DE102009056368A1 - Schaltbare Antriebsscheibe mit einer elektrisch betätigten, eine Reibscheibe aufweisenden Drehmomentübertragungsvorrichtung - Google Patents
Schaltbare Antriebsscheibe mit einer elektrisch betätigten, eine Reibscheibe aufweisenden Drehmomentübertragungsvorrichtung Download PDFInfo
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung bezieht sich auf eine schaltbare Antriebsscheibe, vorzugsweise für eine Brennkraftmaschine, zum Betreiben eines Antriebs für eine Hilfseinrichtung wie z. B. eine Wasserpumpe, Lichtmaschine etc. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Antriebsscheibe, die mit der Welle des Antriebes der Hilfseinrichtung in Eingriff gebracht bzw. von dieser gelöst werden kann.
- Hintergrund der Erfindung
- Es sind konventionelle Scheibenantriebe bekannt, welche, um die Welle zu drehen, über ein sich zwischen einer Antriebsscheibe und einer an der Welle eines Antriebs der Hilfseinrichtung angeordneten Abtriebsscheibe erstreckendes Zugmittel, wie einen Antriebsriemen, Drehmomente übertragen. In konventionellen Brennkraftmaschinen werden Riemenscheibenantriebe typischerweise zum Antreiben der Wasserpumpe, der Lichtmaschine, der Servolenkungspum pe und des Klimaanlagenkompressors eingesetzt, sowie auch möglicherweise für andere Hilfseinrichtungen. Ein Nachteil der konventionellen Anordnung besteht darin, dass der Antrieb der Hilfseinrichtung stets mit einer zur Drehzahl des Motors proportionalen Drehzahl angetrieben wird. Es kommt aber häufig vor, dass in bestimmten Zuständen des Motors die Hilfseinrichtungen nicht benötigt werden, oder dass sie nicht mit einer zur Drehzahl des Motors proportionalen Drehzahl betrieben werden sollen.
- Eine im Stand der Technik bekannte Alternative ist die Verwendung eines Elektromotors mit steuerbarer Drehzahl. Der Elektromotor wird von der Batterie und dem Ladesystem des Fahrzeugs angetrieben. Dies ist aber eine kostspielige Lösung und vergrößert die elektrische Beanspruchung der Lichtmaschine und der Batterie.
- Es ist ebenfalls bekannt, zwischen einer Antriebsscheibe und einer Pumpenwelle oder einer Wasserpumpe eine hydraulische Kupplung einzusetzen. Dies ist in
EP 1 830 845 B1 offenbart. Bei einem Anstieg der Kühlmitteltemperatur koppelt diese hydraulische Kupplung zwischen der Antriebsscheibe und der Pumpenwelle die Pumpe an. Nachteilig bei dieser Lösung ist die Tatsache, dass sie vollkommen von der Temperatur des Motorenkühlmittels abhängig ist und nicht manuell betätigt werden kann. Die Ausgangs- oder Normalstellung ist die entkoppelte Stellung. - Es ist ebenfalls bekannt zwischen der Antriebsscheibe und der Welle einer Wasserpumpe eine elektromagnetisch betätigte Kupplung einzusetzen. Dies ist in
US 5,076,216 offenbart. Beim Anbringen eines Steuerstroms koppelt der Elektromagnet die Wasserpumpenwelle mit der Antriebsscheibe. Diese Lösung ist ebenfalls kostspielig und die Ausgangs- oder Normalstellung ist ebenfalls die entkoppelte Stellung. Folglich, im Falle eines teilweisen oder vollkommenen Versagens des elektrischen Systems funktioniert die Wasserpumpe nicht, was zu einem erheblichen Motorschaden führen kann. - Es ist auch bekannt, mit Hilfe eines Elektromotors eine Antriebsscheibe in Kontakt mit dem Antriebsriemen zu bringen. Dies ist in
US 5,603,289 offenbart. Eine Welle wird durch einen Motor radial bewegt, um in Eingriff oder außer Eingriff mit einem Antriebsriemen einer Hilfseinrichtung zu kommen, oder sie wird durch eine durch den Motor gedrehte Acmeschraube linear verschoben. Diese Anordnung benötigt aber zusätzlichen Raum und entweder die Scheibe oder der Riemen muss bewegt werden können. Im Falle eines Versagens des elektrischen Systems bleibt die Pumpe, wenn sie sich nicht gerade in Eingriff befindet, im entkoppelten Zustand. - Zusammenfassung der Erfindung
- Erfindungsgemäß ist es wünschenswert, eine schaltbare Antriebsriemenanordnung zur Verfügung zu stellen, die bei Bedarf eine Entkopplung der Welle der Hilfseinrichtung von ihrem Antriebsriemen ermöglicht. Hierdurch wird ein parasitischer Leistungsabzug reduziert und die Hilfseinrichtung bleibt ausgeschaltet, wenn sie nicht benötigt wird.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Vorsehen einer schaltbaren Antriebsriemenanordnung erreicht, welche eine Wirkverbindung zwischen einer Riemenscheibe und der Welle einer Hilfseinrichtung und auch ein Lösen dieser Verbindung ermöglicht. Die Riemenscheibe ist durch ein Lager auf der Welle montiert, wobei ein Innenring des Lagers sich mit der Welle und ein Außenring des Lagers sich mit der Riemenscheibe dreht. Im Anschluss am Innen- und Außenring des Lagers ist eine Reibscheibe angeordnet. Beim Aufbringen von Axialdruck auf die Reibscheibe wird eine relative Bewegung zwischen Innen- und Außenlagerring abgestellt, so dass eine Drehmomentübertragung von der Riemenscheibe auf die Welle zur Betätigung des Antriebs der Hilfseinrichtung ermöglicht wird, wobei Riemenscheibe und Welle sich mit derselben Geschwindigkeit drehen. Beim Entfernen des Drucks von der Reibscheibe können sich die Riemenscheibe und der Außenlagerring unabhängig von Innenring und Welle drehen. Folglich kann die Welle stillstehen, während die Riemen scheibe, angetrieben durch den Antrieb der Hilfseinrichtung, Ihre Drehbewegung fortsetzt.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Axialdruck mittels eines Axiallagers unter Zuhilfenahme einer feststehenden Feder aufgebracht, so dass die Reibscheibe sich zusammen mit der Riemenscheibe dreht. Durch ein axiales Bewegen des Axiallagers weg von der Reibscheibe und der Riemenscheibe kann die Federkraft entfernt werden.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Feder zwischen einem Gehäuse der Hilfseinrichtung und einer axialbeweglichen, gegen das Axiallager drückenden Betätigungsmuffe angeordnet. Vorzugsweise weist die Betätigungsmuffe einen Nockenschlitz auf, der auf einem an dem Gehäuse der Hilfseinrichtung angeordneten Stift sitzt, so dass die Betätigungsmuffe während ihrer Drehbewegung sich axial von der Reibscheibe weg bewegt.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrisch betätigtes Magnetventil oder ein mit einem Magnetventil oder einer anderen Vorrichtung verbundenes Druck-Zug-Steuerkabel mit der Betätigungsmuffe verbunden und wird durch den Motorsteuermodul angesteuert, um die Riemenscheibe in oder außer Eingriff mit der Welle der Hilfseinrichtung zu bringen.
- In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Betätigungsmuffe durch ein von einem Magnetventil oder einem anderen Mittel betätigtes Joch axial verschoben.
- Um Reibung zu minimieren, ist das zwischen der Riemenscheibe und der Welle vorgesehenes Lager vorzugsweise ein Kugellager. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hilfseinrichtung eine Wasserpumpe und die Betätigungsmuffe wird verwendet, um beim Anlassen des Motors die Reibscheibe von dem Lager zwischen Riemenscheibe und Welle zu lösen, so dass die Brennkraftmaschine schneller warm werden kann und Emissionen reduziert werden.
- Weitere Merkmale der Erfindung, welche allein oder in Kombination miteinander verwendet werden können, sind im Folgenden näher beschrieben.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die obige Zusammenfassung der Erfindung und die folgende ausführliche Beschreibung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführung der Erfindung dargestellt ist, besser zu verstehen sein. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht, teilweise abgeschnitten, der schaltbaren Antriebsriemenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; -
2 eine Querschnittsansicht innerhalb einer perspektivischen Darstellung der Antriebsriemenanordnung gemäß1 : -
3 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht der schaltbaren Antriebsriemenanordnung gemäß Anspruch 1, in der antreibenden Eingriffsstellung; und -
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht ähnlich der3 der schaltbaren Antriebsriemenanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Riemenscheibe von der Welle gelöst ist. - Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Erfindung
- In der folgenden Beschreibung sind bestimmte Begriffe lediglich aus Vereinfachungsgründen verwendet worden und sollen in keinem Falle als Einschränkung verstanden werden. Die Wörter „vordere (r, s)”, „hintere (r, s)”, „obere (r, s) und „untere (r, s) bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Begriffe „nach innen” und „nach außen” bezeichnen Richtungen zu bzw. weg von den Teilen, die in den Zeichnungen mit Bezugsziffern versehen sind. Ein Bezug auf eine Reihe von Teilen formuliert als „mindestens eins von A, B oder C”, wobei A, B und C für die aufgeführten Teile stehen, bedeutet ein beliebiges der Teile A, B und C oder eine Kombination dieser. Diese Terminologie schließt die ausdrücklich verwendete Begriffe, daraus abgeleitete Wörter und Wörter mit ähnlicher Bedeutung ein.
-
1 zeigt eine schaltbare Antriebsriemenanordnung10 und schließt eine Hilfseinrichtung12 ein, die in der bevorzugten Ausführung der Erfindung eine Wasserpumpe ist, welche eine Welle14 mit einer darauf montierten Riemenscheibe16 aufweist. Die Riemenscheibe16 wird von einem vorzugsweise mit einer Antriebsscheibe an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Riemen18 angetrieben, um ein Drehmoment auf die Hilfseinrichtung12 zu übertragen. - In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Welle
14 und der Nabe der Riemenscheibe16 ein Wälzlager20 angeordnet. Das Lager20 ist vorzugsweise ein Kugellager und weist einen Innenlagerring22 und einen Außenlagerring24 auf, welche Ringe22 ,24 Laufbahnen für die als reibungsarme Wälzkörper verwendeten Kugeln aufweisen. Der Innenring22 ist an der Welle14 befestigt, während der Außenring24 über die Riemenscheibe16 vorzugsweise durch einen Presssitz an der Nabe angebracht ist. Im Anschluss an dem Innen- und dem Außenring22 ,24 des Lagers20 ist eine Reibscheibe26 angeordnet. Vorzugsweise sind die Stirnflächen der Lagerringe22 ,24 im Kontaktbereich für die Reibscheibe26 mit einem Reibwerkstoff beschichtet. - Ein Axiallager
28 vorzugsweise in Form eines Nadellagers ist angrenzend an der Reibscheibe26 angeordnet. Das Axiallager28 weist Laufbahnen30 ,32 und durch einen Käfig gehaltene Nadeln34 auf. Das Axiallager28 drückt gegen die Reibscheibe26 . - Angrenzend an dem Axiallager
28 ist eine Betätigungsmuffe36 angeordnet. Die Betätigungsmuffe36 weist einen hohlzylindrischen Körper38 mit einem umgebördelten Ende40 auf. Vorzugsweise steht die Laufbahn32 des Axiallagers28 in Eingriff mit dem umgebördelten Ende40 . Wie in1 zu sehen ist, weist ein im hohlzylindrischen Körper38 vorgesehener Schlitz42 einen sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt und einen abgewinkelten Betätigungsabschnitt44 auf, welcher als Nocken funktionierend die Betätigungsmuffe36 axial bewegt, indem er eine Drehung der Betätigungsmuffe36 verursacht. Eine Anschlusslasche46 für einen Aktuator befindet sich an einem motorseitigen Endflansch der Betätigungsmuffe36 . Der hohlzylindrische Körper38 der Betätigungsmuffe36 ist derart dimensioniert, dass er auf dem hervorstehenden Wellenträger49 des Gehäuses48 der Hilfseinrichtung in axialer Richtung gleiten kann. Ein Stift50 ragt aus dem Wellenträgerabschnitt49 des Gehäuses48 der Hilfseinrichtung heraus und die Betätigungsmuffe36 ist derart angeordnet, dass der Stift50 sich innerhalb des Schlitzes42 befindet. - Zwischen einem Ende des Wellenträgers
49 am Gehäuse48 der Hilfseinrichtung und einer Innenseite des umgebördelten Endes40 der Betätigungsmuffe36 ist eine Druckfeder52 angeordnet. Die Druckfeder52 spannt die Betätigungsmuffe36 mit dem damit verbundenen Axiallager28 in Richtung zur Reibscheibe26 vor, so dass die Betätigungsmuffe36 Druck auf die Reibscheibe26 aufbringt, welche in Eingriff sowohl mit dem Innenring22 als auch mit dem Außenring24 des Lagers20 steht, so dass die Riemenscheibe16 sich zusammen mit der Welle14 dreht. - Wie aus
1 ersichtlich, ist vorzugsweise ein Aktuator54 durch ein Zugkabel- oder ein Druck-Zug-Kabelpaket56 mit der Anschlusslasche46 der Betätigungsmuffe36 verbunden. Das Kabelpaket56 ist bevorzugt ein Druck-Zug-Kabelpaket und der Aktuator ist ein elektrisch betätigtes Magnetventil oder Motor, durch das bzw. den das innere Kabel des Kabelpakets56 entweder geschoben oder gezogen wird, um die Betätigungsmuffe36 zu drehen und zwar, zwischen einer Stellung, in der die Feder52 das Axiallager28 gegen die Reibscheibe26 drückt, so dass die Innen- und Außenringe22 ,24 des Lagers20 miteinander drehen, und einer weiteren, in4 gezeigten, gelösten Stellung, in der eine Drehung der Betätigungsmuffe36 eine axiale Verschiebung des umgebördelten Endes40 in Richtung weg von der Reibscheibe26 verursacht, wodurch die Feder52 weiter zusammengedrückt wird, so dass die Reibscheibe26 keine Drehung mehr des Außenrings24 des Lagers20 zusammen mit dem Innenring22 verursacht. In dieser Stellung, wie in4 zu sehen ist, kann die Riemenscheibe16 sich frei zusammen mit dem Antriebsriemen18 auf dem Lager20 drehen, während die Welle14 stillsteht. - In der in
2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in der die Welle14 ein Flügelrad62 einer Wasserpumpe antreibt, ist der Aktuator54 mit dem Motorsteuermodul60 verbunden, welcher bewirkt, dass die Betätigungsmuffe36 die Reibscheibe26 von den Innen- und Außenlagerringen22 ,24 außer Eingriff bringt, so dass die Wasserpumpenwelle14 und das Flügelrad62 während der Aufwärmephase des Motors nicht in Wirkverbindung mit der Riemenscheibe16 stehen. Dies ist beim Start des Motors von Vorteil, weil der Motor dann seine Betriebstemperatur so schnell wie möglich erreicht, wodurch auch Emissionen reduziert werden. Im Falle eines eventuellen Versagens der elektrischen Anlage bewirkt die Feder52 , dass die Betätigungsmuffe36 die Reibscheibe26 gegen die Innen- und Außenlagerringe22 ,24 drückt, so dass die Ausgangs- oder Normalstellung diejenige ist, in der die Wasserpumpe angetrieben wird. - Diese Anordnung kann auch in Zusammenhang mit anderen Hilfseinrichtungen wie zum Beispiel Lichtmaschinen, Klimaanlagenkompressoren, Luftpumpen oder mit weiteren für Brennkraftmaschinen typischen Hilfseinrichtungen verwendet werden.
- Es ist auch möglich, eine in komplementäre Keilnuten in der Welle der Hilfseinrichtung eingreifende Keilnutenreibscheibe zu verwenden, so dass die Reibscheibe in Antriebsverbindung mit der Welle steht und folglich, um ein An triebsdrehmoment von dem Riementrieb auf die Hilfseinrichtung zu übertragen, nur noch in Reibverbindung mit dem Außenlagerring
24 gebracht werden muss. - Zusätzlich wird ein Fachmann verstehen, dass die Betätigungsmuffe
36 auch durch andere Mittel axial verschoben werden kann, z. B. durch ein direkt wirkendes Magnetventil oder einen magnetischen Aktuator, und dass die Erfindung nicht auf die Verwendung einer Nockenschlitz-Stift-Anordnung, wie hier beschrieben und dargestellt, beschränkt ist. - Während hier die bevorzugte Ausführung der Erfindung beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass die Erfindung auch die Verwendung einiger oder aller oben angegebenen Merkmale in verschiedenen Kombinationen zulässt.
-
- 10
- Schaltbare Antriebsriemenanordnung
- 12
- Hilfseinrichtung
- 14
- Welle
- 16
- Riemenscheibe
- 18
- Riemen
- 20
- Wälzlager
- 22
- Innenlaufring
- 24
- Außenlaufring
- 26
- Reibscheibe
- 28
- Axiallager
- 30
- Laufbahn
- 32
- Laufbahn
- 34
- Nadeln
- 36
- Betätigungsmuffe
- 38
- Hohlzylindrischer Körper
- 40
- Umgebördeltes Ende
- 42
- Schlitz
- 44
- Betätigungsabschnitt
- 46
- Anschlusslasche
- 48
- Gehäuse der Hilfseinrichtung
- 49
- Wellenträger
- 50
- Stift
- 52
- Druckfeder
- 54
- Aktuator
- 56
- Druck-Zug-Kabelpaket
- 60
- Motorsteuermodul
- 62
- Flügelrad
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
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- - US 5076216 [0005]
- - US 5603289 [0006]
Claims (8)
- Schaltbare Hilfseinrichtung (
10 ), die eine Antriebsverbindung bzw. ein Lösen einer Riemenscheibe von einer Welle ermöglicht, bestehend aus: – einer durch ein Wälzlager (20 ) auf einer Welle (14 ) gelagerten Riemenscheibe (16 ), wobei das Wälzlager (20 ) einen sich zusammen mit der Welle (14 ) drehenden Innenlagerring (22 ) und einen sich zusammen mit der Riemenscheibe (16 ) drehenden Außenlagerring (24 ) aufweist, – einer im Anschluss an dem Innenlagerring (22 ) und dem Außenlagerring (24 ) angeordneten Reibscheibe (26 ), – einem Aktuator (54 ), der derart axialen Druck auf die Reibscheibe (26 ) aufbringt, dass die Reibscheibe (26 ) in Eingriff mit dem Außenring (24 ) kommt, wodurch eine relative Bewegung zwischen dem Innenlagerring (22 ) und dem Außenlagerring (24 ) abgestellt und eine Übertragung eines Drehmoments von der Riemenscheibe (16 ) auf die Welle (14 ) ermöglicht wird, und beim Entfernen des axialen Drucks von der Reibscheibe (26 ) die Riemenscheibe (16 ) und der Außenlagerring (24 ) sich unabhängig von Innenlagerring (22 ) und Welle (14 ) drehen können. - Schaltbare Hilfseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (
54 ) eine um die Welle (14 ) angeordnete, axial bewegliche Betätigungsmuffe (36 ) aufweist, die Betätigungsmuffe (36 ) einen im Wesentlichen zylindrischen Körper (38 ) und ein gegenüber der Reibscheibe (26 ) liegendes, umgebördeltes Ende (40 ) besitzt, und dass zwischen dem umgebördelten Ende (40 ) und einem feststehenden Gehäuse (48 ) eine Feder (52 ) angeordnet ist, die die Reibscheibe (26 ) gegen den Innen- und gegen den Außenlagerring (22 ,24 ) vorspannt. - Schaltbare Hilfseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin ein zwischen dem umgebördelten Ende (
40 ) der Betätigungsmuffe (36 ) und der Reibscheibe (26 ) angeordnetes Axiallager (28 ) aufweist. - Schaltbare Hilfseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (
28 ) ein Nadellager ist. - Schaltbare Hilfseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmuffe (
36 ) drehbar um die Welle (14 ) gelagert ist, der im Wesentlichen zylindrische Körper (38 ) einen Nockenschlitz (42 ) und einen sich von dem Gehäuse (48 ) bis in den Nockenschlitz (42 ) erstreckenden Stift (50 ) aufweist, so dass eine Drehung der Betätigungsmuffe (36 ) ein Gleiten des Nockenschlitzes (42 ) am Stift (50 ) entlang verursacht, wodurch die Betätigungsmuffe (36 ) in axialer Richtung verschoben wird. - Schaltbare Hilfseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin einen mit der Betätigungsmuffe (
36 ) verbundenen Steueraktuator (54 ) aufweist, der eine Drehung der Betätigungsmuffe (36 ) bewirkt, um die Betätigungsmuffe (36 ) entgegen der Kraft der Feder (52 ) in eine Stellung axial zu verschieben, in der axialer Druck von der Reibscheibe (16 ) genommen wird. - Schaltbare Hilfseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steueraktuator (
54 ) mit einem Motorsteuermodul (60 ) verbunden ist und die Welle (14 ) eine Welle einer Wasserpumpe einer Brennkraft maschine ist, und dass der Motorsteuermodul (60 ) den Steueraktuator (54 ) betätigt, um während des Anlassens des Motors axialen Druck von der Reibscheibe (26 ) zu nehmen, so dass der Motor seine Betriebstemperatur schneller erreicht. - Schaltbare Hilfseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufbringens von axialem Druck auf die Reibscheibe (
25 ) durch den Aktuator (54 ) die Reibscheibe (26 ) mit mindestens einem der Teile Welle (14 ) oder Innenlagerring (22 ) in Eingriff kommt.
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