WO2009065375A1 - Kompressorantriebsanordnung mit variabler drehzahl - Google Patents

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WO2009065375A1
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compressor
variator
planetary gear
shaft
drive assembly
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Marco Grethel
Eric MÜLLER
Reinhard Stehr
Andreas Triller
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Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg
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    • F16H15/50—Gearings providing a continuous range of gear ratios
    • F16H15/52—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of another member
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    • F16H37/0833—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
    • 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
    • F16H2037/088—Power split variators with summing differentials, with the input of the CVT connected or connectable to the input shaft

Definitions

  • the invention relates to a compressor assembly and more particularly to the drive assembly of a compressor for a compressor used to charge internal combustion engines.
  • the compressor drive assembly for driving a compressor of an internal combustion engine includes a variator and a planetary gear, wherein the planetary gear is connected to the internal combustion engine and the compressor such that an output shaft of the planetary gear is connected to the compressor, a first drive shaft of the planetary gear with the internal combustion engine and a second drive shaft of the planetary gear via the variator are connected to the internal combustion engine.
  • the Reef "connected” is here and throughout the description as needed a direct connection, for example, by forming a single, one-piece shaft, or understood as needed a connection via a transmission gear or a translation mechanism, but which is also required space.
  • the variator is an element with which a variable adjustable ratio between the input shaft of the variator and the output shaft of the variator can be generated and is designed in particular as a hydrostat, as Planetenreibradgetriebe or as Umschlingungsffenge- transmission.
  • the invention is based on the idea to achieve a power split over a planetary gear, so that depending on the operating condition of the engine, the current across the variator power train for driving the compressor can be switched on or off.
  • the arrangement also allows a compact design.
  • a variably adjustable ratio of the variator can also be varied when the variator switched on the transmitted torque to the compressor drive.
  • the output shaft of the planetary gear is connected to the drive shaft of the compressor, in particular integrally formed therewith.
  • the output shaft of the planetary gear is the sun gear, the first drive shaft, the ring gear shaft and the planet carrier shaft connected to the variator as the second drive shaft of the planetary gear.
  • the variator is the sun gear, the first drive shaft, the ring gear shaft and the planet carrier shaft connected to the variator as the second drive shaft of the planetary gear.
  • the output shaft of the planetary gear is the sun gear shaft
  • the first input shaft is the planet carrier shaft
  • the ring gear shaft is connected to the variator as the second input shaft of the planetary gear.
  • the variator is designed as Planetenreibradgetriebe. This is one way to provide an adjustment in the variator and make the arrangement compact.
  • the variator is designed as a hydrostat, preferably such that it contains a hydraulic pump and a hydraulic motor.
  • the hydraulic pump, as well as the hydraulic motor may for example be designed as vane cell devices.
  • any other form of hydrostatic transmission can also be used.
  • the variator as a hydrostatic, that is hydrostatic transmission perform has the advantage that it is sufficient to shut down the Variatorstrangs to fix the variator on its output side. Then the speed of the loader drops so much due to the selected gear ratios that the loader can be considered as turned off.
  • the compressor drive assembly with a variator designed as a hydrostatic comprises an adjusting device for adjustment to the pump and / or in the hydraulic circuit and / or on the compressor.
  • the adjusting device can be done via one or more of the following, by way of example mentioned possibilities:
  • a centrifugal pendulum for adjusting the pump can be used.
  • the pressure difference at a metering orifice in the volume flow path between pump and motor can be used for adjustment.
  • the adjustment can be made via a separate electric actuator, such as an electric motor, stepper motor or solenoid.
  • a multi-way valve is provided in a design of the variator as Hydrostat, which is introduced into the volume circuit of the variator, that in a first switching position of the multi-way valve, the hydraulic pump is connected to the hydraulic motor, while in a second switching position, the hydraulic pump with the Hydraulic tank or reservoir is shorted. In the short circuit state, no pressure and consequently no torque support from the transmission can take place. As a result, the compressor stops rotating and can therefore be considered shut off.
  • a simple 2/2-way valve can be provided for this purpose. This valve can be actuated electromagnetically.
  • a means for detecting the output side of the variator is provided.
  • at least one of the shafts of the variator can be selectively retained, eg its drive shaft, so that no moment is transmitted via the variator.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the compressor drive assembly with a hydrostat as a variator
  • Fig. 2 shows another embodiment of the compressor drive assembly with a hydrostat as a variator
  • Fig. 3 shows another embodiment of the compressor drive assembly with a hydrostat as a variator
  • Fig. 4 shows another embodiment of the compressor drive assembly with a hydrostat as a variator
  • Fig. 5 shows a compressor drive assembly with a planetary friction gear as a variator
  • Fig. 6 shows an alternative embodiment of the compressor drive assembly with a planetary gear transmission as a variator
  • Fig. 7 is a diagram for illustrating the relationship between turbine speed and engine speed.
  • FIGS 1 to 6 show various embodiments of the compressor drive assembly 10 for driving a compressor 12 for charging an internal combustion engine 16.
  • the same reference numerals are given for structurally similar elements and their description is not repeated.
  • an output shaft 14 of the internal combustion engine 16 is connected via a transmission mechanism 18, for example a gear stage, to a shaft 20 which is both input shaft to the variator 30 and to the planetary gear 40.
  • the planetary gear 40 is used for power split, so that a Part of the power is transmitted directly via the planetary gear 40 to the output shaft 42 of the planetary gear 40 and through the integral design as the input shaft of the compressor 12 in the compressor 12, while another part of the line via the variator 30 and from there into the planetary gear 40 is and then transmitted to the output shaft 42 of the planetary gear 40.
  • the planetary gear 40 is designed in a conventional construction and includes a sun gear 43 whose sun gear is the output shaft 42 of the planetary gear.
  • the drive shaft 20 of the planetary gear 40 is connected to the ring gear 44 of the planetary gear 40 and introduces the torque from the engine into the ring gear 44 a.
  • the first drive shaft 20 of the planetary gear 40 is the ring gear shaft.
  • the second drive shaft 46 connected to the variator 30 is the planet carrier shaft, that is to say the shaft which is connected to the planet carrier 45 of the planetary gear 40.
  • the variator is formed as Hydrostat 30 and includes a connected to a tank 32 hydraulic pump 33, which may be designed, for example, as a vane pump.
  • the pump 33 is connected by means of hydraulic lines 34 to a hydraulic motor 35.
  • the hydraulic motor 35 may also be reconnected to the same or another tank 32 on its discharge side.
  • the hydraulic motor 35 which is also designed, for example as a vane cell device, has an output shaft 36 which is connected via a transmission mechanism 37 with the planet carrier shaft of the planetary gear 40, that is, the second drive shaft 46.
  • a 2/2-way valve 38 (hydraulic valve) is introduced between the pump 33 and the hydraulic motor 35, which is designed as a switchable by an electromagnet 39 valve.
  • the hydraulic valve 38 is biased by a spring into a position in which the pump 33 and the motor 35 via the hydraulic line 34 are not connected to each other. Rather, the pump 33 is shorted to the tank 32.
  • the hydraulic motor 35 can thus rotate freely. This means that no torque support can take place from the transmission, so that the compressor 12 no longer rotates. If, however, the electromagnet 39 is energized and the line 34 between the pump 33 and the hydraulic motor 35 is opened, hydraulic fluid is circulated through the hydraulic line 34 and a large part of the power flow is generated. follows via the variator 30. Thus, depending on the operating state of the internal combustion engine 16, to which the air compressed by the compressor 12 is to be supplied, the compressor 12 are operated in different operating states and thus in different compression stages of the air.
  • Fig. 2 shows an alternative embodiment in which a hydrostat 30 is also used as a variator.
  • the embodiment shown in Fig. 2 differs from the embodiment shown in Fig. 1 in that the output shaft 36 of the hydraulic motor 35 is connected to the ring gear 44 via a shaft 56, and the output shaft 14 of the engine 16 via respective translation mechanisms 18, 19th with the first drive shaft 20 of the planetary gear 40, which is connected to the planet carrier 45, and on the other hand connected to a drive shaft 21 for the pump 33.
  • the sun gear 43 is in turn connected to the compressor 12 via the sun gear shaft as the output shaft 42 of the planetary gear 40.
  • the drive takes place without the interposition of the variator via the planet carrier 45, while the output takes place as in FIG. 1 via the sun gear 43.
  • the ring gear 44 is additionally driven via Hydrostat 30 as a variator.
  • This means that the efficiency of the Hydrostaten 30 is received only to a lesser extent than in the embodiment shown in Figure 1 in the overall efficiency.
  • the mode of operation is the same as in the embodiment described in connection with FIG.
  • the embodiment shown in Fig. 3 corresponds to the embodiment shown in Fig. 1 and described in connection therewith except the arrangement of the valve 38. While in the embodiment shown in Fig. 1, the valve 38 in one of its switching positions a complete blocking of the hydraulic line 34 between causes the hydraulic pump 33 and the hydraulic motor 35, in the embodiment shown in Fig. 3, the 2/2-way valve 38 in a bypass line 51, which bypasses the hydraulic pump 33, is provided. This means that in the closed position, in which the bypass line 51 is interrupted, the pump 33 is connected to the hydraulic motor 35, as in the open position in FIG. 1 of the line 34. In the second position of the hydraulic valve 38, in which the bypass line 51 is opened, that is, a passage is made, the hydraulic motor 35 is shorted to the tank 32. Thus, no pressure and consequently no torque support from the transmission 40 can take place. Thus, the compressor 12 stops rotating.
  • valve 38 provided in the bypass passage 51 can also be applied to the embodiment shown in FIG. 4,
  • Fig. 5 and 6 show arrangements in which instead of the Hydrostaten 30 a Planetenreibradgetriebe 60 is used as a variator.
  • the arrangement shown in Fig. 5 corresponds to the power split and the installation of the variator in the power split of the embodiment shown in FIG. 1, wherein the output shaft 14 of the engine 16 via a suitable transmission and / or transmission mechanism 18 with the ring gear the ring gear 44 of the planetary gear 40 is connected, and the input shaft of the variator 60 is also connected to the ring gear shaft.
  • the output shaft 36 of the variator is connected via a suitable transmission mechanism 37 with the shaft of the planet carrier 45, so that the path via the variator 60, which is designed as Planetenreibradgetriebe, on the planet carrier 45 is another drive way of the planetary gear 40.
  • the output shaft 42 of the planetary gear is the shaft 42 of the sun gear 43 and is connected to the compressor 12 without the interposition of another translation mechanism in the illustrated embodiment.
  • the embodiment shown in Fig. 6 corresponds to the power flow of the embodiment shown in FIG. 2, wherein in turn, as in Fig. 5 as a variator a Planetenreibradgetriebe 60 is used.
  • the output shaft 14 of the internal combustion engine on the one hand serves as input shaft of the variator and on the other hand is connected to the ring gear 44.
  • the output shaft 36 of the variator is connected to the planet carrier 45.
  • the sun gear 42 which carries the sun gear 43 of the planetary gear, represents the output shaft of the planetary gear and at the same time input shaft in the compressor 12.
  • Fig. 7 shows a diagram between the rotational speed of the compressor 12 (turbine speed) and the rotational speed of the engine 16 (engine speed).
  • the dashed lines indicate lines of equal translation, while the solid line is the characteristic of the compressor 12 according to the drive arrangement of the invention.
  • Fig. 7 at relatively low engine speed already a relatively high turbine speed with appropriate compression can be achieved.

Abstract

Eine Kompressorantriebsanordnung (10) zum Antreiben eines Kompressors (12) eines Verbrennungsmotors (16) enthält einen Variator (30, 60) und ein Planetengetriebe (40), wobei das Planetengetriebe (40) derart mit dem Verbrennungsmotor (16) und dem Kompressor (12) verbunden ist, dass eine erste Abtriebswelle (42) des Planetengetriebes (40) mit dem Kompressor (12) verbunden ist, eine erste Antriebswelle (20) des Planetengetriebes (40) mit dem Verbrennungsmotor (16) verbunden ist und eine zweite Antriebswelle (46) des Planetengetriebes (40) über den Variator (30, 60) mit dem Verbrennungsmotor (16) verbunden ist.

Description

Kompressorantriebsanordnunα mit variabler Drehzahl
Die Erfindung betrifft eine Kompressoranordnung und insbesondere die Antriebsanordnung eines Kompressors für einen zur Aufladung von Verbrennungsmotoren verwendeten Kompressor.
Verbrennungsmotoren werden aufgeladen, um die Leistung zu erhöhen oder das Drehmoment zu steigern. Die Verbesserung durch Aufladung wird durch eine Verbesserung des Wirkungsgrads erreicht, indem die Luftmenge im Zylinder erhöht wird. Dabei ist es bekannt, das Verfahren der sogenannten Selbstaufladung einzusetzen, bei dem beispielsweise ein von den Abgasen angetriebener Turbolader oder über Zahnriemen angetriebener Kompressor verwendet wird, oder aber das Konzept der Fremdaufladung einzusetzen, bei dem mittels eines Hilfsaggregats, beispielsweise mittels einem von einem Elektromotor angetriebenen Kompressor, die Ladungsmenge, das heiß Luftmenge, im Zylinder erhöht wird. Dadurch kann mehr Luft und damit auch mehr Sauerstoff in die Brennräume des Zylinders gepumpt werden und somit die Motorleistung ohne Hubraumerhöhung vergrößert werden.
Dabei ist es auch bekannt, mechanisch angetriebene Kompressoren mit variabler Drehzahl zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Lader, das heißt Kompressor, zu betreiben.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine kompakte, effiziente und optional abschaltbare Antriebseinheit für einen Kompressor zur Aufladung eines Verbrennungsmotors vorzusehen.
Diese Aufgabe wird mit einer Kompressorantriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Insbesondere enthält die Kompressorantriebsanordnung zum Antreiben eines Kompressors eines Verbrennungsmotors einen Variator und ein Planetengetriebe, wobei das Planetengetriebe derart mit dem Verbrennungsmotor und dem Kompressor verbunden ist, dass eine Abtriebswelle des Planetengetriebes mit dem Kompressor verbunden ist, eine erste Antriebswelle des Planetengetriebes mit dem Verbrennungsmotor und eine zweite Antriebswelle des Planetengetriebes über den Variator mit dem Verbrennungsmotor verbunden sind. Mit dem Beg- riff „verbunden" wird hier sowie in der gesamten Beschreibung nach Bedarf eine direkte Verbindung, beispielsweise durch Ausbilden einer einzigen, einstückigen Welle, oder aber nach Bedarf eine Verbindung über ein Übersetzungsgetriebe oder einen Übersetzungsmechanismus verstanden, der jedoch zusätzlich platzbeanspruchend ist.
Der Variator ist ein Element, mit dem eine variable einstellbare Übersetzung zwischen der Eingangswelle des Variators und der Ausgangswelle des Variators erzeugt werden kann und ist insbesondere als Hydrostat, als Planetenreibradgetriebe oder als Umschlingungsmittelge- triebe gestaltet.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, über ein Planetengetriebe eine Leistungsverzweigung zu erzielen, so dass abhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors der über den Variator laufende Leistungsstrang zum Antrieb des Kompressors zu- oder abgeschaltet werden kann. Die Anordnung erlaubt zudem eine kompakte Bauweise. Durch eine variabel einstellbare Übersetzung des Variators kann zudem auch bei zugeschaltetem Variator das auf den Kompressor übertragene Antriebsmoment variiert werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abtriebswelle des Planetengetriebes mit der Antriebswelle des Kompressors verbunden, insbesondere integral damit geformt.
Bevorzugter Weise ist die Abtriebswelle des Planetengetriebes die Sonnenradwelle, die erste Antriebswelle die Hohlradwelle und die Planetenträgerwelle mit dem Variator als zweite Antriebswelle des Planetengetriebes verbunden. Bei dieser Struktur kann der größte Teil des Leistungsflusses über den Variator erfolgen.
Alternativ wird es bevorzugt, dass die Abtriebswelle des Planetengetriebes die Sonnenradwelle ist, die erste Antriebswelle die Planetenträgerwelle ist und die Hohlradwelle mit dem Variator als zweite Antriebswelle des Planetengetriebes verbunden ist. Bei dieser Struktur erfolgt der kleinere Teil des Leistungsflusses über den Variator.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Variator als Planetenreibradgetriebe gestaltet. Dies ist eine Möglichkeit, eine Verstellmöglichkeit im Variator vorzusehen und die Anordnung kompakt zu gestalten. Nach einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist der Variator als Hydrostat gestaltet, vorzugsweise derart, dass er eine Hydraulikpumpe und einen Hydraulikmotor enthält. Die Hydraulikpumpe, ebenso wie der Hydraulikmotor, können beispielsweise als Flügelzelleneinrichtungen ausgeführt sein. Jede andere Form hydrostatischer Getriebe kann jedoch ebenfalls zum Einsatz kommen. Den Variator als Hydrostat, das heißt hydrostatisches Getriebe, auszuführen, hat den Vorteil, dass zum Abschalten des Variatorstrangs es ausreichend ist, den Variator an seiner Abtriebsseite festzusetzen. Dann fällt die Drehzahl des Laders durch die gewählten Übersetzungen so stark ab, dass der Lader als abgeschaltet betrachtet werden kann.
Vorzugsweise enthält die Kompressorantriebsanordnung mit einem als Hydrostat ausgeführten Variator eine Verstelleinrichtung zur Verstellung an der Pumpe und/oder im Hydraulikkreis und/oder am Kompressor. Die Verstelleinrichtung kann dabei über eine oder mehrere folgende, beispielhaft genannte Möglichkeiten erfolgen: Beispielsweise kann ein Fliehkraftpendel zur Verstellung der Pumpe eingesetzt werden. Die Druckdifferenz an einer Messblende in der Volumenstromstrecke zwischen Pumpe und Motor kann zur Verstellung eingesetzt werden. Die Verstellung kann über einen separaten, elektrischen Stellantrieb, wie beispielsweise einen Elektromotor, Schrittmotor oder Elektromagnet, erfolgen. Es kann ein zusätzliches, elektrisch angesteuertes Hydraulikventil in einer der Hydraulikleitungen vorgesehen sein. Schließlich ist es auch möglich, den Ladedruck des Kompressors zu verwenden, indem Vorsteuerdrücke mit Hilfe des vorhandenen Drucköls erzeugt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist bei einer Ausbildung des Variators als Hydrostat ein Mehrwegeventil vorgesehen, das derart in den Volumenstromkreis des Variators eingebracht ist, dass in einer ersten Schaltposition des Mehrwegeventils die Hydraulikpumpe mit dem Hydraulikmotor verbunden ist, während in einer zweiten Schaltposition die Hydraulikpumpe mit dem Hydrauliktank oder -reservoir kurzgeschlossen ist. Im Kurzschlusszustand kann kein Druck und folglich keine Drehmomentenabstützung aus dem Getriebe erfolgen. Dies hat zur Folge, dass der Kompressor nicht mehr dreht und somit als abgeschaltet angesehen werden kann. Beispielsweise kann dafür ein einfaches 2/2-Wegeventil vorgesehen werden. Dieses Ventil kann elektromagnetisch betätigt sein.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Mittel zum Feststellen der Abtriebsseite des Variators vorgesehen. Mit einem solchen Mittel kann gezielt zumindest eine der Wellen des Variators festgehalten werden, z.B. dessen Antriebswelle, so dass über den Variator kein Moment übertragen wird. Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Kompressorantriebsanordnung mit einem Hydrostat als Variator zeigt;
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Kompressorantriebsanordnung mit einem Hydrostat als Variator zeigt;
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Kompressorantriebsanordnung mit einem Hydrostat als Variator zeigt;
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Kompressorantriebsanordnung mit einem Hydrostat als Variator zeigt;
Fig. 5 eine Kompressorantriebsanordnung mit einem Planetenreibradgetriebe als Variator zeigt;
Fig. 6 eine alternative Ausführungsform der Kompressorantriebsanordnung mit einem Planetenreibradgetriebe als Variator zeigt; und
Fig. 7 ein Diagramm zum Darstellen des Verhältnisses zwischen Turbinendrehzahl und Motordrehzahl ist.
Figuren 1 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Kompressorantriebsanordnung 10 zum Antreiben eines Kompressors 12 zum Laden eines Verbrennungsmotors 16. In den Figuren, die sich auf die verschiedenen Ausführungsformen beziehen, sind für strukturell gleiche Elemente dieselben Bezugszeichen vergeben und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Bei der ersten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist eine Ausgangswelle 14 des Verbrennungsmotors 16 über einen Übersetzungsmechanismus 18, beispielsweise eine Zahnstufe, mit einer Welle 20 verbunden, die sowohl Eingangswelle in den Variator 30 als auch in das Planetengetriebe 40 ist. Das Planetengetriebe 40 dient zur Leistungsverzweigung, so dass ein Teil der Leistung direkt über das Planetengetriebe 40 auf die Ausgangswelle 42 des Planetengetriebes 40 und durch die integrale Ausbildung als Eingangswelle des Kompressors 12 in den Kompressor 12 übertragen wird, während ein anderer Teil der Leitung über den Variator 30 und von dort in das Planetengetriebe 40 eingeleitet wird und dann an die Ausgangswelle 42 des Planetengetriebes 40 übertragen wird.
Das Planetengetriebe 40 ist in herkömmlicher Bauweise gestaltet und enthält ein Sonnenrad 43, dessen Sonnenradwelle die Ausgangswelle 42 des Planetengetriebes ist. Die Antriebswelle 20 des Planetengetriebes 40 ist mit dem Hohlrad 44 des Planetengetriebes 40 verbunden und leitet das Drehmoment vom Verbrennungsmotor in das Hohlrad 44 ein. Bei der dargestellten Ausführungsform ist somit die erste Antriebswelle 20 des Planetengetriebes 40 die Hohlradwelle. Die mit dem Variator 30 verbundene zweite Antriebswelle 46 ist die Planetenträgerwelle, das heißt diejenige Welle, die mit dem Planetenträger 45 des Planetengetriebes 40 verbunden ist.
Der Variator ist als Hydrostat 30 gebildet und enthält eine mit einem Tank 32 verbundene Hydraulikpumpe 33, die beispielsweise als Flügelzellenpumpe gestaltet sein kann. Die Pumpe 33 ist mittels Hydraulikleitungen 34 mit einem Hydraulikmotor 35 verbunden. Der Hydraulikmotor 35 seinerseits kann auf seiner Abflussseite ebenfalls wieder mit dem gleichen oder einem anderen Tank 32 verbunden sein. Der Hydraulikmotor 35, der ebenfalls beispielsweise als Flügelzelleneinrichtung gestaltet ist, weist eine Ausgangswelle 36 auf, die über einen Übersetzungsmechanismus 37 mit der Planetenträgerwelle des Planetengetriebes 40, das heißt der zweiten Antriebswelle 46 verbunden ist.
In die Hydraulikleitung 34 ist zwischen der Pumpe 33 und dem Hydraulikmotor 35 ein 2/2- Wegeventil 38 (Hydraulikventil) eingebracht, das als durch einen Elektromagnet 39 schaltbares Ventil gestaltet ist. Das Hydraulikventil 38 ist mittels einer Feder in eine Position vorbelastet, in der die Pumpe 33 und der Motor 35 über die Hydraulikleitung 34 miteinander nicht verbunden sind. Vielmehr ist die Pumpe 33 mit dem Tank 32 kurzgeschlossen.
In der in Fig. 1 dargestellten Position des Ventils 38 kann somit der Hydraulikmotor 35 frei drehen. Dies bedeutet, dass aus dem Getriebe keine Drehmomentenabstützung erfolgen kann, so dass der Kompressor 12 nicht mehr dreht. Wird jedoch der Elektromagnet 39 be- stromt und die Leitung 34 zwischen Pumpe 33 und Hydraulikmotor 35 geöffnet, so wird durch die Hydraulikleitung 34 Hydraulikfluid umgewälzt und ein großer Teil des Leistungsflusses er- folgt über den Variator 30. Somit kann je nach Betriebszustand des Verbrennungsmotors 16, dem die durch den Kompressor 12 verdichtete Luft zuzuführen ist, der Kompressor 12 in unterschiedlichen Betriebszuständen und damit in unterschiedlichen Verdichtungsstufen der Luft betrieben werden.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der ebenfalls ein Hydrostat 30 als Variator verwendet wird. Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Ausgangswelle 36 des Hydraulikmotors 35 mit dem Hohlrad 44 über eine Welle 56 verbunden ist, sowie die Ausgangswelle 14 des Verbrennungsmotors 16 über jeweilige Übersetzungsmechanismen 18, 19 mit der ersten Antriebswelle 20 des Planetengetriebes 40, die mit dem Planetenträger 45 verbunden ist, und andererseits mit einer Antriebswelle 21 für die Pumpe 33 verbunden ist. Das Sonnenrad 43 ist wiederum über die Sonnenradwelle als Ausgangswelle 42 des Planetengetriebes 40 mit dem Kompressor 12 verbunden.
Bei dieser Anordnung gemäß Fig. 2 erfolgt der Antrieb ohne Zwischenschaltung des Variators über den Planetenträger 45, während der Abtrieb wie bei Fig. 1 über das Sonnenrad 43 erfolgt. Das Hohlrad 44 wird zusätzlich über Hydrostat 30 als Variators angetrieben. Dies bedeutet, dass der kleinere Teil des Leistungsflusses über den Variator erfolgt, während der größere Teil des Leistungsflusses unmittelbar von der Ausgangswelle 14 des Verbrennungsmotors 16 in das Planetengetriebe 40 und von dort über die Abtriebswelle 42 zum Kompressor 12 erfolgt. Dies bedeutet, dass der Wirkungsgrad des Hydrostaten 30 nur in geringerem Maß als bei der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform in den Gesamtwirkungsgrad eingeht. Die Funk- tions- und Arbeitsweise ist gleich wie bei der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform entspricht der in Fig. 1 dargestellten und in Verbindung damit beschriebenen Ausführungsform außer der Anordnung des Ventils 38. Während bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform das Ventil 38 in einer seiner Schaltstellungen eine vollständige Sperrung der Hydraulikleitung 34 zwischen der Hydraulikpumpe 33 und dem Hydraulikmotor 35 bewirkt, ist bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform das 2/2-Wege- ventil 38 in einer Bypassleitung 51 , die die Hydraulikpumpe 33 umgeht, vorgesehen. Dies bedeutet, dass in der geschlossenen Stellung, bei der die Bypassleitung 51 unterbrochen ist, die Pumpe 33 wie in der geöffneten Stellung in Fig. 1 der Leitung 34 mit dem Hydraulikmotor 35 verbunden ist. In der zweiten Stellung des Hydraulikventils 38, in der die Bypassleitung 51 ge- öffnet ist, das heißt ein Durchgang hergestellt ist, ist der Hydraulikmotor 35 mit dem Tank 32 kurzgeschlossen. Somit kann kein Druck und folglich keine Drehmomentabstützung aus dem Getriebe 40 erfolgen. Somit dreht der Kompressor 12 nicht mehr.
Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, kann das in der Bypassleitung 51 vorgesehene Ventil 38 auch auf die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform angewendet werden.
Fig. 5 und 6 zeigen Anordnungen, bei denen statt des Hydrostaten 30 ein Planetenreibradgetriebe 60 als Variator eingesetzt wird. Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung entspricht dabei bezüglich der Leistungsverzweigung und des Einbaus des Variators in die Leistungsverzweigung der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, bei der die Ausgangswelle 14 des Verbrennungsmotors 16 über einen geeigneten Übertragungs- und/oder Übersetzungsmechanismus 18 mit der Hohlradwelle des Hohlrads 44 des Planetengetriebes 40 verbunden ist, und die Eingangswelle des Variators 60 ebenfalls mit der Hohlradwelle verbunden ist. Die Ausgangswelle 36 des Variators ist über einen geeigneten Übersetzungsmechanismus 37 mit der Welle des Planetenträgers 45 verbunden, so dass der Weg über den Variator 60, der als Planetenreibradgetriebe gestaltet ist, auf den Planetenträger 45 ein weiterer Antriebsweg des Planetengetriebes 40 ist. Die Ausgangswelle 42 des Planetengetriebes ist die Welle 42 des Sonnenrads 43 und ist ohne Zwischenschaltung eines weiteren Übersetzungsmechanismus in der dargestellten Ausführungsform mit dem Kompressor 12 verbunden.
Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform entspricht vom Leistungsfluss der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, wobei wiederum wie in Fig. 5 als Variator ein Planetenreibradgetriebe 60 verwendet wird. Dies bedeutet, dass die Ausgangswelle 14 des Verbrennungsmotors einerseits als Eingangswelle des Variators dient und andererseits mit dem Hohlrad 44 verbunden ist. Die Ausgangswelle 36 des Variators ist hingegen mit dem Planetenträger 45 verbunden. Die Sonnenradwelle 42, die das Sonnenrad 43 des Planetengetriebes trägt, stellt die Abtriebswelle des Planetengetriebes und gleichzeitig Eingangswelle in den Kompressor 12 dar.
Auf Grund dessen, dass sowohl der Hydrostat als Variator als auch das Planetenreibradgetriebe 60 als Variator unterschiedliche Übersetzungen realisieren können, ist bei allen Ausführungsformen eine Verstelleinrichtung vorgesehen, so dass der Antrieb des Kompressors 12 nach Bedarf gesteuert werden kann. Bei dem Planetenreibradgetriebe 60 wird diese Verstellung durch unterschiedliche Eingriffspositionen der Reibräder bestimmt. Bei dem Hydrostaten 30 kann die Verstellmöglichkeit durch Vorsteuerdrücke, elektrische Stellantriebe oder Ähnliches erfolgen. Durch die Leistungsverzweigung mittels des Planetengetriebes 40 kann gleichzeitig eine kompakte und optional abschaltbare Antriebseinheit, bei entsprechender Gestaltung des Variators, für den Kompressor 12 erzielt werden.
Fig. 7 zeigt ein Diagramm zwischen der Drehzahl des Kompressors 12 (Turbinendrehzahl) und der Drehzahl des Verbrennungsmotors 16 (Motordrehzahl). Die gestrichelten Linien bezeichnen Linien gleicher Übersetzung, während die durchgezogene Linie die Kennlinie des Kompressors 12 gemäß der Antriebsanordnung der Erfindung ist. Wie aus Fig. 7 erkennbar ist, ist bei verhältnismäßig geringer Motordrehzahl bereits eine verhältnismäßig hohe Turbinendrehzahl mit entsprechender Verdichtung erzielbar.
Bezuqszeichenliste
Kompressorantriebsanordnung
Kompressor
Ausgangswelle
Verbrennungsmotor
Übersetzungsmechanismus
Übersetzungsmechanismus erste Antriebswelle des Planetengetriebes
Antriebswelle
Hydrostat
Tank
Hydraulikpumpe
Hydraulikleitung
Hydraulikmotor
Ausgangswelle
Übersetzungsmechanismus
2/2-Wegeventil
Elektromagnet
Planetengetriebe
Abtriebswelle des Planetengetriebes
Sonnenrad
Hohlrad
Planetenträger zweite Antriebswelle des Planetengetriebes
Bypassleitung
Welle
Planetenreibradgetriebe

Claims

Patentansprüche
1. Kompressorantriebsanordnung (10) zum Antreiben eines Kompressors (12) eines Verbrennungsmotors (16), enthaltend einen Variator (30, 60) und ein Planetengetriebe (40), wobei das Planetengetriebe (40) derart mit dem Verbrennungsmotor (16) und dem Kompressor (12) verbunden ist, dass eine erste Abtriebswelle (42) des Planetengetriebes (40) mit dem Kompressor (12) verbunden ist, eine erste Antriebswelle (20) des Planetengetriebes (40) mit dem Verbrennungsmotor (16) und eine zweite Antriebswelle (46) des Planetengetriebes (40) über den Variator (30, 60) mit dem Verbrennungsmotor (16) verbunden sind.
2. Kompressorantriebsanordnung (16) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (42) des Planetengetriebes mit der Antriebswelle des Kompressors (12) verbunden ist.
3. Kompressorantriebsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (42) des Planetengetriebes die Sonnenradwelle ist, die erste Antriebswelle (20) die Hohlradwelle ist und die Welle (46) des Planetenträgers (45) mit dem Variator (30, 60) verbunden ist.
4. Kompressorantriebsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (42) des Planetengetriebes (40) die Sonnenradwelle ist, die erste Antriebswelle (20) die Welle des Planetenträgers (45) ist und die Welle des Hohlrads (40) mit dem Variator (30, 60) verbunden ist.
5. Kompressorantriebsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Variator (60) als Planetenreibradgetriebe gestaltet ist.
6. Kompressorantriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Variator ein Umschlingungsmittelgetriebe ist.
7. Kompressorantriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Variator (30) als Hydrostat gestaltet ist.
8. Kompressorantriebsanordnung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydrostat (30) eine Hydraulikpumpe (33) und einen Hydraulikmotor (35) enthält.
9. Kompressorantriebsanordnung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (33) eine Verstellpumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe ist.
10. Kompressorantriebsanordnung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstelleinrichtung zur Verstellung der Hydraulikpumpe (33) an der Pumpe und/oder im Hydraulikkreis (34) und/oder am Kompressor (12) vorgesehen ist.
11. Kompressorantriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mehrwegeventil (38) vorgesehen ist, wobei in einer ersten Schaltposition des Mehrwegeventils (38) die Hydraulikpumpe (33) mit dem Hydraulikmotor (35) verbunden ist und in einer zweiten Schaltposition die Hydraulikpumpe (33) mit einem Hydrauliktank (32) kurzgeschlossen ist.
12. Kompressorantriebsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zum Feststellen der Abtriebsseite des Variators (30, 60) vorgesehen ist.
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