DE102009006354A1

DE102009006354A1 - Verriegelung für einen Start-Stopp-Betrieb eines Startergenerators

Info

Publication number: DE102009006354A1
Application number: DE102009006354A
Authority: DE
Inventors: Bernd Hartmann; Christian Dr.-Ing. Hauck
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2009-08-27
Also published as: US8215468B2; US20090211871A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein als Decoupler (1) bezeichnetes Drehmoment-Übertragungssystem zwischen einer Welle (2) und einer relativ zu der Welle (2) verdrehbaren Riemenscheibe (3) eines Startergenerators. Zur Minderung von Drehschwingungen schließt der Decoupler (1) eine zwischen der Riemenscheibe (3) und der Welle (2) angeordnete Dämpfungseinrichtung ein mit zumindest einem Federelement (5). Der Decoupler (1) umfasst eine drehrichtungsabhängige selbsttätige Verriegelung (7), die bei einem niedrigen Drehzahlniveau eine Koppelung zwischen der Riemenscheibe (3) und der Welle (2) herstellt, die sich bei Erreichen einer Schaltdrehzahl selbsttätig löst.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Decoupler, der eine als Drehmoment-Übertragungssystem ausgebildete Vorrichtung zwischen einer Welle und einer relativ zu der Welle verdrehbaren Riemenscheibe eines Startergenerators darstellt. Der Decoupler umfasst zur Minderung von Drehschwingungen zwischen der Riemenscheibe und der Welle eine zumindest ein Federelement einschließende Dämpfungseinrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmlich werden bei Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, zur Stromerzeugung und zum Start der Brennkraftmaschine zwei getrennte Aggregate eingesetzt, ein auch als Anlasser genannter Startermotor und ein Generator. Der Startermotor dient ausschließlich zum Start der Brennkraftmaschine und der Generator zum Betrieb aller elektrischen Verbraucher der Brennkraftmaschine und des Kraftfahrzeugs.
Bei riemengetriebenen Startergeneratoren (RSG-System) überträgt die Generatorriemenscheibe im Startzyklus das Drehmoment zum Starten der Brennkraftmaschine. Unmittelbar nach erfolgtem Start der Brennkraftmaschine wird der Startergenerator von der Brennkraftmaschine angetrieben, wobei unabhängig vom Betriebszyklus des Startergenerators die Drehrichtung des Zugmitteltriebs unverändert ist. Aufgrund der Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine erfordert der Startergenerator eine sogenannte Generatorentkopplung, die durch einen start-stopp-fähigen Decoupler realisiert wird, welcher starre Endanschläge aufweist, über die im Startzyklus das Startmoment in den Riementrieb eingeleitet werden kann. Als problematisch hat sich herausgestellt, dass zu Beginn des Startvorgangs bzw. während des Durchlaufens der Eigenresonanzdrehzahl des Decouplers die Verdrehung von der Generatorwelle zu der Generatorriemenscheibe sehr groß ist und dabei der Endanschlag erreicht wird, wodurch ein Impuls in den Riementrieb eingeleitet wird. Dieser Impuls erzeugt nachteilige Kraftspitzen, die auf Aggregate übertragen werden, die dem Startergenerator benachbart angeordnet sind.
Es ist bekannt Kraftfahrzeuge mit einer so genannten Start-/Stopp-Funktion auszustatten, bei der die Brennkraftmaschine im Leerlaufzyklus nach einem festgelegten Zeitintervall selbsttätig abgeschaltet und nach Betätigen des Gaspedals automatisiert gestartet wird. Hierzu eignet sich beispielsweise ein Startergenerator gemäß der WO 2007/121582 A1 .
Aus der DE 10 2006 057 793 A1 ist ein riemengetriebener Startergenerator bekannt, dem eine Freilaufriemenscheibe, die auch als Decoupler-Riemenscheibe bezeichnet wird, zugeordnet ist. Diese Riemenscheibe ist über ein Lager relativ zu einer Welle des Aggregates verdrehbar. Zur Übertragung der Drehbewegung des Riementriebs von der Riemenscheibe auf die Welle und um gleichzeitig die in den Riementrieb eingeleiteten Drehungleichförmigkeit in der Brennkraftmaschine auszugleichen, ist zwischen der Riemenscheibe und der Welle ein Federelement eingesetzt. Entsprechend einer wirksamen Drehsteifigkeit des Federelements wird damit eine Relativverdrehung zwischen der Riemenscheibe und der Welle ermöglicht.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Decoupler zu realisieren, der für einen Arbeitsbereich eine zumindest teilweise selbsttätig wirkende Verriegelung aufweist.
Diese Problemstellung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß schließt der auch als Entkoppler zu bezeichnende Decoupler eine fliehkraftabhängig wirkende selbsttätige Verriegelung ein. Diese ermöglicht bei einem niedrigen Drehzahlniveau des Startergenerators eine zumindest teilweise Koppelung zwischen der Riemenscheibe und der Welle, die sich bei Erreichen einer definierten Drehzahl selbsttätig löst. Vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Decoupler so aufgebaut, dass dieser die Generatorriemenscheibe im Startzyklus teilweise bzw. drehrichtungsabhängig verriegelt. Durch das erfindungsgemäße Konzept kann insbesondere für einen riemengetriebenen Startergenerator, aber auch für einen konventionellen Ritzelstart der Brennkraftmaschine, ein Decoupler realisiert werden, der in Startrichtung (Generatorstart) idealerweise blockiert ist, wodurch sich die Kraftspitzen in der Startphase signifikant reduzieren. Aufgrund der drehrichtungsabhängigen erfindungsgemäßen Verriegelung kann der Decoupler in der Gegenrichtung seine ursprüngliche Kennlinie beibehalten. Bevorzugt löst sich die fliehkraftgesteuerte Verriegelung erst dann, nachdem der Riementrieb eine definierte Drehzahl, beispielsweise eine Startdrehzahl der Brennkraftmaschine erreicht hat. Bei Erreichen dieses Drehzahlspektrums hat der Decoupler seine Eigenresonanz bereits durchlaufen. Durch die Erfindung wird verhindert, dass das relativ große, in die Welle des Decouplers eingeleitete Startmoment beim Generatorstart eine Verdrehung um den halben Arbeitsbereich des Decouplers in Lastrichtung bis zu einem Endanschlag verhindert. Aufgrund des relativ langen Beschleunigungswegs der Welle von ca. 40 Winkelgrad käme es ohne die erfindungsgemäße Maßnahme dazu, dass die Wellenanschläge mit großer Wucht auf die noch stehenden Endanschläge schlagen. Die Erfindung vermeidet somit hohe, in den Riementrieb eingeleitete Kraftpeaks, welche sich nachteilig auf Bauteile bzw. Aggregate auswirken, die dem Startergenerator mit zugehörigem Decoupler neben- oder nachgeordnet sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bevorzugt ist eine fliehkraftabhängig wirkende Verriegelung vorgesehen, die zumindest einen in Lastrichtung des Decouplers positionierten Endanschlag oder Klinke umfasst, die mit einem radial positionierten Stift zusammenwirkt. Dazu bietet es sich an, den federbelasteten Stift in einer radialen Führung der Riemenscheibe anzuordnen, der zur Verriegelung in einer Aussparung der Welle an einem Endanschlag abgestützt ist. Dieser Aufbau bewirkt in der Startphase in Drehrichtung der Brennkraftmaschine eine Verriegelung des Decouplers. Vorteilhaft umfasst die Verriegelung zwei diametral gegenüberliegende, radial ausgerichtete in der Riemenscheibe integrierte Stifte, die zur Koppelung mit der Welle drehzahlabhängig jeweils in eine Aussparung der Welle eingreifen oder bei Erreichen einer Schaltdrehzahl die Verriegelung lösen. Als bevorzugte Aussparung bietet sich eine in die nach außen gerichtete Oberfläche der Welle eingebrachte längenbegrenzte Nut an, die von einem Wellendurchmesser ausgehend bis zu den Endanschlägen ein stetig vertiefendes, gerundetes Profil bildet.
Eine bevorzugte erfindungsgemäße Auslegung sieht vor, dass durch die Verriegelung der Riemenscheibe mit der Welle in der Startphase der Brennkraftmaschine in einer Mittenlage gekoppelt sind. Alternativ dazu schließt die Erfindung eine Verriegelung ein, über die in der Startphase eine Kopplung zwischen der Welle und der Riemenscheibe in einer zur Mittenlage versetzten Position erfolgt.
Als Federelement oder Federspeicher umfasst der Decoupler zumindest eine als Schraubenfeder ausgebildete Bogenfeder, die zwischen der Riemenschei be und der Welle eingesetzt ist. Dazu sind bevorzugt in der Riemenscheibe und der Welle korrespondierend gestaltete Aussparungen vorgesehen, in denen die Bogenfeder formschlüssig aufgenommen ist.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 eine obere Hälfte eines Decouplers im Längsschnitt;
2 eine Hälfte des Decouplers mit einer Darstellung der eingerückten, erfindungsgemäßen Verriegelung;
3 eine Hälfte des Decouplers mit einer Darstellung der eingerückten erfindungsgemäßen Verriegelung;
4 eine Verdrehsteifigkeits-Kennlinie im verriegelten Zustand des Decouplers;
5 eine Verdrehsteifigkeits-Kennlinie im unverriegelten Zustand des Decouplers;
6 eine Verdrehsteifigkeits-Kennlinie, die einer von einer Mittelstellung versetzten Verriegelung entspricht.
Detaillierte Beschreibung der Figuren
1 zeigt den Aufbau eines bekannten Decouplers 1, der beispielsweise einem in 1 nicht dargestellten riemengetriebenen Startergenerator einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Die nachfolgende Beschreibung stützt sich insbesondere auf die Bauteile, zwischen denen die erfindungsgemäße, in den 2 und 3 abgebildete Verriegelung angeordnet ist. Eine Welle 2 ist drehfest mit dem schwingungsmäßig zu entkoppelnden Nebenaggregat, insbesondere einem Startergenerator verbunden. Die Aufgabe des Decouplers 1 besteht darin, Torsionsschwingungen zwischen der Welle 2 und einer die Welle 2 konzentrisch umschließenden Riemenscheibe 3 zu dämpfen. Hierfür ist eine Dämpfungseinrichtung 4 vorgesehen, bestehend aus drei parallel zueinander angeordneten, ein Federelement 5 bzw. einen Federspeicher bildenden Bogenfedern. Dazu sind die einzelnen Bogenfedern über Federenden mittelbar an der Welle 2 oder der Riemenscheibe 3 abgestützt. Ein zwischen der Riemenscheibe 3 und der Welle 2 angeordnetes Wälzlager 6 ermöglicht eine Relativbewegung zwischen diesen Bauteilen.
2 zeigt eine Hälfte des Decouplers 1 mit einer integrierten Verriegelung 7, die eine drehrichtungsabhängige Kopplung bzw. Verriegelung zwischen der Welle 2 und der Riemenscheibe 3 ermöglicht. Dazu ist in eine Mantelfläche 8 beziehungsweise Oberfläche der Welle 2 eine als Nut gestaltete Aussparung 9 eingebracht, in die ein der Riemenscheibe 3 zugeordneter Stift 10 formschlüssig eingepasst und an einem Endanschlag 13 abgestützt ist. Diese Lage nimmt der radial in einer Sacklochbohrung 12 der Riemenscheibe 3 positionierte Stift 10 ein, aufgrund einer Beaufschlagung durch eine Druckfeder 11. Bei einem Start der Brennkraftmaschine mittels eines riemengetriebenen Startergenerators wird ein Drehmoment in Pfeilrichtung beziehungsweise im Uhrzeigersinn auf die Welle 2 aufgebracht, welches über die in Eingriff stehende Verriegelung 7 unmittelbar auf die Riemenscheibe 3 übertragen wird. Bei einer entgegengesetzten Drehmomentrichtung besteht die Möglichkeit einer Relativverdrehung zwischen der Welle 2 gegenüber der Riemenscheibe 3, die einem halben Arbeitsbereich, dem Winkel „α" des Decouplers 1 entspricht. Dieser Arbeitsbereich ist begrenzt, sobald ein Nocken 14 der Welle 2 an einem Endanschlag 15 Riemenscheibe 3 anliegt. Die Verriegelung 7 ist somit in einer Mittelstellung zwischen dem maximalen Arbeitsbereich positioniert, der dem doppelten Winkel „α" entspricht.
3 zeigt die gelöste Verriegelung 7 des Decouplers 1 in einer Stellung, die sich nach dem Start der Brennkraftmaschine einstellt. Nach Überschreiten ei ner Startdrehzahl der Brennkraftmaschine wird der Stift 10 fliehkraftbedingt radial nach außen gedrückt, wodurch eine Überdeckung zu dem Endanschlag 13 aufgehoben ist. In diesem Drehzahlbereich beziehungsweise in dieser Stellung der Verriegelung 7 kann der Decoupler (1) seinen vollständigen Arbeitsbereich von ± des Winkels „α" ausüben.
Die 4 und 5 zeigen Verdrehsteifigkeits-Kennlinien für den Decoupler 1, dessen Verriegelung 7 in einer Mittelstellung des Arbeitsbereichs angeordnet ist, im verriegelten Zustand (4) beziehungsweise im unverriegelten Zustand (6).
Die 6 zeigt eine weitere Verdrehsteifigkeits-Kennlinie für den Decoupler 1, dessen Verriegelung 7 versetzt zur Mittelstellung des Arbeitsbereichs angeordnet ist.

1: Decoupler
2: Welle
3: Riemenscheibe
4: Dämpfungseinrichtung
5: Federelement
6: Wälzlager
7: Verriegelung
8: Mantelfläche
9: Aussparung
10: Stift
11: Druckfeder
12: Sacklochbohrung
13: Endanschlag
14: Nocken
15: Endanschlag

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/121582 A1 [0004]
- DE 102006057793 A1 [0005]

Claims

Decoupler (1), der eine ein Drehmoment-Übertragungssystem bildende Vorrichtung zwischen einer Welle (2) und einer relativ zu der Welle (2) verdrehbaren Riemenscheibe (3) eines Startergenerators darstellt, wobei der Decoupler (1) zur Minderung von Drehschwingungen als Dämpfungseinrichtung zwischen der Riemenscheibe (3) und der Welle (2) zumindest ein Federelement (5) einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Decoupler (1) eine drehrichtungsabhängige selbsttätige Verriegelung (7) umfasst, die bei einem niedrigen Drehzahlniveau eine Koppelung zwischen der Riemenscheibe (3) und der Welle (2) herstellt, die sich bei Erreichen einer Schaltdrehzahl selbsttätig löst.
Decoupler () nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verriegelung (7) zumindest ein in Lastrichtung des Decouplers (1) positionierter Endanschlag (13) oder eine Klinke vorgesehen ist, dem bzw. der ein fliehkraftabhängig wirkender, federbelasteter Stift (10) zugeordnet ist.
Decoupler () nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Riemenscheibe (3) zwei diametral gegenüberliegende, radial ausgerichtete Stifte (10) integriert sind, die drehzahlabhängig jeweils formschlüssig in eine Aussparung (9) der Welle (2) eingreifen und die an Endanschlägen (13) abgestützt sind.
Decoupler () nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer Mantelfläche (8) der Welle (2) angeordneten, nutartigen Aussparungen (9) ein von einem Durchmesser der Welle (2) bis zu den Endanschlägen (13) stetig vertiefendes, gerundetes Profil aufweisen.
Decoupler () nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Mittenlage zwischen der Riemenscheibe (3) und der Welle (1) die Verriegelung (7) eingreift.
Decoupler () nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelung (7) versetzt zu einer Mittenlage der Riemenscheibe (3) und der Welle (2) eingreift.
Decoupler () nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Federelement (5) oder Federspeicher zumindest eine als Schraubenfeder ausgebildete Bogenfeder vorgesehen ist, die in einer korrespondierend ausgebildeten Aufnahme zwischen der Riemenscheibe (3) und der Welle (2) eingesetzt ist.