DE3810911A1 - Antriebsvorrichtung fuer hilfsaggregate - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Hilfsaggregat eines Motors, wie z. B. eine Lichtmaschine, einen Kompressor einer Klimaanlage oder eine Ölpumpe, das durch den Motor über die Antriebsvorrichtung angetrieben wird.

Diese Periphierie- oder Hilfsaggregate werden herkömmlicherweise einzeln oder zusammenhängend durch die Antriebskraft des Motors über Riemen 7 und 8 angetrieben, die zwischen einer Riemenscheibe 6, die auf einer Kurbelwelle 5 des Motors befestigt ist, und Riemenscheiben 3 und 4 verlaufen, die jeweils auf den Antriebswellen 1 und 2 der Hilfsaggregate befestigt sind, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Da, wie auch andere Hilfsaggregate, die Lichtmaschine eine Ausgangsleistung abgeben kann, die solange relativ konstant gehalten werden kann, solange die Antriebswelle mit einer Geschwindigkeit gedreht wird, die ausreichend ist, um die gewünschte Ausgangsleistung zu erzielen, ist vorgeschlagen worden, daß die Riemenscheibe 3, die auf der Antriebswelle der Lichtmaschine befestigt ist, kleiner sein soll als die, die auf der Kurbelwelle des Motors angebracht ist, um die Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle der Lichtmaschine ausreichend hoch zu halten, während die Lichtmaschine kompakt hergestellt wird. Wenn es beabsichtigt ist, eine Wirkung zu erzielen, die nicht erzielt werden kann, indem die Größe der Riemenscheibe 3 kleinstmögliche Abmessungen erhält, wurde die Riemenscheibe 6, die auf der Kurbelwelle 5 des Motors angebracht ist, vergrößert, um das Riemenscheibenverhältnis und dadurch die Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle der Lichtmaschine zu erhöhen.

Die zuletzt genannte Vorgehensweise jedoch brachte ein anderes Problem. Dies bestand darin, daß, mit dem Ziel ein anderes Hilfsaggregat, wie z. B. eine Ölpumpe einzusetzen, das über dieselbe Riemenscheibe 6 innerhalb eines ausgewählten Drehgeschwindigkeitsbereichs angetrieben wird, die Riemenscheibe 4 auf der Eingangswelle 2 des Aggregats mit einer Erhöhung der Abmessung der Riemenscheibe 6 vergrößert werden mußte.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung für Hilfsaggregate eines Motors zu schaffen, die in der Lage ist, ihre Eingangswellen mit einer hohen Geschwindigkeit zu drehen, ohne daß die Größe einer Riemenscheibe vergrößert werden muß, die auf der Kurbelwelle des Motors angebracht ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die oben beschriebene Aufgabe gelöst durch eine Antriebsvorrichtung für Hilfsaggregate eines Motors mit einem Träger, der durch den Motor gedreht wird, einer Vielzahl von Planetenzahnrädern, die auf Wellen gelagert sind, die in den Träger fest eingesetzt sind, einem innenverzahnten Zahnrad, daß mit den Planetenrädern kämmt und drehbar gelagert ist, einer Kupplungsvorrichtung zum Ein- und Auskuppeln des innenverzahnten Zahnrads mit einem feststehenden Teil der Vorrichtung, einer Eingriffsvorrichtung, durch die der Träger mit dem innenverzahnten Zahnrad in Eingriff gebracht wird, wenn die Drehgeschwindigkeit des Trägers einen Wert nicht kleiner als ein festgelegter Wert erreicht, um das innenverzahnte Zahnrad zusammen mit dem Träger zu drehen, und eine Ausgangswelle, die ein Sonnenrad aufweist, das mit den Planetenrädern kämmt und drehbar durch den feststehenden Bereich der Vorrichtung gelagert wird.

Gemäß der Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung laufen die Planetenräder gelagert am Träger so um, daß das Sonnenrad mit einer hohen Drehzahl rotiert, wenn der Träger durch den Motor angetrieben wird und das innenverzahnte Zahnrad mit dem feststehenden Bereich der Vorrichtung über die Kupplungsvorrichtung in Eingriff steht. Da das Sonnenrad fest auf der Ausgangswelle befestigt ist, wird diese mit einer entsprechend hohen Geschwindigkeit gedreht. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Trägers einen festgelegten Wert erreicht, wird die Kupplungsvorrichtung ausgelöst, um das innenverzahnte Zahnrad von dem feststehenden Bereich der Vorrichtung zu lösen und gleichzeitig bewirkt die Eingriffsvorrichtung, die an dem Träger vorgesehen ist, daß der Träger in das innenverzahnte Zahnrad eingreift, so daß das innenverzahnte Zahnrad zusammen mit dem Träger gedreht werden kann. Dadurch dreht sich das Sonnenrad mit derselben Geschwindigkeit, wie der Träger.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer Antriebsvorrichtung für Hilfsaggregate eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Querschnitt eines Bereichs der Antriebsvorrichtung, dargestellt in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt die Riemenverbindung zwischen einer Riemenscheibe auf der Kurbelwelle des Motors und einer Riemenscheibe der Antriebsvorrichtung, dargestellt in Fig. 1.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, indem die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und der erzeugten Leistung dargestellt ist, wenn das Hilfsaggregat, das durch die vorliegende Antriebsvorrichtung angetrieben wird, eine Lichtmaschine ist.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 zeigt eine Riemenverbindung zwischen einer Riemenscheibe auf der Kurbelwelle und einer Riemenscheibe eines Hilfsaggregats in einer herkömmlichen Antriebsvorrichtung.

In Fig. 1, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt darstellt, ist eine Antriebsvorrichtung für Hilfsaggregate gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 10. Die Antriebsvorrichtung 10 beinhaltet eine Lichtmaschine als Hilfsaggregat und umfaßt ein Gehäuse 11 und einen scheibenförmigen Träger 12, der in dem Gehäuse angeordnet ist. Der Träger 12 besitzt eine Eingangswelle 13, die einstückig mit einem zentralen Bereich auf der linken Seite axial ausgerichtet zur Drehachse des Trägers ausgebildet ist. Die Eingangswelle 13 ist drehbar in einem Lager 14 gelagert, das von dem Gehäuse 11 getragen wird und ragt aus dem Gehäuse 11 heraus. Eine Riemenscheibe 15 ist fest am Ende der Eingangswelle 13 befestigt.

Ein Zapfenpaar 16 ragt aus der rechten Seitenoberfläche des Trägers 12 hervor und auf jedem Zapfen ist über ein Lager 17 ein Planetenzahnrad 18 drehbar befestigt. Außerhalb einer Umlaufbahn der Planetenzahnräder 18 ist ein innenverzahntes Zahnrad 20 drehbar durch ein Lager 19 gelagert, das in einer Preßpassung an einer Umfangsoberfläche in das Innere des Gehäuses 11 eingesetzt ist. Das innenverzahnte Zahnrad 20 kämmt mit den Planetenzahnrädern 18. Eine Vielzahl radialer Sacklöcher 21 sind in einer äußeren Umfangsoberfläche des Trägers 12, wie in Fig. 2 dargestellt, ausgebildet, wobei in jedem ein Fliehkraftelement 22 angeordnet ist. Das Fliehkraftelement 22 umfaßt einen Basisbereich 22 a in Form einer Scheibe und einen Eingriffsbereich 22 b, der sich radial von dem Basisbereich 22 a erstreckt. Das Fliehkraftelement 22 ist über eine Feder 23 vorgespannt, die zwischen dem Basisbereich 22 a und einem Absatz des Sacklochs 21 vorgesehen ist, der eine Öffnung mit reduziertem Durchmesser bildet, so daß der Eingriffsbereich 22 b des Fliehkraftelements 22 normalerweise zurückgezogen gehalten wird. Ein freies Ende des Fliehkraftelements ragt leicht aus der äußeren Umfangsoberfläche des Trägers 12 hervor. Das innenverzahnte Zahnrad 20 besitzt eine zylindrische Verlängerung, die die äußere Umfangsfläche des Trägers 12 umgibt. Die Verzahnung des innenverzahnten Zahnrads ist ebenfalls auf der inneren Oberfläche der zylindrischen Verlängerung des innenverzahnten Zahnrads 20 ausgebildet, mit der das freie Ende des Eingriffsbereichs 22 b des Fliehkraftelements 22 unter bestimmten Bedingungen kämmt.

Ein Federelement 24 in Form einer kegelförmigen Scheibe ist auf der rechten Seite des innenverzahnten Zahnrads 20 vorgesehen, wobei davon ein Bereich mit kleinerem Durchmesser die rechte Seitenoberfläche des innenverzahnten Zahnrads 20 berührt und ein Bereich mit größerem Durchmesser an einer Armatur 25 a in Form eines Rings gesichert ist. Die Ringarmatur 25 a weist auf einen ringförmigen Kern 25 c, der einen im allgemeinen c-förmigen Querschnitt besitzt, und enthält darin eine magnetische Spule 25 b. Der Ringkern 25 c ist fest über das Gehäuse mit einem Luftspalt zwischen dem Kern 25 c und der Ringarmatur 25 a gelagert. Die Armatur 25 a, die magnetisierende Spule 25 b und der Ringkern 25 c bilden eine elektromagnetische Kupplungsvorrichtung 25.

In der Mitte der Umlaufbahn der Planetenzahnräder 18 ist ein Sonnenrad 26 a vorgesehen, das auf einer Ausgangswelle 26 ausgebildet ist, die an einem Ende in einem Lager 27 gelagert ist, das in einer kreisförmigen Ausnehmung eingesetzt ist, die in einem zentralen Bereich auf der rechten Seitenoberfläche des Trägers 12 ausgebildet ist, und am anderen Ende in einem Lager 28, das durch das Gehäuse 11 getragen wird. In dieser Ausführungsform wird die Ausgangswelle 26 auch als Drehwelle der Lichtmaschine 29 verwendet, die durch einen Rotor 29 a, der fest auf der Ausgangswelle 25 angeordnet ist, und einen Stator 29 b gebildet wird, der an einer inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 11 befestigt ist.

Im Betrieb ist die Riemenscheibe 15, die auf der Eingangswelle 13 der Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung befestigt ist, über einen Riemen 7 mit einer Riemenscheibe 6 verbunden, die auf der Kurbelwelle des Motors angeordnet ist, wie in Fig. 3 dargestellt, und wird dadurch angetrieben. Die Rotation der Riemenscheibe 15 und dadurch der Eingangswelle 13 bewirkt eine Bewegung der Planetenzahnräder 18, die durch die Zapfen 16 des Trägers 12 getragen werden, auf einer Umlaufbahn um das Sonnenrad 26 a. In diesem Fall wird das innenverzahnte Zahnrad 20 an einer Drehung gehindert, da die Armatur 25 a magnetisch von dem Kern 25 c gegen das Federelement 24 angezogen wird. Dadurch wird das Sonnenrad 26 a mit einer höheren Geschwindigkeit als die Eingangswelle 13 gedreht. Dies hat zur Folge, daß die Drehwelle der Lichtmaschine 29, auf der das Sonnenrad 26 a angeordnet ist, mit einer entsprechenden höheren Geschwindigkeit gedreht wird.

Die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 26 der vorliegenden Antriebsvorrichtung 10 ist proportional zum Anstiegsverhältnis der Geschwindigkeit, die durch das Planetengetriebe gegeben ist. Das heißt, mit einer Erhöhung der Motordrehzahl wird die Umdrehungsgeschwindigkeit der Ausgangswelle 26 proportional zum Erhöhungsverhältnis des Planetengetriebes erhöht. Falls demnach eine derartig hohe Drehzahl der Ausgangswelle 26 unmittelbar auf die Drehwelle der Lichtmaschine 29 übertragen wird, wenn die Motordrehzahl hoch ist, würde die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors 29 a der Lichtmaschine 29 zu groß werden, was mechanische Beschädigungen des Rotors 29 a aufgrund von Zentrifugalkräften usw. zur Folge hätte.

Wenn in der vorliegenden Erfindung die Drehgeschwindigkeit des Trägers 12 einen vorher festgelegten Wert überschreitet, werden die Fliehkraftelemente 22, die entlang des Umfangs des Trägers 12 angeordnet sind, über die Zentrifugalkraft gegen die Kraft der Federn 23 radial nach außen angetrieben und die freien Enden der Eingriffsbereiche 22 b der Fliehkraftelemente 22 werden in einen Eingriff mit der entsprechenden Verzahnung der zylindrischen Verlängerung des innenverzahnten Zahnrads 20 gezwungen, so daß der Träger 12 an das innenverzahnte Zahnrad 20 angekoppelt wird. Zur gleichen Zeit wird ein Strom, der der magnetisierenden Spule 25 b der elektromagnetischen Kupplung 25 zugeführt wird, unterbrochen, so daß die Armatur 25 a aus dem Eingriff mit dem Kern 25 c durch die Rückholkraft des Federelements 24 freigegeben wird. Dies hat zum Ergebnis, daß der Träger 12, der mit dem innenverzahnten Zahnrad 20 zusamen rotiert, eine Drehung des Sonnenrades 26 a mit derselben Drehgeschwindigkeit bewirkt. Die Ausgangswelle 26 und die Eingangswelle 13 rotieren demzufolge mit derselben Winkelgeschwindigkeit.

Die Ausgangsleistung der Lichtmaschine 29 erhöht sich mit der Erhöhung der Drehgeschwindigkeit und gerät dann mit einer weiteren Erhöhung der Geschwindigkeit in eine Sättigung. Wenn sich die Motordrehzahl erhöht ist es demzufolge möglich, eine ausreichende Ausgangsleistung zu erhalten, selbst wenn die Lichtmaschine 29 mit derselben Geschwindigkeit gedreht wird, wie die Eingangswelle 13. Das heißt, wenn die Lichtmaschine 29 durch die vorliegende Antriebsvorrichtung 10 angetrieben wird, ist es möglich, eine hohe Ausgangsleistung zu erzielen, wie in Fig. 4 durch die durchgezogene Linie A dargestellt ist, da, wenn der Motor im Leerlauf oder mit niedriger Drehzahl läuft, die Lichtmaschine 29 mit einer höheren Geschwindigkeit rotiert. Auf der anderen Seite wird die Drehgeschwindigkeit der Lichtmaschine 29, wenn die Motordrehzahl hoch ist, gleich der der Eingangswelle 13, die ausreichend ist, um eine vergleichbare Ausgangsleistung zu erzielen. Dieser Effekt kann mit dem zusätzlichen Vorteil eines beschädigungsfreien Aufbaus der Vorrichtung, den Rotor 29 a eingeschlossen, erzielt werden.

Eine gestrichelte Linie B in Fig. 4 zeigt Ausgangscharakteristik einer Lichtmaschine, wenn die Lichtmaschine gem. der herkömmlichen Methode ohne die Verwendung einer Antriebsvorrichtung, wie die vorliegende Vorrichtung 10 angetrieben wird.

Obwohl die Lichtmaschine als Hilfsaggregat beschrieben wurde, kann die Antriebsvorrichtung bei anderen Hilfsaggregaten, wie z. B. einem Kompressor für eine Klimaanlage usw. verwendet werden.

Bei der vorliegenden Antriebsvorrichtung 10 kann die Größe der Riemenscheibe 15, die auf der Eingangswelle 13 angeordnet ist, gleich der Größe der Riemenscheibe 6 sein, die auf der Motorkurbelwelle angeordnet ist, wie in Fig. 3 dargestellt. Das bedeutet, daß der Transmissionswirkungsgrad für die antreibende Kraft zwischen den Riemenscheiben 15 und 6 maximal wird, da ein absoluter Kontaktwinkel zwischen dem Riemen und den Riemenscheiben maximal und die Wahrscheinlichkeit von Rutschen zwischen den beiden minimal wird.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die vorliegende Antriebsvorrichtung durch das Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist. Die Antriebsvorrichtung 30 besitzt kein Hilfsaggregat wie die Lichtmaschine 29 in Fig. 1. Eine Eingangswelle 13 der Antriebsvorrichtung ist unmittelbar über eine geeignete Verbindung mit der Kurbelwelle 5 eines Rotors verbunden. Eine Ausgangswelle 26 ragt nach außen aus dem Gehäuse 11 durch ein Lager 28 hervor, daß in einer Öffnung des Gehäuses 11 getragen wird, und besitzt ein Ende, auf dem eine Riemenscheibe 31 für die Verbindung zu einem Hilfsaggregat befestigt ist. Mit einem Riemen, der zwischen der Riemenscheibe 31 der Antriebsvorrichtung 30 und einer Eingangsriemenscheibe des Hilfsaggregats vorgesehen ist, wird das Hilfsaggregat durch den Motor über die Antriebsvorrichtung 30 auf dieselbe Art und Weise angetrieben, wie das der Vorrichtung 10 in Fig. 1.

Andere Bestandteile der Antriebsvorrichtung 30 stimmen im wesentlichen mit denen der Antriebsvorrichtung 10 überein und sind, aus diesem Grund, mit demselben Bezugszeichen jeweils gekennzeichnet. Einzelheiten davon wurden weggelassen, um Wiederholungen zu vermeiden.

Wie vorher beschrieben wurde, ist es bei einer Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Hilfsaggregat mit hoher Geschwindigkeit anzutreiben, während ein Motor bei einer niedrigen Geschwindigkeit läuft, ohne den Einsatz einer großen Riemenscheibe auf der Kurbelwelle des Motors. Demnach ist es möglich, eine kleine Riemenscheibe für die Antriebskraftübertragung zu verwenden. Weiter ist es bei der vorliegenden Antriebsvorrichtung möglich zu vermeiden, daß das Hilfsaggregat beschädigt wird, wenn die Motordrehzahl sich zu sehr erhöht, da, obwohl die Drehgeschwindigkeit des Hilfsaggregats sich proportional zum Erhöhungsverhältnis der Geschwindigkeit, die durch die Antriebsvorrichtung gegeben ist, erhöht, wenn sich die Motordrehzahl erhöht, die Ausgangswelle der Antriebsvorrichtung mit derselben Geschwindigkeit rotiert, wie die Eingangswelle, wenn die Motordrehzahl einen vorher festgelegten Wert überschreitet.

Claims (4)

1. Antriebsvorrichtung für ein Hilfsaggregat eines Motors, gekennzeichnet durch einen Träger (12), der durch eine Kurbelwelle des Motors gedreht wird, eine Vielzahl von Planetenzahnrädern (18), die auf Wellen (16) gelagert sind, die an dem Träger ausgebildet sind, ein innenverzahntes Zahnrad (20), das mit den Planetenzahnrädern kämmt und drehbar gelagert ist, einer Kupplungsvorrichtung (25) zum Ein- und Auskuppeln des innenverzahnten Zahnrades (20) mit einem feststehenden Teil der Vorrichtung, mit einer Eingriffsvorrichtung (22), durch die der Träger (12) mit dem innenverzahnten Zahnrad (20) in Eingriff gebracht wird, wenn eine Drehgeschwindigkeit des Trägers (12) einen Wert größer als ein vorher festgelegter Wert erreicht, um das innenverzahnte Zahnrad (20) zusammen mit dem Träger (12) zu drehen, und eine Ausgangswelle (26), die ein Sonnenzahnrad (26 a) besitzt, das mit den Planetenzahnrädern (18) kämmt und drehbar durch den feststehenden Bereich der Vorrichtung gelagert wird.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung eine elektromagnetische Kupplung ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffsvorrichtung zumindest ein Fliehkraftelement (22) umfaßt, das in dem Träger (12) vorgesehen ist und das durch eine Feder (23) normalerweise in eine eingriffsfreie Position vorgespannt wird, wobei das Fliehkraftelement (22) dafür vorgesehen ist, mit dem innenverzahnten Zahnrad (20) gegen die Vorspannkraft der Feder (23) in Eingriff gebracht zu werden, wenn die Drehgeschwindigkeit des Trägers (12) einen vorher festgelegten Wert überschreitet.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (12) eine Eingangswelle (13) besitzt, die an einem Ende eine Riemenscheibe (15) aufweist und daß die Kurbelwelle des Motors eine Riemenscheibe (6) trägt, die denselben Durchmesser wie die Riemenscheibe (15) des Trägers (12) besitzt, und daß die Eingangswelle (13) des Trägers (12) durch einen Riemen (7) gedreht wird, der zwischen den beiden Riemenscheiben (6, 15) vorgesehen ist.