DE102011082647A1 - Crankshaft pulley - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle und einem Riementrieb, mit einer Riemenscheibe, einem Getriebe, einer Kupplungs- und/oder Bremseinrichtung und mindestens einem Freilauf. Die Kurbelwellenriemenscheibe zeichnet sich dadurch aus, dass die Kupplungs- und/oder Bremseinrichtung radial außerhalb der Riemenscheibe angeordnet ist.The invention relates to a crankshaft belt pulley for transmitting a torque between a crankshaft and a belt drive, with a belt pulley, a transmission, a clutch and / or braking device and at least one freewheel. The crankshaft belt pulley is characterized in that the clutch and / or braking device is arranged radially outside the belt pulley.
Description
Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenriemenscheibe zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Verbrennungsmotors, welche für einen Startergeneratorbetrieb, eine Standklimatisierung, einen Impulsstart sowie ein Boosten geeignet sein soll. Weiterhin enthält die Kurbelwellenriemenscheibe einen integrierte Riemenscheibendämpfer, ein abkuppelbares Planetengetriebe für den Start des Verbrennungsmotors mittels des Startergenerators sowie einen Kurbelwellentilger zum Tilgen von für die Kurbelwelle schädlichen Schwingungen.The invention relates to a crankshaft pulley for driving ancillaries of an internal combustion engine, which should be suitable for a starter generator operation, a stationary air conditioning, a pulse start and a boost. Furthermore, the crankshaft pulley includes an integrated pulley damper, a detachable planetary gear for the start of the engine by means of the starter generator and a Kurbelwellentilger for eradicating harmful to the crankshaft vibrations.
Die bekannten Anordnungen dieser Art benötigten Komponenten in verschiedenen Riemenscheiben, zusätzlichen axialen Bauraum, einen größeren Riemenscheibendurchmesser oder müssen auf bestimmte der genannten Funktionalitäten verzichten. Deshalb werden gemäß dem Stand der Technik mehrere kosten- und bauraumintensive Riemenscheiben, ein erhöhter axialer Bauraum oder ein vergrößerter Riementrieb zur Beibehaltung der erforderlichen Übersetzungsverhältnisse bei vergrößerter Kurbelwellenriemenscheibe benötigt. Alternativ muss auf bestimmte Funktionalitäten verzichtet werden.The known arrangements of this type required components in different pulleys, additional axial space, a larger pulley diameter or have to dispense with certain of these functionalities. Therefore, according to the prior art, several expensive and space-consuming pulleys, an increased axial space or an enlarged belt drive to maintain the required gear ratios with larger crankshaft pulley needed. Alternatively, certain functionalities must be avoided.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die genannten Nachteile zu vermieden, also eine kompakte Anordnung der Komponenten Riemenscheiben-Entkoppler für den Standklimabetrieb mit der Möglichkeit des Impulsstarts aus drehendem Riementrieb, Startergeneratorgetriebe, Riemenscheibendämpfer und Kurbelwellentilger für die Integration in der Kurbelwellenriemenscheibe bei weitgehender axiale Bauraumneutralität und ein unverändertem Riemenscheibendurchmesser im Vergleich zu herkömmlichen Riemenscheiben bereitzustellen.The object of the present invention is to avoid the disadvantages mentioned, so a compact arrangement of the components pulley decoupler for the stationary climate mode with the possibility of pulse start from rotating belt drive, starter generator gearbox, pulley damper and Kurbelwellentilger for integration in the crankshaft pulley with largely axial space neutrality and to provide an unchanged pulley diameter as compared to conventional pulleys.
Diese Aufgabe wird durch folgende Maßnahmen gelöst: Der Innenring des Riemenscheibenfreilaufs ist mittels einer oder mehrerer Montageschrauben mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden. Auf diesem ist die Riemenscheibe gelagert, beispielsweise mittels zweier Wälzlager. Der parallel angeordnete Riemenscheibenfreilauf ist nicht durch Fliehkraft abhebend ausgestaltet. Der Innenring des Riemenscheibenfreilaufs ist mit dem Planetenträger eines als Planetengetriebe ausgestalteten Riemenscheibengetriebes verbunden. Ein oder mehrere auf dem Planetenträger gelagerte Planetenräder kämmen mit einem Hohlrad, an welchem die Bremsscheibe einer Scheibenbremse radial außerhalb der Riemenscheibe angeordnet ist. Der Bremssattel oder vorzugsweise mehrere gleichmäßig am Umfang verteilten Bremssättel befinden sich ebenfalls radial außerhalb der Riemenscheibe. Sie sind gehäusefest beispielsweise am Kurbelgehäuse oder am Kurbelgehäusedeckel des Verbrennungsmotors montiert. Durch die Verwendung mehrerer gleichmäßig am Umfang verteilter Bremssättel ist keine oder nur eine sehr geringe Querkraftabstützung infolge der Reibkraft an der Bremsscheibe erforderlich.This object is achieved by the following measures: The inner ring of the pulley freewheel is connected by means of one or more mounting screws with the crankshaft of the internal combustion engine. On this, the pulley is mounted, for example by means of two bearings. The parallel pulley freewheel is not designed to lift by centrifugal force. The inner ring of the pulley freewheel is connected to the planet carrier of a planetary gear designed pulley transmission. One or more mounted on the planet carrier planetary gears mesh with a ring gear, on which the brake disc of a disc brake is arranged radially outside of the pulley. The caliper or preferably a plurality of evenly distributed on the circumference calipers are also located radially outside the pulley. They are fixed to the housing, for example, mounted on the crankcase or on the crankcase cover of the internal combustion engine. By using a plurality of evenly distributed on the circumference calipers no or only a very small lateral force support due to the friction force on the brake disc is required.
Das Sonnenrad des Planetengetriebes ist riemenscheibenfest angeordnet. Auf dem kurbelwellenfesten Planetenträger ist der Kurbelwellentilger mittels einer konventionellen Gummispur angeordnet. Alternativ kann auch ein Stahlfedertilger in die Bauräume zwischen den Planetenrädern angeordnet sein.The sun gear of the planetary gear is arranged pulley fixed. On the crankshaft fixed planet carrier of Kurbelwellentilger is arranged by means of a conventional rubber track. Alternatively, a Stahlfedertilger be arranged in the space between the planetary gears.
Aufgrund des normalerweise geringen Abstands der Riemenspur zum Kurbelgehäuse bzw. -deckel werden die Bremssättel vorzugsweise als Faustsättel ausgestaltet, bei denen der die Bremse betätigende Aktor, beispielsweise in Form eines hydraulischen Kolbens, eines elektrischen Antriebs oder einer mechanische Betätigung, lokal so in den axialen Bereich der Riemenspur hineinragt, dass keine Kollision mit den Riementrums entsteht. Die andere Seite des Bremssattels kann somit flach gestaltet werden, so dass die Riemenspur nicht axial weiter vom Kurbelgehäuse weg angeordnet werden muss als bei Riemenscheiben nach dem Stand der Technik.Due to the normally small distance of the belt track to the crankcase or cover, the calipers are preferably designed as Faustsattel, where the brake actuating actuator, for example in the form of a hydraulic piston, an electric drive or a mechanical actuator, locally so in the axial region the belt track protrudes, that no collision with the beltrums arises. The other side of the caliper can thus be made flat, so that the belt track does not have to be located axially further away from the crankcase than in prior art pulleys.
Der Bremssattel/die Bremssättel ist/sind vorzugsweise in axialen Richtung überlappend zu der Riemenscheibe angeordnet. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zu einer Drehachse der Kurbelwelle. Radial bedeutet quer zur Drehachse der Kurbelwelle. Der Bremssattel bzw. die Bremssättel ist bzw. sind besonders bevorzugt radial außerhalb und in axialer Richtung überlappend zu der Riemenscheibe angeordnet. Dadurch kann der zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt werden.The caliper (s) is / are preferably arranged in the axial direction overlapping the pulley. Axial means in the direction or parallel to a rotation axis of the crankshaft. Radial means transverse to the axis of rotation of the crankshaft. The caliper or the calipers is or are particularly preferably arranged radially outside and in the axial direction overlapping to the pulley. As a result, the available space can be optimally utilized.
Der Bremssattel/die Bremssättel sind vorzugsweise in radialer Richtung innerhalb oder außerhalb eines Riementrums angeordnet. Das Riementrum umschlingt die Riemenscheibe teilweise. Mindestens ein Bremssattel ist radial innerhalb des Riementrums angeordnet. Es können auch zwei Bremssättel diametral so angeordnet sein, dass ein erster Bremssattel in radialer Richtung innerhalb und ein zweiter Bremssattel in radialer Richtung außerhalb des Riementrums angeordnet ist.The caliper (s) are preferably arranged in the radial direction inside or outside a belt hub. The belt wrap partially wraps around the pulley. At least one caliper is disposed radially within the belt. Two calipers may also be arranged diametrically so that a first caliper is arranged in the radial direction inside and a second caliper in the radial direction outside the belt.
Ein Aktor der Kupplungs- und/oder Bremseinrichtung ist vorzugsweise in axialer Richtung überlappend zu der Riemenscheibe angeordnet. Der Aktor hat vorzugsweise in axialer Richtung eine geringere Ausdehnung als die Riemenscheibe. Der Aktor ist besonders bevorzugt radial außerhalb der Riemenscheibe so angeordnet, dass der Aktor in axialer Richtung nicht über die Riemenscheibe hinaus ragt.An actuator of the coupling and / or braking device is preferably arranged in the axial direction overlapping the pulley. The actuator preferably has a smaller extent in the axial direction than the pulley. The actuator is particularly preferably arranged radially outside the pulley so that the actuator does not project beyond the pulley in the axial direction.
Zum Starten des Verbrennungsmotors wird die normal geöffnete Scheibenbremse geschlossen. Dadurch wird das über Startergenerator und Riemen auf die Riemenscheibe aufgebrachte Drehmoment auf das Sonnenrad des Planetengetriebes übertragen. Da das Hohlrad gehäusefest gebremst ist, wird ein erhöhtes Drehmoment am Planetenträger erzeugt, welches die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zum Start in Rotation versetzt. Der Riemenscheibenfreilauf wird in diesem Betriebszustand in Freilaufrichtung überholt.To start the internal combustion engine, the normally open disc brake is closed. As a result, the torque applied to the pulley via the starter generator and belt is transmitted to the sun gear of the planetary gear. Since the ring gear is braked fixed to the housing, an increased torque is generated on the planet carrier, which sets the crankshaft of the engine to start in rotation. The pulley freewheel is overhauled in this operating state in the freewheeling direction.
Nach dem Start des Verbrennungsmotors entfällt die Betätigung der Scheibenbremse, so dass diese öffnet und kein Drehmoment mehr übertragen werden kann. Nun treibt die Kurbelwelle über den in dieser Momentenrichtung schließenden Riemenscheibenfreilauf bei positiven Momentenstößen (in Antriebsrichtung) ihr Drehmoment auf die Riemenscheibe zum Antreiben von Riementrieb und Generator. Bei negativen Momentenstößen kann der Riementrieb aufgrund seiner Trägheit durch den Riemenscheibenfreilauf die Kurbelwelle überholen, wodurch die Funktion der Riemenscheibendämpfung und Lebensdauererhöhung von Riemen und daran angeschlossenen Aggregaten dargestellt ist. Da das Planetengetriebe am Hohlrad aufgrund der geöffneten Scheibenbremse entkoppelt ist, erfolgt keine Drehmomentübertragung auf den Planetenträger, lediglich das Hohlrad verdreht sich während der Überholphasen des Riemenscheibenfreilaufs entsprechend der Planetenübersetzung lastfrei rückwärts zur Riemenscheibendrehrichtung.After the start of the engine eliminates the operation of the disc brake so that it opens and no torque can be transmitted. Now the crankshaft drives its torque on the pulley for driving the belt drive and the generator via the pulley freewheel closing in this torque direction with positive momentary impulses (in the drive direction). With negative torque surges, the belt drive can overtake the crankshaft due to its inertia through the pulley freewheel, which illustrates the function of the pulley cushioning and service life increase of belts and aggregates connected thereto. Since the planetary gear is decoupled at the ring gear due to the open disc brake, no torque is transmitted to the planet carrier, only the ring gear rotates during the Überholphasen the pulley freewheel according to the planetary translation load-free backwards to the pulley rotation.
Bei stehendem Verbrennungsmotor und nicht betätigter Scheibenbremse kann die Riemenscheibe sich frei in Überholrichtung des Freilaufs verdrehen. Dadurch kann der Startergenerator bei stehender Kurbelwelle den am Riementrieb angeschlossenen Klimakompressor antreiben wodurch die Funktion „Standklimatisierung” dargestellt ist. In diesem Betriebszustand wird das Hohlrad des Planetengetriebes lastfrei (in gegenläufiger Drehrichtung zur Riemenscheibe) verdreht.When the engine is stationary and the disc brake is not actuated, the pulley can rotate freely in the overrunning direction of the freewheel. As a result, the starter generator can drive the air conditioning compressor connected to the belt drive while the crankshaft is stationary, thereby demonstrating the function of "stationary air conditioning". In this operating condition, the ring gear of the planetary gear is rotated without load (in the opposite direction to the pulley).
Soll der Verbrennungsmotor während der Standklimatisierung gestartet werden („Impulsstart”), so wird bei rotierender Riemenscheibe die reibschlüssige Scheibenbremse betätigt und geschlossen und dadurch der Verbrennungsmotor gestartet. Ein Abbremsen der Riemenscheibe zum Schließen der Scheibenbremse ist nicht erforderlich. Eine Ausreichende Verschleißreserve der Bremsbeläge ist durch die axial einseitig sehr kurz bauende Ausgestaltung der Bremssättel als Faustsättel möglich. Auch der Betriebszustand „Change of Mind” (Abstellen des Verbrennungsmotors und Wiederstart bevor die Kurbelwelle zum Stillstand gekommen ist) ist somit darstellbar.If the internal combustion engine is to be started during stationary air conditioning ("pulse start"), the frictional disc brake is actuated and closed when the pulley rotates, thereby starting the internal combustion engine. Braking the pulley to close the disc brake is not required. A sufficient wear reserve of the brake pads is possible by the axially on one side very short design of the calipers as Faustsattel. The operating state "change of mind" (shutdown of the internal combustion engine and restart before the crankshaft comes to a standstill) can thus be displayed.
Der Freilauf kann vorzugsweise in seiner Sperrrichtung umgeschaltet werden oder alternativ durch einen parallel angeordneten Sperrmechanismus, z. B. durch eine formschlüssige Klauenkupplung zwischen Außen- und Innenring überbrückt werden. Dadurch kann bei geöffneter Scheibenbremse das vom Startergenerator auf die Riemenscheibe aufgebrachte Drehmoment direkt über den umgeschalteten Freilauf bzw. die Sperrvorrichtung auf die Kurbelwelle übertragen werden. Dieser Betriebszustand wird als 1:1-Boost bezeichnet und ermöglicht die Unterstützung des Verbrennungsmotors durch das Drehmoment des Startergenerators.The freewheel can be preferably switched in its reverse direction or alternatively by a parallel locking mechanism, for. B. be bridged by a positive jaw clutch between the outer and inner ring. As a result, with the disc brake open, the torque applied by the starter generator to the pulley can be transmitted directly to the crankshaft via the switched-over freewheel or the locking device. This operating state is referred to as a 1: 1 boost and allows the support of the internal combustion engine by the torque of the starter generator.
Die formschlüssige Klauenkupplung kann beispielsweise als Kugelkupplung ausgelegt sein. Hierbei wird bei Betätigung ein Konus axial verschoben, der mehrere in Bohrungen z. B. des Freilaufinnenrings angeordnete Kugeln nach außen drückt, welche in Vertiefungen z. B. im Freilaufaußenring greifen und somit einen Formschluss der beiden Bauteile herstellen.The positive claw coupling can be designed for example as a ball coupling. Here, a cone is axially displaced upon actuation, the more in holes z. As the freewheel inner ring arranged balls pushes outwards, which in recesses z. B. in the freewheel outer ring and thus produce a positive connection of the two components.
Alternativ kann die Überbrückung auch als axial zu betätigende Klauenkupplung ausgeführt sein. Die axiale Betätigung der Überbrückung selbst kann jeweils mechanisch z. B. mittels eines Bowdenzugs oder alternativ mittels eines Hydraulikkolbens erfolgen.Alternatively, the bridging can also be designed as an axially actuated dog clutch. The axial actuation of the bridge itself can each mechanically z. B. by means of a Bowden cable or alternatively by means of a hydraulic piston.
Die beschrieben Kurbelwellenriemenscheibe zeichnet sich unter anderem durch folgende Merkmale aus:
- – Dämpfung der Kurbelwellenschwingungen im Generatorbetrieb mittels Freilauf;
- – Gestaltung dieses Freilaufs als nicht durch Fliehkraft abhebend;
- – Planetengetriebe zur Drehmomenterhöhung zum (Kalt-)Start des Verbrennungsmotors;
- – reibschlüssige Scheibenbremse zum Festbremsen des Hohlrads;
- – Positionierung der Scheibenbremse radial außerhalb der Riemenscheibe zwischen Kurbelgehäuse und Zahnriemen;
- – hohlradfeste Anordnung der Bremsscheibe der Scheibenbremse;
- – gehäusefeste Anordnung des oder der Bremssättel der Scheibenbremse;
- – alternativ gleichmäßige Verteilung mehrerer Bremssättel am Umfang der Bremsscheibe (Querkraftfreiheit);
- – alternativ Ausgestaltung der Bremssättel als Faustsättel (Schwimmsättel);
- – Ausrichtung der Bremsbetätigungsaktors (Hydraulikkolben, E-Antrieb, mechanischer Antrieb) vom Kurbelgehäuse abgewandt zwischen den Trums des Riemens;
- – Verwendung eines umschaltbaren Freilaufs zum 1:1-Boost (oder -Verbrennerstart);
- – Gestaltung des vorzugsweise umschaltbaren Freilaufs vorzugsweise mit unbetätigter Sperrrichtung für Generatorbetrieb;
- – alternativ Verwendung einer parallel zum nicht umschaltbaren Freilauf angeordneten Überbrückungsmöglichkeit des Freilaufs mittels formschlüssiger Kupplung zum 1:1-Boost (oder Verbrennerstart);
- – Gestaltung der Überbrückungsmöglichkeit vorzugsweise als „normal geöffnet”;
- - Attenuation of the crankshaft vibrations in generator mode by means of freewheeling;
- - Design of this freewheel as not lifted by centrifugal force;
- - Planetary gear for torque increase for (cold) start of the engine;
- - Frictional disc brake for stalling the ring gear;
- - Positioning the disc brake radially outside the pulley between the crankcase and timing belt;
- - Hohlradfeste arrangement of the disc brake disc;
- - Housing fixed arrangement of the brake caliper (s) of the disc brake;
- - Alternatively even distribution of several calipers on the circumference of the brake disc (lateral force freedom);
- - Alternatively embodiment of the calipers as Faustsattel (floating calipers);
- - Orientation of Bremsbetätigungsaktors (hydraulic piston, electric drive, mechanical drive) facing away from the crankcase between the runs of the belt;
- - Using a switchable freewheel for 1: 1 boost (or burner start);
- - Design of preferably reversible freewheel preferably with unconfirmed reverse direction for generator operation;
- - Alternatively use a parallel to the non-reversible freewheel arranged bridging possibility of the freewheel by means of positive clutch for 1: 1 boost (or combustion start);
- - design of the bridging option preferably as "normally open";
In den Zeichnungen sind Varianten der Erfindung dargestellt. Es zeigenIn the drawings variants of the invention are shown. Show it
In den
Die Kurbelwellenriemenscheibe
Der Kurbelwellenriemenscheibe
Die Riemenscheibe
Das Hohlrad
Die Bremsscheibe
Im dargestellten Zustand ist die Bremseinrichtung
In
Der Freilauf
Zwischen dem Innenring
Der Freilauf
Durch die Kugeln
Die in
Die Klauenkupplung
Bei den in den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Riemenscheibepulley
- 22
- Kurbelwellecrankshaft
- 33
- Schwimmsattelfloating caliper
- 44
- Bremskolbenbrake pistons
- 55
- Bremsbelagbrake lining
- 66
- Bremsbelagbrake lining
- 77
- Bremsscheibebrake disc
- 88th
- Hydraulikleitunghydraulic line
- 99
- Hydraulikkolbenhydraulic pistons
- 1010
- Riementrumbelt strand
- 1111
- BowdenzugBowden
- 1212
- KugelBullet
- 1313
- Kugelrampeball ramp
- 1414
- Klauenkupplungclaw clutch
- 2020
- Bremssattelcaliper
- 2121
- Planetengetriebeplanetary gear
- 2222
- Tilgerabsorber
- 2323
- Freilauf, umschaltbarFreewheel, switchable
- 24, 24a, 24b24, 24a, 24b
- Freilauf, überbrückbarFreewheel, bridgeable
- 2525
- MontageschraubeMounting screw
- 2626
- Drehachseaxis of rotation
- 2828
- Bremseinrichtungbraking means
- 3030
- radialer Flanschradial flange
- 3232
- Sonnenradsun
- 3434
- Planetenräderplanetary gears
- 3535
- Planetenradträgerplanet
- 3636
- Hohlradring gear
- 3838
- Trennwandungpartition wall
- 3939
- Trennwandungpartition wall
- 4040
- Riemenspurbelt track
- 4242
- Lagerungstorage
- 4444
- Kurbelgehäusecrankcase
- 5353
- Bremssattelcaliper
- 5555
- Riementrumbelt strand
- 6060
- Innenringinner ring
- 6161
- Wälzlagerroller bearing
- 6262
- Wälzlagerroller bearing
- 6464
- Außenringouter ring
- 6565
- FreilaufkörperFreewheel body
- 7070
- Kupplungclutch
- 71 71
- Klauensteal
- 7272
- axiale Verzahnungaxial toothing
- 7474
- Außenringouter ring
- 7575
- FreilaufkörperFreewheel body
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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