DE102013209290B4

DE102013209290B4 - Rolleneinrichtung für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013209290B4
Application number: DE102013209290.3A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dippold; Ralf Wagner; Armin Gerner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: DE102013209290A1; CN104179568B; US10125850B2; US20140349804A1; CN104179568A

Abstract

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. Es ist vorgesehen, dass die Rolleneinrichtung weiterhin eine Magnetkupplung zur kraftschlüssigen Drehmomentübertragung zwischen dem Rollenelement und der Abtriebswelle aufweist, wobei die Magnetkupplung eine mit dem Rollenelement verbundene primärseitige Einheit mit mindestens einem primären Magnetelement und eine mit der Abtriebswelle verbundene sekundärseitige Einheit mit mindestens einem sekundärseitigen Magnetelement aufweist, wobei die Magnetelemente permanentmagnetische und/oder elektromagnetische Magnetelemente sind und die kraftschlüssige Drehmomentübertragung über die Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente erfolgt, wobei zumindest ein Magnetelement der beiden Einheiten zur Veränderung der Magnetfeldüberdeckung der Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente innerhalb seiner Einheit verlagerbar angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden Zugmitteltrieb und ein Verfahren zum Antrieb eines über eine Rolleneinrichtung angebundenen Nebenaggregats.

Description

Gebiet der Erfindung
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.
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.
Die DE 197 27 914 A1 und die WO 88/06233 A1 lehren Anordnungen bzw. Kupplungen, bei denen zwei Magnetelemente axial zueinander angeordnet sind.
Gegenstand der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen variablen und sicheren Antrieb von Nebenaggregaten mittels eines Zugmitteltriebs ermöglichen.
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.
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, (c) eine Magnetkupplung zur kraftschlüssigen Drehmomentübertragung zwischen dem Rollenelement und der Abtriebswelle, wobei die Magnetkupplung eine mit dem Rollenelement verbundene primärseitige Einheit mit mindestens einem primären Magnetelement und eine mit der Abtriebswelle verbundene sekundärseitige Einheit mit mindestens einem sekundärseitigen Magnetelement aufweist. Die Magnetelemente sind permanentmagnetische und/oder elektromagnetische Magnetelemente. Die kraftschlüssige Drehmomentübertragung erfolgt über die Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente, wobei zumindest ein Magnetelement der beiden Einheiten zur Veränderung der Magnetfeldüberdeckung der Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente innerhalb seiner Einheit verlagerbar angeordnet ist. Durch die Verlagerbarkeit des mindestens einen Magnetelements ergibt sich die Möglichkeit eine hohe Drehmoment- und Drehzahlvarianz am Abtriebsstrang zu realisieren. Vorzugsweise sind alle Magnetelemente von zumindest einer der beiden Einheiten zur Veränderung der Magnetfeldüberdeckung der Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente innerhalb seiner Einheit verlagerbar angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verlagerbarkeit des mindestens einen Magnetelements eine radiale Verlagerbarkeit ist oder zumindest eine radiale Komponente aufweist.
Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Verlagerbarkeit des mindestens einen Magnetelements eine axiale Verlagerbarkeit ist oder zumindest eine axiale Komponente aufweist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine verlagerbare Magnetelement ein permanentmagnetisches Magnetelement. Alternativ ist vorgesehen, dass das mindestens eine verlagerbare Magnetelement ein elektromagnetisches Magnetelement ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Rolleneinrichtung mindestens eine Aktoreinrichtung zur Verlagerung des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements auf. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung weist die Rolleneinrichtung weiterhin mindestens ein der Aktoreinrichtung entgegenwirkendes Rückstellelement zur Verlagerung des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements auf.
Mit Vorteil ist die Magnetkupplung als Wirbelstromkupplung ausgebildet. Eine derartige Magnetkupplung kann besonders einfach und robust ausgebildet sein.
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 der oben genannten Rolleneinrichtung 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.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Antrieb eines über eine vorstehend beschriebene Rolleneinrichtung angebundenen Nebenaggregats eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Steuerung und/oder Regelung einer Nenndrehzahl der Abtriebswelle der Rolleneinrichtung durch eine Verlagerung des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements erfolgt. Durch die Verlagerung des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements ergibt sich eine hohe Drehmoment- und Drehzahlvarianz am Abtriebsstrang. Das Verfahren kann insbesondere wie vorstehend anhand der Rolleneinrichtung erläutert aus- und weitergebildet sein.
Zeichnungen
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:
1: eine schematische Schnittansicht einer Rolleneinrichtung mit einer Magnetkupplung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
2: ein Schaubild zur Erläuterung der Verlagerung von verlagerbaren Magnetelementen der Magnetkupplung,
3: eine schematische Darstellung des sich verändernden Überlapps zwischen den korrespondierenden Magnetelementen von Primär- und Sekundäreinheit der Magnetkupplung,
4: eine als Wirbelstromkupplung ausgebildete Magnetkupplung mit radial verlagerbaren primären Magnetelementen in einer ersten Position,
5: eine als Wirbelstromkupplung ausgebildete Magnetkupplung mit radial verlagerbaren primären Magnetelementen in einer zweiten Position,
6: eine Magnetkupplung mit axial verlagerbaren primären Magnetelementen.
Die 1 zeigt eine Rolleneinrichtung 10 für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Schnittansicht. Die Rolleneinrichtung 10 weist eingangsseitig ein Rollenelement 12 zum Einleiten eines über das (nicht dargestellte) Zugmittel des Zugmitteltriebs bereitgestellten Drehmoments auf. Das Zugmittel kann beispielsweise ein Riemen, eine Kette, etc. sein. Das Rollenelement 12 ist über eine Eingangswelle 14 drehfest mit einer primärseitigen Einheit 16 einer Magnetkupplung 18 verbunden. Eine sekundärseitige Einheit 20 der Magnetkupplung 18 ist ausgangsseitig drehfest mit einer Abtriebswelle 22 der Rolleneinrichtung 10 verbunden. Die Magnetkupplung 18 ist somit eine Kupplung zur kraftschlüssigen Drehmomentübertragung zwischen dem Rollenelement 12 und der Abtriebswelle 22. Die Abtriebswelle 22 ist eine Abtriebswelle 22 zum Antrieb eines (nicht gezeigten) Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs.
In jeder der beiden Einheiten 16, 20 der Magnetkupplung 18 ist mindestens ein Magnetelement 24, 26 angeordnet. In der schematischen Darstellung der 1 sind zwei primäre Magnetelemente 24 der primären Einheit 16 und zwei sekundäre Magnetelemente 26 der sekundären Einheit 20 dargestellt. Die kraftschlüssige Drehmomentübertragung erfolgt (zumindest im Normalbetrieb) über die Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente 24, 26. Die beiden Einheiten 16, 20 der Magnetkupplung 18 sind innerhalb der Rolleneinrichtung 10 gegeneinander verdrehbar gelagert und bringen die primären Magnetelemente 24 bezüglich einer Ebene 28 senkrecht zu einer gemeinsamen Achse 30 der Wellen 14, 22 in Gegenüberlage zu den sekundären Magnetelementen 26.
Während die sekundären Magnetelemente 26 innerhalb ihrer Einheit 20 starr angeordnet sind, sind die primären Magnetelemente 24 innerhalb ihrer Einheit 16 zur Veränderung der Magnetfeldüberdeckung der Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente 24, 26 innerhalb ihrer Einheit 16 verlagerbar angeordnet (Doppelpfeil 32). Genauer gesagt sind diese verlagerbaren Magnetelemente 24 innerhalb ihrer Einheit 16 radial verlagerbar angeordnet. Durch die Verlagerung der verlagerbaren Magnetfeldelemente kommt es zu einer Veränderung der Magnetfeldüberdeckung der Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente 24, 26. Dies bewirkt eine Veränderung des übertragenen Drehmoments. Durch die Verlagerung der verlagerbaren Magnetelemente (hier der primären Magnetelemente 24) kann die Drehzahl ω2 der Abtriebswelle 22 und des an diese angeschlossenen Nebenaggregats bei gegenüber der vom Zugmitteltrieb vorgegebenen Drehzahl ω1 des Rollenelements 12 variiert werden.
Zur Verlagerung des verlagerbaren Magnetfeldelements 24, 26 bzw. eines jeden der verlagerbaren Magnetfeldelemente 24, 26 weist die entsprechende Einheit 16, 20 eine in 2 angedeutete (jedoch nicht gezeigte) Aktoreinrichtung auf. Diese generiert eine Stellkraft F_stell. In der Regel weist die entsprechende Einheit 16, 20 auch jeweils ein der Aktoreinrichtung entgegenwirkendes Rückstellelement 34 zur Rück-Verlagerung des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements 24, 26 auf. Dieses befindet sich bei einem einfachen Aufbau auf der der Aktoreinrichtung gegenüberliegenden Seite des verlagerbaren Magnetelements 24, 26 und erzeugt eine Rückstellkraft F. Diese Situation ist im oberen Bereich der 2 dargestellt. Die Verlagerung des Magnetelements 24, 26 resultiert aus der Überlagerung von Stellkraft und Rückstellkraft.
Der untere Teil der 2 zeigt ein einfaches Beispiel eines Rückstellelements 34. Dieses ist als Federelement, genauer gesagt als Schraubenfeder ausgebildet. Diese Schraubenfeder wirkt als Druckfeder und stützt sich mit seinem dem Magnetelement abgewandten Ende an einem Teil der entsprechenden Einheit 16, 20 der Magnetkupplung ab.
2 illustriert das Prinzip der Verlagerung bzw. Verstellung von verlagerbaren Magnetelementen 24, 26. Eine Extremstellung bzw. Position des Elementes 24, 26 wird über das Rückstellelement 34 realisiert. Mittels der Aktoreinrichtung kann das Magnetelement 24, 26 bewegt bzw. gestellt werden, wobei sich durch ein Kräftegleichgewicht von Stell- und Rückstellkraft eine Ruhelage des Magnetelementes 24, 26 einstellt.
In 3 sind beispielhaft verschiedene Ruhelagen des Magnetelementes 24, 26 dargestellt. Hierbei kennzeichnen die Gruppierungen ganz links bzw. ganz rechts die Extremlagen des Magnetelementes 24, 26 bei der die Aktoreinrichtung maximal agiert und das Rückstellelement 34 maximal ausgelenkt ist bzw. die Aktoreinrichtung passiv ist und das Rückstellelement 34 in Nennstellung ist. Für die Wirkung der Wirbelströme ist die wirksame Überdeckungsfläche 36 relevant. Je größer diese ist, desto größer das wirksame Drehmoment und damit desto geringer der Schlupf zwischen Rollenelement 12 und Abtriebswelle 22.
4 zeigt die Einheiten 16, 20 einer als Wirbelstromkupplung ausgebildete Magnetkupplung 18 mit radial verlagerbaren primären Magnetelemente 24 in einer ersten Position. Das einzige sekundäre Magnetelement 26 ist ein als einzelne ringförmige geschlossene Leiterschleife 38 ausgebildetes elektromagnetisches Magnetelement. Der in 4 dargestellte Schaltzustand der Kupplung 18 ist EIN. Das bedeutet eine maximale Feldmitnahme (Wirbelstrom) des sekundären Magnetelements 26 der sekundären Einheit 20 durch die primären Magnetelemente 24 der primären Einheit 16. Dies entspricht dem Zustand auf der rechten Seite in 3. Die primären Magnetelemente 24 sind in einer jeweiligen Führungsschiene 40 radial nach außen bzw. innen verlagerbar. Primäre und sekundäre Einheit 16, 20 der Magnetkupplung 18 sind zur besseren Verständlichkeit im Bild etwas auseinandergestellt. In einer sinnvollen Umsetzung ist angestrebt den axialen Abstand zwischen primärer und sekundärer Einheit 16, 20 möglichst gering zu halten. In einer Variante können die primäre und die sekundäre Einheit 16, 20 axial zueinander bewegt bzw. voneinander entfernt werden.
5 entspricht dem Schaltzustand AUS der Magnetkupplung 18 aus 4. Die Magnetelemente 24 sind über den in 2 beschriebenen Mechanismus maximal ausgelenkt und es stellt sich minimale Überdeckung zwischen den Magnetfeldern der primären und sekundären Magnetelementen 24, 26 ein.
6 Zeigt eine Magnetkupplung 18 bei der die Magnetelemente 24, 26 der einen Einheit 16, 20 axial gegenüber den Magnetelementen 26, 24 der anderen Einheit 20, 16 verlagerbar sind. Die Überdeckung der Magnetfelder der primären und sekundären Magnetelemente 24, 26 kann durch axiales Verschieben gestellt werden.
Für alle Ausführungsvarianten gilt, dass primäre und sekundäre Einheit 16, 20 vertauscht werden können. Ebenso kann der in 2 beschriebene Verstellmechanismus invertiert werden, d. h. die linke oder rechte Extremlage kann über das Rückstellelement 34 oder die Aktoreinrichtung erreicht werden.
Das Rückstellelement 34 kann jede Art von mechanischem (Kraft-/Energie-)Speicher sein wie z. B. Feder, Schraubenfeder, Druckfeder, Zugfeder, Spiralfeder, Drehfeder, Schlingfeder, Viskofeder, Gasdruckfeder, Luftfeder, Elastomerfeder, Blattfeder, Tellerfeder, Drehstabfeder, zylindrische Schraubenfeder, kegelige Schraubendruckfeder, Wickelfeder. Ebenso kann der (Kraft-/Energie-)Speicher auch elektrisch, magnetisch, elektrostatisch, pneumatisch, hydraulisch, thermisch oder chemisch aufgebaut sein.
Bezugszeichenliste

10: Rolleneinrichtung
12: Rollenelement
14: Eingangswelle
16: primärseitige Einheit
18: Magnetkupplung
20: sekundärseitige Einheit
22: Abtriebswelle
24: primäres Magnetelement
26: sekundäres Magnetelement
28: Ebene
30: Achse
32: Doppelpfeil
34: Rückstellelement
36: Überdeckungsfläche
38: Leiterschleife
40: Führungsschiene

Claims

Rolleneinrichtung (10) für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs, mit – einem Rollenelement (12) zum Einleiten eines über das Zugmittel des Zugmitteltriebs bereitgestellten Drehmoments, – einer Abtriebswelle (22) zum Antrieb eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs und – einer Magnetkupplung (18) zur kraftschlüssigen Drehmomentübertragung zwischen dem Rollenelement (12) und der Abtriebswelle (22), wobei die Magnetkupplung (18) eine mit dem Rollenelement (12) verbundene primärseitige Einheit (16) mit mindestens einem primären Magnetelement (24) und eine mit der Abtriebswelle (22) verbundene sekundärseitige Einheit (20) mit mindestens einem sekundärseitigen Magnetelement (26) aufweist, wobei die Magnetelemente (24, 26) permanentmagnetische und/oder elektromagnetische Magnetelemente sind und die kraftschlüssige Drehmomentübertragung über die Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente (24, 26) erfolgt, wobei zumindest ein Magnetelement (24, 26) der beiden Einheiten (16, 20) zur Veränderung der Magnetfeldüberdeckung der Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente (24, 26) innerhalb seiner Einheit (16, 20) verlagerbar angeordnet ist.
Rolleneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerbarkeit des mindestens einen Magnetelements (24, 26) eine radiale Verlagerbarkeit ist oder zumindest eine radiale Komponente aufweist.
Rolleneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerbarkeit des mindestens einen Magnetelements (24, 26) eine axiale Verlagerbarkeit ist oder zumindest eine axiale Komponente aufweist.
Rolleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine verlagerbare Magnetelement (24, 26) ein permanentmagnetisches Magnetelement ist.
Rolleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine verlagerbare Magnetelement (24, 26) ein elektromagnetisches Magnetelement ist.
Rolleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens eine Aktoreinrichtung zur Verlagerung des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements (24, 26).
Rolleneinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens ein der Aktoreinrichtung entgegenwirkendes Rückstellelement (34) zur Verlagerung des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements (24, 26).
Rolleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkupplung (18) als Wirbelstromkupplung ausgebildet ist.
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 die Ausgangsrolleneinrichtung oder mindestens eine der Ausgangsrolleneinrichtungen als Rolleneinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgestaltet ist.
Verfahren zum Antrieb eines über eine Rolleneinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 angebundenen Nebenaggregats eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Steuerung und/oder Regelung einer Drehzahl der Abtriebswelle (22) der Rolleneinrichtung (10) durch eine Verlagerung des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements (24, 26) der Magnetkupplung (18) der Rolleneinrichtung (10) erfolgt.