DE102008062173A1

DE102008062173A1 - Vorrichtung zum Antrieb eines Generators über einen Riementrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008062173A1
Application number: DE102008062173A
Authority: DE
Inventors: Bernd Hartmann; Christian Dr.-Ing. Hauck; Andrea Reichert
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-12-13
Filing date: 2008-12-13
Publication date: 2010-06-17
Also published as: US20100167856A1; US8317642B2; CN101915298A; CN101915298B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden eines Generators mit einem Riementrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Riemenscheibe (1), welche relativ zu einer auf einer Welle (3) aufgesetzten Nabe (2) verdrehbar geführt ist, wobei mindestens ein zwischen Riemenscheibe (1) und Nabe (2) angeordnetes Federelement die Riemenscheibe (1) und die Nabe (2) zur Übertragung einer Drehbewegung elastisch miteinander verbindet und sich dabei eine Relativverdrehung zwischen Riemenscheibe (1) und Nabe (2) entsprechend einer wirksamen Verdrehsteifigkeit einstellt, wobei ferner das mindestens eine Federelement mit einem definierten Bewegungsspiel (s) bezüglich der Riemenscheibe (1) und/oder der Nabe (2) platziert ist, um die Relativverdrehung in einem ersten Bereich (I) mit einer geringen Verdrehsteifigkeit durch das Bewegungsspiel (s) zuzulassen, während in einem zweiten Bereich (2) eine hohe Verdrehsteifigkeit durch das mindestens eine Federelement erzeugbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden eines Generators mit einem Riementrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Riemenscheibe, welche relativ zu einer auf einer Welle aufgesetzten Nabe verdrehbar geführt ist, wobei mindestens ein zwischen Riemenscheibe und Nabe angeordnetes Federelement die Riemenscheibe und die Nabe zur Übertragung einer Drehbewegung elastisch miteinander verbindet und sich dabei eine Relativverdrehung zwischen Riemenscheibe und Nabe entsprechend einer wirksamen Verdrehsteifigkeit einstellt.
Hintergrund der Erfindung
Zur Stromversorgung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges ist üblicherweise im Bereich der Brennkraftmaschine ein Generator vorgesehen, welcher über einen Riementrieb mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist und hierüber bei Betrieb der Brennkraftmaschine in Drehung versetzt wird. Durch diese Drehung wird dabei der zum Betrieb elektrischer Verbraucher und zum Laden der Startbatterie erforderliche Strom erzeugt.
Die charakteristischen Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine führen jedoch zum Einleiten von Kräften und Resonanzen in den Riementrieb, was bei einer starren Verbindung mit den Nebenaggregaten zu starken Schwingungen in deren Antrieb führen würde. Um diesen Effekt zu vermindern, werden daher üblicherweise zwischen dem Riementrieb und dem jeweiligen Aggregat Vorrichtungen vorgesehen, um eine Entkopplung von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu erreichen.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2006 057 793 A1 ist eine derartige Vorrichtung zum Verbinden eines Nebenaggregats, wie beispielsweise eines Generators, mit einer Kurbelwelle mittels eines Riementriebes bekannt. Diese umfasst eine Riemenscheibe, welche über ein Lager relativ zu einer Nabe verdrehbar geführt ist, die auf einer Welle des Nebenaggregats platziert ist. Um eine Übertragung der Drehbewegung des Riementriebes von der Riemenscheibe auf die Nabe zu ermöglichen und gleichzeitig die in den Riementrieb eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine auszugleichen, sind zwischen Riemenscheibe und Nabe drei Federelemente angeordnet, die die Riemenscheibe und die Nabe elastisch miteinander verbinden und eine Relativverdrehung zwischen beiden Elementen entsprechend einer wirksamen Verdrehsteifigkeit zulassen.
Nachteilhaft an einer Vorrichtung des Standes der Technik ist, dass durch die Anordnung der Federelemente zwischen Riemenscheibe und Nabe allerdings nur eine, konstante Verdrehsteifigkeit definiert wird. Es ist aber bei riemengetriebenen Generatoren wünschenswert, bei einer niedrigen Belastung des Generators eine Vorrichtung mit einer möglichst geringen Verdrehsteifigkeit zu verwenden, um den Generator weitestgehend vom Riementrieb zu entkoppeln. Bei einer hohen Generatorbelastung aufgrund einer höheren Stromabnahme sorgt eine niedrige Verdrehsteifigkeit allerdings dafür, dass sich Riemenscheibe und Nabe sehr weit aufgrund des durch die Stromabnahme im Generator erzeugten Gegenmoments gegeneinander verdrehen. Um dies wiederum zu verhindern und den Arbeitsbereich der Vorrichtung klein zu halten, ist bei einer hohen Generatorbelastung folglich eine hohe Verdrehsteifigkeit anzustreben. Üblicherweise ist von daher bei einer Vorrichtung des Standes der Technik zum Verbinden eines Generators mit dem Riementrieb einer Brennkraftmaschine eine Kompromisslösung zwischen einer niedrigen Verdrehsteifigkeit und einer höheren Verdrehsteifigkeit einzugehen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine derartige Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei welcher bei einer niedrigen Generatorbelastung eine niedrige Verdrehsteifigkeit und bei einer entsprechend hohen Belastung des Generators eine ausreichend hohe Verdrehsteifigkeit darstellbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauffolgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass das mindestens eine, zwischen Riemenscheibe und Nabe angeordnete Federelement mit einem definierten Bewegungsspiel bezüglich der Riemenscheibe und/oder der Nabe platziert ist. Hierdurch wird in einem ersten Bereich einer Relativverdrehung zwischen Riemenscheibe und Nabe durch das Bewegungsspiel mit einer geringen, wirksamen Verdrehsteifigkeit zugelassen, während in einem zweiten Bereich durch das mindestens eine Federelement eine hohe Verdrehsteifigkeit erzeugbar ist. Mittels des Bewegungsspiels des mindestens einen Federelements kann somit auf einfache Art und Weise im ersten Bereich eine niedrige, resultierende Verdrehsteifigkeit erzeugt werden. Im zweiten Bereich wird hingegen durch die über das mindestens eine Federelement voll wirksame Ver drehsteifigkeit bei einer hohen Generatorbelastung eine sehr weite Verdrehung zwischen Riemenscheibe und Nabe verhindert. Dementsprechend kann durch eine Definition des Bewegungsspiels der erste und der zweite Bereich der Verdrehsteifigkeit entsprechend gestaltet werden und eine Kompromisslösung entfallen. Des Weiteren ist durch das Bewegungsspiel eine einfachere Montage des mindestens einen Federelements möglich, da dieses nicht mehr vorgespannt eingesetzt werden muss. Ein weiterer Vorteil ist zudem, dass durch eine derartige Gestaltung der Vorrichtung deren Eigenresonanzdrehzahl abgesenkt werden kann, was bei einem Durchlaufen dieser Drehzahl auch zu einem Absenken der Schwingdynamik des Systems führt.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist aus einer Mittenlage heraus der erste und der zweite Bereich der Verdrehsteifigkeit für beide Drehrichtungen jeweils symmetrisch vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass somit in beide Drehrichtungen zwischen Riemenscheibe und Nabe zunächst ein niedrige Verdrehsteifigkeit wirkt und somit gute Entkopplung erzeilbar ist, während durch die daran anschließende hohe Verdrehsteifigkeit eine zu starke Relativverdrehung und ständiges Wandern in die mechanischen Endanschläge verhindert wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Relativverdrehung aus der Mittenlage nur in eine Drehrichtung möglich. Vorteilhafterweise kann hierdurch die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei einem Starter-Generator Anwendung finden. Bei einem Start über den Starter-Generator wird das Drehmoment von der Nabe auf die Riemenscheibe direkt über den mechanischen Endanschlag übertragen. Es muss in diesem Fall also nicht zunächst ein Bewegungsspiel überbrückt werden, was ansonsten zu einer hohen kinetischen Energie der Welle des Starter-Generators und letztendlich zu einem harten Aufprall in den mechanischen Endanschlag führen würde.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das mindestens eine Federelement nach Art mindestens einer Bogenfeder ausgebildet, die in Kanälen zwischen Riemenscheibe und Nabe platziert ist. Durch die Verwendung einer Bogenfeder kann eine elastische Verbindung der Riemenscheibe mit der Nabe auf kompakte Art und Weise gestaltet werden.
In Weiterbildung der Erfindung sind die zwischen Riemenscheibe und Nabe vorgesehenen Kanäle zur Aufnahme der mindestens einen Bogenfeder in radialer Richtung geteilt. Dies hat den Vorteil, dass die Vorrichtung dadurch in axialer Richtung kompakter gestaltet werden kann.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich zwischen einer Riemenscheibe und einer Nabe;
2 ein Diagramm, welches die Verdrehsteifigkeitskennlinie der in 1 dargestellten Vorrichtung abbildet; und
3 ein Diagramm, welches die Verdrehsteifigkeitskennlinie einer weiteren Gestaltungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden eines Generators mit einem Riementrieb einer Brennkraftmaschine zu sehen. Bei dieser ist eine Riemenscheibe 1 relativ verdrehbar zu einer Nabe 2 geführt, welche auf einer Welle 3 des Generators aufgesetzt ist. Die Riemenscheibe 1 ist hierbei auf dem Fachmann bekannte Art und Wei se ausgebildet und steht über einen hier nicht dargestellten Riemen mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Verbindung. Bei laufender Brennkraftmaschine wird die Riemenscheibe 1 über den Riementrieb in Rotation versetzt und überträgt die Drehbewegung mittelbar auf die Nabe 2, wodurch über Welle 3 ein Antrieb des Generators erfolgt. Um die Übertragung einer Drehbewegung von der Riemenscheibe 1 auf die Nabe 2 zu ermöglichen und gleichzeitig die Einleitung von Drehungleichförmigkeiten in den Antrieb des Generators zu vermeiden, sind zwischen Riemenscheibe 1 und Nabe 2 und in durch beide Bauteile definierten und in radialer Richtung geteilten Kanälen 4a–4c Bogenfedern 5a–5c platziert. Dem Fachmann wird hierbei klar sein, dass die Kanäle 4a– 4c ebenso gut auch in axialer Richtung geteilt ausgebildet sein können. Mittels der Bogenfedern 5a–5c überträgt die Riemenscheibe 1 über radiale Vorsprünge 6a–6c die über den Riementrieb eingeleitete Drehbewegung auf radiale Vorsprünge 7a–7c der Nabe 2. Hierbei sind allerdings die radialen Erstreckungen 7a–7c der Nabe 2 in Umfangsrichtung größer ausgebildet als die radialen Erstreckungen 6a–6c der Riemenscheibe 1, so dass zwischen der Riemenscheibe 1 und den Bogenfedern 5a–5c jeweils ein Bewegungsspiel s entsteht. Dem Fachmann wird allerdings klar sein, dass ebenso auch die radialen Erstreckungen 6a–6c der Riemenscheibe 1 größer ausgebildet sein können bzw. zwischen den radialen Erstreckungen 6a–6c und 7a–7c und den Bogenfedern 5a–5c insgesamt ein Bewegungsspiel s vorgesehen sein kann. Dieses Bewegungsspiel s sorgt bei einer Bewegung aus der in 1 dargestellten Mittenlage der Vorrichtung dafür, dass zunächst kein Kontakt der Riemenscheibe 1 bei einer Drehbewegung mit den Bogenfedern 5a–5c stattfindet. Dadurch wird die Nabe 2 innerhalb dieses Spielraums vollständig von der Riemenscheibe 1 entkoppelt, was zu einer in 2 in einem Diagramm dargestellten Verdrehsteifigkeit führt. In diesem Diagramm, in welchem das über die Vorrichtung übertragenden Drehmoment über einem relativen Verdrehwinkel zwischen Riemenscheibe 1 und Nabe 2 dargestellt ist, ist zu erkennen, dass in einem ersten Bereich I aufgrund des Bewegungsspiels s eine niedrigere, resultierende Verdrehsteifigkeit, dargestellt durch die gestrichelte Linie 8, erreicht wird, als in einem zweiten Bereich II. Dies hat zur Folge, dass in dem ersten Bereich I eine bessere Entkoppelung der Nabe 2 von der Riemenscheibe 1 und damit des Generators von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erreicht wird. Bei sehr großen Relativverdrehungen zwischen Riemenscheibe 1 und Nabe 2, welche beispielsweise durch hohe Stromabnahmen am Generator entstehen können, ist die höhere Verdrehsteifigkeit der zweiten Bereichs II wirksam, wodurch der Arbeitsbereich der Vorrichtung klein gehalten werden kann.
In 3 ist in einem weiteren Diagramm eine Verdrehsteifigkeit einer anderen, möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung dargestellt. Im Unterschied zu der in 2 dargestellten Verdrehsteifigkeit ist diese nicht für beide Drehrichtungen zwischen Riemenscheibe und Nabe 2 aus einer Mittenlage symmetrisch ausgebildet, sondern weist nur in eine Drehrichtung die beiden Bereiche I und II auf, während in die andere Drehrichtung die Verdrehsteifigkeit aufgrund eines direkten mechanischen Kontakts zwischen Riemenscheibe 1 und Nabe 2 nahezu unendlich groß ist. Mittels einer derartigen Auslegung der Verdrehsteifigkeit ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei einem Starter-Generator zu verwenden. Dabei kann in die eine Drehrichtung, in welche beim Starten der Brennkraftmaschine eine Drehmomentübertragung von der Nabe 2 auf die Riemenscheibe 1 stattfindet, durch den unmittelbaren mechanischen Kontakt direkt und ohne Durchlaufen eines Bewegungsspiels angetrieben werden, während in die andere Drehrichtung auf die bereits beschriebene Art und Weise eine Entkoppelung des Generators bei laufender Brennkraftmaschine erfolgen kann.
Insgesamt ist es durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich, den Generator besser von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu entkoppeln und gleichzeitig den Arbeitsbereich der Vorrichtung klein zu halten.

1: Riemenscheibe
2: Nabe
3: Welle
4a–4c: Kanäle
5a–5c: Bogenfedern
6a–6c: radiale Erstreckungen Riemenscheibe
7a–7c: radiale Erstreckungen Nabe
8: resultierende Verdrehsteifigkeit
s: Bewegungsspiel
I: erster Bereich Verdrehsteifigkeit
II: zweiter Bereich Verdrehsteifigkeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006057793 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung zum Verbinden eines Generators mit einem Riementrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Riemenscheibe (1), welche relativ zu einer auf einer Welle (3) aufgesetzten Nabe (2) verdrehbar geführt ist, wobei mindestens ein zwischen Riemenscheibe (1) und Nabe (2) angeordnetes Federelement die Riemenscheibe (1) und die Nabe (2) zur Übertragung einer Drehbewegung elastisch miteinander verbindet und sich dabei eine Relativverdrehung zwischen Riemenscheibe (1) und Nabe (2) entsprechend einer wirksamen Verdrehsteifigkeit einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement mit einem definierten Bewegungsspiel (s) bezüglich der Riemenscheibe (1) und/oder der Nabe (2) platziert ist, um die Relativverdrehung in einem ersten Bereich (I) mit einer geringen, wirksamen Verdrehsteifigkeit durch das Bewegungsspiel (s) zuzulassen, während in einem zweiten Bereich (II) eine hohe Verdrehsteifigkeit durch das mindestens eine Federelement erzeugbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Mittenlage heraus der erste und der zweite Bereich (I, II) der Verdrehsteifigkeiten für beide Drehrichtungen jeweils symmetrisch vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relativverdrehung aus der Mittenlage nur in eine Drehrichtung möglich ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement nach Art mindestens einer Bogenfeder (5a–5c) ausgebildet ist, die in Kanälen (4a–4c) zwischen Riemenscheibe (1) und Nabe (2) platziert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen Riemenscheibe (1) und Nabe (2) vorgesehenen Kanäle (4a–4c) in radialer Richtung geteilt sind.
Brennkraftmaschine mit einem Riementrieb zum Betrieb eines Generators, umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5.