WO1991019918A1 - Antriebsvorrichtung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a drive device for transmitting torque between a drive shaft with a first pulley and a driven shaft with a second pulley.
- the first pulley has an axially fixed flange which is connected to the drive shaft in a rotationally fixed manner and an axially movable flange which is under the action of a pretensioning device.
- the second pulley is composed of an axially fixed, non-rotatably connected with the driven shaft and an axially movable flange, the axially movable flange forming with a flange of the driven shaft a chamber for receiving a hydraulic medium '.
- a drive device constructed as described above is used in particular for driving auxiliary units in motor vehicles.
- This can be, for example, a generator, an air conditioning compressor or a charge air compressor.
- the problem generally arises of achieving a sufficiently high drive speed even at low engine speeds; on the other hand, these speeds should not become too high in the upper range of the engine speeds.
- This requirement can be met by using a drive device with a non-linear characteristic. Characteristic curve is to be understood here as the ratio of the speeds of the driving and the driven shaft of the drive device. u
- flyweights has become known (DE 32 42 448 AI). With controller weights of this type, an adjustment in the explained sense can be achieved, but the reproducibility of the speed ratios is subject to driven to driven shaft of the
- the position of the fixed and axially movable pulley relative to one another is determined on the one hand by a pretensioning device and on the other hand by an effective device dependent on the centrifugal force.
- the effective depending on the centrifugal force consists of small elements such. B. powdered steel, copper, etc. This device ensures that the power of
- Biasing device is reduced with increasing speeds.
- the distance between the two pulleys is therefore, in other words, increased again with increasing speeds, i. that is, the pulley is opened. This results in a reduction in the speed of the driven shaft.
- the present invention is based on the object of a drive device, in particular for the drive of auxiliary units of a motor vehicle to be improved so that the speed ratios to be set can be reproduced with sufficient accuracy.
- the drive device according to the invention should in particular be distinguished by a small hysteresis. As an extension of the task, the speeds of the drive device should be precisely controllable within wide limits.
- the invention achieves the stated object in that the chamber is connected to a reservoir of the hydraulic medium and the centrifugal action of the hydraulic medium enclosed in the chamber is used to increase the speed of the driven shaft. While the influence of the centrifugal effect on the adjustment of the pulleys is considered to be disruptive in the devices according to the prior art, the solution according to the invention takes advantage of the knowledge that the rotating amount of the hydraulic medium enclosed in the chamber builds up a pressure which corresponds to the radial Distance from the axis of rotation increases exponentially and which - due to this physical law - is particularly suitable for controlling the position of the pulleys with respect to each other very precisely. Practical tests have shown that the speed ratios are extremely reproducible. Basically, there are three possible operating areas in the drive device according to the invention:
- the control range of the drive device can be expanded in a simple manner in that an additional pressure is applied to the chamber.
- the drive device With the additional support pressure, the drive device can be driven on a characteristic curve at higher speeds.
- This characteristic curve has almost the same inclination as the characteristic curve, in which only the centrifugal effect is used.
- the support pressure can be derived from the delivery pressure of a lubricant pump without any particular effort or it can correspond to this pressure.
- the chamber for receiving the hydraulic medium can be formed in a structurally simple manner in that a piston of the axially movable flange is slidably and tightly guided in an inner cylinder of the flange of the driven shaft.
- This design also enables the control characteristics of the drive device to be easily adapted by means of diameters of the piston of different sizes.
- the hydraulic medium enclosed in the chamber can be varied slightly in quantity by suitable choice of the diameter.
- the drive device in the axially movable flange and the flange of the driven shaft
- Semicircular grooves are provided which are diametrically opposite with their axially directed openings.
- the openings form split hollow bodies into which cylinder bodies are inserted in order to establish a rotationally fixed connection between the axially movable flange and the flange of the driven shaft. This measure has become known per se from DE 12 84 779 B2.
- the driven shaft can be or are connected in a rotationally fixed manner to an output shaft directly or indirectly via a switchable coupling.
- the output shaft can be the drive shaft of the auxiliary unit, for example an air compressor.
- the switchable clutch is preferably designed as an electromagnetically actuated clutch.
- a base which lies against the hollow shaft with an outer seal.
- This bottom can be provided with a central bore through which the output shaft extends.
- an inner seal must then be provided.
- the inflow or outflow line leads through the output shaft into the chamber.
- the axially movable flange rests in an end position against a stop of the flange of the driven shaft.
- the inflow or outflow line for the hydraulic medium can also be arranged concentrically to the flange of the driven shaft.
- the line is tightly guided through a bore in the flange of the driven shaft in such a way that the flange of the driven shaft can rotate about the line.
- the support pressure is varied, switched on or off until a target engine speed and / or a boost pressure is measured.
- the flange of the driven shaft as a drive pulley for a further auxiliary unit.
- This can be an air conditioning compressor, for example.
- Fig. 1 shows an internal combustion engine with a
- Fig. 2 is a pulley of the drive device of Figure 1 in longitudinal section.
- Fig. 3 shows another embodiment of a pulley
- Fig. 4 is a schematic representation of the speed ratios. 1 shows a drive device for operating an auxiliary unit in connection with an internal combustion engine of a motor vehicle.
- An intake line 1 leads to an air distributor 2 of an internal combustion engine 3.
- This internal combustion engine is an Otto engine. In principle, however, the arrangement according to the invention can also be implemented in a diesel engine.
- An exhaust manifold 4 is assigned to the internal combustion engine 3.
- An output shaft 5 is in driving connection with a gear, not shown.
- a driving shaft 6 of a driving device 7 out of the shaft 6 is also derived for a lubricant pump 8 of the drive.
- the drive device 7 and the lubricant pump 8 can, if this is necessary for reasons of space, also be driven via an intermediate shaft.
- a first pulley 9 of the drive device 7 drives a second pulley 11 via a belt 10.
- Planetary gear can be used to increase the speed, a suitable gear of a different design.
- a sun gear shaft 16 serves to drive a rotary compressor 17 which lies within the suction line 1.
- the second pulley 11 rotates faster than the first pulley 9.
- the system achieves a gear ratio at which the speed of the
- Output shaft 14 is generally less than the speed of the internal combustion engine. Since the output speed of the second pulley 11 would not be sufficient for the operation of the centrifugal compressor 17, the high-speed planetary gear has a high
- An air flow meter 18 is located in the intake line 1.
- a throttle valve 20 can be actuated from its closed position up to a maximum opening angle.
- the first pulley 9 of the drive shaft 6 consists of an axially fixed, with the drive shaft 6 rotatably connected flange 22 and an axially movable, under the action of a biasing device 23, for. B. a compression spring, standing flange 24.
- the second pulley 11 is composed of an axially fixed flange 25 and an axially movable flange 26.
- the axially fixed flange 25 is suitable with the driven shaft 13
- the driven shaft 13 is designed as a hollow shaft and rotatably arranged on the output shaft 14 via two bearings 28.
- the clutch 12 can be actuated electromagnetically
- the centrifugal compressor 17 is shown schematically in its outline.
- the interior 28 of a housing 29 is provided as a reservoir 30 for a hydraulic medium.
- the storage container can also be arranged outside of the housing 29 without any problems.
- the axially fixed flange 25 is opposite the axially movable flange 26.
- the driven shaft 13 has a flange 31 which is connected in a rotationally fixed manner to the driven shaft 13 by means of screw connections 32.
- screw connections 32 instead of the screw connections 32, other suitable non-rotatable connections can also be selected.
- the flange 31 of the driven shaft 13 has an axially directed edge 33 which engages in a piston 34 of the axially movable flange in the manner of a cover.
- the piston 34 is slidably guided in an inner cylinder 35 of the flange 31.
- a seal 36 takes over the sealing of the piston 34 with respect to the inner cylinder 35.
- flange 31 as a drive disk for a further auxiliary unit, e.g. B. form an air conditioning compressor, as shown in the drawing.
- the axially movable flange 26 is supported on the driven shaft 13 via sliding and sealing rings 37.
- the flange 26 is axially displaceable with respect to the driven shaft 13 and has a rotationally fixed connection to the driven shaft 13 in order to transmit the proportional torque which results from the abutment of the belt 10 on this flange 26.
- the axial displacement and the rotationally fixed connection of the flange 26 is achieved by the design measures explained below:
- the flange 31 is part of a chamber 38 which is provided for receiving hydraulic medium and for this purpose is connected to the reservoir 30 via an inflow or outflow line 39.
- An annular bottom 40 which is sealed off from the driven shaft 13 and the output shaft 14, forms the boundary of the chamber 38 opposite the flange 31.
- the hydraulic medium comes into contact with the effective surface of the piston 34 of the flange 26 via a radially directed channel 41 .
- the non-rotatable connection between the flange 26 and the flange 31 of the driven shaft 13 takes place via cylinder bodies 44, two of which are shown in the drawing.
- the cylinder body 44 are inserted in semicircular grooves 45 of the flange 26 and semicircular grooves 46 of the flange 31.
- the semicircular grooves 45 and 46 face each other with their axially directed openings, so that the inclusion of the cylinder body 44 is readily possible.
- the semicircular grooves 46 of the flange 31 are arranged in a separate rotating part 47 which is inserted when the flange 31 is screwed to the driven shaft 13. From the drawing in connection with the above explanation it is readily apparent that the flange 26 can perform an axial displacement movement with respect to the driven shaft 13.
- the cylinder bodies 44 are used to transmit the torque.
- the basic design of the second pulley shown in FIG. 3 corresponds to the pulley according to FIG. 2.
- the inlet and outlet line 39 is, however, differently in a separate connector 48.
- This connector 48 is stationary and penetrates the flange 31 concentrically so that it can rotate around the connector 48.
- 3 shows the pulley 11 in a position in which the flanges 25 and 26 are at their smallest distance from one another. In this position, the piston 34 is farthest from the flange 31.
- the second pulley 11 is adjusted as follows:
- Axis of rotation (longitudinal axis of the output shaft 14) increases exponentially.
- the pressure built up by the centrifugal effect exerts a contact pressure on the end face of the piston 34 of the axially movable flange 26.
- This contact pressure is speed-dependent, and it changes with the second power of the speed.
- Below a certain limit speed the pretensioning force of the pretensioning device 23 of the first pulley 9 predominates.
- the speed ratio between the first and second pulleys 9 and 11 is variable, as can be seen from the course of the characteristic curve A in the illustration corresponding to FIG. 4.
- the compressor speed is shown on the left and the speed of the driven shaft 13 is shown schematically above the engine speed on the right.
- the course of the curve reproduces the control characteristic, which is characterized above all by the fact that relatively high speeds of the driven shaft 13 are already present in the area of low engine speeds. This control characteristic is particularly useful for auxiliary units to be driven in a motor vehicle.
- This support pressure can e.g. B. from the already existing lubricant pump 8 or correspond to this.
- a line leading away from the lubricant pump 8 (cf. FIG. 1) is connected via a fitting 49 to the housing 29 and a connecting line, not shown, to the chamber 38 or the inflow and outflow line 39.
- the dashed line shows a linear speed curve between the first and second pulleys 9 and 11, which results when the pulley 11 is closed unchanged.
- the inventive design of the drive device 7 makes it possible to set any speed ratio that lies in the area enclosed between the dashed line and curve A or curve B.
- This transmission ratio (curve A) of the drive device 7 can be set as a function of the engine characteristics.
- the value of the support pressure can be changed if there is a deviation from a predetermined target value of the boost pressure.
- the use of the drive device 7 according to the invention is not limited to driving a charge air compressor. Rather, the device can be used wherever it is generally important to advantageously use the control characteristics which have been explained and which deviate from linear ratios. This is particularly the case when auxiliary units of a motor vehicle are driven.
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (7) mit variablem Übersetzungsverhältnis zum Antrieb eines Nebenaggregats eines Kraftfahrzeugs. Eine Riemenscheibe (11) der Antriebsvorrichtung (7) weist eine Kammer (38) auf, die an einen Vorratsbehälter (30) eines Hydraulikmediums angeschlossen ist. Die Zentrifugalwirkung des in der Kammer (38) eingeschlossenen Hydraulikmediums wird zur Drehzahländerung der angetriebenen Welle (13) genutzt. Durch Beaufschlagen der Kammer (38) mit einem Stützdruck kann die Abtriebsdrehzahl der Antriebsvorrichtung (7) zusätzlich variiert werden.
Description
AntriebsVorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zur Übertragung von Drehmoment zwischen einer Antriebswelle mit einer ersten Riemenscheibe und einer angetriebenen Welle mit einer zweiten Riemenscheibe. Die erste Riemenscheibe weist einen axial feststehenden, mit der Antriebswelle drehfest verbundenen Flansch und einen axial beweglichen, unter der Wirkung einer Vorspanneinrichtung stehenden Flansch auf. Die zweite Riemenscheibe ist aus einem axial feststehenden, mit der angetriebenen Welle drehfest verbundenen und einem axial beweglichen Flansch zusammengesetzt, wobei der axial bewegliche Flansch mit einem Flansch der angetriebenen Welle eine Kammer zur Aufnahme eines Hydraulikmediums'bildet.
Eine wie vorstehend geschildert aufgebaute Antriebsvorrichtung findet insbesondere beim Antrieb von Nebenaggregaten in Kraftfahrzeugen Verwendung. Hier kann es sich beispielsweise um einen Generator, einen Klimakompressor oder einen Ladeluftverdichter handeln. Beim Antrieb von Nebenaggregaten stellt sich allgemein das Problem, eine genügend große Antriebsdrehzahl auch bei niedrigen Motorendrehzahlen zu erreichen; andererseits sollen diese Drehzahlen im oberen Bereich der Motordrehzahlen nicht zu hoch werden. Dieser Forderung läßt sich mit dem Einsatz einer Antriebsvorrichtung mit einer nicht-linearen Kennlinie Rechnung tragen. Unter Kennlinie ist hierbei das Verhältnis der Drehzahlen der treibenden und der getriebenen Welle der Antriebsvorrichtung zu verstehen. u die Kennlinie für den gesteuerten Antrieb eines Nebenaggregats zu verändern, ist die Verwendung von Fliehgewichten bekanntgeworden (DE 32 42 448 AI) . Mit derartigen Reglergewichten läßt sich eine Anpassung im erläuterten Sinne zwar erreichen, jedoch unterliegt die Reproduzierbarkeit der Drehzahlverhältnisse von
angetriebener zu getriebener Welle der
Antriebsvorrichtung großen Streuungen. Dieser Umstand hängt vor allem auch mit der Verwendung einer Teller- oder Schraubenfeder als Vorspanneinrichtung zusammen. Schon geringe Schwankungen der Stell- und Rückstellkräfte, resultierend aus abweichenden Reibungs- und Hebelverhältnissen, bewirken große Abweichungen von den Solldrehzahlen der angetriebenen Welle.
Es ist ferner bekanntgeworden, die Stellung der Flansche der Riemenscheiben hydraulisch einzustellen (DE 21 18 083 AI, DE 25 60 653 C2) . Damit die auf die Riemenscheiben einwirkenden Drücke nicht drehzahlabhängig durch die Zentrifugalkraft verfälscht werden, wurden besondere Vorkehrungen zur Kompensierung des Einflusses der Zentrifugalkraft auf das Hydraulikmedium getroffen.
Bei der Konstruktion nach der DE 38 30 165 AI wird die Stellung der festen und axial beweglichen Riemenscheibe zueinander zum einen durch eine Vorspanneinrichtung und zum anderen durch eine von der Zentrifugalkraft abhängig wirksame Einrichtung bestimmt. Die in Abhängigkeit von der Zentrifugalkraft wirksame Einrichtung besteht aus kleinen Elementen, z. B. pulverförmigem Stahl, Kupfer usw. Diese Einrichtung sorgt dafür, daß die Kraft der
Vorspanneinrichtung mit zunehmenden Drehzahlen vermindert wird. Der Abstand, den die beiden Riemenscheiben zueinander einnehmen, wird demzufolge, mit anderen Worten ausgedrückt, mit zunehmenden Drehzahlen wieder vergrößert, d. h., die Riemenscheibe wird geöffnet. Dies hat eine Reduzierung der Drehzahl der angetriebenen Welle zu Folge.
Der vorliegenden Erfindung liegt, ausgehend von der Anordnung nach der DE 25 60 653 C2, die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung insbesondere für den Antrieb
von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs dahingehend zu verbessern, daß die einzustellenden Drehzahlverhältnisse ausreichend genau reproduzierbar sind. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung soll sich insbesondere durch eine kleine Hysterese auszeichnen. In Erweiterung der Aufgabenstellung sollen die Drehzahlen der Antriebsvorrichtung in weiten Grenzen präzise steuerbar sein.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Kammer an einen Vorratsbehälter des Hydraulikmediu s angeschlossen ist und die Zentrifugalwirkung des in der Kammer eingeschlossenen Hydraulikmediumε zur Drehzahlerhöhung der angetriebenen Welle genutzt wird. Während bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik der Einfluß der Zentrifugalwirkung auf die Verstellung der Riemenscheiben als störend betrachtet wird, macht sich die erfindungsgemäße Lösung die Erkenntnis zunutze, daß die rotierende Menge des in der Kammer eingeschlossenen Hydraulikmediums einen Druck aufbaut, der mit dem radialen Abstand von der Drehachse exponentiell zunimmt und der - wegen dieser physikalischen Gesetzmäßigkeit - in besonderem Maße dazu geeignet ist, die Stellung der Riemenscheiben zueinander sehr präzise zu steuern. Praktische Versuche haben gezeigt, daß die Drehzahlverhältnisse hervorragend reproduzierbar sind. Grundsätzlich ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung drei mögliche Betriebsbereiche:
1. Unterhalb einer Grenzdrehzahl besteht ein starres Drehzahlverhältnis mit Übersetzung ins Schnelle. Die Kraft der Vorspanneinrichtung der ersten Riemenscheibe überwiegt gegenüber der Fliehkraft.
2. Wird eine erste Grenzdrehzahl überschritten, überwiegt der Fliehkrafteinfluß gegenüber der Kraft der Vorspanneinrichtung der ersten Riemenscheibe. Ab hier beginnt der Regelbereich der getriebenen Welle (Sekundärdrehzahl) .
3. Der Stellweg der zweiten Riemenscheibe ist erschöpft, so daß die axial bewegliche Riemenscheibe ihren größten Abstand zur axial feststehenden Riemenscheibe einnimmt. Es liegt wiederum ein festes Drehzahlverhältnis mit einer Übersetzung ins Langsame vor.
Um die Zentrifugalwirkung des in der Kammer eingeschlossenen Hydraulikmediums zur Drehzahlerhöhung der angetriebenen Welle zu nutzen, ist es ausreichend, die Kammer drucklos mit dem Vorratsbehälter zu verbinden.
Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann der Regelbereich der Antriebsvorrichtung auf einfache Weise dadurch erweitert werden, daß die Kammer mit einem Stützdruck zusätzlich beaufschlagt wird. Mit dem zusätzlichen Stützdruck kann die Antriebsvorrichtung auf einer Kennlinie mit höheren Drehzahlen gefahren werden. Diese Kennlinie verläuft mit nahezu gleicher Neigung wie die Kennlinie, bei der ausschließlich die Zentrifugalwirkung genutzt wird. Beim Antrieb eines Nebenaggregats eines Kraftfahrzeugs kann der Stützdruck ohne besonderen Aufwand vom Förderdruck einer Schmiermittelpumpe abgeleitet werden bzw. er kann diesem Druck entsprechen.
Die Kammer zur Aufnahme des Hydraulikmediums kann in baulich einfacher Weise dadurch gebildet werden, daß ein Kolben des axial beweglichen Flansches in einem Innenzylinder des Flansches der angetriebenen Welle gleitend und dicht geführt ist. Diese Bauweise ermöglicht auch eine einfache Anpassung der Regelcharakterstik der Antriebsvorrichtung durch unterschiedlich große Durchmesser des Kolbens. Durch geeignete Wahl der Durchmesser läßt sich das in der Kammer eingeschlossene Hydraulikmedium mengenmäßig leicht variieren.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung sind im axial beweglichen Flansch und dem Flansch der angetriebenen Welle
Halbrundnuten vorgesehen, die sich mit ihren axial gerichteten Öffnungen diametral gegenüberliegen. Die Öffnungen bilden geteilte Hohlkörper, in die Zylinderkörper eingesetzt werden, um eine drehfeste Verbindung zwischen dem axial beweglichen Flansch und dem Flansch der angetriebenen Welle herzustellen. Diese Maßnahme ist aus der DE 12 84 779 B2 an sich bekanntgeworden.
Es ist vorteilhaft, die angetriebene Welle als Hohlwelle auszugestalten. Die Hohlwelle kann mit einer Abtriebswelle unmittelbar oder mittelbar über eine schaltbare Kupplung drehfest verbunden sein bzw. werden. Bei der Abtriebswelle kann es sich um die Antriebswelle des Nebenaggregats, beispielsweise eines Luftverdichters, handeln. Die schaltbare Kupplung ist bevorzugt als elektromagnetisch betätigbare Kupplung ausgebildet.
Bei einer einfachen, montagefreundlichen Ausbildung der Kammer ist ein Boden vorgesehen, der mit einer Außendichtung an der Hohlwelle anliegt. Dieser Boden kann mit einer zentriεchen Bohrung versehen sein, durch die die Abtriebswelle hindurchgreift. Neben der Außendichtung ist dann eine Innendichtung vorzusehen. Bei dieser Lösung führt die Zufluß- bzw. Abflußleitung durch die Abtriebswelle in die Kammer.
Um die axial bewegliche Riemenscheibe in ihrer der der Scheibe am weitesten geöffneten Stellung exakt zu fixieren, liegt der axial bewegliche Flansch in einer Endlage an einem Anschlag des Flansches der angetriebenen Welle an.
Die Zufluß- bzw. Abflußleitung für das Hydraulikmedium kann auch konzentrisch zum Flansch der angetriebenen Welle angeordnet sein. In diesem Fall ist die Leitung durch eine Bohrung des Flansches der angetriebenen Welle dicht in der Weise geführt, daß sich der Flansch der angetriebenen Welle um die Leitung drehen kann.
In Verbindung mit dem Antrieb eines Luftverdichters ist es vorteilhaft, den Stützdruck in Abhängigkeit des Kennfeldes des Verbrennungsmotors zu regeln. Dies geschieht insbesondere dadurch, daß die Kennfeld-abhängige Motordrehzahl und/oder der Ladedruck des Verbrennungsmotors überwacht, und daß das dieser Drehzahl und/oder diesem Druck entsprechende Übersetzungsverhältnis der Antriebsvorrichtung variiert wird. Hierzu wird neben der Veränderung der Zentrifugalwirkung des Hydraulikmediums der Stützdruck variiert, zu- oder abgeschaltet, bis eine Soll-Motordrehzahl und/oder ein -Ladedruck gemessen wird.
Es ist ferner vorteilhaft, den Flansch der angetriebenen Welle als Antriebsscheibe für ein weiteres Nebenaggregat auszubilden. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Klimakompresεor handeln.
Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale sowie die daraus resultierenden Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 einen Verbrennungsmotor mit einer
Antriebsvorrichtung für ein Nebenaggregat eines Kraftfahrzeugs in stark vereinfachter, schematischer Darstellung;
Fig. 2 eine Riemenscheibe der Antriebsvorrichtung nach Fig. 1 im Längsschnitt;
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Riemenscheibe und
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Drehzahlverhältnisse.
Die schematische Darstellung nach Fig. 1 zeigt eine Antriebsvorrichtung zum Betreiben eines Nebenaggregats in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
Eine Ansaugleitung 1 führt zu einem Luftverteiler 2 eines Verbrennungsmotors 3. Bei diesem Verbrennungsmotor handelt es sich um einen Otto-Motor. Die erfindungsgemäße Anordnung kann jedoch prinzipiell auch bei einem Dieselmotor verwirklicht werden. Dem Verbrennungsmotor 3 ist ein Abgassammler 4 zugeordnet.
Eine Abtriebswelle 5 steht mit einem selbst nicht dargestellten Getriebe in treibender Verbindung. Auf der gegenüberliegenden Seite des Verbrennungsmotors 'befindet sich eine treibende Welle 6 einer Antriebsvorrichtung 7. Von der Welle 6 ist ferner der Antrieb für eine Schmiermittelpumpe 8 abgeleitet. Die Antriebsvorrichtung 7 und die Schmiermittelpumpe 8 kann, wenn dies aus Platzgründen erforderlich ist, auch über eine Zwischenwelle angetrieben werden.
Eine erste Riemenscheibe 9 der Antriebsvorrichtung 7 treibt über einen Riemen 10 eine zweite Riemenscheibe 11 an.
Durch Betätigen einer elektromagnetischen Kupplung 12 wird eine drehfeste Verbindung zwischen der zweiten Riemenscheibe 11 und einer angetriebenen Welle 13 mit einer Abtriebswelle 14 hergestellt. Die Abtriebswelle 14 treibt ein Hochtreiber-Planetengetriebe 15 an. Anstelle eines
Planetengetriebes kann zur Erhöhung der Drehzahl auch ein geeignetes Getriebe abweichender Bauart eingesetzt werden. Eine Sonnenradwelle 16 dient zum Antrieb eines Kreiεelverdichters 17, der innerhalb der Saugleitung 1 liegt.
Bei Leerlauf und bei niedrigen Motordrehzahlen dreht die zweite Riemenscheibe 11 schneller als die erste Riemenscheibe 9. Bei maximaler Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 erreicht das System ein Übersetzungsverhältnis, bei dem die Drehzahl der
Abtriebswelle 14 in der Regel kleiner als die Drehzahl des Verbrennungsmotors ist. Da die Ausgangsdrehzahl der zweiten Riemenscheibe 11 für den Betrieb des Kreiselverdichters 17 nicht ausreichen würde, weist das Hochtreiber-Planetengetriebe ein hohes
Übersetzungsverhältnis ins Schnelle treibend auf.
In der Ansaugleitung 1 befindet sich ein Luftmengenmesser 18. Eine Drosselklappe 20 ist von ihrer Schließstellung bis zu einem maximalen Öffnungswinkel betätigbar.
Die erste Riemenscheibe 9 der Antriebswelle 6 besteht aus einem axial feststehenden, mit der Antriebswelle 6 drehfest verbundenen Flansch 22 und einem axial beweglichen, unter der Wirkung einer Vorspanneinrichtung 23, z. B. einer Druckfeder, stehenden Flansch 24.
Der konstruktive Aufbau der zweiten Riemenscheibe 11 wird nachfolgend anhand der Fig. 2 erläutert.
Die zweite Riemenscheibe 11 setzt sich aus einem axial feststehenden Flansch 25 und einem axial beweglichen Flansch 26 zusammen. Der axial feststehende Flansch 25 ist mit der angetriebenen Welle 13 durch geeignete
Verbindungsmittel, wie z. B. Schrauben 27, drehfest verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die angetriebene Welle 13 als Hohlwelle ausgebildet und über zwei Lager 28 auf der Abtriebswelle 14 drehbar angeordnet. Die Kupplung 12 ist als elektromagnetisch betätigbare
Kupplung ausgebildet. Bei geschlossener Kupplung 12 wird
eine drehfeste Verbindung zwischen dem axial feststehenden Flansch 25 und der Abtriebεwelle 14 hergestellt. Die Abtriebswelle 14 treibt, wie bereits erwähnt, das Hochtreiber-Planetengetriebe 15 und dieεes wiederum den Kreiselverdichter 17 an.
In der Fig. 2 ist der Kreiselverdichter 17 in seinen Umrissen schematisch dargestellt. Der Innenraum 28 eines Gehäuses 29 ist als Vorratsbehälter 30 für ein Hydraulikmedium vorgesehen. Der Vorratsbehälter kann ohne weiteres auch außerhalb des Gehäuses 29 angeordnet sein.
Dem axial feststehenden Flansch 25 liegt der axial bewegliche Flansch 26 gegenüber.
Die angetriebene Welle 13 weist einen Flansch 31 auf, der mittels Schraubverbindungen 32 mit der angetriebenen Welle 13 drehfest verbunden ist. Anstelle der Schraubverbindungen 32 können auch andere geeignete drehfeste Verbindungen gewählt werden.
Der Flansch 31 der angetriebenen Welle 13 weist einen axial gerichteten Rand 33 auf, der in einen Kolben 34 des axial beweglichen Flansches nach Art eines Deckels übergreift. Der Kolben 34 ist in einem Innenzylinder 35 des Flansches 31 gleitend geführt. Eine Dichtung 36 übernimmt die Abdichtung des Kolbens 34 gegenüber dem Innenzylinder 35.
Es ist vorteilhaft, den Flansch 31 als Antriebsscheibe für ein weiteres Nebenaggregat, z. B. einen Klimakompressor, auszubilden, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist.
Der axial bewegliche Flansch 26 stützt sich über Gleit- und Dichtringe 37 auf der angetriebenen Welle 13 ab.
Der Flansch 26 ist, wie bereits erwähnt, gegenüber der angetriebenen Welle 13 axial verschieblich und weist eine drehfeste Verbindung zur angetriebenen Welle 13 auf, um das anteilige Drehmoment zu übertragen, das sich aus der Anlage des Riemens 10 an diesem Flansch 26 ergibt. Die Axialverschiebung und die drehfeste Verbindung des Flansches 26 wird durch die nachstehend erläuterten konstruktiven Maßnahmen erreicht:
Der Flansch 31 ist Bestandteil einer Kammer 38, die zur Aufnahme von Hydraulikmedium vorgesehen ist und zu diesem Zweck über eine Zufluß- bzw. Abflußleitung 39 mit dem Vorratsbehälter 30 verbunden ist. Ein ringförmiger Boden 40, der gegenüber der angetriebenen Welle 13 und der Abtriebswelle 14 abgedichtet ist, bildet die dem Flansch 31 gegenüberliegende Begrenzung der Kammer 38. über einen radial gerichteten Kanal 41 gelangt das Hydraulikmedium in Kontakt mit der wirksamen Fläche des Kolbens 34 des Flansches 26.
Die drehfeste Verbindung zwischen dem Flansch 26 und dem Flansch 31 der angetriebenen Welle 13 erfolgt über Zylinderkδrper 44, von denen zwei in der Zeichnung abgebildet sind. Die Zylinderkörper 44 sind in Halbrundnuten 45 des Flansches 26 und Halbrundnuten 46 des Flansches 31 eingesetzt. Die Halbrundnuten 45 und 46 sind mit ihren axial gerichteten Öffnungen einander zugekehrt, so daß die Aufnahme der Zylinderkörper 44 ohne weiteres möglich ist. Aus Fertigungsgründen sind die Halbrundnuten 46 des Flansches 31 in einem gesonderten Drehteil 47 angeordnet, das beim Verschrauben des Flanscheε 31 mit der angetriebenen Welle 13 eingefügt wird. Aus der Zeichnung ist in Verbindung mit der vorstehenden Erläuterung ohne weiteres ersichtlich, daß der Flansch 26 gegenüber der angetriebenen Welle 13 eine axiale Verschiebebewegung ausführen kann. Es besteht eine
drehfeste Verbindung des Flansches 26 mit der angetriebenen Welle 13. Zur Übertragung des Drehmoments dienen die Zylinderkörper 44.
Die in Fig. 3 abgebildete zweite Riemenscheibe entspricht in ihrem prinzipiellen Aufbau der Riemenscheibe nach Fig. 2. Die Zu- bzw. Abflußleitung 39 befindet sich jedoch hiervon abweichend in einem gesonderten Anschlußstück 48. Dieses Anschlußεtück 48 iεt ortsfest angeordnet und durchsetzt den Flansch 31 konzentrisch, so daß sich dieser um das Anschlußstück 48 drehen kann. Im übrigen zeigt die Abbildung entsprechend Fig. 3 die Riemenscheibe 11 in einer Lage, in der die Flansche 25 und 26 ihren kleinsten Abstand zueinander einnehmen. In dieser Position liegt der Kolben 34 vom Flansch 31 am weitesten entfernt.
Die Verstellung der zweiten Riemenscheibe 11 geschieht wie folgt:
Da die Kolben-Innenzylindereinheit 34-36 mit der angetriebenen Welle 13 rotiert, wird das in der Kammer 38 eingeschlossene Hydraulikmedium einer Zentrifugalwirkung ausgesetzt. Die rotierende Menge an Hydraulikmedium baut einen Druck auf, der mit dem radialen Abstand von der
Drehachse (Längsachse der Abtriebεwelle 14) exponentiell zunimmt. Der durch die Zentrifugalwirkung aufgebaute Druck übt eine Anpreßkraft auf die Stirnfläche des Kolbens 34 des axial beweglichen Flansches 26 aus. Diese Anpreßkraft ist drehzahlabhängig, und zwar ändert sie sich mit der zweiten Potenz der Drehzahl. Unterhalb einer bestimmten Grenzdrehzahl überwiegt die Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung 23 der ersten Riemenscheibe 9. Es besteht ein festeε Drehzahlverhältnis zwischen der ersten und zweiten Riemenscheibe 9 und 11, und zwar mit einer
Übersetzung ins Schnelle. Wird die Grenzdrehzahl der angetriebenen Welle 13 überschritten, macht sich die Zentrifugalwirkung zunehmend bemerkbar. Das Drehzahlverhältnis zwischen der ersten und zweiten Riemenscheibe 9 und 11 ist variabel, wie dies dem Verlauf der Kennlinie A in der Abbildung entsprechend Fig. 4 zu entnehmen ist. In diesem Diagramm iεt linkε die Verdichterdrehzahl und rechts die Drehzahl der angetriebenen Welle 13 über der Motordrehzahl schematisch dargestellt. Der Kurvenverlauf gibt die Regelcharakteriεtik wieder, die sich vor allem dadurch auszeichnet, daß bereits im Bereich niedriger Motordrehzahlen relativ hohe Drehzahlen der angetriebenen Welle 13 vorliegen. Diese Regelcharakteristik kommt anzutreibenden Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs besonders entgegen.
Wenn der Stellweg des axial beweglichen Flansches 26 erschöpft ist, d. h., die Flansche 25 und 26 ihren kleinεten Abstand zueinander eingenommen haben, stellt sich wiederum ein festes Drehzahlverhältnis zwischen der ersten und zweiten Riemenscheibe 9 und 11 mit einer Übersetzung ins Langsame ein.
In Abbildung 4 ist eine Kennlinie B eingezeichnet, die sich ergibt, wenn der Anpreßkraft, die aus der
Zentrifugalwirkung resultiert, ein zusätzlicher Stützdruck überlagert wird. Dieser Stützdruck kann z. B. von der ohnehin vorhandenen Schmiermittelpumpe 8 abgezweigt werden bzw. diesem entsprechen. Eine von der Schmiermittelpumpe 8 (vgl. Fig. 1) wegführende Leitung ist über eine Armatur 49 an das Gehäuse 29 und eine nicht dargestellte Verbindungsleitung an die Kammer 38 bzw. die Zu- und Abflußleitung 39 angeschlossen.
In Fig. 4 gibt die gestrichelt gezeichnete Linie einen linearen Drehzahlverlauf zwiεchen der ersten und zweiten Riemenscheibe 9 und 11 wieder, der sich bei unverändert geschlossener Riemenscheibe 11 ergibt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Antriebsvorrichtuήg 7 kann jedes beliebige Drehzahlverhältnis eingestellt werden, das in der zwischen der gestrichelten Linie und der Kurve A bzw. der Kurve B eingeschloεsenen Fläche liegt. Dieses Übersetzungsverhältnis (Kurve A) der Antriebsvorrichtung 7 kann motorkennfeidabhängig eingestellt werden. Hierzu kann der Stützdruck in seinem Wert verändert werden, wenn eine Abweichung eines vorgegebenen Sollwerts des Ladedrucks vorliegt.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 7 beschränkt sich nicht auf den Antrieb eines Ladeluftverdichters. Die Vorrichtung kann vielmehr überall dort eingesetzt werden, wo es allgemein darauf ankommt, die erläuterte, von linearen Verhältnisεen abweichende Regelcharakterstik vorteilhaft einzusetzen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Nebenaggregate eines Kraftfahrzeugs angetrieben werden.
Bezu szeichen
Claims
A n s p r ü c h e
1-. Antriebsvorrichtung (7) zur Übertragung von Drehmoment zwischen einer Antriebswelle (6) mit einer ersten Riemenscheibe (9) und einer angetriebenen Welle (13) mit einer zweiten Riemenscheibe (11) , wobei die erste •_• Riemenscheibe (9) einen axial feststehenden, mit der Antriebswelle (6) drehfest verbundenen Flanεch (22) und einen axial beweglichen unter der Wirkung einer
Vorspanneinrichtung (23) stehenden Flansch (24) aufweist und die zweite Riemenscheibe (11) aus einem axial festεtehenden mit der angetriebenen Welle (13) drehfeεt verbundenen Flansch (25) und einem axial beweglichen Flansch (26) besteht, wobei der axial bewegliche Flansch (26) mit einem Flansch (31) der angetriebenen Welle (13) eine Kammer (38) zur Aufnahme eines Hydraulikmediums bildet, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kammer (38) an einen Vorratsbehälter (30) des Hydraulikmediums angeschlossen ist und die
Zentrifugalwirkung des in der Kammer (38) eingeschlosεenen Hydraulikmediums zur Drehzahländerung der angetriebenen Welle (13) genutzt wird.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kammer (38) drucklos mit dem Vorratsbehälter (30) verbunden ist.
3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kammer (38) mit einem Stützdruck zusätzlich beaufschlagbar ist.
4. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stützdruck vom Förderdruck einer Schmiermittelpumpe (8) abgeleitet ist bzw. diesem entspricht.
5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Kolben (34) des axial beweglichen Flansches (26) in einem Innenzylinder (35) des Flansches (31) der angetriebenen Welle (13) gleitend und dicht geführt ist.
6. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß im axial beweglichen Flansch (26) und dem Flansch (31) der angetriebenen Welle (13) Halbrundnuten (45, 46) vorgesehen sind, die sich mit ihren axial gerichteten Öffnungen diametral gegenüberliegen und in die Zylinderkörper (44) eingesetzt sind, um eine drehfeste Verbindung zwischen dem axial beweglichen Flansch (26) und dem Flansch (31) der angetriebenen Welle (13) herzustellen.
7. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 sowie 5 und 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die angetriebene Welle (13) eine Hohlwelle iεt, die mit einer Abtriebswelle (14) unmittelbar oder mittelbar über eine εchaltbare Kupplung (12) drehfeεt verbunden iεt.
8. Antriebsvorrichtung nach Anεpruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Boden (40) , der mit einer Außendichtung an der Hohlwelle (Welle 13) anliegt, eine Begrenzungswand der Kammer (38) bildet.
9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Abtriebswelle (14) ein Nebenaggregat eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Kreiselverdichter (17) für einen Verbrennungsmotor (3) antreibt.
10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der axial bewegliche Flansch (26) in einer Endlage an einem Anschlag des Flansches (31) der angetriebenen Welle (13) anliegt.
11. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5 und 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Hydraulikmedium über eine Bohrung (39) der Abtriebswelle (14) der Kammer (38) zugeführt wird bzw. auε dieεer abfließt.
12. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5 und 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Hydraulikmedium über eine ortsfeste, konzentrisch zum Flansch (31) der angetriebenen Welle (13) angeordnete Leitung (39 in 48) der Kammer (38) zugeführt wird bzw. aus dieser abfließt.
13. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4 und 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stützdruck in Abhängigkeit des Kennfeldes eines Verbrennungsmotors (3) regelbar ist.
14. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die kennfeldabhängige Motordrehzahl und/oder der Ladedruck des
Verbrennungsmotors (3) überwacht, und das dieser Drehzahl und/oder diesem Druck entsprechende Ubersetzungεverhältniε der Antriebsvorrichtung (7) neben der Veränderung der Zentrifugalwirkung des Hydraulikmediums durch Änderung, Zu- und Abschalten des Stützdrucks variiert wird.
15. Antriebsvorrichtung nach Anεpruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Flanεch (31) der angetriebenen Welle als Antriebsscheibe für ein weiteres Nebenaggregat, insbesondere einen Klimakompresεor, ausgebildet iεt.
16. Antriebsvorrichtung nach Anεpruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Halbrundnuten (46) in einem gesonderten Drehteil (47) angeordnet sind.
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FR2905409A1 (fr) * | 2006-08-31 | 2008-03-07 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Dispositif d'entrainement d'un compresseur centrifuge de suralimentation d'un moteur a combustion interne notamment d'un vehicule automobile |
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