DE102011077588A1

DE102011077588A1 - Antriebsanordnung eines Generators einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011077588A1
Application number: DE102011077588A
Authority: DE
Inventors: Michael Fleischer; Frank Zeisberger; Oliver Dippold
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2012-12-20

Abstract

Die Erfindung betrifft Antriebsanordnung eines Generators (1) einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Zugmittelscheibe (4), welche über ein Zugmittel antreibbar ist, und eine Antriebswelle (2) des Generators (1). Zwischen der Zugmittelscheibe (4) und der Antriebswelle (2) ist eine Kupplung (3) platziert, die in einem betätigten Zustand die Zugmittelscheibe (4) mit der Antriebswelle (2) koppelt, wohingegen die Zugmittelscheibe (4) in einem geöffneten Zustand der Kupplung (3) gänzlich frei gegenüber der Antriebswelle (2) verdrehbar ist. Um nun eine möglichst effiziente An- und Entkoppelung der Antriebswelle (2) an die Zugmittelscheibe (4) darzustellen, verfügt die Kupplung (3) über mehrere keilförmige Kupplungskörper (5), welche jeweils mit ihrer Keilform in Richtung der zu übertragenden Drehbewegung orientiert sind und in dem betätigten Zustand der Kupplung (3) eine reibschlüssige Koppelung zwischen der Zugmittelscheibe (4) und der Antriebswelle (2) herstellen. Hingegen ist unter Einwirkung einer Betätigungseinrichtung der geöffnete Zustand der Kupplung (3) darstellbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung eines Generators einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Zugmittelscheibe, welche über ein Zugmittel antreibbar ist, und eine Antriebswelle des Generators, wobei zwischen der Zugmittelscheibe und der Antriebswelle eine Kupplung platziert ist, die in einem betätigten Zustand die Zugmittelscheibe mit der Antriebswelle koppelt, wohingegen die Zugmittelscheibe in einem geöffneten Zustand der Kupplung gänzlich frei gegenüber der Antriebswelle verdrehbar ist.
Generatoren werden im Bereich von Brennkraftmaschinen vorgesehen, um bei Betrieb der Brennkraftmaschine die zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern benötigte elektrische Energie zur Verfügung zu stellen und eine Batterie zu laden, über welche zu Beginn ein Starten der Brennkraftmaschine mittels eines elektrischen Starters erfolgen kann. Üblicherweise wird ein Generator hierbei über einen Zugmitteltrieb, häufig in Form eines Riementriebes, angetrieben, wobei dabei dann zwischen einer mit dem Zugmittel in Verbindung stehenden Zugmittelscheibe und einer Generatorwelle des Generators eine Freilaufkupplung vorgesehen wird, um eine Übertragung von durch die Betriebsart einer Brennkraftmaschine bedingten Drehungleichförmigkeiten auf den Antrieb des Generators zu verhindern. Bei modernen Konzepten wird zudem zwischen der Zugmittelscheibe und der Antriebswelle häufig eine Schaltkupplung vorgesehen, über welche auch eine vollständige Entkopplung zwischen dem Zugmitteltrieb und der Generatorwelle dargestellt werden kann. Hierdurch ist es möglich, bei bestimmten Betriebszuständen den Generator vollständig abzukoppeln und damit keine elektrische Energie zu erzeugen. So wird durch Öffnen der Kupplung verhindert, dass durch das Antreiben des Generators mehr Kraftstoff verbraucht wird, wenn beispielsweise die Batterie vollständig geladen ist und der Generator damit überschüssige Energie erzeugen würde.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2007 020 867 A1 geht eine Antriebsanordnung eines Generators einer Brennkraftmaschine hervor, wobei diese Antriebsanordnung hierbei eine Zugmittelscheibe aufweist, welche als Riemenscheibe ausgestaltet über einen Riemen angetrieben werden kann und über eine zwischenliegende Kupplung mit einer Antriebswelle des Generators koppelbar ist. Diese Kupplung ist dabei als Lamellenkupplung ausgestaltet, deren Lamellen wechselseitig mit der Antriebswelle und der Zugmittelscheibe verbunden sind, wobei Zwischenräume zwischen den Lamellen mit einem Kupplungsfluid in Form einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt sind. Die Lamellenkupplung kann nun über einen Elektromagneten betätigt werden, indem durch Bestromen des Elektromagneten und einer hiermit verbundenen Ausbildung eines Magnetfeldes die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit gezielt erhöht wird, so dass eine Übertragung einer Drehbewegung der mit der Zugmittelscheibe verbundenen Lamellen auf die Lamellen der Generatorwelle durch Scheren der magnetorheologischen Flüssigkeit erfolgt. In einem unbestromten Zustand des Elektromagneten ist eine Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit hingegen so gering, dass kein Drehmoment von der Zugmittelscheibe auf die Generatorwelle übertragen wird und sich die Kupplung somit in einem geöffneten Zustand befindet. In der Folge kann sich also in diesem geöffneten Zustand die Zugmittelscheibe gänzlich frei gegenüber der Antriebswelle des Generators drehen, so dass im Endeffekt kein Antrieb des Generators über die Zugmittelscheibe stattfindet.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsanordnung eines Generators einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, bei welcher eine effiziente An- und Entkoppelung zwischen einer Zugmittelscheibe und einer Antriebswelle eines Generators darstellbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß der Erfindung umfasst eine Antriebsanordnung eines Generators einer Brennkraftmaschine eine Zugmittelscheibe, welche über ein Zugmittel antreibbar ist, und eine Antriebswelle des Generators. Dabei ist zwischen der Zugmittelscheibe und der Antriebswelle eine Kupplung platziert, die in einem betätigten Zustand die Zugmittelscheibe mit der Antriebswelle koppelt, wohingegen die Zugmittelscheibe in einem geöffneten Zustand der Kupplung gänzlich frei gegenüber der Antriebswelle verdrehbar ist. Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei der Zugmittelscheibe insbesondere um eine Riemenscheibe, welche über ein Zugmittel in Form eines Riemens antreibbar ist. Unter einer gänzlich freien Verdrehbarkeit der Zugmittelscheibe gegenüber der Antriebswelle ist hierbei eine vollständige Entkoppelung der Zugmittelscheibe von der Antriebswelle des Generators zu verstehen, so dass kein Drehmoment auf die Antriebswelle übertragen wird. Des Weiteren ist unter einer Koppelung der Zugmittelscheibe mit der Antriebswelle sowohl eine unmittelbare Koppelung, d.h. eine Verbindung von Antriebswelle und Zugmittelscheibe ohne zwischenliegende Elemente, als auch eine mittelbare Koppelung zu verstehen, wobei dann zwischen der Antriebswelle und der Zugmittelscheibe ein oder mehrere weitere Elemente platziert sind, welche bei geschlossener Kupplung an einer Übertragung eines Drehmoments von der Zugmittelscheibe auf die Antriebswelle beteiligt sind.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Kupplung über mehrere keilförmige Kupplungskörper verfügt, welche jeweils mit ihrer Keilform in Richtung der zu übertragenden Drehbewegung orientiert sind und in dem betätigten Zustand der Kupplung eine reibschlüssige Koppelung zwischen der Zugmittelscheibe und der Antriebswelle herstellen. Hingegen ist unter Einwirkung einer Betätigungseinrichtung der geöffnete Zustand der Kupplung darstellbar. Mit anderen Worten wird also im betätigten Zustand der Kupplung eine Koppelung zwischen Zugmittelscheibe und Antriebswelle über Kupplungskörper dargestellt, welche hierbei jeweils eine Keilform aufweisen und eine reibschlüssige Koppelung über Flanken der jeweiligen Keilform durch Verspannen herstellen. Dabei ist die Keilform in Richtung der Drehbewegung orientiert, d.h. eine, ggf. durch Verlängerung der Keilflanken definierte Keilspitze weist in die Drehbewegungsrichtung der Zugmittelscheibe beim Antrieb über ein Zugmittel. Unter Einwirkung einer Betätigungseinrichtung wird diese reibschlüssige Koppelung allerdings aufgehoben, so dass im geöffneten Zustand die gänzlich freie Verdrehbarkeit der Zugmittelscheibe gegenüber der Antriebswelle gegeben ist.
Eine derartige Ausgestaltung hat hierbei den Vorteil, dass durch die keilförmige Gestaltung der Kupplungskörper eine zuverlässige, reibschlüssige Koppelung der Zugmittelscheibe mit der Antriebswelle schon bei geringen Betätigungskräften der Kupplung erfolgt. Denn durch die keilförmigen Konturen und die Ausrichtung dieser Konturen wird eine Selbstverstärkung der die beiden Teile koppelnden Reibkraft hervorgerufen. Zudem verbleibt die Kupplung nach Überführung in den betätigten Zustand ohne kontinuierliche Ansteuerung selbsttätig in dem die Zugmittelscheibe und die Antriebswelle koppelnden Zustand, da die Kupplungskörper bei Drehbewegung der Zugmittelscheibe durch die Drehbewegung mit ihrer Keilform zwischen die beiden zu koppelnden Elemente gezogen werden. Schließlich kann die Koppelung zwischen Zugmittelscheibe und Antriebswelle energieeffizient dargestellt werden, da die Kupplung in einem nicht angesteuerten Zustand die Kopplung herstellt, während erst unter Einwirkung der Betätigungseinrichtung die reibschlüssige Verbindung unterbrochen wird. Denn bei Betrieb der Brennkraftmaschine ist zum überwiegenden Teil ein Antrieb des Generators erforderlich und nur bei bestimmten Betriebszuständen, wie beispielsweise beim Anlassen der Brennkraftmaschine, in einem Start-Stopp-Betrieb oder bei voller Batterie, ein Abkoppeln des Generators vom Riementrieb gewünscht. In der Folge ist also nur im Falle einer geforderten Abkoppelung des Generators eine Ansteuerung der Betätigungseinrichtung vorzunehmen, während im normalen Betrieb eine Koppelung ohne Ansteuerung der Betätigungseinrichtung der Kupplung stattfindet. Dementsprechend kann Energie hinsichtlich einer Ansteuerung der Betätigungseinrichtung der Kupplung eingespart werden.
Im Unterschied hierzu ist im Falle der DE 10 2007 020 867 A1 das Erzeugen eines entsprechenden Magnetfeldes über den Elektromagneten notwendig, um eine Koppelung durch eine entsprechende Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit darstellen zu können. In der Folge muss also der Elektromagnet kontinuierlich bestromt werden, um in einem Normalbetrieb für einen Antrieb des Generators über die Zugmittelscheibe zu sorgen. Dementsprechend wird der Vorteil der bedarfsgerechten Entkoppelung des Generators und einer Verminderung des Kraftstoffverbrauchs durch den Nachteil einer ständigen, notwendigen Bestromung des Elektromagneten bei Antrieb des Generators über den Riementrieb vermindert beziehungsweise sogar kompensiert. Ein Unterbrechen der Bestromung des Elektromagneten nach Überführung der Kupplung in den betätigten Zustand ist hierbei nicht möglich, da hierdurch die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit vermindert wird und damit die Kupplung öffnet.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Trägerhülse vorgesehen, welche die Kupplungskörper trägt und mit der Antriebswelle gekoppelt ist, wobei die Trägerhülse unter Einwirkung der Betätigungseinrichtung eine Relativverdrehung zu der Antriebswelle aus einer Schaltstellung in eine Öffnungsstellung ausführt, in welcher die Kupplungskörper dann die reibschlüssige Verbindung trennen. Mittels des Vorsehens einer Trägerhülse, welche die keilförmigen Kupplungskörper führt, und deren Relativverdrehbarkeit zu der Antriebswelle kann eine gemeinsame Ansteuerung der Kupplungskörper erfolgen, indem diese über die Trägerhülse gemeinsam in die die Zugmittelscheibe und die Antriebswelle koppelnde Position bewegt oder durch die Trägerhülse aus dieser Position in den geöffneten Zustand der Kupplung überführt werden. In der Folge ist also eine Betätigung der keilförmigen Kupplungskörper vereinfacht.
In Weiterbildung der vorgenannten Variante sind die Kupplungskörper jeweils über ein Führungselement achsparallel zu einer Rotationsachse schwenkbar in der Trägerhülse gelagert und verfügen über eine seitens der radial innenliegenden Antriebswelle ausgebildete und sich in Richtung der zu übertragenenden Drehbewegung verjüngende Innenkontur, über welche die Kupplungskörper jeweils mit einer zugehörigen radialen Erhebung der Antriebswelle in Kontakt stehen. Zudem bilden die Kupplungskörper jeweils auf einer Außenseite eine Reibfläche aus. Vorteilhafterweise kann hierdurch auf einfache Art und Weise die reibschlüssige Koppelung zwischen Zugmittelscheibe und Antriebswelle dargestellt werden, indem die Kupplungskörper bei Relativverdrehung der Trägerhülse zur Antriebswelle mit ihrer Innenkontur auf der jeweiligen radialen Erhebung der Antriebswelle laufen und dabei je nach Orientierung der Relativverdrehung zur Antriebswelle durch Schwenkbewegung mit der Reibfläche nach radial innen oder außen bewegt werden. So werden die Kupplungskörper bei Relativverdrehung der Trägerhülse in Richtung der zu übertragenden Drehbewegung nach radial außen verschwenkt und treten dabei über die auf der Außenseite befindliche Reibfläche mit der Zugmittelscheibe beziehungsweise einem mit der Zugmittelscheibe verbundenen Bauteil in Kontakt, so dass die reibschlüssige Koppelung ausgebildet wird. Hingegen schwenken die Kupplungskörper bei Verdrehen der Trägerhülse entgegen der zu übertragenden Drehbewegung nach radial innen und lösen damit die reibschlüssige Koppelung zwischen Antriebswelle und Zugmittelscheibe.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorgenannten Ausführungsform ist die Trägerhülse über eine zwischenliegende Betätigungshülse mit der Antriebswelle gekoppelt, wobei die Betätigungshülse drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und unter Einwirkung der Betätigungsrichtung eine axiale Verschiebung gegenüber der Antriebswelle in eine Betätigungsstellung ausführt. Dabei wird diese axiale Verschiebung über Übertragungsmittel in die Relativverdrehung der Trägerhülse in die Öffnungsstellung umgesetzt. Dies hat den Vorteil, dass durch die zwischenliegende Betätigungshülse und mit Hilfe der Übertragungsmittel eine einfach durch eine Betätigungseinrichtung darstellbare axiale Bewegung der Betätigungshülse in die notwendige Relativverdrehung der Trägerhülse zur Antriebswelle umgesetzt werden kann. Im Rahmen der Erfindung ist die Betätigungshülse dabei bevorzugt über eine axial orientierte und zwischen Betätigungshülse und Antriebswelle vorgesehene Profilierung, beispielsweise eine Keilverzahnung, axial auf der Antriebswelle verschiebbar geführt. Seitens der Trägerhülse werden die Übertragungsmittel insbesondere durch Nuten an der Trägerhülse gebildet, welche schräg zu einer Rotationsachse verlaufen und in welche die Betätigungshülse über je zugeordnete Stellelemente einfasst. Dementsprechend kann die axiale Verschiebung der Betätigungshülse auf einfache Art und Weise in die Verdrehbewegung der Trägerhülse umgesetzt werden, indem die Stellelemente der Betätigungshülse in den zugehörigen Nuten an der Trägerhülse laufen. Im Rahmen der Erfindung handelt es sich bei den Stellelementen der Betätigungshülse insbesondere um Führungsstifte, welche in die Nuten an der Trägerhülse einragen. Neben der vorgenannten Ausgestaltung ist es jedoch ebenso denkbar, Nuten seitens der Betätigungshülse und Stellelemente seitens der Trägerhülse vorzusehen. Im Sinne der Erfindung können die Nuten zudem gerade unter einem Winkel verlaufend oder aber auch gekrümmt zu der Rotationsachse verlaufend ausgestaltet sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Betätigungseinrichtung durch einen Elektromagneten gebildet, über welchen bei Bestromung die Betätigungshülse in die Betätigungsstellung überführbar ist. Mittels einer derartigen Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, eine Verschiebung der Betätigungshülse gegenüber der Antriebswelle und damit ein Öffnen der Kupplung zuverlässig darzustellen.
Erfindungsgemäß steht die Betätigungshülse zudem mit einem Federelement in Verbindung, das die Betätigungshülse in eine Grundstellung vorspannt, wobei die Trägerhülse in der Grundstellung der Betätigungshülse über die Übertragungsmittel in die Schaltstellung verdreht ist. Durch diese Maßnahme wird die Betätigungshülse bei Beendigung einer Einwirkung über die Betätigungseinrichtung zurück in die Grundstellung überführt und damit durch Verdrehen der Trägerhülse in die Schaltstellung die Kupplung geschlossen. Zudem wird zusätzlich zu der Selbsthemmung über die keilförmigen Gestaltungen der Kupplungskörper ein sicherer Verbleib der Kupplung im betätigten Zustand bei fehlender Ansteuerung der Betätigungseinrichtung gewährleistet.
Entsprechend einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in radialer Richtung zwischen der Zugmittelscheibe und den Kupplungselementen eine Hohlwelle vorgesehen, mit welcher die Kupplungselemente in dem betätigten Zustand der Kupplung die reibschlüssige Verbindung herstellen und die mit der stand der Kupplung die reibschlüssige Verbindung herstellen und die mit der Zugmittelscheibe über eine zwischenliegende Freilaufkupplung verbunden ist. Vorteilhafterweise kann hierdurch neben der Kupplung auch noch eine Freilaufkupplung mit in die Antriebsanordnung integriert werden, so dass Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine nicht in den Antrieb des Generators eingeleitet werden. Die Freilauffunktion der Freilaufkupplung kann hierbei insbesondere durch eine Schlingfeder, aber auch durch andere Übertragungselemente dargestellt werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Betätigungseinrichtung und der Kupplung eine Axiallagerung vorgesehen. Eine derartige Ausgestaltung hat hierbei den Vorteil, dass die Betätigungseinrichtung somit in Umfangsrichtung feststehend gestaltet werden kann, während die Kupplung gemeinsam mit Zugmittelscheibe und Antriebswelle des Generators umläuft.
Schließlich ist es eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, dass zwischen der Zugmittelscheibe und der Antriebswelle eine Radiallagerung platziert ist. Hierdurch ist es möglich, die Reibungsverluste bei Entkoppelung des Generators von der Zugmittelscheibe durch die dann auftretenden Relativbewegungen gering zu halten. Je nach Ausgestaltung der Antriebsanordnung kann diese Radiallagerung dabei unmittelbar zwischen der Zugmittelscheibe und der Antriebswelle oder aber zwischen gegebenenfalls mit der Antriebswelle und/oder mit der Zugmittelscheibe gekoppelten Elementen platziert sein.
Die Erfindung ist nicht auf die angegeben Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung eines Generators gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine weitere Schnittansicht der Antriebsanordnung, geschnitten entlang der Linie A-A in 1; und
3 eine weitere Schnittansicht der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, geschnitten entlang der Linie B-B in 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus 1 geht eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung eines Generators 1 einer Brennkraftmaschine hervor. Dieser Generator 1 steht dabei mit einer Antriebswelle 2 in Verbindung, über welche eine Drehbewegung in den Generator 1 einleitbar und damit auf den Fachmann bekannte Art und Weise elektrische Energie erzeugbar ist. Um nun diese Drehbewegung hervorzurufen, kann die Antriebswelle 2 über eine zwischenliegende Kupplung 3 mit einer Zugmittelscheibe 4 gekoppelt werden, die vorliegend als Riemenscheibe ausgestaltet ist und über ein – vorliegend nicht weiter dargestelltes – Zugmittel in Form eines Riemens angetrieben werden kann. Über die Kupplung 3 wird dabei in einem betätigten Zustand diese Koppelung zwischen Zugmittelscheibe 4 und Antriebswelle 2 vorgenommen, während in einem geöffneten Zustand der Kupplung 3 die Zugmittelscheibe 4 gänzlich frei gegenüber der Antriebswelle 2 verdrehbar ist, so dass der Generator 1 vollständig von dem Zugmitteltrieb entkoppelt ist. Im letztgenannten Fall erfolgt also kein Antrieb des Generators, so dass eine Erzeugung elektrischer Energie unterbleibt. Die Abkoppelung des Generators 1 wird dabei bei bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine vorgenommen, wie beispielsweise beim Anlassen der Brennkraftmaschine, in einem Start-Stopp-Betrieb oder bei voller Batterie, um den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine durch den entfallenden Antrieb des Generators 1 zu verringern.
Die Kupplung 3 setzt sich nun aus mehreren Kupplungskörpern 5 zusammen, welche, wie insbesondere aus der weiteren Schnittansicht aus 2 ersichtlich, jeweils eine Keilform aufweisen. Eine jeweilige Keilform der Kupplungskörper 5 ist dabei in Richtung der zu übertragenden Drehbewegung orientiert, vorliegend bei der 2 einer Drehbewegung im Gegenuhrzeigersinn, und sind über Führungselemente 6 in Form von Zylinderstiften um ein in Drehrichtung orientiertes Ende schwenkbar in einer Trägerhülse 7 gelagert. Des Weiteren verfügen die Kupplungskörper 5 jeweils auf einer der Antriebswelle 2 zugewandten Seite über eine Innenkontur 8, die sich in Richtung der zu übertragenden Drehbewegung verjüngt und über welche die Kupplungskörper 5 jeweils mit je einer zugehörigen radialen Erhebung 9 an der Antriebswelle 2 in Kontakt stehen. Ferner ist auf einer jeweiligen Außenseite der Kupplungskörper 5 je eine Reibfläche 10 ausgebildet, über welche die Kupplungskörper 5 in dem betätigten Zustand der Kupplung 3 mit einem Innendurchmesser einer Hohlwelle 11 in Kontakt treten, die über eine zwischenliegende Freilaufkupplung 12 dann mit der Zugmittelscheibe 4 in Verbindung steht. Diese Freilaufkupplung 12 ist vorliegend nur stark schematisch dargestellt und kann beispielsweise in Form einer Freilaufkupplung mit einer Schlingfeder ausgestaltet sein.
Ein Kontakt zwischen den Reibflächen 10 der Kupplungskörper 5 und dem Innendurchmesser der Hohlwelle 11 wird nun entsprechend einer Relativverdrehung der Trägerhülse 7 zur Antriebswelle 2 definiert, bei welcher die Kupplungskörper 5 entsprechend eines Kontakts über die Innenkonturen 8 mit den Erhebungen 9 eine Schwenkbewegung um die Führungselemente 6 achsparallel zu einer Rotationsachse 13 ausführen. So wird bei Verdrehung der Trägerhülse 7 im Uhrzeigersinn aus der in 2 dargestellten Schaltstellung in eine Öffnungsstellung aufgrund der sich verjüngenden Innenkonturen 8 ein radial nach innen orientiertes Schwenken der Kupplungskörper 5 hervorgerufen, so dass der Kontakt zwischen der Hohlwelle 11 und den Reibflächen 10 unterbrochen wird. Im umgekehrten Fall wird bei einer Relativverdrehung der Trägerhülse 7 entgegen dem Uhrzeigersinn aufgrund der in radialer Richtung dann breiter werdenden Innenkontur 8 ein Schwenken der Kupplungskörper 5 nach radial außen hervorgerufen, so dass die Reibflächen 10 an den Innendurchmesser der Hohlwelle Reibflächen 10 an den Innendurchmesser der Hohlwelle 11 andrücken. Dieses Andrücken wird bei einer Drehbewegung der Zugmittelscheibe 4 und damit auch der Hohlwelle 11 im Gegenuhrzeigersinn noch verstärkt, da die Kupplungskörper 5 in diesem Fall mit ihrer jeweiligen Keilform zwischen Hohlwelle 11 und Antriebswelle 2 gezogen werden und diese beiden Bauteile damit gegeneinander verspannen.
Um nun die Relativverdrehung der Trägerhülse 7 zur Antriebswelle 2 einzuleiten, steht die Trägerhülse 7 mit einer, zwischen der Trägerhülse 7 und der Antriebswelle 2 liegenden Betätigungshülse 14 in Wirkverbindung, wobei diese Betätigungshülse 14 an einer radialen Innenseite drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden und auf einer radialen Außenseite über Übertragungsmittel mit der Trägerhülse 7 in Wirkverbindung steht. Die drehfeste Verbindung auf der radialen Innenseite der Betätigungshülse 14 ist dabei durch mehrere über den Umfang verteilte, axial verlaufende Nuten 15 in der Antriebswelle ausgebildet, in welche die Betätigungshülse 14 mit zugehörigen, nach radial innen weisenden Stegen 16 hineinragt. Über diese Stege 16 in Zusammenspiel mit den Nuten 15 wird eine Drehbewegung der Antriebswelle 2 mit einer Drehbewegung der Betätigungshülse 14 gekoppelt und gleichzeitig die axiale Beweglichkeit der Betätigungshülse 14 gegenüber der Antriebswelle 2 im Rahmen der axialen Erstreckung der Nuten 15 ermöglicht.
Auf der radialen Außenseite fasst die Betätigungshülse über Stellelemente in Form mehrerer, radial nach außen ragender Stifte 17 in je zugeordnete Nuten 18 in der Trägerhülse 7 ein, wie insbesondere in 3 zu erkennen ist Dabei verlaufen diese Nuten 18 schräg zu der Rotationsachse 13, vorliegenden unter einem Winkel. Dies hat zur Folge, dass bei einer axialen Verschiebung der Betätigungshülse 14 relativ zur Antriebswelle 2 diese axiale Verschiebung aufgrund des schrägen Verlaufs der Nuten 18 an der Trägerhülse 7 in eine Verdrehung der Trägerhülse 7 relativ zur Antriebswelle 2 umgesetzt wird. Somit wird je nach Verschiebung der Betätigungshülse 14 zur Antriebswelle 2 entweder das radiale nach außen Schwenken der Kupplungskörper 5 und damit das Schließen der Kupplung 3 oder das radiale nach innen Schwenken und damit das Öffnen der Kupplung 3 hervorgerufen.
Um nun die Kupplung 3 gezielt in den geöffneten Zustand überführen zu können und damit den Generator 1 von der Zugmittelscheibe 4 zu entkoppeln, kann eine axiale Verschiebung der Betätigungshülse 14 in eine der Zugmittelscheibe 4 abgewendete Richtung über eine Betätigungseinrichtung in Form einen Elektromagneten 19 hervorgerufen werden. Bei Bestromung dieses Elektromagneten 19 wird ein Ankerblech 20 von dem Elektromagneten 19 weggedrückt und verschiebt dabei die Betätigungshülse 14 axial. Um hierbei das Ankerblech 20 als in Umfangsrichtung stillstehendes Element ausgestalten zu können, ist in axialer Richtung zwischen dem Ankerblech 20 und der Betätigungshülse 14 eine Axiallagerung 21 vorgesehen, welches zwar eine axiale Bewegung des Ankerblechs 20 auf die Betätigungshülse 14 überträgt, zwischen beiden Bauteilen aber eine Relativverdrehung zulässt. Bei der Betätigung der Elektromagneten 19 und dem hiermit einhergehenden Wegdrücken des Ankerblechs 20 wird dann die Trägerhülse 7 über das Zusammenspiel von den Nuten 18 und den Stiften 17 in 2 im Uhrzeigersinn verdreht, so dass die Kupplungskörper 5 nach radial innen schwenken und damit die Kupplung 3 öffnet.
Wie des Weiteren aus 1 hervorgeht, steht die Betätigungshülse 14 auf einer dem Elektromagneten 19 abgewandten Seite mit einem Federelement 22 in Verbindung, welches die Betätigungshülse 14 in Richtung des Elektromagneten 19 vorspannt. Im unbestromten Zustand des Elektromagneten 19 wird die Betätigungshülse 14 also in Richtung Elektromagnet 19 gedrückt und damit die Trägerhülse 7 weitestmöglich im Gegenuhrzeigersinn in 2 verdreht, so dass die Kupplungskörper 5 auf die dargestellte Weise die reibschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle 2 und der Hohlwelle 11 herstellen. Über das Federelement 22 wird dadurch sichergestellt, dass die Kupplung 3 bei Unterbrechung einer Stromversorgung des Elektromagneten 19 wieder in die geschlossene Stellung zurückbewegt wird und damit ein Antrieb des Generators 1 über die Zugmittelscheibe 4 fortgesetzt wird. Ferner wird hierdurch zusätzlich zu der Selbsthemmung aufgrund der Keilform der Kupplungselemente 5 auch ein Verbleiben der Kupplung 3 im betätigten Zustand bei fehlender Ansteuerung über den Elektromagneten 19 sichergestellt.
Schließlich ist noch in 1 zu erkennen, dass zwischen der Antriebswelle 2 und der Hohlwelle 11 eine Radiallagerung 23 vorgesehen ist. Mittels dieser Radiallagerung 23 können im abgekoppelten Zustand des Generators 1 durch die Relativbewegung zwischen Antriebswelle 2 und Hohlwelle 11 hervorgerufene Reibungsverluste gering gehalten werden.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Antriebsanordnung ist es somit möglich, eine effiziente An- und Entkoppelung zwischen einem Generator 1 und mit Zugemittelscheibe 4 darzustellen.
Bezugszeichenliste

1: Generator
2: Antriebswelle
3: Kupplung
4: Zugmittelscheibe
5: Kupplungskörper
6: Führungselement
7: Trägerhülse
8: Innenkontur
9: radiale Erhebung
10: Reibfläche
11: Hohlwelle
12: Freilaufkupplung
13: Rotationsachse
14: Betätigungshülse
15: Nut
16: Steg
17: Stift
18: Nut
19: Elektromagnet
20: Ankerblech
21: Axiallagerung
22: Federelement
23: Radiallagerung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007020867 A1 [0003, 0009]

Claims

Antriebsanordnung eines Generators (1) einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Zugmittelscheibe (4), welche über ein Zugmittel antreibbar ist, und eine Antriebswelle (2) des Generators (1), wobei zwischen der Zugmittelscheibe (4) und der Antriebswelle (2) eine Kupplung (3) platziert ist, die in einem betätigten Zustand die Zugmittelscheibe (4) mit der Antriebswelle (2) koppelt, wohingegen die Zugmittelscheibe (4) in einem geöffneten Zustand der Kupplung (3) gänzlich frei gegenüber der Antriebswelle (2) verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (3) über mehrere keilförmige Kupplungskörper (5) verfügt, welche jeweils mit ihrer Keilform in Richtung der zu übertragenden Drehbewegung orientiert sind und in dem betätigten Zustand der Kupplung (3) eine reibschlüssige Koppelung zwischen der Zugmittelscheibe (4) und der Antriebswelle (2) herstellen, wohingegen unter Einwirkung einer Betätigungseinrichtung der geöffnete Zustand der Kupplung (3) darstellbar ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trägerhülse (7) vorgesehen ist, welche die Kupplungskörper (5) trägt und mit der Antriebswelle (2) gekoppelt ist, wobei die Trägerhülse (7) unter Einwirkung der Betätigungseinrichtung eine Relativverdrehung zu der Antriebswelle (2) aus einer Schaltstellung in eine Öffnungsstellung ausführt, in welcher die Kupplungskörper (5) die reibschlüssige Verbindung trennen.
Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungskörper (5) jeweils über je ein Führungselement (6) achsparallel zu einer Rotationsachse (13) schwenkbar in der Trägerhülse (7) gelagert sind und über je eine seitens der radial innenliegenden Antriebswelle (2) ausgebildete und sich in Richtung der zu übertragenden Drehbewegung verjüngende Innenkontur (8) verfügen, über welche die Kupplungskörper (5) jeweils mit je einer zugehörigen radialen Erhebung (9) der Antriebswelle (2) in Kontakt stehen, wobei die Kupplungskörper (5) jeweils auf einer Außenseite je eine Reibfläche (10) ausbilden.
Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerhülse (7) über eine zwischenliegende Betätigungshülse (14) mit der Antriebswelle (2) gekoppelt ist, wobei die Betätigungshülse (14) drehfest mit der Antriebswelle (2) verbunden ist und unter Einwirkung der Betätigungseinrichtung eine axiale Verschiebung gegenüber der Antriebswelle (2) in eine Betätigungsstellung ausführt, wobei diese axiale Verschiebung über Übertragungsmittel in die Relativverdrehung der Trägerhülse (7) in die Öffnungsstellung umsetzbar ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmittel durch Nuten (18) an der Trägerhülse (7) gebildet sind, welche schräg zu einer Rotationsachse (13) verlaufen und in die die Betätigungshülse (14) über je zugeordnete Stellelemente einfasst.
Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung durch einen Elektromagneten (19) gebildet ist, über welchen bei Bestromung die Betätigungshülse (14) in die Betätigungsstellung überführbar ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungshülse (14) mit einem Federelement (22) in Verbindung steht, das die Betätigungshülse (14) in eine Grundstellung vorspannt, wobei die Trägerhülse (7) in der Grundstellung der Betätigungshülse (14) über die Betätigungsmittel in die Schaltstellung verdreht ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zugmittelscheibe (4) und den Kupplungskörpern (5) in radialer Richtung eine Hohlwelle (11) vorgesehen ist, mit welcher die Kupplungskörper (5) in dem betätigten Zustand der Kupplung (3) die reibschlüssige Verbindung herstellen und die mit der Zugmittelscheibe (4) über eine zwischenliegende Freilaufkupplung (12) verbunden ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Betätigungseinrichtung und der Kupplung (3) eine Axiallagerung (21) vorgesehen ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zugmittelscheibe (4) und der Antriebswelle (2) eine Radiallagerung (23) platziert ist.