DE20000343U1 - Antriebsanordnung für die Nebenaggregate eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

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Anmelder: 07.01.2000

G 13374

Stromag AG Dr.W/Ei

Hansastraße 120

59425 Unna

Antriebsanordnung für die Nebenaggregate eines

Kraftfahrzeuges

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für die Nebenaggregate eines Kraftfahrzeuges, mit einem der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zugeordneten Riementrieb und mit mindestens einem Elektromotor, der über eine Riemenscheibe mit dem Riementrieb in Wirkverbindung steht und wahlweise als Antrieb für den Riementrieb und als Anlasser für den Motor, oder als Generator für die Stromversorgung des Fahrzeuges, einsetzbar ist.

Eine solche Antriebsanordnung ist aus der DE 43 35 771 Cl bekannt. Dort hat man einen zweiten Riementrieb parallel zum ersten Riementrieb geschaltet und auf der An- oder Abtriebswelle der elektrischen Maschine sind zwei Riemenscheiben vorgesehen, wobei eine dem ersten Riementrieb und die zweite dem zweiten Riementrieb zugeordnet ist. Im zweiten Riementrieb ist außerdem noch mindestens eines der Nebenaggregate vorgesehen, das über eine weitere Riemenscheibe vom zweiten Riementrieb beaufschlagt wird. Diese Riemenscheibe des Nebenaggregates besitzt auch eine in den Hauptriementrieb eingreifende Riemenscheibe kleineren Durchmessers und ist mit dieser fest mit ihrer Antriebswelle verbunden. Die Anordnung ist dort nun so getroffen, dass der dem Hauptriementrieb zugeord-

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neten Riemenscheibe der elektrischen Maschine und der Riemenscheibe des Nebenaggregates sogenannte Überholfreiläufe zugeordnet sind, die jeweils auf die schneller laufende Antriebswelle umschalten. Steht also der Verbrennungsmotor, dann wird der Antrieb des oder der Nebenaggregate über die dann als Elektromotor laufende elektrische Maschine bewirkt, wobei eine entsprechende elektrische Steuerung für die entsprechende Einstellung der elektrischen Maschine sorgt. Wird der so betriebene Elektromotor als Anlasser für den Verbrennungsmotor benutzt und der Verbrennungsmotor beginnt zu laufen, dann erfolgt der Antrieb des Hauptriementriebes und des parallel dazu verlaufenden Riementriebes über die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Die elektrische Maschine kann dann als Generator laufen, beispielsweise die Bordnetzversorgung übernehmen oder auch - beim Anfahrvorgang - für die zusätzliche Aufheizung eines Katalysators eingesetzt werden.

Diese bekannte Antriebsanordnung macht eine relativ aufwendige elektrische Steuereinrichtung erforderlich und die Anordnung eines zweiten Riementriebes, über den die elektrische Maschine in ihrer Funktion als Motor das oder die Nebenaggregate treibt und, in ihrer Funktion als Anlasser, über den zweiten Riementrieb auf den Hauptriementrieb wirkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass ein zusätzlicher Riementrieb überflüssig wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Antriebsanordnung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Riemenscheibe der elektrischen Maschine unmittelbar im Riementrieb liegt und die der Kurbelwelle zugeordnete Abtriebsriemenscheibe mit einer elektromagnetisch betätigbaren Federdruckkupplung versehen und über diese dem Riementrieb zuschaltbar oder von ihm abkuppelbar ist.

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Durch diese Ausgestaltung wird ein und derselbe Riementrieb für den Antrieb der Nebenaggregate vorgesehen. Der Antrieb erfolgt entweder über den Verbrennungsmotor .oder über die elektrische Maschine. Die elektrische Maschine kann auch hier als Generator fungieren, wenn der Antrieb über die Kurbelwelle des Motors erfolgt. Schließlich kann in sehr einfacher Weise auch der Anlassvorgang jederzeit eingeleitet werden, dadurch, dass die elektromagnetische Federdruckkupplung eingerückt wird und so die Kurbelwelle des Motors mit in den bisher von der elektrischen Maschine angetriebenen - Riementrieb eingeschaltet wird. Der Anlassvorgang des Motors kann unter Ausnützung der Schwungmassen des Riementriebs und der von ihm bewegten Aggregate über die elektrische Maschine veranlasst werden.

In Weiterbildung der Erfindung kann die Federdruckkupplung mit einer ortsfest gehaltenen Spulenanordnung versehen sein, die in eine ringförmige Ausnehmung in einem die Riemenscheibe bildenden Gehäuse hereinragt. Diese Ausgestaltung ist platzsparend und führt zu einem kompakten Aufbau der Kupplung.

Dieses Gehäuse kann dabei zweckmäßig drehbar auf einer mit der Kurbelwelle drehfest verbindbaren Nabe gelagert sein, die ihrerseits drehfest mit einer Membranreibscheibe verbunden ist. In Weiterbildung kann diese Membranreibscheibe in einer Ringkammer des Gehäuses umlaufen, indem auch eine drehfest mit dem Gehäuse verbundene, aber axial verschiebbare Ankerscheibe angeordnet ist, die bei Beaufschlagung der Spule gegen jene gezogen wird, im übrigen aber durch Federn gegen die Membranreibscheibe gedrückt ist und so die Kupplung zwischen Nabe und Gehäuse herstellt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Steuerung für die Auslösung der Elektromagnetkupplung auch den Elektromotor ein oder zum Generatorbetrieb umschalten. Vorteilhaft kann die Magnetspule selbst über eine an sich be-

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kannte Schaltung zur Schnellerregung oder über eine bekannte Stoßerregung mit Strom beaufschlagbar sein.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Verbrennungsmotors, der an einer Stirnseite einen Riementrieb zum Antrieb von Nebenaggregaten aufweist und

Fig. 2 die elektromagnetische Federdruckkupplung, die im Riementrieb der Fig. 1 liegt und unmittelbar auf einen aus dem Motorgehäuse herausragenden Zapfen der Kurbelwelle aufsetztbar ist.

Die Fig. 1 zeigt schematisch den Block eines Kraftfahrzeugmotors 1, der mit einem angeflanschten Getriebe 2 versehen ist. Der Kraftfahrzeugmotor 1 weist an der vom Getriebe 2 abgewandten Stirnseite einen Riementrieb 3 auf, der in bekannter Weise zum Antrieb der Nebenaggregate des Motors 1 dient. So kann in dem Riementrieb 3 beispielsweise ein Klimakompressor 4 und die Kühlwasserpumpe 5 für den Motor 1 sowie eine elektrische Maschine 6 einbezogen sein, die in bekannter Weise bei laufendem Motor die Stromversorgung des Fahrzeugs über eine aufzuladende Batterie übernimmt. Der Riementrieb 3 wird ebenfalls in bekannter Weise über die Kurbelwelle des Motors 1 angetrieben, die mit einem Zapfen 7 stirnseitig aus dem Block des Motors herausragt und dort mit einer Riemenscheibe 8 versehen ist. Diese Riemenscheibe 8 ist in Fig. 2 vergrößert dargestellt gezeigt.

Die Riemenscheibe 8 besteht zunächst aus einem topfförmigen Gehäuse 9, das an seinem zylindrischen Umfang mit Rillen 10 zur Führung eines nicht gezeigten Vielkeilriemens versehen ist, der den Riementrieb 3 bildet. Die Riemenscheiben 11, 12 und 13 des Klimakompressors 4, der elektrischen Maschine 6

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und der Kühlwasserpumpe 5 sind analog mit solchen umlaufenden Rippen 10 versehen. Sie werden in bekannter Weise so weit von dem Riementrieb 3 umschlungen, dass die notwendige Kraftübertragung für den Antrieb der entsprechenden Aggregate möglich ist.

Das Gehäuse 9 der Riemenscheibe 8 ist im Bereich radial innerhalb der Rippen 10 mit einer ringförmigen Ausnehmung 14 versehen, in die ein Spulenring 15 eingreift, der mit einem umlaufenden Flansch 16 versehen ist, mit dem eine Befestigung des Spulenringes 15 an einer Halterung 17 des Verbrennungsmotors 1 oder auch unmittelbar an der entsprechend ausgebildeten Stirnseite des Blockes des Motors 1 möglich ist. Der Spulenring 15 enthält eine Elektromagnetspule 18, die in nicht näher dargestellter Weise an eine Stromversorgung angeschlossen ist. Da die Spule 18 in dem Ring 15 ortsfest erhalten ist, macht diese Energieversorgung keinerlei Probleme.

Die Ausnehmung 14 wird von einer Zwischenwand 19 begrenzt, die innerhalb des Gehäuses 9 eine zweite Ausnehmung 20 abteilt, die durch einen Deckel 21 verschlossen ist. In dem zwischen der Trennwand 19 und dem Deckel 21 gebildeten Raum 22 ist zum einen eine axial verschiebbare Ankerscheibe 23 angeordnet, die über die Bolzenführungen 24 drehfest mit dem Gehäuse 9 verbunden ist. In dem Raum 22 zwischen der Ankerscheibe 23 und dem Deckel 21, ist eine Membranreibscheibe 25 vorgesehen, deren Reibbeläge 26 in der dargestellten Lage der Riemenscheibe 8 reibschlüssig zwischen der Ankerscheibe 23 und dem Deckel 21 eingeklemmt sind. Das wird durch gleichmäßig auf dem Umfang der Ankerscheibe 23 verteilt angeordnete Druckfedern 27 erreicht, die sich an der Zwischenwand 19 abstützen. Die Riemenscheibe 8 ist auf diese Weise als eine Federdruckkupplung ausgebildet.

Die Membranreibscheibe 25 ist mit ihrem inneren Durchmesser auf eine Nabe 28 aufgesetzt und mit einem Flansch 29 dieser Nabe drehfest verschraubt. Die Nabe 28 besitzt auf der vom

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Deckel 21 des Gehäuses 8 abgewandten Seite einen Aufsteckbereich 30, der das Aufschieben auf das freie Ende des Kurbelwellenzapfens 7 ermöglicht. Eine Verdrehung gegenüber dem Kurbelwellenzapfen kann in bekannter Weise durch eine Nut- und Federverbindung erreicht werden. Zu diesem Zweck besitzt die Nabe im Bereich 30 eine Nut 31. Die Ausnehmung 30 ist über eine Verbindungsbohrung 32 mit einer zentralen Ausnehmung 33 verbunden, die dazu dient, den Kopf einer Befestigungsschraube aufzunehmen, mit der die Nabe 28 fest mit dem Zapfen 7 der Kurbelwelle des Motors 1 verbunden wird.

Das Gehäuse 9, das die Riemenscheibe bildet, ist über Kugellager 34 und 35 drehbar auf die Nabe 28 aufgesetzt. Es wird aus der Darstellung der Fig. 2 klar, dass in dem gezeigten Zustand eine reibschlüssige Verbindung zwischen Nabe 28 und Gehäuse 9 besteht. In der dargestellten Lage ist daher die Riemenscheibe 8 drehfest mit der Kurbelwelle des Motors 1 gekoppelt und übernimmt den Antrieb des Riementriebes 3. Wird die Spule 18 jedoch über eine nicht näher gezeigte, weil bekannte Steueranordnung mit Strom beaufschlagt und erregt, dann wird die Ankerscheibe 23 aus der in Fig. 2 gezeigten Lage, in der sie einen geringen Abstand zur Zwischenwand 19 aufweist, nach rechts bis zur. Anlage an dieser Zwischenwand gezogen. Die Reibbeläge 2 6 werden damit frei und das Gehäuse 9 der Riemenscheibe 8 kann sich frei gegenüber der Nabe 28 drehen. In diesem Zustand ist daher die Kurbelwelle des Motors 1 vom Riementrieb 3 abgekoppelt.

Die elektrische Maschine 6 ist so ausgestaltet, dass sie als Antrieb für den Riementrieb 3 wirken kann. Ist daher die Kurbelwelle des Motors 1 abgekoppelt, so übernimmt die elektrische Maschine 6 den Antrieb des Riementriebes 3 und der mit diesem verbundenen Nebenaggregate. In diesem Fall muß sie vom Bordnetz mit ausreichender Energie versorgt werden.

Wird nun aus dieser Situation heraus die Spule 18 der Riemenscheibe 8 stromlos geschaltet, dann kuppelt die Federdruck-

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kupplung der Fig. 2 ein und es kann auf diese Weise der Motor 1 über die elektrische Maschine 6 angelassen werden, wobei das Schwungmoment aller im Riementrieb 3 vorhandenen und rotierenden Nebenaggregate für den Anlassvorgang des Motors ausgenützt wird. Da für den Anlassvorgang eine elektrische Steuerung für die Einschaltung der Zündung des Motors sorgen muß oder - bei Dieselmotoren - der Einspritzvorgang eingeleitet werden muß, kann diese elektrische Steuerung auch für den Umschaltvorgang der Spule 18 und dazu ausgenützt werden, nach einer gewissen Anlasszeit, in der gegebenenfalls die Energiezufuhr zur elektrischen Maschine 6 noch erhöht wird, die Stromzufuhr zu der elektrischen Maschine 6 abzuschalten und diese als Generator laufen zu lassen, der nun vom Motor 1 angetrieben ist und die Stromversorgung des Fahrzeugs, oder auch, z.B. für den Anfahrvorgang, eine zusätzliche Beheizung des Katalysators in bekannter Weise bewirken kann.

Die Verwendung einer Federdruckkupplung innerhalb der Riemenscheibe 8 ermöglicht eine sehr einfache Ausgestaltung eines solchen Antriebes für die Nebenaggregate des Motors und lässt in einfacher Weise auch den Einsatz der elektrischen Maschine 6 als Anlasser zu. In bekannter Weise kann dabei, um den Ein- oder Umschaltvorgang der Federdruckkupplung so schnell wie möglich durchführen zu können, vorgesehen werden, dass der Erregerstrom der Magnetspule 18 entweder über die Verringerung der Zeitkonstante des zugeordneten Erregerkreises durch einen Vorschaltwiderstand, oder durch Stoßerregung sehr schnell auf seinen stationären Wert gebracht wird. Entsprechende Schaltungen sind im Stand der Technik bekannt.

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Claims (8)

1. Antriebsanordnung für die Nebenaggregate eines Kraftfahrzeuges, mit einem der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (1) zugeordneten Riementrieb (3) und mit mindestens einer elektrischen Maschine (6), die über eine Riemenscheibe (12) mit dem Riementrieb (3) in Wirkverbindung steht und wahlweise als Antrieb für den Riementrieb und als Anlasser für den Motor (1) oder als Generator für die Stromversorgung des Fahrzeuges einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (12) der elektrischen Maschine (6) unmittelbar im Riementrieb (3) liegt und die der Kurbelwelle zugeordnete Antriebsriemenscheibe (8) mit einer elektromagnetisch betätigbaren Federdruckkupplung versehen und über diese dem Riementrieb (3) zuschaltbar oder von ihm abkuppelbar ist.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federdruckkupplung mit einem ortsfest gehaltenen Spulenring (15) versehen ist, der in eine ringförmige Ausnehmung (14) in einem die Riemenscheibe (8) bildenden Gehäuse (9) hereinragt.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) drehbar auf einer mit dem Kurbelwellenzapfen (7) drehfest verbindbare Nabe (28) aufgesetzt ist.

4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (28) drehfest mit einer Membranreibscheibe (25) verbunden ist.

5. Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranreibscheibe (25) in einer Ringkammer (22) des Gehäuses (9) umläuft, in dem auch eine drehfest mit dem Gehäuse (9) verbundene, aber axial verschiebbare Ankerscheibe (23) angeordnet ist.

6. Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerscheibe (23) durch Druckfedern (27) gegen die Membranreibscheibe (25) gedrückt und durch Strombeaufschlagung einer Spule (18) von dieser wegziehbar ist.

7. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Elektromagnetkupplung vorgesehene Schaltung auch die elektrische Maschine (6) ein- oder zum Generatorbetrieb umschaltet.

8. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule des Spulenringes (15) über eine Schnellerregungsschaltung oder mit einer Stoßerregung mit Strom beaufschlagbar ist.