DE102011101563A1

DE102011101563A1 - Verfahren zum Betrieb eines Riementriebs

Info

Publication number: DE102011101563A1
Application number: DE201110101563
Authority: DE
Inventors: Lászlo Mán
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2012-11-22

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Betrieb eines mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs verbindbaren Riementriebs zum Betrieb eines Nebenaggregats vorgesehen, wobei der Riementrieb ein über ein Federelement im Umfangsrichtung relativ zur Antriebswelle begrenzt verdrehbare Riemenscheibe, ein mit der Riemenscheibe zusammenwirkendes Zugmittel und ein von dem Zugmittel antreibbares Nebenaggregat, insbesondere ein Klimakompressors einer Klimaanlage, aufweist, bei dem zum Antrieb des Nebenaggregats bei stillstehender Antriebswelle das Zugmittel innerhalb der begrenzten Verdrehbarkeit der Riemenscheibe entlang einer Antriebsrichtung und entgegen der Antriebsrichtung hin und her bewegt wird. Das Nebenaggregat kann dadurch von dem Zugmittel angetrieben werden, ohne dass es erforderlich ist die Riemenscheibe von der Antriebswelle abzukuppeln, wodurch auch bei stillstehender Antriebswelle ein Betrieb des Nebenaggregats mit geringem konstruktivem Aufwand ermöglicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Riementriebs, mit dessen Hilfe Nebenaggregate eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein Klimakompressor einer Klimaanlage, mit Hilfe einer Antriebswelle einer Brennkraftmaschine angetrieben werden können.
Aus DE 10 2009 039 989 A1 ist ein Riementrieb mit einer Riemenscheibe bekannt, wobei die Riemenscheibe einen Riemenscheibendämpfer mit in der Riemenscheibe vorgesehenen Bogenfedern aufweist, um durch die motorische Verbrennung einer Brennkraftmaschine verursachte Drehmomentschwingungen zu dämpfen.
Es gibt ein ständiges Bedürfnis mit geringen konstruktiven Aufwand auch bei stillstehender Antriebswelle ein Nebenaggregat betreiben zu können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die auch bei stillstehender Antriebswelle ein Betrieb eines Nebenaggregats mit geringem konstruktivem Aufwand ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betrieb eines Riementriebs mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betrieb eines mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs verbindbaren Riementriebs zum Betrieb eines Nebenaggregats vorgesehen, wobei der Riementrieb ein über ein Federelement im Umfangsrichtung relativ zur Antriebswelle begrenzt verdrehbare Riemenscheibe, ein mit der Riemenscheibe zusammenwirkendes Zugmittel und ein von dem Zugmittel antreibbares Nebenaggregat, insbesondere ein Klimakompressors einer Klimaanlage, aufweist, bei dem zum Antrieb des Nebenaggregats bei stillstehender Antriebswelle das Zugmittel innerhalb der begrenzten Verdrehbarkeit der Riemenscheibe entlang einer Antriebsrichtung und entgegen der Antriebsrichtung hin und her bewegt wird.
Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass aufgrund eines das Federelement aufweisenden Riemenscheibendämpfers der Riemenscheibe die Riemenscheibe nicht nur bei drehender Antriebswelle sondern auch bei stillstehender Antriebswelle begrenzt verdreht werden kann, so dass die Riemenscheibe im Rahmen ihrer begrenzten Verdrehbarkeit bei stillstehender Antriebswelle das Zugmittel und damit ein Nebenaggregat antreiben kann. Das Zugmittel, insbesondere ein Riemen, Flachriemen, Keilriemen, Seil, Kette oder ähnliches, kann aufgrund der begrenzten Verdrehbarkeit der Riemenscheibe relativ zur Antriebswelle vor und zurück bewegt werden. Die in dem Federelement gespeicherte Energie kann die Umkehr der Bewegungsrichtung des Zugmittels unterstützen. Die Riemenscheibe kann insbesondere wie in DE 10 2009 039 989 A1 beschreiben aus- und weitergebildet sein, auf deren Inhalt hiermit als Teil der Erfindung Bezug genommen wird. Das für die Bewegung des Zugmittels erforderliche Drehmoment kann von einer an dem Zugmittel angebundenen elektrischen Maschine, insbesondere ein Startergenerator, eingebracht werden. Das Nebenaggregat kann dadurch von dem Zugmittel beispielsweise intermittierend angetrieben werden, ohne dass es erforderlich ist die Riemenscheibe von der Antriebswelle abzukuppeln, wodurch auch bei stillstehender Antriebswelle ein Betrieb des Nebenaggregats mit geringem konstruktivem Aufwand ermöglicht ist. Die Hin- und Herbewegung beziehungsweise die Vor- und Zurückbewebung des Zugmittels insbesondere mit Hilfe der elektrischen Maschine wird vorzugsweise mehrfach wiederholt. Insbesondere erfolgt die Hin- und Herbewegung beziehungsweise die Vor- und Zurückbewebung des Zugmittels bis zu einem Start einer Brennkraftmaschine, welche die Antriebswelle antreibt. Ferner kann die Hin- und Herbewegung des Zugmittels von einer Klimasteuerung einer Klimaanlage geregelt werden, um mit Hilfe eines als Klimakompressor ausgestalteten Nebenaggregats ein Raumklima innerhalb des Kraftfahrzeugs bei ausgeschalter Brennkraftmaschine regeln zu können. Vorzugsweise kann der Winkelbetrag, um den die Riemenscheibe bei der Hin- und Herbewegung relativ zur stillstehenden Antriebswelle verdreht wird, von der Klimaanlage verändert werden, so dass sich über die Veränderung des sich ergebenden Winkelbetrags der Riemenscheibe eine pulswellenmodulierte Antriebsleistung des Klimakompressors regeln lässt.
Insbesondere wird mit Hilfe eines an dem Zugmittel angreifenden Startergenerators das Zugmittel hin und her bewegt. Der Startergenerator kann dadurch nicht nur die Funktion übernehmen die Brennkraftmaschine durch ein Einleiten eines Startdrehmoments in die Antriebswelle zu starten („Starterbetrieb”) sondern auch ein Nebenaggregat, insbesondere einen Klimakompressor, anzutreiben, mit dessen Hilfe eine Klimaanlage des Kraftfahrzeugs auch bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine betrieben werden kann („Standklimatisierung”), wobei es hierfür nicht erforderlich ist zwischen der Riemenscheibe und der Antriebswelle eine schaltbare Kupplung zur Unterbrechung eines Drehmomentflusses zwischen der Antriebswelle und der Riemenscheibe vorzusehen. Darüber hinaus kann bei gestarteter Brennkraftmaschine der Startergenerator als Generator betrieben werden, um mit Hilfe des Startergenerators speicherbare elektrische Energie zu erzeugen („Generatorbetrieb”). Ferner 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”).
Vorzugsweise wird der Startergenerator für einen Wechsel der Bewegungsrichtung des Zugmittels umgepolt. Bei einer elektrischen Maschine wie dem Startergenerator kann besonders einfach beispielsweise mit Hilfe eines Kommutators eine Drehrichtungsumkehr erreicht werden, indem beispielsweise durch ein periodisches Umpolen die Antriebsrichtung der elektrischen Maschine gewechselt wird.
Besonders bevorzugt wechselt die Bewegungsrichtung des Zugmittels im Wesentlichen periodisch. Der Wechsel der Bewegungsrichtung kann dadurch leicht automatisiert werden. Insbesondere ist die Zeitdauer zwischen zwei nachfolgenden Bewegungsrichtungswechseln derart gewählt, das ein Bewegungsrichtungswechsel erfolgt bevor der maximal mögliche Verdrehwinkel der Riemenscheibe bezogen auf eine mittlere Neutralstellung erreicht ist. Dadurch kann vermieden werden, dass das Zugmittel maximal gedehnt beziehungsweise maximal komprimiert wird, wodurch mechanische Belastungen des Zugmittels und Wirkungsgradverluste vermieden werden.
Insbesondere entspricht bezogen auf eine Neutralstellung der Riemenscheibe zur Antriebswelle ein maximaler Winkelbetrag der verdrehten Riemenscheibe in Antriebsrichtung beim Hin- und Herbewegen im Wesentlichen einem maximalen Winkelbetrag der verdrehten Riemenscheibe entgegen der Antriebsrichtung beim Hin- und Herbewegen. Die Auslenkung der Riemenscheibe in Umfangsrichtung relativ zur stillstehenden Antriebswelle in der einen Richtung entspricht im Wesentlichen der Auslenkung der Riemenscheibe in Umfangsrichtung relativ zur stillstehenden Antriebswelle in der entgegengesetzten Richtung. Die Riemenscheibe kann beim Hin- und Herbewegen des Zugmittels bei stillstehender Antriebswelle im Wesentlichen um ihre Neutralstellung pendeln. Das mindestens eine Federelement wird dadurch sofern überhaupt in einem Arbeitsbereich beansprucht, der für eine besonders große Auslenkung in Umfangsrichtung nur ein geringes Drehmoment erfordert. Vorzugsweise weist die Riemenscheibe in einem begrenzten Winkelbereich um die Neutralstellung einen Freiwinkel auf, in dem im Wesentlichen kein Federelement einem Verdrehen in Umfangsrichten eine wirksame Federkraft entgegensetzt. Das Federelement kann dadurch als Dämpfer zum Ende der Verdrehbewegung der Riemenscheibe wirken und die in dem Federelement gespeicherte Energie nach einer Bewegungsrichtungsumkehr des Zugmittels zur Beschleunigung des Zugmittels in die Gegenrichtung wieder abgeben. Besonders bevorzugt ist das Federelement als Bogenfeder ausgestaltet, so dass sich für das Federelement eine besonders lange Federkennlinie ergeben kann, die eine besonders große begrenzte Verdrehbarkeit der Riemenscheibe relativ zur Antriebswelle ermöglicht.
Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis w des maximalen Winkelbetrag der verdrehten Riemenscheibe beim Hin- und Herbewegen bezogen auf den maximal möglichen Winkelbetrag der verdrehten Riemenscheibe 0,10 ≤ w ≤ 0,80, insbesondere 0,20 ≤ w ≤ 0,60, vorzugsweise 0,25 ≤ w ≤ 0,50 und besonders bevorzugt 0,30 ≤ w ≤ 0,40. Das mindestens eine Federelement wird dadurch sofern überhaupt in einem Arbeitsbereich beansprucht, der für eine besonders große Auslenkung in Umfangsrichtung nur ein geringes Drehmoment erfordert. Insbesondere bei einem Federelement mit einer progressiven Federkennlinie kann mit einem vergleichsweise geringen Drehmomenteinsatz eines Startergenerators ein Nebenaggregat, insbesondere ein Klimakompressor, über einen vergleichsweise langen Zeitraum beziehungsweise eine lange Wegstrecke des bewegten Zugmittels betrieben werden.
Besonders bevorzugt beträgt ein Verhältnis v des beim Hin- und Herbewegen überstrichenen Winkelbereichs der Riemenscheibe bezogen auf den beim Normalbetrieb mit antreibender Antriebswelle überstrichenen Winkelbereich der Riemenscheibe 1,1 ≤ v ≤ 4,0, insbesondere 1,4 ≤ v ≤ 3,0, vorzugsweise 1,6 ≤ v ≤ 2,5 und besonders bevorzugt 1,8 ≤ v ≤ 2,0. Insbesondere aufgrund der geringen erforderlichen Kräfte zum Verdrehen der Riemenscheibe in dem Winkelbereich um die Neutralstellung der Riemenscheibe kann der Arbeitsbereich bei stillstehender Antriebswelle im Vergleich zum Arbeitsbereich bei drehender Antriebswelle deutlich vergrößert werden.
Insbesondere ist eine Federkennlinie der Riemenscheibe in einem Drehmoment-Verdrehwinkel-Diagramm bezogen auf eine Neutralstellung der Riemenscheibe zur Antriebswelle im Wesentlichen symmetrisch. Dadurch ergeben sich insbesondere hinsichtlich der Geschwindigkeit des Zugmittels in beiden Richtungen im Wesentlichen gleiche Verhältnisse. Das von dem Zugmittel durch die Hin- und Herbewegung angetriebene Nebenaggregat kann dadurch wahlweise in der einen Richtung oder in der anderen Richtung angetrieben werden, ohne dass sich unterschiedliche Verhältnisse ergeben. Ferner ist es möglich das Nebenaggregat bei beiden Bewegungsrichtungen des Zugmittels anzutreiben.
Vorzugsweise ist die Riemenscheibe über ein in Antriebsrichtung komprimierbares erstes Federelement, insbesondere eine erste Bogenfeder, und über ein entgegen der Antriebsrichtung komprimierbares zweites Federelement, insbesondere eine zweite Bogenfeder, mit der Antriebswelle koppelbar. Dadurch lassen sich für die Riemenscheibe sowohl bei einer Verdrehung in Antriebsrichtung als auch bei einer Verdrehung entgegen der Antriebsrichtung im Wesentlichen gleiche, insbesondere symmetrische, Kraftverhältnisse einstellen.
Besonders bevorzugt ist das Nebenaggregat über einen Freilauf mit dem Zugmittel verbunden, wobei Insbesondere der Freilauf bei einer Bewegung des Zugmittels in Antriebsrichtung sperrt und bei einer Bewegung des Zugmittels entgegen der Antriebsrichtung eine Drehmomentübertragung unterbricht. Dies ermöglicht es das Nebenaggregat trotz der Hin- und Herbewegung des Zugmittels nur in einer Drehrichtung intermittierend anzutreiben. Insbesondere bei Nebenaggregaten, die auch direkt elektrisch durch Pulsweitenmodulation angetrieben werden können, stellt die zeitweise Unterbrechung der Drehmomentübertragung im Wesentlichen kein Problem dar.
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 Prinzipdarstellung eines Riementriebs im Normalbetrieb,
2: ein schematisches Drehmoment-Verdrehwinkel-Diagramm für eine Riemenscheibe des Riementriebs auf 1,
3: eine schematische Prinzipdarstellung des Riementriebs aus 1 im Standklimatisierungsbetrieb und
4: ein schematisches Drehmoment-Verdrehwinkel-Diagramm für eine Riemenscheibe des Riementriebs auf 3.
Der in 1 dargestellte Riementrieb 10 weist eine Riemenscheibe 12 auf, die zu einer Antriebswelle 14 über ein als Bogenfeder ausgestaltetes Federelement 16 begrenzt verdrehbar ist, um durch die motorische Verbrennung einer Brennkraftmaschine in die Antriebswelle 14 eingeleitete Drehmomentschwankungen dämpfen zu können. Die Antriebswelle 14 treibt über die Riemenscheibe 12 ein als Riemen, insbesondere Zahnriemen oder Keilriemen, ausgestaltetes Zugmittel 18 an, das ein als Klimakompressor ausgestaltetes Nebenaggregat 20 antreibt. An das Zugmittel 18 ist ferner ein Startergenerator 22 angebunden, mit dessen Hilfe die Brennkraftmaschine gestartet werden kann, indem der Startergenerator 22 ein Drehmoment in das Zugmittel 18 einleitet, wodurch die Antriebswelle 14 gedreht und die Brennkraftmaschine gestartet werden kann. Mit Hilfe von Umlenkrollen 24 kann der Umschlingungswinkel des Zugmittels 18 am Startergenerator 22 und/oder am Nebenaggregat 20 erhöht werden und/oder eine Vorspannung des Zugmittels 18 eingestellt werden. Wie in 2 dargestellt wird die Riemenscheibe 12 im in 1 dargestellten Normalbetrieb in einem Normalarbeitsbereich 26 betrieben, wobei Drehmomentschwankungen im insbesondere von der Antriebswelle 14 eingeleiteten Drehmoment M zu einer sich entsprechend verändernden Winkelbetrag α der Riemenscheibe 12 relativ zu einer Neutralstellung führen. Das Federelement 16 ist im Normalbetrieb vergleichsweise stark komprimiert, um das angreifende Drehmoment M übertragen zu können.
Bei dem in 3 dargestellten Standklimatisierungsbetrieb des Riementriebs 10 steht die Antriebswelle 14 im Vergleich zu dem in 1 dargestelltem Normalbetrieb still. Das Zugmittel 18 wird durch ein Hin- und Herdrehen des Startergenerators 22 im Rahmen der begrenzten Verdrehbarkeit der Riemenscheibe 12 vor und zurück bewegt, so dass das Nebenaggregat 20, insbesondere ein Klimakompressor einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, auch bei stillstehender Antriebswelle 14 und an der Antriebswelle 14 angekuppelter Riemenscheibe 12 angetrieben werden kann. Das Nebenaggregat 20 kann hierzu über einen Freilauf 28 an das Zugmittel 18 angebunden sein, so dass das Nebenaggregat 20 nur in einer Drehrichtung angetrieben werden kann. Wie in 4 dargestellt kann hierbei die Riemenscheibe 12 in einem Standklimatisierungsarbeitsbereich 30 um eine Neutralposition 32 pendeln, wobei der Standklimatisierungsarbeitsbereich 30 bei einem deutlich geringeren Drehmoment M einen deutlich größeren Winkelbetrag α als im Normalarbeitsbereich 26 abdecken kann. Die jeweils in unterschiedliche Drehrichtungen wirksamen Federelemente 16 sind im Standklimatisierungsbetrieb vergleichsweise gering komprimiert.
Bezugszeichenliste

10: Riementrieb
12: Riemenscheibe
14: Antriebswelle
16: Federelement
18: Zugmittel
20: Nebenaggregat
22: Startergenerator
24: Umlenkrolle
26: Normalarbeitsbereich
28: Freilauf
30: Standklimatisierungsarbeitsbereich
32: Neutralposition

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 102009039989 A1 [0002, 0007]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines mit einer Antriebswelle (14) eines Kraftfahrzeugs verbindbaren Riementriebs (10) zum Betrieb eines Nebenaggregats (20), wobei der Riementrieb (10) ein über ein Federelement (16) im Umfangsrichtung relativ zur Antriebswelle (14) begrenzt verdrehbare Riemenscheibe (12), ein mit der Riemenscheibe (12) zusammenwirkendes Zugmittel (18) und ein von dem Zugmittel (18) antreibbares Nebenaggregat (20), insbesondere ein Klimakompressors einer Klimaanlage, aufweist, bei dem zum Antrieb des Nebenaggregats (20) bei stillstehender Antriebswelle (14) das Zugmittel (18) innerhalb der begrenzten Verdrehbarkeit der Riemenscheibe (12) entlang einer Antriebsrichtung und entgegen der Antriebsrichtung hin und her bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mit Hilfe eines an dem Zugmittel (18) angreifenden Startergenerators (22) das Zugmittel (18) hin und her bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Startergenerator (22) für einen Wechsel der Bewegungsrichtung des Zugmittels (18) umgepolt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Bewegungsrichtung des Zugmittels (18) im Wesentlichen periodisch wechselt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem bezogen auf eine Neutralstellung der Riemenscheibe (12) zur Antriebswelle (14) ein maximaler Winkelbetrag der verdrehten Riemenscheibe (12) in Antriebsrichtung beim Hin- und Herbewegen im Wesentlichen einem maximalen Winkelbetrag der verdrehten Riemenscheibe (12) entgegen der Antriebsrichtung beim Hin- und Herbewegen entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei beim ein Verhältnis w des maximalen Winkelbetrags der verdrehten Riemenscheibe (12) beim Hin- und Herbewegen bezogen auf den maximal möglichen Winkelbetrag der verdrehten Riemenscheibe (12) 0,10 ≤ w ≤ 0,80, insbesondere 0,20 ≤ w ≤ 0,60, vorzugsweise 0,25 ≤ w ≤ 0,50 und besonders bevorzugt 0,30 ≤ w ≤ 0,40 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei beim ein Verhältnis v des beim Hin- und Herbewegen überstrichenen Winkelbereichs der Riemenscheibe (12) bezogen auf den beim Normalbetrieb mit antreibender Antriebswelle (14) überstrichenen Winkelbereich der Riemenscheibe (12) 1,1 ≤ v ≤ 4,0, insbesondere 1,4 ≤ v ≤ 3,0, vorzugsweise 1,6 ≤ v ≤ 2,5 und besonders bevorzugt 1,8 ≤ v ≤ 2,0 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Federkennlinie der Riemenscheibe (12) in einem Drehmoment-Verdrehwinkel-Diagramm bezogen auf eine Neutralstellung (32) der Riemenscheibe (12) zur Antriebswelle (14) im Wesentlichen symmetrisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Riemenscheibe (12) über ein in Antriebsrichtung komprimierbares erstes Federelement (16), insbesondere eine erste Bogenfeder, und über ein entgegen der Antriebsrichtung komprimierbares zweites Federelement (16), insbesondere eine zweite Bogenfeder, mit der Antriebswelle (14) koppelbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Nebenaggregat (20) über einen Freilauf (28) mit dem Zugmittel (18) verbunden ist, wobei Insbesondere der Freilauf (28) bei einer Bewegung des Zugmittels (18) in Antriebsrichtung sperrt und bei einer Bewegung des Zugmittels (18) entgegen der Antriebsrichtung eine Drehmomentübertragung unterbricht.