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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Rolleneinrichtung für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Rollenelement zum Einleiten eines über das Zugmittel des Zugmitteltriebs bereitgestellten Drehmoments und einer Abtriebswelle zum Antrieb eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs.
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Aus dem Dokument
DE 101 48 961 A1 ist ein als Riementrieb ausgebildeter Zugmitteltrieb mit einem als Eingangsriemenscheibe ausgebildeten Rollenelement zum Antrieb von Nebenaggregaten bekannt, der über ein Planetengetriebe mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei über das von der Riemenscheibe angetriebene Zugmittel über Ausgangsriemenscheiben verschiedene Nebenaggregate angetrieben werden können. Zusätzlich ist über eine weitere Ausgangsriemenscheibe auch eine elektrische Maschine an das Zugmittel angebunden, um im Generatorbetrieb aus der mechanischen Energie des Zugmittels elektrische Energie zu erzeugen oder im Motorbetrieb einen zusätzlichen Drehmomenteintrag in das Zugmittel leisten zu können.
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Gegenstand der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen variablen und sicheren Antrieb von Nebenaggregaten mittels eines Zugmitteltriebs ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Rolleneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen Zugmitteltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Verfahren zum Antrieb eines über eine Rolleneinrichtung angebundenen Nebenaggregats mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine Rolleneinrichtung für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, die folgende Komponenten aufweist: (a) ein Rollenelement zum Einleiten eines über das Zugmittel des Zugmitteltriebs bereitgestellten Drehmoments, (b) eine Abtriebswelle zum Antrieb eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Kühlwasserpumpe, (c) eine elektrische Maschine zur Drehmomentübertragung zwischen dem Rollenelement und der Abtriebswelle, wobei diese elektrische Maschine einen mit dem Rollenelement verbundenen Rotor und einen mit der Abtriebswelle verbundenen Stator aufweist und der Rotor und/oder der Stator eine Wicklungsanordnung mit mindestens einer Wicklung besitzt, und (d) eine Schaltungsanordnung zum wahlweisen Kurzschließen der mindestens einen Wicklung über zumindest ein elektrisches Bauelement mit variabel einstellbarem Widerstand, wobei das mindestens eine elektrische Bauelement über eine feste elektrische Kontaktierung oder eine als Schleifkontakt ausgebildete elektrische Kontaktierung an die mindestens eine Wicklung angeschlossen ist.
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Da bei einer solchen Rolleneinrichtung sowohl Rollenelement als auch Abtriebswelle drehbar sind, sind die gebräuchlichen Begriffe Rotor und Stator im Zusammenhang mit der Erfindung willkürlich auf die Abtriebswelle bezogen gewählt. Da der Stator mit der Abtriebswelle verbunden ist, ist er also bezüglich dieser Welle das feststehende Teil, also der Stator, wohingegen sich der mit dem Rollenelement verbundene Rotor bezüglich der Abtriebswelle dreht.
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Mit Hilfe der durch den Rotor und dem Stator ausgebildeten elektrischen Maschine kann die Abtriebswelle elektromagnetisch mit dem Rollenelement gekoppelt werden, sodass durch Beeinflussung eines sich zwischen dem Rotor und dem Stator ausbildenden elektromagnetischen Feldes der Leistungsfluss zwischen dem Rollenelement und der Abtriebswelle verändert werden kann. Dadurch ist es insbesondere möglich die Abtriebswelle auch bei einer hohen Drehzahl des Rollenelements unterhalb einer zulässigen maximalen Drehzahl betreiben zu können. Ist als Zugmittel ein Riemen vorgesehen, so ist die Rolleneinrichtung als Riemenscheibenanordnung ausgebildet, deren Rollenelement als Riemenscheibe ausgestaltet ist.
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Über den variabel einstellbaren Widerstand des mindestens einen elektrischen Bauelements kann die elektrische Last eingestellt werden. Diese ist in der Regel proportional zum elektrischen Widerstand. Durch eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes reduziert sich der in der kurzgeschlossenen Wicklung fließende elektrische Strom. Eine Reduktion des Stromflusses bewirkt eine Schwächung der Feldwirkung des elektromagnetischen Feldes in der elektrischen Maschine. Dadurch reduziert sich das maximal übertragbare/übertragene Moment. Daraus folgt, dass der Schlupf zwischen Stator und Rotor zunimmt und damit die Differenz zwischen Rollen- und Wellendrehzahl größer wird. Somit kann die Drehzahl vollvariabel gestellt werden.
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Bei fester elektrischer Kontaktierung des mindestens einen elektrischen Bauelements an die mindestens eine Wicklung dreht sich das mindestens eine elektrische Bauelement bzw. die Schaltungsanordnung mit dem die Wicklungsanordnung aufweisenden Rotor beziehungsweise Stator. Bei der als Schleifkontakt ausgebildeten elektrischen Kontaktierung des mindestens einen elektrischen Bauelements an die mindestens eine Wicklung kann das mindestens eine elektrische Bauelement bzw. die Schaltungsanordnung unabhängig von Rotor beziehungsweise Stator in der Rolleneinrichtung angeordnet (befestigt) sein. Dabei ist die Schaltungsanordnung bevorzugt unabhängig von dem Rotor und dem Stator ortsfest -und damit nicht-rotierend- in der Rolleneinrichtung angeordnet.
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Die elektrische Maschine wird insbesondere ausschließlich als elektromechanischer Wandler betrieben. Die elektrische Maschine kann insbesondere permanent erregt oder fremd erregt sein. Mit Vorteil ist die elektrische Maschine als Synchronmaschine ausgestaltet. Das sich zwischen dem Rotor und dem Stator ausbildende elektromagnetische Feld kann beispielsweise dadurch verändert werden, dass der Rotor relativ zu dem Stator axial werden, dass der Rotor relativ zu dem Stator axial verschoben wird, sodass sich die axiale Erstreckung ändern kann, über welcher die für die Übertragung des Leistungsflusses relevanten Bauteile, insbesondere Permanentmagnete und/oder Wicklungsanordnung, des Rotors und des Stators in radialer Richtung hintereinander überlappend angeordnet sind. Insbesondere ist es möglich den Rotor soweit relativ zum Stator axial zu verschieben, dass eine Leistungsübertragung zwischen dem Rotor und dem Stator unterbrochen werden kann, beispielsweise um das über die Abtriebswelle angeschlossene Nebenaggregat von dem Zugmitteltrieb abzukoppeln.
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Der Rotor der elektrischen Maschine kann mit der Drehzahl des Rollenelements rotieren. Der Antrieb des Rotors erfolgt insbesondere über das Rollenelement durch ein an dem Rollenelement angreifenden Zugmittel. Das Zugmittel ist beispielsweise als Riemen, Flachriemen, Keilriemen, Zahnriemen, Poly-V-Riemen, Seil, Kette oder ähnliches ausgestaltet. Mit Hilfe einer oder mehrerer Umlenkrollen kann der Umschlingungswinkel des Zugmittels an dem Rollenelement erhöht werden und/oder eine Vorspannung des Zugmittels eingestellt werden. Der Stator der elektrischen Maschine kann mit der Drehzahl der Abtriebswelle rotieren. Das heißt im normalen Betrieb kann sowohl der Rotor als auch der Stator rotieren, wobei durch eine Beeinflussung des elektromagnetischen Feldes zwischen dem Rotor und dem Stator, insbesondere durch ein individuell einstellbares Bestromen von Wicklungen des Stators und/oder des Rotors, eine Drehzahldifferenz zwischen dem Rotor und dem Stator erhöht oder verringert werden kann, insbesondere um eine gewünschte Nenndrehzahl an der Abtriebswelle regeln zu können. Die gewünschte Nenndrehzahl der Abtriebswelle kann insbesondere variabel sein und sich im laufenden Betrieb ändern. Beispielsweise kann ein gewünschter Volumenstrom eines als Kühlwasserpumpe ausgestalteten Nebenaggregats in Abhängigkeit von der Temperatur einer von dieser Kühlwasserpumpe zu kühlenden Kraftfahrzeugkomponente geregelt werden, sodass sich die Nenndrehzahl der mit dieser Kühlwasserpumpe verbundenen Abtriebswelle zur Einstellung des gewünschten Volumenstroms ändern kann. Falls das Nebenaggregat zwischenzeitlich nicht betrieben werden soll, kann beispielsweise vorgesehen sein die Abtriebswelle mechanisch oder elektrisch zu sperren und einen Leistungseintrag in das Nebenaggregat zu unterbinden. Vorzugsweise kann der Rotor über einen, insbesondere schaltbaren, Freilauf mit dem Rollenelement und/oder der Stator über einen, insbesondere schaltbaren, Freilauf mit der Abtriebswelle verbunden sein. Dies ermöglicht es für bestimmte Betriebssituationen einen Leistungsfluss von dem Rollenelement zur Abtriebswelle zu unterbrechen, ohne über die elektrische Maschine unnötige Leerlaufverluste zu erzeugen. Das Nebenaggregat ist beispielsweise eine Kühlwasserpumpe, Ölpumpe, Klimakompressor einer Klimaanlage, Kraftstoffpumpe, Lichtmaschine, Schmierstoffpumpe, mechanischer Lader/Kompressor für Ladeluftverdichtung bei aufladbaren Kraftfahrzeugmotoren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der elektrische Widerstand des mindestens einen Bauelements durch eine Ansteuereinheit veränderbar. Die Ansteuereinheit wandelt ein analoges oder digitales Steuersignal in eine Steuergröße zum Ansteuern des zumindest einen Bauelements. Die Schaltungsanordnung weist die Ansteuereinheit in einer Ausführungsform vorteilhafterweise auf.
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Bei der elektrischen Maschine handelt es sich bevorzugt um eine mehrphasige elektrische Maschine, insbesondere eine dreiphasige elektrische Maschine. Dabei ist jede der Wicklungen mit einer Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine verknüpft. Die Wicklungsanordnung der elektrischen Maschine weist mehrere Wicklungen auf, wobei die Schaltungsanordnung in einer Ausführungsvariante jede der Wicklungen über je eines der elektrischen Bauelemente mit variablem elektrischen Widerstand mit einem gemeinsamen Potentialpunkt verbindet. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen Massepunkt. Die Schaltungsanordnung weist dabei eine Sternschaltung der elektrischen Bauelemente auf. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass die elektrischen Bauelemente der Schaltungsanordnung in Dreiecksschaltung verschaltet sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine elektrische Bauelement als elektronisches Leistungs-Halbleiterbauelement ausgebildet. Leistungs-Halbleiterbauelement wie zum Beispiel Leistungstransistoren sind für die dabei auftretenden Stromstärken geeignet und lassen sich gut ansteuern.
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Mit Vorteil weist die Ansteuereinheit zur Ansteuerung des mindestens einen Leistungs-Halbleiterbauelements einen Bipolartransistor oder einen Feldeffekttransistor, insbesondere ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET: englisch metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) auf. Die Ansteuereinheit weist den mindestens einen Bipolartransistor beipielsweise für eine Ansteuerung mittels Analogsignal auf. Alternativ weist die Ansteuereinheit den mindestens einen Feldeffekttransistor beispielsweise für eine Ansteuerung mittels Pulsweitenmodulation auf.
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Eine weitere Ausführungsform des mindestens einen elektrischen Bauelements mit variabel einstellbarem Widerstand ist ein Leistungs-Feldeffektransistor, insbesondere ein Leistungs-MOSFET, der gut ansteuerbar ist und hohe Ströme verkraften kann.
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In einer Variante wird die Ansteuereinheit zur Herstellung einer im Wesentlichen drehfesten Koppelung des Rollenelements mit der Abtriebswelle im Falle eines wegfallenden Stromflusses bei der elektrischen Maschine betrieben. In einer anderen Variante ist ein Schaltelement zur Herstellung einer solchen im Wesentlichen drehfesten Koppelung des Rollenelements mit der Abtriebswelle im Falle eines wegfallenden Stromflusses bei der elektrischen Maschine vorgesehen. Dadurch ergibt sich eine Fail-Safe-Funktionalität für das Nebenaggregat, das beispielsweise bei einem Ausfall der Bordnetzspannung zumindest einen ungeregelten Betrieb des Nebenaggregats in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rollenelements ermöglicht. In diesem „Fail-Safe“-Betriebszustand kann eine rein mechanische Koppelung des Rollenelements mit der Abtriebswelle vorliegen. Beispielsweise ist das Schaltelement als stromdurchflossener Elektromagnet ausgestaltet, der im stromdurchflossenen Zustand eine Feder zur Herbeiführung einer mechanischen Koppelung des Rollenelements mit der Abtriebswelle vorspannt. Bei einem Ausfall der Stromversorgung kann der Elektromagnet die Feder nicht mehr vorspannen, so lektromagnet die Feder nicht mehr vorspannen, so dass sich die Feder entspannt und insbesondere eine reibschlüssige und/oder formschlüssige Koppelung des Rollenelements mit der Abtriebswelle herbeiführt.
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Die Wicklungen sind über eine berührungslose oder berührungsbehaftete elektrische Kontaktierung, insbesondere Schleifkontaktverbindung, mit Elektroleitungen zum Einleiten und/oder Ausleiten von elektrischer Energie verbunden. Je nach Ausgestaltung und/oder Einsatzzweck können Permanentmagnete und Wicklungen vertauscht sein. Grundsätzlich ist es möglich sowohl für den Stator als auch für den Rotor stromdurchfließbare, vorzugsweise individuell und unabhängig von einander regelbare Wicklungen vorzusehen, um besonders viele Regelungsmöglichkeiten für die elektrische Maschine erreichen zu können. Prinzipiell kann daher sowohl der Stator Permanentmagnete und der Rotor die Wicklungsanordnung oder der Stator die Wicklungsanordnung und der Rotor die Permanentmagnete aufweisen. Bevorzugt weist jedoch der Stator die Wicklungsanordnung und der Rotor die Permanentmagnete auf.
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Die Bestromung der elektrischen Maschine kann über eine zwischengeschaltete Elektronikschaltung erfolgen, die einerseits mit den Elektroleitungen und andererseits mit der mindestens einen Wicklung verbunden ist. Die Elektronikschaltung kann beispielsweise die Versorgungsspannung zerhacken, modulieren, insbesondere als Pulsweitenmodulation, und die mindestens eine Wicklung der elektrischen Maschine bestromen, wobei vorzugsweise die Bestromung der mindestens einen Wicklung mit Hilfe der Elektronikschaltung gesteuert und/oder geregelt werden kann.
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Vorzugsweise sind die Wicklungen mit einem Träger verbunden, wobei der Träger über ein in radialer Richtung verlaufendes Verbindungsstück mit der Abtriebswelle oder dem Rollenelement verbunden ist, wobei der Träger zu an der von den Wicklungen wegweisenden Seite ein Kontaktelement zur Übertragung elektrischer Energie, insbesondere einen Schleifring der Schleifkontaktverbindung, aufweist. Ferner ist es möglich die Abtriebswelle als Antrieb und das Rollenelement als Abtrieb zu verwenden, so dass der Träger und damit die Wicklungen mit einer Antriebswelle oder einer Abtriebsrolle bzw. -scheibe verbunden sein können. Die elektrische Kontaktierung der Wicklungen mit dem Kontaktelement kann durch das Material des Trägers hindurch erfolgen. Beispielsweise kann das Kontaktelement, insbesondere der Schleifring, mit dem Träger vernietet sein, wobei ein durch das Material des Trägers hindurch verlaufender Niet eine elektrische Kontaktierung ausbilden und/oder ermöglichen kann. Durch den in radialer Richtung verlaufenden Anteil des Trägers mit Hilfe des Verbindungsstücks kann der das Kontaktelement beziehungsweise den Schleifring tragende Teil des mit der Abtriebswelle beziehungsweise mit dem Rollenelement verbundenen Trägers zu der Abtriebswelle beziehungsweise zu dem Rollenelement beabstandet positioniert sein. Dadurch kann zwischen dem Kontaktelement und der Abtriebswelle beziehungsweise dem Rollenelement eine Aufnahmetasche ausgebildet werden, in der beispielsweise federbelastete Schleifbürsten angeordnet werden können. Die Schleifbürsten oder sonstige Kontaktierungselemente können insbesondere mit einem feststehenden Halter verbunden sein, der an einer axialen Seite der Rolleneinrichtung in die von dem Träger begrenzte Tasche eingesetzt werden kann. Der Halter kann insbesondere mit einem Aggregatgehäuse des Nebenaggregats verbunden sein, wobei vorzugsweise das Aggregatgehäuse des Nebenaggregats axial in das Rollenelement und/oder die Rolleneinrichtung hineinragen kann.
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Besonders bevorzugt weist das Rollenelement eine nach radial außen weisende Lauffläche zur Anbindung des Zugmittels auf, wobei radial innerhalb der Lauffläche im Wesentlichen auf axialer Höhe der Lauffläche eine Elektronikschaltung zum Betrieb der elektrischen Maschine angeordnet ist. Über die Ausgestaltung des Rollenelements zur Koppelung mit dem Zugmittel ergibt sich innerhalb der Lauffläche des Rollenelements ein Hohlraum, der von der Elektronikschaltung genutzt werden kann. Von radial außen betrachtet kann die Elektronikschaltung im Wesentlichen vollständig von der Lauffläche abgedeckt sein. Die Elektronikschaltung kann dadurch insbesondere drehfest mit Wicklungen der elektrischen Maschine verbunden sein, für welche die Elektronikschaltung die Zufuhr und/oder Abfuhr elektrischer Energie steuert. Dadurch ist es nicht erforderlich für den Betrieb der elektrischen Maschine außerhalb der Rolleneinrichtung eine gesonderte Schaltungselektronik vorzusehen, die über Schleifkontakte oder andere Formen der Anbindung mit der elektrischen Maschine verbunden werden muss. Dadurch ergibt sich ein bauraumsparender Aufbau für die Rolleneinrichtung.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Zugmitteltrieb zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs mit einem mit einer Motorwelle, insbesondere Kurbelwelle, eines Kraftfahrzeugmotors verbindbaren Eingangsrollenelement, mindestens einer über ein gemeinsames Zugmittel mit dem Eingangsrollenelement gekoppelten Ausgangsrolleneinrichtung zum Antrieb des zugeordneten Nebenaggregats, insbesondere einer Kühlwasserpumpe, wobei mindestens eine Ausgangsrolleneinrichtung als Rolleneinrichtung ausgestaltet ist, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Rolleneinrichtung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, in einem Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs zum Zwecke der Ausleitung eines Teils eines von einem Kraftfahrzeugmotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Drehmoments an ein Nebenaggregat. Vorzugsweise sind bei dem Zugmitteltrieb mehrere Ausgangsrolleneinrichtungen vorgesehen, wobei insbesondere mehrere, vorzugsweise alle, Ausgangsrolleneinrichtungen als vorstehend beschriebene Rolleneinrichtung ausgestaltet sind.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Antrieb eines über eine vorstehend beschriebene Rolleneinrichtung angebundenen Nebenaggregats eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Abfuhr von elektrischer Energie aus der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Rollenelements zur Regelung einer Nenndrehzahl der Abtriebswelle mittels der Schaltungsanordnung durchgeführt wird. Durch den veränderbaren Widerstand des mindestens einen elektrischen Bauelements ergibt sich eine hohe Drehmoment- und Drehzahlvarianz am Abtriebsstrang. Das Verfahren kann insbesondere wie vorstehend anhand der Rolleneinrichtung erläutert aus- und weitergebildet sein.
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Zeichnungen
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht einer Rolleneinrichtung, und
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2: eine schematische Prinzipdarstellung der Verschaltung der Wicklungen in der Schaltungsanordnung der Rolleneinrichtung.
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In 1 ist eine als Riemenscheibenanordnung ausgebildete Rolleneinrichtung 10 für einen als Riementrieb ausgebildeten Zugmitteltrieb dargestellt. Die dargestellte Rolleneinrichtung 10 weist ein als Riemenscheibe ausgebildetes Rollenelement 12 mit einer nach radial außen weisenden Lauffläche 14 auf, über die ein von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bereitgestelltes Drehmoment von einem Zugmittel, beispielsweise Flachriemen, eingeleitet werden kann. Das Rollenelement 12 ist über eine elektrische Maschine 16 mit einer Abtriebswelle 18 gekoppelt, die eine Eingangswelle eines Nebenaggregats, beispielsweise einer Kühlwasserpumpe, sein kann. Die elektrische Maschine 16 weist einen mit dem Rollenelement 12 fest verbundenen Rotor 20 und einen über einen Luftspalt zu dem Rotor 20 beabstandet angeordneten Stator 22 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Rotor 20 Permanentmagnete auf, während der Stator 22 mindestens eine Wicklung einer Wicklungsanordnung 24 aufweist, wie im Ersatzschaltbild der 2 gezeigt ist. Ferner ist der Stator 22 über einen Träger 26 fest mit der Abtriebswelle 18 verbunden. Der Träger 26 ist ringförmig mit einem im Wesentlichen U-förmigen axial geöffneten Querschnitt ausgestaltet. Der Träger 26 weist an der Basis des U-förmigen Querschnitts ein in radialer Richtung verlaufendes Verbindungsstück 28 auf, sodass sich zwischen dem Stator 22 und der Abtriebswelle 18 eine Tasche 30 ausbildet, in der eine als Schleifkontaktverbindung ausgebildete Kontaktierung 32 vorgesehen ist. Die Schleifkontaktverbindung 32 weist an der von dem Stator 22 wegweisenden Seite Schleifringe 34 auf, gegen die mit Druckfedern 36 federbelastete Schleifbürsten 38 drücken, um einen elektrischen Kontakt herzustellen. Die Druckfeder 36 und die mit der Druckfeder 36 verbundene Schleifbürste 38 sind in einer Schleifbürstenführung 40 geführt. Die Schleifbürstenführung 40 ist mit einem feststehenden Halter 42 verbunden. Der Halter 42 kann insbesondere mit einem Aggregatgehäuse 44 des Nebenaggregats verbunden sein, wobei das Aggregatgehäuse 44 vorzugsweise zumindest teilweise in das Rollenelement 12 und/oder die Rolleneinrichtung 10 axial hineinragen kann. Über den Halter 42 und/oder das Aggregatgehäuse 44 können Elektroleitungen 46 geführt sein, die mit den Schleifbürsten 38 elektrisch verbunden sein können. Mit Hilfe einer vollständig innerhalb des Rollenelements 12 angeordneten Schaltungsanordnung 48, die insbesondere mit dem Träger 26 oder mit dem Halter 42 oder in einer mehrteiligen Ausgestaltung mit einem ersten Teil mit dem Träger 26 und mit einem zweiten Teil mit dem Halter 42 befestigt ist, kann eine Zufuhr und/oder Abfuhr von elektrischer Energie über die Elektroleitungen 46 gesteuert werden, wodurch sich das elektromagnetische Feld zwischen dem Rotor 20 und dem Stator 22 beeinflussen lässt. Dadurch ist es insbesondere möglich, dass die Drehzahl der Abtriebswelle 18 von der Drehzahl des Rollenelements 12 abweicht, insbesondere um für die Abtriebswelle 18 im Wesentlichen unabhängig von der Drehzahl des Rollenelements 12 eine beabsichtigte Nenndrehzahl zu regeln. Hierzu ist das Rollenelement 12 nicht fest mit der Abtriebswelle 18 verbunden, sondern über ein Wälzlager 50 relativ drehbar gelagert.
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Die 2 zeigt in einer schematischen Prinzipdarstellung die wesentlichen Elemente der Schaltungsanordnung 48 und die Verschaltung der Wicklungen 52, 54, 56 der Wicklungsanordnung 24 in der Schaltungsanordnung 48. Die elektrische Maschine 16 ist bei dieser Ausführungsform der Rolleneinrichtung 10 als dreiphasige elektrische Maschine ausgebildet. In dieser Darstellung sind auf der rechten Seite die elektrische Maschine 16 mit dem Stator 22 und dem Rotor 20 sowie deren Wicklungsanordnung 24 gezeigt. Der Pfeil am Rotor 20 gibt die durch das Zugmittel vorgegebene Drehzahl des Rollenelements 12 bzw. des Rotors 20 an. Demgegenüber kann die Drehzahl des Stators 22 nun variiert werden, was durch den Doppelpfeil beim Stator 22 angedeutet ist.
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Auf der linken Seite ist eine Stern-Schaltung 58 von drei elektrischen Bauelementen 60, 62, 64 mit variabel einstellbarem Widerstand der Schaltungsanordnung 48 gezeigt. Mittels dieser Stern-Schaltung 58 ist jede der Wicklungen 52, 54, 56 über je eines der elektrischen Bauelemente 60, 62, 64 an einen zentralen Massepunkt 66 der Sternschaltung angeschlossen.
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Sind die elektrischen Bauelemente 60, 62, 64 der Schaltungsanordnung 48 nun nicht, wie in 2 dargestellt, mittels einer festen elektrischen Kontaktierung sondern mittels der in 1 dargestellten, als Schleifkontakt ausgebildeten elektrischen Kontaktierung 32 an die Wicklungen 52, 54, 56 angeschlossen, so kann die Schaltungsanordnung 48 verdrehfest an einem Aggregategehäuse des anzutreibenden Nebenaggregats befestigt sein. In dieser Variante hat die in 1 gezeigte Rolleneinrichtung 10 keine mitrotierende Schaltungsanordnung 48.
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Es ergibt sich folgende Funktion und folgende Vorteile der Rolleneinrichtung: Über die variabel einstellbaren Widerstände der elektrischen Bauelemente 60, 62, 64 kann die jeweilige elektrische Last (und natürlich auch die resultierende elektrische Gesamtlast) eingestellt werden. Diese ist in der Regel proportional zum elektrischen Widerstand. Durch eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes reduziert sich der in der kurzgeschlossenen Wicklung 52, 54, 56 fließende elektrische Strom. Eine Reduktion des Stromflusses bewirkt eine Schwächung der Feldwirkung des elektromagnetischen Feldes in der elektrischen Maschine 16. Dadurch reduziert sich das maximal von dem Rollenelement 12 auf die Abtriebswelle 18 übertragbare Drehmoment. Daraus folgt, dass der Schlupf zwischen Rotor 20 und Stator 22 zunimmt und damit die Differenz zwischen der Drehzahl des Rollenelements 12 (Rollendrehzahl) und der Drehzahl der Abtriebswelle 18 (Wellendrehzahl) größer wird. Somit kann die Drehzahl vollvariabel gestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rolleneinrichtung
- 12
- Rollenelement
- 14
- Lauffläche
- 16
- elektrische Maschine
- 18
- Abtriebswelle
- 20
- Rotor
- 22
- Stator
- 24
- Wicklungsanordnung
- 26
- Träger
- 28
- Verbindungsstück
- 30
- Tasche
- 32
- Kontaktierung
- 34
- Schleifring
- 36
- Druckfeder
- 38
- Schleifbürste
- 40
- Schleifbürstenführung
- 42
- Halter
- 44
- Aggregatgehäuse
- 46
- Elektroleitung
- 48
- Elektronikschaltung
- 50
- Wälzlager
- 52
- Wicklung
- 54
- Wicklung
- 56
- Wicklung
- 58
- Stern-Schaltung
- 60
- elektrisches Bauelement
- 62
- elektrisches Bauelement
- 64
- elektrisches Bauelement
- 66
- Massepunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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