WO1994007056A1 - Variator sowie antriebsaggregat, insbesondere für fahrzeuge, mit einem solchen variator - Google Patents

Variator sowie antriebsaggregat, insbesondere für fahrzeuge, mit einem solchen variator Download PDF

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WO1994007056A1
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PCT/DE1993/000831
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Ernst Plöchinger
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Bavaria-Tech Werner Schlattl
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    • F16H37/084—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT
    • F16H37/0846—CVT using endless flexible members
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/06—Endless member is a belt

Definitions

  • Variator and drive unit especially for vehicles, with such a variator
  • the invention relates to a variator according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a drive unit according to the preamble of claim 18.
  • auxiliary units In automotive engineering, it is known and common practice to drive auxiliary units directly from the engine or crankshaft via V-belts or similar belt drives.
  • auxiliary units are, for example, alternators, water pumps, air conditioning systems, hydraulic pumps for steering aids, but also loaders or compressors for charge air, etc.
  • the engine speed is very different when operating a vehicle and, depending on the operating state, can be, for example, between 800 and 8,000 rpm. lie.
  • the auxiliary units have therefore so far been designed in such a way that they provide the required power even at low engine speeds, or at least a sufficiently high power and also withstand the respective maximum speed.
  • the auxiliary units are usually oversized, which among other things. leads to relatively high manufacturing costs and a high weight of these auxiliary units.
  • turbochargers that are driven by the exhaust gases of the internal combustion engine
  • these systems have the fundamental advantage that the charger reacts quickly and without delay, particularly when the operating state of the internal combustion engine changes, that is to say, for example, when the power suddenly increases, which in the case of exhaust gases Driven turbochargers usual "turbo hole” does not occur, but is also disadvantageous in this direct Drive of the loader from the motor shaft, that at low speeds the performance of the loader is low, or the loader must be oversized.
  • the object of the invention is to demonstrate a variator for use in a drive unit, which (variator) enables the speed of rotation of the respective auxiliary unit to be decoupled from the engine speed, at least within predetermined limits, with little design effort and low power losses.
  • a basic special feature of the invention which is particularly suitable for vehicles and preferably for road vehicles, is that the transmission of the power between the input and the output of the variator and thus also between the motor shaft and the respective auxiliary unit by means of a fixed mechanical coupling with which the main power is transmitted and by superimposition.
  • the speed at the output of the variator is regulated or decoupled from the speed of the motor shaft, for example in such a way that even at low motor speeds a sufficiently high speed at Output of the variator and thus on the respective auxiliary unit is available.
  • the speed at the output of the variator increases with the engine speed or the speed at the input of the variator, while in an upper speed range the speed at the output of the variator is independent of the speed of the motor or at the input of the variator is essentially constant.
  • Another special feature of the invention is that the speed is not regulated by destroying power. If superimposition power is introduced into the superimposition gearbox to increase the speed, this superimposition power is taken from the drive, for example at the input of the variator. If superimposed power is taken from the superimposed gear to reduce the speed of the output of the variator, this power is fed back to the drive, for example also in the area of the input of the variator.
  • this transmission medium is preferably a hydraulic medium (hydraulic pressure oil) with the advantage that a particularly compact structure of the variator can be achieved in this way.
  • the variator is manufactured together with all functional elements as a functional assembly, so that it is only on the internal combustion engine or on the respective auxiliary unit must be flanged and then fully operational. In principle, however, it is also possible to integrate the variator in an auxiliary unit.
  • Auxiliary units that are driven by the variator are also in the invention, for example, alternators, water pumps, compressors or compressors for air conditioning systems, hydraulic pumps for steering aids, fan drives, etc.
  • an optimal coordination of the engine map-auxiliary unit can be achieved, whereby overall an optimal adjustment of the speeds enables an optimization of the entire drive, a reduction in pollutants while simultaneously reducing the operating costs and also a reduction in the costs and weight of the auxiliary units become. Since auxiliary units often have a particularly poor efficiency at low speeds, which among other things Also applies to alternators, the efficiency of such auxiliary units and thus the efficiency of the entire drive unit is significantly improved by the invention.
  • the invention has particular advantages, which include optimal engine / supercharger or compressor map as well as optimization of the torque curve of the internal combustion engine, ie the engine has a high rate even at low engine speeds Torque. It is therefore possible to operate the internal combustion engine at relatively low speeds, which not only significantly reduces the intensity of the engine noise, but in particular also makes it an essential one Improvement in the efficiency of fuel combustion achieved, with the advantage of reducing fuel consumption and also pollutant emissions.
  • FIG. 1 shows a simplified representation and a front view of a vehicle engine designed as an internal combustion engine with various auxiliary units driven by a variator;
  • FIG. 2 shows a schematic individual illustration and a side view of the variator flanged to the engine block and directly connected to the crankshaft in terms of drive;
  • Fig. 3 in a very simplified schematic representation of an embodiment of the variator
  • Fig. 4 is a diagram showing different speeds at
  • Fig. 5 in a very simplified schematic representation another possible embodiment of the variator; 6 shows a simplified illustration and a side view of a vehicle engine designed as an internal combustion engine, together with a schematically illustrated supercharger with an integrated variator;
  • FIG. 7 shows a longitudinal section through the loader according to FIG. 6;
  • Fig. 8 shows a further possible embodiment of the variator in a simplified schematic representation.
  • 1 is a piston engine of a road vehicle, for example a car, which is designed as an internal combustion engine.
  • Various auxiliary units are drivingly connected to the crankshaft or engine shaft 2, specifically an alternator 3, a water pump in the embodiment shown 4 and a charger or compressor 5 for charge air.
  • These auxiliary units are driven by a variator 6, which is connected directly to the crankshaft 2 with its input or with its shaft 7 via a flange 8 (FIG. 3).
  • the output or output of the variator 6 is formed by a belt pulley 9, which is part of a belt drive with a drive belt 10 (e.g. POLY-V belt) that is common to all auxiliary units.
  • a drive belt 10 e.g. POLY-V belt
  • the variator 6 can be controlled in such a way that from a certain lower engine speed, which corresponds, for example, to the idling speed of the internal combustion engine, and in the order of magnitude between 700 and 1,000 rpm. is the output speed of the variator, d. H. the speed of the pulley 9 is substantially higher than the input speed of the variator and the output speed in this area increases with the engine speed, to a maximum value which is then not exceeded or is only slightly exceeded even at even higher engine speeds.
  • the variator 6 is also basically designed so that on the one hand there is a fixed mechanical coupling between the shaft 7 and the pulley 9 and this fixed coupling, via which the vast majority of the power is transmitted, a controlled, for example depending on the speed of the internal combustion engine 1 controlled, much smaller superimposition power is superimposed.
  • the variator 6 is designed such that it has all the functional elements that are at least partially housed in a housing 11.
  • the variator 6 thus forms with all of its functional elements a structural unit that can be easily and easily installed on the internal combustion engine 1.
  • the shaft 7 is mounted in the housing 11 and forms a central shaft of the variator 6. At the end facing away from the flange 8 there is a cooling fan 12 on the shaft 7 for cooling the variator.
  • a planetary gear 13 is provided on the housing 11, which forms the superposition gear of the variator 6 and, among other things. from the sun gear 14 mounted on the central shaft 7, from planet gears 15, of which only one is shown in FIG. 3 for the sake of simplicity, and from the ring gear 16 surrounding the sun gear 14 and the planet gears 15, the latter part of which Pulley 9 is. It is understood that the ring gear 16 is arranged coaxially with the axis of the shaft 7 or with the axis of the sun gear 14 and that the planet gears 15, which are arranged with their axes parallel to the axes of the sun gear 14 and the ring gear 16, with their teeth are in engagement with both the teeth of the sun gear 14 and the teeth of the ring gear 16.
  • the planet wheels 15 are rotatably mounted on a planet gear carrier or web 17, which is fixedly provided on the shaft 7.
  • the sun gear 14 is fixedly provided on a hollow shaft 18 which is rotatably mounted on the shaft 7.
  • the pulley 9 having the ring gear 16 is cup-shaped or cup-shaped, encloses the planetary gear 13 or covers this gear to the outside, is rotatably mounted on the shaft 7 and also partially encloses the housing 11.
  • the cooling fan 12, which is arranged outside the pulley 9, is drivingly connected to this pulley 9.
  • the standard translation can basically also have other values. However, this standard translation i is preferably in the range between about 0.6 to 0.8.
  • two hydraulic arrangements 20 and 21, each optionally acting as a pump or motor are provided in the housing 11, which has a flange 19 for attachment to the engine block of the internal combustion engine 1, two hydraulic arrangements 20 and 21, each optionally acting as a pump or motor, are provided.
  • these arrangements are designed as hydraulic gear pumps or gear motors and are shown schematically in FIG. 3 each with a gear 22 (arrangement 20) or 23 (arrangement 21).
  • the gear wheels 22 and 23, which lie with their axes parallel to the axis of the shaft 7, are rotatably mounted in the housing 11 or in the intermediate walls 24 through which the shaft 7 is also passed in a sealed manner using seals 25.
  • the arrangement 20 or its gear 22 is connected in terms of drive to a gear 26 seated on the shaft 7.
  • the arrangement 21 or the gear 22 there interacts in terms of drive with a gear 27 on the hollow shaft 18 of the sun gear 14.
  • a reservoir or container 28 for receiving a supply of hydraulic oil, specifically in the illustration chosen for FIG. 3 below the shaft 7 and also below the arrangements 20 and 21.
  • a control valve device 29 is provided which communicates with the arrangements 20 via lines 30-33 and 21 or with the 'container 28 and via which both the function of the arrangements 20 and 21 each as a pump or motor or the function of the lines 30 - 33 and thus the direction of action of the superimposed power, as well as the amount of hydraulic Liquid which is supplied by the arrangement 20 or 21 acting as a pump to the arrangement 21 or 20 respectively acting as a motor, and thus the size of the superimposed power can be controlled.
  • the control valve arrangement 29 is controlled via an electrical control line 34 by electronics which are arranged outside the variator and are not shown.
  • the superimposition power which can be both a positive power (arrangement 21 acts as a hydraulic motor) and a negative power (arrangement 21 acts as a pump), is achieved by means of the gearwheel 27 via the sun gear 14 introduced into or removed from the planetary gear 13.
  • the introduction and removal of the superimposition power on the sun gear 14 has i.a. the additional advantage that low moments and thus a very low superimposition power are sufficient for the control.
  • the overall power losses can also be kept very small, although a relatively poor efficiency with losses of up to 50% has to be accepted for the transmission of the superimposed power via the control valve arrangement 29 and the arrangements 20 and 21. Small moments also mean that the assemblies 20 and 21 can be kept small in size or volume.
  • the Fig. 4 shows that the rotational speed n'iö Locked sun gear 14 in proportion to the engine speed n m increases, corresponding to the standard translation.
  • the speed n ⁇ ö initially increases in a range of the engine speed between approximately 1,000 to 3,000 rpm. linear with the engine speed n-yj. In the range between 3,000 to about 8,000 rpm. of the engine speed, the speed n ⁇ ö remains approximately constant at 8,000 rpm.
  • FIG. 5 shows, in a very simplified and schematic representation, as a further possible embodiment, a variator 6a, which differs from the variator 6 essentially only in that the pump-motor arrangement 21 acting on the sun gear 14 is not separate is provided, but is formed by the sun gear 14 and the planet gears 15, the latter are therefore probably a functional component of the planetary gear designated by 13a in FIG. 5 as well as the pump-motor arrangement via which the superimposition power is introduced on the planetary gear. With the broken line 35, this function of the planetary gear 13a is also indicated as a pump-motor arrangement.
  • the variator 6a also has an arrangement 36 corresponding to the arrangement 20, which is either likewise formed by a gear motor pump arrangement or by another hydraulic displacement motor and pump arrangement. Furthermore, the variator 6a in turn has the control valve device 29.
  • the variators 6 and 6a have in common that the superimposition power which is supplied to the planetary gear 13 or 13a (arrangement 20 or 36 acts as a pump / arrangement 21 or planetary gear 13a acts as a motor) of the drive, i.e. in the illustrated embodiments the shaft 7 is taken and that the superimposition power which is taken from the planetary gear 13 or 13a (arrangement 21 or planetary gear 13a act as a pump / arrangement 20 or 36 acts as a motor) the drive, ie in the illustrated embodiment, the shaft 7 is supplied so that (apart from unavoidable losses) no energy is destroyed when regulating the speed or speed of the pulley 9.
  • the variator can also be part of such an auxiliary unit.
  • the described embodiments also have in common that the introduction or removal of the superimposition power takes place hydraulically. In this way, regardless of the special construction, a compact design for the variator 6 or 6a is fundamentally possible, since the hydraulics enable large outputs with a small size.
  • the auxiliary units can be operated in an optimal speed range independently of the speed of the internal combustion engine 1, so that a small, compact design can be achieved for these units.
  • the variator 6 or 6a has a particular advantage for driving the charger 5.
  • the direct drive connection between the charger 5 and the crankshaft of the internal combustion engine 1 ensures that the charger 5 is driven without delay.
  • the regulated output speed of the variators 6 and 6a also ensures that a sufficiently large amount of charge air and a sufficiently high boost pressure are available even at low engine speeds, i.e. in the work spaces or cylinders of the internal combustion engine even at a low engine speed high expansion performance and thus a high torque is achieved.
  • the loader 5a attached to the block of the internal combustion engine 1 is driven by a belt drive formed by the pulleys 37, 38, 39 and the belt 40.
  • the pulley 37 is seated on the crankshaft 2, the pulley 38 on the shaft of another auxiliary unit, not designated (e.g. an alternator or water pump), and the pulley 39 on the drive shaft 41 of the supercharger 5a, which is designed as a hollow shaft.
  • the charger 5a has a multi-part housing 42, in the housing part 42 'of which a gear arrangement 43 and in the housing part 42''of which are separate from the gear arrangement 43 driven by this, however, the rotor 44 is arranged, specifically for a rotating movement about a longitudinal axis L, which is coaxial with the axis of the drive shaft 41.
  • an intake port 45 is arranged on the housing part 42 ′′ for the intake of air.
  • the air compressed with the charger 5a is discharged on an annular channel surrounding the rotor 44 via an outlet connection 46, as shown by the arrows A and B in FIG. 6.
  • the gear arrangement 43 which is accommodated in the housing part 42 'which is closed towards the outside and contains gear oil, consists of two planetary gears 47 and 48 which are in the drive connection between the drive shaft 41 and a shaft 49 which can be rotated about the longitudinal axis L.
  • Housing 42 is mounted and on which the rotor 41 is seated, are arranged in series.
  • the planetary gear 48 which serves as a transmission gear to achieve a high speed of shaft 49, has a pinion provided on this shaft 49 and acting as a sun gear 50, and at least one planet gear rotatably mounted on the housing 42 and engaging in the sun gear 50 51, which is also in engagement with a toothing 52 of a ring gear 53.
  • the ring gear 53 is mounted in the housing part 42 ′ so as to be freely rotatable about the longitudinal axis L, specifically on a shaft 54 enclosed by the drive shaft 41, which extends into the housing part 42 ′.
  • the planetary gear 47 connected upstream of the planetary gear 48 serves as a superposition gear and for this purpose has at least one sun gear 55 provided on the shaft 54, at least one planet gear 57 provided or rotatably mounted on a web 56 running around the longitudinal axis L, which is connected to the Sun gear 55 and also with a further toothing 58 of the ring gear 53 is in engagement.
  • a special feature of the gear arrangement 43 is therefore that a common one for both planetary gear 47 and 48 Ring gear 53 is provided, ie both planetary gear 47 and
  • the drive shaft designed as a hollow shaft, on which the pulley 39 is seated, and also the shaft 54, project beyond the side of the pulley 39 facing away from the housing 42.
  • the shaft 54 extends as far as a pump-motor arrangement 59, which corresponds to the function of the pump-motor arrangement 21 and is used for introducing and removing superposition power into and from the planetary gear 47.
  • the pump-motor arrangement 59 is in turn driven by a sun gear, i.e. Coupled with the planetary gear 47 via the sun gear 55, so that this embodiment also results in the basic advantages which, above in connection with the embodiment according to FIG. 3, for this coupling of the pump motor serving to introduce and remove the superimposition power - Arrangement 21 were specified (small torques, low superimposition power, reduced power losses, small sizes for the pump-motor arrangements).
  • the drive shaft 41 is connected to the pump-motor arrangement 60, which corresponds in its function to the arrangement 20. Furthermore, the control valve arrangement 29 is also shown in FIG. 6.
  • the pump-motor arrangement 60 can, if this is necessary or desired, be provided at a different location and is then connected in terms of drive to the drive shaft 41, for example via the belt 40.
  • FIG. 8 shows a further possible embodiment of a variator 6b, which drives the charger 5 with its output or with its output shaft.
  • a pulley 61 is provided at its input or on its input shaft 7a, via which the variator is driven, for example, by the crankshaft 2 of the internal combustion engine 1.
  • the variator 6b also has a platentine gear 62, the ring gear 63 of which is drivingly connected to an auxiliary shaft 65 via two gearwheels, which in turn via transmission means 66, which can be used for removing, possibly also for returning the superimposition power from the drive (shaft 7a ) or to the drive 7a and the corresponding "first means" in the sense of the invention.
  • the transmission means are formed, for example, by pump rotor arrangements corresponding to the arrangements 20 and 21 and the associated control elements.
  • transmission means 66 which are suitable for removal, possibly also for returning the superimposition power from the shaft 7a or to the shaft 7a, for example a mechanical transmission with a continuously adjustable transmission ratio.
  • the web 68 of the planetary gear 62 having the planet gears 67 is connected to the input shaft 7a.
  • the sun gear 69 is provided on the output shaft 7b.
  • a special feature of the variator 6b is that the auxiliary shaft 65 forms an additional output shaft or an additional output (auxiliary output) and is used, for example, to drive additional auxiliary units.
  • a pulley 70 is provided on the shaft 65.
  • the shaft 65 has a relatively constant speed, so that a relatively constant drive is also ensured for these other auxiliary units.
  • the transmission means 66 can, for example, also be formed by a mechanical transmission with a continuously adjustable transmission ratio.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine neuartige Ausbildung eines Antriebsaggregats mit Motor, insbesondere für Fahrzeuge, sowie auf einen Variator zur Verwendung bei einem solchen Antriebsaggregat. Der Variator (6b) besitzt ein Überlagerungsgetriebe (62), mit dem beispielsweise zur Konstanthaltung der Drehzahl bei sich ändernder Motorleistung eine zusätzliche Überlagerungsleistung eingebracht oder an den Antrieb rückgeführt wird.

Description

Variator sowie Antriebsaggregat, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem solchen Variator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Variator gemäß Ober¬ begriff Patentanspruch 1. Weiterhin bezieht sich die Er¬ findung auf ein Antriebsaggregat gemäß Oberbegriff Patent¬ anspruch 18.
In der Fahrzeugtechnik ist es bekannt und allgemein üblich, Hilfsaggregate über Keilriemen oder dergleichen Riementriebe direkt von der Motor- bzw. Kurbelwelle anzutreiben. Derartige Hilfsaggregate sind beispielsweise Lichtmaschinen, Wasser¬ pumpen, Klimaanlagen, Hydraulik-Pumpen für Lenkhilfen, aber auch Lader bzw. Kompressoren für Ladeluft usw. Die Motor¬ drehzahl ist aber beim Betrieb eines Fahrzeugs sehr unter¬ schiedlich und kann je nach Betriebszustand beispielsweise zwischen 800 und 8 000 U/min. liegen. Die Hilfsaggregate müssen daher bisher so ausgelegt werden, daß sie bereits bei niedrigen Motordrehzahlen die geforderte Leistung, zumindest jedoch eine ausreichend hohe Leistung bringen und auch noch der jeweiligen maximalen Drehzahl standhalten. Dies hat zur Folge, daß die Hilfsaggregate in der Regel überdimensioniert sind, was u.a. zu relativ hohen Herstellungskosten sowie zu einem hohen Gewicht dieser Hilfsaggregate führt.
Besonders nachteilig sind die unterschiedlichen Motordreh¬ zahlen bei Antriebssystemen, bei denen Kompressoren oder Lader für Ladeluft von der Motorwelle angetrieben werden. Diese Systeme haben zwar gegenüber Turboladern, die durch die Abgase des Verbrennungsmotors angetrieben werden, den grundsätzlichen Vorteil, daß der Lader insbesondere auch bei Änderungen des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, d.h. beispielsweise bei einer plötzlichen Erhöhung der Leistung, schnell und verzögerungsfrei reagiert, das bei abgasge¬ triebenen Turboladern übliche "Turbo-Loch" also nicht auftritt, nachteilig ist aber auch bei diesem direkten Antrieb des Laders von der Motorwelle, daß bei niedrigen Drehzahlen die Leistung des Laders niedrig ist, oder aber der Lader überdimensioniert werden muß.
Bekannt ist weiterhin ein System (EP-A-0 349 151), welches einen Turbolader vorsieht, der üblicherweise mittels einer Turbine durch die Abgase des Verbrennungsmotors angetrieben wird. Zusätzlich zu der Turbine ist ein unterstützender Elektro-Antrieb vorgesehen. Nachteilig ist bei diesem System u.a. der relativ hohe Aufwand sowie vor allem auch der Umstand, daß eine direkte antriebsmäßige Verbindung zwischen dem Lader und der Motorwelle fehlt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Variator zur Verwendung bei einem Antriebsaggregat aufzuzeigen, der (Variator) mit geringem konstruktiven Aufwand und geringen Leistungsver¬ lusten eine Entkopplung der Drehzahl des jeweiligen Hilfs¬ aggregates von der Motordrehzahl zumindest innerhalb vorge¬ gebener Grenzen ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Variator entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgeführt.
Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Antriebsaggregat mit einem Verbrennungsmotor und mit wenigstens einem von diesem angetriebenen Hilfsaggregat aufzuzeigen, welches (Antriebsaggregat) unter Beibehaltung der grundsätzlichen Vorteile eines direkten Antriebs des Hilfsaggregats durch die Motorwelle die aus unterschiedlichen Motordrehzahlen resul¬ tierenden Nachteile vermeidet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Antriebsaggregat ent¬ sprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 18 ausgebildet.
Eine grundsätzliche Besonderheit der Erfindung, die sich insbesondere für Fahrzeuge und dabei bevorzugt für Straßen¬ fahrzeuge eignet, besteht darin, daß die Übertragung der Leistung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Variators und damit auch zwischen der Motorwelle und dem jeweiligen Hilfsaggregat durch eine feste mechanische Ankupplung, mit der die Hauptleistung übertragen wird, sowie durch Über¬ lagerung erfolgt. Durch entsprechende Steuerung dieser Überlagerung, die nur einen geringen Teil der übertragenen Leistung ausmacht, wird die Drehzahl am Ausgang des Variators geregelt bzw. von der Drehzahl der Motorwelle entkoppelt, und zwar beispielsweise derart, daß bereits bei geringen Motor-Drehzahlen eine ausreichend große Drehzahl am Ausgang des Variators und damit an dem jeweiligen Hilfsaggregat vorhanden ist. In einem unteren Drehzahlbereich steigt dabei beispielsweise die Drehzahl am Ausgang des Variators mit der Motordrehzahl bzw. der Drehzahl am Eingang des Variators an, während in einem oberen Drehzahlbereich die Drehzahl am Ausgang des Variators unabhängig von der Drehzahl des Motors bzw. am Eingang des Variators im wesentlichen konstant ist.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß die Regelung der Drehzahl nicht durch Vernichtung von Leistung erfolgt. Wird Überlagerungsleistung zur Erhöhung der Drehzahl in das Überlagerungsgetriebe eingebracht, so wird diese Überlagerungsleistung dem Antrieb entnommen, und zwar beispielsweise am Eingang des Variators. Wird zur Reduzierung der Drehzahl des Ausgangs des Variators Überlagerungsleistung am Überlagerungsgetriebe entnommen, so wird diese Leistung dem Antrieb wieder zugeführt, und zwar beispielsweise ebenfalls im Bereich des Eingangs des Variators.
Als Übertragungsmedium für das Zuführen und Abführen der Überlagerungsleistung eignet sich beispielsweise elektrischer Strom, bevorzugt ist diese Übertragungsmedium aber ein hydraulisches Medium (hydraulisches Drucköl) mit dem Vorteil, daß sich hierdurch ein besonders kompakter Aufbau des Variators erreichen läßt.
Der Variator ist zusammen mit allen Funktionselementen als funktionstüchtige Baugruppe gefertigt, so daß er lediglich am Verbrennungsmotor oder an dem jeweiligen Hilfsaggregat angeflanscht werden muß und dann voll betriebsfähig ist. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, den Variator in ein Hilfsaggregat zu integrieren.
Bei Verwendung eines hydraulischen Übertragungsmediums für die Überlagerungsleistung steht auch der Vorteil, daß dieses Medium direkt mit Überlagerungsgetriebe bzw. mit Elementen oder Zahnrädern dieses Getriebes zusammenwirken kann, das Überlagerungsgetriebe also gleichzeitig auch die Mittel bildet, über die das Einbringen bzw. Abführen der Über¬ lagerungsleistung erfolgt.
Hilfsaggregate, die über den Variator angetrieben werden, sind auch bei der Erfindung beispielsweise Lichtmaschinen, Wasserpumpen, Verdichter bzw. Kompressoren für Klimaanlagen, Hydraulik-Pumpen für Lenkhilfen, Lüfterantriebe usw.
Mit der Erfindung läßt sich eine optimale Abstimmung Motor¬ kennfeld-Hilfsaggregat erreichen, wobei insgesamt durch eine optimale Anpassung der Drehzahlen eine Optimierung des gesamten Antriebs, eine Schadstoffreduzierung bei gleich¬ zeitiger Senkung der Betriebskosten und auch eine Reduzierung der Kosten und des Gewichts der Hilfsaggregate ermöglicht werden. Da Hilfsaggregate bei niedrigen Drehzahlen oftmals einen besonders schlechten Wirkungsgrad haben, was u.a. auch für Lichtmaschinen gilt, wird der Wirkungsgrad solcher Hilfsaggregate und damit auch der Wirkungsgrad des gesamten Antriebsaggregats durch die Erfindung wesentlich verbessert.
Speziell bei einem als Kompressor bzw. Lader für Ladeluft ausgebildeten Hilfsaggregat hat die Erfindung besondere Vorteile, die u.a. in einer optimalen Abstimmung Motor/Lader bzw. Verdichterkennfeld sowie auch in einer Optimierung des Drehmomentverlaufs des Verbrennungsmotors bestehen, d.h. dieser besitzt bereits bei geringen Motordrehzahlen ein hohes Drehmoment. Es ist daher möglich, den Verbrennungsmotor mit relativ niedrigen Drehzahlen zu betreiben, wodurch nicht nur die Intensität der Motorgeräusche wesentlich verringert wird, sondern hierdurch wird insbesondere auch eine wesentliche Verbesserung des Wi.rkungsgrades bei der Kraftstoffverbrennung erreicht, und zwar mit dem Vorteil einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauches und auch des Schadstoffausstoßes. Auch bei höheren Motordrehzahlen ist bei über den Variator angetriebenem Lader ein optimaler Luftdurchsatz des Ver¬ brennungsmotors gewährleistet, so daß es mit der Erfindung auch möglich ist, Motoren zu bauen, die bei gleicher Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Motoren kleiner und leichter sind, und zwar bei erheblicher Schadstoffreduzierung.*
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter¬ ansprüche.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und in Stirnansicht einen als Verbrennungsmotor ausgebildeten Fahrzeug¬ motor mit verschiedenen, über einen Variator ange¬ triebenen Hilfsaggregaten;
Fig. 2 in schematischer Einzeldarstellung und in Seiten¬ ansicht den an dem Motorblock angeflanschten und mit der Kurbelwelle antriebsmäßig unmittelbar verbundenen Variator;
Fig. 3 in sehr vereinfachter schematischer Darstellung eine Ausführungsform des Variators;
Fig. 4 ein Diagramm, welches verschiedene Drehzahlen beim
Variator der Fig. 3 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Eingangs des Variators wiedergibt;
Fig. 5 in sehr vereinfachter schematischer Darstellung eine weitere, mögliche Ausführungsform des Variators; Fig. 6 in vereinfachter Darstellung und in Seitenansicht einen als Verbrennungsmotor ausgebildeten Fahrzeug¬ motor, zusammen mit einem schematisch dargestellten Lader mit integrierten Variator;
Fig. 7 einen Längsschnitt durch den Lader gemäß Fig. 6;
Fig. 8 in vereinfachter schematischer Darstellung eine weitere, mögliche Ausführungsform des Variators.
In den Figuren 1 bis 3 ist 1 ein als Brennkraftmaschine ausgebildeter Kolben-Motor eines Straßenfahrzeugs, beispiels¬ weise eines Pkw. Mit der Kurbel- bzw. Motorwelle 2 sind verschiedene Hilfsaggregate antriebsmäßig verbunden, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform eine Lichtmaschine 3, eine Wasserpumpe 4 und ein Lader bzw. Kompressor 5 für Ladeluft. Der Antrieb dieser Hilfsaggregate erfolgt über einen Variator 6, der mit seinem Eingang bzw. mit seiner Welle 7 über einen Flansch 8 unmittelbar mit der Kurbelwelle 2 verbunden ist (Fig. 3). Der Abtrieb bzw. Ausgang des Variators 6 ist bei dieser Ausführungsform von einer Riemen¬ scheibe 9 gebildet, die Teil eines für sämtliche Hilfsaggre¬ gate gemeinsamen Riementriebes mit einem Antriebsriemen 10 (z.B. POLY-V-Riemen) ist. Wie nachstehend noch näher be¬ schrieben, ist der Variator 6 derart steuerbar, daß ab einer bestimmten unteren Motordrehzahl, die beispielsweise der Leerlauf-Drehzahl des Verbrennungsmotors entspricht und in der Größenordnung zwischen 700 bis 1 000 U/min. liegt, die Ausgangsdrehzahl des Variators, d. h. die Drehzahl der Riemenscheibe 9 wesentlich höher liegt als die Eingangs¬ drehzahl des Variators und die Ausgangsdrehzahl in diesem Bereich mit der Motordrehzahl ansteigt, und zwar bis auf einen maximalen Wert, der dann auch bei noch höheren Motor¬ drehzahlen nicht oder nur unwesentlich überschritten wird.
Der Variator 6 ist weiterhin grundsätzlich so ausgebildet, daß einerseits eine feste mechanische Ankopplung zwischen der Welle 7 und der Riemenscheibe 9 besteht und dieser festen Ankopplung, über die der weitaus größte Teil der Leistung übertragen wird, eine gesteuerte, beispielsweise in Abhängig¬ keit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 gesteuerte sehr viel kleinere Überlagerungsleistung überlagert ist. Der Variator 6 ist so ausgebildet, daß er sämtliche Funktions¬ elemente aufweist, die zumindest teilweise in einem Gehäuse 11 untergebracht sind. Der Variator 6 bildet also mit allen seinen Funktionselementen eine bauliche Einheit, die einfach und problemlos am Verbrennungsmotor 1 montiert werden kann.
Die Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Variators 6 näher im Detail. Die Welle 7 ist im Gehäuse 11 gelagert und bildet eine zentrale Welle des Variators 6. An dem dem Flansch 8 abgewandten Ende besitzt auf der Welle 7 ein Kühlgebläse 12 zum Kühlen des Variators.
Am Gehäuse 11 ist ein Planetenradgetriebe 13 vorgesehen, welches das Überlagerungsgetriebe des Variators 6 bildet und u.a. aus dem auf der zentralen Welle 7 gelagerten Sonnenrad 14, aus Planetenrädern 15, von denen in der Fig. 3 der einfacheren Darstellung wegen lediglich eines gezeigt ist, sowie aus dem das Sonnenrad 14 und die Planetenräder 15 umgebenden Hohlrad 16 besteht, welch letzteres Teil der Riemenscheibe 9 ist. Es versteht sich, daß das Hohlrad 16 achsgleich mit der Achse der Welle 7 bzw. mit der Achse des Sonnenrades 14 angeordnet ist und daß die Planetenräder 15, die mit ihren Achsen parallel zu den Achsen des Sonnenrades 14 und des Hohlrades 16 angeordnet sind, mit ihrer Verzahnung sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades 14 als auch mit der Verzahnung des Hohlrades 16 in Eingriff stehen. Die Planeten¬ räder 15 sind an einem Planetenradträger oder Steg 17 drehbar gelagert, der fest an der Welle 7 vorgesehen ist.
Das Sonnenrad 14 ist an einer Hohlwelle 18 fest vorgesehen, die auf der Welle 7 drehbar gelagert ist. Die das Hohlrad 16 aufweisende Riemenscheibe 9 ist napf- oder schalenförmig ausgebildet, umschließt das Planetengetriebe 13 bzw. deckt dieses Getriebe nach außen hin ab, ist auf der Welle 7 drehbar gelagert und umschließt auch teilweise das Gehäuse 11. Das Kühlgebläse 12, welches außerhalb der Riemenscheibe 9 angeordnet ist, antriebsmäßig mit dieser Riemenscheibe 9 verbunden.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Planetenge¬ triebe 13 so ausgebildet, daß es eine Standardübersetzung von i = 0,66 aufweist, d.h. bei feststehendem Sonnenrad 14 entspricht die Drehzahl der Riemenscheibe 9 etwa dem 1,5-Fa- chen der Drehzahl der Welle 7 bzw. der Kurbelwelle. Die Standardübersetzung kann grundsätzlich auch andere Werte aufweisen. Bevorzugt liegt diese Standardübersetzung i aber im Bereich zwischen etwa 0,6 bis 0,8.
Im Gehäuse 11, welches einen Flansch 19 zur Befestigung am Motorblock des Verbrennungsmotors 1 besitzt, sind zwei jeweils wahlweise als Pumpe oder Motor wirksame Hydraulik¬ anordnungen 20 und 21 vorgesehen. Diese Anordnungen sind bei der dargestellten Ausführungsform als hydraulische Zahnrad¬ pumpen bzw. Zahnradmotoren ausgeführt und in der Fig. 3 jeweils mit einem Zahnrad 22 (Anordnung 20) bzw. 23 (An¬ ordnung 21) schematisch dargestellt. Die Zahnräder 22 und 23, die mit ihren Achsen parallel zur Achse der Welle 7 liegen, sind im Gehäuse 11 bzw. in dortigen Zwischenwänden 24 drehbar gelagert, durch die auch die Welle 7 unter Verwendung von Dichtungen 25 abgedichtet hindurchgeführt ist.
Die Anordnung 20 bzw. deren Zahnrad 22 ist antriebsmäßig mit einem auf der Welle 7 sitzenden Zahnrad 26 verbunden. Die Anordnung 21 bzw. das dortige Zahnrad 22 wirkt antriebsmäßig mit einem Zahnrad 27 auf der Hohlwelle 18 des Sonnenrades 14 zusammen.
Im Gehäuse 11 ist weiterhin ein Reservoir bzw. Behälter 28 zur Aufnahme eines Vorrats an Hydraulik-Öl vorgesehen, und zwar bei der für die Fig. 3 gewählten Darstellung unterhalb der Welle 7 und auch unterhalb der Anordnungen 20 und 21. Weiterhin ist im Gehäuse 11 eine Steuerventileinrichtung 29 vorgesehen, die über Leitungen 30 - 33 mit den Anordnungen 20 und 21 bzw. mit dem' Behälter 28 verbunden ist und über die sowohl die Funktion der Anordnungen 20 und 21 jeweils als Pumpe oder Motor bzw. die Funktion der Leitungen 30 - 33 und damit die Wirkungsrichtung der überlagerten Leistung, als auch die Menge der hydraulischen Flüssigkeit, die von der jeweils als Pumpe wirkenden Anordnung 20 bzw. 21 an die jeweils als Motor wirkende Anordnung 21 bzw. 20 geliefert wird, und damit die Größe der überlagerten Leistung steuerbar sind. Die Steuerventilanordnung 29 wird bei der dargestellten Ausführungsform über eine elektrische Steuerleitung 34 von einer außerhalb des Variators angeordneten und nicht darge¬ stellten Elektronik angesteuert.
Bei der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird die Überlagerungsleistung, die sowohl eine positive Leistung (Anordnung 21 wirkt als Hydraulik-Motor) als auch eine negative Leistung (Anordnung 21 wirkt als Pumpe) sein kann, mittels des Zahnrades 27 über das Sonnenrad 14 in das Planetenradgetriebe 13 eingebracht bzw. aus diesem entnommen. Das Einbringen und Entnehmen der Überlagerungsleistung am Sonnenrad 14 hat u.a. den zusätzlichen Vorteil, daß geringe Momente und somit eine sehr geringe Überlagerungsleistung für die Steuerung ausreichen. Hiermit können auch die Leistungs¬ verluste insgesamt sehr klein gehalten werden, obwohl für die Übertragung der Überlagerungsleistung über die Steuerventil¬ anordnung 29 und die Anordnungen 20 und 21 ein relativ schlechter Wirkungsgrad mit Verlusten bis zu 50 % in Kauf genommen werden muß. Kleine Momente bedeuten auch, daß die Anordnungen 20 und 21 in ihrer Baugröße bzw. in ihrem Volumen kleingehalten werden können.
Die Fig. 4 zeigt bei der angenommenen Standard-Übersetzung von i = 0,66 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n-y; (Drehzahl der Kurbelwelle 2) die Drehzahlen verschiedener Elemente des Variators 6 nämlich:
n'i5 Drehzahl des Hohlrades 16 und damit der Riemenscheibe 9 bei feststehendem bzw. blockiertem Sonnenrad 14; ni7 Drehzahl des* mit der Welle 7 unmittelbar verbundenen
Steges 17 der Planetenräder 15; nχ4 den Verlauf der von der Steuerventilanordnung 29 gesteuerten Drehzahl des Sonnenrades 14, und zwar zwischen verschiedenen Punkten die mit I-IV bezeichnet sind; n^ö einen Verlauf der Drehgeschwindigkeit des Hohlrades 16 bei wiedergegebenen Kurvenverlauf I-IV der Drehzahl n*j_4 des Sonnenrades.
Im einzelnen zeigt die Fig. 4, daß die Drehzahl n'iö bei blockiertem Sonnenrad 14 proportional mit der Motordrehzahl nm zunimmt, und zwar entsprechend der Standard-Übersetzung. Die Drehzahl nχö steigt zunächst in einem Bereich der Motordrehzahl zwischen etwa 1 000 bis 3 000 U/min. linear mit der Motordrehzahl n-yj an. Im Bereich zwischen 3 000 bis etwa 8 000 U/min. der Motordrehzahl bleibt die Drehzahl nχö etwa konstant bei 8 000 U/min. Dieser Verlauf der Drehzahl n-^5 ergibt sich aus dem Verlauf der Drehzahl ni4- Diese weist zwischen den Punkten I und III einen negativen Wert auf, d.h. das Sonnenrad 14 wird in einer der Drehrichtung der Welle 7 entgegengesetzten Richtung angetrieben, wofür in diesem Bereich die Anordnung 20 als Pumpe und die Anordnung 21 als Motor wirken. Speziell steigt die Drehzahl n*L4 zwischen den Punkten I und II, die einer Motordrehzahl von etwa 1 000 bzw. 3 000 U/min. entsprechen, linear mit der Motordrehzahl n-yj an. Im Bereich zwischen den Punkten II und III nimmt die Drehzahl n*L4 linear mit de Motordrehzahl n**^ ab, wobei der Punkt III den Null-Durchgang darstellt. Anschließend, d.h. zwischen den Punkten III und IV steigt die Drehzahl n^4 mit der Motor¬ drehzahl linear an und verläuft im positiven Bereich, d.h. das Sonnenrad 14 läuft gleichsinnig mit der Welle 7 um, wofür die Anordnung 20 als Motor, der die Welle 7 zusätzlich antreibt, und die Anordnung 21 als Pumpe wirken. Diese bringt eine negative Überlagerungsleistung in das Planetengetriebe 13 ein, d.h. diesem Getriebe wird Überlagerungsleistung entnommen. In dem Punkt IV ist ein Gleichlauf sämtlicher Elemente des Planetenradgetriebes 13 erreicht. Die Fig. 5 zeigt in, sehr vereinfachter und schematischer Darstellung als weitere, mögliche Ausführungsform einen Variator 6a, der sich von dem Variator 6 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß die auf das Sonnenrad 14 ein¬ wirkende Pumpen-Motor-Anordnung 21 nicht gesondert vorgesehen ist, sondern von dem Sonnenrad 14 und den Planetenrädern 15 gebildet ist, letztere also wohl Funktionsbestandteil des in der Fig. 5 mit 13a bezeichneten Planetenradgetriebes als auch der Pumpen-Motor-Anordnung sind, über die die Überlagerungs- leistung am Planetenradgetriebe eingebracht wird. Mit der unterbrochener Linie 35 ist diese Funktion des Planetenge¬ triebes 13a zugleich als Pumpen-Motor-Anordnung angedeutet.
Der Variator 6a besitzt weiterhin eine der Anordnung 20 entsprechende Anordnung 36, die entweder ebenfalls von einer Zahnrad-Motor-Pumpenanordnung oder von einer anderen hydrau¬ lischen Verdrängungsmotor- und Pumpenanordnung gebildet ist. Weiterhin besitzt der Variator 6a wiederum die Steuerventil- einrichtung 29.
Den Variatoren 6 und 6a ist gemeinsam, daß die Überlagerungs- leistung, die am Planetenradgetriebe 13 bzw. 13a zugeführt wird (Anordnung 20 bzw. 36 wirkt als Pumpe/Anordnung 21 bzw. Planetenradgetriebe 13a wirkt als Motor) dem Antrieb, d.h. bei den dargestellten Ausführungsformen der Welle 7 entnommen wird und daß die Überlagerungsleistung, die am Planetenradge¬ triebe 13 bzw. 13a entnommen wird (Anordnung 21 bzw. Plane¬ tenradgetriebe 13a wirken als Pumpe/Anordnung 20 bzw. 36 wirkt als Motor) dem Antrieb, d.h. bei der dargestellten Ausführungsform der Welle 7 zugeführt wird, so daß (abgesehen von nicht vermeidbaren Verlusten) bei der Regelung der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Riemenscheibe 9 keine Energie vernichtet wird.
Abweichend von den beschriebenen Ausführungsformen ist es weiterhin auch möglich, den jeweiligen Variator 6 bzw. 6a unmittelbar an einem Hilfsaggregat vorzusehen bzw. anzu¬ flanschen. Der Variator kann auch Bestandteil eines der¬ artigen Hilfsaggregates sein. Den beschriebenen Ausführungen ist weiterhin gemeinsam, daß das Einbringen bzw. Abführen der Überlagerungsleistung auf hydraulischem Wege erfolgt. Hierdurch ist unabhängig von der speziellen Konstruktion grundsätzlich eine kompakte Bauform für den Variator 6 bzw. 6a möglich, da die Hydraulik bei kleiner Baugröße große Leistungen ermöglicht.
Durch den Variator 6 bzw. 6a können die Hilfsaggregate unabhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 in einem optimalen Drehzahlbereich betrieben werden, so daß für diese Aggregte eine kleine, kompakte Bauform erreicht werden kann. Einen besonderen Vorteil hat der Variator 6 bzw. 6a für den Antrieb des Laders 5. Zum einen wird durch die direkte antriebsmäßige Verbindung zwischen dem Lader 5 und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1 ein verzögerungsfreier Antrieb des Laders 5 sichergestellt. Zum anderen wird durch die geregelte Ausgangsdrehzahl des Variators 6 bzw. 6a auch erreicht, daß bereits bei geringen Motordrehzahlen eine ausreichend große Menge an Ladeluft und ein ausreichend großer Ladedruck zur Verfügung stehen, in den Arbeitsräumen bzw. Zylindern des Verbrennungsmotors also bereits bei geringer Motordrehzahl eine hohe Expansionsleistung und damit ein hohes Drehmoment erreicht wird.
In den Fig. 6 und 7 ist 1 wiederum der Verbrennungsmotor und 2 die umlaufend angetriebene Kurbelwelle dieses Motors. Über einen von den Riemenscheiben 37, 38, 39 und dem Riemen 40 gebildeten Riemenantrieb wird der am Block des Verbrennungs¬ motors 1 befestigte Lader 5a angetrieben. Die Riemenscheibe 37 sitzt dabei auf der Kurbelwelle 2, die Riemenscheibe 38 auf der Welle eines weiteren, nicht bezeichneten Hilfsaggre¬ gates (z.B. einer Lichtmaschine oder Wasserpumpe), und die Riemenscheibe 39 auf der als Hohlwelle ausgebildeten An¬ triebswelle 41 des Laders 5a.
Der Lader 5a besitzt ein mehrteiliges Gehäuse 42, in dessen Gehäuseteil 42' eine Getriebeanordnung 43 und in dessen Gehäuseteil 42' ' - getrennt von der Getriebeanordnung 43 -ein durch diese aber angetrieben der Rotor 44 angeordnet ist, und zwar für eine rotierende Bewegung um eine Längsachse L, die achsgleich mit der Achse der Antriebswelle 41 liegt. An der der Antriebswelle 41 und der Riemenscheibe 39 abgewandten Stirnseite des Gehäuses 42 ist am Gehäuseteil 42' ' ein achsgleich mit der Achse L angeordnete Ansaugstutzen 45 zum Ansaugen von Luft gebildet. Die mit dem Lader 5a komprimierte Luft auf einem den Rotor 44 umgebenden ringförmigen Kanal über einen Auslaßstutzen 46 abgeführt, wie dies in der Fig. 6 mit den Pfeilen A und B dargestellt ist.
Die Getriebeanordnung 43, die in dem nach außen hin ge¬ schlossenen und Getriebeöl enthaltenden Gehäuseteil 42' untergebracht ist, besteht aus zwei Planetengetrieben 47 und 48, die in der Antriebsverbindung zwischen der Antriebswelle 41 und einer Welle 49, die um die Längsachse L drehbar im Gehäuse 42 gelagert ist und auf der der Rotor 41 sitzt, in Serie angeordnet sind. Das Planetengetriebe 48, welches als Übersetzungsgetriebe zur Erzielung einer hohen Drehzahl von für Welle 49 dient, weist ein auf dieser Welle 49 vorge¬ sehenes und als Sonnenrad 50 wirkendes Ritzel sowie wenig¬ stens ein am Gehäuse 42 drehbar gelagertes und in das Sonnenrad 50 eingreifendes Planetenrad 51 auf, welches auch mit einer Verzahnung 52 eines Hohlrades 53 in Eingriff steht. Das Hohlrad 53 ist im Gehäuseteil 42'um die Längsachse L frei drehbar gelagert, und zwar auf einer von der Antriebswelle 41 umschlossenen Welle 54, die bis in das Gehäuseteil 42' hineinreicht.
Das dem Planetengetriebe 48 vorgeschaltete Planetengetriebe 47 dient als Überlagerungsgetriebe und weist hierfür wenig¬ stens ein an der Welle 54 vorgesehenes Sonnenrad 55, wenig¬ stens ein an einem um die Längsachse L umlaufenden Steg 56 vorgesehenes bzw. drehbar gelagertes Planetenrad 57 auf, welches mit dem Sonnenrad 55 sowie auch mit einer weiteren Verzahnung 58 des Hohlrades 53 in Eingriff steht. Eine Besonderheit der Getriebeanordnung 43 besteht somit darin, daß für beide Planetengetriebe 47 und 48 ein gemeinsames Hohlrad 53 vorgesehen ist, d.h. beide Planetengetriebe 47 und
48 über dieses gemeinsame Hohlrad 53 antriebsmäßig gekoppelt sind.
Die als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle, auf der die Riemenscheibe 39 sitzt, sowie auch die Welle 54, stehen über die dem Gehäuse 42 abgewandte Seite der Riemenscheibe 39 vor. Die Welle 54 reicht bis zu einer Pumpen-Motor-Anordnung 59, die der Pumpen-Motor-Anordnung 21 von ihrer Funktion her entspricht und zum Einbringen sowie Entnehmen von Überlage¬ rungsleistung in das bzw. aus dem Planetengetriebe 47 dient. Die Pumpen-Motor-Anordnung 59 wird wiederum über ein Sonnen¬ rad, d.h. über das Sonnenrad 55 mit dem Planetengetriebe 47 gekoppelt, so daß sich auch bei dieser Ausführung hierdurch die grundsätzlichen Vorteile ergeben, die vorstehend in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 3 für diese Ankopplung der zum Einbringen und Entnehmen der Überlage¬ rungsleistung dienenden Pumpen-Motor-Anordnung 21 angegeben wurden (kleine Drehmomente, geringe Überlagerungsleistung, reduzierte Leistungsverluste, kleine Baugrößen für die Pumpen-Motor-Anordnungen).
Die Antriebswelle 41 ist mit der Pumpen-Motor-Anordnung 60 verbunden, die von ihrer Funktion her der Anordnung 20 entspricht. Weiterhin ist in der Fig. 6 auch die Steuer¬ ventilanordnung 29 angegeben.
Die Steuerung des von dem Planetengetriebe 47 und den Pumpen-Motor-Anordnungen 59 und 60 gebildeten Variators, der teilweise, d.h. in bezug auf das Planetengetriebe 47, in dem Lader 5a integriert ist, erfolgt in gleicher Weise, wie dies oben in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 beschrieben wurde, und zwar derart, daß bereits bei einer relativ geringen Drehzahl der Kurbelwelle 2 eine hohe Drehzahl für die Welle
49 und ab einer bestimmten Drehzahl der Kurbelwelle 2 bzw. des Motors 1 eine konstante Drehzahl für die Welle 49 erreicht wird, und zwar in gleicher oder ähnlicher Weise, wie dies in der Fig. 4 für die Drehzahl niö dargestellt ist. Die Integrierung des Planeten- oder Überlagerungsgetriebes 47 in den Lader 5a führt zu einer sehr kompakten und verein¬ fachten Konstruktion, bei der insbesondere auch eine Schmier¬ mittelversorgung gemeinsam für das Übersetzungsgetriebe bzw. Planetengetriebe 48 und das Überlagerungsgetriebe bzw. Planetengetriebe 47 vorgesehen ist.
Die Pumpen-Motor-Anordnung 60 kann, sofern dies erforderlich oder erwünscht ist, an einer anderen Stelle vorgesehen werden und ist dann antriebsmäßig mit der Antriebeswelle 41 bei¬ spielsweise über den Riemen 40 verbunden.
Figur 8 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform einen Variator 6b, der mit seinem Ausgang bzw. mit seine Ausgangs¬ welle den Lader 5 antreibt. An seinem Eingang bzw. an seiner Eingangswelle 7a ist eine Riemenscheibe 61 vorgesehen, über welche der Variator beispielsweise von der Kurbelwelle 2 des Verbrennungsmotors 1 angetrieben wird.
Als Überlagerungsgetriebe weist auch der Variator 6b ein Platentgetriebe 62, dessen Hohlrad 63 über zwei Zahnräder mit einer Hilfswelle 65 antriebsmäßig verbunden ist, die ihrer¬ seits über Übertragungsmittel 66, die zum Entnehmen, ggfs. auch zum Rückführen der Überlagerungsleistung aus dem Antrieb (Welle 7a) bzw. an den Antrieb 7a und dem entsprechend "erste Mittel" im Sinne der Erfindung sind. Die Übertragungsmittel sind beispielsweise von Pumpen-Rotoranordnungen entsprechend den Anordnungen 20 und 21 und den zugehörigen Steuerelementen gebildet.
Als Übertragungsmittel 66 können aber auch andere Elemente verwendet werden, die für eine Entnahme, ggfs. auch für eine Rückführung der Überlagerungsleistung von der Welle 7a bzw. an die Welle 7a geeignet sind, beispielsweise ein mechani¬ sches Getriebe mit stufenlos einstellbarer Übersetzung.
Der die Planetenräder 67 aufweisende Steg 68 des Planeten¬ getriebes 62 ist mit der Eingangswelle 7a verbunden. Das Sonnenrad 69 ist an der Ausgangswelle 7b vorgesehen. Eine Besonderheit des Variators 6b besteht darin, daß die Hilfswelle 65 eine zusätzliche Ausgangswelle bzw. einen zusätzlichen Abtrieb (Nebenabtriebj bildet und beipsielsweise zum Antrieb von weiteren Nebenagregaten dient. Für diesen Zweck ist auf der Welle 65 eine Riemenscheibe 70 vorgesehen.
Die Welle 65 besitzt eine relativ konstante Geschwindigkeit, so daß auch für diese weiteren Nebenaggregate ein relativ konstanter Antrieb gewährleistet ist.
Die Übertragungsmittel 66 können beispielsweise auch von einem mechanischen Getriebe mit stufenlos einstellbarer Übersetzung gebildet sein.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß Änderungen sowie Ab¬ wandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der die Erfindung tragende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Aufstellung der verwendeten Bezugsziffern
Verbrennungsmotor Kurbelwelle Lichtmaschine Wasserpumpe , 5a Lader , 6a,6b Variator , 7a, 7b Welle Flansch Riemenscheibe Antriebsriemen Gehäuse Kühlgebläse Planetenradgetriebe Sonnenrad Planetenrad Hohlrad Steg Hohlwelle Flansch , 21 Pumpen-Motor-Anordnung , 23 Zahnrad Zwischenwand Dichtung , 27 Zahnrad Behälter Steuerventilanordnung - 33 Hydraulik-Leitungen Steuerleitung Linie Pumpen-Motor-Anordnung - 39 Riemenscheibe Riemen Antriebswelle Gehäuse ' , 42' ' Gehäuseteil Getriebeanordnung
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Claims

Patentansprüche
1. Variator zur Verwendung bei einem Antriebsaggregat, insbesondere für Fahrzeuge, welches einen Verbrennungs¬ motor (1) mit angetriebener Motorwelle (2) sowie wenig¬ stens ein Hilfsaggregat (3, 4, 5, 5a) aufweist, das über einen Antrieb mit der Motorwelle (2) antriebsmäßig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Variator (6, 6a) wenigstens ein Überlagerungsgetriebe (13, 13a, 47) mit mindestens drei umlaufenden und miteinander zusammenwirkenden Elementen (14; 15, 17; 16) aufweist, von denen ein erstes, einem Eingang des Variators (6, 6a) zugeordnetes Element (15, 17) antriebsmäßig mit der Motorwelle (2) und ein zweites, einem Ausgang des Variators (6, 6a) zugeordnetes Element (9, 16) antriebs¬ mäßig mit dem Hilfsaggregat (3, 4, 5, 5a) verbindbar sind und von denen ein drittes Element (14) für eine ge¬ steuerte Überlagerung, d. h. zum gesteuerten Einbringen oder Abführen einer Überlagerungsleistung am Überlage¬ rungsgetriebe (13, 13a, 47) dient, und zwar derart, daß sich durch eine feste Ankupplung zwischen Eingang und Ausgang des Variators (6, 6a) und die Überlagerung eine in Abhängigkeit von Steuerkriterien gesteuerte Drehzahl (niö) für den Ausgang des Variators (6, 6a) bzw. für das Hilfsaggregat (2, 4, 5, 5a) ergibt, und daß erste Mittel (20, 36, 60) vorgesehen sind, die die am Überlagerungs- getriebe (13, 13a, 47) eingebrachte Überlagerungsleistung dem Antrieb zu entnehmen und/oder die am Überlagerungsge¬ triebe (13, 13a, 47) abgeführte Überlagerungsleistung dem Antrieb zurückzuführen.
2. Variator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Mittel (21, 13a, 59) für das Einbringen und Abführen der Überlagerungsleistung am Überlagerungsge¬ triebe (13, 13a, 47) vorgesehen sind.
3. Variator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel (20, 26, 60, 66) zur Entnahme der Überlagerungsleistung aus dem Antrieb dienen.
4. Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe ein Planetenradgetriebe (13, 13a, 47) mit einem Sonnenrad (14), mit wenigstens einem an einen Planetenradträger (17) vorgesehenen Planetenrad (15) und mit einem Hohlrad (16) ist, und daß eines dieser Elemente dem Eingang des Variators (6, 6a), eines dieser Elemente dem Ausgang des Variators (6, 6a) zugeordnet ist und ein weiteres dieser Elemente zum gesteuerten Einbringen bzw. Abführen der Überlagerungsleistung dient, wobei beispielsweise das Sonnenrad (14) zum Einbringen oder Abführen der Über¬ lagerungsleistung dient.
5. Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Mittel für die Entnahme der Überlagerungsleistung aus dem Antrieb und das Rückführen der Überlagerungsleistung an den Antrieb bzw. zum Einbringen und Abführen der Überlagerungs- leistung am Überlagerungsgetriebe (13, 13a, 47) elektri¬ sche Mittel, vorzugsweise jeweils eine
Generator-Motor-Anordnung oder eine elektrische Maschine sind, die wahlweise als Generator oder Motor betrieben werden kann.
6. Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Mittel für die Entnahme der Überlagerungsleistung aus dem Antrieb und das Rückführen der Überlagerungsleistung an den Antrieb bzw. zum Einbringen und Abführen der Überlagerungs- leistung am Überlagerungsgetriebe (13, 13a, 47) hydrau¬ lische Mittel, vorzugsweise jeweils eine Pumpen-Motor-Anordnung (13a, 20, 21, 35, 59, 60) sind,
wobei beispielsweise die Pumpen-Motor-Anordnungen jeweils von einer hydraulischen Verdrängungspumpen-Motor-An¬ ordnung (13a, 20, 21, 35, 59, 60) gebildet sind und/oder die Pumpen-Motor-Anordnungen zumindest teilweise Zahnrad¬ pumpen-Motor-Anordnungen (13a, 20, 21, 35, 59, 60) sind.
7. Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger (17) des Planetenradgetriebes (13, 13a, 47) den Eingang des Variators bildet.
8. Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (16) des Planetenradge¬ triebes (13, 13a, 47) den Ausgang des Variators (6, 6a) bildet.
9. Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel (20, 36, 60) für die Entnahme der Überlagerungsleistung aus dem Antrieb und das Rückführen der Überlagerungsleistung an den Antrieb am Eingang (7) des Variators (6, 6a) vorgesehen sind.
10. Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (29) zur Steuerung des Einbringens und Abführens der Überlagerungsleistung am Überlagerungsgetriebe (13, 13a, 47),
wobei die Steuereinrichtung beispielsweise über wenigs¬ tens eine Steuerleitung, vorzugsweise elektrische Steuer¬ leitung (34), betätigbar bzw. steuerbar ist und/oder beispielsweise die Steuereinrichtung eine hydraulische Steuereinrichtung (29) ist.
11. Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel zum Einbringen und Abführen der Überlagerungsleistung am Überlagerungsge¬ triebe (13a) von diesem Getriebe oder Zahnrädern (14, 15) dieses Getriebes gebildet sind.
12. Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel zum Einbringen und Abführen der Überlagerungsleistung am Überlagerungsge¬ triebe (13) unabhängig von diesem Getriebe vorgesehen und mit einem Element (14) des Überlagerungsgetriebes (13) antriebsmäßig verbunden sind.
13. Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das als Planetengetriebe (47) ausgebildete Überlagerungsgetriebe in einer Antriebsver¬ bindung in Serie mit einem ebenfalls als Planetengetriebe (48) ausgebildeten weiteren Getriebe angeordnet ist, und daß für beide Getriebe ein gemeinsames Hohlrad (53) vorgesehen ist.
14. Variator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe (47) und das weitere Getriebe (48) Bestandteil einer Getriebeanordnung (43) des Laders (5a) sind,
und/oder daß das Überlagerungsgetriebe (47) dem weiteren Getriebe in der Antriebsverbindung vorgeschaltet ist.
15. Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeich¬ net durch eine als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle (41), die den Eingang des Variators bildet, sowie durch eine von der Antriebswelle (41) umschlossene weitere Welle (54), an der die zweiten Mittel (59) für das Einbringen und Abführen der Überlagerungsleistung am Überlagerungsgetriebe (47) vorgesehen sind.
16. Variator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel (60), die die am Überlagerungsgetriebe (47) eingebrachte Überlagerungsleistung dem Antrieb entnehmen bzw. die am Überlagerungsgetriebe (47) abge¬ führte Überlagerungsleistung dem Antrieb zurückführen, auf der Antriebswelle (41) angeordnet und/oder über eine Antriebsverbindung, beispielsweise einen Reimentrieb mit der Antriebswelle (41) verbunden sind.
17. Variator nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten Mittel eine Welle (65) aufweisen, die eine weitere Ausgangswelle (Abtrieb) für wenigstens ein weiters Hilfsaggregat bildet.
18. Antriebsaggregat, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem Verbrennungsmotor (1) mit angetriebener Motorwelle (2) sowie mit wenigstens einem Hilfsaggregat (3, 4, 5, 5a), das über einen Antrieb mit der Motorwelle (2) antriebs¬ mäßig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 17 aufweist.
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