DE102011005475A1

DE102011005475A1 - Antriebsradvorrichtung

Info

Publication number: DE102011005475A1
Application number: DE201110005475
Authority: DE
Inventors: Michael Weiss; Klaus Hahn; Sebastian Hurst; Elmar Mause
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-09-20
Also published as: CN103429872A; WO2012123164A1

Abstract

Antriebsradvorrichtung aufweisend eine Lagerwelle (1) und ein auf der Lagerwelle (1) formschlüssig angeordnetes Antriebsrad (2), wobei das Antriebsrad (2) in einem Nebenaggregatetrieb eines Steuertriebes einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei das Antriebsrad (2) mittels eines Ziehkeils (3) von der Lagerwelle (1) abkoppelbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsradvorrichtung aufweisend eine Lagerwelle und ein auf der Lagerwelle formschlüssig angeordnetes Antriebsrad, wobei das Antriebsrad in einem Nebenaggregatetrieb eines Steuertriebes einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und von der Lagerwelle abkoppelbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine Antriebsradvorrichtung gemäß der vorgenannten Gattung ist aus der Druckschrift DE 102 36 746 A1 bekannt. In dieser Schrift besteht die Antriebsradvorrichtung aus einem auf einer Lagerwelle angeordnetem Antriebsrad, welches über ein Zwischenrad angetrieben wird, welches wiederum von einer mit einer Kurbelwelle in Verbindung stehenden Kurbelwellenrad angetrieben wird. Die rotierende Lagerwelle ist mit weiteren Verbrauchern in direkter oder indirekter Weise verbunden. Das Zwischenrad sorgt dafür, dass das Antriebsrad, welches drehfest mit der Lagerwelle verbunden ist, angetrieben wird. Das beweglich zum Antriebsrad und zum Kurbelwellenrad angeordnete Zwischenrad kann außer Eingriff mit dem Antriebsrad gebracht werden, so dass eine Abkopplung des Antriebsrades zur antreibenden Kurbelwelle erreicht wird. Diese Vorgehensweise ist sowohl zur Reduzierung unnötigen Leistungsaufwandes als auch zur schnelleren Erwärmung der Brennkraftmaschine bei einem Kaltstart nötig.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige, bauraumoptimierter und bedienerfreundliche Vorrichtung zur Abkopplung des Antriebsrades bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Antriebsrad mittels eines Ziehkeils von der Lagerwelle abkoppelbar ist. Durch die Abkupplung wird das Antriebsrad zwar noch durch das sich drehende Kurbelwellenrad weiter angetrieben, die Lagerwelle jedoch ist entkoppelt und steht still. Der besondere Vorteil dabei ist, dass kein zusätzliches Zwischenrad zwischen Antriebsrad und Kurbelwellenrad mehr nötig ist. Dies spart zum einen Kosten durch den Wegfall eines Bauteils und zum anderen wird weniger Bauraum beansprucht.
In Konkretisierung der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass die Lagerwelle hohl ausgeführt ist und der Ziehkeil darin linear beweglich angeordnet ist. Diese platzsparende Konstruktion ist besonders Vorteilhaft, da somit der Bauraum welcher für die Lagerwelle in Anspruch genommen wird, zweifach genutzt werden kann.
Nach einer Weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass der Ziehkeil mittels eines Aktuators linear verstellbar ist. Der Aktuator kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch, magnetisch oder in sonstiger Weise betrieben werden
Im Weiteren ist der Ziehkeil axial durch eine Feder druckbeaufschlagt. Diese Sicherheitsmaßnahme gewährleistet, dass beim Ausfall des Aktuators das Antriebsrad mit der Lagerwelle drehfest verbunden ist, in dem der federdruckbeaufschlagte Ziehkeil in die dafür benötigte Position gedrängt wird.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, in der Lagerstelle des Drehpunkts des Antriebsrades eine Kupplung anzuordnen, wobei der Ziehkeil, die Lagerwelle, das Antriebsrad und zwischen Ziehkeil und Antriebsrad angeordnete Kupplungskörper die Kupplung ausbilden. Die Kupplung in den Drehpunkt des Antriebsrades zu legen, ist eine weitere Möglichkeit Bauraum zu sparen. Des Weiteren kann somit eine Unwucht an der rotierenden Lagerwelle vermieden werden. Auf Grund der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Antriebsrad und der Lagerwelle ist die direkte Kraft- bzw. Drehmomentenübertragung des Kurbelwellenrades auf die Lagerwelle gewährleistet.
Nach einer Weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Lagerstelle des Drehpunktes des Antriebsrades eine Schaltgeometrie aufweist, wobei die Schaltgeometrie radial und axial verlaufende Nuten aufweist, in welche die Kupplungskörper eingreifen. In eingekoppeltem Zustand klemmen die Kupplungskörper innerhalb einer Vertiefung einer der axialen Nuten. Die beabstandeten axialen Nuten sind tiefer in die Lagerstelle eingebettet, als die radialen Nuten, welche zwischen den axialen Nuten angeordnet sind. Das Antriebsrad ist vorteilhafterweise in einem Spritzgien- oder Sinterverfahren hergestellt, so dass sich die im Drehpunkt des Antriebsrades ausgebildete Schaltgeometrie in einfacher Weise herstellen lässt.
Optional kann die Lagerwelle in eine innere Lagerwelle und eine äußere Lagerwelle geteilt sein, wobei auf der äußeren Welle das Antriebsrad drehfest befestigt ist und in der inneren Lagerwelle der Ziehkeil linear beweglich angeordnet ist. In dieser Ausführungsform, ist die Kupplung in der zweigeteilten Lagerwelle angeordnet, wobei die äußere und die innere Lagerwelle, der Ziehkeil und die zwischen der äußeren Lagerwellen und dem Ziehkeil angeordneten Kupplungskörper die Kupplung ausbilden. Diese Ausführung stellt eine zusätzlich bauraumoptimierte Variante der Kupplungsanordnung dar.
Optional kann das Antriebsrad einteilig mit der äußeren Lagerwelle ausgeführt sein. Dieses Bauteil kann als Spritzgießteil aus Kunststoff oder Metall hergestellt sein.
Im Weiteren weist die äußere Lagerwelle im Kupplungsbereich eine Schaltgeometrie auf, wobei die Schaltgeometrie radial und axial verlaufende Nuten aufweist, in welche die Kupplungskörper eingreifen. Die Schaltgeometrie ist genauso ausgeführt, wie in dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Kupplungskörper als Wälzköper aus zu bilden. D. h. die Kupplungskörper können kugelig, zylinderförmig oder tonnenförmig ausgebildet sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den 1 bis 4 dargestellt, die nachfolgend detailliert beschrieben sind, wobei sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungen beschränkt.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Antriebsradvorrichtung in eingekuppeltem Zustand,
2 eine schematische Darstellung einer Antriebsradvorrichtung in ausgekuppeltem Zustand,
3 eine Schnittdarstellung einer Antriebsvorrichtung und
4 eine Schnittdarstellung einer Antriebsradvorrichtung mit geteilter Lagerwelle.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 und 2 zeigen eine Antriebsvorrichtung, welche zwischen einer Lagerwelle 1 und einem Antriebsrad 2 eine Kupplung 10 aufweist. An dem äußeren Umfang der hohle Lagerwelle 1 ist das Antriebsrad 2 ortsfest angebunden. In der Lagerwelle 1 ist ein linearbeweglicher Ziehkeil 3 angeordnet, wobei der Ziehkeil 3 einen Durchmesser d aufweist und nur in einem Teilbereich einen größeren Durchmesser D. Die Lagerwelle 1 weist umfangseitig mehrere Öffnungen 13 auf, in welche Kupplungskörper 5 angeordnet sind. Die Kupplungskörper 5 sind drehbeweglich in den Öffnungen 13 gelagert. In radialer Lagerwellenrichtung, wird die Beweglichkeit der Kupplungskörper 5 auf der einen Seite durch eine angrenzende Lagerstelle 4 des Antriebsrad 2 begrenzt und auf der gegenüberliegenden Seite vom Ziehkeil 3. Der Ziehkeil 3 wird mittels eines Aktuators (nicht dargestellt) linear innerhalb der Lagerwelle 1 verschoben. Der Teilbereich des Ziehkeils 3 mit dem größeren Durchmesser D wird an der inneren Umfangsfläche der Lagerwelle 1 entlang geführt. Trifft beim verschieben des Ziehkeiles 3 der Teilbereich mit dem größeren Durchmesser D auf die Kupplungskörper 5, so werden diese aus ihrer ursprünglichen Lage in Richtung der Lagerstelle 4 des Antriebsrades 2 gedrückt und formschlüssig eingeklemmt. Innerhalb der Lagerstelle 4 des Antriebsrades 2 ist eine Schaltgeometrie 6 ausgebildet. Die Schaltgeometrie 6 wird aus axial verlaufenden Nuten 7 und aus radial verlaufenden Nuten 8 gebildet. Die axialen Nuten 7 sind gleichmäßig voneinander beabstandet und am Umfang der Lagerstelle 4 verteilt, dadurch entstehen in der Lagerstelle 4 zwischen den axialen Nuten 7 flache Stege 15. Innerhalb dieser flachen Stege 15 sind die radialen Nuten 8 umlaufend auf einer Art Kreisbahn eingebracht. Die axialen Nuten 7 sind tiefer in die Lagerstelle 4 eingebracht als die radialen Nuten 8. Wenn der Ziehkeil 3 die Kupplungskörper 5 in Richtung der Lagerstelle 4 des Antriebsrades 2 bzw. in Richtung der Schaltgeometrie 6 verschiebt, kuppeln die Kupplungskörper 5 in die tiefer gelegenen axialen Nuten 7 ein, so dass die an den axialen Nuten 7 angrenzenden flachen Stege 15 ein radiales Ausweichen der Kupplungskörper 5 verhindern. Dadurch wird eine drehfeste Verbindung zwischen der Lagerwelle 1 und dem Antriebsrad 2 hergestellt. Wird das Antriebsrad 2 durch ein hier nicht gezeigtes Antriebsmittel wie z. B. Nockenwellenrad oder Riemen angetrieben dreht sich die Lagerwelle 1 auf Grund der drehfesten Verbindung mit. Aus den bereits vorher erläuterten Gründen kann es in manchen Betriebszuständen z. B. beim Anlaufen des Motors von Vorteil sein, dass sich die Lagerwelle 1 noch nicht mitdreht. Da das Kurbelwellenrad aber in ständigem direkten oder indirekten Eingriff mit dem Antriebsrad 2 steht, wird dieses immer mit angetrieben sobald sich das Kurbelwellenrad dreht. Damit die drehfeste Verbindung zwischen der Lagerwelle 1 und dem Antriebsrad 2 gelöst werden kann, muss der Ziehkeil 3 verschoben werden. Beim Verschieben des Ziehkeils 3 wird sein Teilbereich mit dem größeren Durchmesser D aus dem Kontaktbereich der Kupplungskörpern 5 gebracht, so dass die Kupplungskörper 5 wieder zurück in ihre ursprünglich Position rücken können. In der ursprünglichen Position liegen die Kupplungskörper 5 sowohl an dem Ziehkeil 3 als auch an der Lagerstelle 4 an. Da die Kupplungskörper 5 nicht mehr so weit in die Lagerstelle 4 hineinragen rutschen sie in die radial verlaufenden Nuten 8. In diesem ausgekuppelten Zustand wälzen sich die Kupplungskörper 5 lediglich an den als Laufbahn fungierenden radialen Nuten 8 ab. Das Antriebsrad 2 befindet sich somit im Leerlauf. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß ausgeführten Schaltgeometrie 6 besteht darin, dass durch die radialen, weniger tief in die Lagerstelle 4 eingebetteten Nuten 8, in welche die Kupplungskörper 5 eingreifen, das Antriebsrad 2 axial gesichert wird.
3 zeigt die die Antriebsvorrichtung in eingekuppeltem Zustand. Zwischen einem Lagerwellenboden 14 und einem Ende des Ziehkeils 16 ist eine Feder 9 angeordnet. Fällt der auf den Ziehkeil 3 wirkende Aktuator ungewollt aus, sorgt die vorgespannte Feder 9 dafür, dass der Ziehkeil 3 innerhalb der Lagerwelle 1 so verschoben wird, dass die Kupplungskörper 5 in die axialen Nuten 7 der Lagerstelle 4 einrasten. Diese geforderte Fail-Safe Lösung gewährleistet die Mitnahme der Lagerwelle 1 auf Grund ihrer formschlüssigen Anbindung an das Antriebsrad 2.
Die in 4 gezeigte Antriebsvorrichtung funktioniert wie in den 1 bis 3 zuvor beschrieben. Der Unterschied besteht darin, dass die Kupplung 10 nicht in der Lagerstelle 4 der Lagerwelle 1 angeordnet ist. 4 zeigt eine zweigeteilte Lagerwelle 1, nämlich eine innere Lagerwelle 11 und eine äußere Lagerwelle 12. Die innere Lagerwelle 11 weist Öffnungen 13 auf in welchen die Kupplungskörper 5 drehbeweglich gelagert sind, die sowohl den Ziehkeil 3 als auch die äußere Lagerwelle 12 an ihrer Lagerstelle 4 kontaktieren. Die äußere Lagerwelle 12 weist in dem Bereich der Kupplungsköper 5 eine wie schon zuvor beschriebene Schaltgeometrie 6 auf. Das Antriebsrad 2 ist ortsfest mit der äußeren Lagerwelle 12 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel findet die Abkopplung zwischen der inneren Lagerwelle 11 und der äußeren Lagerwelle 12 statt. D. h. wenn der Ziehkeil 3 die entsprechende Position erreicht, wird das Antriebsrad 2 mit der drehfest verbundenen äußeren Lagerwelle 12 weiterhin angetrieben, aber die innere Lagerwelle 11 kommt zum Stehen. Auch in diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird der Ziehkeil 3, welcher mittels einer Feder 9, die sich zwischen dem Lagerwellenboden 14 der inneren Lagerwelle 11 und einem Ende des Ziehkeils 16 abstützt, druckbeaufschlagt. Somit ist auch hier eine Fail-Safe Lösung umgesetzt. Dieses erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel zeigt eine weitere Möglichkeit, eine Kupplung 10 bauraumoptimiert in die Antriebsvorrichtung zu integrieren.
Bezugszeichenliste

1: Lagerwelle
2: Antriebsrad
3: Ziehkeil
4: Lagerstelle
5: Kupplungskörper
6: Schaltgeometrie
7: axiale Nut
8: radiale Nut
9: Feder
10: Kupplung
11: innere Lagerwelle
12: äußere Lagerwelle
13: Öffnungen
14: Lagerwellenboden
15: flacher Steg
16: Ziehkeilende
d: kleiner Durchmesser des Ziehkeils
D: großer Durchmesser des Ziehkeils

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

DE 10236746 A1 [0002]

Claims

Antriebsradvorrichtung aufweisend eine Lagerwelle (1) und ein auf der Lagerwelle (1) formschlüssig angeordnetes Antriebsrad (2), wobei das Antriebsrad (2) in einem Nebenaggregatetrieb eines Steuertriebes einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (2) mittels eines Ziehkeils (3) von der Lagerwelle (1) abkoppelbar ist.
Antriebsradvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerwelle (1) hohl ausgeführt ist und der Ziehkeil (3) darin linear beweglich angeordnet ist.
Antriebsradvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehkeil (3) mittels eines Aktuators linear verstellbar ist.
Antriebsradvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehkeil (3) axial durch eine Feder (9) druckbeaufschlagt ist.
Antriebsradvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in einer Lagerstelle (4) des Drehpunkts des Antriebsrades (2) eine Kupplung (10) angeordnet ist, wobei der Ziehkeil (3), die Lagerwelle (1), das Antriebsrad (2) und zwischen Ziehkeil (3) und Antriebsrad (2) angeordneten Kupplungskörper (5) die Kupplung (10) ausbilden.
Antriebsradvorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (4) des Drehpunktes des Antriebsrades (2) eine Schaltgeometrie (6) aufweist, wobei die Schaltgeometrie (6) radial und axial verlaufende Nuten (7, 8) aufweist, in welche die Kupplungskörper (5) eingreifen können.
Antriebsradvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lagerwelle (1) in eine innere Lagerwelle (11) und eine äußere Lagerwelle (12) teilt, wobei auf der äußeren Lagerwelle (12) das Antriebsrad (2) drehfest angeordnet ist und in der inneren Lagerwelle (11) der Ziehkeil (3) linear beweglich angeordnet ist.
Antriebsradvorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (2) einteilig mit der äußeren Lagerwelle (12) ausgeführt ist.
Antriebsradvorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass in der Lagerwelle (1) eine Kupplung (10) angeordnet ist, wobei die äußere und die innere Lagerwelle (11, 12), der Ziehkeil (3) und zwischen der äußeren Lagerwellen (12) und dem Ziehkeil (3) angeordneten Kupplungskörper (5) die Kupplung (10) ausbilden.
Antriebsradvorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das die äußere Lagerwelle (12) im Kupplungsbereich eine Schaltgeometrie (6) aufweist, wobei die Schaltgeometrie (6) radial und axial verlaufende Nuten (7,8) aufweist, in welche die Kupplungskörper (5) eingreifen.
Antriebsradvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungskörper (5) als Wälzköper ausgebildet sind.