CN103339409A - 传动单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传动单元，该传动单元具有包括多个齿轮元件且形成为泵的行星轮组，该行星轮组通过齿轮元件将液压流体从包含行星轮组的泵壳体的抽吸空间输送到压力空间。提供了可控制的节流装置，以便根据选择对在抽吸空间和压力空间之间输送的流体流进行节流，且由此使行星轮组的各齿轮元件彼此相对制动。在形成于行星轮组的多个齿轮元件之间的泵壳体的中间空间内布置了流体容器，该流体容器可通过节流装置与抽吸空间和压力空间同时连接。

Description

传动单元
技术领域
本发明涉及一种传动单元，所述传动单元带有包括齿轮元件且设计为泵的行星轮组，所述泵通过齿轮元件使得液压流体从包含行星轮组的泵壳体的抽吸空间输送到压力空间，其中，提供可控制的节流装置，以便根据选择对在抽吸空间和压力空间之间输送的流体流进行节流，且以此使行星轮组的齿轮元件相互相对地制动。
背景技术
此类传动单元可使用在不同的应用中以提供两个不同的传动比，可通过节流装置的控制在这两个传动比之间进行切换。例如，可通过将节流装置完全锁闭而将泵阻断且因此产生行星轮组的直接传动。通过打开节流装置能够实现抽吸空间和压力空间之间的循环泵送，以此尽管有流动阻力也使行星轮的相应的齿轮元件相互脱耦。
节流装置可以是布置在泵壳体的环境中的阀。为将泵的抽吸空间和压力空间与节流装置连接，可存在合适的抽吸空间和压力空间。但在此布置中，传动单元所需的结构空间增加。此外，抽吸空间和压力空间根据长度和传导截面导致相对高的流动阻力，这导致相应的功率损失。
从US3724975以及从GB465363中已知了旋转活塞泵，所述旋转活塞泵包含用于将液压流体从包含行星轮组22的泵壳体的抽吸空间输送到压力空间的齿轮元件，且提供了可控制的节流装置，以便根据选择在抽吸空间和压力空间之间对所输送的流体流进行节流。
发明内容
因此，本发明的所要解决的技术问题是在前述类型的传动单元中改进效率，且减少所需的结构空间。
此技术问题通过带有权利要求1的特征的传动单元解决。
根据本发明，在形成于行星轮组的多个齿轮元件之间的泵壳体的中间空间内布置了流体容器，所述流体容器能够通过节流装置同时与抽吸空间和压力空间连接。因此，行星轮组的通常不使用的区域用于安置流体容器。因此，流体容器在一定程度上自身集成在行星轮组内，因此相对于带有布置在行星轮组外部的流体容器的传动单元可降低所需的结构空间。通过流体容器能与也布置在行星轮组内的抽吸空间和压力空间连接，产生了特别短的流动长度，以此可最小化流动阻力。因此，本发明提供了基于形成为泵的行星轮组的传动单元，所述传动单元与已知的布置相比具有改进的效率且要求了更低的结构空间。
本发明的扩展在各从属权利要求、说明书以及附图中给出。
根据本发明的一个实施形式，将节流装置集成在流体容器内。以此，与带有布置在行星轮组外的节流装置的传动单元相比，降低了所要求的结构空间。
流体容器可布置在行星轮组的太阳轮、空心轮和两个相邻的行星轮之间。尤其是，流体容器可在相对于行星轮组的旋转轴线径向的方向上布置在行星轮组的太阳轮和空心轮之间，且在周向方向上布置在行星轮组的两个相邻的行星轮之间。此中间空间提供了足够用于安置流体容器的空间。
流体容器可集成在行星轮组的行星架内。例如，行星架的分别突伸到太阳轮、空心轮和相邻的行星轮之间的中间空间内的连接片可被改装为流体容器。为此，在连接片的内部内可提供空心腔，所述空心腔通过合适的开口或通道与抽吸空间或压力空间连接。因此，产生了特别简单的构造。
优选地，在每个形成于行星轮组的两个相邻的行星轮之间的中间空间内各提供一个流体容器。因此，液压流体在中间空间内的循环泵送可在最短可能的路径上进行。
根据本发明的另一个实施形式，节流装置包括取决于离心力地作用的阀。通过此类阀，可提供对于节流装置的纯被动的控制。这实现了传动单元的特别简单的构造结构和廉价的制造。尤其是，不提供昂贵的控制线路、控制装置等。作为替代，阀与驱动元件的转速有关地作用。取决于离心力地作用的阀可例如设计用于一旦输入元件的转速超过预先给定的阈值则中断泵的输送流。
阀可包括可卡锁在第一终端位置和第二终端位置的可旋转的锁闭元件。可旋转的锁闭元件可布置在泵壳体的中间空间内以便最小化结构空间。卡锁尤其是用于在预先确定的离心力值时导致相对突然地执行的锁闭元件运动。为调节触发运动的力值，可尤其在所属的阀座内提供弹性的卡锁元件，所述卡锁元件在锁闭元件的相应的凹处内接合，反之亦然。因此，锁闭元件在克服弹簧力时才会运动。以此方式，可实现阀的特别快速且可靠的打开和关闭。此外，可提供迟滞效应，所述迟滞效应防止了在过渡转速的区域内传动单元的不希望的重复切换。
锁闭元件可偏心地支承在阀的阀体内。偏心支承理解为其中锁闭元件的质量相对于旋转轴线不均匀地分布的支承。此类偏心支承例如会导致当离心力作用在行星架上时锁闭元件自动地开始旋转运动。
根据构造，锁闭元件预紧在开启位置中。预紧保证锁闭元件在小的离心力下，即例如在行星架的低转速下总是释放泵的输送流，且仅在大的离心力下才中断泵的输送流。预紧的程度可在此与各应用匹配。
可提供多个带有可旋转的锁闭元件的阀，其中各锁闭元件通过同步环相互联接。此类同步环可保证所有阀的同时切换。
同步环可通过弹簧装置将各锁闭元件共同地在预紧在开启位置。这实现了简单的构造，因为不用给每个锁闭元件提供自己的弹簧装置。
优选地，同步环是板冲压件。这实现了特别简单且廉价的制造。
在同步环上可提供齿部，所述齿部与锁闭元件的各齿部共同作用。通过同步环围绕行星轮组的旋转轴线的旋转，因此可导致所有锁闭元件围绕其各旋转轴线的共同的旋转。
本发明进一步涉及一种用于发动机的辅助机组的驱动设备，所述驱动设备带有轴和带轮盘，所述带轮盘用作输入元件且用作于输出元件，且带有前述类型的用于在轴和带轮盘之间进行转速匹配的传动单元，其中通过操作节流装置可形成传动单元的第一切换状态，在这第一切换状态中产生在轴和带轮盘之间的基本上为1的传动比，且其中传动单元进一步包括用于根据选择固定行星轮组的齿轮元件中的一个的可控制的制动器，其中通过操作制动器可形成传动单元的第二切换状态，在这第二切换状态中产生在轴和带轮盘之间的不等于1的传动比。
“传动比为1”的概念理解为理论值，其中应考虑到在实践中总是出现泄漏损失，这导致齿轮相互间的一定的旋转且因此导致与理想值的偏差。传动单元的行星轮组可尤其布置在输入元件和输出元件之间的转矩传递路径中。此类设备可用于将转矩从内燃机传递到内燃机的一个或多个辅助机组，例如发电机、转向辅助泵、空调压缩机和/或水泵。就此而言，驱动设备的轴可以是内燃机的曲轴，或驱动设备的轴可与内燃机的曲轴联接。作为所述的内燃机的替代或补充，驱动设备的轴可与用作车辆的驱动轴的电动马达联接。转矩到辅助机组的传递通过带轮盘和楔形多肋皮带进行，所述楔形多肋皮带驱动辅助机组的相应的输入带轮盘。可切换的传动单元实现了在需要的情况下升高辅助机组的转速，以因此更好地利用辅助机组的功率。例如，在低发动机转速下，可出现从曲轴到辅助机组的升速转换，且在高发动机转速下可出现从曲轴到辅助机组的无变速的直接驱动。以此方式，为满足功率规定，可使用相对更小的辅助机组。通过使用更小的辅助机组，可节约成本且降低燃料消耗值。
替代地，驱动设备也可以安装在内燃机的辅助机组上，其中所述轴在此情况中通过辅助机组的驱动轴形成或与之驱动作用地连接。转矩传递在此构造中不实现为从轴到带轮盘，而是相反地实现为从带轮盘到轴。与之相应地，带轮盘形成了输入元件且轴形成了输出元件。为相对于内燃机的曲轴升高辅助机组的转速，在此情况中必须实现从带轮盘到轴的升速转换。
优选地，压力空间与用于液压操作制动器的控制活塞连接。只要压力升高，就实现制动器的液压操作。也就是说，控制活塞通过压力空间取决于载荷的流体压力操作，因此不提供用于促动器的分开的控制。
附图说明
本发明在下文中根据示例通过参考附图描述。
图1示出了形成为泵的用于根据现有技术的传动单元的行星轮组。
图2示出了形成为泵的用于根据本发明的实施形式的传动单元的行星轮组。
图3示出了带有取决于离心力地作用的阀的形成为泵的用于根据本发明的实施形式的传动单元的行星轮组。
图4示出了根据图3的处于阻断状态的行星轮组。
图5示出了集成在根据图4的行星轮组内的取决于离心力地作用的处于第一切换位置的阀。
图6示出了处于第二切换位置的根据图5的阀。
图7在俯视图中示出了用于共同操作多个阀的同步环。
图8在透视图示中示出了根据图7的同步环和待操作的阀。
图9是用于发动机的辅助机组的驱动设备的示意性图示，所述驱动设备具有根据本发明的传动单元，其中传动单元示出为处于第一切换位置。
图10示出了根据图9的驱动设备，其中传动单元处于第二切换位置。
具体实施方式
根据图1，已知的传动单元包括形成为泵的行星轮组11，所述行星轮组11安装在未图示的泵壳体内。行星轮组11包括太阳轮13、多个行星轮14的装置以及空心轮15。行星轮14支承在行星架16上，所述行星架16例如与围绕旋转轴线R旋转的驱动元件(未图示)抗扭地连接。空心轮15可与也未图示的从动元件抗扭地连接或与之形成为单件。分别在两个相邻的行星轮14之间布置有行星架16的连接片18，所述连接片18的外壁接近太阳轮13、空心轮15以及两个相应的行星轮14的轮齿从而形成密封间隙。留在连接片18外部的行星轮组11的中间空间17以例如油的液压流体填充。当行星轮14由于行星架16的旋转而在太阳轮13和空心轮15上滚动时，各相互啮合的齿导致液压流体从各抽吸空间19输送到各压力空间21。为使行星轮组11作为齿轮泵运行，提供了用于液压流体的抽吸管路和压力管路，所述管路开口通入中空空间17内且实现了液压流体在抽吸空间19和压力空间21之间的循环泵送。在如此形成的液压循环中可集成在图1中未图示的可控制的节流装置。通过对循环泵送的流体流进行节流，太阳轮13、空心轮15以及行星轮16可相互制动。尤其是，通过完全锁闭节流装置产生了行星轮组11的直接传动。
图2示出了根据本发明的第一实施形式的传动单元，所述传动单元包括类似于根据图1的行星轮组11的、形成为泵的行星轮组22，其中相同的或等价的部件以相同的附图标号指示。在太阳轮13、空心轮15以及各两个相邻的行星轮14之间的连接片23形成为空心的，且因此用作流体容器25。流体容器25通过开口27分别与两个相互对置的抽吸空间19和压力空间21连接，其中开口27根据其流动横截面作用为节流元件。通过部分地或完全地封闭一个或多个开口27，可控制节流作用。在如图2中所图示开口27被开启时，通过行星轮组22的啮合的齿轮从各抽吸空间19输送到各压力空间21内的液压流体通过流体容器25又回到抽吸空间19内，使得因此产生了液压流体的循环泵送且因此尽管有流动阻力，太阳轮13、空心轮15和行星架16围绕旋转轴线R的旋转相互脱耦。但根据在图1中所图示的布置，流动阻力降低，因为液压流体分别可以以最短可能的路径从各压力空间21到达各抽吸空间19。此外，基本上通过开口27的尺寸给出的流动横截面根据希望被匹配。
根据本发明的另外的实施形式，可提供集成在流体容器25内的旋转盘阀29作为节流装置，所述节流阀29在下文中通过参考图3至图6中详细描述。每个旋转盘阀29包括围绕与行星轮组22的旋转轴线R平行的阀轴线V可旋转地支承在所属的流体容器25内的在此圆柱形的锁闭元件31。流体容器25因此形成旋转盘阀29的阀座。每个锁闭元件31具有通道33，所述通道在根据图3的开启位置与流体容器25的开口27对齐且因此实现了从压力空间21到抽吸空间19的流体流动。锁闭元件31可通过围绕阀轴线的旋转到达根据图4的锁闭位置，在所述锁闭位置中通道33不与流体容器25的开口27对齐，且因此阻断了从压力空间21到抽吸空间19的流体流动。因此，液压流体不可能循环泵送，因为弹簧力13、空心轮15和行星架16相互被制动，因此在行星轮组22中产生直接传动。
在锁闭元件31上分别提供了偏心配重35，所述偏心配重35可提供相对于阀轴线V的取决于离心力的转矩。当如在图5中所图示离心力F小时，因为行星架16以小的转速旋转，所以偏心配重35处在径向内部位置，且锁闭元件31的通道33与流体容器25的开口27对齐，以此实现通过流体容器25的流体流动。当如在图6中所图示离心力F相对大时，因为行星架16以高转速旋转，所以偏心配重35通过旋转运动到径向更外部的位置，在该更外部的位置中锁闭元件31的通道33不与流体容器25的开口27对齐，且因此阻断了通过流体容器25的流体流动。因此，旋转盘阀29取决于离心力地作用，使得不需要分开的控制。为产生正确的输出位置，锁闭元件31通过图5和图6中未图示的弹簧装置预紧在根据图5的开启位置。
为保证行星轮组22的所有旋转盘阀29的同时切换，提供了形成为板冲压件的共同的同步环37，所述同步环37具有有齿形的径向突出部39，所述径向突出部39与锁闭元件31的各外齿部41啮合。通过螺旋弹簧38，同步环37将所有锁闭元件31共同预紧在开启位置。此外，在同步环37上提供了卡锁元件43，所述卡锁元件43且因此所有锁闭元件31共同地根据选择卡锁在开启位置或锁闭位置。
图9示出了根据本发明的实施形式的驱动设备51，所述驱动设备51固定在未详细图示的车辆内燃机内。驱动设备51用于将从内燃机凸轮轴53输出的转矩传递到带轮盘55，用于驱动内燃机的辅助机组，例如助力转向泵或空气压缩机的未图示的楔形多肋皮带延伸通过所述带轮盘。为将带轮盘55且因此待驱动的辅助机组输入轴的转速与内燃机的不同的运行状态匹配，驱动设备51包括可切换的传动单元，所述传动单元包括如在图3至图6中所图示的形成为泵的行星轮组22。曲轴53与行星架16抗扭地连接，而空心轮15与带轮盘55抗扭地连接。为实现振动脱耦，在行星架16和曲轴53之间布置了优选地由橡胶制造的弹性的连接元件57。片式制动器59用于将行星轮组22的太阳轮13相对内燃机的壳体根据选择固定。
为控制片式制动器59提供了液压控制活塞61，所述液压控制活塞61与压力空间21连接。通过弹簧63将片式制动器59预紧在制动位置中。通过加载液压控制活塞61使之从压力空间21离开可释放制动器，如在图10中所图示。为承担相应的轴向力提供了推力轴承65。通过取决于压力的侧隙降低，可降低在行星轮组22的中间空间17的轴向边界上的泄漏(图2至图6)，即在压力空间21内且在控制活塞61上形成压力时，泵的壳体(行星轮组22)在轴向方向上流体密封地被压在一起。
在低的发动机转速时，太阳轮13如在图9中所图示通过片式制动器59卡住，且曲轴53通过行星架16驱动行星轮14，所述行星轮14在固定的太阳轮13上滚动且本身又驱动空心轮15，以此行星轮组22将液压流体循环泵送。曲轴53的旋转运动在此被升速转换。在更高的发动机转速下，行星架16通过借助于取决于离心力地作用的旋转盘阀29阻断流体输送而基本上与太阳轮13抗扭地联接。同时，太阳轮13通过片式制动器59的开口而释放。行星轮组22直接传动，且因此实现了从曲轴53到带轮盘55的近似1:1的比例的变速(即i=1)。
为在两个传动比之间切换不需要控制线路，因为片式制动器59通过压力空间21内取决于载荷的流体压力自动地且同步地切换到旋转盘阀29。在通常的发动机运行中最经常地使用的两个传动比中的更高者具有特别高的效率的特征，因为一方面阻断了流体的循环泵送且另一方面行星轮组22直接传动，以此最小化了摩擦损失。所示的带轮盘55通过前述楔形多肋皮带驱动相关的辅助机组的至少一个未图示的另外的带轮盘，其中通过两个带轮盘的不同的直径限定了另外的传动比，所述传动比与传动单元的可切换的传动比叠加。以此方式，可也将曲轴53的转速根据选择升速转换或降速转换。
附图标记列表
11   行星轮组
13   太阳轮
14   行星轮
15   空心轮
16   行星架
17   中间空间
18   连接片
19   抽吸空间
21   压力空间
22   行星轮组
23   连接片
25   流体容器
27   开口
29   旋转盘阀
31   锁闭元件
33   通道
35   偏心配重
37   同步环
38   螺旋弹簧
39   有齿形的径向突出部
41   外齿部
43   卡锁元件
51   驱动设备
53   曲轴
55   带轮盘
57   连接元件
59   片式制动器
61   液压控制活塞
63   弹簧
65   推力轴承
R 旋转轴线
V  阀轴线
F  离心力

Claims (15)

1.一种传动单元，该传动单元带有包括多个齿轮元件(13、14、15)且形成为泵的行星轮组(22)，所述行星轮组(22)通过所述齿轮元件(13、14、15)将液压流体从包含所述行星轮组(22)的泵壳体的抽吸空间(19)输送到压力空间(21)，
其中，提供可控制的节流装置(29)，以便根据选择对在所述抽吸空间(19)和所述压力空间(21)之间输送的流体流进行节流，且以此使所述行星轮组(22)的各齿轮元件(13、14、15)彼此相对地制动，
其特征在于，
在形成于所述行星轮组(22)的多个齿轮元件(13、14、15)之间的泵壳体的中间空间(17)内布置有流体容器(25)，所述流体容器(25)能够通过节流装置(29)与所述抽吸空间(19)和所述压力空间(21)同时连接。
2.根据权利要求1所述的传动单元，其中，所述节流装置(29)集成在所述流体容器(25)内。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的传动单元，其中，所述流体容器(25)布置在所述行星轮组(22)的太阳轮(13)、空心轮(15)和两个相邻的行星轮(14)之间。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的传动单元，其中，所述流体容器(25)集成在所述行星轮组(22)的行星架(16)内。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的传动单元，其中，在每个形成于所述行星轮组(22)的两个相邻的行星轮(14)之间的中间空间(17)内提供一个相应的流体容器(25)。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的传动单元，其中，所述节流装置包括取决于离心力地作用的阀(29)。
7.根据权利要求6所述的传动单元，其中，所述阀(29)包括能卡锁在第一终端位置和第二终端位置的可旋转的锁闭元件(31)。
8.根据权利要求7所述的传动单元，其中，所述锁闭元件(31)偏心地支承在所述阀(29)的阀体内。
9.根据权利要求6或7所述的传动单元，其中，所述锁闭元件(31)预紧在开启位置。
10.根据权利要求6至9中一项所述的传动单元，其中，提供了多个带有可旋转的锁闭元件(31)的阀(29)，其中，各所述锁闭元件(31)通过同步环(37)相互联接。
11.根据权利要求10所述的传动单元，其中，所述同步环(37)通过弹簧装置(38)将各所述锁闭元件(31)共同地预紧在开启位置。
12.根据权利要求10或11所述的传动单元，其中，所述同步环(37)为板冲压件。
13.根据权利要求10至12中一项所述的传动单元，其中在同步环(37)上提供了齿部(39)，所述齿部(39)与所述锁闭元件(31)的各齿部(41)共同作用。
14.一种用于发动机辅助机组的驱动设备(51)，带有轴(53)和用作输入元件和输出元件的带轮盘(55)，且带有根据前述权利要求中一项所述的用于在轴(53)和带轮盘(55)之间进行转速匹配的传动单元，其中通过操作所述节流装置(29)能形成所述传动单元的第一切换状态，在所述第一切换状态中产生在所述轴(53)和所述带轮盘(55)之间基本上为1的传动比，且
其中，所述传动单元还包括用于根据选择固定行星轮组(22)的齿轮元件(13、14、15)中的一个的可控制的制动器(59)，其中，通过操作制动器(59)能产生传动单元的第二切换状态，在所述第二切换状态中产生在所述轴(53)和所述带轮盘(55)之间的不等于1的传动比。
15.根据权利要求14所述的驱动设备，其中，所述压力空间(21)与用于液压操作所述制动器(59)的控制活塞(61)连接。
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