Lader sind im Prinzip mit Luftpumpen vergleichbar, die Ansaugluft unter erhöhtem Druck und mit höherer Dichte in den Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors fordern und dadurch dessen Füllung verbessern. Hierbei wird zwischen sog. Abgasturboladern, die die sonst verlorene Strömungsenergie der Abgase nutzen, und sog. mechanischen Ladern, die von der Kurbelwelle des Motors angetrieben werden, unterschieden.

Bei einem Lader mit einem mechanischen Antrieb wird der Motorkurbeltrieb des Motors über eine entsprechende Kupplung direkt auf den Lader übertragen, so daß in diesem, je nach Ausgestaltung, ein Verdichterrad während des Ansaugtaktes eine große Frischgasmenge verdichtet und den Zylindern zuführt. Ein solcher Lader zeichnet sich durch einen schnellen Aufbau des Ladedrucks und durch ein hohes Drehmoment, auch im unteren Drehzahlbereich, aus.

Darüber hinaus gleichen mechanische Lader den Nachteil von Abgasturboladern, insbesondere bei Dieselmotoren, aus, der darin besteht, dass im unteren Drehzahlbereich aufgrund der Massenträgheit der Abgase der Abgasturbolader nur mit einer leichten Verzögerung auf schnelle Veränderungen der Fahrpedalstellung reagieren kann (Turboloch), wodurch die Leistung kurzzeitig vermindert und die Rußemission durch eine nicht optimale Verbrennung erhöht ist.

Da ein mechanischer Lader nicht in das Abgassystem des Motors eingreift, kommen die beim Lastwechsel stets auftretenden Massenträgheitsmomente der Abgase auch nicht zum Tragen.

Um eine entsprechende Übersetzung des Motorkuppeltriebs über die Kupplung auf das Verdichterrad sicherzustellen, kommen im Stand der Technik vorzugsweise einstufig ausgebildete Stirnradgetriebe zum Einsatz.

Einem solchen einstufigen Stirnradgebetriebe wohnt jedoch der Nachteil inne, daß wegen der geforderten hohen Drehzahl und einer geforderten hohen Lebensdauer das Getriebe äußerst präzise gefertigt werden muß, was zwangsläufig mit einem erhöhten Konstruktions-und Herstellungsaufwand und damit einhergehenden erhöhten Kosten verbunden ist. Durch die darüber hinaus geforderte hohe Übersetzung ist ein solches Getriebe aufgrund der immanenten Störanfälligkeit der Lagerelemente aufgrund von entsprechenden Motorschwingungen einer hohen Ausfallrate unterworfen.

Ein weiterer Nachteil eines solchen Getriebes besteht in dem relativ großen Platzbedarf, der einerseits den Einsatz in Fahrzeugen in Abhängigkeit des vorhandenen Raumbedarfs erheblich einschränkt und andererseits in bereits vorhandene Konstruktionen Nachrüstaktionen unmöglich macht. Durch die gestufte Bauweise wird darüber hinaus die Ausführung eines solchen Laders unhandlich und schwerer als notwendig.

Ausgehend von diesen aus dem Stand der Technik bekannten Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Lader zu schaffen, der unter Beibehaltung eines hohen Wirkungsgrades und hoher Drehmomente einen kleinen Bauraum einnimmt, preisgünstig herzustellen ist und sich durch eine lange Lebensdauer auszeichnet.

Zur Lösung dieser Probleme schlägt die vorliegende Erfindung einen mechanischen Lader mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungswesentliche Prinzip beruht darauf, daß als hoch übersetzendes Getriebe ein sog. Kreisschubgetriebe zum Einsatz kommt, wie es beispielsweise aus der DE 195 15 146 C2 bekannt ist.

Das Prinzip eines Kreisschubgetriebes beruht darauf, daß eine Ebene mittels mindestens zwei sog. Blindkurbeln sowie einer Antriebskurbel mit jeweils gleichen Radien in eine kreisschiebende Bewegung versetzt wird, d. h., daß jeder Punkt dieser Ebene eine kreisförmige Bewegung zurücklegt, ohne daß er dabei um eine drehfest angeordnete Achse durch diese Ebene rotiert, so daß ein Kreisschub vollzogen wird. Vorzugsweise befinden sich die zwei Blindkurbeln und die Antriebskurbel auf den Eckpunkten eines spitzwinkligen, ggf. gleichschenkligen Dreiecks. Bei einem Kreisschubgetriebe wird nun diese so geformte Ebene von einem Zahnrad gebildet, das mit einem anderen Zahnrad kämmt. Es kann sich hier beispielsweise um ein Hohlrad mit einer Innenverzahnung handeln, in dem ein Stirnrad abläuft, und das in einen Kreisschub versetzt wird, oder um das Stirnrad selbst.

Somit beruht das Funktionsprinzip eines solchen Kreisschubgetriebes auf dem nahezu berührungslosen Eintauchen der Verzahnung der Zahnpaarungen ineinander und dem seitlichen kontinuierlichen Verschieben der Verzahnung zum Zweck der Drehmomentübertragung. Dies geschieht ohne ein Abwälzen der Zahnflanken gegeneinander. Eingriffsimpulse treten nicht auf, da während der Übertragung der Umfangskraft die Zähne des Antriebsrades und des Abtriebsrades flächig aufeinander liegen. Durch den Kreisschub wird bei den Zahnrädern auf den Zähnen ein sehr geringer spezifischer Flächendruck erzielt.

Jeder Punkt des kreisschiebenden Teils, ob Hohlrad oder Stirnrad, hat eine Umfangsgeschwindigkeit, die abhängig von der gewählten Exzentrizität der Antriebskurbel und der beiden Blindkurbeln sowie der Antriebsdrehzahl ist. Somit ist diese Geschwindigkeit auch die Geschwindigkeit der jeweiligen Zahnfläche des antreibenden Hohl-bzw. Stirnrades beim Auftreffen auf die Fläche des jeweils abtreibenden Stirn-bzw. Hohlrades.

Die Flächengeschwindigkeit der Abtriebsrad-Zahnflanke, ob Stirn-oder Hohlrad, in gleichförmiger Drehung ist abhängig von der infolge des gewählten Übersetzungsverhältnisses vorhandenen Abtriebsdrehzahl und dem gewählten Durchmesser des Abtriebs-Stirn-oder Hohlrads.

Da die Berührung der Zahnflanken beim seitlichen Schub vollflächig erfolgt und nicht, wie beispielsweise bei einer Elvoventenverzahnung, linienförmig, können demzufolge mit relativ kleinen Verzahnungen relativ große Drehmomente übertragen werden.

Da nur relativ kleine Verzahnungen ausreichen, sind die Durchmesser der verwendeten Zahnräder ebenfalls gering, so daß eine relativ geringe Baugröße unter Beibehaltung eines großen Drehmoments bewerkstelligt werden kann. Da darüber hinaus die Kraftübertragung zwischen den einzelnen Zahnflanken geringer ist, lassen sich auch minderwertigere und damit billigere Materialien zum Einsatz bringen.

Des weiteren muß über die vollflächige Anlage der Zähne kein Schmiermittel zur Verringerung der Reibung, des Verschleißes, der Geräusche und auch nicht zur Wärmeabfuhr eingesetzt werden.

Dies geht mit dem Vorteil einher, daß das Getriebesystem als solches offen ist, d. h. nicht gegen Schmiermittel abgedichtet sein muß, so daß die Einbauflexibilität eines solchen Getriebes weiter erhöht ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kreisschubgetriebe des mechanischen Laders ein Hohlrad mit einer Innenverzahnung, ein Stirnrad mit einer Außenverzahnung, das mit dem Hohlrad in Eingriff steht und mindestens zwei Blindkurbeln sowie eine Antriebskurbel auf, wobei eines der Zahnräder durch die Antriebskurbel eine drehungsfreie kreisförmige Schiebebewegung erfährt und das andere Zahnrad um eine ortsfeste Achse drehbar gelagert ist.

Die drehbar gelagerte Achse kann hierbei eine antriebsseitige oder eine abtriebsseitige Verbindungswelle in dem Lader sein.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des mechanischen Laders gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Hohlrad abtriebsseitig mit dem Verdichterrad und das Stirnrad antriebsseitig mit der Kupplung verbunden, wobei das Stirnrad durch die Antriebskurbel in eine drehungsfreie Schiebebewegung versetzt wird.

Da das Erfordernis nach einer Schmierung eines solchen Getriebes aufgrund der Ausgestaltung als Kreisschubgetriebe entfällt, können die in dem Getriebe verwendeten Lager als Keramiklager ausgebildet sein. Darüber hinaus können die Zähne der einzelnen Zahnräder des Getriebes aus einem Material gebildet sein, das keine Schmierung benötigt, beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem Sintermetall.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe und die Verdichtereinheit, ggf. auch die Kupplung, in einem einzigen Integralgehäuse angeordnet, wobei das Integralgehäuse in diesem integrierte Funktionselementen, wie beispielsweise Lagerschalen, Stützscheiben, Dichtelemente und dergleichen, aufweisen kann, je nach der jeweiligen konstruktiven Ausgestaltung.

In einer weiteren Ausführungsform des Laders gemäß der Erfindung ist als Getriebe zwischen der Kupplung und der Verdichtereinheit ein Planetengetriebe angeordnet, das so konzentrisch aufgebaut ist, daß es einen wesentlich kompakteren Bauraum einnimmt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kupplung als elektrisch betätigbare Magnetkupplung ausgebildet, die den Lader z. B. im Leerlauf abschaltet und während der Beschleunigung oder im Vollastbetrieb zuschaltet.

Nach einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das zwischen der Verdichtereinheit und der Kupplung angeordnete Getriebe zusätzlich eine Kuppelvorrichtung mit Freilauf auf, die die Magnetkupplung ersetzt und die bei einem Stillstand des Motors offen ist und über die Gaspedalstellung und einem entsprechenden elektronischen Steuerprogramm für das Fahrzeuggetriebe nach Bedarf und Lastzustand geschlossen und geöffnet werden kann.

Durch die Verwendung eines Kreisschubgetriebes zeichnet sich der mechanische Lader durch die Vorteile aus, daß er kostengünstig herzustellen ist, daß kein Bedarf an Ölschmierung und Kühlung der Verzahnung notwendig ist, dass ein kleiner Bauraum von dem Getriebe selbst eingenommen wird und sich dadurch der Bauraum der Gesamtanordnung des Laders reduziert, und dass der Lader geräuschärmer als herkömmliche Lader funktioniert, wobei die notwendigen Voraussetzungen eines hohen Wirkungsgrades und hoher Drehmomente sowie langer Lebensdauer und geringer Wartungsarbeiten beibehalten werden.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem in Zusammenhang mit den Zeichnungen dargestellten, die Erfindung keineswegs einschränkenden Ausführungsbeispiel. Es zeigen :

Figur 1 eine schematische Darstellung des mechanischen Laders gemäß der vorliegenden Erfindung ; und Figur 2 eine prinzipielle Schnittdarstellung des Kreisschubgetriebes aus den mechanischen Lader nach Figur 1.

Figur 1 gibt eine schematische Darstellung eines mechanischen Laders 1 gemäß der Erfindung wieder. Innerhalb des Laders 1 ist zwischen einer Magnetkupplung 2 und einer Verdichtereinheit 3 mit einem nicht näher dargestellten Verdichterrad ein Kreisschubgetriebe 4, hier schematisch als"black box"dargestellt, angeordnet.

Die Verdichtereinheit 3 weist eine Saugseite 5 und eine Druckseite 6 für die Ansaugluft auf.

Wie zu erkennen ist, ist das Kreisschubgetriebe 4 und die Verdichtereinheit 3 in einem einzigen Integralgehäuse 7 integriert.

Figur 2 gibt einen prinzipiellen Aufbau des Kreisschubgetriebes 4 wieder. Das Kreisschubgetriebe 4 weist ein Hohlrad 8 mit einer Innenverzahnung auf, das abtriebsseitig mit einer Verbindungswelle 9 zu dem Verdichterrad verbunden ist.

In dem Hohlrad 8 läuft ein Stirnrad 10 ab, das antriebsseitig mit einer Verbindungswelle 11 zu der Magnetkupplung 2 in Verbindung steht.

Das Stirnrad ist über mindestens zwei Blindkurbeln 12 mit einem antriebsseitigen Flansch 13 verbunden, der wiederum fest mit einem abtriebsseitigen Flansch 14 verbunden ist, in dem die Verbindungswelle 9 abtriebsseitig gelagert ist. Die Blindkurbeln 12 sind dabei als kugelgelagerte Extender ausgebildet, ebenso wie eine nicht gezeigte Antriebskurbel, die das Stirnrad 10 in einen Kreisschub versetzt.

Sämtliche Kugellager 15 in dem Kreisschubgetriebe 4 sind als Keramiklager ausgebildet.

An dem Stirnrad 10 ist ein Gegengewicht 16 als Schwungausgleichsmasse angeordnet.