DE10117517A1 - Kupplungsbaugruppe für einen Kompressor zur mechanischen Aufladung einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Kupplungsbaugruppe für einen Kompressor zur mechanischen Aufladung einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kupplungsbaugruppe für einen Kompressor zur mechanischen Aufladung einer Brennkraftmaschine, wobei die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über Riemenscheiben und mindestens einen Riemen mit dem Antrieb des Kompressors in Wirkverbindung steht und wobei die Kraftübertragung zwischen Kurbelwelle und Kompressor mittels der Kupplungsbaugruppe hergestellt bzw. unterbrochen werden kann. Es wird die Aufgabe gelöst, eine solche Baugruppe zu schaffen, die nicht im Kompressor baulich integriert, sondern räumlich getrennt von diesem angeordnet wird. Dies wird erreicht, indem die Kupplungsbaugruppe einer Kühlmittelpumpe zugeordnet wird und eine Riemenscheibe (5) aufweist, die koaxial zur Pumpenwelle (2) angeordnet und auf dem Gehäuse (1) der Kühlmittelpumpe drehbar gelagert ist und die mit der einen Stirnseite mit einer starr am Gehäuse (1) der Kühlmittelpumpe abgestützten Magnetwicklung (6) und mit der anderen Stirnseite mit einer axial beweglichen Reibplatte (7) in Wirkverbindung steht, wobei die Reibplatte (7) über Blattfedern (8) mit einer Riemenscheibe (3) für den Antrieb des Flügelrades (4) der Kühlmittelpumpe verbunden ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Kupplungsbaugruppe für einen Kompressor zur mechanischen
Aufladung einer Brennkraftmaschine, wobei die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
über Riemenscheiben und mindestens einen Riemen mit dem Antrieb des Kompressors
in Wirkverbindung steht und wobei die Kraftübertragung zwischen Kurbelwelle und
Kompressor mittels der Kupplungsbaugruppe hergestellt bzw. unterbrochen werden
kann.
Für die Steigerung der hubraumspezifischen Leistung von Brennkraft-maschinen wird
neben anderen konstruktiven Maßnahmen insbesondere die Aufladung genutzt. Somit
wird es möglich, die Zylinderbrennräume mit bereits vorverdichteter Luft zu beschicken,
in der folglich größere Kraftstoffmengen verbrannt werden können. Hierfür kann z. B.
eine, vom Abgasstrom beaufschlagte Turbine verwendet werden. Solche
Abgasturbolader haben jedoch den Nachteil, dass im unteren Drehzahlbereich der
Brennkraftmaschine noch keine wirksame Aufladung erreichbar ist. Als Alternative zur
Abgasturboaufladung ist eine mechanische Aufladung geeignet. Hierbei erfolgt die
Vorverdichtung der Luft durch einen Kompressor, der von der Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine vorzugsweise über Riemenscheiben mit einem zugeordneten
Riemen angetrieben wird.
Zur Verminderung des Kraftstoffverbrauches sollten die Kompressoren nicht ständig
betrieben, sondern unter Beachtung der jeweiligen Betriebsbedingungen lediglich für
kurzzeitige Leistungssteigerungen zugeschaften werden. Demzufolge ist eine
Vorrichtung notwendig, mit der die Kraftübertragung zwischen der Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine und der Antriebsbaugruppe des Kompressors hergestellt bzw.
unterbrochen werden kann. Hierfür sind schaltbare Kupplungen geeignet. Wird der
Kompressor nur zur Anhebung des Drehmomentes bei niedrigen Motordrehzahlen
genutzt, ist ein kleiner Kompressor ausreichend, der durch Zwischenschaltung der
Kupplung mit Drehzahlen betrieben werden kann, die wesentlich höher sind als die
Motordrehzahl. Problematisch ist jedoch, dass die Kupplungen bisher unmittelbar am
Kompressor integriert sind. Dadurch werden im Motorbetrieb sehr hohe
Kupplungsdrehzahlen erreicht, die für die Standfestigkeit der Kupplungsbauteile kritisch
sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kupplungsbaugruppe für einen Kompressor zur
mechanischen Aufladung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die nicht im
Kompressor baulich integriert, sondern räumlich getrennt von diesem angeordnet wird.
Dies soll insbesondere erreicht werden, indem die Kupplungsbaugruppe einer anderen,
ebenfalls von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Baugruppe
zugeordnet wird.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Kupplungsbaugruppe einer Kühlmittelpumpe
zugeordnet wird und eine Riemenscheibe aufweist, die koaxial zur Pumpenwelle
angeordnet und auf dem Gehäuse der Kühlmittelpumpe drehbar gelagert ist und die mit
der einen Stirnseite mit einer, starr am Gehäuse der Kühlmittelpumpe abgestützten
Magnetwicklung und mit der anderen Stirnseite mit einer axial beweglichen Reibplatte in
Wirkverbindung steht, wobei die Reibplatte über Blattfedern mit einer Riemenscheibe für
den Antrieb des Flügelrades der Kühlmittelpumpe verbunden ist. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 8 beschrieben.
Durch die vorgeschlagene Kombination von Kühlmittelpumpe und Magnetkupplung des
Kompressors entsteht eine platzsparende, kostengünstige und leichte Baueinheit.
Gleichzeitig wird es möglich, den Kompressor mit erheblich höheren Drehzahlen als der
Motordrehzahl zu betreiben, ohne dass hierbei die Standfestigkeit der Kupplungsbauteile
beeinträchtigt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird
nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine Kühlmittelpumpe mit einer
Kupplungsbaugruppe für den Kompressor und
Fig. 2 die Baueinheit gemäß Fig. 1 in Seitenansicht von rechts.
Die in der Zeichnung dargestellte Kühlmittelpumpe besteht aus einem Gehäuse 1, in
dem eine Pumpenwelle 2 mit einer Lagerungseinheit abgestützt ist. Auf der Pumpenwelle
2 ist eine Riemenscheibe 3 befestigt, die über einen nicht näher dargestellten Riemen
von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Gegenüber der
Riemenscheibe 3 ist auf der Pumpenwelle 2 ein Flügelrad 4 befestigt, mit dem das
Kühlmittel zur Kühlung von Zylinderkopf und Zylinderkurbelgehäuse gefördert wird.
Einer solchen an sich bekannten Kühlmittelpumpe wird erfindungsgemäß die
Kupplungsbaugruppe für einen Kompressor zur mechanischen Aufladung der
Brennkraftmaschine zugeordnet. Diese Kupplungsbaugruppe weist eine Riemenscheibe
5 auf. Die Riemenscheibe 5 ist koaxial zur Pumpenwelle 2 angeordnet und auf dem
Gehäuse 1 der Kühlmittelpumpe drehbar gelagert. Der Riemenscheibe 5 ist an einer
Stirnseite eine Magnetwicklung 6 zugeordnet, die starr am Gehäuse 1 der
Kühlmittelpumpe abgestützt ist. An ihrer entgegengesetzten Stirnseite ist der
Riemenscheibe 5 eine axial bewegliche Reibplatte 7 zugeordnet. Sowohl die
Riemenscheibe 5 als auch die Reibplatte 7 bestehen aus Eisenwerkstoffen, um die noch
zu beschreibende magnetische Kraftübertragung zu gewährleisten.
Die Reibplatte 7 ist über Blattfedern 8 mit der Riemenscheibe 3 verbunden. Hierfür
werden z. B. Nieten 9 verwendet, während die Blattfedern 8 an der Reibplatte 7 mit
Befestigungsbolzen 10 befestigt sind. Die Reibplatte 7 ist mit den Blattfedern 8 so
verbunden, dass zwar Drehmomente übertragen werden können, aber dennoch eine
axiale Beweglichkeit vorhanden ist. An der Reibplatte 7 können außerdem
Befestigungsbutzen 11 ausgestaltet werden, an denen vorzugsweise die
Befestigungsbolzen 10 abgestützt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung wird erreicht, sofern die Befestigungsbutzen 11 eine
schaufelförmige Kontur aufweisen. Ferner ist es möglich, dass zwischen den
Befestigungsbutzen 11 weitere schaufelförmige Konturen ausgestaltet werden, wobei
eine solche Variante in der Zeichnung jedoch nicht näher dargestellt ist. In jedem Fall
sollten bei Ausgestaltung von schaufelförmigen Konturen in der Riemenscheibe 3
Kühlluftöffnungen 12 vorgesehen werden.
Die gezeigte Baueinheit hat folgende Funktionsweise:
Mit einem nicht näher dargestellten Riemen wird von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine die Riemenscheibe 3 und über die Pumpenwelle 2 das mit dieser verbundene Flügelrad 4 der Kühlmittelpumpe angetrieben. Gleichzeitig wird mit der Riemenscheibe 3 die über die Blattfedern 8 befestigte Reibplatte 7 in Drehung versetzt. Bei nicht bestromter Magnetwicklung 6 verbleibt zwischen der Riemenscheibe 5 und der Reibplatte 7 zunächst ein definierter Spalt. Demzufolge erfolgt in diesem Betriebszustand zwischen der Riemenscheibe 3 und der Riemenscheibe 5 keine Kraftübertragung und die Riemenscheibe 5 steht still.
Mit einem nicht näher dargestellten Riemen wird von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine die Riemenscheibe 3 und über die Pumpenwelle 2 das mit dieser verbundene Flügelrad 4 der Kühlmittelpumpe angetrieben. Gleichzeitig wird mit der Riemenscheibe 3 die über die Blattfedern 8 befestigte Reibplatte 7 in Drehung versetzt. Bei nicht bestromter Magnetwicklung 6 verbleibt zwischen der Riemenscheibe 5 und der Reibplatte 7 zunächst ein definierter Spalt. Demzufolge erfolgt in diesem Betriebszustand zwischen der Riemenscheibe 3 und der Riemenscheibe 5 keine Kraftübertragung und die Riemenscheibe 5 steht still.
Wird nunmehr die Magnetwicklung 6 bestromt, zieht die magnetische Kraft die axial
bewegliche Reibplatte 7 gegen die Reibfläche "AR" der Riemenscheibe 5. Somit entsteht
ein Kraftfluß zwischen der Reibplatte 7 und der Riemenscheibe 5, in dessen Folge jetzt
auch die Riemenscheibe 5 in Drehung versetzt wird. Auf dieser Riemenscheibe 5 ist ein
nicht näher dargestellter Riemen gelagert, der mit einer weiteren, direkt am Kompressor
angeordneten Riemenscheibe in Wirkverbindung steht. Mit der vorgeschlagenen
Konstruktion kann demzufolge die Kraftübertragung zwischen der Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine und dem Kompressor in einfacher, aber dennoch wirksamer Weise
hergestellt bzw. unterbrochen werden. Durch die schaufelförmigen Konturen der
Befestigungsbutzen 11 sowie die gegebenenfalls weiteren derartigen Konturen auf der
Reibplatte 7 wird in Verbindung mit den Kühlluftöffnungen 12 ein effektiver Kühlluftstrom
erzeugt, der in Fig. 1 mit zwei unterbrochenen Pfeil-Linien und dem Bezugszeichen "QL"
stilisiert ist. Durch den Kühlluftstrom kann die Schalthäufigkeit der Kupplungsbaugruppe
und das zu übertragende Drehmoment erheblich gesteigert werden.
1
Gehäuse der Kühlmittelpumpe
2
Pumpenwelle der Kühlmittelpumpe
3
Riemenscheibe für Antrieb der Kühlmittelpumpe
4
Flügelrad der Kühlmittelpumpe
5
Riemenscheibe für Antrieb des Kompressors
6
Magnetwicklung
7
axial bewegliche Reibplatte
8
Blattfedern
9
Nieten
10
Befestigungsbolzen
11
Befestigungsbutzen
12
Kühlluftöffnungen in der Riemenscheibe für den Antrieb der Kühlmittelpumpe
AR
AR
Reibfläche der Riemenscheibe für den Antrieb des Kompressors
QL
QL
Kühlluftstrom
Claims (8)
1. Kupplungsbaugruppe für einen Kompressor zur mechanischen Aufladung einer
Brennkraftmaschine, wobei die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über
Riemenscheiben und mindestens einen Riemen mit dem Antrieb des Kompressors
in Wirkverbindung steht und wobei die Kraftübertragung zwischen Kurbelwelle und
Kompressor mittels der Kupplungsbaugruppe hergestellt bzw. unterbrochen
werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsbaugruppe einer
Kühlmittelpumpe zugeordnet wird und eine Riemenscheibe (5) aufweist, die koaxial
zur Pumpenwelle (2) angeordnet und auf dem Gehäuse (1) der Kühlmittelpumpe
drehbar gelagert ist und die mit der einen Stirnseite mit einer, starr am Gehäuse (1)
der Kühlmittelpumpe abgestützten Magnetwicklung (6) und mit der anderen
Stirnseite mit einer axial beweglichen Reibplatte (7) in Wirkverbindung steht, wobei
die Reibplatte (7) über Blattfedern (8) mit einer Riemenscheibe (3) für den Antrieb
des Flügelrades (4) der Kühlmittelpumpe verbunden ist.
2. Kupplungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Riemenscheibe (5) und die Reibplatte (7) aus Eisenwerkstoffen bestehen.
3. Kupplungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Blattfedern (8) mit Nieten (9) an der Riemenscheibe (3) für den Antrieb des
Flügelrades (4) befestigt sind.
4. Kupplungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Blattfedern (8) mit Befestigungsbolzen (10) an der Reibplatte (7) befestigt sind.
5. Kupplungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der
Reibplatte (7) Befestigungsbutzen (11) ausgestaltet sind.
6. Kupplungsbaugruppe nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Befestigungsbutzen (11) eine schaufelförmige Kontur aufweisen.
7. Kupplungsbaugruppe nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet,
dass an der Reibplatte (7) zwischen den Befestigungsbutzen (11) weitere
schaufelförmige Konturen ausgestaltet sind.
8. Kupplungsbaugruppe nach den Ansprüchen 1 und 6 und/oder 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die schaufelförmigen Konturen mit Kühlluftöffnungen (12) in
Wirkverbindung stehen, die in der Riemenscheibe (3) für den Antrieb des
Flügelrades (4) ausgestaltet sind.
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