DE3810911A1 - Antriebsvorrichtung fuer hilfsaggregate - Google Patents
Antriebsvorrichtung fuer hilfsaggregateInfo
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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.
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