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WO2011095559A1 - Antriebsvorrichtung für ein nebenaggregat - Google Patents

Antriebsvorrichtung für ein nebenaggregat Download PDF

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Publication number
WO2011095559A1
WO2011095559A1 PCT/EP2011/051592 EP2011051592W WO2011095559A1 WO 2011095559 A1 WO2011095559 A1 WO 2011095559A1 EP 2011051592 W EP2011051592 W EP 2011051592W WO 2011095559 A1 WO2011095559 A1 WO 2011095559A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gear
pulley
shaft
unit
toothing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/051592
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Philipp Ebner
Alexander Fuerschuss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Magna Powertrain GmbH and Co KG
Original Assignee
Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magna Powertrain GmbH and Co KG filed Critical Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority to DE112011100447T priority Critical patent/DE112011100447A5/de
Publication of WO2011095559A1 publication Critical patent/WO2011095559A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B67/00—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for
    • F02B67/04—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for of mechanically-driven auxiliary apparatus
    • F02B67/06—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for of mechanically-driven auxiliary apparatus driven by means of chains, belts, or like endless members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/04—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion with internally-toothed gears
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K25/00—Auxiliary drives
    • B60K25/02—Auxiliary drives directly from an engine shaft

Definitions

  • the present invention relates to a drive device for an accessory of an engine, in particular in a motor vehicle, with a shaft and a pulley, which serve as input element and output element, and with a switchable speed-matching gear unit, which is effective between the shaft and the pulley,
  • Such a device can be used to transmit a torque from an internal combustion engine to one or more ancillary components of the internal combustion engine, such as a generator, a power steering pump, an air conditioning compressor and / or a water pump.
  • ancillary components of the internal combustion engine such as a generator, a power steering pump, an air conditioning compressor and / or a water pump.
  • it may be in the shaft of the drive device may be the crankshaft of the internal combustion engine, or the shaft of the drive device may be drivingly coupled to the crankshaft of the internal combustion engine.
  • the shaft of the drive device can be coupled to an electric motor, which serves as the drive source of the vehicle.
  • the transmission of torque to an accessory via the pulley and a V-ribbed belt, which drives a corresponding input pulley of the accessory.
  • the shiftable transmission unit makes it possible to switch between a first and a second transmission ratio back and forth. By changing from the smaller gear ratio to the larger gear ratio, the speed of the accessory can be increased if necessary. This makes it possible to make better use of the power of the auxiliary unit, for example at low engine speeds a translation into fast and at high engine speed a translation-free drive from the crankshaft to the accessory is selected. In this way, a correspondingly smaller accessory can be used to meet the performance requirements. By using smaller ancillaries, costs can be saved and fuel consumption reduced.
  • a drive device of the type mentioned is described for example in the published patent application DE 196 21 642 AI.
  • the disclosed there drive device is mounted directly on an end face of the motor housing.
  • the drive device to an accessory of an internal combustion engine, wherein said shaft is formed in this case by the drive shaft of the accessory or is drivingly connected thereto.
  • torque is not transmitted from the shaft to the pulley, but inversely from the pulley to the shaft. Accordingly, the pulley forms the input element and the shaft forms the output element.
  • the translation from the shaft to the pulley must be slow.
  • Such a device is known from the published patent application DE 38 10 91 1 AI.
  • the gear unit comprises a first gear stage having a first gear portion and a second gear portion meshing with the first gear portion and a second gear stage arranged in series with the first gear stage having a third gear portion and a fourth gear portion meshing with the third gear portion.
  • the second and the third toothed region are formed on a single transmission element of the transmission unit, which is referred to below as "common transmission element" of the two gear ratios.
  • the common transmission element may be an intermediate gear having an inner toothing and an outer toothing cooperating with the first toothed region and the fourth toothed region.
  • the intermediate gear may be annular.
  • the external toothing of such an annular intermediate gear can then form the second toothed region and the internal toothing can form the third toothed region.
  • the internal toothing of the intermediate gear can also form the second toothed region and the external toothing can form the third toothed region.
  • Such an intermediate gear which has both an internal toothing and an external toothing and thus is effective for both translation stages, allows the saving of weight and space.
  • the first gear portion is formed on an input gear of the gear unit and the fourth gear portion is formed on an output gear of the gear unit.
  • the input gear may be couplable to the shaft while the output gear is drivingly coupled to the pulley.
  • the input gear may be coupled to the pulley while the output gear is drivingly coupled to the shaft.
  • the output gear can be in particular spur gears with straight, oblique or helical toothing.
  • the drive device can be designed in such a way that the shaft can be selectively coupled to the input gear or to the output gear in order to drive it.
  • two suitable coupling devices such as e.g. Friction clutches, freewheels or brakes, be provided.
  • Friction clutches freewheels or brakes
  • a direct coupling of the shaft (as the entrance element) with the output gear for example, a direct drive, bypassing the gear ratios, corresponding to a ratio of 1: 1, be established.
  • the input gear and the intermediate gear are carried along freely in this case.
  • the coupling devices allow switching between two gear ratios.
  • a freewheel is provided between the shaft and the pulley.
  • the freewheel can be one
  • a controllable clutch in particular an electromagnetically actuated friction disk clutch, is provided between the shaft and the belt pulley.
  • the coupling may in particular be arranged between the shaft and the gear unit or between the belt pulley and the gear unit.
  • the clutch may also be integrated in the transmission unit.
  • the controllable clutch makes it possible to selectively couple the input element or the output element of the transmission unit with a member of the transmission unit.
  • the clutch can be used to couple the crankshaft with a ring gear of the transmission unit.
  • the input gear and the output gear comprise an internally toothed ring gear and an externally toothed sun gear coaxial with the ring gear, wherein an internal toothing of the common transmission element (in particular of the already mentioned intermediate gear) meshes with the sun gear and meshes the external toothing of the common transmission element with the ring gear ,
  • the ring gear can form the input gear and the sun gear can form the output gear. Due to the nested arrangement of the three gears, so by the formed from outside to inside sequence ring gear - common transmission element - sun, a particularly space-saving design of a two-stage transmission gear is possible.
  • the common transmission element may be arranged eccentrically, in particular with respect to the ring gear and the sun gear.
  • the common transmission element is rotatably mounted about a fixed axis.
  • the common transmission element thus does not rotate planetary, but rotates off-axis to the input gear and the output gear.
  • the common transmission element can be mounted for this purpose by means of a rolling bearing and / or by means of a sliding bearing in a housing of the transmission unit.
  • the aforementioned sun gear and the ring gear is in particular coaxial with the shaft, so for example, the crankshaft arranged.
  • the gear unit is completely integrated in the pulley. This type of accommodation is made possible in particular by the small extent of the gear unit in the axial direction.
  • the vibration damper may be integrated in a housing of the transmission unit. Alternatively, it may be arranged outside a housing of the gear unit.
  • Fig. 1 shows a side sectional view of an inventive
  • Fig. 2 shows a simplified front view of a transmission unit of
  • Fig. 3 shows a side sectional view of an inventive
  • a drive device 10 is fastened to an internal combustion engine 1 1 of a motor vehicle, which is only partially shown.
  • the drive device 10 serves to transmit a torque output by the internal combustion engine 1 1 to a belt pulley 14 via which an unillustrated V-ribbed belt for driving an auxiliary unit of the internal combustion engine 1 1, for example a power steering pump or an air-conditioning compressor, runs.
  • the drive device 10 comprises a switchable gear unit 16, which between the crankshaft 12 of the internal combustion engine 1 1 and the pulley 14 is arranged.
  • the gear unit 16 is accommodated in a housing 17 and comprises three toothed elements, namely a ring gear 18 with an internal toothing 20, a sun gear 22 arranged inside the ring gear 18 and coaxial thereto with external toothing 24 and between the ring gear 18 and the sun gear 22 arranged intermediate gear 26, which is annular.
  • the intermediate gear 26 comprises both an outer toothing 28 and an outer toothing 28 coaxial inner toothing 30 and thus forms a single common transmission element of the gear unit 16.
  • the sun gear 22 and the ring gear 18 are rotatably mounted on the crankshaft 12 by means of suitable rolling bearings.
  • the sun gear 22 is also drivingly connected to the pulley 14. As is apparent from the front view of Fig.
  • the intermediate gear 26 with respect to the ring gear 18 and the sun gear 22 is arranged eccentrically and mounted so that it is rotatable about a parallel to the crankshaft axis A extending, fixed Ehrauerradachse B.
  • eccentrically arranged bearings 31 and a bearing ring 38 are provided, which are fixedly connected to the housing 17, wherein the connection extends partially through the two free spaces, which between the ring gear 18 and the intermediate gear 26 and between the intermediate gear 26 and the sun gear 22 are formed.
  • the distance between the crankshaft axis A and the intermediate gear axis B is selected such that the internal teeth 20 of the ring gear 18 meshes with the external teeth 28 of the intermediate gear 26 and the internal teeth 30 of the intermediate gear 26 meshes with the external teeth 24 of the sun gear 22. Due to the eccentric arrangement tion of the intermediate gear 26 with respect to the Kurbelweüenachse A result in each case different numbers of teeth at the transition between the individual toothing areas, so that the gear unit 16 provides a gear ratio when driving through the ring gear 18 and output via the sun gear 22.
  • This translation comprises two transmission stages arranged in series, wherein the first transmission stage is formed by the engagement between the ring gear 18 and the intermediate gear 26, while the second, downstream transmission stage is formed by the engagement between the intermediate gear 26 and the sun gear 22.
  • the transmission unit 16 is switchable by means of a first clutch device 32 and a second clutch device 34 between a first transmission ratio and a second transmission ratio.
  • the first clutch device 32 is designed as a freewheel and is located between the crankshaft 12 and the sun gear 22.
  • the second clutch device 34 is an electromagnetically actuated friction disk clutch which is arranged between the crankshaft 12 and the ring gear 18. When the second clutch device 34 is engaged, the crankshaft 12 is drive-connected to the ring gear 18.
  • crankshaft 12 is led out of the housing 17 of the drive device 10 and is rotatably connected outside of the housing 17 with a vibration damper 36, which has approximately the same radial extension as the pulley 14. Due to the axial
  • the vibration damper 36 may have a particularly large radius, whereby a high degree of vibration damping can be achieved
  • the vibration damper 36 is disposed in the interior of the housing 17 immediately adjacent to the internal combustion engine 1 1. Again, a large radius of the shock absorber 36 can be displayed.
  • Torsional vibrations which may occur as a result of firing of the internal combustion engine 1 1 on the crankshaft 12 are intercepted by the vibration damper 36 and not transmitted via the pulley 14 to the accessory.
  • crankshaft 12 is first checked by a control device, not shown, whether the speed of the crankshaft 12 is sufficient for proper operation of the auxiliary unit. If the speed is not high enough in this respect, because the internal combustion engine 1 1, for example, is at idle, the second clutch device 34 is closed by appropriate control.
  • the crankshaft 12 is thus fixedly coupled to the ring gear 18 and drives it.
  • the ring gear 18 drives the intermediate gear 26 with a gear ratio to fast.
  • the intermediate gear 26 in turn drives the sun gear 22 with a further translation at speed.
  • the coupled to the sun gear 22 pulley 14 is therefore driven with a two-stage speed translated speed compared to the rotational speed of the crankshaft 12. Since the pulley 14 and the sun gear 22 connected thereto have a higher rotational speed than the crankshaft 12, the freewheel 32 runs.
  • the second clutch device 34 is opened, whereby the coupling between the crankshaft 12 and the ring gear 18 is canceled. ben will.
  • the speed of the no longer driven ring gear 18 and accordingly also of the intermediate gear 26 and the sun gear 22 decrease so long until the speed of the pulley 14 is equal to the speed of the crankshaft 12.
  • Upon reaching this state locks the freewheel 32, and the sun gear 22 is taken along with the pulley 14 via the freewheel 32 of the crankshaft 12.
  • the pulley 14 is then driven in direct drive with the speed of the crankshaft 12.
  • the differential speed between the ring gear 18 and the crankshaft 12 is received by the opened clutch device 34.
  • crankshaft 12 is therefore connected to either the ring gear 18 or the sun gear 22 with the aid of the two clutch devices 32, 34.

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Abstract

Eine Antriebsvorrichtung für ein Nebenaggregat eines Motors umfasst eine Welle und eine Riemenscheibe, die als Eingangselement und Ausgangselement dienen, sowie eine schaltbare Getriebeeinheit zur Drehzahlanpassung, welche zwischen der Welle und der Riemenscheibe angeordnet ist. Die Getriebeeinheit umfasst eine erste Übersetzungsstufe mit einem ersten Verzahnungsbereich und einem zweiten Verzahnungsbereich, welcher mit dem ersten Verzahnungsbereich kämmt, und eine zu der ersten Übersetzungsstufe in Serie angeordnete zweite Übersetzungsstufe mit einem dritten Verzahnungsbereich und einem vierten Verzahnungsbereich, welcher mit dem dritten Verzahnungsbereich kämmt. Der zweite und der dritte Verzahnungsbereich sind an einem einzelnen gemeinsamen Getriebeelement der Getriebeeinheit ausgebildet.

Description

Antriebsvorrichtung für ein Nebenaggregat
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Nebenaggregat eines Motors, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer Welle und einer Riemenscheibe, die als Eingangselement und Ausgangselement dienen, und mit einer schaltbaren Getriebeeinheit zur Drehzahlanpassung, die zwischen der Welle und der Riemenscheibe wirksam ist,
Eine derartige Vorrichtung kann dazu genutzt werden, ein Drehmoment von einem Verbrennungsmotor auf ein oder mehrere Nebenaggregate des Verbrennungsmotors, wie beispielsweise einen Generator, eine Lenkhilfepumpe, einen Klimakompressor und /oder eine Wasserpumpe zu übertra- gen. Insofern kann es sich bei der Welle der Antriebsvorrichtung um die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors handeln, oder die Welle der Antriebsvorrichtung kann antriebswirksam mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt sein. Alternativ oder zusätzlich zu dem genannten Verbrennungsmotor kann die Welle der Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor gekoppelt sein, der als Antriebsquelle des Fahrzeugs dient. Die Übertragung des Drehmoments auf ein Nebenaggregat erfolgt über die Riemenscheibe und einen Keilrippenriemen, welcher eine entsprechende Eingangsriemenscheibe des Nebenaggregats antreibt. Die schaltbare Getriebeeinheit ermöglicht es, zwischen einem ersten und einem zweiten Übersetzungsverhältnis hin und her zu wechseln. Durch einen Wechsel von dem kleineren Übersetzungsverhältnis auf das größere Übersetzungsverhältnis kann im Bedarfsfall die Drehzahl des Nebenaggregats angehoben werden. Somit wird es möglich, die Leistung des Neben- aggregats besser auszunutzen, indem z.B. bei niedriger Motordrehzahl eine Übersetzung ins Schnelle und bei hoher Motordrehzahl ein übersetzungsfreier Durchtrieb von der Kurbelwelle zu dem Nebenaggregat gewählt wird. Auf diese Weise kann zur Erfüllung der Leistungsvorgaben ein entsprechend kleineres Nebenaggregat eingesetzt werden. Durch den Einsatz von kleineren Nebenaggregaten können Kosten gespart und die Kraftstoffverbrauchswerte gesenkt werden.
Eine Antriebsvorrichtung der genannten Art ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 196 21 642 AI beschrieben. Die dort offenbarte Antriebsvorrichtung ist direkt an einer Stirnseite des Motorgehäuses angebracht.
Alternativ ist es auch möglich, die Antriebsvorrichtung an einem Nebenaggregat eines Verbrennungsmotors anzubringen, wobei die genannte Welle in diesem Fall durch die Antriebswelle des Nebenaggregats gebildet wird oder mit dieser antriebswirksam verbunden ist. Die Drehmomentübertragung erfolgt bei dieser Konfiguration nicht von der Welle zur Riemenscheibe, sondern umgekehrt von der Riemenscheibe zur Welle. Dementsprechend bildet die Riemenscheibe das Eingangselement und die Wel- le bildet das Ausgangselement. Für eine Drehzahlerhöhung des Nebenaggregats gegenüber der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors muss in diesem Fall die Übersetzung von der Welle zu der Riemenscheibe ins Langsame erfolgen. Eine derartige Vorrichtung ist aus der Offenlegungsschrift DE 38 10 91 1 AI bekannt.
In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass bei bestimmten Anwendungen auch im Bereich niedriger Motordrehzahlen eine Übersetzung ins Langsame zwischen Verbrennungsmotor und Nebenaggregat vorgesehen sein kann, welche bei hohen Motordrehzahlen auf direkten Durchtrieb umgeschaltet wird. Ebenso kann statt dem direkten Durchtrieb grund- sätzlich auch ein beliebiges, in Bezug auf das weitere Übersetzungsverhältnis je nach Konfiguration serielleres oder langsameres Übersetzungsverhältnis vorgesehen sein. Zur Vereinfachung wird im Folgenden nur der Fall ausdrücklich berücksichtigt, bei welchem die Drehmomentübertra- gung von der Welle zu der Riemenscheibe erfolgt und bei welchem zwischen einer Übersetzung ins Schnelle und einem direkten Durchtrieb umgeschaltet wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen speziellen Anwendungsfall eingeschränkt. Es besteht das Bedürfnis, Antriebsvorrichtungen für Nebenaggregate mit einer schaltbaren Getriebeeinheit platzsparender auszubilden und den Bereich erzielbarer Übersetzungsverhältnisse zu erweitern.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß umfasst die Getriebeeinheit eine erste Übersetzungsstufe mit einem ersten Verzahnungsbereich und einem zweiten Verzahnungsbereich, welcher mit dem ersten Verzahnungsbereich kämmt, und eine zu der ersten Übersetzungsstufe in Serie angeordnete zweite Übersetzungsstufe mit einem dritten Verzahnungsbereich und einem vierten Verzahnungsbereich, welcher mit dem dritten Verzahnungsbereich kämmt. Der zweite und der dritte Verzahnungsbereich sind an einem einzelnen Getriebeelement der Getriebeeinheit ausgebildet, welches nachfolgend als „gemeinsames Getriebeelement" der beiden Übersetzungsstufen bezeichnet wird.
Durch die zweistufige Ausbildung der Getriebeeinheit kann insgesamt ein höheres Übersetzungsverhältnis als bei einer einstufigen Übersetzung erzielt werden. Gleichzeitig wird jedoch der benötigte Bauraum nicht we- sentlich erhöht, da zwei der vorhandenen Verzahnungsbereiche an einem einzelnen Bauelement der Getriebeeinheit ausgebildet sind. Die Drehzahl des Nebenaggregats kann somit bei niedriger Motordrehzahl um einen wesentlichen Betrag angehoben werden, wodurch der Einsatz eines klei- neren Nebenaggregats möglich wird. Dies spart sowohl Gewicht als auch Kosten und ermöglicht Kraftstoffeinsparungen.
Das gemeinsame Getriebeelement kann ein mit dem ersten Verzahnungsbereich und dem vierten Verzahnungsbereich zusammenwirkendes Zwi- schenzahnrad mit einer Innenverzahnung und einer Außen Verzahnung sein. Insbesondere kann das Zwischenzahnrad ringförmig ausgebildet sein. Die Außenverzahnung eines derartigen ringförmigen Zwischenzahnrads kann dann den zweiten Verzahnungsbereich und die Innenverzahnung kann den dritten Verzahnungsbereich bilden. Bei einer Übersetzung ins Langsame kann auch die Innenverzahnung des Zwischenzahnrads den zweiten Verzahnungsbereich bilden und die Außenverzahnung kann den dritten Verzahnungsbereich bilden. Ein derartiges Zwischenzahnrad, welches sowohl eine Innenverzahnung als auch eine Außenverzahnung aufweist und somit für beide Übersetzungs stufen wirksam ist, ermöglicht die Einsparung von Gewicht und Bauraum.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Verzahnungsbereich an einem Eingangszahnrad der Getriebeeinheit ausgebildet und der vierte Verzahnungsbereich ist an einem Ausgangszahnrad der Getrie- beeinheit ausgebildet. Das Eingangszahnrad kann beispielsweise mit der Welle koppelbar sein, während das Ausgangszahnrad mit der Riemenscheibe antriebswirksam gekoppelt ist. Alternativ kann auch das Eingangszahnrad mit der Riemenscheibe koppelbar sein, während das Ausgangszahnrad mit der Welle antriebswirksam gekoppelt ist. Bei dem Ein- gangszahnrad und dem Ausgangszahnrad kann es sich insbesondere um Stirnräder mit Gerad-, Schräg- oder Pfeilverzahnung handeln.
Die Antriebsvorrichtung kann derart gestaltet sein, dass die Welle wahl- weise mit dem Eingangszahnrad oder mit dem Ausgangszahnrad antriebswirksam koppelbar ist. Zu diesem Zweck können zwei geeignete Koppeleinrichtungen, wie z.B. Reibungskupplungen, Freiläufe oder Bremsen, vorgesehen sein. Bei einer Kopplung der Welle {als das Eingangselement) mit dem Eingangszahnrad der Getriebeeinheit erfolgt eine Überset- zung, vorzugsweise ins Schnelle, entsprechend den beiden in Serie angeordneten Übersetzungsstufen. Bei einer direkten Kopplung der Welle (als das Emgangselement) mit dem Ausgangszahnrad kann beispielsweise ein direkter Durchtrieb unter Umgehung der Übersetzungsstufen, entsprechend einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 1, eingerichtet werden. Das Eingangszahnrad sowie das Zwischenzahnrad werden in diesem Fall frei mitgeschleppt. Die Kupplungseinrichtungen ermöglichen ein Umschalten zwischen zwei Übersetzungsverhältnissen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Welle und der Riemenscheibe ein Freilauf vorgesehen. Der Freilauf kann eine
Drehsinn- und/ oder Drehzahldifferenz-abhängige Kopplung von Welle und Ausgangszahnrad bereitstellen. Bei einer Übersetzung ins Schnelle läuft das Ausgangszahnrad schneller als die Welle, wobei der Freilauf öffnet. Sobald jedoch das Eingangszahnrad von der Welle (als Eingangselement) entkoppelt ist und demgemäß nicht mehr angetrieben wird, sinkt dessen Drehzahl so lange ab, bis das Ausgangszahnrad die Drehzahl der Welle erreicht hat. Bei Erreichen dieses Zustande sperrt der Freilauf und es erfolgt ein direkter Durchtrieb von der Welle bis zur Riemenscheibe. Der Freilauf kann je nach Anwendung auch an verschiedenen anderen Stellen zwischen der Welle und der Getriebeeinheit oder zwischen der Riemenscheibe und der Getriebeeinheit angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der Welle und der Riemenscheibe eine ansteuerbare Kupplung, insbesondere eine elektromagnetisch betätigbare Reiblamellenkupplung, vorgesehen. Die Kupplung kann insbesondere zwischen der Welle und der Getriebeeinheit oder zwischen der Riemenscheibe und der Getriebeeinheit angeordnet sein. Alternativ kann die Kupplung auch in die Getriebeeinheit integriert sein. Die ansteuerbare Kupplung ermöglicht es, das Eingangselement oder das Ausgangselement der Getriebeeinheit selektiv mit einem Glied der Getriebeeinheit zu koppeln. Beispielsweise kann die Kupplung dazu eingesetzt werden, die Kurbelwelle mit einem Hohlrad der Getriebeeinheit zu koppeln.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfassen das Eingangszahnrad und das Ausgangszahnrad ein innenverzahntes Hohlrad und ein zu dem Hohlrad koaxiales außenverzahntes Sonnenrad, wobei eine Innenverzahnung des gemeinsamen Getriebeelements (insbesondere des bereits genannten Zwischenzahnrads) mit dem Sonnenrad kämmt und die Außenverzahnung des gemeinsamen Getriebeelements mit dem Hohlrad kämmt. Beispielsweise kann also das Hohlrad das Eingangszahnrad bilden und das Sonnenrad kann das Ausgangszahnrad bilden. Durch die ineinander geschachtelte Anordnung der drei Zahnräder, also durch die von außen nach innen gesehen gebildete Abfolge Hohlrad - gemeinsames Getriebeelement - Sonnenrad, wird eine besonders platzsparende Bauweise eines zweistufigen Übersetzungsgetriebes ermöglicht.
Das gemeinsame Getriebeelement kann insbesondere in Bezug auf das Hohlrad und das Sonnenrad exzentrisch angeordnet sein. Durch die ex- zentrische Anordnung des gemeinsamen Getriebeelements ergeben sich unterschiedliche Zähnezahlen zwischen der Innenverzahnung des
Hohlrads und der Außenverzahnung des gemeinsamen Getriebeelements einerseits sowie der Innenverzahnung des gemeinsamen Getriebeelements und der Außenverzahnung des Sonnenrads andererseits, wodurch eine Übersetzung ins Schnelle zwischen Hohlrad und Sonnenrad realisiert werden kann.
Vorzugsweise ist das gemeinsame Getriebeelement um eine feststehende Achse rotierbar gelagert. Das gemeinsame Getriebeelement läuft also nicht planetarisch um, sondern rotiert achsversetzt zu dem Eingangszahnrad und dem Ausgangszahnrad. Das gemeinsame Getriebeelement kann zu diesem Zweck mittels eines Wälzlagers und/ oder mittels eines Gleitlagers in einem Gehäuse der Getriebeeinheit gelagert sein. Das vorgenannte Sonnenrad und das Hohlrad ist insbesondere koaxial zu der Welle, also beispielsweise der Kurbelwelle, angeordnet. Hierdurch wird eine besonders kompakte Unterbringung der Antriebsvorrichtung am Motorgehäuse erreicht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Getriebeeinheit vollständig in die Riemenscheibe integriert. Ermöglicht wird diese Art der Unterbringung insbesondere durch die geringe Ausdehnung der Getriebeeinheit in axialer Richtung.
Es kann ferner ein fest mit der Welle gekoppelter Schwingungsdämpfer vorgesehen sein, welcher axial beabstandet von der Riemenscheibe ange- ordnet ist. Die Kurbelwelle kann beispielsweise durch eine jeweilige zentrale Bohrung von Sonnenrad und Riemenscheibe aus der Getriebeeinheit herausgeführt und drehfest mit einem separaten, neben der Riemenscheibe angeordneten Schwingungsdämpfer verbunden sein. Der Schwingungsdämpfer kann in ein Gehäuse der Getriebeeinheit integriert sein. Alternativ kann er außerhalb eines Gehäuses der Getriebeeinheit angeordnet sein.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der beigefügten Zeichnung zu entnehmen.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen
Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Vorderansicht einer Getriebeeinheit der
Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen
Antriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Gemäß Fig. 1 ist eine Antriebsvorrichtung 10 an einem lediglich ansatzweise dargestellten Verbrennungsmotor 1 1 eines Kraftfahrzeugs befestigt. Die Antriebsvorrichtung 10 dient dazu, ein von dem Verbrennungsmotor 1 1 abgegebenes Drehmoment auf eine Riemenscheibe 14 zu übertragen, über welche ein nicht dargestellter Keilrippenriemen zum Antrieb eines Nebenaggregats des Verbrennungsmotors 1 1, z.B. einer Lenkhilfepumpe oder eines Klimakompressors, läuft. Um die Drehzahl der Riemenscheibe 14 und somit der anzutreibenden Eingangswelle des Nebenaggregats an unterschiedliche Betriebszustände des Verbrennungsmotors 1 1 anzupassen, umfasst die Antriebsvorrichtung 10 eine schaltbare Getriebeeinheit 16, welche zwischen der Kurbelwelle 12 des Verbrennungsmotors 1 1 und der Riemenscheibe 14 angeordnet ist. Die Getriebeeinheit 16 ist in einem Gehäuse 17 untergebracht und umfasst drei Verzahnungselemente, nämlich ein Hohlrad 18 mit einer Innenverzahnung 20, ein im Inneren des Hohlrads 18 und koaxial zu diesem angeordnetes Sonnenrad 22 mit einer Außenverzahnung 24 sowie ein zwischen dem Hohlrad 18 und dem Sonnenrad 22 angeordnetes Zwischenzahnrad 26, welches ringförmig ausgebildet ist. Das Zwischenzahnrad 26 umfasst sowohl eine Außenverzahnung 28 als auch eine zur Außen Verzahnung 28 koaxiale Innenverzahnung 30 und bildet somit ein einzelnes gemeinsames Getriebeelement der Getriebeeinheit 16. Das Sonnenrad 22 und das Hohlrad 18 sind mittels geeigneter Wälzlager drehbar auf der Kurbelwelle 12 gelagert. Das Sonnenrad 22 ist ferner antriebswirksam mit der Riemenscheibe 14 verbunden. Wie aus der Vorderansicht von Fig. 2 hervorgeht, ist das Zwischenzahnrad 26 in Bezug auf das Hohlrad 18 und das Sonnenrad 22 exzentrisch angeordnet und derart gelagert, dass es um eine parallel zu der Kurbelwellen- achse A verlaufende, feststehende Zwischenzahnradachse B rotierbar ist. Um eine fliegende Lagerung des Zwischenzahnrads 26 zu vermeiden, sind exzentrisch angeordnete Wälzlager 31 sowie ein Lagerring 38 vorgesehen, welche mit dem Gehäuse 17 fest verbunden sind, wobei die Verbindung teilweise durch die beiden Freiräume reicht, welche zwischen dem Hohlrad 18 und dem Zwischenzahnrad 26 sowie zwischen dem Zwischenzahnrad 26 und dem Sonnenrad 22 gebildet sind.
Der Abstand zwischen der Kurbelwellenachse A und der Zwischenzahnradachse B ist derart gewählt, dass die Innenverzahnung 20 des Hohlrads 18 mit der Außenverzahnung 28 des Zwischenzahnrads 26 kämmt und die Innenverzahnung 30 des Zwischenzahnrads 26 mit der Außenverzah- nung 24 des Sonnenrads 22 kämmt. Aufgrund der exzentrischen Anord- nung des Zwischenzahnrads 26 in Bezug auf die Kurbelweüenachse A ergeben sich jeweils unterschiedliche Zähnezahlen beim Übergang zwischen den einzelnen Verzahnungsbereichen, sodass die Getriebeeinheit 16 bei Eintrieb über das Hohlrad 18 und Abtrieb über das Sonnenrad 22 eine Übersetzung ins Schnelle bereitstellt. Diese Übersetzung umfasst zwei in Serie angeordnete Übersetzungsstufen, wobei die erste Übersetzungsstufe durch den Eingriff zwischen dem Hohlrad 18 und dem Zwischenzahnrad 26 gebildet ist, während die zweite, nachgeschaltete Übersetzungsstufe durch den Eingriff zwischen dem Zwischenzahnrad 26 und dem Sonnen- rad 22 gebildet ist.
Die Getriebeeinheit 16 ist mittels einer ersten Kupplungseinrichtung 32 und einer zweiten Kupplungseinrichtung 34 zwischen einem ersten Übersetzungsverhältnis und einem zweiten Übersetzungsverhältnis schaltbar. Die erste Kupplungseinrichtung 32 ist als Freilauf ausgebildet und befindet sich zwischen der Kurbelwelle 12 und dem Sonnenrad 22. Die zweite Kupplungseinrichtung 34 ist eine elektromagnetisch betätigbare Reiblamellenkupplung, welche zwischen der Kurbelwelle 12 und dem Hohlrad 18 angeordnet ist. Bei eingerückter zweiter Kupplungseinrichtung 34 ist die Kurbelwelle 12 antriebswirksam mit dem Hohlrad 18 verbunden.
Die Kurbelwelle 12 ist aus dem Gehäuse 17 der Antriebsvorrichtung 10 herausgeführt und ist außerhalb des Gehäuses 17 drehfest mit einem Schwingungsdämpfer 36 verbunden, welcher etwa die gleiche radiale Aus- dehnung aufweist wie die Riemenscheibe 14. Aufgrund der axialen
Beabstandung des Schwingungsdämpfer 36 von der Riemenscheibe 14 kann der Schwingungsdämpfer 36 einen besonders großen Radius besitzen, wodurch ein hohes Maß an Schwingungsdämpfung erreicht werden Gemäß einer alternativen Ausführungsform, welche in Fig. 3 dargestellt ist, ist der Schwingungsdämpfer 36 im Inneren des Gehäuses 17 unmittelbar neben dem Verbrennungsmotor 1 1 angeordnet. Auch hier ist ein großer Radius des Schwingungsdämpfers 36 darstellbar.
Drehschwingungen, welche in Folge von Zündstößen des Verbrennungsmotors 1 1 an der Kurbelwelle 12 auftreten können, werden von dem Schwingungsdämpfer 36 abgefangen und nicht über die Riemenscheibe 14 zu dem Nebenaggregat übertragen.
Während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 1 wird von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung zunächst geprüft, ob die Drehzahl der Kurbelwelle 12 für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Nebenaggregats ausreicht. Wenn die Drehzahl in dieser Hinsicht nicht hoch genug ist, weil sich der Verbrennungsmotor 1 1 beispielsweise im Leerlauf befindet, wird die zweite Kupplungseinrichtung 34 durch entsprechende Ansteuerung geschlossen. Die Kurbelwelle 12 ist demzufolge fest mit dem Hohlrad 18 gekoppelt und treibt dieses an. Das Hohlrad 18 treibt das Zwischenzahnrad 26 mit einer Übersetzung ins Schnelle an. Das Zwischenzahnrad 26 wiederum treibt das Sonnenrad 22 mit einer weiteren Übersetzung ins Schnelle an. Die mit dem Sonnenrad 22 gekoppelte Riemenscheibe 14 wird demzufolge mit einer zweistufig ins Schnelle übersetzten Drehzahl gegenüber der Drehzahl der Kurbelwelle 12 angetrieben. Da die Riemenscheibe 14 und das hiermit verbundene Sonnenrad 22 eine höhere Dreh- zahl aufweisen als die Kurbelwelle 12, läuft der Freilauf 32.
Wenn die Steuereinrichtung ermittelt, dass die Drehzahl der Kurbelwelle 12 ausreichend ist, um die gewünschte Leistung des Nebenaggregats bereitzustellen, wird die zweite Kupplungseinrichtung 34 geöffnet, wodurch die Kopplung zwischen der Kurbelwelle 12 und dem Hohlrad 18 aufgeho- ben wird. Die Drehzahl des nicht mehr angetriebenen Hohlrads 18 und dementsprechend auch die des Zwischenzahnrads 26 und des Sonnenrads 22 sinken so lange ab, bis die Drehzahl der Riemenscheibe 14 gleich der Drehzahl der Kurbelwelle 12 ist. Bei Erreichen dieses Zustands sperrt der Freilauf 32, und das Sonnenrad 22 wird zusammen mit der Riemenscheibe 14 über den Freilauf 32 von der Kurbelwelle 12 mitgenommen. Die Riemenscheibe 14 wird dann also im direkten Durchtrieb mit der Drehzahl der Kurbelwelle 12 angetrieben. Die Differenzdrehzahl zwischen dem Hohlrad 18 und der Kurbelwelle 12 wird von der geöffneten Kupp- lungseinrichtung 34 aufgenommen.
Bei den beiden möglichen Betriebsarten wird die Kurbelwelle 12 also mit Hilfe der beiden Kupplungseinrichtungen 32, 34 wahlweise mit dem Hohlrad 18 oder mit dem Sonnenrad 22 verbunden.
Durch das unterbrechungsfreie Umschalten zwischen einer zweistufig ins Schnelle übersetzten Drehmomentübertragung und einem direkten Durchtrieb kann der Antrieb des Nebenaggregats optimal an das Drehzahlspektrum des Verbrennungsmotors 1 1 angepasst werden. Aufgrund des zwischen der Kurbelwelle 12 und der Riemenscheibe 14 vorgesehenen Freilaufs 32 ist es auch möglich, bei einem Hybridfahrzeug während eines elektrischen Betriebsmodus den Verbrennungsmotor 1 1 stillzulegen und die Nebenaggregate bei stillstehender Kurbelwelle 12 mittels einer in den Riementrieb integrierten Generator-Motoreinheit anzutreiben. Bezugszeichenliste
10 Antriebsvorrichtung
1 1 Verbrennungsmotor
12 Kurbelwelle
14 Riemenscheibe
16 Getriebeeinheit
17 Gehäuse
18 Hohlrad
20 Innenverzahnung des Hohlrads
22 Sonnenrad
24 Außenverzahnung des Sonnenrads
26 Zwischenzahnrad
28 Außenverzahnung des Zwischenzahnrads
30 Innenverzahnung des Zwischenzahnrads
31 Wälzlager
32 erste Kupplungseinrichtung
34 zweite Kupplungseinrichtung
36 Schwingungsdämpfer
38 Lagerring
A Kurbelwellenachse
B Zwischenzahnradachse

Claims

Patentansprüche
Antriebsvorrichtung ( 10) für ein Nebenaggregat eines Motors ( 1 1), mit einer Welle (12) und einer Riemenscheibe (14) , die als Eingangselement und Ausgangselement dienen, und mit einer schaltbaren Getriebeeinheit (16) zur Drehzahlanpassung, die zwischen der Welle (1 ) und der Riemenscheibe (14) wirksam ist,
wobei die Getriebeeinheit (16) eine erste Übersetzungsstufe mit einem ersten Verzahnungsbereich (20) und einem zweiten Verzahnungsbereich (28) umfasst, welcher mit dem ersten Verzahnungsbereich (20) kämmt, und
wobei die Getriebeeinheit (16) eine zu der ersten Übersetzungsstufe in Serie wirksame zweite Übersetzungsstufe mit einem dritten Verzahnungsbereich (30) und einem vierten Verzahnungsbereich (24) umfasst, welcher mit dem dritten Verzahnungsbereich (30) kämmt,
wobei der zweite und der dritte Verzahnungsbereich (28, 30) an einem einzelnen gemeinsamen Getriebeelement (26) der Getriebeeinheit (16) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass
das gemeinsame Getriebeelement (26) ein Zwischenzahnrad (26) mit einer Innenverzahnung (30) und einer Außenverzahnung (28) ist, die den zweiten und den dritten Verzahnungsbereich (28, 30) der Getriebeeinheit (16) bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Zwischenzahnrad (26) in Bezug auf die Welle (12) und die Riemenscheibe (14) exzentrisch angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Zwischenzahnrad (26) um eine feststehende Achse (B) rotierbar gelagert ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Verzahnungsbereich (20) an einem Eingangszahnrad (18) der Getriebeeinheit (16) und der vierte Verzahnungsbereich (24) an einem Ausgangszahnrad (22) der Getriebeeinheit (16) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Eingangszahnrad (18) und das Ausgangszahnrad (22) ein innenverzahntes Hohlrad und ein zu dem Hohlrad koaxiales außenverzahntes Sonnenrad umfassen, wobei eine Innenverzahnung (30) des gemeinsamen Getriebeelements (26) mit dem Sonnenrad kämmt und eine Außenverzahnung (28) des gemeinsamen Getriebeelements (26) mit dem Hohlrad kämmt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Welle (12) wahlweise mit dem Eingangszahnrad (18) oder mit dem Ausgangszahnrad (22) antriebswirksam koppelbar ist.
8. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Welle (12) und der Riemenscheibe (14) ein Freilauf (32) wirksam ist.
9. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Welle (12) und der Riemenscheibe (14) eine
ansteuerbare Kupplung (34), insbesondere eine elektromagnetisch betätigbare Reiblamellenkupplung, wirksam ist.
10. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
ein fest mit der Welle (12) gekoppelter Schwingungsdämpfer (36) vorgesehen ist, welcher axial beabstandet von der Riemenscheibe (14) angeordnet ist,
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schwingungsdämpfer (36) in ein Gehäuse (17) der Getriebeeinheit (16) integriert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schwingungsdämpfer (36) außerhalb eines Gehäuses (17) der Getriebeeinheit (16) angeordnet ist.
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