DE4118853A1 - Vorrichtung zur anpassung der drehzahl einer hilfsmaschine an die eines kfz-verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anpassung der Dreh­ zahl einer Hilfsmaschine, z. B. eines Generators, an die eines Kfz-Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Nebenaggregate wie Generator, Kompressor etc. nehmen in bestimm­ ter Proportionalität zur Antriebsdrehzahl Leistung auf und arbei­ ten bei geringen Drehzahlen des Antriebsmotors, speziell in des­ sen Leerlaufdrehzahl, nicht effektiv. Der Idealzustand, nämlich weitgehende Drehzahlkonstanz unabhängig von der Drehzahl des Antriebsmotors, ist späteren Erfindungen vorbehalten. Die Anhe­ bung der Drehzahl der Nebenaggregate im unteren Drehzahlbereich des Antriebsmotors aber ist das Entwicklungsziel vieler einschlä­ giger Hersteller.

Abgesehen von einer Vielzahl von Getrieben mit unterschiedlichen Steuerungen, die in direkter Verbindung mit der Kurbelwelle eines Kfz-Verbrennungsmotors stehen, ist mit der DE-OS 35 23 999 ein Getriebe bekannt geworden, das einem Generator vorgeschaltet ist, eine elektromagnetische Kupplung, einen Freilauf sowie einen Planetentrieb aufweist und von einem Riemen angetrieben wird. Dieses Getriebe setzt im Falle der eingeschalteten Übersetzung für den schnelleren Antrieb des Generators das Hohlrad durch die Reibverbindung der elektromagnetischen Kupplung still und über­ setzt das mit der Welle verbundene Sonnenrad ins Schnelle. Der Antrieb weist im wesentlichen drei Ebenen auf: die Riemen­ ebene, die Ebene des Planetengetriebes und die der elektromagne­ tischen Kupplung. Diese Bauweise ist aufwendig und vor allen Din­ gen axial sehr ausladend, wodurch in modernen Motorräumen Einbau­ schwierigkeiten entstehen. Ferner ist das Getriebe nicht gekapselt, nicht geräuschgedämmt und verfügt über keine Ölfüllung.

Desweiteren ist mit der DE-OS 29 51 742 ein Getriebe bekannt, das ebenso wie das vorgenannte einen direkten Gang und einen Schnell­ gang besitzt und dessen Planetenradgetriebe ins Schnelle über­ setzt, solange die Fliehkraftkupplung geschlossen bleibt. Höhere Drehzahlen öffnen den Reibverband der Fliehkraftkupplung und der Kraftfluß wird über den Freilauf direkt 1 : 1 auf die Welle ge­ leitet. Nachteilig bei dieser Ausführung ist die Tatsache, daß die Getriebezahnräder immer, also auch bei höchsten Motordrehzah­ len, mitlaufen und auf diese Weise ganz erheblich zu störenden Geräuschen beitragen, die speziell in der Pkw-Klasse, wo solche Vorrichtungen zum Einsatz kommen, unerwünscht sind. Schließlich ist eine automatische Schaltung über Fliehkraftkupplung für den Betrieb im Umschaltbereich problematisch, da dieser Betriebszu­ stand im Stadtverkehr für längere Zeit anhalten kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein axial klein bauendes Getriebe mit zwei Übersetzungen, die von außen beliebig schaltbar sind, zu erstellen, wobei im hohen Drehzahlbereich aus Geräusch­ gründen die Zahnräder relativ zueinander stillstehen und im unte­ ren Drehzahlbereich eine Übersetzungsstufe ins Schnelle sanft einschaltbar ist. Ferner soll das Getriebe nach außen abgedichtet und mit einer Ölfüllung versehen sein. Schließlich ist die Ver­ bindung aller Teile zu einer Vormontageeinheit wünschenswert, die die Erstausrüstung wie die Reparaturfreundlichkeit und evtl. auch die Nachrüstung gleichermaßen vereinfacht.

Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspru­ ches 1 beschrieben.

Bei dieser Lösung erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß es möglich ist, die Ebene des Planetengetriebes mit der der elek­ tromagnetischen Kupplung etwa zusammenzulegen und die beiden Bau­ elemente ringförmig umeinander anzuordnen. Die platzsparende An­ ordnung der Lager nach Art von Wälzlagern für Kfz-Wasserpumpen ermöglicht sowohl die gedrungene Bauweise der Lager selbst durch Integration der Außen- und Innenringe in die Funktionsteile als auch die Verlegung in sehr nahe zueinander liegenden Ebenen durch Verwendung der Riemenscheibe als Außenring des inneren und als Innenring des äußeren Kugellagers.

Hinsichtlich der Ölfüllung sind im Falle der 1 : 1-Übersetzung bei hohen Motordrehzahlen weder die Dichtungen durch Öldruck oder Zentrifugalkraft des Öles belastet noch Schmierprobleme der Innenteile vorhanden, weil in diesem Falle sich das Öl in Form eines Ringes nach außen um das Hohlrad legt und weil sich durch die relative Bewegungslosigkeit der Getriebeteile zueinander in­ nen kein Schmierbedarf ergibt.

Bei niedrigen Motordrehzahlen und eingeschalteter Übersetzungs­ stufe ins Schnelle zentrifugiert sich das Öl ebenfalls nach außen in den Ringraum, wird aber durch ein Staurohr, das mit dem hier­ bei feststehenden Sonnenrad verbunden ist, nach innen gefördert und kommt so den tribologischen Aufgaben an den Lagern wie am Freilauf im Innern der Riemenscheibennabe nach.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Prinzipskizze und einer Querschnittszeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze der ausgeführten Vorrichtung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Getriebe in Achsebene.

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch eine Variante 1 des Ge­ triebes entsprechend Fig. 2

Fig. 4 einen Teillängsschnitt durch eine Variante 2 des Getrie­ bes entsprechend Fig. 2.

Wird mit 1 die Welle des Nebenaggregates, hier des Generators, bezeichnet, so wird mit der Hohlschraube 3 das Nabenrohr 5 gegen den Anschlag 7 gepreßt, wobei das Hohlradgehäuse 21 bei diesem Klemmverband mit der Welle 1 und dem Nabenrohr 5 fest verbunden ist. Weiter sind mit der vorbeschriebenen Nabeneinheit das Hohlrad 25 sowie der Hohlraddeckel 23 mit der Dichtung 27 fest verbunden, wobei das Hohlrad 25 über einen Preßverband den Hohlraddeckel 23 und das Hohlradgehäuse 21 miteinander zentriert und beim Bördeln dieser Gehäuseteile für die Dichtung 27, die aus einem Rund­ schnurring aus gummielastischem Material besteht, die Raumbegren­ zung radial nach innen darstellt. Die Dichtung 29 ist als Lippen­ dichtung ausgeführt, ist in den Hohlraddeckel 23 eingepreßt und dichtet den Ölraum gegen die Sonnenradscheibe 41 nach innen ab. Wie schon erwähnt, bildet das Hohlrad 25 mit seinen beiden Gehäu­ seteilen, dem Hohlradgehäuse 21 und dem Hohlraddeckel 23, eine Baueinheit, die nur dann realisiert werden kann, wenn zuvor der Planetenradträger 61 mit der Planetenradträgerscheibe 63 und den Planetenrädern 65 vorher assembliert und in das zu erstellende Gehäuse eingelegt wird. Im fertigmontierten Zustand ist der Pla­ netenradträger 61 mit dem Nabenrohr 5 über die Verzahnung 67 drehfest verbunden, was zur Folge hat, daß die Planetenräder 65 gemeinsam mit dem Planetenradträger 61 und dem Nabenrohr 5 umlaufen. Das dem Planetenradgetriebe zugeordnete Sonnenrad 43 ist drehbar auf der Riemenscheibe 9 gelagert und über die Verzahnung 45 mit der Sonnenradscheibe drehfest verbunden. Die Sonnenradscheibe 41 ihrer­ seits ist mit dem Kugellager 47 auf der Riemenscheibe 9 derart gelagert, daß auch axiale Kräfte übertragen werden können. Neben dem Kugellager 47 ist zwischen der Sonnenradscheibe 41 und der Riemenscheibe 9 eine Dichtung 31 angeordnet, die die Aufgabe hat, den im Gehäuse befindlichen Ölraum nach außen abzudichten. Die Riemenscheibe 9 ist auf dem Nabenrohr 5 über das Kugellager 11 und das Rollenlager 15 gelagert, wobei das Kugellager 11 die axiale Fixierung übernimmt. Schließlich sorgt im Ringspalt dieser beiden Lagerungen der Freilauf 13 für die Kraftflußübertragung im Falle der Übersetzung 1 : 1.

Die Schaltung der beiden Getriebestufen wird über eine elektro­ magnetische Kupplung 83 bewerkstelligt, die über ein Zwischenge­ häuse 85 mit dem Lichtmaschinengehäuse 81 verbunden ist. Der elektromagnetischen Kupplung 83 ist eine Kupplungsplatte 87 zu­ geordnet, die mit der Sonnenradscheibe 41 über Federn 49 derart verbunden ist, daß Axialbewegungen in der Größe des Luftspaltes 89 möglich sind, wodurch ein Reibschluß zwischen diesen beiden Teilen hergestellt werden kann.

Die Schmierung der Lager 11 und 15 und des Freilaufes 13 erfolgt über Bohrung 16 und Staurohr 19, sofern das Getriebe übersetzt läuft, d. h., wenn die elektromagnetische Kupplung 83 und die Kupplungsplatte 87 über die Bestromung des Magneten das Sonnenrad 43 stillgesetzt haben. In diesem Falle steht das Staurohr 19 still und fördert aus dem umlaufenden Ölraum das Schmiermittel nach innen. Bei geöffneter Kupplung laufen alle Getriebeteile mit gleicher Drehzahl um, es entstehen keine Relativdrehungen an den Lagerstellen, somit entfällt auch der Schmierbedarf. Die Riemenscheibe 9 wird antriebsseitig durch einen Abschlußdec­ kel 17 abgedichtet, wodurch der Ölraum nach außen hermetisch ab­ geschlossen ist.

Wird bei niedriger Motordrehzahl eine hohe Drehzahl für den Generator gewünscht, so wird die elektromagnetische Kupplung 83 bestromt. Mit der Festsetzung des Sonnenrades 43 durch Reibschluß zwischen der Kupplungsplatte 87 und der elektro­ magnetischen Kupplung 83 wird das Hohlrad 25 und mit diesem über das Hohlradgehäuse 21 die Welle 1 der Lichtmaschine ins Schnelle übersetzt angetrieben. Dieser Betriebszustand hält an, bis bei steigender Drehzahl des Motors die Entscheidung getroffen wird, den Reibschluß an der elektromagnetischen Kupplung 83 zu lösen und die Welle direkt über den Freilauf 13 antreiben zu lassen. In diesem Zustand laufen also der mit der Riemenscheibe 9 verbundene Planetenradträger 61 und das mit dem Nabenrohr 5 verbundene Hohl­ rad 25 synchron um, wodurch auch das Sonnenrad 43 und die Sonnen­ radscheibe 41 mit der Kupplungsplatte 87 zu dieser Drehzahl veran­ laßt werden. Sinkt nun die Motordrehzahl wieder unter den Ent­ scheidungspunkt für die Einschaltung der Übersetzung ins Schnel­ le, so stellt die nun bestromte elektromagnetische Kupplung 83 in Verbindung mit der Kupplungsplatte 87 den gemeinsamen Reib­ schluß wieder her und setzt das Sonnenrad 43 still: Die Welle 1 läuft um das Übersetzungsverhältnis des Getriebes schneller. Dieser Betriebszustand ist es auch, in welchem sich die Schmie­ rung der Lager 11 und 15 sowie des Freilaufes 13 vollzieht: Die Ölfüllung legt sich durch die Zentrifugalkraft in den ringförmigen Freiraum 35 um das Hohlrad 25 und drückt durch die Energie der Be­ wegung eine Teilmenge in die Öffnung 18 des Staurohres 19. Ein Teil dieses nach innen geförderten Öles erreicht die zu schmie­ rende Bauteile zwischen Nabenrohr 5 und Riemenscheibe 9 durch die Öffnungen 16. Die Öffnungen 16 sind vorzugsweise als Langlöcher ausgebildet, um auf diese Weise den Ölstrahl vom stehenden Stau­ rohr 19 in den drehenden Ringraum innerhalb der Riemenscheibe 9 zu leiten. Dort fließt das Öl über Rezesse 37, 38 und 39, wo sich die Ringräume der beiden Lager 11 und 15 sowie des Freilau­ fes 13 mit je einem größeren Durchmesser befinden, so daß das Öl, dort einmal angekommen, durch Zentrifugalkraft nicht mehr in der umgekehrten Richtung abströmen kann. Dies ist bedeutsam für die nötige Ölvorlage nach längeren zeitlichen Schmierintervallen.

Die Herstellung des Reibschlusses zwischen der elektromagnetischen Kupplung 83 und der Kupplungsplatte 87 wird durch die Zwischen­ schaltung von Federn 49 zwischen Kupplungsplatte 87 und Sonnen­ radscheibe 41 begünstigt, da dadurch in bekannter Weise eine Be­ wegung der Kupplungsplatte 87 in axialer Richtung ohne großen Kraftaufwand ermöglicht wird.

Mit den Fig. 3 und 4 werden zwei Varianten des erfindungsge­ mäßen Getriebes beschrieben, die sich in erster Linie durch die Art der inneren Schmierung untereinander und von der Ausführung gemäß Fig. 2 unterscheiden. Die Variante 1 gemäß Fig. 3 ver­ zichtet auf ein Staurohr und fördert im Betriebszustand mit eingeschalteter elektromagnetischer Kupplung 83 (Übersetzung ins Schnelle) aus dem im äußeren Ringraum durch Fliehkraft festgehaltenen Ölsumpfring 35 mittels Schleuderscheiben 71 eine Teilmenge auch nach radial innen, wo es auf die langlochförmi­ gen Öffnungen 16 trifft, teilweise durch diese hindurchtritt und zur Schmierung der Lager zwischen Riemenscheibe 9 und Na­ benrohr 5 zur Verfügung steht. Jedes der vorzugsweise drei Pla­ netenrader ist mit je einer Schleuderscheibe 71 drehfest ver­ bunden, beispielsweise durch Aufstecken auf die Verzahnung, wo bei das Verzahnungsprofil wenigstens teilweise in den inneren Lochdurchmesser der Schleuderscheibe 71 eingearbeitet ist. Die Anlaufscheibe 73 hat neben der axialen Fixierung noch die Auf­ gabe, das zurücklaufende Öl über einen Ölkanal 77 in ein Nadel­ lager 75 zu leiten, welches in dieser Variante zur Verbesserung der Laufeigenschaften des Planetenrades 65 verwendet wird. Die Anlaufscheibe 73 trennt also den Ölfluß zwischen der von der Schleuderscheibe 71 verursachten Förderung nach radial innen Von der von der Fliehkraft im Ölkanal 77 hervorgerufenen För­ derung nach radial außen. Der Planetenradträger 61 bleibt dreh­ zahlmäßig hinter dem Hohlrad 25, also dem Hohlradgehäuse 21 zurück, wodurch die Mitten der Planetenräder 65 und somit der Schleuderscheiben 71 ebenfalls zurückbleiben. Die relativ hohe Drehzahl der Planetenräder 65 und der Schleuderscheiben 71 aber sorgt für die zuverlässige Förderung des Öls nach radial innen.

Die Kugellager 11 und 47 haben in beiden Varianten eine ähnlich axial eng aufeinander bezogene Position wie in Fig. 1 beschrie­ ben.

Aus Platz- und Schmierungsgründen wird der Freilauf 13 mit einem größeren Durchmesser ausgeführt, so daß er mit dem Öl­ sumpfring 35 in Verbindung kommt und auch geräuschmäßig, beson­ ders im Freilaufbetrieb, besser beherrschbar ist.

Die Schmierung des Getriebes gemäß Fig. 4 erfolgt ähnlich der in dem Getriebe gemäß Fig. 1 mittels eines Staurohres 19, das hier aber am Planetenradträger befestigt ist und das Planeten­ radgetriebe axial durchgreift, indem es einen Freiraum nutzt, der gebildet ist durch das Hohlrad 45 außen, das Sonnenrad 43 innen und je zwei Planetenräder 65 rechts und links. Der Ölfluß nimmt also folgenden Verlauf: Nach dem Eintritt in die Öffnung 18 läuft das Öl im Falle der eingeschalteten elektromagneti­ schen Kupplung 83 im Staurohr 19 zum Planetenradträger 61, durch dessen Bohrung 78 und dessen Ölkanal 79 in den Raum zwi­ schen Riemenscheibe 9 und Nabenrohr 5. Es wird bei seinem Rücklauf durch die Bohrung 16 in der Riemenscheibe 9 die am Plane­ tenradgetriebe beteiligten Teile schmieren.

In der Beschreibung wird immer von einer elektromagnetischen Kupplung gesprochen; es soll jedoch der Eindruck vermieden werden, daß dies das einzige durch externe Impulse steuerbare Kupplungs­ prinzip sei. Jede Form von Bremsen, die mechanisch, pneumatisch, elektromotorisch und hydraulisch steuerbar sind, kommt für den Einsatz hier in Frage. Die im beschriebenen Einbaufall verwendete elektromagnetische Kupplung paßt aus Gründen ihrer ringförmigen Struktur hier aber besonders gut ins Bild.

Schließlich sei erwähnt, daß das erfindungsgemäße Getriebe als Anbaugetriebe konstruiert ist, welches den Vorteil hat, daß es ohne größere Eingriffe in die Technik und ohne nennenswerte Aus­ weitung der Einzelteile wahlweise Verwendung finden kann. Das Ziel ist folglich eine weitestgehende Vormontage durch den Ge­ triebehersteller, die durch die Verwendung der Bundschraube 20 ermöglicht wird. Diese Bundschraube hat die Anschlußmaße der Welle 1 sowie des Anschlages 7 und legt beim Einschrauben in das Nabenrohr 5 das Hohlradgehäuse 21 axial ausreichend öldicht fest. Das hierauf mit einer Ölfüllung versehene Getriebe kann anschlie­ ßend mit oder ohne das Zwischengehäuse 85 zugeliefert werden.

Claims (11)

1. Vorrichtung an einer Hilfsmaschine, beispielsweise an einem Generator, zur Anpassung seiner Drehzahl an die eines Kfz- Verbrennungsmotors mit schaltbaren zwei Gängen, wobei der ei­ ne ins Schnelle übersetzte Gang bei den geringen Motordreh­ zahlen die Hilfsantriebsdrehzahl erhöht und der andere Gang mit seiner Übersetzung von 1 : 1 bei den oberen Motordrehzah­ len eingeschaltet wird, umfassend

• - eine Riemenscheibe,
• - ein Planetengetriebe mit einem Hohlrad, einem Planetenrad­ träger, Planetenrädern und einem Sonnenrad,
• - ein Gehäuse mit einer Ölfüllung,
• - eine Schaltkupplung,
• - einen Freilauf,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (83) zur Erreichung einer axial gedrungenen Bauform ringförmig um die Vorrichtung herum in im wesentlichen einer Ebene mit dieser senkrecht zur Welle (1) angeordnet ist und über ein Zwischengehäuse (85) drehfest mit dem Lichtmaschinengehäuse (81) verbunden ist.

2. Vorrichtung mit dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Betrieb mit der 1 : 1-Gangstufe alle Bauteile des Getriebes mit der Arbeitsdrehzahl schlupflos um­ laufen, also keine Relativdrehzahlen an Dichtungen (29, 31, 14), Lagern (47, 11, 15), Freilauf (13) und Staurohr (19) ent­ stehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Kugellager (47) die Sonnenradscheibe (41) die Funktion des Außenringes und die Riemenscheibe (9) die Funktion des Innenringes und für das Kugellager (11) die Riemenscheibe (9) die Funktion des Außenringes und das Nabenrohr (5) die Funk­ tion des Innenringes übernehmen und daß hierdurch die beiden Lagerebenen einander mehr als bei der Verwendung normaler Wälzlager axial angenähert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Sonnenradscheibe (41) eine Ölleitung in Form eines Stauroh­ res (19) angebracht ist, dessen äußeres Ende hakenförmig ab­ gebogen ist, so daß die Öffnung (18) gegen die Relativdreh­ richtung des mit den Gehäuseteilen (21, 23) drehenden Ölsumpf- Ringes (35) gerichtet ist, wobei der hierdurch nach innen ge­ richtete Ölstrahl durch die Öffnungen (16) in den Lager-Hohl­ raum gelangt, dessen äußere Begrenzung die Riemenscheibe (9) darstellt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Planetenradträger (61) eine Ölleitung in Form eines Staurohres (19) angebracht ist, dessen äußeres Ende haken­ förmig abgebogen ist, so daß die Öffnung (18) gegen die Relativdrehung des mit den Gehäuseteilen (21 und 23) dre­ henden Ölsumpfringes (35) gerichtet ist, wobei der Plane­ tenradträger (61) eine Bohrung (78) und einen Ölkanal (79) aufweist, wodurch eine Ölleitung vom Ölsumpfring (35) nach radial innen zum Lagerhohlraum zwischen Riemenscheibe (9) und Nabenrohr (5) zustande kommt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Planetenrädern (65) Schleuderscheiben (71) drehfest verbunden sind, die mit ihren Außendurchmessern radial außen in den Ölsumpfring (35) eintauchen und mit den vor­ zugsweise in tangentialer Richtung positionierten Langlö­ chern (16) in der Riemenscheibe (9) in einer zur Achsmitte senkrechten Ebene angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Freilauf (13) mit dem Ölsumpfring (35) wenigstens teilweise in Berührung kommt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Vorrichtung aus den Elementen Hohlrad (25), Hohl­ radgehäuse (21) und Hohlraddeckel (23) besteht, wobei diese drei Elemente in Verbindung mit der Dichtung (27) zu einem flüssigkeitsdichten Gehäuse durch Bördelung des äußeren Randes des Hohlraddeckels (23) vereinigt sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gesamte Vorrichtung durch Verwendung einer Bundschraube (20) mit den Anschlußmaßen der Hilfsmaschinen­ welle (1) zu einer Baueinheit mit Ölfüllung montierbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (36) die Form von Langlöchern in Umfangsrichtung haben.