DE10117517B4 - Kupplungsbaugruppe für einen Kompressor zur mechanischen Aufladung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Kupplungsbaugruppe für einen Kompressor zur mechanischen Aufladung einer Brennkraftmaschine Download PDF

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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 zugeschalten 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.
  • Das Dokument DE 36 36 982 A1 offenbart einen mechanischen Lader einer Brennkraftmaschine, welcher eine Riemenscheibe aufweist, die über einen Riemen mit einer Riemenscheibe, die fest an einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine befestigt ist, in Wirkverbindung steht. Die dem Lader zugeordnete Riemenscheibe ist über eine Kupplungsvorrichtung fest auf einer Drehwelle eines Rotors des Laders angebracht, so dass der Lader mittels Steuerung der Kupplungsvorrichtung wahlweise ein- oder ausgeschaltet ist.
  • 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:
  • 1 eine Schnittdarstellung durch eine Kühlmittelpumpe mit einer Kupplungsbaugruppe für den Kompressor und
  • 2 die Baueinheit gemäß 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.
  • 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 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.
  • Bezugszeichenliste
    • 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
    Reibfläche der Riemenscheibe für den Antrieb des Kompressors
    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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