DE2703094A1

DE2703094A1 - Antrieb fuer die nebenaggregate einer brennkraftmaschine, insbesondere in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2703094A1
Application number: DE19772703094
Authority: DE
Inventors: Rudolf Babitzka; Ernst Dipl Ing Linder; Walter Schlagmueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-01-26
Filing date: 1977-01-26
Publication date: 1978-07-27
Also published as: FR2378948A1; SE7800912L; JPS5393207A

Description

H. 3ί-⁹⁷

12. Januar 1977 Mayr/We q 27(33094

Anlage zur Patent-

und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GlCBH. 7000 Stuttgart 1

Antrieb für die Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine,
insbesondere in Kraftfahrzeugen

Zusammenfassung

Es wird ein Antrieb für die Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine, insbesondere in Kraftfahrzeugen vorgeschlagen, mit dem alle Nebenaggregate mit zwei Geschwindigkeiten antreibbar sind und die bei kompakter Bauweise energiesparend arbeitet und dabei die Beanspruchung der Riemen herabsetzt. Mindestens eine
der mit Schaltkupplung und Freilaufkupplung auf der Kurbelwelle aufgesetzten und mit einem Vorgelege verbundenen Riemenscheiben ist mit einer dritten Riemenscheibe starr verbunden

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und treibt ein weiteres Nebenaggregat, wodurch die Riemenbeanspruchung gesenkt wird. Eine elektromagnetisch ausgebildete Schaltkupplung erlaubt eine Verschiebung der Schaltpunkte am übergang von einem der Übersetzungsverhältnisse zum anderen.

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Antrieb für die Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptansprucha. Es ist schon ein derartiger Antrieb bekannt, bei dem zwei iSinzelriemenscheiben unterschiedlicher Größe mittels Schaltkupplung und Freilaufkupplung auf einer Kurbelwelle angeordnet sind und über zwei Riemen mit Doppelriemenscheiben von Nebenaggregaten verbunden sind, um diese mit zwei Gängen anzutreiben. Hier sind jedoch nur zwei Nebenaggregate vorgesehen. Sollten zusätzliche Nebenaggregate ebenfalls mit zwei Geschwindigkeiten angetrieben werden, so müssen auf einer Welle der bereits vorhandenen Nebenaggregate zusätzliche Riemenscheiben angeordnet werden, und mit diesen weitere Aggregate angetrieben werden. Eine solche Bauweise könnte bei den engen Raumverhältnissen vieler Kraftfahrzeuge meistens nicht untergebracht werden. Zudem hätte sie den Nachteil, daß am Nebenaggregat eine verstärkte Lagerung angeordnet werden muß, um weitere Abtriebe anschließen zu können. Weiterhin v/äre von Nachteil, daß die direkt von der Kurbelwelle leistung übertragenden Riemen auf die gesamte Leistung aller Nebenaggregate ausgelegt sein müßten, was nur mit Doppelriemenanordnung und damit bei aufwendiger und großer Bauweise möglich wäre. Zudem bestünde der Nachteil, daß beim Reißen beider Riemen alle Nebenaggregate ausfallen. Ein wesentlicher Nachteil ist ferner darin zu sehen, daß der Schaltpunkt am Übergang zwischen beiden Übersetzungsverhältnissen durch die fliehkraftgesteuerte Schaltkupplung festgelegt ist

Ferner ist auch ein Antrieb bekannt, der fünf Nebenaggregate mit verschiedenen Geschwindigkeiten antreiben kann. Hier ist jedoch zwischen Kurbelwelle und Wasserpumpe ein Yarioantrieb geschaltet, und die weiteren Nebenaggregate sind dem Variotrieb

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nachge3chaltet. Nachteilig ist hier vor allem die aufwendige und teure Bauart des Variotriebs, zumal dessen federbelastete, axial verstellbaren Scheiben viel Bauraum beanspruchen. Hinzu kommt, daß der die gesamte Leistung für die Nebenaggregate übertragende Variotrieb einen relativ schlechten Wirkungsgrad aufweist. Der Riemen des Variotriebs ist relativ stark auszulegen und beansprucht daher ebenfalls viel Raum; wenn er reißt, fallen sämtliche Nebenaggregate aus. Ferner ist von Nachteil, daß bei diesem Variotrieb infolge der Knickgefahr des Riemens dessen Breite begrenzt ist und daher die von ihm übertragene Leistung nur über einen begrenzten Abschnitt des gesamten Drehzahlbereiches eines Motors eine konstante Größe bildet, während sie zuvor und danach mit zunehmender Drehzahl eine steigende Charakteristik aufweist. Im übrigen erfordert dieser Antrieb eine verstärkte Lagerung an der V.'asserpumpe und hat vor allem einen festliegenden Abregelpunkt. Ferner ist durch den meist vorgegebenen kurzen Abstand zwischen Kurbelwelle und Wasserpumpe eine kurze Riemenlänge vorgegeben, was für die Größe der übertragbaren Leistung nachteilig ist; die Wahl der Riemenscheibengrößen ist weitgehend eingeengt.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Antrieb mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß hier mehr als zwei Nebenaggregate mit zwei Geschwindigkeiten antreibbar sind, wobei der Kraftfluß über die verschiedenen Riemen so gelegt ist, daß kein Riemen die gesamte Leistung aller angeschlossenen Nebenaggregate übertragen muß. Dies führt nicht nur zu einer kompakteren, billigeren Bauweise, sondern erhöht auch die Sicherheit, da selbst beim Bruch eines oder gar zweier Riemen niemals sämtliche Nebenaggregate ausfallen können. Außerdem entfallen aufwendige Lagerungen an Nebenaggregaten. Weiterhin gelingt es mit diesem Antrieb, bei einem Minimum an Riemenebenen eine Vielzahl von Nebenaggregaten mit zwei Geschwindigkeiten anzutreiben.

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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Antriebs möglich. Eine äußerst vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich durch die Ausbildung der Schaltkupplung als elektromagnetische Kupplung. Auf diese Weise kann der Schaltpunkt, an dem von einem Übersetzungsverhältnis auf ein anderes übergegangen wird, innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereiches verschoben werden, um extreme Werte der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen, wie dies z. B. bei der Kühlwassertemperatur bei Paßfahrten eines Kraftfahrzeuges auftritt. Dadurch wird einmal erreicht, daß die Beanspruchung des insbesondere dem Wasserpumpe-Lüfter-Aggregat zugeordneten Riemens während des größten Teils seiner Betriebszeit weniger groß ist,

zum anderen wird eine beträchtliche Energieeinsparung erreicht, indem die Verlagerung des Schaltpunktes zu hohen Drehzahlen hin auf seltene Ausnahmefälle während der gesamten Betriebszeit beschränkt bleibt. Insgesamt wird damit auch die Sicherheit des Antriebs erhöht. Gerade die Anordnung der von mehreren ßetriebswerten abhängig gesteuerten, elektromagnetischen Kupplung bei dem vorgeschlagenen Antrieb stellt eine äusserst zweckmäßige Kombination von Merkmalen dar, da sie zu einem Antrieb führt, der hinsichtlich Raumbedarf, Wirkungsgrad und Anzahl der verfügbaren Geschwindigkeiten für sämtliche Nebenaggregate ein Optimum darstellt.

Zeichnung

Ein AusführungBbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Frontansicht eines an einer Brennkraftmaschine angeordneten Antriebs für die Nebenaggregate in vereinfachter Darstellung, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Antriebs nach Fig.1, Fig. 3 eine Ansicht der Riemenscheiben auf der Kurbelwelle mit einer elektromagnetischen, von einem Steuergerät angesteuerten Kupplung und Fig.4 Kennlinien, welche die Antriebsleistung für das Wasserpurapen/Lüfter-Aggregat abhängig von der Motordrehzahl in verschiedenen Fällen darstellen.

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Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt einen Antrieb 10 für die Nebenaggregate eines Motors 11, wobei als Nebenaggregate eine Lichtmaschine 12, ein Klimakompressor 13, ein Wasserpumpe/Lüfter-Aggregat, eine Luftpumpe 15 sowie eine Lenkungspumpe 16 vorgesehen sind. Wie Fig. 2 näher zeigt, ist auf einer Kurbelwelle 17 eine erste Riemenscheibe 18 mit Hilfe eines Lagers 19 angeordnet. Von ihr führt ein erster Riemen 21 zu einer als Vorgelege ausgebildeten Doppelriemenscheibe 22. Diese ist über einen zweiten Riemen 23 mit einer zweiten Riemenscheibe 24 verbunden, die über eine Freilaufkupplung 25 auf der Kurbelwelle 17 gelagert ist. Mit der ersten Riemenscheibe 18 ist eine dritte Riemenscheibe 26 und mit der zweiten Riemenscheibe 24 eine vierte Riemenscheibe 27 jeweils starr verbunden. Von der dritten Riemenscheibe 26 führt ein dritter Riemen 28 zu einer fünften, der Luftpumpe 15 zugeordneten Riemenscheibe 29. Die vierte Riemenscheibe 27 ist über einen vierten Riemen 31 mit einer sechsten, der Wasserpumpe 14 zugeordneten Riemenscheibe 32 und gleichzeitig mit einer siebten, der Lenkungspumpe 16 zugeordneten Riemenscheibe 33 verbunden. Der zweite Riemen 23 treibt ferner eine achte, der Lichtmaschine 12 zugeordnete Riemenscheibe 34 an. Die erste 18 und dritte Riemenscheibe 18 einerseits sowie die zweite 24 und vierte Riemenscheibe 27 andererseits haben jeweils die gleichen Durchmesser, wobei derjenige der ersten Riemenscheibe 18 größer ist als derjenige der zweiten Riemenscheibe 24. Die erste bzw. dritte Riemenscheibe 18, 26 ist über eine Schaltkupplung 35 mit der Kurbelwelle 17 drehfest verbindbar, die durch Fliehkraft automatisch gesteuert wird.

Die Wirkungsweise des Antriebs 10 ist wie folgt: In einem unteren Drehzahlbereich des Motors 11 koppelt die fliehkraftabhängig gesteuerte Schaltkupplung 35 die Kurbelwelle 17 fest mit der dritten 26 bzw. ersten Riemenscheibe 18. Die erste Riemenscheibe 18 treibt über den ersten Riemen 21 das Vorgelege 22 an, das seinerseits über den zweiten Riemen 23 die zweite (24) und die

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achte Riemenscheibe 34 treibt. Infolge des größeren Durchmessers der ersten Riemenscheibe 18 gegenüber der zweiten (24) - bei gleichen Durchmessern am Vorgelege 22 - hat letztere (24) eine größere Drehzahl als die Kurbelwelle 17 und überholt diese. Von der zweiten Riemenscheibe 24 geht der Kraftfluß weiter über die vierte Riemenscheibe 27 und den vierten Riemen 31 auf die sechste (32) und siebte Riemenscheibe 33. Gleichzeitig wird die fünfte Riemenscheibe 29 vom dritten Riemen 28 angetrieben. Alle Nebenaggregate 12, 13, 14, 15, 16 laufen somit im ersten Gang. Da hierbei die gesamte auf die Nebenaggregate zu übertragende Leistung bereits an der ersten und dritten Riemenscheibe 18 bzw. 26 aufgeteilt wird, muß der erste Riemen 21 nie die gesamte Leistung übertragen; er kann vielmehr relativ schwächer dimensioniert werden, da der auf ihn entfallende Leistungsanteil immer unter 80 $ der Gesamtleistung gehalten werden kann. Dies begünstigt wieder eine kompakte Bauart des Antriebs 10.

Steigt nun die Drehzahl des Motors 11 aus dem unteren Drehzahlbereich über den Schaltpunkt der automatisch ansprechenden Kupplung 35 hinweg in einen oberen Drehzahlbereich, so löst sich die Verbindung zwischen Kurbelwelle 17 und dritter Riemenscheibe 26. Nun greift die Freilaufkupplung 25 und verbindet die Kurbelwelle 17 direkt mit der zweiten (24) und vierten Riemenscheibe 27, so daß nun alle Nebenaggregate 12, 13, 14, 15, 16 im zweiten Gang angetrieben werden. Dabei geht der Kraftfluß einmal von der vierten Riemenscheibe 27 über den vierten Riemen 31 zur V/asserpumpe 14 und zur Lenkungspumpe 16, zum anderen von der zweiten Riemenscheibe 24 über den zweiten Riemen 23 zum Vorgelege 22 und zur Lichtmaschine 12. Gleichzeitig geht der Kraftfluß vom Vorgelege 22 über den ersten Riemen 21, die erste (18) und dritte Riemenscheibe 26 und den dritten Riemen 28 zur Luftpumpe 15. Die erste Riemenscheibe 26 kann sich dabei unabhängig von der Kurbelwelle 17, nämlich mit niedrigerer Drehzahl als letztere, drehen. Auch im zweiten Gang wird somit erreicht, daß der zweite Riemen 23 nicht die Gesamtleitung aller Nebenaggregate übertragen muß. Sein Leistungsanteil bleibt vielmehr unter 70 # der Gesamtleistung, so daß er eine kleine

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Bauweise des Antriebs 10 begünstigt. Zudem bringt diese Aufteilung den Vorteil mit sich, daß keine wesentlichen Lageränderungen an den Nebenaggregaten notwendig werden. Auch wird die Sicherheit beträchtlich gesteigert, weil weder im ersten noch im zweiten Gang sämtliche Nebenaggregate gleichzeitig ausfallen wenn ein Riemen reißt. Bricht im zweiten Gang der vierte Riemen 31» so werden noch die Lichtmaschine 12, der Klimakompressor 13 und die Luftpumpe 15 angetrieben. Umgekehrt wird bei Ausfall des zweiten Riemens 23 im zweiten Gang noch das Wasserpumpe/Lüfter-Aggregat 14 und die Lenkungspumpe 16 angetrieben. Fällt im ersten Gang der dritte Riemen 28 aus, so entfällt lediglich der Antrieb der Lenkungspumpe 15» bricht dagegen der erste Riemen 21, so greift die Freilaufkupplung 25 und die Nebenaggregate 12, 13, 14, 16 werden über sie angetrieben, während die Lenkungspumpe 15 im ersten Gang angetrieben wird.

Fig. 3 zeigt einen Teil eines zweiten Antriebs 40, bei dem die Schaltkupplung 35 nach Fig. 2 von einer elektromagnetisch arbeitenden Kupplung 41 gebildet wird, die von einem elektrischen Steuergerät 42 ansteuerbar ist. Das Steuergerät 42 steht mit einem drehzahlabhängigen, ersten Geber 43 und mit einem dem Kühlkreislauf zugeordneten temperaturabhängigen, zweiten Geber 44 in Verbindung. Im übrigen sind gleiche Teile wie in Fig. 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Wirkungsweise des Antriebs 40 ist wie folgt, wobei auch auf die Fig. 4 näher Bezug genommen wird. Diese Fig. 4 zeigt die Leistung für das Y/a3serpumpe/Lüfter-Aggregat 14 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors 11. Darin gibt die erste Kennlinie ^S die Verhältnisse wieder, wenn zwischen Kurbelwelle 17 des Motors 11 und Riemenscheibe 32 des Nebenaggregats ein starrer Antrieb vorgesehen wäre. Eine zweite Kennlinie 47 zeigt den Verlauf bei dem 2-Gang-Antrieb nach Mg. 2, wobei die Umschaltung am ersten Punkt 48 durch die Schaltkupplung 35 vorgenommen wird, deren Schaltpunkt bei einer Ausbildung als Fliehkraftkupplung festgelegt ist. Beim Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs,

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der meist mehr als 95 % seiner Betriebszeit ausmacht, wird damit eine beträchtliche Leistungsersparnis erreicht, da eine nicht gezeichnete Leistungsbedarfslinie für das Wasserpumpe/ Lüfter-Aggregat 14 weitgehend parallel zur Abszisse verläuft lind nur im mittleren Drehzahlbereich des Motors 11 ein gewisses Maximum erreicht. Dieselbe Leistungs-Bedarfslinie verläuft dagegen bei Jixtrembelastung, wie es z. B. bei Paßfahrten mit Anhänger auftritt, etwa gleichmäßig ansteigend entsprechend der ersten Kennlinie 46 und geht erst bei ca. 4000 U/min in eine Parallele zur Abszisse über, wie es einer dritten Kennlinie 49 entspricht.

Die dritte Kennlinie 49 selbst veranschaulicht den Abregelpunkt, nach dem ein Varioantrieb ausgelegt ist, um diese extremen Verhältnisse im Kühlkreislauf abzusichern. Dies hat jedoch den Nachteil, daß beim Varioantrieb während 95 $ und mebr der Betriebszeit ein Leistungsverlust in Kauf genommen wird. Demgegenüber kann beim Antrieb 40 der erste Punkt 48 durch den drehzahlabhängigen Geber 43 gesteuert werden, wobei dieser Schaltpunkt längs der Kennlinie 46 bis zu einem zweiten Punkt 50 verlagert werden kann, wenn bei extremen Verhältnissen der temperatur abhängige Geber 44 das Steuergerät 42 und letzteres die elektromagnetisch arbeitende Kupplung 41 entsprechend steuert. Durch diese Heraufsetzung des Schaltpunktes abhängig von der Kühlwassertemperatur, läßt sich auch die maximale Kühlleistung abdecken und im Normalbetrieb die volle Leistungsersparnis nutzen. Zugleich wird damit eine relativ niedrige Beanspruchung der Riemen des Antriebs erreicht, da die extremen Belastungen relativ selten auftreten. Begünstigt wird somit durch die elektromagnetische Kupplung auch die kompakte Bauweise eines derartigen Antriebs für mehrere Nebenaggregate im 2-Gang Betrieb. Die Verwendung der elektromagnetischen Kupplung beim Antrieb nach Fig. 2 stellt deshalb eine äußerst zweckmäßige Korabination von Merkmalen dar, mit der eine Vielzahl von Bedingungen erfüllbar sind, zumal die Leistungsbedarfslinien für Lenk\mgspumpe, Lichtmaschine und Klimakompressor im wesentlichen parallel zur Abszisse verlaufen, bei der Lenkung sogar mit steigender Drehzahl fällt.

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Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Bauart möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann das Vorgelege auch mit unterschiedlich großen Riemenscheiben ausgebildet werden; auch die Größen der Riemenscheiben auf der Kurbelwelle 17 können anders gewählt werden. Die Anordnung der einzelnen Nebena_t^gregate untereinander 12-16 kann ebenfalls geändert werden.

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Claims

Ansprüche

(1.J Antrieb für die Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine, insbesondere in Kraftfahrzeugen, welcher durch das Zusammenwirken je einer Schaltkupplung und einer freilaufkupplung in Abhängigkeit von einem Betriebswert der Brennkraftmaschine auf eine von zwei Übersetzungen umschaltbar ist, wobei eine erste und eine zweite Riemenscheibe auf dem Ende einer Kurbelwelle angeordnet sind und über Riemen mit einer als Vorgelege ausgebildeten Doppelriemenscheibe auf der Welle eines Nebenaggregats verbunden sind, und bei dem bei Unterschreiten einer vorbestimmten Motordrehzahl die erste Riemenscheibe durch die Schaltkupplung mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung gelangt, während sich die zweite Riemenscheibe mittels des Überholfreilaufs aus der Antriebsverbindung löst, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kurbelwelle (17) eine dritte Riemenscheibe (26,27) angeordnet ist, daß diese starr mit der ersten (18) oder zweiten Riemenscheibe (24) verbunden ist und daß von der dritten Riemenscheibe (26,27) ein Riemen (28,31) zu einem weiteren Nebenaggregat (15,14) führt.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Riemenscheibe (18) mit der dritten Riemenscheibe (26) und die zweite Riemenscheibe (24) in entsprechender Weise mit einer vierten Riemenscheibe (27) starr verbunden ist.

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3. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Riemenscheibe (18) einen größeren Durchmesser aufv/eist als die zweite Riemenscheibe (24).
4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheiben des Vorgeleges (22) gleichen Durchmesser aufweisen.
5. Antrieb nach einem der Ansprüche 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß die erste (18) und dritte Riemenscheibe (26) sowie die zweite (24) und vierte Riemenscheibe (27) jeweils gleiche Durchmesser aufweisen.
6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung als elektromagnetische Kupplung (41) ausgebildet ist.
7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Kupplung (41) mit einem Steuergerät (42) in Wirkungsverbindung steht, an das mindestens ein erster Signalgeber (43) sowie ein zweiter Signalgeber (44) angeschlossen sind.
8. Antrieb nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Signalgeber (44) von der Temperatur des Kühlwassers und der erste Signalgeber (43) von der Motordrehzahl beeinflußt wird.

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9. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens fünf Nebenaggregate (12,13,14,15, 16) angeordnet sind, . /

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