DE102010054546A1

DE102010054546A1 - Kurbelwellenriemenscheibe

Info

Publication number: DE102010054546A1
Application number: DE102010054546A
Authority: DE
Inventors: Peter 77815 Greb
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2011-07-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle und einem Riementrieb, mit einem Freilauf. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Freilauf in der Kurbelwellenriemenscheibe mit einer elektromagnetisch betätigbaren Kupplung kombiniert ist, durch die der Freilauf überbrückt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle und einem Riementrieb, mit einem Freilauf.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 35 889 A1 ist eine Freilaufkupplung bekannt, die zwischen einer Riemenscheibe und einer Welle angeordnet ist. Die bekannte Freilaufkupplung eignet sich zum Antrieb eines Generators und ist Bestandteil einer Riemenscheibe, die zum Antrieb des Generators dient. Durch den Einsatz der Freilaufkupplung wird eine Eigendämpfung ermöglicht, so dass die Drehmomentübertragung des Zugmitteltriebs verbessert wird. Aus der europäischen Patentschrift EP 0 980 479 B1 ist ein Riemenantriebssystem mit einer Generatorverbindungsfreilaufkupplung bekannt, die eine Torsionswickelfeder und einen Einweg-Kupplungsmechanismus umfasst. Dadurch können die Antriebsdrehmomente der Generator-Riemenscheibe auf eine Nabe nachgiebig übertragen werden. Darüber hinaus kann die Riemenscheibe des Generators von der Nabe in eine Richtung abgekoppelt werden. Aus der deutschen Patentschrift DE 196 36 628 C1 ist ein Freilauf mit einem Klemmkörper bekannt, der durch eine sich in Umfangsrichtung eines Spalts erstreckende, elastisch verformte Spiralfeder gebildet ist. Aus der europäischen Patentschrift EP 0 782 674 B1 ist ein Kurbelwellenentkuppler mit einer richtungsgeschalteten Kupplung bekannt, die dazu dient, selektiv Rotationskräfte zwischen einer Einbaunabe und einer Riemenscheibe zu übertragen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 029 351 A1 ist ein Triebrad zum Antreiben eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine mit einer Dämpfungseinrichtung bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine bauraumneutrale Lösung für eine von der Kurbelwelle abkoppelbare Kurbelwellenriemenscheibe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen. Dabei soll die erfindungsgemäße Kurbelwellenriemenscheibe insbesondere einen Start-Stopp-Betrieb, einen Standklima- und Generatorbetrieb, vorzugsweise mit einer Impulsstartmöglichkeit inklusive Kurbelwellentilger, und/oder Dämpfungen von Drehungleichförmigkeiten im Riementrieb, ermöglichen.
Die Aufgabe ist bei einer Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle und einem Riementrieb, mit einem Freilauf, dadurch gelöst, dass der Freilauf in der Kurbelwellenriemenscheibe mit einer elektromagnetisch betätigbaren Kupplung kombiniert ist, durch die der Freilauf überbrückt werden kann. Die Kurbelwellenriemenscheibe ist vorzugsweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet, der eine Brennkraftmaschine und gegebenenfalls eine Elektromaschine, wie einen Startergenerator, umfasst. Die Brennkraftmaschine wird zum Beispiel mit Hilfe des Startergenerators gestartet. Wenn die Brennkraftmaschine, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird, zum Beispiel in einem Start/Stopp-Modus abgeschaltet ist oder das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug rein elektrisch betrieben wird, kann der Riementrieb bei geöffneter Kupplung durch den Startergenerator angetrieben werden. Somit kann zum Beispiel ein an den Riementrieb angeschlossener Klimakompressor zur Standklimatisierung über den Startergenerator betrieben werden. Wenn die Kupplung geschlossen wird, dann kann der Startergenerator die Kurbelwelle über den Riementrieb in Rotation versetzen, um die Brennkraftmaschine zu starten. Nach einem Startvorgang wird die Kupplung wieder geöffnet. In diesem Zustand kann der Startergenerator von der Kurbelwelle über den Freilauf angetrieben werden (generatorischer Betrieb), wobei die Kurbelwellenschwingungen durch den Freilauf analog zu Generatorfreiläufen gedämpft werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwellenriemenscheibe einen Ringraum zur Aufnahme einer feststehenden Spule aufweist. Die Spule dient zur Betätigung der Kupplung und ist vorzugsweise in einem Magnetgehäuse untergebracht, das zum Beispiel mit Hilfe eines Schraubflanschs an einem Kurbelgehäuse befestigt ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum von einem Träger begrenzt ist, der drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist. Der Träger ist relativ zu der feststehenden Spule drehbar.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger zur Begrenzung des Ringraums einen U-förmigen Querschnitt mit einer Basis aufweist, von der zwei Schenkel ausgehen, die sich in axialer Richtung erstrecken. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse der Kurbelwellenriemenscheibe. Die Basis des U-förmigen Querschnitts erstreckt sich vorzugsweise in radialer Richtung. Radial bedeutet quer zur Drehachse der Kurbelwellenriemenscheibe.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem radial äußeren Schenkel des U-förmigen Querschnitts des Trägers mindestens eine Tilgermasse angebracht ist. Die Tilgermasse ist vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Gummispur an dem Träger angebracht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Basis des U-förmigen Querschnitts einen ersten Kupplungspartner darstellt, der mit einem zweiten Kupplungspartner zusammenwirkt, der drehfest mit einer Riemenscheibenspur oder Riemenspur verbunden ist. Der erste Kupplungspartner ist über den Träger drehfest mit der Kurbelwelle verbunden. Der zweite Kupplungspartner wird bei einem Bestromen der Spule angezogen und dadurch reibschlüssig und/oder formschlüssig mit dem ersten Kupplungspartner verbunden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kupplungspartner mit Hilfe von Blattfedern drehfest mit einem Flansch verbunden ist, der sich von einem Freilaufaußenring radial nach außen erstreckt. Die Blattfedern ermöglichen, dass sich der zweite Kupplungspartner in axialer Richtung auf den ersten Kupplungspartner zu bewegen kann, wenn die Spule bestromt wird. Der zweite Kupplungspartner ist durch die Blattfedern vorzugsweise von dem ersten Kupplungspartner weg vorgespannt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Zentralschraube, die an der Kurbelwelle befestigt ist, einen Freilaufinnenring darstellt, der unter Zwischenschaltung einer Lagereinrichtung und des Freilaufs mit dem Freilaufaußenring koppelbar ist. Der Freilauf ist vorzugsweise als Rollenfreilauf mit Rampen ausgeführt. Die Lagereinrichtung ist vorzugsweise als Doppelkugellager mit Käfig ausgeführt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung reibschlüssig ausgeführt ist. Zum Verbessern des Reibschlusses ist vorzugsweise mindestens einer der Reibepartner mit mindestens einem Reibbelag versehen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung formschlüssig ausgeführt ist. Die formschlüssige Kupplung ist zum Beispiel als Klauenkupplung ausgeführt. Um einen unerwünschten Luftspalt zwischen den beiden Kupplungspartnern zu vermeiden, können diese auch sowohl reibschlüssig als auch formschlüssig miteinander verbunden werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Kurbelwellenriemenscheibe mit Freilauf und einer reibschlüssigen Kupplung;
2 ein Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe aus 1 im Längsschnitt durch die Kurbelwelle;
3 die Kurbelwellenriemenscheibe aus 2 in einem Querschnitt;
4 eine ähnliche Darstellung wie in 1 mit einer formschlüssigen Kupplung;
5 ein Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe aus 4 im Längsschnitt durch die Kurbelwelle und
6 die Ansicht eines Längsschnitts durch die Kurbelwellenriemenscheibe aus 5 im Bereich der reibschlüssigen Kupplung.
In den 1 bis 6 ist eine erfindungsgemäße Kurbelwellenriemenscheibe 1 in verschiedenen Darstellungen und Einzelteilen dargestellt. Die Kurbelwellenriemenscheibe 1 umfasst eine Riemenscheibenspur 2, die verkürzt auch als Riemenscheibe oder Riemenspur bezeichnet wird und dazu dient, einen Riemen eines Riementriebs mit einem Riemenstartergenerator und/oder mit einem Klimakompressor zu koppeln. Die Kurbelwellenriemenscheibe 1 ist mit Hilfe einer Zentralschraube 5 an einer Kurbelwelle 4 eines Kraftfahrzeugs angebracht. Die Kurbelwelle 4 ist durch eine Brennkraftmaschine angetrieben, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung sind in die Kurbelwellenriemenscheibe 1 ein Freilauf 8, eine Kupplung 10 und eine Drehschwingungsdämpfungseinrichtung 12 integriert, die eine Tilgermasse 14 umfasst. Die Kupplung 10 ist als formschlüssig und/oder reibschlüssig ausgeführt. Über die Kupplung 10 kann die Kurbelwellenriemenscheibe 1 bedarfsabhängig mit der Kurbelwelle 4 verbunden werden.
Die Zentralschraube 5 umfasst einen Schraubenkopf 16, von dem ein Schraubenschaft 17 mit einem Gewinde ausgeht. Die Zentralschraube 5 ist mit dem Schraubenschaft 17 in ein zentrales Gewindesackloch der Kurbelwelle 4 eingeschraubt.
In 1 ist die Kurbelwellenriemenscheibe 1 stark vereinfacht dargestellt. Über den Freilauf 8 kann die Riemenspur 2 in einer ersten Drehrichtung über den Freilauf 8 angetrieben werden. In der entgegengesetzten Drehrichtung öffnet der Freilauf, so dass kein Drehmoment übertragen werden kann. Mit Hilfe der in diesem Beispiel reibschlüssigen Kupplung 10 kann der Freilauf 8 überbrückt werden.
Bei dem in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel stellt die Zentralschraube 5 einen Freilaufinnenring mit Lagerlaufbahnen für Wälzkörper einer Lagereinrichtung 20 dar. Die Lagereinrichtung 20 ist als Doppelkugellager ausgeführt, durch das ein Freilaufaußenring 22 auf der Zentralschraube 5 beziehungsweise der Kurbelwelle 4 drehbar gelagert ist.
In axialer Richtung benachbart zu der Lagereinrichtung 20 ist in radialer Richtung zwischen dem Freilaufinnenring beziehungsweise der Zentralschraube 5 und dem Freilaufaußenring 22 der Freilauf 8 angeordnet. Der Freilauf 8 ist vorzugsweise als Rollenfreilauf mit Käfig und Rampen ausgeführt.
Von dem Freilaufaußenring 22 erstreckt sich ein Flansch 24 radial nach außen. An dem Flansch 24 des Freilaufaußenrings 22 ist mit Hilfe von Nietverbindungselementen 25 ein Flansch 26 befestigt, der sich von der Riemenspur 2 radial nach innen erstreckt.
Die Tilgermasse 14 ist mit Hilfe einer Gummispur 28 an einem Träger 30 angebracht, der drehfest mit der Kurbelwelle 4 verbunden ist. Der Träger 30 hat radial außen einen U-förmigen Querschnitt mit zwei Schenkeln 31, 32, die von einer Basis 33 abgewinkelt sind. Die Basis 33 ist in radialer Richtung angeordnet, also quer zu einer Drehachse 34 der Kurbelwellenriemenscheibe 1. Die beiden Schenkel 31, 32 sind durch Basis 33 einstückig miteinander verbunden und erstrecken sich in axialer Richtung, das heißt in Richtung oder parallel zur Drehachse 34 der Kurbelwellenriemenscheibe 1.
Die Tilgermasse 14 ist unter Zwischenschaltung der Gummispur 28 an dem radial äußeren Schenkel 32 angebracht. Der U-förmige Querschnitt begrenzt einen Ringraum, in dem eine feststehende Spule 35 in einem Spulengehäuse 36 angeordnet ist. Das Spulengehäuse 36 ist durch eine Schweißnaht stoffschlüssig mit einem Schraubflansch 38 verbunden. Von dem Schraubflansch 38 gehen Schrauben 41, 42 aus, die dazu dienen, das Spulengehäuse 36 mit der Spule 35 an einem Kurbelgehäuse (nicht dargestellte) zu befestigen. Bei der Spule 35 handelt es sich um eine Elektromagnetspule, die dazu dient, die Kupplung 10 zu betätigen.
Die Basis 33 des U-förmigen Querschnitts des Trägers 30 stellt einen ersten Reibpartner oder Kupplungspartner der Kupplung 10 dar. Ein zweiter Reibpartner oder Kupplungspartner 44 ist unter Ausbildung eines Luftspalts in axialer Richtung geringfügig von der Basis 33 beabstandet. Der zweite Reibpartner 44 ist als Reibringscheibe mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausgeführt und über Blattfedern 46 mit Hilfe der Nietverbindungselemente 25 an dem Flansch 24 des Freilaufaußenrings 22 befestigt.
Die Befestigung mit den Blattfedern 46 ermöglicht einerseits eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Reibpartner 44 und dem Flansch 24 des Freilaufaußenrings 22. Darüber hinaus ermöglichen die Blattfedern 46 eine axiale Bewegung des zweiten Reibpartners 44 von dem Flansch 24 des Freilaufaußenrings 22 weg auf den ersten Reibpartner 33 zu, wenn die Spule 35 bestromt wird. Wenn die Bestromung der Spule 35 unterbrochen wird, dann sorgt die Vorspannung der Blattfedern 46 dafür, dass sich der zweite Reibpartner 44 wieder in seine Ausgangsstellung auf den Flansch 24 des Freilaufaußenrings 22 zu bewegt.
In 3 sieht man, dass insgesamt drei Blattfedern 46 in Umfangsrichtung über den Flansch 24 des Freilaufaußenrings 22 verteilt sind.
Der Träger 30 ist vorzugsweise als Blechformteil ausgeführt und weist radial innen einen Befestigungsabschnitt 48 mit einem zentralen Durchgangsloch zum Durchführen des Schraubenschafts 17 der zentralen Schraube 5 auf. Der Befestigungsabschnitt 48 ist mit Hilfe eines Klemmstücks oder Druckstücks 50 fest zwischen dem Schraubenkopf 16 der zentralen Schraube 5 und der Kurbelwelle 4 eingespannt.
Da die Elektromagnetspule 35 bei der dargestellten Anordnung lediglich für den Zeitraum des Verbrennerstarts bestromt sein muss, kann die Elektromagnetspule 35 stark überbestromt werden. In den kurzen Zeiträumen der Verbrennerstarts führt die Überbestromung der Elektromagnetspule 35 nicht zu thermischen Problemen. Das liefert den Vorteil, dass kleinere Elektromagnetspulen verwendet werden können, als sie für ein dauerhaftes Zuhalten der Kupplung 10 erforderlich wären.
In 4 ist durch eine gestrichelte Linie 40 angedeutet, dass die Kupplung 10 alternativ formschlüssig ausgeführt ist, und zwar vorzugsweise als Klauenkupplung anstatt als Reibungskupplung wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel. Durch den Formschluss können die benötigten axialen Haltekräfte reduziert werden. Dadurch wird der Einsatz von kleineren Elektromagnetspulen ermöglicht. Die Klauenkupplung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass bei maximal zu erwartenden Reibwerten keine Selbsthemmung auftritt. Das liefert den Vorteil, dass relativ geringe Blattfederkräfte ausreichen, um die Klauenkupplung zu öffnen, wenn die Elektromagnetspule nicht bestromt ist.
In den 5 und 6 ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie in 2 dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 und 6 ist die Kupplung 10 als Klauenkupplung ausgeführt, das heißt die beiden Reibpartner 33 und 44 umfassen Formschlussbereiche, die zur drehfesten Verbindung formschlüssig miteinander in Eingriff bringbar sind. Dabei ist die Klauenkupplung 10 vorzugsweise so ausgelegt, dass die beiden Kupplungspartner 33 und 44 mit Spiel ineinander passen, wodurch radial innerhalb der Formschlussbereiche angeordnete ebene, nicht verzahnte Bereiche der Reibpartner 33, 44 direkt mit Kontakt aneinander anliegen.
Durch dies Kombination von Reibschluss und Formschluss wird ein durch die Formschlussbereiche, die vorzugsweise Verzahnungen aufweisen, verursachter Luftspalt vermieden, der die magnetischen Haltekräfte reduzieren würde. Durch die Reibkräfte in den vorzugsweise flachen oder ebenen Kontaktbereichen wird ein unerwünschtes Klappern der Formschlussbereiche aneinander vermieden.
Beim Einsatz einer kraftschlüssigen Kupplung, wie sie bei den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 verwendet wird, ist ein Impulsstart des Verbrennungsmotors direkt aus dem Stand Klimabetrieb mit rotierendem Riementrieb durch Schließen in der Kupplung möglich. Beim Einsatz einer formschlüssigen Kupplung, wie sie in den Ausführungsbeispielen der 4 bis 6 verwendet wird, muss der Riementrieb vor dem Schließen der Kupplung zum Stillstand verzögert werden.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelwellenriemenscheibe
2: Riemenscheibenspur
4: Kurbelwelle
5: Zentralschraube
8: Freilauf
10: Kupplung
12: Drehschwingungsdämpfungseinrichtung
14: Tilgermasse
16: Schraubenkopf
17: Schraubenschaft
20: Lagereinrichtung
22: Freilaufaußenring
24: Flansch
25: Nietverbindungselement
26: Flansch
28: Gummispur
30: Träger
31: Schenkel
32: Schenkel
33: Basis – erster Reibpartner oder Kupplungspartner
34: Drehachse
35: Spule
36: Spulengehäuse
38: Schraubflansch
40: gestrichelte Linie
41: Schraube
42: Schraube
44: zweiter Reibpartner oder Kupplungspartner
46: Blattfedern
48: Befestigungsabschnitt
50: Klemmstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19535889 A1 [0002]
EP 0980479 B1 [0002]
DE 19636628 C1 [0002]
EP 0782674 B1 [0002]
DE 102005029351 A1 [0002]

Claims

Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle (4) und einem Riementrieb, mit einem Freilauf (8), dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (8) in der Kurbelwellenriemenscheibe mit einer elektromagnetisch betätigbaren Kupplung (20) kombiniert ist, durch die der Freilauf (8) überbrückt werden kann.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwellenriemenscheibe einen Ringraum zur Aufnahme einer feststehenden Spule (35) aufweist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum von einem Träger (30) begrenzt ist, der drehfest mit der Kurbelwelle (4) verbunden ist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (30) zur Begrenzung des Ringraums einen U-förmigen Querschnitt mit einer Basis (33) aufweist, von der zwei Schenkel (31, 32) ausgehen, die sich in axialer Richtung erstrecken.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem radial äußeren Schenkel (32) des U-förmigen Querschnitts des Trägers (30) mindestens eine Tilgermasse (14) angebracht ist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (33) des U-förmigen Querschnitts einen ersten Kupplungspartner darstellt, der mit einem zweiten Kupplungspartner (44) zusammenwirkt, der drehfest mit einer Riemenscheibenspur (2) verbunden ist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kupplungspartner (44) mit Hilfe von Blattfedern (46) drehfest mit einem Flansch (24) verbunden ist, der sich von einem Freilaufaußenring (22) radial nach außen erstreckt.
Kurbelwellenriemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zentralschraube (5), die an der Kurbelwelle (4) befestigt ist, einen Freilaufinnenring darstellt, der unter Zwischenschaltung einer Lagereinrichtung (20) und des Freilaufs (8) mit dem Freilaufaußenring (22) koppelbar ist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (10) reibschlüssig ausgeführt ist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (10) formschlüssig ausgeführt ist.