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Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle und einem Riemenantrieb mit einem Freilauf.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 195 35 889 A1 ist eine Freilaufkupplung bekannt, die zwischen einer Riemenscheibe und einer Welle angeordnet ist. Die bekannte Freilaufkupplung eignet sich zum Antrieb eines Generators und ist Bestandteil einer Riemenscheibe, die zum Antrieb des Generators dient. Durch den Einsatz der Freilaufkupplung wird eine Eigendämpfung ermöglicht, so dass die Drehmomentübertragung des Zugmitteltriebs verbessert wird. Aus der europäischen Patentschrift
EP 0 980 479 B1 ist ein Riemenantriebssystem mit einer Gerieratorverbindungsfreilaufkupplung bekannt, de eine Torsionswickelfeder und einen Einweg-Kupplungsmechanismus umfasst. Dadurch können die Antriebsdrehmomente der Generator-Riemenscheibe auf eine Nabe nachgiebig übertragen werden. Darüber hinaus kann die Riemenscheibe des Generators von der Nabe in eine Richtung abgekoppelt werden. Aus der deutschen Patentschrift
DE 196 36 628 C1 ist ein Freilauf mit einem Klemmkörper bekannt, der durch eine sich in Umfangsrichtung eines Spalts erstreckende, elastisch verformte Spiralfeder gebildet ist. Aus der europäischen Patentschrift
EP 0 782 674 B9 ist ein Kurbelwellenentkuppler mit einer richtungsgeschalteten Kupplung bekannt, die dazu dient, selektiv Rotationskräfte zwischen einer Einbaunabe und einer Riemenscheibe zu übertragen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2005 029 351 A1 Ist ein Triebrad zum Antreiben eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine mit einer Dämpfungseinrichtung bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine bauraumneutrale Lösung für eine von der Kurbelwelle abkoppelbare Kurbelwellenriemenscheibe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen. Dabei soll die erfindungsgemäße Kurbelwellenriemenscheibe insbesondere einen Start-Stopp-Betrieb, einen Standklima- und Generatorbetrieb, vorzugsweise mit einer Impulsstartmöglichkeit inklusive Kurbelwellentilger, und/oder Ausgleich von Drehungleichförmigkeiten im Riemenbetrieb, ermöglichen.
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Die Aufgabe ist bei einer Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle und einem Riementrieb, mit einem Riemenscheibenfreilauf, dadurch gelöst, dass der Freilauf der Kurbelwellenriemenscheibe mit einer über einen Betätigungshebel betätigbaren Kupplung kombiniert ist, durch die der Freilauf überbrückt werden kann. Die Kurbelwellenriemenscheibe ist vorzugsweise im Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet, die eine Brennkraftmaschine und gegebenenfalls eine Elektromaschine, wie einen Startergenerator, umfasst. Die Brennkraftmaschine wird zum Beispiel mithilfe des Startergenerators gestartet. Wenn die Brennkraftmaschine, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird, zum Beispiel in einem Start/Stopp-Modus abgeschaltet ist oder das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug rein elektrisch betrieben wird, kann der Riementrieb und damit auch der Kompressor der Klimaanlage bei geöffneter Kupplung durch den Startergenerator betrieben werden. Wenn die Kupplung geschlossen wird, kann der Startergenerator die Kurbelwelle über den Riementrieb in Rotation versetzen, um die Brennkraftmaschine zu starten. Nach einem Startvorgang wird die Kupplung wieder geöffnet. In diesem Zustand kann der Startergenerator von der Kurbelwelle über den Freilauf angetrieben werden (generatorischer Betrieb), wobei durch Kurbelwellenschwingungen hervorgerufene Drehungleichförmigkeiten mittels des Freilaufs analog zu Generatorfreiläufen ausgeglichen werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung durch einen Rampenmechanismus betätigbar ist. Der Rampenmechanismus wird zum Beispiel betätigt, wenn sich die Riemenscheibe beziehungsweise eine Riemenscheibenspur in Rückwärtsdrehrichtung dreht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung durch eine Vorsteuerkupplung und eine zwischen der Vorsteuerkupplung und der Kurbelwelle angeordnete Riemenscheibentrennkupplung gebildet ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung durch eine externe Federeinrichtung in eine geschlossene Stellung vorgespannt ist. Die externe Federeinrichtung ist ein gefederter Betätigungshebel, die Kupplung selbst ist als sogenannte normally-open-Kupplung (normal geöffnet) ausgeführt. Diese Kupplung wird beispielsweise durch eine interne Federeinrichtung in geöffneter Stellung gehalten, wenn die externe Federeinrichtung eine geringere Kraft bewirkt als die interne Kupplungsfeder. Im Standklimabetrieb oder Generatorbetrieb ist die Kupplung geöffnet. Zum Starten der Brennkraftmaschine über den Startergenerator wie die Kupplung zumindest für die Dauer des Startvorgangs geschlossen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung durch die Federeinrichtung selbst öffnend ausgeführt ist. Mithilfe des Rampenmechanismus wie die Kupplung mindestens für die Dauer eines Startvorgangs zum Starten der Brennkraftmaschine geschlossen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungshebel als Betätigungs-Riemenspanner ausgeführt ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung reibschlüssig ausgeführt ist. Zum Verbessern des Reibschlusses ist vorzugsweise mindestens einer der Reibpartner mit mindestens einem Reibbelag versehen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung formschlüssig ausgeführt ist. Die formschlüssige Kupplung ist zum Beispiel als Klauenkupplung ausgeführt.
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Darüber hinaus wird eine Anordnung der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe angegeben, bei der der Betätigungs-Riemenspanner zwischen einem Klimakompressor und der Kurbelwellenriemenscheibe angeordnet ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anordnung der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungs-Riemenspanner über einen Riemen in Verbindung mit wenigstens zwei weiteren Spannrollen steht. Eine erste Spannrolle ist vorzugsweise zwischen der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe und einem Startergenerator angeordnet. Eine zweite Spannrolle ist vorzugsweise zwischen dem Startergenerator und dem Klimakompressor angeordnet.
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Durch die zuvor beschriebene Ausführungsform und Anordnung der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe ist eine Trennung von Riemenscheibe und Kurbelwelle ohne einen separaten Aktor möglich.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 ein Schematisches Prinzipbild der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe mit Booster-Kupplung im Schnitt,
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2 schematisch den Riementrieb der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe in einer Draufsicht inklusive der notwendigen Spanner und deren Schwenkbereiche,
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3 den Riementrieb mit der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe in einer Draufsicht im Stillstand bzw. im Betriebszustand ”Generatorstart”,
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4 den Riementrieb der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe in einer Draufsicht im Betriebszustand „Standklimatisierung”,
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5 den Riementrieb mit der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe in einer Draufsicht im Betriebszustand „Generatorbetrieb”,
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6 ein schematisches Prinzipbild der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe mit formschlüssiger Kupplung im Schnitt.
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In den 1 bis 6 ist eine erfindungsgemäße Kurbelwellenriemenscheibe in verschiedenen Darstellungen und Einzelteilen dargestellt. Die Kurbelwellenriemenscheibe umfasst eine Riemenscheibenspur, die verkürzt auch als Riemenscheibe 1 oder Riemenspur bezeichnet wird und dazu dient, einen Riemen 11 eines Riementriebs mit einem Riemenstartergenerator 12 und/oder mit einem Klimakompressor 13 zu koppeln. Die Kurbelwellenriemenscheibe 10 ist mithilfe einer zentralen Schraube an einer Kurbelwelle 2 eines Kraftfahrzeugs angebracht. Die Kurbelwelle 2 ist durch eine Brennkraftmaschine angetrieben, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird.
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In 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe 10 gezeigt, bei der die Kupplung durch eine Vorsteuerkupplung 7 und eine Riemenscheibentrennkupplung 4 gebildet ist. Die Riemenscheibentrennkupplung 4 ist in der dargestellten Ausführungsform als Booster-Kupplung ausgebildet. Wird bei stehender Kurbelwelle 2 und rotierender Riemenscheibe 1 eine kleine, zwischen Kurbelwelle 2 und einem an die Riemenscheibe 2 angeschlossenen ersten Rampenmechanismus 8 angeordnete Vorsteuerkupplung 7 geschlossen, so wird der kupplungsseitige Teil des ersten Rampenmechanismus 8 gegen die stehende Kurbelwelle 2 gebremst und verdreht. Dadurch führt der riemenscheibenseitige Teil des ersten Rampenmechanismus 8 eine Axialbewegung aus. Durch die Axialbewegung des ersten Rampenmechanismus 8 wird die Riemenscheibentrennkupplung 4 geschlossen. Der erste Rampenmechanismus 8 ist nicht selbsthemmend ausgelegt, damit beim Öffnen der Vorsteuerkupplung 7 auch die Riemenscheibentrennkupplung 4 wieder öffnet.
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Die Betätigung der Vorsteuerkupplung 7 erfolgt bei der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe 10 nicht über einen zusätzlich benötigten Aktor, sondern durch einen ersten Rampenmechanismus 8, der bei Verdrehung eines daran befestigten Betätigungshebels mit Riemenspanner 9 eine Axialbewegung zum Schließen der Vorsteuerkupplung 7 erzeugt. Am Ende des Betätigungshebels 9 ist eine Spannrolle angebracht, die federvorgespannt auf den Riemen 11 drückt und diesen gegen die Vorspannung zweier weiterer am Riemen 11 angebrachten Spannenrollen 14, 15 um einen Betätigungsweg für den zweiten Rampenmechanismus 6 ausgelenkt. Im unbelasteten, stehenden Riementrieb ist der Betätigungshebel mit Riemenspanner 9 aufgrund seiner höheren Federkraft gegen die beiden anderen Riemenspanner 14, 15 ausgelenkt. Der daran angeschlossene erste Rampenmechanismus 8 betätigt die (normal geöffnete) Vorsteuerkupplung 7 und hält diese geschlossen.
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2 zeigt eine mögliche Anordnung von Spannrollen 9, 14, 15 und Riemenscheibe 10, 12, 13 im erfindungsgemäßen Riementrieb. Die Reihenfolge der Bauteile in Zugrichtung des Riemens 11 ist in 2 wie folgt dargestellt. Zwischen einer Riemenscheibe eines Startergenerators 12 und der Riemenscheibe eines Klimakompressors 13 ist ein erster Spanner 15 mit Spannrolle angeordnet. Zwischen der Riemenscheibe des Klimakompressors 13 und der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe 10 ist der Betätigungshebel mit Riemenspanner 9 angeordnet. Auf die Kurbelwellenriemenscheibe 10 folgt in Riemenzugrichtung ein zweiter Spanner 14 mit Spannrolle und die Riemenscheibe des Startergenerators 12.
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3 zeigt den unbelasteten, ruhenden Zustand des Riementriebs. Aufgrund der im Gegensatz zu den Spanner 14 und 15 stärkerem Vorspannkraft des Betätigungshebels mit Riemenspanner 9 wird der Riemen 11 dadurch gespannt gehalten und aufgrund der Auslegung des Betätigungshebels die Vorsteuerkupplung 7 geschlossen.
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Wird in diesem Zustand der Startergenerator 12 bestromt und in Drehung versetzt, so wird über die geschlossene Vorsteuerkupplung 7 und den zweiten Rampenmechanismus 6 die Riemenscheibentrennkupplung 4 geschlossen und die Kurbelwelle 2 mit der Riemenscheibe 1 in Drehung versetzt. Dadurch kann der Verbrennungsmotor gestartet werden.
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4 zeigt den Betriebszustand „Standklimatisierung”. Wird der Riementrieb über den Startergenerator 12 in Bewegung versetzt und der Klimakompressor 13 ist belastet, so wird aufgrund der Reihenfolge der Anordnung der Spanner und Aggregate der Riemen 11 sowohl zwischen der Riemenscheibe des Startergenerators 12 und der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe 10 als auch zwischen der Kurbelwellenriemenscheibe 10 und der Riemenscheibe des Klimakompressors 13 gespannt. Die zwischen der Kurbelwellenriemenscheibe 10 und der Riemenscheibe des Startergenerators 12 angeordnete federvorgespannte Betätigungs-Spannrolle 9 spannt den unbelasteten Teil des Riemens 11 zwischen Startergenerator 12 und dem Klimakompressor 13. Dadurch, dass der Betätigungshebel mit Riemenspanner 9 in diesem Betriebszustand keinen Axialweg mehr in ersten Rampenmechanismus 8 bewirkt, sind die Vorsteuerkupplung 7 und damit auch die Riemenscheibentrennkupplung 4 geöffnet. Die Kurbelwelle 2 wird somit nicht mit der rotierenden Riemenscheibe 1 mitgenommen.
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5 zeigt den Betriebszustand „Generatorbetrieb”. Nach dem Start des Verbrennungsmotors sind sowohl der Riementrum zwischen dem Startergenerator 12 und dem Klimakompressor 13 als auch der Riementrum zwischen Klimakompressor 13 und Kurbelwelle 2 gespannt, da nun die Kurbelwelle 2 über den Freilauf 5 die Riemenscheibe 1 antreibt. In diesem Zustand ist die Riemenscheibentrennkupplung 4 geöffnet, damit die -Entkopplungswirkung des Freilaufs 5 zur Lebensdauererhöhung und Entlastung des Riemens 11 wirksam werden kann.
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Durch die Ausführung der Riemenscheibentrennkupplung 10 als Reibungskupplung ist eine Impulsstartfunktion möglich. Wird im Betriebszustand „Standklimatisierung” der Klimakompressor 13 ausgeschaltet (lastenfrei), so wird der Betätigungshebel durch die Federvorspannung ausgelenkt. Dadurch wird der nun unbelastete Riementrum zwischen der Kurbelwelle 2 und dem Klimakompressor 13 gespannt. Dadurch werden die Vorsteuerkupplung 7 und die Riemenscheibentrennkupplung 4 geschlossen und der Verbrennungsmotor gestartet.
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6 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurbelwellenriemenscheibe 10. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet die Riemenscheibe 1 statt der reibschlüssigen Booster-Kupplung (Vorsteuerkupplung, Rampenmechanismus und Riemenscheibentrennkupplung) eine normal geöffnete formschlüssige Kupplung (z. B. Klauenkupplung 16), welche direkt durch den Axialweg des ersten Rampenmechanismus 8 am Betätigungshebel mit Riemenspanner 9 geschlossen werden kann. Diese Ausführungsform ist weniger bauraumintensiv und kostengünstiger, jedoch muss zum Start des Verbrennungsmotors der Riementrieb zunächst bis zum Stillstand verzögert werden. Dadurch ist bei dieser Ausführungsform keine Impulsstartfunktion möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riemenscheibe
- 2
- Kurbelwelle
- 3
- Kurbelwellentilger
- 4
- Riemenscheibentrennkupplung
- 5
- Freilauf
- 6
- zweiter Rampenmechanismus
- 7
- Vorsteuerkupplung
- 8
- erster Rampenmechanismus
- 9
- Betätigungshebel mit Riemenspanner
- 10
- Kurbelwellen-Riemenscheibe
- 11
- Riemen
- 12
- Startergenerator
- 13
- Klimakompressor
- 14
- zweite Spannrolle
- 15
- erste Spannrolle
- 16
- Klauenkupplung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19535889 A1 [0002]
- EP 0980479 B1 [0002]
- DE 19636628 C1 [0002]
- EP 0782674 B9 [0002]
- DE 102005029351 A1 [0002]