Lichtmaschine auf 2300 U/min, worauf dann die direkte Antriebsübertragung über den Freilauf 13 einsetzt.
In diesem Betriebszustand bleibt das Getriebe dann bis zur Höchstdrehzahl des Motors, welche gewöhnlich weniger als ca. 10 000 U/min beträgt. Bei dieser Drehzahl ist die Lichtmaschine noch keinen übermäßigen Belastungen unterworfen.
Bei einem anschließenden Absinken der Motordrehzahl auf weniger als etwa 2300 U/min löst ein weiteres Signal das Anziehen der elektromagnetischen Bremse 17 aus, so daß das Außenrad 11 abgebremst und damit über das Planetengetriebe der erhöhte übertragungsverhältnis zur Lichtmaschine wieder hergestellt wird.
Das Signal für die Betätigung der Bremse kann von einem auf die Drehzahl des Motors ansprechenden Sensor erzeugt werden, beispielsweise über den Drehzahlmesser des Motors, oder auch von einem optischen, magnetischen oder sonstigen Sensorelement, welches in Wirkbeziehung zur Lichtmaschine angeordnet ist und einem Steuerkreis der elektromagnetischen Bremse ein der Drehzahl des Motors oder der Lichtmaschine proportionales Signal liefert. Im Falle einer Wechselstromlichtmaschine ist es auch möglich, von der proportional zur Drehzahl der Lichtmaschine variablen Frequenz ein elektrisches Signal abzuleiten, welches über einen elektrischen oder elektronischen Steuerkreis das Anziehen und Lösen der Bremse steuert. Übersteigt in diesem Falle die Drehzahl der Lichtmaschine und damit die Frequenz des von ihr erzeugten Wechselstroms einen zulässigen Höchstwert, entsprechend beispielsweise einer Drehzahl von 6900 U/min, so wird dadurch das Lösen der Bremse ausgelöst und damit die Drehung des Außenrads 11 freigegeben. Sinkt die Drehzahl der Lichtmaschine dagegen unter einen Mindestwert von beispielsweise 2200 U/min ab, dann wird ein Signal zum Anziehen der Bresme erzeugt und das Außenrad 11 damit festgesetzt. Dieser Mindestwert muß gleich der oder kleiner als die Drehzahl der Lichtmaschine bei der niedrigsten Motordrehzahl und eingeschaltetem Planetengetriebe sein, um ein fehlerhaftes Ein- und Ausschalten zu vermeiden.
Der Übergang von der übersetzten zur direkten Antriebsübertragung durch Abschaltung der Bremse 17 erfolgt aufgrund der Trägheit des Läufers der Liehtmaschine allmählich, indem sich dessen Drehzahl langsam auf die des Motors verringert, bevor der Antrieb über die Riemenscheibe 6 erneut einsetzt. Um in gleicher Weise auch einen allmählichen Über- gang von der direkten zur übersetzten Antriebsübertragung beim Absinken der Motordrehzahl'zu erzielen, ist zwischen der Scheibe 16 und dem Außenrad 11 vorzugsweise ein elastischer Stoßdämpfer, ein Drehmomentbegrenzer, ein Reibungselement od. dergl. angeordnet, welches die auf die Zähne der verschiedenen Zahnräder übertragenen Stoßbelastungen verringert. Dieses Ergebnis ist auch mit elektrischen Einrichtungen erzielbar, welche ein langsames Anziehen der Bremse 17 bewirken, so daß der Ring 16 zunächst eine zeitlang durchrutscht.
In der beschriebenen Ausführungsform laufen die Zahnräder 5, 9 und 11 des Planetengetriebes trocken. Dabei sind die Zahnräder des Planetengetriebes, insbesondere die Planetenräder 9, vorzugsweise aus einem eine ausreichende Festigkeit aufweisenden Kunstharz gefertigt, beispielsweise aus einem Polyamidharz od. dergl.. Sind die Zahnräder dagegen aus Stahl oder einem anderen metallischen Werkstoff, dann kann es zweckmäßig sein, eine Ölbadschmierung vorzusehen, welche gleichzeitig der Kühlung dienen kann. In diesem Falle entfallen die Bohrungen 22 der Riemenscheibe 6, und die drehenden Teile müssen für die Aufnahme von Dichtungen ausgebildet sein, um das Getriebe nach außen und zur Lichtmaschine hin abzudichten.
In der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist die Bremse 17 mittels ihres seitlichen Ansatzes 18 freitragend gehaltert. Der Ansatz 18 ist dabei so ausgerichtet, daß er im am Motor eines Kraftfahrzeugs angebauten Zustand der Lichtmaschine innerhalb des vom Treibriemen 20 umschriebenen Bereichs liegt, so daß er den Ein- und Ausbau nicht behindert. Die gesamte Vorrichtung kann jedoch auch in der in Fig. 3 dargestellten Weise zusammengebaut sein, so daß die elektromagnetische Bremse zunächst der Lichtmaschine und die Riemenscheibe am freien Ende der Welle angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht eine vereinfachte Halterung des Körpers der elektromagnetischen Bremse, da diese nicht freitragend befestigt zu werden braucht, und läßt den gesamten Umfang der Riemenscheibe frei. Dies ergibt eine verbesserte Belüftung des Planetengetriebes, erfordert dafür jedoch die Verwendung einer Lichtmaschinenwelle, welche den erhöhten Biegebelastungen standzuhalten vermag.
Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Claims

Variable Drehzahlübersetzungsvorrichtung für eine Lichtmaschine eines Kraftfahrzeugs P a t e n t a n s p r ü c h e Patentansprüche 1. Variable Drehzahlübersetzungsvorrichtung für eine Lichtmaschine eines Kraftfahrzeugs od. dergl., g e k e n nz e i c h n e t durch ein Planetengetriebe, dessen wenigstens ein Planetenrad (9) tragender Steg starr mit einer über wenigstens einen Riemen (20) vom Motor des Fahrzeugs angetriebenen Antriebsriemenscheibe (6) verbunden ist, dessen Sonnenrad (5) auf der Welle (3) der Lichtmaschine (1) befestigt ist und dessen Außenrad (11) über einen Freilauf (13) ebenfalls mit der Welle der Lichtmaschine verbunden ist, durch ein starr mit dem Körper (2) der Lichtmaschine verbundenes und auf das Außenrad einwirkendes, steuerbares Bremselement (17) und durch Steuereinrichtungen für die Betätigung des Bremselements, mit Sensoreinrichtungen zum Ermitteln der Drehzahl des Motors oder der Lichtmaschine, so daß das Bremselement bei einer einen vorbestimmten Wert unterschreitendenrDrehzahl des Motors betätigbar und bei höheren Drehzahlen des Motors lösbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Sonnenrad des Planetengetriebes als eine Verzahnung (5) auf dem mittleren Teil einer auf der Welle (3) der Lichtmaschine (1) befestigten Buchse (4) ausgebildet ist, daß die Antriebsriemenscheibe (6) mittels eines Lagers (7) zu einer Seite der Verzahnung drehbar auf der Buchse gelagert ist und daß der Freilauf (13), auf dessen Außenring das Außenrad (11) des Planetengetriebes befestigt ist, zur anderen Seite der Verzahnung auf der Buchse befestigt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Bremselement eine elektromagnetische Bremse (17) mit einer dem Außenrad (11) gegenüberstehenden und starr mit dem Gehäuse (2) der Lichtmaschine (1) verbundenen, ringförmigen Magnetspule ist, welcher in Axialrichtung des Magnetfelds ein unverdrehbar mit dem Außenrand verbundener Ring (16) aus einem ferromagnetischen Werkstoff gegenübersteht.
4. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ring (16) aus ferromagnetischem Werkstoff mittels elastischer Verbindungsglieder (15) am Außenrad (11) befestigt ist und an seiner Oberfläche mit einem Reibungsbelag versehen sein kann.
5. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Freilauf (13) in der Sperrstellung ist, wenn sein Außenring mit höherer Drehzahl als sein Innenring zu rotieren bestrebt ist, und in der Freigabestellung, wenn die Drehzahl des Innenrings höher ist als die des Außenrings, und daß der Freilauf vorzugsweise so ausgebildet ist, daß er in der Freigabestellung als Drehlager für das Außenrad (11) wirksam ist.
6. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Planetengetriebe (5, 9, 11) mit Belüftungseinrichtungen (22) für seine Kühlung versehen ist.
7. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Planetengetriebe (5, 9, 11) für den Betrieb ohne ein flüssiges Schmiermittel ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß wenigstens eines der Zahnräder (5, 9, 11) des Planetengetriebes aus einem Kunststoff von ausreichender Festigkeitist.
9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Planetengetriebe (5, 9, 11) in einem Ölbad läuft und mit den Austritt des Schmiermittels nach außen sowie zur Lichtmaschine (1) hin verhindernden Dichtungen versehen ist.
10. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Antriebsriemenscheibe (6) so ausgebildet ist, daß das über tragungsverhältnis zwischen dem Motor und der Lichtmaschine im wesentlichen gleich 1:1 ist.
11. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Planetengetriebe (5, 9, 11) bei Festsetzung des Außenrands (11) durch das Bremselement (17) ein vorbestimmtes Ubersetzungsverhältnis aufweist.
12. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Steuereinrichtungen für das Bremselement (17) elektrische Einrichtungen aufweisen, mittels welcher beim Absinken der Motordrehzahl unter den vorbestimmten Wert ein von Schlupf begleitetes allmähliches Abbremsen bewirkbar ist.
13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Bremselement (17) und dem Außenrad (11) elastische oder sonstige stoßdämpfende Einrichtungen, Drehmomentbegrenzer, Reibungsglieder od. dergl. angeordnet sind, mittels welcher ein allmähliches Abbremsen des Außenrads (11) bewirkbar ist.