DE10161700A1

DE10161700A1 - Variabler Riemenhochtrieb für Nebenaggregate

Info

Publication number: DE10161700A1
Application number: DE2001161700
Authority: DE
Inventors: Norbert Amann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-12-15
Filing date: 2001-12-15
Publication date: 2003-06-18
Also published as: EP1454043B1; DE50204295D1; EP1454043A1; WO2003052247A1

Abstract

Ein zweistufiger variabler Riemenhochtrieb für Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine mit zwei Riemenscheiben weist ein aus einer Magnetkupplung und einem Überholfreilauf bestehendes Schaltmodul auf, welches in die Riemenscheiben integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 eine Einrichtung zum Antrieb von Nebenaggregaten mit zwei voneinander unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen, welche eingangsseitig einen mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors verbundenen Antrieb und ausgangsseitig einen durch zwei Antriebsscheiben gebildeten Abtrieb zum Antrieb der Nebenaggregate aufweist, wobei zum Antrieb der Nebenaggregate einrichtungsabtriebsseitig die Antriebsscheiben zum Antrieb der Nebenaggregate unterschiedliche Durchmesser aufweisen und bei geringen Kurbelwellendrehzahlen ein Antrieb der Nebenaggregate mittels der größeren Antriebsscheibe und bei hohen Kurbelwellendrehzahlen ein Antrieb der Nebenaggregate mittels der kleineren Antriebsscheibe erfolgt.
Beim Antrieb von Nebenaggregaten von Brennkraftmaschinen stellt sich das Problem, dass die Brennkraftmaschine über einen weiten Drehzahlbereich von in mehreren 1000 min^-1 bis etwa 7000-9000 min^-1 betrieben wird, während es in Hinblick auf die Nebenaggregate wünschenswert ist, den Betriebsbereich auf einen engeren Drehzahlbereich zu begrenzen.
Aus diesem Grund sind verschiedene Vorrichtungen bekannt geworden, welche einen variablen Antrieb der Nebenaggregate durch Umschalten zwischen

Übersetzungsstufen erreichen. Beispiele geben die DE 38 00 346 C2 sowie die FR 24 86 610, welche jeweils einen vergleichmäßigten Antrieb riemengetriebener Nebenaggregate ermöglichen, indem mittels eines Elektromagneten ein Umschalten zwischen Übersetzungsstufen erfolgt. Die Umschalteinrichtung bei der in der DE 38 00 346 C2 beschriebenen Vorrichtung zum Antrieb einer Eingangswelle eines Wechselstromgenerators eines Kraftfahrzeugmotors ist in den Generator integriert, wodurch der Einsatz eines besonderen, nicht serienmäßigen Generators notwendig ist. Auch bei der in der FR 24 86 610 beschriebenen Anordnung ist die Umschalteinrichtung aggregatsseitig - in diesem Fall an der Wasserpumpe - angeordnet, so das auch hier eine Abhängigkeit vom Nebenaggregat besteht.

Weiterhin sind auch zur Kurbelwelle koaxial angeordnete Vorrichtungen zum stufig schaltbaren Antrieb von Nebenaggregaten bekannt geworden, in diesem Zusammenhang werden beispielhaft die DE 198 22 426 C2 sowie die DE 196 23 525 A1 genannt. Beide Anordnungen umfassen Planetengetriebe, weisen einen sehr komplexen Aufbau auf und beanspruchen insbesondere in axialer Richtung einen großen Bauraum.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen variablen Riemenhochtrieb für Nebenaggregate bereitzustellen, welcher von den anzutreibenden Nebenaggregaten unabhängig ist, welcher einfach aufgebaut ist und somit sowohl günstig herzustellen als auch zu montieren ist und welcher einen nur geringen Bauraum beansprucht.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die zugrundeliegende Idee den Gedanken beinhaltet, zwischen Einrichtungsantrieb und Einrichtungsabtrieb ein aus einer Magnetkupplung und einem Überholfreilauf bestehendes Schaltmodul vorzusehen, wobei ausgehend vom Einrichtungsantrieb eine Verzweigung jeweils zu einer einrichtungsabtriebsseitigen Antriebsscheibe erfolgt und ein Strang die Magnetkupplung und der andere Strang den Freilauf umfasst.

Ein Ausführungsbeispiel sowie dessen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Besonders von Vorteil ist es, wenn der Strang der größeren Antriebsscheibe die Magnetkupplung und der Strang der kleineren Antriebsscheibe den Freilauf umfasst, wobei der Freilauf derart wirkt, dass bei geöffneter Magnetkupplung eine Mitnahme der kleinen Antriebsscheibe erfolgt und bei geschlossener Magnetkupplung und dadurch bedingtem Kraftfluss über das große Antriebsrad der Freilauf ein verspannen verhindert.

Bevorzugterweise ist das gesamte, aus Magnetkupplung und Freilauf bestehende Schaltmodul in die Antriebsscheiben integriert, so dass eine insbesondere in axialer Richtung kompakte Bauweise erreicht wird. Dabei ist es zweckmäßig, den Kupplungsmagnet im großen Antriebsrad und den Freilauf im kleinen Antriebsrad zu integrieren.

Ein Antrieb mittels der kleinen Antriebsscheibe erfolgt zweckmäßig bei ausgeschalteter Magnetkupplung, wobei die große Antriebsscheibe leer mit läuft und ein Antrieb mittels der großen Antriebsscheibe erfolgt bei eingeschalteter Magnetkupplung, wobei zwischen großer und kleiner Antriebsscheibe der Freilauf wirksam ist. Dabei bildet die kleine Antriebsscheibe zusammen mit einer ersten weiteren Scheibe eine erste Übersetzungsstufe und die große Antriebsscheibe zusammen mit einer zweiten weiteren Scheibe eine zweite Übersetzungsstufe; bevorzugterweise beträgt das Übersetzungsverhältnis von erster zu zweiter Übersetzungsstufe 0,4 bis 0,7, insbesondere 0,5 bis 0,6.

Die Umschaltung von einer Übersetzungsstufe zur anderen erfolgt vorteilhafterweise bei einer Kurbelwellendrehzahl von 1100 bis 2000 min^-1, insbesondere bei 1400 bis 1600 min^-1, wobei bei geringerer Kurbelwellendrehzahl der Antrieb über das große Antriebsrad und bei höherer Kurbelwellendrehzahl der Antrieb über das kleine Antriebsrad erfolgt.

Nachfolgend wird eine Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher dargestellt; dabei zeigen schematisch und beispielhaft
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Antriebseinrichtung mit Antrieb und Abtrieb sowie Aufteilung des Kraftflusses auf zwei Stränge,
Fig. 2 zwei Antriebsscheiben mit integriertem Schaltmodul sowie Fig. 3 eine Antriebseinrichtung im Betrieb mit Nebenaggregaten.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zum Antrieb von Nebenaggregaten mit Antrieb 10 und Abtrieb 11, 12 sowie Aufteilung des Kraftflusses auf zwei Stränge 13, 14. Ausgehend vom Antrieb 10, welcher mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden ist, erfolgt eine Verzweigung des Kraftflusses auf zwei Stränge 13 und 14. Der Strang 13 umfasst dabei einen Überholfreilauf 15, Strang 14 eine vorliegend als Magnetkupplung ausgebildete Trennkupplung 16. Bei geöffneter Trennkupplung 16 erfolgt der Kraftfluss vom Antrieb 10 im Strang 13 über den in Sperrichtung betriebenen Freilauf 15 zum Abtrieb 12, welcher beispielsweise als Antriebsscheibe mit kleinem Durchmesser ausgebildet ist, so dass ein Antrieb der Nebenaggregate mit geringerer Geschwindigkeit erfolgt. Bei geschlossener Trennkupplung 16 erfolgt der Kraftfluss vom Antrieb 10 im Strang 14 über die geschlossene Kupplung 16 zum Abtrieb 11, welcher beispielsweise als Antriebsscheibe mit großem Durchmesser ausgebildet ist, so dass ein Antrieb der Nebenaggregate mit höherer Geschwindigkeit erfolgt. Der Freilauf 15 im Strang 13 ist dabei in Freilaufrichtung im Betrieb, wodurch ein verspannen der Stränge 13 und 14 gegeneinander verhindert wird.
Eine Ausgestaltung zweier Antriebsscheiben 24, 30 mit integriertem Schaltmodul ist in Fig. 2 gezeigt. Mittels einer Mehrzahl über den Umfang verteilter Schrauben 21 ist das Eingangsteil 20 der Antriebseinrichtung 33 mit der hier nicht näher gezeigten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden. Über ein Zahnnabenprofil 25 mit dem Eingangsteil 20 drehfest verbunden ist eine Scheibe 28, welche bei bestromten Elektromagnet 31 über einen Reibbelag 29 mit einer großen Riemenscheibe 30 reibschlüssig verbindbar ist.
Zur Verbindung der Scheibe 28 mit dem Eingangsteil 20 kann es selbstverständlich ebenso zweckmäßig sein, eine andere Welle/Nabe-Verbindung vorzusehen, wobei es sich beispielsweise um eine formschlüssige Verbindung etwa mittels Pass- oder Schiebefeder, eine Keil- oder Zahnwellenverbindung, eine Polygonverbindung, eine Stirnzahnverbindung, eine Stiftverbindung oder um eine kraftschlüssige Verbindung in Form eines zylindrischen oder kegeligen Pressverbandes handeln kann.
Die Riemenscheibe 30 ist mittels zweier Rillenkugellager 27a, 27b auf einem buchsenförmigen Fortsatz 28a der Scheibe 28 relativ zum Eingangsteil 20 drehbar gelagert ebenso, wie der Elektromagnet 31, welcher zudem mittels einer Drehmomentstütze 32 gehäusefest gegen Verdrehen gesichert ist. Dabei ermöglicht die Anwendung des Zahnnabeprofils 25 die Verwendung kleiner Lager 26, 27a, 27b. Eine kleine Riemenscheibe 24 ist mittels zweier Rillenkugellager 22a, 22b auf dem Eingangsteil 20 radial außerhalb der Befestigungsschrauben 21 gelagert, axial zwischen den Rillenkugellagern 22a, 22b ist eine Freilauf 23 angeordnet, welcher die Relativdrehung der Riemenscheibe 24 Eingangsteil 20 in einer Richtung gestattet und in der anderen Richtung sperrt.
Insbesondere in Hinblick auf den Bauraum und die Herstellungskosten ist es gegebenenfalls zweckmäßig, wenn an Stelle der Rillenkugellager 27a, 27b Gleitlager verwendet werden. Auch die Verwendung anderer Wälzlager ist möglich.
Im unteren Drehzahlbereich zwischen Leerlaufdrehzahl und ca. 1500 min^-1 der Brennkraftmaschine ist der Elektromagnet 31 bestromt, so dass über den Reibbelag 29 eine reibschlüssige Kraftübertragung von der Scheibe 28 auf die Riemenscheibe 30 erfolgt. Gegebenenfalls ist auch eine formschlüssige schaltbare Verbindung zwischen Scheibe 28 und Riemenscheibe 30 ausführbar, wobei jedoch verstärkte Schaltstöße zu berücksichtigen sind. Der Freilauf 23 ist dabei in Freilaufrichtung in Betrieb, so dass ein Verspannen aufgrund der unterschiedlichen Übersetzungen der beiden Riemenscheiben 24, 30 verhindert wird.
Im Bereich oberhalb ca. 1500 min^-1 ist der Elektromagnet 31 stromlos, wodurch die Riemenscheibe 30 von der Scheibe 28 und somit vom Eingangsteil 20 entkoppelt ist. Der Kraftfluss erfolgt nun über den in Sperrichtung betriebenen Freilauf 23, so dass der Antrieb der Nebenaggregate bei höheren Kurbelwellendrehzahlen mittels der kleinen Riemenscheibe 24 erfolgt; ein angepasster, vergleichmäßigter Betrieb der Nebenaggregate, welcher deren Betriebsbereichen besser gerecht wird, wird erreicht.
Mit Fig. 3 ist eine Antriebseinrichtung 38 im Betrieb mit Nebenaggregaten 35, 41, 42 gezeigt. Die zur hier nicht dargestellten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine koaxial angeordnete Antriebseinrichtung 38, wie sie im Detail mit Fig. 2 gezeigt und beschrieben ist, wird von der Kurbelwelle in Pfeilrichtung angetrieben. Die kleinere Riemenscheibe, welche brennkraftmaschinenseitig angeordnet ist, bildet zusammen mit dem Antriebsriemen 39b die Riemenebene, während die große Riemenscheibe, welche auf der der Brennkraftmaschine abgewandten Seite angeordnet ist, zusammen mit dem Schaltriemen 39a die Schaltebene bildet.
Im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine erfolgt der Antrieb in der Schaltebene über eine auf der Welle einer Lenkhilfpumpe 41 angeordneten Riemenscheibe 40a, welche zusammen mit der Riemenscheibe 30 eine erste Übersetzungsstufe bildet; der Kraftfluss erfolgt weiterhin über eine koaxial zur Riemenscheibe 40a, ebenfalls auf der Lenkhilfpumpenwelle angeordneten Riemenscheibe 40b in der Schaltebene, wobei der Riemen 39b der Umlaufrichtung folgend eine Wasserpumpe 35 und einen Generator 42 antreibt. Die Riemen 39a, 39b werden jeweils mittels Spannrollen 36, 37 unter Spannung gehalten.
Im oberen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine erfolgt der Antrieb der Nebenaggregate bei geöffneter Magnetkupplung direkt in der Antriebsebene mittels der kleinen Riemenscheibe der Antriebseinrichtung 38, welche mit der Riemenscheibe 40b der Lenkhilfpumpe 41 eine zweite Übersetzungsstufe bildet.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispieles sind zweckmäßigerweise die Riemenscheiben, welche mit den Riemenscheiben 24, 30 der Antriebseinrichtung 38 die Übersetzungsstufen bilden, nicht der Lenkhilfpumpe 41, sondern einem anderen Nebenaggregat wie Wasserpumpe 35 oder Generator 42 zugeordnet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Übersetzung für den unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine i₁ ≍ 1,8 bis 2,1, insbesondere ca. 1,95, die zweite Übersetzung für den oberen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine beträgt i₁ ≍ 0,9 bis 1,3, insbesondere ca. 1,06. Hieraus ergibt sich ein Verhältnis der Beiden Übersetzungen zueinander von 4 bis 0,7, insbesondere 0,5 bis 0,6. Die Grenze zwischen oberem und unterem Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine liegt vorliegend oberhalb 1100 min^-1, vorzugsweise bei 1400-2000 min^-1, insbesondere bei ca. 1500 min^-1. Gegebenenfalls ist es zweckmäßig, wenn die Umschaltung hysteresebehaftet ist, so dass ein Umschalten abhängig von der Schaltrichtung bei unterschiedlichen Drehzahlen erfolgt; die Hysterese bewegt sich im Bereich von 50 bis 200 min^-1, insbesondere beträgt sie ca. 100 min^-1.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine Vielzahl von Vorteilen wie ein größerer Freiheitsgrad bei der Drehzahlauslegung der Nebenaggregate, eine deutliche Leerlaufabsenkung, ein niedrigerer Kraftstoffverbrauch, ein Anstieg der Nennleistung aufgrund niedrigerer Leistungsaufnahme der Nebenaggregate sowie eine Verbesserung der Prestigebeschleunigungswerte aufgrund niedrigeren Trägheitsmoments des Gesamtriementriebs erzielt. Ebenfalls hervorzuheben ist die Verwendung kleinerer Aggregate, wodurch entscheidende Bauraumvorteile erreicht werden.

Claims

1. Einrichtung zum Antrieb von Nebenaggregaten mit zwei voneinander unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen, welche
eingangsseitig einen mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors verbundenen Antrieb und
ausgangsseitig einen durch zwei Antriebsscheiben gebildeten Abtrieb zum Antrieb der Nebenaggregate aufweist,
wobei
zum Antrieb der Nebenaggregate einrichtungsabtriebsseitig die Antriebsscheiben zum Antrieb der Nebenaggregate unterschiedliche Durchmesser aufweisen und
bei geringen Kurbelwellendrehzahlen ein Antrieb der Nebenaggregate mittels der größeren Antriebsscheibe und bei hohen Kurbelwellendrehzahlen ein Antrieb der Nebenaggregate mittels der kleineren Antriebsscheibe erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Einrichtungsantrieb (10) und Einrichtungsabtrieb (11, 12) ein aus einer Magnetkupplung (16) und einem Überholfreilauf (15) bestehendes Schaltmodul vorgesehen ist, wobei ausgehend vom Einrichtungsantrieb (10) eine Verzweigung jeweils zu einer einrichtungsabtriebsseitigen Antriebsscheibe (24, 30) erfolgt und ein Strang (14) die Magnetkupplung (16) und der andere Strang (13) den Freilauf (15) umfasst.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang der größeren Antriebsscheibe (30) die Magnetkupplung (16) und der Strang der kleineren Antriebsscheibe (24) den Freilauf (15) umfasst.

3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmodul in die Antriebsscheiben (24, 30) integriert ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsmagnet (31) im großen Antriebsrad (30) und der Freilauf (23) im kleinen Antriebsrad (24) integriert ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb mittels der kleinen Antriebsscheibe (24) bei ausgeschalteter Magnetkupplung erfolgt, wobei die große Antriebsscheibe (30) leer mit läuft und ein Antrieb mittels der großen Antriebsscheibe (30) bei eingeschalteter Magnetkupplung erfolgt, wobei zwischen großer und kleiner Antriebsscheibe der Freilauf (23) wirksam ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die große Antriebsscheibe zusammen mit einer ersten weiteren Scheibe eine erste Übersetzungsstufe und die kleine Antriebsscheibe zusammen mit einer zweiten weiteren Scheibe eine zweite Übersetzungsstufe bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis von zweiter zu erster Übersetzungsstufe 0,4 bis 0,7, insbesondere 0,5 bis 0,6 beträgt.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel zwischen den Übersetzungsstufen bei einer Kurbelwellendrehzahl von 1100 bis 2000 min^-1, insbesondere bei 1400 bis 1600 min^-1 erfolgt.