DE4237786A1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für zwei Drehzahlen für den Antrieb eines Hilfsantriebs einer Brennkraftmaschine, beispielsweise für den Antrieb eines Generators, eines Kom­ pressors oder einer Pumpe.

Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge arbeiten in sehr großen Drehzahlbereichen, von wenigen 100 bis zu mehreren 1000 UPM. Die Hilfsantriebe, wie Generatoren, Kompressoren für Klima­ anlagen und Luftdruckbremsen, Pumpen für Lenkunterstützung, Federsysteme und Steuersysteme arbeiten wirkungsvoll nur in einem Drehzahlbereich, der kleiner als der der Brennkraft­ maschine ist. Für einige industrielle Fahrzeuge mit konstan­ ter Motordrehzahl ist dies kein Problem, solange der Motor eine bestimmte Belastung hat. Ändert sich jedoch die Bela­ stung, wie es bei den meisten Fahrzeugen der Fall ist, so arbeiten die Motoren in einem großen Drehzahlbereich. Die Hilfsantriebe können die verlangte Leistung in einem be­ stimmten Drehzahlbereich abgeben. Die Größe eines bestimmten Hilfsantriebes hängt von der erforderlichen Leistung und dem Drehzahlarbeitsbereich ab. Die Leistung ist oft festgelegt, so daß Größe und Gewicht der Hilfsantriebe vom Drehzahlbe­ reich abhängig sind.

Je größer die Motordrehzahl ist, desto kleiner und leichter können die Hilfsantriebe gebaut werden. Größe und Gewicht der Hilfsantriebe sind wesentlich zur Verringerung des Fahr­ zeuggewichts und zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit.

Generatorantriebe mit zwei Drehzahlen sind bekannt, so aus der US-PS 48 62 770 der Anmelderin. Die in dem Getriebe vor­ gesehenen metallischen Zahnräder sind in der Herstellung teuer, haben ein hohes Gewicht und verursachen Lärm. Mit steigender Drehzahl werden diese Probleme ständig größer.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Hilfsmaschinenantrieb für Motoren bei hohen Drehzahlen zu schaffen. Dabei ist das Getriebe zwischen zwei Drehzahlen umschaltbar. Ferner soll das Getriebe geräuscharm sein, ein geringes Gewicht aufweisen sowie sich durch Robustheit und lange Lebensdauer auszeichnen.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen. Das erfindungsgemäße Getriebe verwendet unter an­ derem nichtmetallische Zahnräder für die Verbund-Umlaufräder des Antriebs mit zwei Drehzahlen.

Wenn Zahnräder miteinander in Berührung gelangen, so gibt es einen Stoß, der umso größer ist, je größer die Geschwindig­ keit am Eingriffskreis der Zähne ist. Hierbei stellt sich ein Geräusch bei hoher Drehzahl ein, das bei solchen Antrie­ ben nicht akzeptabel ist. Geräusche lassen sich durch ent­ sprechende hohe Herstellungsgenauigkeit verringern, doch steigen dann die Kosten für die Herstellung zu stark an.

Zu starke Geräusche lassen sich mit spiralverzahnten Rädern anstelle von geradverzahnten Rädern verringern. Spiralver­ zahnungen erzeugen jedoch axiale Schublasten und machen des­ halb Axiallager erforderlich. Auch ist die Herstellung von Spiralverzahnungen teurer als von Geradverzahnungen. Dagegen lassen sich spiralverzahnte Zahnräder aus gegossenem Kunst­ stoff zu den gleichen Kosten herstellen wie Geradverzah­ nungen. Aus Kunststoff hergestellte Spiralverzahnungen be­ sitzen ebenso wie alle solche Spiralverzahnungen hohe An­ teile für den Kontakt und haben außerdem die Vorteile von Kunststoffrädern.

Durch die Verwendung nichtmetallischer Zahnräder für die Verbund-Umlaufräder verringert sich der Geräuschpegel, die Herstellungskosten und bietet andere erhebliche Vorteile. Nichtmetallische Zähne sind eher biegsam und liefern eine bessere Lastverteilung zwischen den Umlaufrädern. Die hohe Abmessungsgenauigkeit nichtmetallischer Zahnräder zusammen mit der besseren Lastverteilung zwischen den Zähnen erhöht das Berührungsverhältnis. Dadurch werden Lastspitzen an einzelnen Zähnen verringert und wird insgesamt das in einem solchen Antrieb mit zwei Drehzahlen für hohe Drehzahlen auftretende Geräusche auf annehmbare Werte verringert. Ge­ gebenenfalls können ferner spiralverzahnte Räder und Axial­ kräfte aufnehmende Distanzscheiben vorteilhaft sein.

Nichtmetallische Zahnräder sind weniger schwer und haben eine kleinere Massenträgheit. Bei Drehzahländerungen kann die Massenträgheit des Getriebes hohe momentane Zahnbela­ stungen verursachen. Lassen sich die momentanen Zahnbela­ stungen bei Drehzahländerung verringern und das Gewicht der Umlaufräder verkleinern, so können Größe und Gewicht aller Getriebekomponenten einschließlich der Lager verkleinert werden.

Infolge der Nachgiebigkeit der Radzähne der bei hohen Dreh­ zahlen kann Erwärmen durch Hysterese die Folge sein. Das Getriebegehäuse dient als Ölreservoir für die Schmierung und zum Kühlen. Vorzugsweise ist das Getriebegehäuse mit einem Einfüllstutzen und einem Ölablaß versehen.

Wird das Bremsband gespannt, so wird der Umlaufräderträger festgelegt und kann nicht gegenüber dem Gehäuse rotieren. Dann erfolgt die Übertragung von der Eingangswelle zum Son­ nenrad, zum ersten Umlaufrad, dann zum zweiten Umlaufrad und zum Ausgangsrad, das somit mit höherer Drehzahl als die Ein­ gangswelle angetrieben wird.

Wird dagegen das Bremsband gelöst, so kann der Umlaufräder­ träger rotieren. Dabei gelangt die Einwegkupplung in Ein­ griff mit der Abtriebswelle, so daß diese zusammen mit dem Umlaufradträger rotiert. Nach Eingriff der Einwegkupplung rotiert somit die Abtriebswelle mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht des Getriebeantriebs mit der Betätigungseinrichtung für die Bremse im Schnitt;

Fig. 2 einen Achsenschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht des Umlaufräderträgers und des Aus­ gangsrades längs der Linie 3-3 in Fig. 2 und

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Getriebezuges.

Ein Gehäuse 12 besteht aus einem vorderen Teil 14 und einem rückseitigen Deckel 16, der am vorderen Teil mit Schrauben 18 befestigt ist. Das Gehäuse 12 besitzt mehrere Vorsprünge 20 mit Gewindebohrungen 22. In wenigstens zwei Gewindeboh­ rungen 22 sind Zentrierhülsen 24 eingesetzt, die in entspre­ chende Bohrungen der Hilfsmaschine eingesetzt werden, worauf die Befestigung durch Schrauben in den Gewindebohrungen 22 erfolgt.

In zwei Lagern 28 ist im vorderen Abschnitt des Gehäuses 12 eine Eingangswelle 26 drehbar gelagert. Das vordere Ende der Eingangswelle 26 trägt eine Antriebsscheibe 30, die mit einer Scheibe 24 und einer Mutter 32 befestigt ist. Die Antriebsscheibe 30 wird von einem Riemen 36 von der Kurbel­ welle einer Brennkraftmaschine angetrieben. Der Antriebs­ riemen kann auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise V-förmig sein, der Antrieb kann auch durch Zahnräder oder in anderer Weise erfolgen. Zahnräder werden häufig benutzt, wenn hohe Zuverlässigkeit und geringe Wartung gewünscht werden.

Am Ende der Eingangwelle 26 innerhalb des Gehäuses 12 ist ein Sonnenrad 38 angeformt, das aber auch als unabhängiges Zahnrad ausgebildet sein kann, das auf der Welle 26 sitzt. Das Sonnenrad 28 ist vorzugsweise aus Stahl oder aus einem anderen Werkstoff.

Distanzscheiben 40 und 42 auf der Eingangswelle 26 halten die Lager 28 in der Bohrung 44 des vorderen Abschnitts 14 in richtigem Abstand. Eine vordere Dichtung 46 dichtet die Öffnung im vorderen Abschnitt 14 gegenüber der Welle 26 ab. Damit kann Schmiermittel aus dem Gehäuse 12 nicht austreten und können in das Gehäuse keine Fremdstoffe eintreten. Eine Distanzscheibe 48 ist außerdem auf der Eingangswelle 26 angeordnet. Ein Schmiermittelkanal 50 ist in der Bohrung 44 vorgesehen, um die Zirkulation von Öl zum Schmieren und Küh­ len der Lager 28 zu verbessern.

Ein Umlaufräderträger 52 ist im Gehäuse 12 drehbar um eine Achse gelagert, die mit der Zentrallängsachse 54 und der Drehachse der Eingangswelle und des Sonnenrades 38 konzent­ risch ist. Eine Axialverschiebung zwischen dem Träger 52 und dem Sonnenrad 38 wird von einer Scheibe 56 begrenzt, die Schub aufnehmen kann und die entsprechende Schubscheibe 48 auf der Eingangswelle und die Distanzscheibe 42 berührt und die von einem Federring 58 im Träger 52 gehalten wird.

Vier Wellen 60 für die Umlaufräder sind in Bohrungen 62 des Trägers 52 mit Schreiben 64 befestigt. Die Achsen der Wellen 60 sind parallel zueinander und liegen in gleichen Abständen von der zentralen Längsachse 54. Wie Fig. 3 zeigt, sind die vier Wellen 60 auch umfangsmäßig in gleichen Abständen an­ geordnet, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist. Sie sollten jedoch so beabstandet sein, daß der Träger 52 gleichbelastet ist. Es können auch zwei oder drei Wellen 60 vorgesehen sein, je nach der Größe des gewünschten Antriebs­ drehmomentes.

Ein Umlaufradsatz 66 ist auf jeder Welle 60 drehbar mit Hil­ fe von Nadellagern 68 angeordnet. Jeder Verbundradsatz 66 besteht aus einer Einlage 70 aus Stahl oder einem anderen festen Werkstoff mit einer Bohrung 72 zur Aufnahme der Na­ dellager 68. Es ist auch möglich, massive Kunststoffräder zu verwenden, je nach Auswahl des nichtmetallischen Zahnrad­ werkstoffes und dem Verwendungszweck. Auf dem festen Einsatz 70 ist ein erstes Umlaufrad 74 befestigt. Auf dem festen Einsatz 70 ist ferner ein zweites Kunststoff-Umlaufrad 76 befestigt. Die beiden Umlaufräder 74 und 76 können auf dem Einsatz 70 aufgeformt werden oder können auch in anderer Weise befestigt werden.

Das erste Umlaufrad 74 des Verbundradsatzes 60 kämmt mit dem Sonnenrad 38. Ein Ausgangsrad 78 mit einer zentralen Bohrung 80 liegt innerhalb des Trägers 52 neben dem Sonnenrad 38 und kämmt mit dem zweiten Kunststoff-Umlaufrad 76 des Verbund­ radsatzes 66. Die zentrale Bohrung 80 des Ausgangsrades 78 ist gemäß Fig. 3 mit Nuten 82 versehen, in welche die ent­ sprechend geformte Abtriebswelle greift, die zum Antrieb des Hilfsantriebs mit zwei Drehzahlen dient.

Eine mit der zentralen Längsachse 54 konzentrische Öffnung 84 ist in dem rückseitigen Deckel 16 des Gehäuses vorge­ sehen. Eine ebenfalls mit der Achse 54 konzentrische Öffnung 86 ist auf der Rückseite des Trägers 52 vorgesehen. In der Öffnung 86 des Trägers sind zwei Lager 88 und 90 sowie eine Einwegkupplung 92 zwischen den beiden Lagern angeordnet. Soll das Getriebe 10 mit dem Hilfsantrieb verbunden werden, so wird die Abtriebswelle 91 durch die Öffnung 84 im Deckel 16 eingeschoben, ferner durch das Lager 90, die Einwegkupp­ lung 92 und das Lager 88 schließlich in die Öffnung 86 des Trägers 53 und dann in die Nuten 82 des Sonnenrades 78. Die Zentrierhülsen 24 werden dann in die Öffnungen des Hilfsan­ triebes eingesetzt, um die erforderliche Ausrichtung zu besorgen und die Befestigung erfolgt durch Schrauben in den Gewindebohrungen 22. Eine rückseitige Dichtung 94 liegt in der Öffnung 84 zum Abdichten der Abtriebswelle gegenüber dem Gehäuse 12.

Das Ausgangs-Sonnenrad 78 hat einen Außendurchmesser, der das Einschieben durch das Lager 88, die Einwegkupplung 92, das Lager 90 und die Dichtung 94 erlaubt. Deshalb ist es möglich, das Ausgangsrad 78 auf der Abtriebswelle bzw. der Antriebswelle des Hilfsantriebs vorzusehen und somit dann das Getriebe 10 am Hilfsantrieb zu montieren.

Eine äußere Umfangsfläche 56 des Trägers 52 dient als Brems­ fläche zur Umschlingung mit einem Bremsband 98, das mit einem Reibbelag 100 versehen ist. Ein Ende des Bremsbandes 98 ist an einem gehäusefesten Bolzen 102 gemäß Fig. 1 be­ festigt. Das andere Ende des Bremsbandes 98 ist an einer Stange 104 einer Betätigungseinrichtung 106 mit einem Bolzen 108 befestigt. Die Einrichtung 106 ist ein Unterdruckzylin­ der, der am Gehäuse 12 mit Schrauben 110 befestigt ist. Übt die Einrichtung 106 eine Zugkraft auf das Bremsband 98 aus, so wird der Träger 52 gegenüber dem Gehäuse 12 festgelegt. Wird die Zugkraft gelöst, so kann der Träger 92 um die Achse 54 rotieren.

Wird im Betrieb das Bremsband 98 gespannt und der Träger 52 festgehalten, so treibt das Sonnenrad 38 alle Räder des Ver­ bundradsatzes 66 auf den Wellen 60 an. Die Drehzahl der Um­ laufräder 74 ist gleich der Drehzahl der Umlaufräder 76, so daß das Ausgangsrad 78 und die Abtriebswelle mit einer höhe­ ren Drehzahl als die Eingangswelle 26 angetrieben werden.

Die Untersetzung ermöglicht Drehzahlen von bis zu 20 000 UPM für das Ausgangsrad 78.

Beim Lösen des Bremsbandes 98 kann der Träger 52 rotieren, so daß der Umlaufräderträger 52 in Antriebsrichtung mit einer höheren Drehzahl angetrieben wird als die Abtriebswel­ le und damit die Einwegkupplung 92 in Eingriff mit der Ab­ triebswelle gebracht wird, um diese mit dem Träger 52 zu verriegeln. In diesem Zustand rotieren die Eingangswelle 26, das Ausgangsrad 78 und die Abtriebswelle alle zusammen mit der gleichen Drehzahl.

Claims (7)

1. Getriebe mit zwei Drehzahlen für den Hilfsantrieb einer Brennkraftmaschine, wobei ein Getriebegehäuse (12) am Hilfsantrieb befestigt ist, mit einer drehbar im Gehäuse (12) um eine zentrale Längsachse (54) gelagerten Eingangs­ welle (26), einem Sonnenrad (38) an der Eingangswelle (12) innerhalb des Gehäuses, einem Umlaufräderträger (52) im Ge­ häuse, drehbar um die Achse (54), einer Öffnung (84, 86) im Gehäuse und im Umlaufräderträger konzentrisch mit der zent­ ralen Längsachse, einem Lager (88, 90) und einer Einwegkupp­ lung (92) in der Öffnung, einem Ausgangsrad (78) mit einer zentrischen Bohrung neben dem Sonnenrad (38), einer Ab­ triebswelle bzw. Antriebswelle für den Hilfsantrieb, die sich durch die Öffnung des Gehäuses, die Einwegkupplung und das Lager in der Öffnung und in die zentrale Bohrung des Abtriebrades (78) erstreckt, ferner mit einem oder mehreren Umlaufräderwellen (60), die am Umlaufräderträger in Abstän­ den von der zentralen Achse angeordnet sind mit einem Ver­ bundplanetenradsatz (66), der aus einer metallischen Einlage (71) und ersten und zweiten integrierten Kunststoffrädern (74, 76) besteht, die auf der Außenfläche der metallischen Einlage befestigt sind, wobei der Planetenradsatz auf der Welle (60) drehbar gelagert ist und das erste integrale Kunststoffzahnrad (74) mit dem Sonnenrad (38) und das zweite integrale Kunststoffzahnrad (76) mit dem Ausgangsrad (78) kämmt und mit einer Bremse (98) zum Festhalten des Umlauf­ räderträgers (52) gegenüber dem Getriebegehäuse, wenn die Bremse betätigt ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle für den Hilfs­ antrieb durch die Öffnung (84, 86) des Getriebes einsteckbar und mit dem Ausgangsrad (78) kuppelbar ist und daß die An­ triebswelle für den Hilfsantrieb von der Einwegkupplung (91) oder dem Ausgangs-Sonnenrad (78) angetrieben ist.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der äußeren Umfangsfläche (96) des Umlaufräderträgers (52) ein Bremsband (98) ange­ ordnet ist, das die Umfangsfläche umschließt und daß am Ge­ triebegehäuse (12) eine Betätigungseinrichtung (106) ange­ ordnet ist, die mit dem Bremsband verbunden ist und der Um­ laufräderträger abhängig von der Bremse frei drehbar oder festgelegt ist.

4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt vier Umlaufrädersätze (66) vorgesehen sind.

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verbundzahnradsatz (66) aus einem metallischen rohrförmigen Einsatz (71) und zwei nichtmetallischen Umlaufrädern besteht, die mit dem Einsatz verbunden sind.

6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebs-Sonnenrad (38), das Ausgangsrad (78) und die Zahnräder des Verbundsatzes mit Geradverzahnungen versehen sind.

7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebs-Sonnenrad (38), das Ausgangsrad (78) und die Zahnräder des Verbundradsatzes mit Spiralverzahnungen versehen sind.