ПРИВОД ВЕНТИЛЯТОРА ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
FAN DRIVE FOR VEHICLE

Изобретение относится к устройству для привода вентилятора приводного агрегата транспортного средства, в частности, транспортного средства промышленного назначения, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Из практики известны приводы вентилятора, в частности, для транспортных средств промышленного назначения, которые закреплены на коленчатом валу или на удлинении коленчатого вала, и приводятся во вращение со скоростью вращения двигателя. При этом другие вспомогательные агрегаты, такие как, например, насос для средства охлаждения, называемый также водяным насосом, генератор, компрессор кондиционирования воздуха и т.д., приводятся в действие совместно с помощью по меньшей мере одного ременного привода с ремнем. При низких скоростях вращения двигателя и высокой нагрузке двигателя (большом крутящем моменте) часто поставляемый вентилятором охлаждающий воздух является не достаточным для охлаждения двигателя. Кроме того, при этом выполнении неизменными являются соотношения скоростей вращения.
В выложенной публикации ЕР 0 884 210 А2 предлагается устройство для привода агрегатов двигателя внутреннего сгорания, таких, как насос охлаждающего средства и вентилятор, через приводимый в действие коленчатым валом первый ременный привод с помощью соединенного с коленчатым валом ременного шкива. При этом первый ременный шкив соединен через ремень с соединенным с валом насоса охлаждающего средства вторым ременным шкивом. С валом насоса охлаждающего средства соединен третий ременный шкив. Третий ременный шкив образует с четвертым ременным шкивом, который установлен на коленчатом валу или на удлинении коленчатого вала с возможностью вращения относительно коленчатого вала, второй ременный привод. Вентилятор соединен с обеспечением привода с четвертым ременным шкивом. За счет этого может быть реализована повышающая передача для привода вентилятора, однако предусматривает дополнительный ременный шкив на валу насоса охлаждающего средства, что на основании дополнительной нагрузки связано с увеличенной опасностью утечки и, кроме того, часто по причинам конструктивного пространства требует больших затрат на реализацию. Другим недостатком являются связанные с этим дополнительные нагрузки на подшипники вспомогательных агрегатов и, возможно, необходимость их изменения.
В DE 23 18 104 раскрыт привод вентилятора, в котором вентилятор приводится в действие через приводимый в зависимости от скорости вращения двигателя клиновый ременный привод и муфту скольжения, при этом со шкивом клинового ремня соединена без возможности проворачивания ведущая часть муфты скольжения, и шкив клинового ремня, а также ведущая часть муфты скольжения предусмотрены с возможностью относительного поворота и коаксиально валу, с которым шарнирно соединена ведущая часть муфты скольжения, а также вентилятор. При этом недостаток состоит в снова возникающих дополнительных нагрузках на подшипники вспомогательных агрегатов за счет общего вала, даже когда они развязаны по скорости вращения. Кроме того, требуется муфта скольжения.
В DE 103 24 314 А1 предлагается привод вентилятора, который предназначен для приведения в действие с помощью двигателя внутреннего сгорания транспортного средства с помощью гидравлического сцепления, и со средствами для повышения скорости вращения вентилятора. При этом вентилятор расположен коаксиально с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания. Параллельно оси коленчатого вала могут быть предусмотрены вспомогательные агрегаты, которые через общий первый ременный привод с повышающей передачей приводятся в действие от двигателя внутреннего сгорания. При этом вентилятор предназначен для приведения в действие через первую приводную ветвь, в которой находится гидравлическое сцепление, состоящее из приводного вала, приводного шкива и корпуса, а также свободный ход, непосредственно от коленчатого вала и, в качестве альтернативы, для повышения скорости вращения вентилятора через вторую приводную ветвь, которая содержит ременный привод от вспомогательного агрегата на гидравлическое сцепление и с помощью переключательной муфты может включаться и выключаться. Недостатком этого решения является сложность конструкции и относительно высокая стоимость конструктивных элементов для реализации привода вентилятора, поскольку, например, требуется муфта скольжения и элемент свободного хода.
Таким образом, задачей изобретения является дальнейшее усовершенствование известных из уровня техники исходных идей с предотвращением указанных выше недостатков. В частности, задачей изобретения является создание привода вентилятора с повышающей передачей, который реализуем экономично, с малыми нагрузками на компоненты и с небольшой потребностью в конструктивном пространстве.
Эти задачи решены с помощью устройств с признаками независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения и применения изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения и поясняются в последующем описании частично со ссылками на фигуры.
Согласно общей идеи изобретения, предлагается устройство для привода вентилятора приводного агрегата транспортного средства, в частности, транспортного средства промышленного назначения. Устройство называется в последующем также приводом вентилятора и содержит опорное приспособление, с помощью которого вентилятор может быть установлен коаксиально и с возможностью вращения относительно коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, а также ременный привод, с помощью которого вентилятор можно приводить в действие с повышающей передачей. Этот ременный привод называется в последующем первым ременным приводом. Первый ременный привод содержит первый и второй ременный шкив, которые посредством ремня, называемым в последующем первым ремнем, находятся в приводном соединении. Первый и/или второй ременный шкив могут быть выполнены, например, в виде поликлинового шкива. При этом первый ременный шкив расположен на первом опорном приспособлении и удерживается на нем без возможности проворачивания, и тем самым развязан по скорости вращения с коленчатым валом. Второй ременный шкив расположен коаксиально приводному валу компрессора сжатого воздуха и связан с ним по скорости вращения. Компрессор сжатого воздуха называется также воздушным компрессором. Оба понятия применяются в данном документе в одинаковом значении. Кроме того, также понятия ременный привод и привод с помощью ремня применяются в одинаковом значении.
Особое преимущество изобретения состоит в том, что опора вентилятора развязана по скорости вращения от коленчатого вала с помощью опорного приспособления, за счет чего могут предотвращаться дополнительные нагрузки коленчатого вала и опоры. За счет соответствующего выбора относительных размеров первого и второго ременного шкива может быть легче реализована желаемая повышающая передача. Особенно предпочтительно, когда лишь вентилятор и тем самым никакой другой вспомогательный агрегат, такой как, например, насос охлаждающего средства или генератор, не приводятся в действие первым ремнем, соответственно, первым ременным приводом. Таким образом, могут предотвращаться дополнительные нагрузки подшипников других вспомогательных агрегатов и необходимость их нового расчета. Кроме того, тем самым могут предотвращаться проблемы с неплотностью, вызываемые дополнительным или измененным приводом вентилятора. Кроме того, устройство, согласно изобретению, предпочтительно не имеет муфты скольжения, соответственно, переключательной муфты или муфты свободного хода, так что можно отказаться от таких дополнительных компонентов.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, второй ременный шкив соединен по скорости вращения с приводным валом компрессора сжатого воздуха с помощью механического сквозного привода. Этот вариант выполнения пригоден, в частности, когда должна быть реализована повышающая передача вентилятора, но без необходимости изменения положения вентилятора или других вспомогательных агрегатов и их приводов, поскольку существующий приводной вал компрессора сжатого воздуха «удлиняется» вперед на сквозной привод. Согласно одному особенно предпочтительному варианту выполнения, сквозной привод компрессора сжатого воздуха выполнен в виде приводимого в действие с помощью зубчатого колеса сквозного привода. Например, устройство для привода вентилятора может содержать зубчатую передачу, с помощью которой сквозной привод компрессора сжатого воздуха находится в приводном соединении с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания.
Сквозной привод может быть выполнен, например, в виде кулачковой муфты или крестовой муфты (крестово-кулисная муфта). С помощью такой муфты могут быть минимизированы характерные для компрессора сжатого воздуха вибрации и удары в осевом и радиальном направлении на соединенном ременном шкиве с сохранением подлежащего передаче крутящего момента и скорости вращения. Однако, наряду с кулачковой муфтой или крестовой муфтой возможны также другие варианты выполнения соединительных муфт для валов, в частности, зубчатых сцеплений, карданных шарниров или компенсационных муфт. В другом варианте выполнения второй ременный шкив может быть установлен непосредственно на валу компрессора сжатого воздуха с помощью соединения вал - ступица с силовым замыканием, геометрическим замыканием или с замыканием по материалу.
Для выполнения приводимого с помощью зубчатого колеса сквозного привода может быть предусмотрен поводковый элемент, который соединяет по скорости вращения (с возможностью передачи скорости вращения) установленное на приводном валу компрессора сжатого воздуха зубчатое колесо, называемое в последующем зубчатым колесом воздушного компрессора, с валом или ступицей, при этом второй ременный шкив удерживается на валу или ступице без возможности проворачивания. При этом зубчатое колесо воздушного компрессора на обращенной к компрессору сжатого воздуха стороне поводкового элемента соединено с геометрическим замыканием с поводковым элементом. Кроме того, вал или ступица может соединяться с геометрическим замыканием на обращенной от компрессора сжатого воздуха стороне поводкового элемента с поводковым элементом. Поводковый элемент может быть выполнен в виде ведомого диска, в частности, в виде крестовины, при этом на радиальные боковые поверхности ведомого диска могут воздействовать (входить в зацепление) проходящие в осевом направлении кулачки, как зубчатого колеса вентиляционного компрессора, так и ступицы или вала. Это обеспечивает возможность компактной и дешевой передачи крутящего момента на второй ременный шкив.
Как указывалось выше, сквозной привод может быть выполнен в виде приводимого с помощью зубчатого колеса сквозного привода. В одном предпочтительном варианте выполнения предусмотрена зубчатая передача для привода приводного вала и сквозного привода компрессора сжатого воздуха, имеющая установленное на приводном валу компрессора сжатого воздуха зубчатое колесо воздушного компрессора, промежуточное колесо и установленное на коленчатом валу зубчатое колесо коленчатого вала, при этом зубчатое колесо воздушного компрессора находится в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом, и промежуточное зубчатое колесо находится в зацеплении с зубчатым колесом коленчатого вала.
В другом предпочтительном варианте выполнения зубчатая передача может иметь установленное на приводном валу компрессора сжатого воздуха зубчатое колесо воздушного компрессора и установленное на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания зубчатое колесо коленчатого вала, при этом оба зубчатых колеса находятся в зацеплении друг с другом.
Согласно другому особенно предпочтительному варианту выполнения, второй ременный шкив выполнен в виде двойного ременного шкива, при этом двойной ременный шкив имеет первую ременную дорожку, в которую входит первый ремень, и вторую ременную дорожку, в которую входит второй ремень второго ременного привода. С помощью второго ременного привода приводится в действие насос охлаждающего средства и/или генератор, в частности, осветительный генератор.
Особое преимущество этих вариантов выполнения состоит в том, что за счет этого обеспечивается возможность плавной и с небольшой шумностью работы привода вентилятора. При поршневом компрессоре сжатого воздуха возвратно-поступательное движение поршней создает слышимый стук находящейся на приводном валу компрессора сжатого воздуха зубчатой передачи на основании зазора зубчатых колес. Однако, если зубчатое колесо воздушного компрессора и приводящий во вращение сквозной привод воздушного компрессора элемент через двойной поликлиновый шкив проходит к первому ременному приводу вентилятора и ко второму ременному приводу насоса охлаждающего средства и/или генератора (осветительного генератора), то эти силы предотвращают отскакивание зубчатого колеса воздушного компрессора, и за счет этого обеспечивается значительно более плавная работа двигателя.
Согласно другой возможности реализации изобретения предусмотрено, что опорное приспособление для удерживания первого ременного шкива имеет опорный корпус, который установлен на интегрированном подшипнике вала, при этом ременный шкив с помощью интегрированного подшипника вала установлен с возможностью относительного вращения на коленчатом валу. Интегрированный подшипник вала имеет вал, который с помощью нескольких рядов тел качения установлен в закаленном (на все поперечное сечение) наружном кольце. Другими словами, такой интегрированный подшипник вала не имеет внутреннего кольца, а имеет непосредственно выполненные в валу бегущие дорожки. За счет этого получается больше конструктивного пространства для тел качения, за счет чего несущая способность выше, чем в решениях с обычными отдельными подшипниками. Интегрированные подшипники вала известны из уровня техники и используются преимущественно в насосах охлаждающего средства транспортных средств и поэтому называются также подшипниками водяного насоса.
Вместо интегрированного подшипника вала можно в качестве альтернативного решения применять обычные подшипники качения, подшипники скольжения и/или двухрядные роликовые подшипники, соответственно два обычных отдельных подшипника, и отдельный вал.
Кроме того, опорное приспособление может иметь соединительный фланец, так что вентилятор может быть соединен с помощью фланцевого соединения с опорным приспособлением. Приводной вал компрессора сжатого воздуха предпочтительно расположен осепараллельно относительно коленчатому валу двигателя внутреннего сгорания, соответственно, вентилятору.
Согласно другому аспекту изобретения, предлагается транспортное средство, в частности, транспортное средство промышленного назначения, с устройством для привода вентилятора приводного агрегата транспортного средства, раскрытого в данном документе.
Указанные выше предпочтительные варианты выполнения и признаки изобретения можно произвольно комбинировать друг с другом. Другие подробности и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - привод вентилятора, согласно одному варианту выполнения изобретения, на виде спереди;
фиг.2 - продольный разрез вдоль оси коленчатого вала и оси вентилятора из фиг.1;
фиг.3 - продольный разрез вдоль оси компрессора сжатого воздуха из фиг.1;
фиг.4А - зубчатое колесо воздушного компрессора, в изометрической проекции; и
фиг.4В - вал ременного привода, в изометрической проекции.
На фиг.1 показан на виде спереди привод 1 вентилятора для транспортного средства промышленного назначения. Привод вентилятора содержит не видимое на фиг.1 опорное приспособление, которое предназначено для установки вентилятора (также не изображен на фиг.1) коаксиально и с возможностью вращения относительно коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания приводного агрегата 10. Позицией 28 обозначена средняя ось коленчатого вала (ось коленчатого вала) двигателя внутреннего сгорания, от которого на фиг.1 виден лишь корпус 14. Это соответствует также положению оси вентилятора. Привод вентилятора содержит дополнительно ременный привод 12 (первый ременный привод), с помощью которого вентилятор можно приводить во вращение с повышающей передачей, имеющий первый ременный шкив 18 и второй ременный шкив 20, которые соединены друг с другом через первый ремень 13, при этом первый ременный шкив 18 расположен на опорном приспособлении. Второй ременный шкив 20 расположен коаксиально приводному валу компрессора 16 сжатого воздуха и связан с ним по скорости вращения. Компрессор сжатого воздуха в данном случае является поршневым компрессором сжатого воздуха. Позицией 2 обозначена ось компрессора сжатого воздуха, т.е. в данном случае средняя ось коленчатого вала компрессора сжатого воздуха. Ременные шкивы 18 являются шкивами для поликлинового ремня.
Кроме того, ременный привод 12 содержит натяжной ролик 22, а также два направляющих ролика 24. В показанном варианте выполнения второй ременный шкив 20 приводит в действие через ремень 13 первый ременный шкив 18, с помощью которого в свою очередь приводится в действие не изображенный вентилятор. На фиг.1 можно видеть, что с помощью изменения радиуса второго, ведущего ременного шкива 20 относительно первого, ведомого ременного шкива 18 может быть реализовано множество возможностей передачи, как с ускорением, так и с замедлением, при этом в данном случае реализована повышающая передача. Даже при существующем приводном агрегате 10 можно за счет смены первого и/или второго ременного шкива реализовать новое передаточное число, без необходимости выполнения других изменений приводного агрегата 10. Это является также решающим преимуществом показанного ременного привода 12 по сравнению с зубчатым приводом, поскольку в последнем изменение передаточного числа, как правило, требует изменения соотношения делительных диаметров и изменения расстояния между осями зубчатых колес.
На фиг.1 показано, что первый ремень 13 приводит в действие лишь вентилятор через первый ременный шкив 18. Первый ременный привод 12, соответственно, первый ремень 13, в частности, не приводит в действие генератор, насос охлаждающего средства или другой вспомогательный агрегат. Компрессор сжатого воздуха приводится в действие через зубчатую передачу в управляющем корпусе и не через первый ременный привод 12.
На фиг.2 показана опора первого ременного шкива 18 на основе продольного разреза А-A’ вдоль оси 28 коленчатого вала. Расположенный на стороне двигателя, не изображенный коленчатый вал имеет в показанном варианте выполнения соединенное жестко и концентрично коленчатом валу зубчатое колесо 30 коленчатого вала, которое служит для соединения лежащих снаружи корпуса 14 двигателя потребителей. В показанном примере выполнения зубчатое колесо 30 коленчатого вала выполнено внутри приводного агрегата 10 и герметизировано относительно окружения с помощью уплотнения 32 коленчатого вала. Зубчатое колесо 30 находится в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом, которое в свою очередь находится в зацеплении с зубчатым колесом воздушного компрессора (не изображено на фиг.2), как будет пояснено ниже со ссылками на фиг.3.
Со смешением в осевом направлении относительно зубчатого колеса 30 коленчатого вала само по себе известным образом предусмотрен демпфер 34 колебаний и закреплен на зубчатом колесе 30 коленчатого вала. После демпфера 34 колебаний предусмотрено опорное приспособление 36, с помощью которого ременный шкив 18 установлен коаксиально и с возможностью вращения относительно коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Позицией 18 обозначено положение оси коленчатого вала. Опорное приспособление 36 содержит опорную втулку, соответственно опорный корпус 38, а также интегрированный подшипник 40 вала в виде подшипника качения. В другом, не изображенном варианте выполнения, подшипник качения предназначен для опоры лежащего внутри вала 41 в виде штатного подшипника, в частности, в виде О-образной системы. Однако возможны также другие системы подшипника качения, например, комбинация из неподвижного и плавающего подшипников, и применение подшипника скольжения вместо подшипника качения. Первый ременный шкив 18 жестко соединен с лежащим внутри валом 41 опорного приспособления 36, например, с помощью соединения вала и ступицы с геометрическим замыканием, например, с помощью цилиндрической прессовой посадки. На основе такого расположения создается коаксиальная относительно коленчатого вала и связанная по скорости вращения опора первого ременного шкива 18. В показанном примере выполнения первый ременный шкив 18 имеет дополнительно соединительный фланец 19, с помощью которого обеспечивается возможность соединения не изображенного вентилятора коаксиально и без возможности проворачивания.
На фиг.3 показан продольный разрез вдоль плоскости В-В’ на фиг.1 для иллюстрации приводимого с помощью зубчатой передачи сквозного привода воздушного компрессора 16 и связанного с ним второго ременного шкива 20. Показана часть управляющего корпуса 42, а также крышка 44 управляющего корпуса. В выемке управляющего корпуса 42 находится установленное на приводном валу компрессора сжатого воздуха зубчатое колесо 54 воздушного компрессора, которое для образования зубчатого привода соединено через промежуточное зубчатое колесо с зубчатым колесом коленчатого вала.
В показанном случае зубчатый привод выполняет две функции. В соответствии со своей первой функцией, зубчатая передача приводит во вращение вал 52 воздушного компрессора через жестко соединенный с валом 52 воздушного компрессора зубчатое колесо 54 воздушного компрессора и тем самым обеспечивает возможность работы компрессора 16 сжатого воздуха. В соответствии со своей второй функцией, зубчатая передача приводит во вращение с помощью механического сквозного привода 56 второй ременный шкив 20 и тем самым ременный привод 12. В показанном варианте выполнения механический сквозной привод выполнен в виде крестовой муфты.
Для этого предусмотрен поводковый элемент в виде крестовины 47, которая соединяет зубчатое колесо 54 воздушного компрессора с валом 48 ременного привода, при этом ременный шкив 20 удерживается на валу 48 ременного привода без возможности проворачивания.
Для образования сквозного привода зубчатое колесо 54 воздушного компрессора имеет выступающие профильные части в виде выступающих в осевом направлении к крестовине 47 кулачков 68а, которые входят в соответствующие выемки крестовины. Аналогичным образом, вал или ступица 48 имеет осевые кулачки 68b, которые входят в соответствующие выемки крестовины 47.
Опора 45 вала 48 ременного привода окружена опорным корпусом 43. В показанном варианте выполнения опора 45 вала 48 ременного привода состоит из двух подшипников 46 качения в штатном расположении подшипников, в частности, О-образном расположении. Возможны также другие концепции опоры, например, опоры с неподвижным и плавающим подшипником или плавающая опора вала 48 ременного привода. Опорный корпус 43 закреплен с помощью винтового соединения на крышке 44 управляющего корпуса. Второй ременный шкив 20 соединен без возможности проворачивания с валом 48 ременного привода.
В показанном варианте выполнения второй ременный шкив 20 выполнен в виде двойного шкива поликлинового ремня с первой дорожкой 58 для ремня и второй дорожкой 60 для ремня. Первая ременная дорожка 58 служит для привода не изображенного основного привода, с помощью которого приводятся в действие насос охлаждающего средства и генератор (осветительный генератор). Вторая ременная дорожка 60 служит для приведения в действие первого ременного привода 12 и тем самым вентилятора.
Соединение компрессора 16 сжатого воздуха с основным приводом через первую ременную дорожку 58 и механический сквозной привод 56 имеет значительное преимущество в том, что создаваемое с помощью основного привода на валу 48 ременного привода сопротивление оказывает демпфирующее действие на характеристики колебания и вибрации зубчатого привода.
На фиг.4А показано зубчатое колесо 54 воздушного компрессора, которое смонтировано на не изображенном на фиг.4А и 4В валу 52 воздушного компрессора и приводится во вращение с помощью зубчатого венца другого, не изображенного зубчатого колеса, которое в свою очередь соединено с зубчатым колесом коленчатого вала и тем самым с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания. Наряду с передачей силы на не изображенный вал 52 воздушного компрессора, зубчатое колесо воздушного компрессора обеспечивает возможность образования с помощью поводкового профиля 64 сквозного привода для приведения во вращение второго ременного шкива 20.
При этом кулачки 68А поводкового профиля 64 входят в соответствующие выемки крестовины, которая расположена между зубчатым колесом 54 воздушного компрессора и валом 48 ременного привода. Крестовина 47 не изображена на фиг.4А и 4В, однако показана на фиг.3.
На фиг.4В показан в изометрической проекции вал 48 ременного привода. Обращенная к крестовине 47 концевая зона вала 48 ременного привода имеет также проходящие в осевом направлении кулачки 68b, которые входят в соответствующие выемки крестовины.
Хотя описание изобретения приведено со ссылками на определенные примеры выполнения, для специалистов в данной области техники понятно, что возможно выполнение различных изменений и применение в качестве замены эквивалентов, без выхода за объем изобретения. Дополнительно к этому, могут быть выполнены многие модификации, без выхода из соответствующего объема. Следовательно, изобретение не должно ограничиваться раскрытыми примерами выполнения, а должно охватывать все примеры выполнения, которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения. В частности, изобретение претендует также на защиту предмета и признаков зависимых пунктов формулы изобретения, независимо от их подчиненности.
Перечень позиций
1 Привод вентилятора
2 Ось воздушного компрессора
10 Приводной агрегат
12 Ременный привод
13 Ремень
14 Корпус двигателя
16 Компрессор сжатого воздуха
18 Первый ременный шкив
19 Соединительный фланец
20 Второй ременный шкив
22 Натяжной ролик
24 Отклоняющий ролик
28 Ось коленчатого вала
30 Зубчатое колесо коленчатого вала
32 Уплотнение коленчатого вала
34 Демпфер колебаний
36 Опорное приспособление
38 Опорная втулка
40 Интегрированный подшипник вала
41 Лежащий внутри вал
42 Управляющий корпус
43 Опорный корпус
44 Крышка управляющего корпуса
45 Опора
46 Подшипник качения
47 Крестовина
48 Вал ременного привода
52 Вал воздушного компрессора
54 Зубчатое колесо воздушного компрессора
56 Сквозной привод
58 Первая ременная дорожка
60 Вторая ременная дорожка
62 Зубчатый венец
64 Поводковый профиль
68а,68b Выступающие профильные части