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Die
Erfindung betrifft einen Nebenaggregatetrieb für eine Verbrennungskraftmaschine.
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Derartige
Nebenaggregatetriebe sind hinlänglich
bekannt. Die 1 zeigt einen Nebenaggregatetrieb 10 für eine Verbrennungskraftmaschine 12 gemäß dem Stand
der Technik. Bei dem Nebenaggregatetrieb 10 werden ein
Kältemittelverdichter 14, eine
Lenkhelfpumpe 16 sowie eine Wasserpumpe 18 und
ein Generator 20 über
einen Riemen 22 von einer mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 12 drehfest
verbundenen Riemenscheibe 25 angetrieben. Der Riemen 22 wird
dabei mittels Umlenkrollen 24 und 26 auf Spannung
gehalten. Ein derartiger Nebenaggregatetrieb 10 weist hohe
Reibungsverluste auf, was mit Wirkungsgradeinbußen der Verbrennungskraftmaschine 12 einhergeht.
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Die 2 zeigt
einen so genannten hybridisierten Nebenaggregatetrieb 30 für eine Verbrennungskraftmaschine 32 eines
so genannten Mild-Hybrid-Fahrzeugs. Im Vergleich zum Nebenaggregatetrieb 10 entfallen
der Kältemittelverdichter 14 und
die Lenkhelfpumpe 16, die bei dem Mild-Hybrid-Fahrzeug
elektrisch angetrieben werden. Somit ist bei dem Nebenaggregatetrieb 30 lediglich
ein Riemen 34 vorgesehen, über welchen die Wasserpumpe 18 von der
Riemenscheibe 25, welche drehfest mit der Kurbelwelle der
Verbrennungskraftmaschine 32 verbunden ist, antreibbar
ist. Bei dem Riemen 34 handelt es sich um einen so genannten
Stretch-Belt-Riemen 34, welcher eine einfachere Spannung
ermöglicht,
da durch den Einsatz des Stretch-Belt-Riemens 34 ein zusätzlicher
Riemenspanner entfallen kann.
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Ein
Nachteil des Nebenaggregatetriebs 30 ist dabei der, dass
der Riemen 34 sehr hohe Vorspannkräfte benötigt, um eine Spannung des
Riemens 34 über
dessen Lebensdauer aufrecht zu erhalten. Diese hohen Vorspannkräfte erschweren
eine Montage des Riemens 34 und damit des Nebenaggregatetriebs 30 erheblich,
was zu erhöhten Montagekosten
und damit zu erhöhten
Gesamtkosten des Nebenaggregatetriebs 30 führt. Des
Weiteren resultieren die hohen Vorspannkräfte des Riemens 34 in sehr
hohen Lagerkräften
einer Welle der Wasserpumpe 18 sowie der Kurbelwelle der
Verbrennungskraftmaschine 32, was zu einem hohen Verschleiß an Lagern
der Wasserpumpe 18 und der Kurbelwelle führt, was
in 3 verdeutlicht ist.
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Die 3 zeigt
schematisch die Riemenscheibe 25 der Kurbelwelle sowie
ein Antriebsrad 27 der Wasserpumpe 18 und die
Umlenkrolle 28 für
den Riemen 34 gemäß 2 sowie
aus der Vorspannung des Riemens 34 resultierende Kraftvektoren
gemäß Richtungspfeilen 36, 38 und 40.
Diese Kraftvektoren verdeutlichen besagte Belastung der Lager der
erwähnten
Wellen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Nebenaggregatetrieb
für eine
Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln,
dass ein reduzierter Lagerverschleiß ermöglicht ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Nebenaggregatetrieb für eine Verbrennungskraftmaschine
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen und nicht-trivialen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein
solcher erfindungsgemäßer Nebenaggregatetrieb
für eine
Verbrennungskraftmaschine umfasst ein mit einer Kurbelwelle der
Verbrennungskraftmaschine drehfest verbundenes und eine Verzahnung
aufweisendes Kurbelwellenrad sowie zumindest ein einem Nebenaggregat
zugeordnetes Nebenaggregaterad mit einer Verzahnung, welche mit der
Verzahnung des Kurbelwellenrads in Eingriff steht und über welche
das Nebenaggregaterad vom Kurbelwellenrad antreibbar ist, wobei
die Verzahnung des Nebenaggregaterads und das Nebenaggregat als
zumindest zwei separate Bauteile ausgebildet sind. Dies birgt zum
einen den Vorteil, dass Lagerkräfte
für Lager
der Kurbelwelle sowie zumindest einer dem Nebenaggregat zugeordneten
Welle vermieden oder zumindest stark reduziert sind, da ein in Zusammenhang
mit dem Stand der Technik beschriebener Riemen mit einer hohen Vorspannkraft vermieden
ist. Zudem erweist sich sowohl eine Montage als auch eine Demontage
durch die separate Ausbildung der Verzahnung und des Nebenaggregaterads
als äußerst unkompliziert
und damit kostengünstig,
was mit reduzierten Gesamtkosten für den erfindungsgemäßen Nebenaggregatetrieb
einhergeht.
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Diesen
Kostenaspekt betrifft auch eine äußerst vorteilhafte
Demontage beispielsweise in einem Schadensfall der Verzahnung, wobei
nicht das komplette Nebenaggregaterad samt Verzahnung sondern lediglich
die Verzahnung des Nebenaggregaterads demontiert und ausgetauscht
werden muss, was in einer drastischen Kostenreduktion für einen Reparaturvorgang
als auch für
einen Austausch des schadhaften Bauteils resultiert.
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Diese
beschriebenen Vorteile der separaten Ausgestaltung der Verzahnung
des Nebenaggregaterads und des Nebenaggregaterads selbst kann analog
auf das Kurbelwellenrad und dessen Verzahnung übertragen werden, indem bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen ist, dass die Verzahnung des Kurbelwellenrads
und das Kurbelwellenrad als zumindest zwei separate Bauteile ausgebildet
sind. Ebenso wie bereits in Zusammenhang mit der separaten Ausbildung
der Verzahnung des Nebenaggregaterads und des Nebenaggregaterads
selbst beschrieben sind dadurch die Vorteile einer einfacheren Demontage
und Montage sowie eine damit einhergehende Kostenreduzierung erreicht.
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Sind
bzw. ist die Verzahnung des Nebenaggregats und/oder die Verzahnung
des Kurbelwellenrads als Zahnkranz ausgebildet, so sind damit Zähne der
jeweiligen Verzahnung auf einem Ringelement zusammengefasst, womit
eine besonders einfache und damit wenig kostenaufwändige, da
einstückige, Montage
und/oder Demontage der Verzahnung in Form des Zahnkranzes ermöglicht ist.
Dadurch ist auch erreicht, dass eine Teileanzahl des erfindungsgemäßen Nebenaggregatetriebs
gering gehalten ist, was mit geringen Fertigungs- und geringen Beschaffungskosten
korreliert.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist die Verzahnung des Nebenaggregaterads im Wesentlichen
aus einem Kunststoff ausgebildet. Ein möglicher Kunststoff ist dabei
beispielsweise der Kunststoff Polyamid. Dadurch ist eine äußerst leichte
aber gleichzeitig stabile Verzahnung des Nebenaggregaterads geschaffen,
womit ein Gesamtgewicht des Nebenaggregatetriebs gering gehalten werden
kann. Dies bedeutet auch ein geringes Gewicht für eine Verbrennungskraftmaschine
und für
einen Kraftwagen mit einer derartigen Verbrennungskraftmaschine,
was eine Reduzierung eines Kraftstoffverbrauchs und damit von CO2-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine
ermöglicht.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Verzahnung des Nebenaggregaterads über eine
Clipsverbindung mit dem Nebenaggregaterad verbunden ist. Dies hat
dabei den Vorteil inne, dass eine Montage und/oder eine Demontage
der Verzahnung des Nebenaggregaterads in besonders einfacher, unaufwändiger und
damit kostengünstiger
Weise ermöglicht
ist, wodurch eine Kostenreduzierung für den gesamten Nebenaggregatetrieb
realisiert ist. Bei dieser Ausführungsform kann
ebenso vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl an Clipsverbindungen
existiert, die an entsprechenden Gegenstücken des Nebenaggregaterads
einclipsen.
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Zur
Darstellung einer drehfesten Verbindung und einer daraus resultierenden
Sicherstellung einer Drehmomentübertragung
von dem Kurbelwellenrad auf das Nebenaggregaterad ist vorteilhafter
Weise vorgesehen, dass die Verzahnung des Nebenaggregaterads über zumindest
eine Lasche, welche zumindest eine Rippe des Nebenaggregaterads
zumindest bereichsweise umfasst, mit dem Nebenaggregaterad verbunden
ist. Idealerweise ist eine Mehrzahl derartiger Laschen vorgesehen,
die korrespondierende Rippen oder auch Speichen des Nebenaggregaterads
zumindest bereichsweise umfassen und somit eine Wirkverbindung ausbilden.
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Somit
fungiert die Lasche, die eine Rippe des Nebenaggregaterads zumindest
bereichsweise umfasst, also als Verdrehsicherung der Verzahnung
des Nebenaggregaterads. Durch diese formschlüssige Verdrehsicherung fallen
keine Lagerkräfte
der Kurbelwelle und/oder zu dem Nebenaggregat korrespondierende
Wellen an, was eines Lebensdauer des Nebenaggregatetriebs erhöht. Zudem
ist eine weitere Erleichterung der Montage des Nebenaggregatetriebs
erreicht.
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An
dieser Stelle sei angemerkt, dass durch den erfindungsgemäßen Nebenaggregatetrieb
bestehende Nebenaggregatetriebe auf einfache und kostengünstige Weise
zu ergänzen
sind, wodurch auch bei bereits bestehenden Nebenaggregatetrieben
die beschriebenen Vorteile erreichbar sind.
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Ist
die Verzahnung des Kurbelwellenrads insbesondere aus einem Elastomer
gebildet, so ist auch dies äußerst zuträglich für ein Gewicht
des Nebenaggregatetriebs und damit für den Kraftstoffverbrauch und
die CO2-Emissionen der korrespondierenden
Verbrennungskraftmaschine. Zudem erfolgt ein Zahneingriff der Verzahnungen
des Nebenaggregaterads und des Kurbelwellenrads in diesem Falle äußerst schonend.
Das bedeutet also, dass eine Zahnbelastung herabgesetzt ist, wodurch
eine erhöhte
Lebensdauer beider Verzahnungen gewährleistet ist.
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Zur
festen, insbesondere drehfesten Verbindung der Verzahnung des Kurbelwellenrads
auf dem Kurbelwellenrad ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verzahnung
des Kurbelwellenrads auf das Kurbelwellenrad aufvulkanisiert ist.
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Ebenso
kann vorgesehen sein, dass die Verzahnung des Kurbelwellenrads als
Riemen ausgebildet ist, welcher auf das Kurbelwellenrad aufgespannt ist.
Dies birgt insbesondere den Vorteil, dass der Riemen unaufwändig und
damit kostengünstig
demontierbar ist, um beispielsweise Verschraubungen oder anderweitige,
durch die Verzahnung verdeckte Bereiche zugänglich zu gestalten, um damit
einen Aufwand der Montage bzw. der Demontage insbesondere in einem
Servicefall und damit die Kosten zu reduzieren.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass das Kurbelwellenrad als Torsionsschwingungsdämpfer ausgebildet
ist. Durch einen derartigen Torsionsschwingungsdämpfer sind Drehungleichförmigkeiten der
Kurbelwelle abdämpfbar,
wodurch eine Belastung der in Eingriff stehenden Verzahnungen herabgesetzt
ist. Dies bedeutet eine Erhöhung
einer zu erwartenden Lebensdauer der Verzahnung und damit des Nebenaggregatetriebs,
wodurch kostenaufwändige
Serviceintervalle oder ein kostenaufwändiger Austausch in einem Schadensfall
des Nebenaggregatetriebs verlängert
bzw. vermieden sind.
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Bei
einer Ausführung
mit weiteren Nebenaggregaten, die von einem herkömmlichen Riementrieb mit Keilriemen
oder Keilrippenriemen angetrieben werden, kann der Torsionsschwingungsdämpfer ohne Änderungen
verwendet werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung
genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend
in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine
gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der
jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Die
Zeichnungen zeigen in:
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1 eine
Draufsicht auf einen Nebenaggregatetrieb für eine Verbrennungskraftmaschine
eines konventionell angetriebenen Kraftwagens gemäß dem Stand
der Technik,
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2 eine
Draufsicht auf einen Nebenaggregatetrieb für eine Verbrennungskraftmaschine
eines Mild-Hybrid-Fahrzeugs gemäß dem Stand
der Technik,
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3 eine
schematische Ansicht von aus einer Riemenvorspannung eines Riemens
gemäß der 2 resultierenden
Lagerkräften
von Lagern von Wellen, welche Bauteilen des Nebenaggregatetriebs gemäß 2 zugeordnet
sind,
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4 abschnittsweise
eine perspektivische Ansicht einer zu den vorhergehenden Figuren
alternativen Ausführungsform
eines Nebenaggregatetriebs,
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Verzahnung eines Kurbelwellenrads
des Nebenaggregatetriebs gemäß 4 und
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6 abschnittsweise
zwei perspektivische Ansichten einer Verzahnung eines Nebenaggregaterads
des Nebenaggregatetriebs gemäß 4.
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Während die 1 einen
Nebenaggregatetrieb für
ein konventionell angetriebenes Fahrzeug zeigt, zeigt die 2 einen
Nebenaggregatetrieb für ein
Mild-Hybrid-Fahrzeug. Die 3 zeigt
zur 2 zugehörig
Kraftvektoren und damit Lagerbelastungen für Wellen, welche Bauteilen
des Nebenaggregatetriebs gemäß 2 zugeordnet
sind. Die Nebenaggregatetriebe gemäß 1 und 2 weisen
dabei hohe Lagerkräfte
und somit einen hohen Lagerverschleiß auf, was durch einen Nebenaggregatetrieb,
welcher gemäß den 4 bis 6 dargestellt ist,
vermieden oder zumindest reduziert ist. Der gemäß den 4 bis 6 dargestellte
Nebenaggregatetrieb ist insbesondere anstelle des Nebenaggregatetriebs
gemäß 2 bei
einem Mild-Hybrid-Fahrzeug einsetzbar.
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Die 4 zeigt
einen Nebenaggregatetrieb 50 für eine Verbrennungskraftmaschine 52,
welcher ein Kurbelwellenrad 54 in Form eines Torsionsschwingungsdämpfers aufweist,
das mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 52 drehfest verbunden
ist.
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Zudem
umfasst der Nebenaggregatetrieb 50 ein Nebenaggregaterad 56,
welches einem Nebenaggregat in Form einer Wasserpumpe zugeordnet und über welches
das Nebenaggregat von der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 52 antreibbar
ist.
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Das
Kurbelwellenrad 54 weist dabei eine Verzahnung 58 auf,
die als Zahnkranz aus einem Elastomer ausgebildet und als Riemen
auf das Kurbelwellenrad 54 aufgespannt ist.
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Die
Verzahnung 58 steht zum Antreiben des Nebenaggregaterads 56 mit
einer Verzahnung 60 des Nebenaggregaterads 56 in
Eingriff. Die Verzahnung 60 des Nebenaggregaterads 56 ist
dabei aus Polyamid gebildet, und auf das Nebenaggregaterad 56 aufgeclipst.
Eine Verdrehsicherung der Verzahnung 60 gegenüber dem
Nebenaggregaterad 56 ist dadurch realisiert, dass drei
Laschen 62, 64 und 66 vorgesehen sind,
die mit der Verzahnung 60 des Nebenaggregaterads 56 einstückig ausgebildet
sind und korrespondierende Rippen 68, 70 und 72 des Nebenaggregaterads 56 bereichsweise
umfassen.
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Wie
zu sehen ist, sind die Verzahnungen 60 bzw. 58 des
Nebenaggregaterads 56 bzw. des Kurbelwellenrads 54 als
separate Bauteile ausgebildet, wodurch eine einfache Montage ermöglicht ist.
Zudem entfallen aufgrund der riemenlosen, direkten und formschlüssigen Verbindung
in Form der Verzahnungen 60 und 58 des Nebenaggregatetriebs 50 hohe
Lagerkräfte,
wie sie bei einem Nebenaggregatetrieb mit einem Riemen gemäß den 1 bis 3 vorkommen,
wodurch ein Lagerverschleiß für Lager der
Kurbelwelle sowie einer dem Nebenaggregat zugeordneten Welle drastisch
reduziert ist.
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Die 5 verdeutlicht
die Verzahnung 58 des Kurbelwellenrads 54, wobei
die Verzahnung 58 beispielsweise auf das Kurbelwellenrad 54 aufvulkanisiert
oder aber als Riemen ausgebildet ist, welcher auf das Kurbelwellenrad 54 aufgespannt
ist. Zur Realisierung einer hohen Verdrehsicherung zwischen der
Verzahnung 58 und dem Kurbelwellenrad 54 sind in
Umfangsrichtung des Kurbelwellenrads 54 verlaufende Zähne 74, 76, 78, 80 und 82 vorgesehen,
die eine Reibkraft zwischen der Verzahnung 58 und dem Kurbelwellenrad 54 erhöhen, wodurch
eine Übertragung
hoher Momente vom Kurbelwellenrad 54 auf das Nebenaggregaterad 56 ermöglicht ist.
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Die 6 zeigt
einerseits eine Clipsverbindung 83, mittels welcher die
Verzahnung 60 des Nebenaggregaterads 56 mit den
Nebenaggregaterad 56 verbunden ist. Eine derartige Clipsverbindung
ermöglicht
eine äußerst einfache
und damit kostengünstige
Montage bzw. Demontage. Andererseits stellt die 6 die
in Zusammenhang mit 4 beschriebene Verdrehsicherung
der Verzahnung 60 gegenüber
dem Nebenaggregaterad 56 heraus, bei welcher die Lasche 62,
welche stellvertretend für
die Laschen 62, 64 und 66 gemäß 4 dargestellt
ist, die Rippe 68, welche stellvertretend für die Rippen 68, 70 und 72 gemäß 4 dargestellt
ist, zumindest bereichsweise umfasst, wodurch eine Übertragung hoher
Momente vom Kurbelwellenrad 54 auf das Nebenaggregaterad 56 ermöglicht ist.
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- 10
- Nebenaggregatetrieb
- 12
- Verbrennungskraftmaschine
- 14
- Kältemittelverdichter
- 16
- Lenkhelfpumpe
- 18
- Wasserpumpe
- 20
- Generator
- 22
- Riemen
- 24
- Umlenkrolle
- 25
- Riemenscheibe
- 26
- Umlenkrolle
- 27
- Antriebsrad
- 28
- Umlenkrolle
- 30
- Nebenaggregatetrieb
- 32
- Verbrennungskraftmaschine
- 34
- Riemen
- 36
- Richtungspfeil
- 38
- Richtungspfeil
- 40
- Richtungspfeil
- 50
- Nebenaggregatetrieb
- 52
- Verbrennungskraftmaschine
- 54
- Kurbelwellenrad
- 56
- Nebenaggregaterad
- 58
- Verzahnung
- 60
- Verzahnung
- 62
- Lasche
- 64
- Lasche
- 66
- Lasche
- 68
- Rippe
- 70
- Rippe
- 72
- Rippe
- 74
- Zahn
- 76
- Zahn
- 78
- Zahn
- 80
- Zahn
- 82
- Zahn
- 83
- Clipsverbindung