-
Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle und einem Riementrieb, mit einem Freilauf.
-
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 Generatorverbindungsfreilaufkupplung bekannt, die 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 B1 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.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstig herstellbare Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle und einem Riementrieb, mit einem Freilauf, zu schaffen, wobei die Kurbelwellenriemenscheibe insbesondere die Funktionen Start-Stopp-, Standklima-, 1:1 Boost- und Generatorbetrieb ermöglichen soll.
-
Die Aufgabe ist bei einer Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle und einem Riementrieb, mit einem Freilauf, dadurch gelöst, dass der Freilauf in der Kurbelwellenriemenscheibe mit einer Fliehkraftkupplung kombiniert ist. Der Freilauf und die Fliehkraftkupplung sind vorzugsweise parallel zueinander zwischen die Kurbelwelle und die Kurbelwellenriemenscheibe beziehungsweise eine Riemenspur der Kurbelwellenriemenscheibe geschaltet. In einem Startmodus wird über den Freilauf ein Startmoment von der Riemenscheibe auf die Kurbelwelle übertragen. Der Standklima-Betrieb wird durch Rückwärtsdrehen des Riementriebs mittels einer Elektromaschine beziehungsweise einem Generator, insbesondere einem Startergenerator, ermöglicht. Die zusätzliche Fliehkraftkupplung überbrückt den Freilauf ab einer gewissen Drehzahl. Dadurch wird auf einfache Art und Weise der Generator- sowie der Boost-Betrieb ermöglicht. Bei stehender oder langsam drehender Kurbelwelle, zum Beispiel im Standklima- und Start-Betrieb ist die Fliehkraftkupplung offen und überträgt kein Drehmoment. Ein Tilger kann vorteilhaft fest mit der Kurbelwelle verbunden sein. Die erfindungsgemäße Kurbelwellenriemenscheibe ist insbesondere für drehmomentschwache Motoren vorteilhaft, bei denen das Starten ohne zusätzliche Übersetzung erfolgen kann.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftkupplung radial wirkend ist. Radial bezieht sich auf die Drehachse der Kurbelwellenriemenscheibe und bedeutet quer zur Drehachse.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftkupplung Fliehgewichte mit Reibbelägen aufweist. Die Fliehgewichte werden mit zunehmender Drehzahl radial nach außen bewegt. Dabei kommen sie vorzugsweise mit einer Riemenspur der Kurbelwellenriemenscheibe in Reibeingriff. Alternativ oder zusätzlich kann die Riemenspur mit einem Reibbelag versehen sein. Die Riemenspur ist außen von einem Riemen des Riementriebs umschlungen.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftkupplung in radialer Richtung zwischen dem Freilauf und einer Riemenspur der Kurbelwellenriemenscheibe angeordnet ist. Die Fliehgewichte der Fliehkraftkupplung sind vorzugsweise kurbelwellenfest schwenkbar so gelagert, dass sie sich mit zunehmender Drehzahl, zum Beispiel entgegen der Federwirkung einer Federkraft, radial nach außen bewegen können. Die Fliehgewichte können vorteilhaft an einem radialen Flansch angebracht sein, der fest mit der Kurbelwelle verbunden ist. An dem radialen Flansch können vorteilhaft Tilgermassen eines Kurbelwellentilgers befestigt beziehungsweise unter Zwischenschaltung einer Gummispur angebracht sein.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftkupplung axial wirkend ist. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zu der Drehachse der Kurbelwellenriemenscheibe.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftkupplung über einen Rampenmechanismus mit Fliehgewichten betätigbar ist. Der Rampenmechanismus umfasst zum Beispiel ein Rampenblech und Rampen, über welche eine Axialkraft erzeugt wird, wenn sich die Fliehgewichte mit zunehmender Drehzahl radial nach außen gegen die Rampen bewegen. Die Rampenwinkel der Rampen sind vorzugsweise nicht selbsthemmend ausgelegt.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftkupplung ein Lamellenpaket mit Lamellen umfasst, die durch eine mit dem Rampenmechanismus erzeugte Axialkraft fliehkraftabhängig in Reibeingriff gebracht werden. Die Lamellen des Lamellenpakets sind gleich oder ähnlich ausgeführt wie die Lamellen einer Lamellenkupplung.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen abwechselnd drehfest mit der Kurbelwelle und mit einer Riemenspur der Kurbelwellenriemenscheibe verbunden sind. Dabei sind die Lamellen vorzugsweise so in Lamellenträger eingehängt, dass sie sich in axialer Richtung relativ zueinander bewegen können. Einer der Lamellenträger ist fest mit der Kurbelwelle verbunden. Der andere Lamellenträger ist fest mit der Riemenspur verbunden. Die Lamellenträger können gegebenenfalls auch in die Kurbelwelle beziehungsweise die Riemenspur integriert sein.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lamellenpaket eine Anschlaglamelle umfasst, die axial fest an der Kurbelwelle angebracht ist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine der Axialkraft entgegenwirkende Gegenkraft erzeugt. Durch die Axialkraft werden die Lamellen des Lamellenpakets in axialer Richtung aufeinander zu bewegt und in Reibeingriff gebracht.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf zwischen zwei Lagern für die Kurbelwellenriemenscheibe auf der Kurbelwelle angeordnet ist. Ein Innenring des Freilaufs ist vorzugsweise rotatorisch und axial auf beziehungsweise an der Kurbelwelle fixiert. Ein Außenring des Freilaufs ist vorzugsweise rotatorisch und axial auf beziehungsweise an der Riemenspur der Kurbelwellenriemenscheibe fixiert.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei zeigen die:
-
1 bis 4 einen Riementrieb mit einer Kurbelwellenriemenscheibe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einer radial wirkenden Fliehkraftkupplung in verschiedenen Betriebszuständen und die
-
5 bis 8 eine Kurbelwellenriemenscheibe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer axial wirkenden Fliehkraftkupplung in einer Art Abwinklung in verschiedenen Betriebszuständen.
-
In den 1 bis 4 ist ein Riementrieb 10 mit einer Kurbelwellenriemenscheibe 1 jeweils in einer Draufsicht und einer Untersicht in verschiedenen Betriebszuständen dargestellt. Die Kurbelwellenriemenscheibe 1 umfasst eine Riemenscheibenspur 2, die verkürzt auch als Riemenscheibe oder Riemenspur bezeichnet wird und dazu dient, einen Riementrieb 3 des Riementriebs 10 mit einem Startergenerator 4 und einer Klimaanlage 5 zu koppeln, die einen geeigneten Klimakompressor umfasst. Um einen ausreichend großen Umschlingungswinkel zu realisieren, kann der Riemen 3 des Riementriebs 10 mit Umlenkrollen 6, 7 umgelenkt werden.
-
Die Kurbelwellenriemenscheibe 1 ist mit Hilfe einer Lagereinrichtung 12 auf einer Kurbelwelle 4 eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs, gelagert. Die Lagereinrichtung 12 umfasst zwei Wälzlager, zwischen denen ein Freilauf 15 angeordnet ist. Der Freilauf 15 hat eine Sperrrichtung, in welcher in einem Startmodus oder Start-Betrieb ein Startmoment von der Riemenspur 2 auf die Kurbelwelle 14 übertragen wird. In der entgegengesetzten Drehrichtung, die auch als Freilaufrichtung bezeichnet wird, wird kein Drehmoment übertragen.
-
Ein radialer Flansch 18 ist fest mit der Kurbelwelle 14 verbunden. An dem radialen Flansch 18 ist unter Zwischenschaltung einer Gummispur eine Tilgermasse 19 angebracht. Die Tilgermasse 19 stellt einen Tilger zur Dämpfung von Drehmomentstößen im Betrieb der Kurbelwellenriemenscheibe 1 dar. An dem radialen Flansch 18 sind des Weiteren Fliehgewichte 21, 22 schwenkbar so angebracht, dass sie sich in radialer Richtung entgegen der Wirkung einer Federkraft nach außen bewegen, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle 14 zunimmt. Die Fliehgewichte 21, 22 kommen beim Überschreiten einer Grenzdrehzahl in Reibeingriff mit der Riemenspur 2. Zur Verbesserung des Reibeingriffs sind die Fliehgewichte 21, 22 radial außen mit Reibbelägen ausgestattet. Alternativ oder zusätzlich kann die Riemenspur 2 radial innen mit einem Reibbelag ausgestattet sein.
-
In 2 ist der Riementrieb 10 in einem Standklima-Betrieb dargestellt. Im Standklima-Betrieb, der auch als Betriebsmodus Standklima bezeichnet wird, treibt der Startergenerator 4 gegen den Uhrzeigersinn an, wie durch einen Pfeil 24 angedeutet ist. Die in die Kurbelwellenriemenscheibe 1 integrierte Fliehkraftkupplung 20 ist offen, das heißt, die Fliehgewichte 21, 22 sind von der Riemenspur 2 beabstandet. Durch einen weiteren Pfeil 25 ist angedeutet, dass der in die Kurbelwellenriemenscheibe 1 integrierte Freilauf 15 vom Riemen 3 überholt wird. Die Kurbelwelle 14 dreht sich nicht, das heißt steht. Durch einen weiteren Pfeil 26 ist angedeutet, dass der Klimakompressor der Klimaanlage 5 durch Rückwärtsdrehen des Riementriebs 10 durch die in den Startergenerator 4 integrierte Elektromaschine angetrieben wird. Der Klimakompressor der Klimaanlage 5 arbeitet vorzugsweise drehrichtungsunabhängig. Dabei ist der Klimakompressor zum Beispiel als Kolbenverdichter ausgeführt, bei welchem die Antriebsdrehrichtung keine Rolle spielt.
-
In 3 ist der Riementrieb 10 im Betriebsmodus Start dargestellt, der auch als Start-Betrieb bezeichnet wird. Im Start-Betrieb treibt der Startergenerator 4 den Riemen 3 des Riementriebs 10 im Uhrzeigersinn an, wie durch einen Pfeil 28 angedeutet ist. Über den Riemen 3 wird die Kraft auf die Riemenspur 2 der Kurbelwellenriemenscheibe 1 übertragen. Der Freilauf 15 sperrt, so dass das Antriebsmoment von der Riemenspur 2 über den sperrenden Freilauf 15 auf die Kurbelwelle 14 übertragen wird, wie durch einen Pfeil 29 angedeutet ist. Dabei dreht sich die Kurbelwelle 14 relativ langsam, so dass die Fliehkraftkupplung 20 geöffnet bleibt. Durch einen weiteren Pfeil 30 ist angedeutet, dass sich der Klimakompressor der Klimaanlage 5 ebenfalls im Uhrzeigersinn dreht.
-
In 4 ist der Riementrieb 10 im Betriebsmodus Generator- und Boostzustand dargestellt, der auch als Generator- und Boost-Betrieb bezeichnet wird. Durch einen Pfeil 32 ist angedeutet, dass sich die Kurbelwelle 14 relativ schnell dreht. Die Fliehkraftkupplung 20 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie, wie durch Pfeile 35, 36 angedeutet ist, schließt, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle eine Grenzdrehzahl zwischen einer Startdrehzahl und einer Leerlaufdrehzahl überschreitet. Über die geschlossene Fliehkraftkupplung 20 wird ein Antriebsmoment der Kurbelwelle 14 auf die Riemenspur 2 und den Riemen 3 übertragen. Der Freilauf 15 wird überbrückt. Durch einen Pfeil 33 ist angedeutet, dass der Startergenerator 4 im Generator-Betrieb durch die Kurbelwelle 14 angetrieben wird. In einem Boost-Betrieb kann durch den Startergenerator 4 ein zusätzliches Boostmoment in den Riementrieb 10 eingebracht werden. Durch einen Pfeil 34 ist angedeutet, dass die Klimaanlage im Uhrzeigersinn betrieben wird.
-
In den 5 bis 8 ist eine Kurbelwellenriemenscheibe 41 mit einer Riemenspur 42 und einer Kurbelwelle 54 in der Art einer Abwicklung in verschiedenen Betriebszuständen dargestellt. In der Kurbelwellenriemenscheibe 41 sind ein Freilauf 55 und eine Fliehkraftkupplung 60 parallel zwischen die Kurbelwelle 54 und die Riemenspur 42 geschaltet.
-
Die axial wirkende Fliehkraftkupplung 60 umfasst Fliehgewichte 61, die mit zunehmender Drehzahl gegen einen Anschlag 62 bewegbar sind. Die Fliehgewichte 61 haben die Gestalt von Kugeln, die an Rampen eines Rampenmechanismus 64 anliegen. Durch den Rampenmechanismus 64 wird mit zunehmender Drehzahl durch die Fliehgewichte 61 eine Axialkraft gegen ein Lamellenpaket 70 bewirkt.
-
Das Lamellenpaket 70 umfasst Lamellen 71, die drehfest, aber axial begrenzt verlagerbar, mit der Kurbelwelle 54 verbunden sind. Das Lamellenpaket 70 umfasst des Weiteren Lamellen 72, die drehfest, aber axial begrenzt verlagerbar, mit der Riemenspur 42 der Kurbelwellenriemenscheibe 41 verbunden sind. Die am weitesten von dem Rampenmechanismus 64 entfernte Lamelle der Lamellen 71 ist axial fest an der Kurbelwelle 54 angebracht. Die axial feste Lamelle stellt einen Anschlag dar, wenn die Lamellen 71, 72 in Reibeingriff gebracht werden. Über die geschlossene Fliehkraftkupplung 60 und die sich in Reibeingriff befindlichen Lamellen 71, 72 des Lamellenpakets 70 kann ein Drehmoment zwischen der Kurbelwelle 54 und der Riemenspur 42 übertragen werden.
-
In 5 ist der Standklima-Betrieb dargestellt, das heißt, der Verbrennungsmotor steht still und die Kurbelwelle 54 dreht sich nicht. Bei Verbrennungsmotorstillstand ist die Fliehkraftkupplung 60 offen und kann kein Drehmoment übertragen. Wenn eine Anforderung Standklima-Betrieb kommt, wird der Startergenerator entgegen der Kurbelwellendrehrichtung in Richtung eines Pfeils 74 gedreht, wodurch der Freilauf 55 nicht sperrt, sondern überholt wird. Der Startergenerator kann über die frei drehende Riemenspur 42 einen Klimakompressor antreiben, um den Standklima-Betrieb zu realisieren.
-
Kommt eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors, wird der sich entgegen der Kurbelwellendrehrichtung drehende Startergenerator in einer seiner aktuellen Drehrichtung entgegengesetzten Richtung bestromt, wodurch die Riemenspur 42 der Kurbelwellenriemenscheibe 41 bis zum Stillstand verzögert wird, um dann die Kurbelwelle 54 in Kurbelwellendrehrichtung über den nun sperrenden Freilauf 55 mitzunehmen, um den Verbrennungsmotor zu starten.
-
In 6 ist durch einen Pfeil 75 die Drehrichtung des Startergenerators beim Motorstart angedeutet. Durch einen Pfeil 76 ist die Drehrichtung der zum Starten des Verbrennungsmotors durch den Startergenerator angetriebenen Kurbelwelle 54 angedeutet.
-
Aufgrund der sich nun drehenden Kurbelwelle 54 bewegen sich die Fliehgewichte 61 fliehkraftbedingt radial nach außen. Dabei stützen sich die Fliehgewichte 61 rotatorisch an der Kurbelwelle 54 ab. In axialer Richtung stützen sich die Fliehgewichte 61 an der Kurbelwelle 54 und an dem Rampenmechanismus 64 ab. Aufgrund des Rampenwinkels wird die Fliehkraft in eine Axialkraft übersetzt, wodurch das Lamellenpaket 72 axial komprimiert wird.
-
Die Fliehgewichte 61 sind so abgestimmt, dass das Lamellenpaket 70 bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl geschlossen ist und das hierdurch übertragbare Moment ausreicht, um das Startergeneratormoment und weitere Nebenaggregatmomente abzustützen. Der parallel geschaltete Generatorfreilauf 55 wird dann überbrückt. Bei nicht geschlossener Fliehkraftkupplung 60 kann die Kurbelwelle kein Moment auf die Riemenscheibe 42 übertragen, da der Freilauf 55 überholt wird und somit nicht sperrt.
-
Der Radialweg des Fliehgewichts 61 wird über den Anschlag 62 an der Kurbelwelle 54 begrenzt, wodurch auch die auf das Lamellenpaket 70 wirkende Axialkraft begrenzt wird.
-
In 7 ist die Drehrichtung im Generatorbetrieb durch einen Pfeil 78 angedeutet. Durch einen Pfeil 77 ist ein Antriebsdrehmoment angedeutet, mit dem die Kurbelwelle 54 den Startergenerator antreibt. Das Antriebsmoment 77 wird über die geschlossene Fliehkraftkupplung 60 auf die Riemenspur 42 der Kurbelwellenriemenscheibe 41 übertragen.
-
Kommt eine Anforderung zum Boosten, dann wird der Startergenerator aktiv bestromt, das heißt, die Kurbelwelle 54 wird noch zusätzlich durch den Startergenerator beschleunigt. Das entsprechende Moment wird entweder über den Freilauf 55 oder über die geschlossene Fliehkraftkupplung 60 mit dem Lamellenpaket 70 auf die Kurbelwelle 54 übertragen.
-
In 8 ist das Antriebsmoment der Kurbelwelle 54 durch einen Pfeil 79 angedeutet. Durch einen Pfeil 80 ist angedeutet, dass der Startergenerator beziehungsweise eine entsprechende Elektromaschine ein zusätzliches Antriebsmoment bereitstellt, um den Boost-Betrieb darzustellen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kurbelwellenriemenscheibe
- 2
- Riemenspur
- 3
- Riemen
- 4
- Startergenerator
- 5
- Klimaanlage
- 6
- Umlenkrolle
- 7
- Umlenkrolle
- 10
- Riementrieb
- 12
- Lagereinrichtung
- 14
- Kurbelwelle
- 15
- Freilauf
- 18
- radialer Flansch
- 19
- Tilgermasse
- 20
- Fliehkraftkupplung
- 21
- Fliehgewicht
- 22
- Fliehgewicht
- 24
- Pfeil
- 25
- Pfeil
- 26
- Pfeil
- 28
- Pfeil
- 29
- Pfeil
- 30
- Pfeil
- 32
- Pfeil
- 33
- Pfeil
- 34
- Pfeil
- 35
- Pfeil
- 36
- Pfeil
- 41
- Kurbelwellenriemenscheibe
- 42
- Riemenspur
- 54
- Kurbelwelle
- 55
- Freilauf
- 60
- Fliehkraftkupplung
- 61
- Fliehgewichte
- 62
- Anschlag
- 64
- Rampenmechanismus
- 70
- Lamellenpaket
- 71
- Lamellen
- 72
- Lamellen
- 74
- Pfeil
- 75
- Pfeil
- 76
- Pfeil
- 77
- Pfeil
- 78
- Pfeil
- 79
- Pfeil
- 80
- Pfeil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19535889 A1 [0002]
- EP 0980479 B1 [0002]
- DE 19636628 C1 [0002]
- EP 0782674 B1 [0002]
- DE 102005029351 A1 [0002]
