DE10339617A1

DE10339617A1 - Andruckrolle für einen Reibradantrieb

Info

Publication number: DE10339617A1
Application number: DE10339617A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Bogner
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2004-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reibradantrieb (1), der eine Andruckrolle (5) umfasst, die mittels eines Kolbens (4) zwischen einer Betriebsstellung und einer Neutralstellung verschiebbar ist. Die Verstellung erfolgt mittels eines in den Druckraum (7) des Gehäuses (2) eingeleiteten Hydraulikfluids. In den Druckraum (7) ist weiterhin ein als Zugfeder ausgebildetes Federmittel (17) eingesetzt, das einem Hydraulikdruck entgegenwirkt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Andruckrolle für einen Reibradantrieb, der mit einem Zugmitteltrieb kombiniert, zum Antrieb von zumindest einem Aggregat einer Brennkraftmaschine dient. Die in zumindest zwei Positionen einstellbare Andruckrolle ist in einer Betriebsstellung kraftschlüssig an einer Kontaktscheibe eines Antriebsorgans abgestützt und in einer Neutralstellung getrennt von dem Antriebsorgan positioniert.
Hintergrund der Erfindung

Reibradantriebe werden im Maschinenbau und im Fahrzeugbau für unterschiedliche Anwendungen vorgesehen. Aus der DE 196 35 808 A1 ist ein als Reibradantrieb gestalteter Zusatzantrieb für ein Fahrzeugrad eines Motorrades bekannt. Dieser Antrieb hat die Aufgabe, den konventionellen Antrieb des Fahrzeugs bedarfsweise zu unterstützen. Dazu schließt der Reibradantrieb einen Elektromotor ein, der über ein Getriebe eine Andruckrolle antreibt, die in Richtung der Radfelge schwenkbar ist. Der zuschaltbare Reibradantrieb unterstützt den konventionellen Antrieb des Rades beispielsweise, wenn aufgrund fehlender Haftreibung der Vortrieb des Fahrzeugs beeinträchtigt ist oder wenn die Antriebskraft der konventionell angetriebenen Räder nicht ausreicht, eine Steigung zu überwinden.

Die DE 195 07 607 C2 zeigt einen weiteren Stand der Technik, bei dem eine Andruckrolle eines Reibradantriebes zwischen zwei gegensinnig umlaufenden Reibwellen schwenkbar angeordnet ist. Der Reibradantrieb ist dabei mit einem als Kettentrieb ausgeführten Zugmitteltrieb verbunden. Das Reibrad bzw. die Andruckrolle ermöglicht in Verbindung mit einem Kettentrieb eine Antriebswelle in zwei Drehrichtungen anzutreiben. Zur Verstellung der Andruckrolle ist eine manuell zu bedienende Federeinrichtung vorgesehen.

Zusammenfassung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bedarfsabhängig den Antrieb eines separaten Aggregats einer Brennkraftmaschine zu realisieren.

Diese Aufgabenstellung wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen Reibradantrieb ermöglicht, der eine Andruckrolle umfasst, die mittels eines kraftbeaufschlagten Kolbens verschiebbar ist. Die erfindungsgemäße Andruckrolle ist in der Betriebsstellung, gleichzeitig an Kontaktscheiben eines Abtriebsorgans und eines Antriebsorgans abgestützt, um den Antrieb eines Aggregates zu ermöglichen. In der Neutralstellung ist die Andruckrolle über den Kolben von dem Aggregat getrennt positioniert. Der kraftbeaufschlagte, verdrehgesichert geführte Kolben begrenzt einen Druckraum in dem Gehäuse. Die erfindungsgemäße, einem Reibradantrieb zugeordnete Andruckrolle in Kombination mit dem Zugmitteltrieb ermöglicht einen modularen Antrieb für Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine.

Vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Reibradantrieb für einen bedarfsabhängigen Antrieb einer Kühlmittelpumpe bestimmt und der Zugmitteltrieb zum Antrieb weiterer Nebenaggregate der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Lenkhilfspumpe, Klimakompressor, Generator. Mit dem erfindungsgemäßen Antriebs kann im Startmodus, bei dem keine Kühlung der Brennkraftmaschine erforderlich ist, die Kühlmittel- bzw. Wasserpumpe vom Antrieb entkoppelt werden, d. h. beim Start der Brennkraftmaschine entfällt der Kühlmittelpumpenantrieb. Diese Maßnahme bewirkt eine Verbrauchsoptimierung und verringert gleichzeitig den Verschleiß, da die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine schneller erreicht werden kann. Weiterhin bietet es sich an, alternativ zu einer Visko-Kupplung den Klimakompressor der Brennkraftmaschine mittels der erfindungsgemäß ausgebildeten Andruckrolle ausschließlich bedarfsabhängig anzutreiben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 13.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Andruckrolle eines Reibradantriebes sieht vor, dass diese endseitig in einem als Gabelkopf ausgebildeten Kolben drehbar eingesetzt ist.

Vorteilhaft ist der zylindrische Druckraum des Gehäuses von einem Hydraulikfluid beaufschlagbar. Damit ergibt sich eine hydraulische Verstellung der Andruckrolle, die beispielsweise mittels einer elektronischen Steuerung unter Berücksichtigung von Betriebsparametern beeinflußbar ist.

Zwischen dem Kolben und dem Gehäuse ist vorzugsweise ein Rückholeinrichtung vorgesehen. Diese gewährleistet eine stets eindeutige Lageposition der Andruckrolle. Die Rückholeinrichtung bewirkt eine Kraftbeaufschlagung des Kolbens in Richtung der Neutralstellung, in der über die Andruckrolle kein Antrieb der Kühlmittelpumpe oder eines beliebigen Antriebsorgans erfolgt. Als Rückholeinrichtung eignet insbesondere eine im Druckraum des Gehäuses integrierte Zugfeder, die beispielsweise bei einer hydraulischen Umschaltung der Andruckrolle von der Betriebsstellung in die Neutralstellung den Kolben in Richtung der Neutralstellung verschiebt.

Alternativ dazu schließt die Erfindung eine zwischen dem Gehäuse und dem Kolben vorzugsweise im Druckraum des Gehäuses eingesetzte Druckfeder ein, durch die eine stetige Kraftbeaufschlagung der Andruckrolle in Richtung der Betriebsstellung erfolgt. Eine entgegengesetzte Verstellung des Kolbens und der damit in Verbindung stehenden Andruckrolle in Richtung der Neutralstellung bewirkt ein im Druckraum eingeleiteter Unterdruck. Dazu ist das Gehäuse mit einem Unterdruckanschluss versehen, über den ein Vakuum in den Druckraum gelangt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Verstellung der Andruckrolle in Abhängigkeit von Betriebsparametern und / oder Umgebungsbedingungen der Brennkraftmaschine vorzunehmen. Dazu bietet es sich beispielsweise an, dass die Andruckrolle abhängig von der Kühlmitteltemperatur und / oder der Schmiermitteltemperatur der Brennkraftmaschine verstellbar ist. Vorteilhaft ist dazu eine elektronische Steuerung vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die beispielsweise bei Überschreitung von Grenztemperaturen den Kolben und die damit verbundene Andruckrolle verschiebt, um einen Antrieb der Kühlmittelpumpe zu veranlassen oder zu unterbrechen. Mittels geeigneter Steuerglieder, beispielsweise Mehrwegeventile, kann dazu der Druckraum des Gehäuses mit einem Hydraulikfluid beaufschlagt werden.

Zur Erzielung einer optimalen Abstützung der Andruckrolle an den Kontaktscheiben des Abtriebsorgans und des Antriebsorgans ist das Gehäuse in Verbindung mit dem Kolben und der zugehörigen Andruckrolle begrenzt schwenkbar lagepositioniert. Diese Maßnahme gewährleistet eine ideale Ausrichtung der Andruckrolle, zur Erzielung eines weitestgehend schlupffreien Reibradantriebes von der Abtriebsrolle über die Andruckrolle zu dem Antriebsorgan.

Eine weitere vorteilhafte Auslegung der Erfindung sieht vor, den Kolben und die damit in Verbindung stehende Andruckrolle stufenlos zwischen der Neutralstellung und der Betriebsstellung zu positionieren. Damit ist eine Nachstellung des Reibradantriebes gewährleistet, der beispielsweise bei einem Verschleiß der Kontaktscheiben oder der Andruckrolle erforderlich ist.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Andruckrolle eine elastische Mantelfläche auf, die sich ebenfalls auf einen schlupffreien Antrieb zwischen dem Abtriebsorgan und der Andruckrolle einerseits und der Andruckrolle und dem Antriebsorgan andererseits auswirkt. Als elastische Mantelfläche bietet es sich an, die Andruckrolle mit einer gummiartigen zylindrischen Außenhülle zu versehen. Alternativ kann zur Erzielung einer elastischen Mantelfläche die Andruckrolle mit zumindest einem oder vorteilhaft mehreren parallel angeordneten Rundgummiringen oder O-Ringen versehen werden. Neben einer vorteilhaften Verringerung des Schlupfes verringert die elastische Mantelfläche weiterhin vorteilhaft die Geräuschentwicklung des Reibradantriebs.

Alternativ zu einer Andruckrolle mit einer elastischen Mantelfläche bietet es sich an, die Kontaktscheiben des Antriebsorgans und des Abtriebsorgans mit elastischen Mantelflächen zu versehen. Weiterhin schließt die Erfindung ein, alle den Reibantrieb bildenden Bauteile wie, Abtriebsorgan, Antriebsorgan und Andruckrolle mit einer elastischen Mantelfläche zu versehen.

Die Andruckrolle stützt sich in der Betriebsstellung vorzugsweise unmittelbar an der Kontaktscheibe des Antriebsorgans ab und gleichzeitig mittelbar an dem Zugmittel im Bereich des Abtriebsorgans. Dieser Aufbau ermöglicht, dass die Andruckrolle in einer Flucht mit dem Zugmittel des Zugmitteltriebs angeordnet ist. Durch die sich einstellende mittelbare Abstützung der Andruckrolle an dem Abtriebsorgan stellt sich gleichzeitig ein schlupfoptimierter Antrieb ein.

Als Maßnahme die Lebensdauer des Reibradantriebes zu verbessern, stützt sich die Andruckrolle erfindungsgemäß in der Betriebsstellung mit einer nahezu konstanten Anpresskraft an den Kontaktscheiben des Antriebsorgans und des Abtriebsorgans ab. Dieses Ziel wird mittels einer entsprechend ausgelegten elektronischen Steuerung erreicht. Dazu bietet es sich an, den Steuerdruck in dem Druckraum des Gehäuses mittels geeigneter Drucksensoren zu überwachen, um davon abhängig, den Druck des Hydraulikfluids oder des Vakuums zu beeinflussen.

Vorteilhaft zur Erzielung einer dauerhaften Funktions, bzw. erhöhten Lebensdauer des Reibradantriebes ist erfindungsgemäß eine Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse vorgesehen. Dazu eignet sich insbesondere eine in eine Ringnut des Gehäuses eingesetzte Dichtung, ein Rundgummiring bzw. ein O-Ring. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Dichtung kann eine Dichtmanschette bzw. ein Faltenbalg vorgesehen werden, der mit einem Ende den Kolben bzw. den Gabelkopf und mit dem weiteren Ende das Gehäuse außenseitig umschließt und an dem jeweiligen Bauteil positioniert ist. Vorzufgsweise eignet sich dazu eine Ringnut, in die eine Wulst des Faltenbalgs formschlüssig eingepasst ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigen:
1 in einer Schnittdarstellung den Aufbau des erfindungsgemäßen Reibradantriebs;
2 die Seitenansicht des Reibradantriebs gemäß 1, bei dem das Gehäuse einen Unterdruckanschluß einschließt;
3 den Reibradantrieb gemäß 3, wobei das Gehäuse mit einem Druckmittelanschluss versehen ist;
4 den endseitigen profilierten Abschnitt des Kolbens, der im eingebauten Zustand formschlüssig in ein entsprechendes Innenprofil des Gehäuses eingreift;
5 einen Zugmitteltrieb in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Reibradantrieb in der Betriebsstellung;
6 eine der 5 vergleichbare Darstellung, wobei der Reibradantrieb in der Neutralstellung dargestellt ist.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist in einer Schnittdarstellung der erfindungsgemäße Reibradantrieb 1 dargestellt, bestehend aus einem Gehäuse 2, das an einem Maschinenteil 3, beispielsweise einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine befestigt ist. Im Gehäuse 2 ist ein als Gabelkopf gestalteter Kolben 4 eingesetzt, der endseitig eine Andruckrolle 5 aufweist. Zur Erzielung einer schlupfoptimierten, kraftschlüssigen Abstützung der Andruckrolle 5 an Kontaktscheiben des Abtriebsorgans 19 und des Antriebsorgans 24 gemäß 5, weist die Andruckrolle 5 eine elastische Mantelfläche 6 auf. An dem von der Andruckrolle 5 abgewandten Ende ist der Kolben 5 in eine zylindrische Aufnahme, den Druckraum 7 des Gehäuses 2 eingepasst.
Gemäß 2 umfasst der Druckraum 7 ein als Druckfeder ausgebildetes Federmittel 8, das sich einerseits an der Stirnseite des Kolbens 4 und andererseits an einer Wandung des Gehäuses 2 abstützt. Das Federmittel 8, die Druckfeder bewirkt eine Spreizkraft zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolben 4, wodurch die Andruckrolle 5 in Pfeilrichtung, d. h. in Richtung der Betriebsstellung kraftbeaufschlagt wird. Zur Erzielung einer gegenläufigen Steilbewegung des Kolbens 4 und damit der Andruckrolle 5 ist das Gehäuse 2 mit einem Unterdruckanschluss 9 versehen, über den gezielt ein Unterdruck, d. h. ein Vakuum in den Druckraum 7 eingeleitet werden kann, um die Andruckrolle 5 in die Neutralstellung zu verlagern. Zur Abdichtung des sich einstellenden Ringspaltes 31 zwischen dem Kolben 4 und einer Innenwandung des Gehäuses 2 ist eine als O-Ring gestaltete Dichtung 10 vorgesehen, die formschlüssig und lagefixiert in eine Ringnut 10 des Gehäuses 2 eingesetzt ist. Als alternative Abdichtung ist ein Faltenbalg 12 vorgesehen, der sowohl das Gehäuse 2 als auch den Kolben 4 außenseitig umschließt. Zur Lagefixierung ist der Faltenbalg 12 an beiden Stirnseiten mit einer umlaufenden Wulst versehen, die formschlüssig in eine zugehörige Ringnut des Gehäuses 2 bzw. des Kolbens 4 eingreift.
Der Reibradantrieb 1 ist begrenzt schwenkbar gegenüber dem Maschinenteil 3 befestigt. Dazu ist eine Verschraubung 29 vorgesehen, die in eine Bohrung 30 des Gehäuses 2 eingesetzt ist und die sich über eine Tellerfeder 26 stirnseitig an dem Gehäuse 2 abstützt. Der Schwenkbereich des Gehäuses 2 wird begrenzt durch einen segmentartig gestalteten Ausschnitt 27 in dem Gehäuse 2, der axial versetzt zu der Bohrung 30 angeordnet ist und für einen im Maschinenteil 3 eingesetzten Stift 28 bestimmt ist.
Die 3 zeigt den Kolben 4, der mittels eines Keilprofils 13 formschlüssig und damit verdrehgesichert im Gehäuse 2 längsverschiebbar geführt ist. Das Keilprofil 13 korrespondiert dabei mit einem entsprechend gestalteten Innenprofil 32 an der Innenwandung des Gehäuses 2. Wie in 4 dargestellt, bildet das Keilprofil 13 des Kolbens 4 außenseitig eine symmetrisch ausgestaltete Verzahnung. Abweichend zu 2 ist zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolben 4 ein als Zugfeder ausgebildetes Federmittel 17 vorgesehen. Das Federmittel 17 übt damit auf den Kolben 4 eine in Pfeilrichtung gerichtete Kraft aus, d. h. die Andruckrolle 5 wird mittels des Federmittels 17 in die Neutralstellung gemäß 6 beaufschlagt. Eine entgegengesetzte Steilbewegung des Kolbens 4 kann durch ein Druckmittel erfolgen. Dazu dient eine Druckmittelquelle 15, von der aus ein Hydraulikfluid über ein Stellglied 16 und einer Verbindungsleitung 25 zu einem Druckmittelanschluss 14 des Gehäuses 2 und damit in den Druckraum 7 gelangt. Die Betätigung des Stellgliedes 16 erfolgt über die elektronische Steuerung 33, die vorzugsweise mit Sensoren 34 in Verbindung steht. Beispielsweise ermöglicht diese Steuerung 16 den Kolben 4 und die damit in Verbindung stehende Andruckrolle 5 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung beispielsweise der Kühlmitteltemperatur zu verstellen.
Die 5 und 6 zeigen beispielhaft einen Zugmitteltrieb 18 einer Brennkraftmaschine, der mit einem erfindungsgemäßen Reibradantrieb 1 in Verbin dung steht. Der Abtrieb erfolgt über das mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbundene Abtriebsorgan 19. Ein Zugmittel 20 verbindet das Abtriebsorgan 19 sowie alle mit dem Zugmitteltrieb 18 in Verbindung stehenden Aggregate wie, den Klimakompressor 21, den Generator 22 sowie die Spannvorrichtung 23. Weiterhin ist das separat anzutreibende Aggregat das Antriebsorgan 24 dargestellt, vorzugsweise eine Kühlmittelpumpe. Der Antrieb des Antriebsorgan 24 wird mittels des erfindungsgemäßen Reibradantriebs 1 vorgenommen, der wie in den 1 bis 3 abgebildet, mittels der Verschraubung 29 an dem Maschinenteil 3 begrenzt schwenkbar befestigt ist.
Die Andruckrolle 5 des Reibradantriebes 1 ist gemäß 5 kraftschlüssig an den zugehörigen Kontaktscheiben des Antriebsorgans 24 und des Abtriebsorgans 9 abgestützt und bewirkt damit einen Antrieb des vorzugsweise als Kühlmittelpumpe ausgebildeten Antriebsorgans 24. Abweichend zu der Betriebsstellung gemäß 5 ist der Reibradantrieb 1 in 6 in der Neutralstellung abgebildet. Dazu ist die Andruckrolle 5 getrennt von dem Antriebsorgan 24 positioniert, wodurch kein Antrieb des Antriebsorgans 24 erfolgt.

1: Reibradantrieb
2: Gehäuse
3: Maschinenteil
4: Kolben
5: Andruckrolle
6: Mantelfläche
7: Druckraum
8: Federmittel
9: Unterdruckanschluss
10: Dichtung
11: Ringnut
12: Faltenbalg
13: Keilprofil
14: Druckmittelanschluss
15: Druckmittelquelle
16: Stellglied
17: Federmittel
18: Zugmitteltrieb
19: Abtriebsorgan
20: Zugmittel
21: Klimakompressor
22: Generator
23: Spannvorrichtung
24: Antriebsorgan
25: Verbindungsleitung
26: Tellerfeder
27: Ausschnitt
28: Stift
29: Verschraubung
30: Bohrung
31: Ringspalt
32: Innenprofil
33: Steuerung
34: Sensor

Claims

Andruckrolle für einen Reibradantrieb (1), der mit einem Zugmitteltrieb (18) kombiniert, zum Antrieb von zumindest einem Aggregat einer Brennkraftmaschine dient, wobei die in zumindest zwei Positionen einstellbare Andruckrolle (5) in einer Betriebsstellung kraftschlüssig an einer Kontaktscheibe eines Antriebsorgans (19) abgestützt ist und in einer Neutralstellung von dem Antriebsorgan (19) getrennt positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckrolle (5) in der Betriebsstellung gleichzeitig an Kontaktscheiben des Antriebsorgans (24) und eines Abtriebsorgans (19) abgestützt ist und einem Kolben (4) zugeordnet ist, der kraftbeaufschlagt, verschiebbar und verdrehgesichert in einem Gehäuse (2) geführt ist und dabei einen Druckraum (7) begrenzt.
Andruckrolle nach Anspruch 1, die in einem endseitig des als Gabelkopf ausgebildeten Kolbens (4) drehbar eingesetzt ist.
Andruckrolle nach Anspruch 1, wobei der zylindrische Druckraum (7) des Gehäuses (2) zur Verstellung des Kolbens (4) über einen Druckmittelanschluss (14) von einem Hydraulikfluid beaufschlagbar ist.
Andruckrolle nach Anspruch 3, wobei zwischen dem Gehäuse (2) und dem Kolben (4) als Rückholeinrichtung ein als Zugfeder ausgebildetes Federmittel (17) vorgesehen ist.
Andruckrolle nach Anspruch 1, bei der ein als Druckfeder ausgebildetes Federmittel (8) zwischen dem Kolben (4) und dem Gehäuse (2) eingesetzt ist und ein Unterdruck die Verstellung des Kolbens (4) von der Betriebsstellung in die Neutralstellung sicherstellt.
Andruckrolle nach Anspruch 5, wobei der Unterdruck dem Druckraum (7) über einen Unterdruckanschluß (9) des Gehäuses (2) zugeführt wird.
Andruckrolle nach Anspruch 1, wobei der Reibradantrieb (1) mit einer Steuerung (33) verbunden ist, die in Verbindung mit zumindest einem Sensor (34) die Andruckrolle (5) in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter und/oder einer Umgebungsbedingung der Brennkraftmaschine verstellt.
Andruckrolle nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (2) in Verbindung mit dem Kolben (4) und der zugehörigen Andruckrolle (5) gegenüber einem Maschinenteil (3) begrenzt schwenkbar angeordnet ist.
Andruckrolle nach Anspruch 1, wobei der Kolben (4) in Verbindung mit der Andruckrolle (5) zwischen der Neutralstellung und der Betriebsstellung stufenlos positionierbar ist.
Andruckrolle nach Anspruch 1, die in der Betriebsstellung mittels einer elastische Mantelfläche (6) an den Kontaktscheiben des Antriebsorgans (24) und des Abtriebsorgans (19) abgestützt ist.
Andruckrolle nach Anspruch 1, wobei die Kontaktscheiben des Antriebsorgans (24) und des Antriebsorgans (19) eine elastische Mantelfläche aufweisen.
Andruckrolle nach Anspruch 1, die in der Betriebsstellung unmittelbar an der Kontaktscheibe des Antriebsorgans (24) und einem Zugmittel (20) des Zugmitteltriebs (18) im Bereich des Abtriebsorgans (19) abgestützt ist.
Andruckrolle nach Anspruch 1, die in der Betriebsstellung mit einer nahezu konstanten Anpresskraft an den Kontaktscheiben des Antriebsorgans (24) und des Abtriebsorgans (19) anliegt.
Andruckrolle nach Anspruch 1, die zwischen dem Kolben (4) bzw. dem Gehäuse (2) eine Dichtung (10) aufweist, die formschlüssig in eine Ringnut (11) des Gehäuses (2) eingesetzt ist und ergänzend oder alternativ zu der Dichtung (10) ein Faltenbalg (12) vorgesehen ist.