DE102012209303A1

DE102012209303A1 - Riemenscheibenvorrichtung mit einer Kupplung

Info

Publication number: DE102012209303A1
Application number: DE201210209303
Authority: DE
Inventors: Oliver Dippold; Vladimir Baranov
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2013-12-05

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Riemenscheibenvorrichtung zum deaktivierbaren Antrieb eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung umfasst eine Kupplung (10, 18) und einen Aktuator zum Öffnen der Kupplung. Der Aktuator ist aus zwei relativ zueinander verdrehbaren Stirndrehkeilen (13, 14) zusammengesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibenvorrichtung zum deaktivierbaren Antrieb eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine, umfassend

– eine antreibende Riemenscheibe und ein Gehäuse, gegenüber dem die Riemenscheibe drehbar gelagert ist,
– eine Nabe, die mit einer Antriebswelle des Nebenaggregats drehstarr verbunden ist,
– eine Reibscheibenkupplung, die im Antriebssinn zwischen der Riemenscheibe und der Nabe so angeordnet ist, dass der Antrieb von der Riemenscheibe auf die Nabe im geschlossenen Zustand der Kupplung aktiviert und im geöffneten Zustand der Kupplung deaktiviert ist,
– und einen am Gehäuse angeordneten Aktuator zum Öffnen der Kupplung.

Derartige Riemenscheibenvorrichtungen dienen bekanntlich zum bedarfsgerechten Antrieb eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine. Bei dem Nebenaggregat kann es sich beispielsweise um einen Klimakompressor oder um die Wasserpumpe der Brennkraftmaschine handeln, wie es aus der US 2010/0126822 A1 bekannt ist.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine alternative Ausgestaltung einer Riemenscheibenvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Aktuator zwei relativ zueinander verdrehbare Stirndrehkeile und ein Betätigungselement zur Relativverdrehung der Stirndrehkeile aufweist. Dabei steigen die einander zugewandten Axialstirnflächen der Stirndrehkeile keilförmig und komplementär zueinander an, so dass sich das Axialmaß zwischen den einander abgewandten Axialstirnflächen der Stirndrehkeile mit ihrer Relativverdrehung verändert und die Kupplung bei kleinem Axialmaß geschlossen und bei großem Axialmaß geöffnet ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Betätigung der federvorgespannten Reibscheibenkupplungen je nach übertragbarem Drehmoment relativ hohe Aktuatorkräfte zur Überwindung der Federkraft erforderlich sind. Dies wirkt sich auf die Größe des Aktuators aus und letztlich auf den Stromverbrauch aus. Demgegenüber sieht die Erfindung eine Aktuierung der Reibscheibenkupplung mittels eines Verstärkungselementes in Form des Stirndrehkeilgetriebes vor, um die Größe und den Energieverbrauch des Aktuators zu reduzieren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung geht aus den nachfolgend erläuterten Figuren hervor. Es zeigen:
1 eine Riemenscheibenvorrichtung im Längsschnitt;
2 den kupplungsseitigen Stirndrehkeil des Aktuators in perspektivischer Ansicht;
3 den gehäuseseitigen Stirndrehkeil des Aktuators in perspektivischer Ansicht;
4 die Riemenscheibenvorrichtung in Draufsicht auf den Aktuator;
5 einen Ausschnitt des Aktuators in perspektivischer Ansicht;
6 einen ersten alternativen Stirndrehkeil mit drei Rampen;
7 einen zweiten alternativen Stirndrehkeil mit fünf Rampen.
1 zeigt eine Riemenscheibe 1 eines Nebenaggregatetriebs einer Brennkraftmaschine, wobei die Riemenscheibe 1 auf einem Flansch einer Nabe 3 mit Hilfe eines Wälzlagers 2 gelagert ist. Die Nabe 3 ist fest mit einer Antriebswelle 4 eines nicht dargestellten Klimakompressors verbunden, wobei die Antriebswelle 4 in einem feststehenden Gehäuse 12 gelagert ist. Ein Führungsbolzen 5 weist eine feste Verbindung mit einer ersten Kupplungsscheibe 10 auf, die mit einem ersten Reibbelag 8 versehen ist. Der Führungsbolzen 5 ist in einer Gleithülse 6 geführt. Eine zweite Kupplungsscheibe 18 ist auf der Riemenscheibe 1 befestigt und mit einem zweiten Reibbelag 17 versehen. Der Reibkontakt zwischen der ersten Kupplungsscheibe 10 und der zweiten Kupplungsscheibe 18 ist durch eine vorgespannte Feder 7 gewährleistet. Die erste Kupplungsscheibe 10 ist axial verschiebbar, wodurch die Reibscheibenkupplung unter Lösen der reibschlüssigen Verbindung geöffnet wird.
Der Drehmomentfluss zwischen der Riemenscheibe 1 und der Antriebswelle 4 umfasst folgende Komponenten: Riemenscheibe 1 → zweite Kupplungsscheibe 18 → zweiter Reibbelag 17 → erster Reibbelag 8 → erste Kupplungsscheibe 10 → Führungsbolzen 5 → Gleithülse 6 → Nabe 3 → Antriebswelle 4.
Für die rotative Entkopplung eines die Kupplung betätigenden Aktuators sorgt ein ausrückbares Axiallager 11. Wie es in Zusammenschau mit den 2 und 3 deutlich wird, umfasst der Aktuator zwei Stirndrehkeile 13 und 14, deren einander zugewandte Axialstirnflächen 22 bzw. 23 keilförmig und komplementär zueinander ansteigen, so dass sich das Axialmaß L zwischen den einander abgewandten Axialstirnflächen 24 bzw. 25 der Stirndrehkeile 13, 14 mit ihrer Relativverdrehung verändert und die Kupplung bei kleinem Axialmaß L geschlossen und bei großem Axialmaß L geöffnet ist. Dementsprechend ist der Antrieb von der Riemenscheibe 1 auf die Nabe 3 im geschlossenen Zustand der Kupplung aktiviert und im geöffneten Zustand der Kupplung deaktiviert.
Der ringförmige Stirndrehkeil 13 ist drehbar auf dem Gehäuse 12 montiert. Der ebenfalls ringförmige Stirndrehkeil 14 ist drehstarr mit dem Gehäuse 12 verbunden. Bei einer gegenseitigen Relativverdrehung der Stirndrehkeile 13, 14 wird durch Reibschluss/Formschluss der einander zugewandten Axialstirnflächen 22, 23 der Stirndrehkeilrampen eine Kraft erzeugt. Eine Komponente dieser Kraft wirkt in axiale Richtung und drückt auf das Axiallager 11 und damit auf die erste Kupplungsscheibe 10, wodurch die Kupplung getrennt wird.
Zur Verdrehung des Stirndrehkeils 13 umfasst der Aktuator das in den 4 und 5 dargestellte Betätigungselement. Ein Magnetkern 15 mit gewickelter Spule 16 bildet einen Elektromagneten, der auf dem fest montierten Stirndrehkeil 14 angebracht ist. Der magnetische Fluss beim Bestromen der Spule 16 wird durch einen Spalt 19 im Magnetkern unterbrochen. Der Anker 9 ist so im Magnetkern 15 angeordnet, dass dessen Verschiebung das Verringern des Spaltes 19 hervorruft (s. 5). Auf dem Anker 9 und auf dem Stirndrehkeil 13 ist jeweils ein Schieber 20, 21 angebracht. Durch magnetische Kräfte verschiebt sich der Anker 9. Damit drückt der Ankerschieber 20 gegen den Stirndrehkeilschieber 21. Dies bewirkt durch Linienkontakt der beiden Schieber 20, 21 eine Verdrehung des Stirndrehkeils 13.
Das fail-safe Prinzip, d.h. der Antrieb des Klimakompressors bei Stromausfall, wird durch die Vorspannfeder 7 gesichert. Die Vorspannkraft der Feder 7 soll der magnetischen Kraft entgegenwirken. Demzufolge wird die Reibung im System möglichst gering gehalten, so dass die Vorspannfeder 7 relativ klein ausgelegt werden kann.
Anderenfalls kann das fail-safe Prinzip durch eine zusätzliche Feder zwischen dem verdrehbaren Stirndrehkeil 13 und einem fest angebrachten Element der Vorrichtung realisiert werden.
Die Aktuatorik kann so ausgelegt werden, dass die Aktuierung der Kupplung (Verdrehung des Stirndrehkeils) entweder pneumatisch, hydraulisch, mechanisch, elektromechanisch, chemisch oder thermisch erfolgt.
Des Weiteren kann die bei Aktuierung auftretende Reibkraft durch Anbringen von Rollkörpern auf die Stirndrehkeilrampen reduziert werden und damit Rollreibung bewirken, was eine zusätzliche Verringerung der Aktuatorkraft zur Folge hat.
Ferner kann der Stirndrehkeil beliebige Ausführungsformen aufweisen. Unterschiedliche Steigungen der Stirndrehkeilrampe, aber auch die Anzahl der Rampen kann verändert werden. Anders als die 2 und 3 mit lediglich einer Rampe zeigt 6 einen Stirndrehkeil 13’ oder 14’ mit drei Rampen und 7 einen Stirndrehkeil 13’’ oder 14’’ mit fünf Rampen. Die Anzahl der Rampen kann auch zwei, vier oder mehr als fünf betragen.
Bezugszeichenliste

1: Riemenscheibe
2: Wälzlager
3: Nabe
4: Antriebswelle
5: Führungsbolzen
6: Gleithülse
7: Feder
8: erster Reibbelag
9: Anker
10: erste Kupplungsscheibe
11: Axiallager
12: Gehäuse
13: verdrehbarer Stirndrehkeil
14: drehfester Stirndrehkeil
15: Magnetkern
16: Magnetspule
17: zweiter Reibbelag
18: zweite Kupplungsscheibe
19: Spalt
20: Schieber
21: Schieber
22: innere Axialstirnfläche des verdrehbaren Stirndrehkeils
23: innere Axialstirnfläche des drehfesten Stirndrehkeils
24: äußere Axialstirnfläche des verdrehbaren Stirndrehkeils
25: äußere Axialstirnfläche des drehfesten Stirndrehkeils

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0126822 A1 [0002]

Claims

Riemenscheibenvorrichtung zum deaktivierbaren Antrieb eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine, umfassend – eine antreibende Riemenscheibe (1) und ein Gehäuse (12), gegenüber dem die Riemenscheibe (1) drehbar gelagert ist, – eine Nabe (3), die mit einer Antriebswelle (4) des Nebenaggregats drehstarr verbunden ist, – eine Reibscheibenkupplung (10, 18), die im Antriebssinn zwischen der Riemenscheibe (1) und der Nabe (3) so angeordnet ist, dass der Antrieb von der Riemenscheibe (1) auf die Nabe (3) im geschlossenen Zustand der Kupplung (10, 18) aktiviert und im geöffneten Zustand der Kupplung deaktiviert ist, – und einen am Gehäuse (12) angeordneten Aktuator zum Öffnen der Kupplung (10, 18), dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator zwei relativ zueinander verdrehbare Stirndrehkeile (13, 14) und ein Betätigungselement zur Relativverdrehung der Stirndrehkeile (13, 14) aufweist, wobei die einander zugewandten Axialstirnflächen (22, 23) der Stirndrehkeile (13, 14) keilförmig und komplementär zueinander ansteigen und sich das Axialmaß (L) zwischen den einander abgewandten Axialstirnflächen (24, 25) der Stirndrehkeile (13, 14) mit ihrer Relativverdrehung verändert und wobei die Kupplung bei kleinem Axialmaß (L) geschlossen und bei großem Axialmaß (L) geöffnet ist.
Riemenscheibenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement als ringförmiger Elektromagnet (15, 16) ausgebildet ist, der die Stirndrehkeile (13, 14) umfänglich umschließt.
Riemenscheibenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (1) mittels eines Wälzlagers (2) drehbar auf der Nabe (3) gelagert ist.