DE19822426A1 - Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate einer Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit einem schaltbaren Planetengetriebe, das konzentrisch zur Kurbelwelle angeordnet ist und von dieser angetrieben wird. DOLLAR A Um die geräusch- und verschleißverursachenden Schwingungen des freien Endes der Kurbelwelle von dem Planetengetriebe fernzuhalten, ist ein zwischen Kurbelwelle und Planetengetriebe angeordneter Schwingungsentkoppler vorgesehen, der als Kreuzschlitzkupplung wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Neben­ aggregate einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

In der FR-OS 2 644 866 ist eine Antriebsvorrichtung für Ne­ benaggregate einer Hubkolbenbrennkraftmaschine beschrieben, mit einem schaltbaren Planetengetriebe, das konzentrisch zur Kurbelwelle angeordnet ist und das einen mit der Kurbelwelle verbundenen Planetenträger mit Planetenrädern sowie ein an einem Lagerschild mittels Bremsvorrichtung feststellbares Hohlrad und ein mit einer Riemenscheibe ver­ bundenes, in dem Lagerschild gelagertes Sonnenrad aufweist, das über einen Freilauf mit dem Planetenträger verbindbar ist.

Derartige schaltbare Planetengetriebe sollen bei Motorleer­ laufdrehzahl eine ausreichende Leistung von Nebenaggrega­ ten, wie Klimakompressor und Lichtmaschine, sicherstellen, ohne dieselben bei hoher Motordrehzahl durch Überdrehen zu gefährden. Auf diese Weise gelingt es, trotz möglicher Verkleinerung der Nebenaggregate die Funktion des elektri­ schen Bordnetzes zu gewährleisten, auch wenn über die der­ zeitige Ausstattung hinaus eine elektrisch beheizbare Frontscheibe und ein elektrisch beheizbarer (Vor-) Kataly­ sator benötigt werden. Letzterer ist eine wichtige Voraus­ setzung zur Senkung der Schadstoffemission beim Kaltstart.

Das schaltbare Planetengetriebe der FR-OS 2 644 866 hat je­ doch ein großes Bauvolumen und einen schlechten Wirkungs­ grad, da seine Schmierung problematisch ist. Durch seine starre Verbindung mit dem freien Ende der Kurbelwelle unterliegt dieses Planetengetriebe deren Schwingungsbean­ spruchung, wodurch es störanfällig und geräuschabstrahlend wird.

Aus der DE-A 1 526 560 ist ein schaltbares Planetengetriebe bekannt, in dessen Antrieb eine Dämpfung der von der Kur­ belwelle stammenden Torsionsschwingungen vorgesehen ist. Dies wird durch eine Kombination aus Druckfedern und Gummi­ puffern erreicht, die im Planetenträger angeordnet sind. Diese Maßnahme wirkt aber nicht auf Radial- und Axial­ schwingungen des Kurbelwellenendes, sondern nur auf dessen Tangentialschwingungen, die auch, im Gegensatz zu den Ra­ dial- und Axialschwingungen durch Torsionsschwingungs­ dämpfer und Schwingungstilger bekämpft werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schaltbares Planetengetriebe der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das zuverlässig, kompakt und leise ist sowie einen hohen Wir­ kungsgrad und eine lange Betriebsdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das Prinzip der Nichtweiterleitung der Schwingungen des Kurbelwellenendes zum Planetengetriebe beruht auf der Zwi­ schenschaltung eines Schwingungsentkopplers. Dieser ist mit dem Kurbelwellenende und dem Planetenträger verbunden, läßt aber die Schwingungen des Kurbelwellenendes aufgrund seiner Elastizität oder seiner Geometrie nicht durch.

Durch die Abkopplung der Schwingungen des Kurbelwellenendes kann das Planetengetriebe wesentlich leichter und dadurch kompakter ausgeführt werden. Außerdem vermindern sich seine Störanfälligkeit und seine Schallabstrahlung, insbesondere die der Riemenscheibe.

Grundsätzlich ist es denkbar, daß Kurbelwelle und Planeten­ träger durch Verschrauben, Vernieten, Kleben usw. mit dem Schwingungsentkoppler verbunden sind. Besonders einfach ist deren Montage jedoch, wenn beide Teile axiale Klauen auf­ weisen, die in entsprechende Schlitze des Schwingungsent­ kopplers lediglich eingeschoben werden müssen. Die gleiche Anzahl der Klauen führt zu symmetrischer und damit geringer Beanspruchung und zur Zentrierung des ungelagerten Schwingungsentkopplers. Die Anzahl der Klauen ist nicht festgelegt. Üblich sind zwei oder drei pro Teil.

Wenn der Schwingungsentkoppler elastisch ausgebildet ist (z. B. aus Polyurethan besteht), ist er in der Lage, neben Radialschwingungen auch Tangential- und Axialschwingungen zu filtern.

Die Tangentialschwingungen des Kurbelwellenendes können an diesem durch Torsionsschwingungsdämpfer oder Schwingungs­ tilger bekämpft werden. Deshalb besteht auch die Möglich­ keit, Schwingungsentkoppler aus unelastischem Material zu verwenden. Diese können zwar aufgrund ihrer Torsionssteif­ heit keine Torsionsschwingungen filtern, jedoch können sich die Klauen wegen des Radial- und Axialspiels radial und axial in den Schlitzen bewegen und so Radial- und Axial­ schwingungen ausblenden.

In ähnlicher Weise ist auch ein als Quadrat oder Sechseck gestalteter Schwingungsentkoppler möglich, bei dem die Klauen dessen Umfangsseiten tangieren. Ein als Kreuz­ schlitzkupplung bekannter Schwingungsentkoppler zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus, da er lediglich vier radiale Schlitze gleichmäßig an dessen Umfang verteilt für je zwei Klauen aufweist.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, das Hohlrad auf den Planetenrädern axial verschieblich zu lagern und die Bremsscheibe an dem Hohlrad anzuformen. Durch die einstückige Ausführung von Hohlrad und Brems­ scheibe und durch die schwimmende Lagerung des Hohlrades auf den Planetenrädern und der Verschiebbarkeit zugehöriger Bremsklötze in einem Haltering mit integriertem Axialan­ schlag ergibt sich ein einfacher Bremsaufbau.

Ein öldruckbetätigter Ringkolben sichert eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung der Bremsklötze an der Bremsscheibe und damit einen verschleißarmen Betrieb desselben. Auch die La­ gerung des Ringkolbens zwischen einem äußeren und inneren Führungsring sichert einen verschleißarmen Betrieb und bietet Freiheit bei der Materialwahl des Lagerschilds. Durch eine linienförmige Berührung zwischen einem abgerun­ deten Ringwulst des Ringkolbens und dem ihm zugewandten Bremsklotz werden Verspannungen und damit Verschleiß ver­ mieden.

Durch eine elektronische Steuerung wird ein Schaltdruck bzw. eine Änderung der Motordrehzahl beim Ein- und Aus­ schalten des Planetengetriebes verhindert.

Durch die Anordnung im Steuergehäuse wird das Planetenge­ triebe durch Motoröl zuverlässig geschmiert und weist auf diese Weise einen hohen Wirkungsgrad und geringen Ver­ schleiß auf. Damit ist ein Problem gelöst, das bei dem auf dem freien Kurbelwellenende außerhalb des Motorgehäuses ge­ lagerten Planetengetriebe nie beherrscht wurde. Außerdem ist bei dieser Anordnung des Planetengetriebes wie bei einem Standardmotor nur ein Bewegungsöldichtring erforder­ lich. Dieser muß keinen Öldifferenzdruck abdichten, sondern lediglich dem Unterdruck im Kurbelgehäuse standhalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung in der folgenden Beschreibung näher er­ läutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein schaltbares Planeten­ getriebe mit Feststellbremse für ein Hohlrad,

Fig. 2 ein Betätigungselement für die Feststellbremse.

Fig. 1 zeigt ein Planetengetriebe 1, das koaxial zu einer Kurbelwelle 2 angeordnet ist und von dieser angetrieben wird. Der Antrieb erfolgt über eine Kettenradkombination 3, die durch eine Inbusdehnschraube 4 gegen das freie Ende 2a der Kurbelwelle 2 geschraubt ist. Die Kettenradkombination 3 dient auch dem Antrieb der Gaswechselsteuerung des Motors und ist deshalb mit Federnut 5 und Feder 6 winkelgetreu zur Kurbelwelle 2 angeordnet.

Ein am freien Kurbelwellenende 2a befindlicher Flansch 7 der Kettenradkombination 3 trägt senkrecht zur Bildebene 2 gegenüberliegende Klauen 11, die in je einen passenden Schlitz 10 am Umfang eines ringförmigen Schwingungsent­ kopplers 8 mit geringem Tangentialspiel und größerem Ra­ dialspiel passen. Gegebenenfalls kann der Flansch 7 auch noch einen Schwingungstilger 9 tragen, der zur Dämpfung einer Torsionsschwingungsresonanz der Kurbelwelle 2 dient.

Der Schwingungsentkoppler 8 weist an seiner Mantelfläche zwei weitere in der Bildebene gegenüberliegende Schlitze 10 auf, in die ebenfalls zwei entsprechende Klauen 11 eines Planetenträgers 12 mit geringem Tangentialspiel und größerem Radialspiel passen. Der Planetenträger 12 trägt an seiner der Kurbelwelle 2 abgewandten Seite mindestens drei gleichmäßig verteilte Bolzen 13, auf denen in Lagerbüchsen 14 Planetenräder 15 gelagert sind. Die Planetenräder 15 kämmen mit einem innenliegenden Sonnenrad 16 und einem außenliegenden Hohlrad 17.

Das Sonnenrad 16 ist integraler Bestandteil einer Hülse 17a, an deren kurbelwellenfernem Ende ein Kugellager 18 an­ geordnet ist, das in einem Lagerschild 19 gelagert ist. Der Lagerschild 19 schließt eine entsprechende Öffnung eines Steuergehäuses 36, das das Planetengetriebe 1 umschließt und dessen unteres Ende mittels einer Ölwanne 37 geschlos­ sen ist. Vor dem Kugellager 18 ist am Umfang der Hülse 17a eine Feinverzahnung 20 zur drehmomentübertragenden Be­ festigung einer Riemenscheibe 21 angeordnet. Von dieser aus werden die nicht dargestellten Nebenaggregate angetrieben. Im kurbelwellennahen Bereich der Hülse 17a ist ein Freilauf 22 vorgesehen, durch den der Planetenträger 12 mit der Hülse 17a koppelbar ist.

Zwischen dem Lagerschild 19 und der Riemenscheibe 21 ist ein Radialwellendichtring 26 vorgesehen. Um denselben von jederlei Öldruck zu entlasten, sind im Bereich von dessen Umfang im Lagerschild 19 Ölbohrungen 38 vorgesehen.

Das Hohlrad 17 ist auf den Planetenrädern 15 schwimmend und damit selbstzentrierend gelagert. Das Hohlrad 17 weist an seiner äußeren Umfangsfläche eine integrierte Bremsscheibe 23 nach Art eines radialen Flansches auf. An dem Lagerschild 19 befindet sich eine Halterung 25 für auf bei­ den Seiten der Bremsscheibe 23 angeordnete Bremsklötze 24, wobei einem der Bremsklötze 24 ein Axialanschlag 35 zuge­ ordnet ist. Die Hülse 17a ist stirnseitig durch einen Kunststoffdeckel 27 verschlossen.

In Fig. 2 ist ein Beispiel einer hydraulischen Bremsbetäti­ gung 28 mit einer Entlüftung 29, einem Druckölraum 33 und einem Ringkolben 30 dargestellt. Dieser Ringkolben 30 ist im Lagerschild 19 zwischen einem äußeren und einem inneren Führungsring 31, 31a axial verschiebbar gelagert und durch Dichtringe 32 abgedichtet. Die Führungsringe 31, 31a beste­ hen aus verschleißfestem Material. Dadurch besteht freie Wahl des Lagerschildmaterials.

Der Ringkolben 30 weist einen abgerundeten Ringwulst 34 auf, der mit einem der Bremsklötze 24 in Wechselwirkung steht. Durch die vom Ringkolben 30 auf den einen Bremsklotz 24 ausgeübte Druckkraft wird durch axiale Bewegung die Bremsscheibe 23 zwischen den Bremsklötzen 24 eingespannt, da der Axialanschlag 35 ein Ausweichen des zweiten Brems­ klotzes 24 verhindert. Die Linienberührung zwischen dem Ringwulst 34 und dem scheibenförmigem Bremsklotz 24 findet vorzugsweise in dessen Schwerelinie statt, wodurch eine gleichmäßige, zwangsfreie Beaufschlagung desselben sicher­ gestellt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert folgender­ maßen: Die Kurbelwelle 2 treibt den Planetenradträger 12 über die Kettenradkombination 3 und den Schwingungsentkopp­ ler 8 an. Letzterer wirkt in Verbindung mit seinen vier, paarweise gegenüberliegenden und um 90° versetzt angeordne­ ten Schlitzen 10 und den dazu mit wenig Tangentialspiel und größerem Radialspiel passenden Klauen 11 der Kettenradkom­ bination 3 und des Planetenträgers 12 als Kreuzschlitz­ kupplung. Diese läßt keine Radial- und Axialschwingungen des freien Kurbelwellenendes 2a auf den Planetenträger 12 durch. Dadurch ist auch der Übertragungsweg vom Planeten­ träger 12 auf die Hülse 17a über den Freilauf 22 frei von Radial- und Axialschwingungen der Kurbelwelle 2, was sich auf den Geräuschpegel und die Lebensdauer aller Bauteile des Planetengetriebes 1 positiv auswirkt.

Bei niedriger Motordrehzahl sind durch Beaufschlagung des Ringkolbens 30 mit Drucköl im Druckölraum 33 die Brems­ klötze 24 gegen die Bremsscheibe 23 des schwimmenden Hohl­ rads 17 und gegen einen Axialanschlag 35 der Halterung 25 gepreßt. Dadurch ist das Hohlrad 17 über die Halterung 25 am Lagerschild 19 festgelegt, so daß sich die Planetenräder 15 am Hohlrad 17 abstützen bzw. abrollen können. Beim Abrollen drehen sich die Planetenräder 15 um ihre Bolzen 13 und treiben das Sonnenrad 16 im Drehsinn des Plane­ tenträgers 12 an. Dabei findet eine Übersetzung zu einer höheren Drehzahl statt, und zwar im Verhältnis der Zähne­ zahl des Hohlrades 17 zu der des Sonnenrades 16.

Ab einer bestimmten Motordrehzahl aufwärts werden Brems­ scheibe 23 und Bremsklötze 24 voneinander gelöst. Wegen der fehlenden Drehmomentabstützung am Hohlrad 17 nimmt der Pla­ netenträger 12 den Freilauf 22 mit, wodurch die Hülse 17a bzw. die Riemenscheibe 21 im Verhältnis 1 : 1 über den Schwingungsentkoppler 8 mit der Kurbelwelle 2 gekoppelt ist. Dabei läuft das Planetengetriebe 1 mit Hohlrad 17, Planetenträger 12, Planetenrädern 15 und Sonnenrad 16 als Einheit um, ohne wirkungsgradmindernde Relativbewegungen auszuführen. Der direkte Antrieb der Riemenscheibe 21 ver­ hindert ein Überdrehen der Nebenaggregate, da die Drehzahl der Riemenscheibe 21 der Drehzahl der Kurbelwelle 2 ent­ spricht. Da die Kopplung mit der Riemenscheibe 21 über den Schwingungsentkoppler 8 läuft, werden zwar das Drehmoment der Kurbelwelle 2, nicht aber deren Radial- und Axial­ schwingungen auf die Hülse 17a mit der Riemenscheibe 21 übertragen. In beiden Betriebsarten ist deshalb die An­ triebsvorrichtung für die Nebenaggregate frei von ver­ schleiß- und geräuschfördernden Schwingungen der Kurbel­ welle. Durch seine Lage im Steuergehäuse ist das Planeten­ getriebe 1 immer gut geschmiert, wodurch sein Wirkungsgrad und seine Lebensdauer positiv beeinflußt werden.

Claims (12)

1. Antriebsvorrichtung für Nebenaggregate einer Hubkolben­ brennkraftmaschine, mit einem schaltbaren Planetenge­ triebe (1), das konzentrisch zur Kurbelwelle (2) ange­ ordnet ist und das einen mit der Kurbelwelle (2) ver­ bundenen Planetenträger (12) mit Planetenrädern (15) sowie ein an einem Lagerschild (19) mittels Bremsvor­ richtung feststellbares Hohlrad (17) und ein mit einer Riemenscheibe (21) verbundenes, in dem Lagerschild (19) gelagertes Sonnenrad (16) aufweist, das über einen Freilauf (22) mit dem Planetenträger (12) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger (12) über einen Schwingungsentkoppler (8) mit der Kurbelwel­ le (2) verbunden ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger (12) und ein mit der Kurbelwelle (2) drehfest verbundener Flansch (7) eine gleiche Anzahl axialer Klauen (11) aufweisen, die in entsprechende radiale Schlitze (10) des Schwingungsentkopplers (8) eingreifen und diesen zentrieren.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsentkoppler (8) elastisch ausgebildet ist.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsentkoppler (8) unelastisch ausgebildet ist und die Klauen (11) in den Schlitzen (10) ein kleines Tangential- und ein großes Radialspiel aufweisen.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier Schlitze (10) am Um­ fang des Schwingungsentkopplers (8) gleichmäßig ver­ teilt angeordnet sind, in welche die Klauenpaare des Flansches (7) und des Planetenträgers (12) von gegen­ überliegenden Seiten und um 90° versetzt eingreifen.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Hohlrad (17) eine Brems­ scheibe (23) angeordnet und das Hohlrad (17) auf den Planetenrädern (15) schwimmend gelagert ist.

7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe (23) als radialer Flansch am Umfang des Hohlrades (17), vorzugs­ weise in der Mitte von dessen axialer Länge und ein­ stückig mit diesem ausgebildet ist.

8. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits der Bremsscheibe (23) scheibenförmige Bremsklötze (24) vorgesehen sind, die in einem mit dem Lagerschild (19) verbundenen, die Bremsklötze (24) umschlingenden Haltering (25) gelagert und zusammen mit der Bremsscheibe (23) gegen einen Axialanschlag (35) des Halterings (25) verschiebbar sind.

9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein öldruckbetätigter Ring­ kolben (30) zur axialen Druckbeaufschlagung von Brems­ klötzen (24) und Bremsscheiben (23) vorgesehen ist, der im Lagerschild (19) in einem äußeren und einem inneren Führungsring (31, 31a) dichtend geführt ist.

10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (30) einen abgerundeten Ringwulst (34) aufweist, durch den die Bremsklötze (24) und die Bremsscheibe (23) druckbeauf­ schlagbar sind.

11. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuerung vorgesehen ist, die ein sanftes Ein- und Aus­ schalten des Planetengetriebes (1) und/oder ein schalt­ optimales Regeln der Momente der Nebenaggregate und/oder des Motormoments bewirkt.

12. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (1) in einem Steuergehäuse (36) angeordnet, vorzugsweise in einem Steuergehäusedeckel gelagert und durch Motoröl geschmiert ist.