DE102011081121A1

DE102011081121A1 - Riemenscheibenanordnung

Info

Publication number: DE102011081121A1
Application number: DE201110081121
Authority: DE
Inventors: Lászlo Mán
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2013-02-21

Abstract

Eine Riemenscheibenanordnung zur Verbindung mit einer Antriebswelle, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Riemenscheibe zum Antrieb von Nebenaggregaten, einem Rampensystem zum lösbaren Verklemmen der Riemenscheibe mit der Antriebswelle, wobei das Rampensystem mindestens ein mit der Antriebswelle verbundenes Zustellelement aufweist, welches mindestens ein riemenscheibenseitig angeordnetes Rampenelement kontaktiert, wobei das mindestens eine Rampenelement durch das Zustellelement zum lösbaren Verklemmen der Antriebswelle mit der Riemenscheibe zumindest teilweise in radialer Richtung verlagerbar ist. Durch die Ausgestaltung des Rampensystems kann der Aufbau der Riemenscheibenanordnung vereinfacht werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibenanordnung zum Betrieb eines Nebenaggregats, mit deren Hilfe beispielsweise eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit Nebenaggregaten, beispielsweise einem Klimakompressor, angeschlossen werden kann und über die beispielsweise mit Hilfe eines Startergenerators ein Drehmoment in die Kurbelwelle eingeleitet werden kann, um die Brennkraftmaschine zu starten.
Aus DE 101 48 961 A1 ist eine Riemenscheibenanordnung mit einer Riemenscheibe zum Antrieb von Nebenaggregaten bekannt, die über ein Planetengetriebe mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis den Aufbau von Riemenscheibenanordnungen zu vereinfachen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, mit deren Hilfe ein einfacher Aufbau der Riemenscheibenanordnung ermöglicht ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Riemenscheibenanordnungen mit den Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Riemenscheibenanordnung zur Verbindung mit einer Antriebswelle, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen, mit einer Riemenscheibe zum Antrieb von Nebenaggregaten, einem Rampensystem zum lösbaren Verklemmen der Riemenscheibe mit der Antriebswelle, wobei das Rampensystem mindestens ein mit der Antriebswelle verbundenes Zustellelement aufweist, welches mindestens ein riemenscheibenseitig angeordnetes Rampenelement kontaktiert, wobei das mindestens eine Rampenelement durch das Zustellelement zum lösbaren Verklemmen der Antriebswelle mit der Riemenscheibe zumindest teilweise in radialer Richtung verlagerbar ist.
Die Riemenscheibenanordnung kann insbesondere für einen riemengetriebenen Starter-Generator die Funktionen „Starterbetrieb“, „Generatorbetrieb“, „Standklimatisierung“, und beispielsweise „Boost-Betrieb“ ermöglichen. Das Rampensystem der Riemenscheibenanordnung kann dabei mittels Zustell- und Rampenelement sowie einer Fliehkraftsteuerung kupplungsartig eine Drehmomentübertragung zwischen einer Antriebswelle, insbesondere einer Kurbelwelle, und einer Riemenscheibe ermöglichen. Das Rampensystem ist dabei in Form einer reibungsbehafteten Fliehkraftkupplung mit Selbstverstärkung durch Rampenelemente als drehrichtungsabhängiges und drehzahlabhängiges Schaltelement, insbesondere als Sperrelement und/oder Freilauf, zwischen Antriebswelle und der Riemenscheibe ausgebildet. Durch das Rampensystem ist es möglich die Riemenscheibe von der Antriebswelle abzukuppeln, wenn die Antriebswelle stillsteht und beispielsweise ein mit der Riemenscheibe zusammenwirkendes Zugmittel entgegen der Antriebsrichtung insbesondere mit Hilfe einer elektrischen Maschine, beispielsweise ein Startergenerator, angetrieben wird. Dadurch kann über die Riemenscheibe ein Nebenaggregat, insbesondere ein Klimakompressor angetrieben werden, mit dessen Hilfe eine Klimaanlage des Kraftfahrzeugs betrieben werden kann. Wenn bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Startergenerators über das mit der Riemenscheibe zusammenwirkende Zugmittel der Klimakompressor betrieben werden soll („Standklimatisierung“), ist es ausreichend den Startergenerator entgegen der Antriebsrichtung zu betreiben, so dass das Rampensystem freilaufartig im Überholbetrieb betrieben wird und der Klimakompressor vom Startergenerator angetrieben wird ohne von der stillstehenden Antriebswelle gebremst oder blockiert zu werden. Insbesondere sind einige oder alle übrige Nebenaggregate über einen drehrichtungsabhängigen Freilauf an das über die Riemenscheibe geführte Zugmittel angebunden, so dass diese Nebenaggregate im Standklimatisierungsbetrieb nicht mit angetrieben zu werden brauchen. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass der Klimakompressor in beiden Drehrichtungen betrieben werden kann, so dass sich ein einfacher und kompakter Aufbau der Riemenscheibenanordnung durch eine von der Drehrichtung der Riemenscheibe abhängige Koppelung der Riemenscheibe mit der Antriebswelle für eine einfache Realisierung eines Standklimatisierungsbetriebs ermöglichen lässt.
Ferner kann beispielsweise über den Startergenerator, der beispielsweise über das Zugmittel mit der Riemenscheibe gekoppelt ist, ein Startmoment in die Antriebswelle eingeleitet werden, um die Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs zu starten („Starterbetrieb“). Im Starterbetrieb dreht die Riemenscheibe schneller in Antriebsrichtung als die Antriebswelle, so dass die Riemenscheibe relativ zur Antriebswelle eine Drehung in Antriebsrichtung ausführt und das Rampensystem die Riemenscheibe mit der Antriebswelle verklemmt oder sperrt. Im Starterbetrieb ist das Rampensystem selbsthemmend ausgestaltet, wobei das Zustellelement, welches relativ zu dem Rampenelement und radial innenseitig entlang des Rampenelementes bewegbar ist, auf das Rampenelement aufgeschoben werden kann, wodurch zumindest ein teilweise Verschiebung des Rampenelementes in Richtung der Riemenscheibe erfolgt und/oder der Reibschluss zwischen dem Rampenelement und der Riemenscheibe erhöht werden kann. Durch die selbstverstärkende Anpressung des Rampenelementes an die Riemenscheibe wird auch bei Drehmomentschwankungen der Antriebswelle ein sicherer Reibschluss der Antriebswelle mit der Riemenscheibe über das Rampensystem sichergestellt. Nach dem Start der Brennkraftmaschine dreht die Antriebswelle üblicherweise mit einer höheren Geschwindigkeit als die Riemenscheibe im Starterbetrieb. Dadurch kann die Momentenrichtung zwischen der Riemenscheibe und der Antriebswelle umgekehrt werden, wobei ein Anpressen und/oder Verklemmen der Riemenscheibe mit der Antriebswelle aufgrund der auf das Rampenelement wirkenden Fliehkraft erfolgen kann, wobei die Riemenscheibenanordnung, insbesondere das Rampensystem, Reibkupplungsartig in Form eines Schaltelementes wirken. Eine derartige Riemenscheibenanordnung mit einem Startergenerator eignet sich insbesondere für Start-Stopp-Anwendungen eines Kraftfahrzeugs.
Mit der Antriebswelle kann eine Tilgervorrichtung, beispielsweise ein Gummitilger mit einer elastischen Kunststoffschicht, verbunden sein. Durch die Tilgervorrichtung können durch die motorische Verbrennung der Brennkraftmaschine verursachte Drehmomentschwankungen der Antriebswelle gedämpft und/oder getilgt werden. Die Tilgervorrichtung kann insbesondere soweit in axialer Richtung in die Riemenscheibe hineinragen, dass der Kurbelwellentilger den Klemmkörperfreilauf in axialer Richtung zumindest teilweise, vorzugsweise ganz überdeckt angeordnet ist. Der durch die Riemenscheibe bereitgestellte Bauraum kann dadurch zumindest teilweise von der Tilgervorrichtung genutzt werden, so dass der Bauraumbedarf in axialer Richtung gering gehalten werden kann. Das Rampensystem weist mindestens ein mit der Antriebswelle verbundenes Zustellelement auf, beispielsweise in Form eines Gleitschuhs, welches das mindestens eine Rampenelement radial innenseitig kontaktiert. Das Rampenelement ist mittels einer Bewegung des Zustellelementes relativ zu dem Rampenelement in radialer Richtung bewegbar, wodurch beispielsweise eine zumindest teilweise nach radial außen gerichtete Verschiebung des Rampenelementes gegen die Riemenscheibe bewirkbar ist, so dass mittels des Rampenelementes ein Reibschluss zwischen der Riemenscheibe und der Antriebswelle einstellbar ist. Im „Starterbetrieb“ erfolgt zunächst eine Bewegung der Riemenscheibe relativ zu dem mit der Antriebswelle verbundenen Zustellelement, wodurch ebenfalls ein Reibschluss des Rampenelementes mit der Riemenscheibe erfolgt. Darüber hinaus kann bei gestarteter Brennkraftmaschine der Startergenerator als Generator betrieben werden, um mit Hilfe des Startergenerators speicherbare elektrische Energie zu erzeugen („Generatorbetrieb“). Ein gestarteter Verbrennungsmotor weist üblicherweise eine höhere Drehzahl auf als die Riemenscheibe im „Starterbetrieb“, wodurch die Momentenrichtung zwischen Riemenscheibe und Antriebswelle umgekehrt wird und die Antriebswelle die Riemenscheibe antreiben kann. Durch die erhöhte Drehzahl kann das Rampenelement aufgrund der Fliehkraft nach radial außen gegen die Riemenscheibe gepresst werden, wodurch der Reibschluss aufrechterhalten werden kann, um einen Generatorbetrieb zu gewährleisten. Weiterhin ist es möglich im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine durch den Startergenerator ein zusätzliches Drehmoment einzuleiten, um beispielsweise kurzzeitig abgeforderte Spitzenmomente bereitstellen zu können („Boost-Betrieb“). Durch das Rampensystem kann eine ausreichende Drehmomentübertragung zwischen der Riemenscheibe und der Antriebswelle im Boost-Betrieb sichergestellt werden, so dass nicht durch ein Überholen der Antriebswelle durch die Riemenscheibe im Boost-Betrieb ein Drehmomentfluss zwischen der Antriebswelle und der Riemenscheibe durch das Rampensystem unterbrochen wird. Hierzu ist das Rampensystem, welches derart ausgestalte Rampensystem ist, dass ein Verklemmen zwischen der Riemenscheibe und der Antriebswelle drehzahlabhängig und/oder drehrichtungsabhängig schaltbar ist, ausreichend. Dadurch ist es nicht erforderlich eine weitere Trennkupplung und/oder ein Planetengetriebe vorzusehen. Der konstruktive Aufbau der Riemenscheibenanordnung zur Realisierung eines Standklimatisierungsbetriebs ist dadurch vereinfacht, wodurch zusätzlich die Herstellungskosten verringert werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform weist das Rampensystem ein Halteelement zur Aufnahme des mindestens einen Rampenelementes auf, wobei das mindestens eine Rampenelement kipphebelartig an dem Halteelement gelagert ist. Das Halteelement kann ringartig zu beiden Seiten des Rampenelementes ausgebildet sein, beispielsweise in Form zweier Ringartiger Bleche welche beiderseits des mindestens einen ersten Rampenelementes angeordnet sein können. Das Halteelement kann Öffnungen zur Aufnahme und Lagerung des mindestens einen Rampenelementes aufweisen, beispielsweise für einen Lagerbolzen, um welchen das mindestens eine Rampenelement kipphebelartig bewegbar angeordnet sein kann. Das Rampenelement kann beispielsweise im Wesentlichen mittig eine Öffnung zur Aufnahme des Lagerbolzens aufweisen. Das Rampenelement kann derart gelagert sein, dass das Rampenelement in einer ungekippten Position kontaktfrei an der Riemenscheibe angeordnet und gelagert ist. In einer um die Lagerung, insbesondere den Lagerbolzen, gekippten Position kann das Rampenelement zumindest teilweise nach radial außen verschwenkt sein und zumindest teilweise die Riemenscheibe kontaktieren, beispielsweise um einen Reibschluss herzustellen.
Vorzugsweise weist das Rampenelement einen ersten Rampenbereich und einen zweiten Rampenbereich auf, wobei der erste Rampenbereich ein größeres Gewicht aufweist als der zweite Rampenbereich. Der erste Rampenbereich und der zweite Rampenbereich können auf je einer Seite der Lagerung des Rampenelementes, beispielsweise des Lagerbolzens, angeordnet sein, so dass der Lagerbolzen zwischen dem ersten Rampenbereich und dem zweiten Rampenbereich angeordnet sein kann. Bei einem im Wesentlichen mittig an dem Rampenelement angeordneten Lagerbolzen können der erste Rampenbereich und der zweite Rampenbereich im Wesentlichen die gleichen Abmessungen aufweisen. Der erste Rampenbereich weist ein größeres Gewicht auf als der zweite Rampenbereich. Das unterschiedliche Gewicht des ersten und des zweiten Rampenbereiches kann beispielsweise durch unterschiedliche Materialien für die Rampenbereiche und/oder durch Materialaussparungen in Form von Bohrungen erreicht werden. Der zweite Rampenbereich kann beispielsweise eine Vielzahl von Bohrungen zur Gewichtsreduzierung im Vergleich zum ersten Rampenbereich aufweisen. Durch das unterschiedliche Gewicht der Rampenbereiche ist einstellbar, dass fliehkraftbedingt, beispielsweise im „Generatorbetrieb“, der erste Rampenbereich nach radial außen gegen die Riemenscheibe verlagerbar ist, wodurch ein mit steigender Drehzahl zunehmender Reibschluss zwischen der Antriebswelle und der Riemenscheibe einstellbar ist. Der erste und der zweite Rampenbereich können derart angeordnet sein, dass in einem „Starterbetrieb“ zunächst über das Rampensystem ein Reibschluss des zweiten Rampenbereiches mit der Riemenscheibe einstellbar ist.
Besonders bevorzugt weist das Rampensystem zwei Rampenelemente auf, wobei die Rampenelemente jeweils endseitig miteinander elastisch gekoppelt sind. Die beiden Rampenelemente können gegenüberliegend angeordnet sein, und jeweils einen ersten und einen zweiten Rampenbereich aufweisen. Die Rampenbereiche können derart angeordnet sein, dass beispielsweise der erste Rampenbereich des einen Rampenelementes an dem zweiten Rampenbereich des anderen Rampenelementes angeordnet ist. Dadurch kann unter Einwirkung einer Fliehkraft eine in radialer Richtung entgegengesetzte Bewegung der Rampenbereiche erreicht werden. Durch eine endseitige elastische Kopplung der Rampenbereiche ist aufgrund der wirkenden Fliehkraft in Abhängigkeit der elastischen Koppelung eine bestimmte Drehzahl einstellbar, bei der beide Rampenelemente kontaktlos mit der Riemenscheibe angeordnet sind. Bei dieser Drehzahl erfolgt der Übergang von dem „Starterbetrieb“ zu dem „Generatorbetrieb“. Die elastische Koppelung kann beispielsweise in Form einer vorgespannten Feder, insbesondere einer Druckfeder in spiralform, ausgebildet sein, welche in radialer Richtung angeordnet sein kann und beide Rampenelemente insbesondere endseitig kontaktiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Rampenelement radial außenseitig mindestens einen Reibbelag zur Kontaktierung der Riemenscheibe auf. Die Rampenelemente können jeweils in dem ersten und/oder zweiten Rampenbereich radial außenseitig einen Reibbelag aufweisen. Die Reibbeläge können unterschiedlich ausgebildet sein und unterschiedliche Reibkoeffizienten aufweisen, wodurch eine Anpassung des Reibschlusse an den jeweiligen Rampenbereichen ermöglicht werden kann.
Besonders bevorzugt ist das Zustellelement in Form eines Wälzkörpers, insbesondere einer Rolle, ausgebildet. Das Zustellelement kann insbesondere in Form von zwei einander gegenüberliegenden Wälzkörpern, beispielsweise Rollen, ausgebildet sein, wobei die Wälzkörper antriebswellenseitig angeordnet sind und radial innen auf den Rampenelementen abrollen. Dadurch kann eine besonders reibungsarme und leichtgängige Relativbewegung zwischen dem Zustellelement und den Rampenelementen erreicht werden.
Vorzugsweise ist ein Trägerelement zur Aufnahme des Wälzkörpers vorgesehen, wobei das Trägerelement mit der Antriebswelle verbunden ist. Das Trägerelement kann drehfest mit der Antriebswelle verbunden sein und kann eine Lagerung zur Aufnahme des Zustellelementes, insbesondere der beiden Wälzkörper, aufweisen. Das Trägerelement kann dabei eine scheibenförmige erste Seite zur antriebswellenseitigen Befestigung und eine parallele, ringförmige zweite Seite aufweisen, wobei die Wälzkörper radial außen zwischen der ersten und der zweiten Seite angeordnet und gelagert sein können. Durch die Lagerung der Wälzkörper kann das Abrollen auf den Rampenelementen verbessert werden.
Besonders bevorzugt ist eine Gleitlagerung zur Lagerung des Halteelementes vorgesehen. Die Gleitlagerung kann in Form einer ringförmigen Gleitführung ausgebildet sein, welche radial außen an dem Trägerelement angeordnet ist und sich zumindest teilumfänglich entlang des Trägerelementes erstreckt. Die Gleitführung kann dabei U-förmig ausgebildet sein, und radial innen beispielsweise einen Absatz zur Aufnahme in dem Trägerelement aufweisen. Durch die Gleitlagerung ist das radial außen angeordnete Halteelement relativ zu dem Trägerelement bewegbar. Dadurch kann beispielsweise bei einem Übergang von dem „Starterbetrieb“ zu dem „Generatorbetrieb“, auch bei einem Reibschluss der Rampenbereiche mit der Riemenscheibe, eine Verschiebung der Wälzelemente beispielsweise von den zweiten zu den ersten Rampenbereichen erfolgen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Riemenscheibenanordnung weist das mindestens eine Rampenelement eine logarithmische Steigung auf. Beide Rampenelemente können jeweils in dem ersten Rampenbereich und dem zweiten Rampenbereich eine logarithmische Steigung, eine Steigung welche der Steigung einer logarithmischen Spirale entspricht, aufweisen, wobei das Minimum im Wesentlichen mittig, im Bereich der Lagerung angeordnet ist, und jeweils nach außen, zum Ende des jeweiligen Rampenbereiches hin, zunimmt. Dadurch kann mittels der Wälzkörper, welche auf den Rampenbereichen abrollen, in jedem Rampenbereich eine Verstärkung des Reibschlusses ermöglicht werden. Dadurch kann beispielsweise bei einem Übergang von dem „Starterbetrieb“ zu dem „Generatorbetrieb“, auch bei einem Reibschluss der Rampenbereiche mit der Riemenscheibe, eine Verschiebung der Wälzelemente beispielsweise von den zweiten zu den ersten Rampenbereichen erfolgen. Dabei rollt ein Wälzkörper zunächst die Steigung des zweiten Randbereiches hinunter und rollt anschließend auf die logarithmisch zunehmende Steigung des ersten Rampenbereiches hinauf, wodurch eine Selbstverstärkung des Reibschlusses zwischen dem ersten Rampenbereich und der Riemenscheibe ermöglicht werden kann.
Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einer von der Brennkraftmaschine antreibbaren Antriebswelle und einer mit der Antriebswelle verbundenen Riemenscheibenanordnung, die wie vorstehend beschrieben ausund weitergebildet sein kann, zum Betrieb von Nebenaggregaten beispielsweise mit Hilfe eines Zugmittels. Durch die Riemenscheibenanordnung ist der konstruktive Aufbau des Antriebsstrangs zur Realisierung eines Standklimatisierungsbetriebs vereinfacht.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Es zeigen:
1: eine schematische seitliche Schnittansicht der Riemenscheibenanordnung;
2: eine weitere schematische seitliche Schnittansicht der Riemenscheibenanordnung;
3: eine perspektivische geschnittene Ansicht der Riemenscheibenanordnung in 2;
4: eine schematische Darstellung der Riemenscheibenanordnung mit Rampenelementen im Starterbetrieb und im Standklimabetrieb;
5: eine schematische Darstellung der Riemenscheibenanordnung mit Rampenelementen im Generatorbetrieb;
6: eine schematische Darstellung der Riemenscheibenanordnung mit Rampenelementen im Übergang zwischen Starterbetrieb und Generatorbetrieb;
7: eine schematische Darstellung der Tilgervorrichtung;
8: eine schematische perspektivische Ansicht der Rampenelemente;
9: ein schematisches Darstellung des Trägerelementes mit Wälzkörpern;
10: ein schematisches Darstellung des Trägerelementes;
11: eine schematische perspektivische Ansicht eines Rampenelementes;
12: eine schematische Darstellung der Gleitführung;
13: eine schematische Darstellung des Halteelemente;
14: eine schematische Darstellung eines Wälzkörpers;
15: eine schematische Ansicht eines Lagerbolzens für die Wälzkörper; und
16: eine schematische Prinzipdarstellung der Lagerung der Riemenanordnung.
Die in 1 dargestellte Riemenscheibenanordnung 10 weist eine von einer Antriebswelle 12 antreibbare Riemenscheibe 14 auf. Mit der Antriebswelle 12 ist eine Tilgervorrichtung 16, welche eine Gummischicht aufweist, verbunden. Zwischen der Tilgervorrichtung 16 und der Antriebswelle 12 ist ein Trägerelement 18 angeordnet, an welchem ein Zustellelement 20 in Form von zwei Wälzkörpern 22, beispielsweise wälzgelagerten Rollen, radial außenseitig angeordnet ist. Die Wälzkörper 22 kontaktieren radial außenseitig jeweils ein Rampenelement 24 wobei die Wälzkörper 22 auf der radial innen liegenden Fläche der Rampenelemente 24 abrollen. Die Rampenelemente 24 weisen jeweils eine Innenfläche 26 auf, welche jeweils in Richtung der Enden des Rampenelementes 24 mit dem Steigungswinkel einer logarithmischen Spirale ansteigt. Dadurch kann eine selbstverstärkende Wirkung beim Klemmen der Rampenelemente 24 zwischen der Riemenscheibe 14, welche auf der Antriebswelle 12 durch Wälzlager 28 drehbar gelagert ist, und den Wälzkörpern 22 erreicht werden. Die Rampenelemente 24 weisen teilweise Bohrungen 30 zur Gewichtserleichterung auf und sind in einem Haltelement 32 angeordnet. Zwischen dem Trägerelement 18 und dem Halteelement 32 ist eine Gleitlagerung 34 angeordnet, auf der das Halteelement 32 drehbar gelagert ist. Radial außenseitig weisen die in dem Halteelement 32 gelagerten Rampenelemente 24 jeweils einen Reibbelag 36 auf, über welchen die Rampenelemente 24 jeweils die Riemenscheibe 14 radial innen kontaktieren können. Die Riemenscheibe 14 weist radial außenseitig eine Profilierung zur Aufnahme eines Riementriebes (nicht dargestellt) auf. Die Wälzkörper 22 sind mittels einer Lagerung 38 drehbar in dem Trägerelement 18 gelagert.
In 2 und 3 ist die Riemenscheibenanordnung aus 1 mit einer weiteren Schnittebene dargestellt. Die Tilgervorrichtung 16 ist mittels vier Schraubelementen 40, welche durch das Trägerelement 18 hindurchreichen, mit der Antriebswelle 12 verbunden. Radial außenseitig ist an dem Trägerelement 18 die Gleitlagerung 34 für das Halteelement 32 dargestellt. Die Gleitlagerung 34 weist ein zum Halteelement 32 hin geöffnetes U-förmiges Profil auf, wodurch das Halteelement 32 auf den beiden ringförmigen Schenkeln der Gleitlagerung 34 bewegbar angeordnet ist. Innerhalb des Halteelementes 32 sind die Rampenelemente 24 angeordnet, welche endseitig jeweils mittels einer radial nach außen gerichteten Feder 42 elastisch verbunden sind.
Eine Riemenscheibenanordnung 10 in einem „Starterbetrieb“ oder „Standklimabetrieb“ ist in 4 gezeigt. Im „Starterbetrieb“ dreht die Riemenscheibe 14 im Uhrzeigersinn nach rechts und treibt die Antriebswelle 12 an. Im „Standklimabetrieb“ dreht die Riemenscheibe 14 im Gegenuhrzeigersinn nach links, während die Antriebswelle 12 steht. Die Wälzkörper 22 sind über das Trägerelement 18 mit der Antriebswelle 12 verbunden. Die Wälzkörper 22 kontaktieren im „Starterbetrieb“ oder „Standklimabetrieb“ die Rampenelemente 24, welche einen ersten Rampenbereich 44 und einen zweiten Rampenbereich 46 aufweisen, in dem zweiten Rampenbereich 46. Der zweite Rampenbereich 46 weist dabei Bohrungen 30 auf und kontaktiert über den Reibbelag 36 die Riemenscheibe 14. Die Rampenelemente 24 sind dabei jeweils über einen Lagerbolzen 48 kipphebelartig mit dem Halteelement 32 verbunden. Die Rampenelemente 24 sind jeweils endseitig über eine Feder 42 elastisch miteinander verbunden.
Im „Generatorbetrieb“ (5) dreht die Antriebswelle 12 im Uhrzeigersinn nach rechts und treibt die Riemenscheibe 14 im Uhrzeigersinn an. Die Wälzkörper 22 kontaktieren dabei jeweils die ersten Rampenbereiche 44, welche durch die Fliehkraft nach außen verschoben worden sind und über die Reibbeläge 36 die Riemenscheibe 14 kontaktieren und einen Reibschluss herstellen. Bei dem Übergang zwischen dem „Starterbetrieb“ und dem „Generatorbetrieb“ (6) stehen die Rampenelemente 24 nicht in Kontakt mit der Riemenscheibe 14. Die ersten und zweiten Rampenbereiche 44, 46 stehen über die wirkende Fliehkraft und die Kräfte der Federn 42 im Gleichgewicht, wobei die Wälzkörper 22 auf den Innenfläche 26 der Rampenelemente 24 ungefähr zu der Lagerung der Rampenelemente 24 rotiert sind, wodurch keine radiale Verschiebung der Rampenelemente 24 durch die Wälzkörper 22 erzwungen wird. Erst durch eine zunehmende Drehzahl der Antriebswelle 12 wird die wirkende Fliehkraft größer, wodurch die schwereren ersten Rampenbereiche 44 radial nach außen verlagert werden und einen Reibschluss mit der Riemenscheibe 14 herstellen.
Die Tilgervorrichtung 16 (7) kann mit vier Schraubelementen 40 drehfest mit der Antriebswelle (nicht dargestellt) verbunden werden. Die beiden im Wesentlichen halbkreisförmigen Rampenelemente 24 sind in 8 an dem Halteelement 32 (nur rückseitig dargestellt) angeordnet gezeigt. Die Rampenelemente 24 sind jeweils über einen Lagerbolzen 48 kipphebelartig an dem Halteelement 32 gelagert. Der erste und der zweite Rampenbereich 44, 46 der Rampenelemente 24 weisen jeweils radial außenseitig einen Reibbelag 36 auf. Die zweiten Rampenbereiche 46 sind zur Gewichtsreduzierung gegenüber den ersten Rampenbereichen 44 mit Bohrungen 30 versehen. Die ersten und zweiten Rampenbereiche 44, 46 sind endseitig jeweils mittels einer spiralförmigen Feder 42, beispielsweise mit einer vorgespannten Druckfeder, elastisch verbunden. Die Innenflächen 26 der Rampenelemente 24 steigen von der Lagerung ausgehend zu den Enden hin jeweils mit der Steigung einer logarithmischen Spiral an. Auf den Innenflächen 26 rollen die Wälzkörper 22 (9) ab, welche in einem Trägerelement 18 radial außenseitig mittels Lagern 38 drehbar gelagert sind. An dem Trägerelement 18 ist radial außenseitig zumindest teilumfänglich die Gleitlagerung 34 angeordnet. Das Trägerelement 18 (10) weist antriebswellenseitig eine im Wesentlichen geschlossene erste Fläche auf, wobei die der Antriebswelle abgewandte zweite Fläche ringförmig ausgebildet ist. Das Trägerelement 18 weist Öffnungen zur Aufnahme der Lagerung 38 der Wälzkörper 22 auf.
Das in 11 dargestellte Rampenelement 24 weist einen ersten Rampenbereich 44 auf, welcher schwerer ist, als der zweite Rampenbereich 46, welcher Bohrungen 30 zur Gewichtsreduzierung aufweist. Die Innenfläche 26 steigt ausgehend von der Mitte des Rampenelementes 24 zu den Enden hin jeweils mit der Steigung einer logarithmischen Spirale an, wodurch im Zusammenspiel mit den Wälzkörpern eine Verstärkung des Reibschlusses erreicht werden kann. Die Gleitlagerung 34 (11) weist im Wesentlichen eine nach radial außen geöffnete U-förmige Profilierung auf. In axialer Richtung ist jeweils ein Absatz nach radial innen ausgebildet, wodurch eine Aufnahme in dem Trägerelement (nicht dargestellt) ermöglicht werden kann. In 13 ist eine Seite des ringförmigen Halteelementes 32 für die Rampenelemente (nicht dargestellt) gezeigt, welches jeweils eine Öffnung zur Aufnahme der Lagerbolzen zur Lagerung der Rampenelemente aufweist. Die Wälzkörper 22 (14) können innen eine Wälzlagerung aufweisen, wodurch ein leichteres Abrollen ermöglicht werden kann, wobei die Lagerung 38 der Wälzkörper 22 (15) stiftartig ausgebildet ist. Auf der, der Antriebswelle 12 gegenüberliegenden Seite ist ein scheibenförmiges Abdeckelement 50 (16) zum Abdecken der Riemenscheibe 14 vorgesehen, wobei das Abdeckelement 50 Öffnungen aufweist, durch welche die Schraubelemente 40 der Tilgervorrichtung 16 zugänglich sind. An dem Abdeckelement 50 sind zwei Wälzlager 28 angeordnet.
Im Folgenden ist eine Änderung der Betriebszustände beschrieben. Durch die Federn 40 werden die ersten Rampenbereiche 44 nachradial innen und leichteren zweiten Rampenbereiche 46 nach radial außen gedrückt. Dementsprechend kommen die Rampenelemente 24 durch die Reibbeläge 36 an den zweiten Rampenbereichen 46 mit der Riemenscheibe 14 in Reibkontakt und lassen sich durch die entstehende Reibkraft durch die Riemenscheibe 14 bei stehender Antriebswelle 12 verdrehen. Dreht die Riemenscheibe 14 in rückwärts in eine Richtung für die „Standklimatisierung“, so rollen die Wälzkörper 22 auf der Innenfläche 26 der Rampenelemente 24 des zweiten Rampenbereiches 46 ab und teilweise auf den ersten Rampenbereich 44 auf, wodurch die Reibkraft zwischen dem zweiten Rampenbereich 46 und der Riemenscheibe 14 auf ein Minimum reduziert wird, in Abhängigkeit der Federn 42. Dreht die Riemenscheibe vorwärts in Richtung „Starterbetrieb“, so rollen die Wälzkörper 22 auf der Innenfläche 26 des zweiten Rampenbereiches 46 auf und lassen das Rampenelement 24 wegen der Selbstverstärkung in der Riemenscheibe 14 einklemmen. Wenn der Verbrennungsmotor läuft, kehrt die Momentenrichtung um und die Antriebswelle 12 muss die Riemenscheibe 14 antreiben. Durch die erhöhte Drehzahl werden die schwereren ersten Rampenbereiche 44 fliehkraftbedingt an die Riemenscheibe 14 gegen die Federn 42 angedrückt und die leichteren zweiten Rampenbereiche 46 kommen wegen der Schwenkbewegung um die Lagerbolzen 48 in dem Halteelement 32 außer Kontakt mit der Riemenscheibe 14. Die Wälzkörper 22 rollen dabei auf dem leichteren zweiten Rampenbereich 46 ab und auf den schwereren ersten Rampenbereich 44 auf und verspannen dadurch die Rampenelemente 24 mit der Riemenscheibe 14 selbstverstärkend für die Drehmomentübertragung im „Generatorbetrieb“. Die Drehungleichförmigkeiten der Antriebswelle 12 verursachen dabei in diesem Betriebszustand eine ständige Hin- und Herbewegung der Wälzkörper 22.
Bezugszeichenliste

10: Riemenscheibenanordnung
12: Antriebswelle
14: Riemenscheibe
16: Tilgervorrichtung
18: Trägerelement
20: Zustellelement
22: Wälzkörper
24: Rampenelement
26: Innenfläche
28: Wälzlager
30: Bohrung
32: Halteelement
34: Gleitlagerung
36: Reibbelag
38: Lagerung
40: Schraubelement
42: Feder
44: erster Rampenbereich
46: zweiter Rampenbereich
48: Lagerbolzen
50: Abdeckelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10148961 A1 [0002]

Claims

Riemenscheibenanordnung zur Verbindung mit einer Antriebswelle (12), insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Riemenscheibe (14) zum Antrieb von Nebenaggregaten, einem Rampensystem zum lösbaren Verklemmen der Riemenscheibe (14) mit der Antriebswelle (12), wobei das Rampensystem mindestens ein mit der Antriebswelle (12) verbundenes Zustellelement (20) aufweist, welches mindestens ein riemenscheibenseitig angeordnetes Rampenelement (24) kontaktiert, wobei das mindestens eine Rampenelement (24) durch das Zustellelement (20) zum lösbaren Verklemmen der Antriebswelle (12) mit der Riemenscheibe (14) zumindest teilweise in radialer Richtung verlagerbar ist.
Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rampensystem ein Halteelement (32) zur Aufnahme des mindestens einen Rampenelementes (24) aufweist, wobei das mindestens eine Rampenelement (24) kipphebelartig an dem Halteelement (32) gelagert ist.
Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rampenelement (24) einen ersten Rampenbereich (44) und einen zweiten Rampenbereich (46) aufweist, wobei der erste Rampenbereich (44) ein größeres Gewicht aufweist als der zweite Rampenbereich (46).
Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rampensystem zwei Rampenelemente (24) aufweist, wobei die zwei Rampenelemente (24) jeweils endseitig miteinander elastisch gekoppelt sind.
Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rampenelement (24) radial außenseitig mindestens einen Reibbelag (36) zur Kontaktierung der Riemenscheibe (14) aufweist.
Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zustellelement (20) in Form eines Wälzkörpers (22), insbesondere einer Rolle, ausgebildet ist.
Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägerelement (18) zur Aufnahme des Wälzkörpers (22) vorgesehen ist, wobei das Trägerelement (18) mit der Antriebswelle (12) verbunden ist.
Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleitlagerung (34) zur Lagerung des Halteelementes (32) vorgesehen ist.
Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rampenelement (24) eine logarithmische Steigung aufweist.
Antriebsstrang mit wenigstens einer Riemenscheibenanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.