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Es sind Antriebseinheiten bekannt, bestehend aus einem Verbrennungsmotor
mit Aufladung und einem von diesem zusammen mit der Aufladeeinrichtung und in bestimmtem
Verhältnis zu dieser angetriebenen hydrodynamischen Drehmomentwandler, bei welchen
eine dem Primärmoment proportionale Motoraufladung stattfindet. Unter diesen gibt
es Ausführungen, bei welchen zur Vermeidung von Schwingungserscheinungen im Verteilergetriebe
die Aufladeeinrichtung dem Wandler derart nachgeschaltet ist, daß zwischen einem
der Wandlerschaufelräder, z. B. einem rückwärts laufenden Leitrad und der Aufladeeinrichtung
oder bei anderen Ausführungen abwechselnd zwischen zwei Leiträdern und der Aufladeeinrichtung
oder bei wieder anderen Ausführungen zwischen einem Turbinenrad des Wandlers und
der Aufladeeinrichtimg eine treibende Verbindung besteht. Alle diese Ausführungen
weisen bestimmte Nachteile auf, welche bewirken, daß entweder die gewünschte Art
der Aufladung oder die in bestimmter Weise damit zusammenhängenden Eigenschaften
des hydrodynamischen Wandlers benachteiligt werden.
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So ist bei der Ausführung, bei der das rückwärts laufende Leitrad
den Lader antreibt, der Nachteil vorhanden, daß hierdurch der Wandlergütegrad negativ
beeinflußt wird und bei Erreichen des Wandlerkupplungspunktes das Leitrad seine
Drehrichtung umkehrt, wodurch der Lader von diesem Betriebszustand ab nicht mehr
im-vorgesehenen Sinne angetrieben wird. Bei der Ausführung mit zwei abwechselnd
den Lader treibenden Leiträdern ist dagegen der bauliche Aufwand des Wandlers im
Zusammenhang mit einer Vielzahl von Zahnrädern für das zwischen Wandler und Lader
vorgesehene Getriebe zu groß, und letzten Endes ist bei allen Ausführungen dieser
Art, d. h. auch bei denjenigen, bei denen ein Wandlerturbinenrad den Lader
antreibt, der Nachteil darin zu sehen, daß eine ausreichend hohe Laderdrehzahl für
den Anfahrbereich nicht 100%ig gewährleistet ist.
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Es ist zwar auch eine Ausführung bekanngeworden, bei welcher das Pumpenrad
und das Turbinenrad eines der Brennkraftmaschine nachgeschalteten hy-
drodynamischen
Drehmomentwandlers gemeinsam unter Zwischenschaltung eines Differentialgetriebes
als Antrieb für das Ladegebläse dienen. Jedoch wird auch mit dieser nicht die gewünschte
Art der Aufladung erreicht.
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Durch die Erfindung werden aufgabengemäß diese Nachteile vermieden,
indem, ausgehend von einem Ladegebläse für aufgeladene Brennkraftmaschinen, bei
welchem mehrere Schaufelfäder eines der Brennkraftmaschine nachgeschalteten hydrodynamischen
Drehmomentwandlers gemeinsam unter Zwischenschaltung eines Differentialgetriebes
als Antrieb für das Ladegebläse dienen, erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, daß
entweder ein Turbinenrad und ein Leitrad (T + L in F i g. 1
bis 5 oder Tl, T2 + L in Fig.6 und 7 oder T+L1 in Fig.8)
oder zwei Turbinenräder (T 1 + T 2 in F i g. 9 bis 12)
oder das Pumpenrad und ein Leitrad (P + L in F i g. 13
und 14) das Ladegebläse
antreiben.
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Durch eine Ausführung mit diesen erfindungsgemäßen Merkmalen ist eine
Antriebseinheit der genannten Art verwirklicht, welche die Voraussetzungen für zahlreiche
zweckmäßige Anwendungsmöglichkeiten entsprechend den jeweils unterschiedlich gewünschten
Verhältnissen mit sich bringt und bei der unter Vermeidung der gesamten Nachteile
ebenfalls die Schwingungserscheinungen im Verteiler-bzw. Differentialgetriebe beseitigt
sind.
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Eine zweckmäßige zusätzliche Anwendungsmöglichkeit des Erfindungsgegenstandes
besteht z. B. bei einem Drehmomentwandler, dessen Schaufelräder in der Reihenfolge
Pumpe, Turbine und innenliegendes Leitrad angeordnet sind und erfindungsgemäß sowohl
zwischen einem Turbinenrad als auch einem Leitrad des Wandlers und der Aufladeeinrichtung
eine Antriebsverbindung besteht. Diese Ausführung gewährleistet unter Verwendung
eines einfachen nachgeschalteten Planetengetriebes als Differentialgetriebe eine
besonders hohe Antriebsdrehzahl für den Lader zusätzlich zur besonderen hydrodynamischen
Auslegung eines Wandlers dieser Art, wobei für das Leitrad als zusätzlicher Vorteil
der sonst übliche Freilauf gespart wird, indem dieses rückwärts laufend mit dem
vorwärts laufenden Turbinenrad auf das Planetengetriebe geschaltet ist. Dabei ergeben
sich je nach der Anordnung, d. h. je nachdem, mit welchen der Glieder
des Planetengetriebes die beiden Wandlerräder in Verbindung stehen und von welchem
der Glieder der Laderantrieb abgezweigt ist, verschiedene Zuordnungen von Laderdrehzahl
und Ausgangsdrehzahl des Wandlers und somit Vorteile bezüglich der Anpassung der
Laderdrehzahl an gewünschte bzw. vorgeschriebene Betriebsverhältnisse.
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Ein weiterer Anwendungsfall der Ausführung mit Leitrad und Turbinenrad
als gemeinsamen Laderantrieb besteht in der Verwendung eines Wandlers mit mehreren
Leiträdern und mehreren Turbinenrädern, wobei die Reihenfolge in der Anordnung der
Wandlerräder beliebig sein kann und sowohl eines oder mehrere der Leiträder zusammen
mit einem oder mehreren Turbinenrädern über das Planetengetriebe auf den Lader arbeiten
können, wobei dieser mit dem Sonnenrad oder dem Ringrad oder mit dem Planetenträger
desselben in Verbindung steht. Der Vorteil besteht bei diesem Anwendungsfall besonders
in einer Ausnutzung des im Anfahrbereich sehr hohen Relativmomentes zwischen Turbinenrad
und Leitrad für das Antreiben des Laders, was vom Planetengetriebe abgezweigt, beliebig
über einen zusätzlichen Stimrad- oder Kegelradantrieb usw. erfolgen mag. Damit ist
für den Anfahrpunkt bzw. für den Anfahrbereich eine ausreichend hohe Drehzahl und
ein ausreichend hohes Antriebsmoment für den Lader sichergestellt. Zur Erhöhung
der Anfahrwandlung im Strömungsgetriebe selbst kann hier das Moment des zusätzlich
zur Verfügung stehenden Leitrades oder der Leiträder über ein Umkehrgetriebe auf
die Turbinenwelle übertragen werden. Ein Vorteil dieses Anwendungsfalles besteht
auch darin, daß das Planetengetriebe vor oder hinter dem Wandler angeordnet sein
kann und dennoch diesem antriebsmäßig nachgeschaltet bleibt. Ein vor dem Wandler
angeordnetes Planetengetriebe ist nämlich eventuell wünschenswert, wenn zu der Antriebseinheit
nach dem Erfindungsgegenstand zusätzliche konstruktive Vereinfachungen, sei es hinsichtlich
der Baulänge oder hinsichtlich einer einfacheren Verstellbarkeit in der übersetzung
des Planetengetriebes, hinzukommen.
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Eine weitere zweckmäßige Ausführung des Erfindungsgegenstandes besteht
in der Bewerkstelligung des Laderantriebs dadurch, daß zwischen zwei der Wandlerturbinenräder
zugleich und der Aufladeeinrichtung
eine treibende Verbindung besteht.
Auch diese Ausführung ist geeignet für die Verwendung zusammen mit einem mehrgliedrigen
Wandler mit z. B. einem oder mehreren Leiträdern und mehreren Turbinenrädern in
Verbindung mit einem einfachen Planetengetriebe. Die Ausführung hat ebenfalls den
Vorteil, daß im Anfahrpunkt ein besonders kräftiger Antrieb des Laders erfolgt,
während mit steigender Abtriebsdrehzahl die Laderdrehzahl niedriger wird. Eine besonders
zweckmäßige Ausgestaltung dieser Ausführung besteht in einem Anwendungsfall mit
zwei Turbinen und zwei Leiträdern, wobei das erste Leitrad zwischen den beiden Turbinen
angeordnet ist und das zweite Leitrad mit verstellbaren Schaufeln versehen wird.
Mit dieserWandlerform ist es möglich, wenn man die Verstellung der Schaufeln des
zweiten Leitrades gleichzeitig mit der Fahrbedienung koppelt, die günstigsten fahrtechnischen
Effekte zusammen mit einer im Anfahrbereich besonders kräftigen Aufladung nebst
hohem Drehmoment des Dieselmotors zu >erzielen, womit eine Möglichkeit für z. B.
einen PKW-Diesel geschaffen ist, bei dem die Notwendigkeit eines mechanischen Schaltgetriebes
entfällt.
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Eine weitere zweckmäßige Ausführung des Erfindungsgegenstandes besteht
darin, daß sowohl zwischen dem Pumpenrad als auch einem Leitrad des Wandlers und
der Aufladeeinrichtung eine treibende Verbindung besteht. Bei dieser ergibt sich
der Vorteil, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen Pumpe und Leitrad zwar in gleicher
Weise wie bei der Ausführun , wo die Relativgeschwindigkeit zwischen Turbine
und Leitrad ausgenutzt wird, für den Laderantrieb verwendet wird, jedoch mit noch
besserer Wirkung. Die Relativgeschwindigkeit zwischen Pumpe und Leitrad ist nämlich
noch höher, da das Pumpenrad auch iin Anfahrpunkt schon mit Motordrehzahl umläuft,
wo die Turbine bzw. die Abtriebswelle noch stillsteht. Außerdem ist in diesem Betriebspunkt
sowie im weiteren Verlauf des Anfahrbereichs, wo an der Abtriebswelle ein besonders
starkes Moment verlangt wird, auch das Drehmoment des Leitrades besonders hoch,
so daß sich dadurch über die Verbindung des Leitrades mit dem Planetengetriebe und
einer entsprechenden Auslegung desselben eine zusätzlich höhere Aufladung und damit
ein großes Motormoment ergibt. Auf einfache Weise läßt sich bei dieser Ausführung
eine hohe übersetzung zum Ladegebläse bewerkstelligen und ebenso eine beliebige
Gestaltung des Drehzahlverhältnisses zwischen Ladegebläse und Motor. Bei der Verwendung
eines Wandlers mit mehreren Turbinen und mehreren Leiträdern ergeben sich auch bei
dieser Ausführung des Erfindungsgegenstandes die Möglichkeiten, das Planetengetriebe
vor oder hinter dem Wandler anzuordnen. Ein weiterer zweckmäßiger Anwendungsfall
dieser Ausführung besteht wiederum in der Verwendung eines Wandlers mit einer Turbine
und einem innenliegenden Leitrad, wobei in diesem Fall das Leitrad des Wandlers
über einen Freilauf auf einer Zwischenwelle entgegengesetzt zur Wandler-Pumpendrehrichtung
und diese Zwischenwelle über einen weiteren Freilauf in Wandler-Pumpendrehrichtung
abgestützt ist. In zweckmäßiger Ausgestaltung kann dabei das Differentialgetriebe
derart angeordnet sein, daß sowohl zwischen dem Pumpenrad als auch dem Leitrad des
Wandlers und dem Differentialgetriebe sowie zwischen diesem und der Aufladeeinrichtung
einerseits und zwischen diesem und der Wandlerturbinenwelle andererseits eine Antriebsverbindung
besteht. Dadurch, daß sich das Moment des zunächst rückwärts laufenden Leitrades
über das Differentialgetriebe auch auf der Turbinenwelle abstützt, wird ein Teil
dieses Momentes an der Abtriebswelle abgegeben, womit zusätzlich zu den Vorteilen
der Ausführung eine Erhöhung der Gesamtwandlung des Getriebeaggregates im Anfahrbereich
eintritt. Dadurch, daß im Anfahrbereich das Leitrad mit der Leitradhohlwelle rückwärts
dreht, steigt die spezifische Aufnahme des Wandlers stark an und führt zu einer
Erhöhung der gewünschten Motorentlastung, wie sie ein normaler Wandler mit im Anfahrbereich
stillstehenden Leitrad nicht besitzt. Von dem Augenblick an, wo im vorliegenden
Anwendungsfall das Leitrad stillsteht, nimmt das Verhältnis von Lader zu Motordrehzahl
weiter ab, da der Lader noch über das Differentialgetriebe mit dem Turbinenrad des
Wändlers #verbunden ist. Zweckmäßig besteht für den geschilderten Anwendungsfall
dasDifferentialgetriebe aus zwei miteinander verbundenen Planetengetrieben, wobei
das Pumpenrad des Wandlers über das eine Planetengetriebe einerseits mit der Aufladeeinrichtung
und andererseits mit dem anderen Planetengetriebe und das Leitrad des Wandlers über
eine Zwischenwelle und über dieses zweite Planetengetriebe einerseits mit der Wandlerturbinenwelle
und andererseits mit dein ersten Planetengetriebe in treibender Verbindung steht.
Zur eventuellen Erhöhung der Pumpendrehzahl und zur bestimmten Ausgestaltung der
bei dieser Ausführung, wo das Pumpenrad und das Leitrad gemeinsam über das Differentialgetriebe
auf den Lader arbeiten und letzteres in bestimmtem Fahrbereich auf die Turbinenabtriebswelle
zusätzlich arbeitet, ohnehin bestehenden Aufteilung der übertragungsleistung des
Fahrzeuges in einen hydraulischen Zweig über den Wandler und einen mechanischen
Weg direkt auf die Abtriebswelle kann dem hydrodynamischen Drehmomentwandler ein
zusätzliches Differentialgetriebe ebenfalls in Form eines Planetengetriebes vorgeschaltet
werden, dessen Planetenträger mit der Motorkurbelwelle, dessen Ringrad mit dem Wandlerpumpenrad
und dessen Sonnenrad mit der Wandlerturbinenwelle verbunden ist. Hierdurch wird
noch zusätzlich für alle Fahrbereiche eine Leistungsteilung der hydrodynamischen
Kraftübertragungsanlage erreicht.
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Ein solches zusätzliches Planetengetriebe kann auch, wo es zweckmäßig
ist, bei allen anderen Ausführungen, bei denen mehrere Wandlerräder zugleich auf
die Aufladeeinrichtung arbeiten, angewendet werden. In jedem Fall empfiehlt es sich
jedoch zur Verineidung von eventuell neu auftretenden Schwingungserscheinungen,
dämpfende Einrichtungen für dieses zusätzliche Planetengetriebe einzubauen.
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Die F i g. 1 bis 17 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele
und zum Teil deren Anwendungsvarianten, und zwar F i g. 1 bis
8 solche, bei welchen sowohl zwischen einem oder mehreren Turbinenrädern
als auch einem Leitrad des Wandlers und der Aufladeeinrichtung eine Antriebsverbindung
besteht, F i g. 9 bis 12 solche, bei denen zwischen zwei der Turbinenräder
und der Aufladeeinrichtung eine treibende Verbindung besteht, und F i
g. 13 bis 17 solche, bei denen sowohl zwischen dem Pumpenrad als auch
einem Leitrad des Wandlers und der Aufladeemirichtung eine treibende Verbindung
besteht.
Dabei veranschaulichen die F i g. 1 bis
5 ein Ausführungsbeispiel mit der Verwendung eines Wandlers, dessen Schaufelräder
in der Reihenfolge Pumpe, Turbine und innenliegendes Leitrad angeordnet sind, wobei
die F i g. 1 eine Variante darstellt, wo das Leitrad L über eine Zwischenwelle
3 den Planetenträger 4 und das Turbinenrad T über die Abtriebswelle 2 das
Ringrad 5 eines einfachen Planetengetriebes als Differentialgetriebe antreibt,
von dessen Sonnenrad 6 der Antrieb für die Aufladeeinrichtung 7 abgezweigt
ist.
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Die F i g. 2 zeigt dieselbe Variante lediglich mit dein Unterschied,
daß an Stelle eines Planetengetriebes ein Kegelradumlaufgetriebe als Differentialgetriebe
verwendet wird.
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Bei F i g. 3 ist dagegen wieder das einfache Planetengetriebe
verwendet, wobei zum Unterschied gegenüber F i g. 1 der Antrieb für die Aufladeeinrichtung
7
vom Ringrad 5 des Planetengetriebes abgezweigt ist.
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Bei der F i g. 4 treibt abweichend von F i g. 1 das
Leitrad L über die Zwischenwelle 3 das Ringrad 5
und das Turbinenrad
T von der Abtriebswelle 2 aus den Planetenträger 4 des Planetengetriebes, und der
Antrieb für die Aufladeeinrichtung 7 ist vom Sonnenrad 6 desselben
abgezweigt.
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Nach F i g. 5 treibt das Leitrad L über die Zwischenwelle
3 das Sonnenrad 6 und die Turbine T über die Abtriebswelle 2 den Planetenträger
4, so daß für den Antrieb der Aufladeeinrichtung 7 das Ringrad
5
wiederum zur Verfügung steht.
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Die F i g. 6 bis 8 veranschaulichen Anwendungen mit
einem Wandler, der zwei Turbinen und zwei Leiträder besitzt und hierbei die F i
g. 6 eine solche, wo das Leitrad L 1 über die Zwischenwelle
3 des Ringrad 5 und die starr miteinander verbundenen Turbinen Tl,
T2 über die Abtriebswelle 2 den Planetenträger 4 des nachgeschalteten Planetengetriebes
antreiben, über dessen Sonnenrad 6 der Antrieb für den Lader 7 abgezweigt
ist und die F i g. 7 eine solche, wo das Leitrad L 1 ebenfalls das
Ringrad 5 und die starr miteinander verbundenen Turbinen Tl, T2 ebenfalls
den Planetenträger 4 des Planetengetriebes und dessen Sonnenrad 6 die Aufladeeinrichtung
7
antreiben, jedoch ist hier das Planetengetriebe, obwohl es dem Wandler immer
noch nachgeschaltet ist, vor diesem und nicht hinter diesem angeordnet.
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Bei der Anwendung nach F i g. 8 besteht der Wandler aus einer
einzigen Turbine und zwei Leiträdern, wobei vom Leitrad Ll das Ringrad
5 und von der Turbine T der Planetenträger 4 angetrieben sind und von letzterem
wiederum der Antrieb für den Lader 7 abgezweigt ist.
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Von der Ausführung nach F i g. 9 bis 12 mit zwei Turbinenrädern
als gemeinsamem Laderantrieb zeigt die F i g. 9 eine Variante, bei der der
Wandler zwei Turbinenräder und ein Leitrad besitzt und wobei das Turbinenrad T
1 über die Zwischenwelle 3 den Planetenträger 4 und das Turbinenrad
T2 über die Abtriebswelle 2 das Sonnenrad 6 des Planetengetriebes treibt,
wobei von dessen Ringrad 5 der Lader 7 getrieben wird. Die Schaufeln
des Leitrades L sind verstellbar angeordnet.
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Nach F i g. 10 besitzt der Wandler zwei Turbinenräder und zwei
Leiträder, wobei die Turbine Tl und die Turbine T 2 wie nach F i g. 9 den
Lader 7 antreibt und von den beiden Leiträdem L 1, L 2 das
eine, L 2, mit verstellbaren Schaufeln ausgerüstet ist.
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Dies ist auch der Fall bei der Anwendung nach F i g. 11, lediglich
mit dem Unterschied zu F i g. 10,
daß das Turbinenrad T 1 und
das Leitrad L 1 an der Stelle des Kreislaufes, welche von der Wandlermittelachse
am weitesten entfernt ist, angebracht sind, was eine nahezu axiale Durchströmung
derselben gewährleistet. Auch hier sind die Schaufeln des Leitrades L 2 verstellbar
angeordnet.
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Die Anwendung nach F i g. 12 zeigt dieselbe Anordnung der Wandlerschaufelräder
mit dem Unterschied, daß hier die Turbine Tl zwar den Planetenträger 4, die Turbine
T2 jedoch nicht das Sonnenrad 6, sondern das Ringrad 5 treibt und
der Laderantrieb vom Sonnenrad 6 abgezweigt ist.
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Von den F i g. 13 bis 17 mit Pumpe und Leitrad als gemeinsamem
Laderantrieb zeigt die F i g. 13
eine Anwendung, bei der das Planetengetriebe
wiederum vor dem Wandler angeordnet ist. Die umlaufende Pumpenradschale ist hier
zusätzlich als Planetenträger 4 ausgebildet, so daß dieser quasi vom Pumpenrad getrieben
wird, während das Leitrad L 1 -über die stark verkürzte Zwischenwelle
3, das Ringrad 5 treibt und von den Planetenrädem über das Sonnenrad
6
des Planetengetriebes der Lader 7 bewegt wird.
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Nach F i g. 14 ist das Planetengetriebe wiederum hinter dem
Wandler angeordnet. Hier treibt das Pumpenrad P über ein Vorgelege den Planetenträger
4 und das LeitradL1 über die Zwischenwelle3 das Sonnenrad 6, während das
Ringrad 5 den Lader 7
antreibt.
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Während nach den F i g. 13 und 14 jeweils ein Wandler mit zwei
Turbinen und zwei Leiträdern verwendet wird, zeigen die F i g. 15 bis
17 jeweils die Verwendung eines Wandlers mit Anordnung der Schaufelräder
wiederum in der Reihenfolge Pumpe, Turbine und innenliegendes Leitrad, wobei das
Leitrad L über den Freilauf 8 auf der Zwischenwelle 3
entgegengesetzt
zur Wandler-Pumpendrehrichtung und diese über einen weiteren Freilauf
9 in Wandler-Pumpendrehrichtung abgestützt ist.
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Das Pumpenrad P treibt dabei nach F i g. 15 wieder über ein
Vorgelege den Planetenträger 4 und das Leitrad bei bestimmtem Betriebszustand das
Sonnenrad 6 des Planetengetriebes und dessen Ringrad 5
wiederum den
Lader 7.
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Dagegen zeigen die F i g. 16 und 17 Anwendungen, bei
denen das Differentialgetriebe nicht aus einem, sondern aus zwei miteinander verbundenen
Planetengetrieben besteht, wobei das Pumpenrad des Wandlers über das Planetengetriebe
4, 5, 6 einerseits mit der Aufladeeinrichtung 7 und
andererseits mit dem anderen Planetengetriebe 4', 5", 6' und das Leitrad
des Wandlers über die Zwischenwelle 3, über das Planetengetriebe 4',
5', 6' einerseits mit der Wandlerturbinenwelle 2 und andererseits
mit dem ersten Planetengetriebe 4, 5, 6 in treibender Verbindung steht.
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Bei der Anwendung nach F i g. 17 ist dem hydrodynamischen Drehmomentwandler
ein zusätzliches Differentialgetriebe in Form eines Planetengetriebes
10, 11, 12 vorgeschaltet, dessen Sonnenrad 12 mit der Wandlerturbinenwelle
2 verbunden ist.