Mechanisch angetriebener Verdichter für eine Brennkraftmaschine

Abstract

 Ein Umschlingungsgetriebe (30) mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis treibt einen Verdichter (18) zur Aufladung einer Brennkraftmaschine an. Das Umschlin­gungsgetriebe (30) ist mit einem Gehäuse (26) versehen, welches mit dem Verdichtergehäuse (31) eine Baueinheit bildet. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Bauweise, so daß diese Baueinheit auf einfache Weise an verschiedene Brennkraftmaschinen angepaßt werden kann. Zwischen der Antriebswelle (1) und dem Umschlingungsgetriebe (30) sowie der zwischen dem Umschlingungsgetriebe (30) und der das Verdich­terrad antreibenden Abtriebswelle (19) sind desweiteren Übersetzungsgetriebe (32, 33) vorgesehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen mechanisch angetriebenen Verdichter für eine Brennkraftmaschine, mit einem Umschlingungsgetriebe mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis.
Derartige Umschlingungsgetriebe weisen im genannten Anwendungsfall eine Vielzahl funktionaler Vorteile auf. Bekannt geworden sind dabei diverse Anordnungen, bei welchen das Primär-Scheibenpaar des Umschlingungsge­triebes direkt oder auch mittels eines Zwischentriebes von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird und somit in deren Nähe angeordnet ist, während das Sekundär-Scheibenpaar des Umschlingungsgetriebes meist unter Zwischenschaltung eines Übersetzungsgetriebes nahe des Verdichters vorgesehen ist, bzw. mit diesem eine geschlossene Baugruppe bildet.

[0002] Die aufgelöste Ausbildung des Umschlingungsgetriebes erhöht jedoch den Bauaufwand und macht darüber hinaus bei vorgesehenem Einsatz an verschiedenartigen Brenn­kraftmaschinen spezielle Anpassungsmaßnahmen erforder­lich. Auch ist es insbesondere bei Hochleistungs-Brenn­kraftmaschinen, welche oftmals mit vielen Nebenaggre­gaten bestückt sind, nur sehr erschwert möglich, den erforderlichen Einbauraum bereitzustellen.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen zur Behebung oben genannter Nachteile aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen beschreiben die Unteransprüche.

[0004] Das Umschlingungsgetriebe ist von einem Getriebegehäuse umgeben und bildet mit dem Verdichter ein eigenständiges Bauteil, welches an verschiedenartigen Brennkraftma­schinen eingesetzt werden kann. Dabei ist es nicht mehr erforderlich, das Primärscheibenpaar des Umschlingungs­getriebes direkt an der Kurbelwelle der Brennkraftma­schine oder in deren Nähe anzubringen, wodurch sich eine gesteigerte Einbauflexibilität ergibt. Dennoch wird vorteilhafterweise eine in ihrer Kompaktheit weiterge­steigerte Bauweise erzielt, da das im wesentlichen die Luftführungskanäle enthaltende Verdichtergehäuse mit dem Getriebegehäuse eine Baueinheit bildet. So kann bei­spielsweise das Verdichtergehäuse am Getriebegehäuse angeflanscht sein, während das Verdichterrad mit seiner Welle im Getriebegehäuse gelagert ist.

[0005] Die Merkmale des Anspruchs 3 sehen vorteilhafterweise ebenfalls integrierte zusätzliche Übersetzungsgetriebe vor, mit Hilfe derer der jeweils optimale Drehzahl-­Arbeitsbereich der einzelnen Elemente, so beispielsweise am Umschlingungsglied des Umschlingungsgetriebes hin­sichtlich der maximalen Umfangsgeschwindigkeit oder am Verdichterrad hinsichtlich der Förderleistung, festleg­bar ist.

[0006] In den Ansprüche 4 bis 6 ist angegeben, auf welche Weise der erforderliche Bauraum der vom Getriebegehäuse sowie dem Verdichtergehäuse gebildeten Baueinheit äußerst gering gehalten werden kann. Darüber hinaus können in den Gehäusen weitere Zusatzelemente, so beispielsweise eine Ölpumpe, welche vorteilhafterweise von einer Welle der Baueinheit angetrieben wird, vorgesehen sein. Diese Ölpumpe kann dabei sowohl das Drucköl zu Ansteuerung des Primär- bzw. Sekundär-Scheibenpaares fördern, als auch die Schmierung aller vorhandenen Lager oder auch des Übertragungsgliedes, so dieses beispielsweise als metallische Gliederkette oder als metallisches Schub­gliederband ausgebildet ist, übernehmen. Die letztge­nannten Ausführungen des Übertragungsgliedes haben gegenüber den bei geringeren zu übertragenden Leistungen üblichen Riemen die Vorteile eines höheren Übertragungs­vermögens, einer sehr kompakten Bauweise bei den Keil­riemengetrieben vergleichbarer Spreizung, sowie einer längeren Lebensdauer.

[0007] Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier bevor­zugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben, wobei Fig. 1 eine Baueinheit mit zwei zusätzlichen Über­setzungsgetrieben zeigt, während Fig. 2 lediglich ein derartiges Zusatzgetriebe enthält. Dargestellt ist dabei jeweils ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Baueinheit, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Ziffern bezeichnet sind.

[0008] In einem Getriebegehäuse 26, welches beispielsweise aus Leichtmetall gefertigt sein kann, ist ein in seiner Gesamtheit mit 30 bezeichnetes Umschlingungsgetriebe mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis angeord­net. Dieses Umschlingungsgetriebe besteht aus zwei auf einer Welle 5 gelagerten Primärscheiben 6, 7, sowie zwei weiteren auf einer Welle 14 gelagerten Sekundärscheiben 11, 12. Zwischen dem Primär-Scheibenpaar sowie dem Sekundär-Scheibenpaar läuft ein Umschlingungsglied in Form einer metallischen Gliederkette 9. Am Primär-­Scheibenpaar ist die Primär-Scheibe 7 gegenüber der Primär-Scheibe 6, am Sekundär-Scheibenpaar die Sekun­ där-Scheibe 12 gegenüber der Sekundär-Scheibe 11 jeweils in Achsrichtung der Wellen 5, 14 verschiebbar. Dabei wird die Primär-Scheibe 7 mittels eines Federpaketes 8 gegen die Primär-Scheibe 6 gespannt, während die Pri­mär-Scheibe 12 auf nicht näher dargestellte Weise durch einen Kolben in einem Zylinder 15 gegen die Sekundär-­Scheibe 11 gepreßt wird. Sowohl für das Sekundär- als auch für das Primär-Scheibenpaar sind dabei jeweils zwei verschiedene Positionen dargestellt. In Abhängigkeit von der aktuellen Position stellen sich dabei zwischen der Welle 5 sowie der Welle 14 verschiedenartige Über­setzungsverhältnisse ein. Die Ansteuerung der die Position der Sekundär-Scheibe 12 bestimmenden Kolben-­Zylindereinheit 15 erfolgt dabei in nicht näher darge­stellter Weise über einen Ölzufuhrstutzen 13.

[0009] Während die den Primär-Scheiben 6, 7 zugeordnete Welle 5 von einer Antriebswelle 1 angetrieben wird, treibt die Welle 14 der Sekundär-Scheiben 11, 12 eine Welle 19 eines Verdichterrades 18 an. Dieses Verdichterrad bildet zusammen mit seinem Verdichtergehäuse 31 sowie den darin enthaltenen Luftführungskanälen 20 einen Verdichter (Kreisel- oder Radialverdichter) zur Förderung der Verbrennungsluft einer nicht gezeigten Brennkraftma­schine. Die Welle 19 ist dabei im Getriebegehäuse 26 mittels zweier Lager 24, 25 gelagert, wobei zur Abdich­tung des Verdichterraumes (Luftführungskanal 20) gegen­über dem Innenraum des Getriebegehäuses 26 ein Metall-­Dichtungspaket 21, 22 sowie ein Teflon-Dichtring 23 vorgesehen ist. Zwischen den beiden Lagern 24, 25 ist auf der Welle 19 ein Zahnrad 17 angeordnet, welches mit einem Zahnrad 16 auf der Welle 14 ein Übersetzungsge­triebe 32 bildet.

[0010] Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 findet sich eben­falls ein Übersetzungsgetriebe 33, bestehend aus zwei Zahnrädern 3, 4 zwischen der Antriebswelle 1 sowie der Welle 5 des Primär-Scheibenpaares 6, 7. Die Antriebs­welle 1 ist dabei, ebenso wie die Wellen 5, 14, mit symbolisch dargestellten Lagern im Gehäusedeckel 2 des Getriebegehäuses 26 gelagert. In jenem Gehäusedeckel ist desweiteren eine Ölpumpe 10 vorgesehen, welche nicht nur die Schmierung der Lagerstellen sowie der Gliederkette 9 übernimmt - für den letzten Fall ist eine Ölablauf­bohrung 34 vorgesehen -, sondern in nicht gezeigter Weise eine Öldruck-Kraft erzeugen kann, welche die passiv auf die Primär-Scheibe 7 wirkende Federkraft der Feder 8 unterstützen kann. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist eine derartige Ölpumpe 10 nicht gezeigt, da hier die Ölversorgung von getrennten, außerhalb des Getriebegehäuses angeordneten Pumpen erfolgen kann. Auch ist in diesem vereinfachten Aus­führungsbeispiel die Antriebswelle 1 als Wellenstutzen der Welle 5 ausgebildet. Hier sitzt auf der Antriebs­welle 1 eine Antriebsscheibe 29, welche über einen nicht gezeigten Poly-V-Riemen von der Kurbelwelle der Brenn­kraftmaschine angetrieben wird. Dieser Riementrieb beinhaltet somit das Übersetzungsverhältnis des Über­setzungsgetriebes 33 in Fig. 1.

[0011] Indem die Welle 19 des Verdichterrades 18 zwischen den beiden Welle 14, 5 des Umschligungsgetriebes 30 ange­ordnet ist - dabei jedoch nicht in der gleichen Ebene -, sowie im Getriebegehäuse 26 gelagert ist, kann das Verdichtergehäuse 31 mit dem Getriebegehäuse 26 eine vorteilhafte Baueinheit bilden. Die ohnehin sehr kom­pakte Bauweise mit leistungsbezogenen, geringem Baube­darf und Gewicht wird nochmals erhöht, wenn, wie in Fig. 1 gezeigt, die Antriebswelle 1 mit der Abtriebswelle 19 im wesentlichen fluchtet. Neben dem Vorteil der kom­ pakten Bauweise bietet die gezeigte Baueinheit weitere Vorteile. So ist beispielsweise eine einfache Anpassung an eine Vielzahl von hinsichtlich Leistung sowie Geo­metrie verschiedenartige Brennkraftmaschinen auf ein­fache Weise möglich. Hierzu kann zum einen ein geeig­neter Verdichter, charakterisiert durch das Verdich­terrad 18 sowie das Verdichtergehäuse 31, ausgewählt werden. Zum anderen kann das Übersetzungsverhältnis der Übersetzungsgetriebe 32, 33 den jeweiligen Anforderungen entsprechend festgelegt werden. Hier empfiehlt es sich, das Übersetzungsgetriebe 33 derart zu wählen, daß bei gegebener Übersetzung zwischen der Brennkraftmaschine sowie der Antriebswelle 1 die zulässige Umfangsgeschwin­digkeit der Gliederkette 9 zwar erreicht, aber nicht überschritten wird. Hiermit wird erreicht, daß das Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes 32 nicht zu groß gewählt werden muß, was vor allem ange­sichts der zu übertragenden Leistung von Bedeutung ist. Eine kleine Übersetzung - in der Größenordnung 5 bis 8 - dieses Zahnradpaares 16, 17 ist auch im Interesse einer kompakten Bauweise wünschenswert, da dann die Drehachsen der Antriebswelle 1 sowie der Abtriebswelle 19 des Verdichterrades 18 nahezu fluchten. Jedoch ist es grundsätzlich möglich, dieses Übersetzungsverhältnis im Bedarfsfall mit Hilfe eines weiteren Zahnradpaares oder eines Planetengetriebes zu vergrößern.

[0012] Die gezeigte Baueinheit bietet aber auch ein geringes Entwicklungsrisiko und stellt eine kostengünstige Konstruktion dar, da alle Bauteile einer stark auto­matisierten Fertigung zugänglich sind, aus im Maschi­nenbau üblichen Werkstoffen bestehen, und für sich betrachtet auch in anderen bekannten Maschinen bewährten Einsatz finden. In diesem Zusammenhang sei beispiels­weise darauf hingewiesen, daß die Sitze der Lager 24, 25 Teil des Getriebegehäuses 26 sind und in einem Arbeits­ gang bearbeitet werden. Dabei werden diese Lager mit leichtem Spiel im Sitz des Leichtmetall-Gehäuses 26 eingebaut und gegen Verdrehung (im Betrieb infolge unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten) mit O-­ringförmig oder anders gestalteten elastischen Elementen 27, 28 gesichert. Die gleiche Maßnahme ist bei Bedarf auch für die übrigen Lager einsetzbar. Dementsprechend ist mit einer Reduzierung der Geräuschemission zu rechnen. Wie bereits oben erläutert, kann dabei auf einfache Weise die Schmierung unter Zuhilfenahme des Schmiermittels der Brennkraftmaschine erfolgen. Dieses Schmiermittel kann auch zur Ansteuerung des Über­setzungsverhältnisses über den Ölzufuhrstutzen 13 herangezogen werden. Der Schmiermitteldruck in der Baueinheit kann aber auch durch die Ölpumpe 10, welche auch die Funktion einer Steuerpumpe übernehmen kann, erhöht werden. Bei Diesel-Brennkraftmaschinen kann es darüber hinaus empfehlenswert sein, separate Ölkreis­läufe vorzusehen, da durch Ruß verschmutztes Öl der Diesel-Brennkraftmaschine Schäden der hochdrehenden Lager 24, 25 sowie an den Kontaktstellen zwischen der Gliederkette 9 sowie den Scheiben 6, 7, 11, 12 verur­sachen könnte.

[0013] Neben den bereits genannten Vorteilen zeichnet sich die vorgestellte Baueinheit darüber hinaus durch hohe Leistungsübertragungsfähigkeit sowie hohe Lebensdauer aus. Weiterhin wird ein Wandlungsbereich von 5 bis 8 ermöglicht, was ein optimales Luftmanagement der Brenn­kraftmaschine in allen Betriebspunkten ermöglicht. Erzielbar ist dies insbesondere durch Einsatz einer metallischen Gliederkette oder eines Schubgliederbandes als Umschlingungsglied. Wesentlich ist es jedoch, daß das Umschlingungsgetriebe 30, die weiteren Übersetzungs­getriebe 32, 33 sowie der Verdichter mit seinem Ver­dichterrad 18, den Luftführungskanälen 20 sowie dem Verichtergehäuse 31 eine kompakte Baueinheit bilden. Das größte Maß des Getriebegehäuses ist dabei in einer Durchmesser-Ebene des Verdichtergehäuses näherungsweise ebenso groß ist wie der Durchmesser des verwendeten Verdichtergehäuses.

Ansprüche

1. Mechanisch angetriebener Verdichter für eine Brennkraftmaschine mit einem Umschlingungsgetriebe mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Umschlingungs­getriebe (30) umhüllendes Getriebegehäuse (26) mit einem Luftführungskanäle (20) enthaltenden Ver­dichtergehäuse (31) im wesentlichen eine Baueinheit bildet.

2. Verdichter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter als Kreiselverdichter ausgebildet ist, wobei das Verdichterrad (18) im Getriebegehäuse (26) ge­lagert, und das Verdichtergehäuse (31) am Getrie­begehäuse (26) angebunden ist.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer im Getriebegehäuse (26) gelagerten Antriebswelle (1) und der Welle (5) des Primär-Scheibenpaares (6, 7) des Umschlingungsgetriebes (30) und/oder zwischen der Welle (14) des Sekundär-Scheibenpaares (11, 12) und der Welle (19) des Verdichterrades (18) ein Zahnrad-Übersetzungsgetriebe (33, 32) vorgesehen ist.

4. Verdichter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (19) des Verdichterrades (18) im wesentlichen zwischen den beiden Wellen (5, 14) des Umschlingungsgetriebes (30) angeordnet ist.

5. Verdichter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (19) des Verdichterrades (18) mit der Antriebswelle (1) im wesentlichen fluchtet.

6. Verdichter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Verdichtergehäuses (31) annähernd gleich dem in einer dazu parallelen Ebene größten Maß des Ge­triebegehäuses (26) ist.

7. Verdichter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß im Getriebegehäuse (26) eine von einer drehenden Welle angetriebene Ölpumpe (10) vorgesehen ist.

8. Verdichter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Umschlingungsglied des Umschlingungsgetriebes (30) als Gliederkette (9) oder als Schubgliederband ausgebildet ist.

Zeichnung