DE102008023177B4

DE102008023177B4 - Antriebseinrichtung für wenigstens eine Maschinenhilfseinheit mittels eines Riemens

Info

Publication number: DE102008023177B4
Application number: DE102008023177.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Füchtner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-05-10
Filing date: 2008-05-10
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2028-05-11
Also published as: DE102008023177A1; US20090280939A1; JP4977733B2; US7736255B2; JP2009270713A

Abstract

Antriebseinrichtung (1) für Maschinenhilfseinheiten (K, L, S/G), zum Übertragen einer Maschinenantriebskraft von einer Maschine (VM) über einen Riemen auf die Maschinenhilfseinheiten (K, L, S/G), wobei wenigstens eine Maschinenhilfseinheit (K, L, S/G,) als Elektromaschine (S/G) vorgesehen ist, die entweder eine Poly-V-Riemenscheibe zum Antrieb durch einen Poly-V-Riemen oder eine Zahn-Riemenscheibe zum Antrieb durch einen Zahnriemen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen eine gezähnte Seite (R₁) und eine Poly-V-Seite (R₂) aufweist die im Wesentlichen einander gegenüber liegen, wobei eine Maschinen-Riemenscheibe ausgebildet ist, um zum Übertragen der Maschinenantriebskraft die gezähnte Seite (R₁) des Riemens anzutreiben, wenn die Elektromaschine (S/G) eine Poly-V-Riemenscheibe aufweist, oder als Poly-V-Riemenscheibe ausgebildet ist, wenn die Elektromaschine (S/G) eine Zahn-Riemenscheibe aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für Maschinenhilfseinheiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Maschinen, wie beispielsweise dem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, sind üblicherweise verschiedene Maschinenhilfseinheiten wie ein Generator zur Stromerzeugung, ein Klimaaggregat, eine Lenkhilfs- bzw. Wasserpumpe usw. zugeordnet. Diese Maschinenhilfseinheiten werden zumeist durch einen Riemen von der Maschine bzw. vom Verbrennungsmotor angetrieben, wozu beispielsweise die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors dann eine Riemenscheibe aufweist, zum Antreiben des Riemens durch welchen dann Riemenscheiben der weiteren Maschinenhilfseinheiten mechanisch angekoppelt sind. Somit werden beim Drehen des Verbrennungsmotors über den Riemen die Maschinenhilfseinheiten mitgedreht und damit mitbetrieben.
Problematisch ist dabei die Übertragung eines hohen Drehmomentes von der Maschine über den Riemen auf die Maschinenhilfseinheiten. Hierzu kann etwa ein breiter Riemen vorgesehen sein, wozu jedoch ein entsprechender Bauraum verfügbar sein muss. Weiterhin kann die Riemenspannung erhöht werden, was jedoch die jeweiligen Lager stärker belastet. Zudem können formschlüssige Riemen verwendet werden, beispielsweise Zahnriemen, was jedoch insbesondere nachteilig ist wenn als Maschinenhilfseinheit eine Elektromaschine bzw. ein Generator angekoppelt ist. Durch dessen hohe Trägheit können nämlich hohe Belastungen des Riemens aufgrund der Anregung von Drehschwingungen der Maschine auftreten. Dieses Problem tritt insbesondere auch auf, wenn die Maschine ein Verbrennungsmotor ist, dessen Kurbelwelle den Riemen antreibt.
Aus der gattungsbildenden DE 102 00 686 A1 ist es bekannt, einen Poly-V-Riemen mit entsprechenden Riemenscheiben zu verwenden, zum Antrieb der Maschinenhilfseinheiten durch die Kurbelwelle.
Aus der DE 11 07 033 B ist ein kombinierter Keil- und Zahnriemen bekannt. Zu dessen Verwendung wird jedoch lediglich ausgeführt, dass der Keilriemen zur Übertragung erheblicher Kräfte geeignet ist, während der Zahnriemen zur Übertragung genauer Steuerbewegungen vorgesehen ist. Darüberhinaus sind aus den Druckschriften DE 21 26 858 C2 , DE 21 13 533 B2 und der DE 25 24 668 A1 Anordnungen bekannt, bei denen Riemenscheiben auf eine gezähnte und eine ungezähnte Seite eines Riemens angreifen.
Aus der DE 200 00 343 U1 ist des Weiteren eine Antriebseinrichtung mit einem Riemen bekannt, die zumindest mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und mit einer elektrischen Maschine wirkverbunden ist, wobei jedoch die Riemenscheiben aller Aggregate auf eine Seite des Riemens angreifen. Hierbei ist es jedoch schwierig hohe Drehmomente mittels eines gezähnten Riemens zu übertragen, da sich dies negativ auf das Schwingungsverhalten der Antriebseinrichtung auswirkt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine alternative Antriebseinrichtung für Maschinenhilfseinheiten, von denen wenigstens eine als Elektromaschine vorgesehen ist, anzugeben, die es einerseits ermöglicht hohe Drehmomente zu übertragen und andererseits ein beherrschbares Schwingungsverhalten aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung beruht auf der Idee, die mechanische Kopplung von Verbrennungsmotor und Elektromaschine vermittels des Riemens zu entzerren. Anders ausgedrückt wird die Einleitung der Kraft in den Riemen durch eine spezielle Gestaltung des Riemens getrennt von der Übertragung der Kraft auf die Elektromaschine vorgesehen. Hierfür wird ein Riemen verwendet, auf dessen einer Seite eine Zahnung vorgesehen ist und dessen andere Seite als Poly-V-Seite ausgeführt ist, wobei die beiden Seiten im Wesentlichen einander gegenüber liegen. Wenn die Elektromaschine eine Poly-V-Riemenscheibe aufweist, dann ist die Kurbelwellen-Riemenscheibe des Verbrennungsmotors als Zahn-Riemenscheibe ausgebildet um zum Übertragen der Antriebskraft des Verbrennungsmotors die gezähnte Seite des Riemens anzutreiben. Wenn hingegen die Elektromaschine eine Zahn-Riemenscheibe aufweist, dann ist die Riemenscheibe des Verbrennungsmotors als Poly-V-Riemenscheibe ausgebildet um zum Übertragen der Antriebskraft des Verbrennungsmotors die Poly-V-Seite des Riemens anzutreiben. Durch den Formschluss zwischen der gezähnten Seite des Riemens und der Zahn-Riemenscheibe ergibt sich eine sichere Übertragung eines starken Momentes zwischen Verbrennungsmotor bzw. Maschine und Elektromaschine. Durch die Verwendung der Poly-V-Seite des Riemens zur Übertragung des Moments zwischen dem Riemen und der Poly-V-Riemenscheibe ergibt sich eine starke Dämpfung möglicher Drehschwingungen durch Schlupf. Hierbei ist vermittels des Riemens natürlich sowohl die Übertragung eines Momentes vom Verbrennungsmotor bzw. der Maschine auf die Elektromaschine (Generatorbetrieb der Elektromaschine) als auch von der Elektromaschine auf den Verbrennungsmotor bzw. die Maschine (Motorbetrieb der Elektromaschine) möglich. Durch diese neuartige Einsatzmöglichkeit eines kombinierten Keil- und Zahnriemens kann also zuverlässig ein hohes Drehmoment zwischen Kurbelwelle und Elektromaschine übertragen werden, ohne das starke Schwingungsbelastungen auftreten die zur Schwächung des Riemens bzw. zu Riemengeräuschentwicklung führen. Dabei kann natürlich alternativ auch ein Riemen gewählt werden, der anstelle einer Poly-V-Seite eine andere geeignete Treibriemen-Seite aufweist.
Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung, wenn die Elektromaschine als Starter-Generator des Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Hierbei kann die Elektromaschine sowohl als Motor (Starter) als auch als Generator betrieben werden. Damit muss sowohl ein Moment vom Verbrennungsmotor auf die Elektromaschine, als auch von der Elektromaschine auf den Verbrennungsmotor übertragbar sein. Da die Elektromaschine entsprechen groß dimensioniert sein muss, um den Verbrennungsmotor starten zu können, werden auch entsprechend hohe Momente übertragen. Insbesondere muss beim Start des Verbrennungsmotors verlässlich, auch bei tiefen Temperaturen, ein hohes Drehmoment über den Riemen übertragbar sein. Dies wird durch die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung zuverlässig sichergestellt.
Da das Problem der Drehschwingungen vor allem beim Ankoppeln einer Elektromaschine bzw. eines Generators - aufgrund dessen hohen Trägheitsmoments - auftritt, wird mit Vorteil vorgeschlagen, die anderen Maschinenhilfseinheiten ebenfalls unter Verwendung der gezähnten Seite des Riemens anzutreiben. Derartige Maschinenhilfseinheiten wie beispielsweise eine Lenkhilfspumpe oder ein Klimakompressor werden somit zuverlässig durch die Kurbelwelle über die gezähnte Seite des Riemens mit Moment versorgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, die Elektromaschine zusätzlich als Riemenspanner einzusetzen. Dazu ist insbesondere eine Verstellung der Elektromaschine über eine Feder vorgesehen, zur Spannung des Riemens. Alternativ oder zusätzlich ist eine Verschiebung zweier der Elektromaschine zugeordneten Räder vorgesehen. Dies ermöglicht eine Sicherstellung einer gewünschten Riemenspannung.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, eine Kupplung zur Abkopplung des Riemens bzw. der Riemenscheibe von der Kurbelwelle vorzusehen. Eine derartige Kupplung kann beispielsweise als Magnetkupplung ausgebildet sein. Hierbei ergibt sich der Vorteil, im Stillstand des Kraftfahrzeuges, d.h. bei abgestelltem Verbrennungsmotor, eine Standklimatisierung vorzusehen. Hierzu wird der Starter-Generator als Motor betrieben, zum Antrieb des Klimakompressors über den Riemen. Durch die Abkupplung der Kurbelwelle muss der Verbrennungsmotor also nicht mitgedreht werden. Als weiterer Vorteil ergibt sich die Möglichkeit, den Starter-Generator abzukoppeln, wenn die Batterie voll geladen ist. Damit würde, beispielsweise bei vorhandener elektrischer Klimatisierung bzw. bei ausgeschalteter Klimaanlage, der Riementrieb vom Verbrennungsmotor abgekoppelt und somit kein zusätzliches Moment zum Betrieb des Startergenerators benötigt.
Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher dargestellt. Dabei zeigt die einzige Fig. schematisiert eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Dargestellt ist eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung 1 für mehrere Maschinenhilfseinheiten K, L, S/G. Die Antriebseinrichtung 1 wird von einer Maschine VM, hier ein Verbrennungsmotor, angetrieben. Dazu weist die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors VM eine entsprechende Riemenscheibe auf. Diese Verbrennungsmotor-Riemenscheibe treibt die Riemenscheiben der jeweiligen Maschinenhilfseinheiten K, L, S/G über einen Riemen an. Als Maschinenhilfseinheiten sind dabei ein Klimakompressor K, eine Lenkhilfspumpe L sowie ein Starter-Generator S/G vorgesehen. Zudem ist noch eine Umlenkrolle U vorgesehen. Der Riemen ist dabei ein kombinierter Zahn-/Treibriemen. Hierzu weist der Riemen eine erste Seite R₁ auf mit einer entsprechenden Zähnung. Die dieser Seite entgegengesetzte Seite R₂ des Riemens ist als Treibriemenseite ausgestaltet. Zur Übertragung entsprechend hoher Kräfte kann sie insbesondere als Poly-V-Riemenseite ausgeführt sein. Zur sicheren Übertragung des Drehmoments von der Kurbelwelle auf den Riemen ist die erste, gezähnte Seite R₁ des Riemens vorgesehen. Hierzu ist die Riemenscheibe der Kurbelwelle als Zahnriemenscheibe ausgebildet, zum Zusammenwirken mit der gezähnten Seite R₁ des Riemens. Auch die den Maschinenhilfseinheiten K, L zugeordneten Riemenscheiben sind jeweils als Zahnriemenscheiben ausgebildet, zum Zusammenwirken mit der gezähnten Seite R₁ des Riemens. Zudem ist hier auch die Umlenkrolle U entsprechend zum Antrieb durch die gezähnten Seite R₁ vorgesehen.
Aufgrund seiner hohen Trägheit wird nun die Elektromaschine, d.h. der Starter-Generator S/G, über die Treibriemenseite R₂ des Riemens angebunden. Hier ist die Treibriemenseite R₂ als Poly-V-Seite ausgebildet, zur Übertragung eines entsprechend hohen Drehmomentes zwischen dem Riemen und dem Starter-Generator S/G. Da die Übertragung des Drehmomentes nicht durch die gezähnte Seite des Riemens erfolgt, werden auch keine Drehschwingungen zwischen Kurbelwelle des Verbrennungsmotors VM und dem Starter-Generator S/G übertragen. Mithin ist eine sichere Übertragung eines hohen Drehmoments ohne störende Schwingungsbelastung zwischen Kurbelwelle und Maschinenhilfseinheiten möglich.

Claims

Antriebseinrichtung (1) für Maschinenhilfseinheiten (K, L, S/G), zum Übertragen einer Maschinenantriebskraft von einer Maschine (VM) über einen Riemen auf die Maschinenhilfseinheiten (K, L, S/G), wobei wenigstens eine Maschinenhilfseinheit (K, L, S/G,) als Elektromaschine (S/G) vorgesehen ist, die entweder eine Poly-V-Riemenscheibe zum Antrieb durch einen Poly-V-Riemen oder eine Zahn-Riemenscheibe zum Antrieb durch einen Zahnriemen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen eine gezähnte Seite (R₁) und eine Poly-V-Seite (R₂) aufweist die im Wesentlichen einander gegenüber liegen, wobei eine Maschinen-Riemenscheibe ausgebildet ist, um zum Übertragen der Maschinenantriebskraft die gezähnte Seite (R₁) des Riemens anzutreiben, wenn die Elektromaschine (S/G) eine Poly-V-Riemenscheibe aufweist, oder als Poly-V-Riemenscheibe ausgebildet ist, wenn die Elektromaschine (S/G) eine Zahn-Riemenscheibe aufweist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Maschine als Verbrennungsmotor (VM), die Maschinen-Riemenscheibe als Kurbelwellen-Riemenscheibe und die Elektromaschine (S/G) als Starter-Generator in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sind.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine weitere Maschinenhilfseinheit (K, L) vorgesehen ist, die durch die gezähnte Seite antreibbar ist, wenn die Elektromaschine (S/G) eine Poly-V-Riemenscheibe aufweist oder durch die Poly-V-Seite des Riemens antreibbar ist, wenn die Elektromaschine (S/G) eine Zahn-Riemenscheibe aufweist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, wobei eine weitere Maschinenhilfseinheit (K, L) als Lenkhilfspumpe, Klimakompressor oder Wasserpumpe ausgebildet ist.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektromaschine (S/G) als Riemenspannvorrichtung ausgebildet ist, zum Einstellen einer gewünschten Riemenspannung des Riemens.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Elektromaschine (S/G), insbesondere mittels wenigstens einer Feder (S), relativ zum Riemen verschiebbar ist um diesen zu spannen.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei zwei gekoppelte Räder vorgesehen sind, die relativ zum Riemen verschiebbar angeordnet sind um diesen zu spannen.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Maschinen-Riemenscheibe mittels einer Kupplung vom Riementrieb abkoppelbar ist.
Verwendung eines kombinierten Keil-/Zahnriemens zur mechanischen Kopplung der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors (VM) mit Maschinenhilfseinheiten umfassend eine Elektromaschine(S/G), wobei die Elektromaschine(S/G) und die Kurbelwelle von jeweils unterschiedlichen Seiten des kombinierten Keil-/Zahnriemens angekoppelt werden.