DE102014207218A1

DE102014207218A1 - Vorrichtung zur Antriebsanbindung eines Nebenaggregatetriebs eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102014207218A1
Application number: DE201410207218
Authority: DE
Inventors: Eckhard KIRCHNER; Sascha Rüth
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2014-10-30
Also published as: WO2014177147A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Antriebsanbindung eines Nebenaggregatetriebs eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtriebsrad (1) des Nebenaggregatetriebs durch eine Kupplung (4) zur Übertragung einer Antriebsleistung mit einem ersten Antriebsrad (2) und einem zweiten Antriebsrad (3) koppelbar ist, wobei das erste Antriebsrad (2) einen Hohlraum (8) bildet, in dem die Kupplung (4) und das zweite Antriebsrad (3) zumindest teilweise angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zum Antrieb eines Nebenaggregatetriebs eines Fahrzeugs.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Antriebsanbindung eines Nebenaggregatetriebs eines Fahrzeugs und eine Anordnung zum Antrieb eines solchen Nebenaggregatetriebs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 11 näher definierten Art.
In Kraftfahrzeugen mit konventionellen Verbrennungsmotoren werden die Nebenaggregate wie zum Beispiel Generator, Klimaanlage, Wasserpumpe usw. üblicherweise über einen Riementrieb, einen so genannten Front Engine Accessory Drive (FEAD), angetrieben, der direkt mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist. Dabei werden im Riementrieb zunehmend Komponenten vorgesehen, die ein Abkoppeln des Riementriebs vom Verbrennungsmotor erlauben. In Verbindung mit einem Start-Stopp-System müssen diese Nebenaggregate bei einem Motor-Stopp abgeschaltet oder beispielsweise elektrisch betrieben werden. Das gilt sowohl für den Motor-Stopp bei stehendem als auch bei fahrendem Fahrzeug (sogenannter Segelbetrieb). Die direkte Kopplung des Riementriebs an den Verbrennungsmotor bedingt Wirkungsgradverluste, da im transienten Betrieb der Riementrieb starr an die Drehzahl des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Der elektrische Betrieb des Riementriebs wirkt sich bei einem Stopp des Verbrennungsmotors hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrads (Energiewandlung) in vielen Betriebspunkten ungünstig aus.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Antriebsanbindung eines Nebenaggregatetriebs eines Fahrzeugs und eine Anordnung zum Antrieb eines Nebenaggregatetriebs vorzuschlagen, die bauraumsparend und einfach aufgebaut sind und einen effektiven Betrieb der Nebenaggregate erlauben.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 11 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Es wird eine Vorrichtung zur Antriebsanbindung eines Nebenaggregatetriebs eines Fahrzeugs vorgeschlagen, bei der ein Abtriebsrad des Nebenaggregatetriebs durch eine Kupplung zur Übertragung einer Antriebsleistung mit einem ersten Antriebsrad und einem zweiten Antriebsrad koppelbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass das erste Antriebsrad einen Hohlraum bildet, in dem die Kupplung und das zweite Antriebsrad zumindest teilweise angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine bauraumsparende und zugleich einfach aufgebaute Antriebsanbindung eines Nebenaggregatetriebs erreicht. Zudem wird ein Schalten zwischen unabhängig voneinander antreibbaren Antriebsrädern ermöglicht, so dass die Nebenaggregate durch unterschiedliche Antriebe effektiv und wirkungsgradoptimiert antreibbar sind.
Eine besonders einfache Ausbildung des Hohlraums am ersten Antriebsrad wird durch einen hohlzylindrischen Ringabschnitt erreicht, der den Hohlraum radial umschließt.
Eine weitere Bauraumeinsparung ist dadurch möglich, dass das Abtriebsrad an einem hohlzylindrischen Ringabschnitt radial außen und an einem Nabenabschnitt radial innen einen Ringraum begrenzt, in dem das erste Antriebsrad koaxial angeordnet und teilweise von diesem umschlossen ist.
Es ist von Vorteil, wenn radial außen der Ringabschnitt des ersten Antriebsrads teilweise vom Ringabschnitt des Abtriebsrads und radial innen der Nabenabschnitt des Abtriebsrads teilweise von einem Nabenabschnitt des ersten Antriebsrads umschlossen ist. Auf einfache Weise sind so Abtriebsrad und erstes Antriebsrad an ihren Ring- und Nabenabschnitten koaxial ineinandergeschachtelt besonders bauraumsparend anordenbar. Außerdem ist an den radial hintereinander angeordneten Nabenabschnitten eine einfache Lagerung der Vorrichtung möglich.
Zur Kraft- und Bewegungsübertragung können Abtriebsrad und erstes Antriebsrad jeweils am Außendurchmesser ihrer radial äußeren Ringabschnitte eine Verzahnung bilden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind das erste Antriebsrad und das Abtriebsrad jeweils als Riemenscheibe ausgebildet. Dadurch sind erstes Antriebsrad und Abtriebsrad jeweils durch einen Riementrieb an- bzw. abtreibbar. An der Kupplung ist sowohl vom ersten Antriebsrad auf das Abtriebsrad als auch umgekehrt von diesem auf das erste Antriebsrad eine Antriebsleistung übertragbar.
Zum Koppeln von erstem und zweitem Antriebsrad mit dem Abtriebsrad weist die Kupplung bevorzugt ein im Hohlraum des ersten Antriebsrads koaxial verschiebbar angeordnetes Schaltelement auf.
Vorzugsweise erstrecken sich Abtriebsrad und erstes Antriebsrad zum Koppeln mit dem Schaltelement jeweils mit einem axialen Ende ihrer Nabenabschnitte in den vom Ringabschnitt des ersten Antriebsrads umschlossenen Hohlraum.
Bevorzugt ist hierbei am Ende der Nabenabschnitte zum Koppeln mit dem Schaltelement jeweils ein drehfest mit diesen verbundenes Kupplungselement angeordnet.
Vorzugsweise ist das Schaltelement im Hohlraum mit einem ersten Kupplungselement am Nabenabschnitt des Abtriebsrads drehfest verbunden und zugleich verschiebbar zu diesem angeordnet. Die Kupplung kann so als einfache axial beidseitig wirkende Zwei-Wege-Kupplung im Hohlraum des ersten Antriebsrads angeordnet werden.
Bevorzugt ist dabei zum Koppeln mit dem Schaltelement das erste Kupplungselement axial mittig zwischen dem zweiten Antriebsrad einerseits und einem zweiten Kupplungselement am Nabenabschnitt des ersten Antriebsrads andererseits angeordnet.
Bevorzugt ist das Schaltelement in einer neutralen Schaltstellung sowohl vom zweiten Kupplungselement als auch vom zweiten Antriebsrad entkoppelt. Vorzugsweise ist hierbei das Schaltelement durch axiales Verschieben aus der neutralen Schaltstellung in einer axialen Richtung in einer ersten Schaltstellung mit dem zweiten Kupplungselement und durch axiales Verschieben aus der neutralen Schaltstellung in die andere axiale Richtung in einer zweiten Schaltstellung mit dem zweiten Antriebsrad drehfest koppelbar.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Abtriebsrad, erstes und zweites Antriebsrad koaxial zur Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs angeordnet. Bevorzugt sind dabei erstes Antriebsrad und Abtriebsrad zueinander und zur Kurbelwelle verdrehbar und das zweite Antriebsrad an einem freien Ende der Kurbelwelle drehfest verbunden mit dieser angeordnet. Die Vorrichtung ist so auf einfache Weise als kompakte Baueinheit bauraumsparend koaxial zur Kurbelwelle anordenbar und auch bei bestehenden Anordnungen im Bauraum des vorhandenen Nebenaggregatetriebs nachrüstbar.
Das zweite Antriebsrad ist vorzugsweise als drehfest am Ende der Kurbelwelle aufgesetztes Zahnrad ausgebildet. In das zweite Antriebsrad kann ein Dämpfungselement zur Dämpfung von vom Verbrennungsmotor an der Kurbelwelle erzeugten Drehungleichförmigkeiten integriert sein.
Erstes und zweites Kupplungselement können als mit den Nabenabschnitten einteilig ausgebildete Räder oder Scheiben mit Kupplungsverzahnung ausgeführt sein.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung steht das erste Antriebsrad in unterbrechungsfreier Antriebsverbindung mit zumindest einem Fahrzeugrad und ist so durch die Bewegungsenergie des rollenden Fahrzeugs antreibbar.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch eine Anordnung zum Antrieb eines Nebenaggregatetriebs eines Fahrzeugs gelöst, wobei der Nebenaggregatetrieb von einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs antreibbar ist. Hierbei ist die Kurbelwelle an einem Ende über eine Fahrzeugkupplung mit einem Fahrzeuggetriebe verbunden, das über ein Differenzialgetriebe in Antriebsverbindung mit einer antreibbaren Achse des Fahrzeugs steht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass am vom Fahrzeuggetriebe abgewandten Ende der Kurbelwelle ein Abtriebsrad des Nebenaggregatetriebs über eine Kupplung zur Übertragung einer Antriebsleistung mit einem ersten Antriebsrad, das in unterbrechungsfreier Antriebsverbindung mit zumindest einem Fahrzeugrad steht, und mit einem zweiten Antriebsrad zum Antrieb durch die Kurbelwelle koppelbar ist. Die Nebenaggregate des Fahrzeugs können so am ersten Antriebsrad durch die Bewegungsenergie des rollenden Fahrzeugs oder am zweiten Antriebsrad über die Kurbelwelle durch den Verbrennungsmotor effektiv angetrieben werden. Zudem kann die Antriebsanbindung des Nebenaggregatetriebs am Ende der Kurbelwelle bauraumsparend ausgebildet werden.
Vorzugsweise ist das erste Antriebsrad über einen Zugmitteltrieb mit der antreibbaren Achse des Fahrzeugs zur Übertragung einer Antriebsleistung verbunden. Bevorzugt weist dabei der Zugmitteltrieb zur Anbindung an die antreibbare Achse des Fahrzeugs ein Antriebsrad auf, das koaxial zu dieser angeordnet und drehfest mit dieser verbunden ist. Der Nebenaggregatetrieb ist so direkt durch die rotierende Achse des rollenden Fahrzeugs antreibbar.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das Antriebsrad zur Anbindung an die antreibbare Achse des Fahrzeugs drehfest auf einer koaxial und verdrehbar zur Achse ausgebildeten Hohlwelle anzuordnen, die ihrerseits drehfest mit dem Differenzialgetriebe der Achse verbunden ist. Auf diese Weise wird eine neutrale Anbindung an die Achse des Fahrzeugs mit gleichmäßiger Momentenverteilung erreicht. Dadurch ist ein Schiefziehen des Fahrzeugs (Torque-Steering) während des Antriebs an der Achse, insbesondere bei starker Beschleunigung des Fahrzeugs, vermeidbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1 einen schematischen Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Antriebsanbindung eines Nebenaggregatetriebs,
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Antriebsanbindung eines Nebenaggregatetriebs an einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs und einer erfindungsgemäße Anordnung zum Antrieb eines Nebenaggregatetriebs.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist schematisch und beispielhaft eine Vorrichtung zur Antriebsanbindung eines Nebenaggregatetriebs eines Fahrzeugs dargestellt. Die Vorrichtung weist ein Abtriebsrad 1 des nicht weiter dargestellten Nebenaggregatetriebs, ein erstes Antriebsrad 2 und ein zweites Antriebsrad 3 auf. Abtriebsrad 1 und Antriebsräder 2, 3 sind koaxial verdrehbar zueinander angeordnet. Erstes und zweites Antriebsrad 2, 3 sind durch eine Kupplung 4 mit dem Abtriebsrad 1 zur Übertragung einer Antriebsleistung wechselweise koppelbar. Dabei ist sowohl vom ersten Antriebsrad 2 auf das Abtriebsrad 1 als auch umgekehrt von diesem auf das erste Antriebsrad 2 eine Antriebsleistung durch die Kupplung 4 übertragbar. Das erste Antriebsrad 2 ist von einem ersten Antriebspfad und zweite Antriebsrad 3 von einem zweiten Antriebspfad antreibbar. Dadurch sind erstes und zweites Antriebsrad 2, 3 unabhängig voneinander antreibbar. Abtriebsrad 1 und erstes Antriebsrad 2 sind koaxial zu einem freien Endabschnitt einer Kurbelwelle 5 eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs angeordnet und jeweils im Teilschnitt nur halb angedeutet. Sie sind als Riemenscheiben jeweils rotationssymmetrisch zu ihrer Drehachse ausgeführt. Das zweite Antriebsrad 3 ist als Zahnrad am freien Ende der Kurbelwelle 5 mit dieser festverbunden angeordnet.
Erstes Antriebsrad 2 und Abtriebsrad 1 weisen jeweils radial außen einen koaxial zur Drehachse angeordneten hohlzylindrischen Ringabschnitt 6, 7 auf. Der Ringabschnitt 6 am ersten Antriebsrad 2 umschließt radial einen Hohlraum 8, in dem die Kupplung 4 und das zweite Antriebsrad 3 koaxial angeordnet sind. Am Abtriebsrad 1 begrenzen der Ringabschnitt 7 radial außen und ein Nabenabschnitt 9 radial innen einen Ringraum 10, in den das erste Antriebsrad 2 an seiner von der Kupplung 4 abgewandten Seite aufgenommen und vom Abtriebsrad 1 umschlossen ist. Auf diese Weise sind erstes Antriebsrad 2 und Abtriebsrad 1 topfartig ineinander verschachtelt angeordnet.
Dabei ist der Ringabschnitt 6 des ersten Antriebsrads 2 radial außen teilweise vom Ringabschnitt 7 des Abtriebsrads 1 umschlossen. Radial innen ist dagegen der Nabenabschnitt 9 des Abtriebrads 1 von einem Nabenabschnitt 11 des ersten Antriebsrads 2 umschlossen. Auf diese Weise sind Abtriebsrad 1 und erstes Antriebsrad 2 an ihren Ringabschnitten 6, 7 radial außen und an ihren Nabenabschnitten 9, 11 radial innen bauraumsparend axial ineinandergeschoben.
Am ersten Antriebsrad 2 und am Abtriebsrad 1 sind die Ring- und Nabenabschnitte 6, 7, 9, 11 jeweils an ihren von der Kupplung abgewandten axialen Seiten durch einen ringscheibenförmigen Abschnitt topfartig radial verbunden. Dieser schließt am ersten Antriebsrad 2 den Hohlraum 8 und am Abtriebsrad 1 den Ringraum 10 jeweils an der von der Kupplung 4 abgewandten Seite axial ab. Radial außen ragt an der der Kupplung 4 zugewandten offenen Seite das erste Antriebsrad 2 an einem freien Ende seines Ringabschnitts 6 am Ringabschnitt 7 des Abtriebrads 1 axial heraus. Am Außendurchmesser des Ringabschnitts 7 und am Außendurchmesser des aus diesem herausragenden Endes des Ringabschnitts 6 ist jeweils eine Verzahnung 12, 13 zur Kraft- und Bewegungsübertragung, hier zum Angriff eines Zahnriemens, ringförmig ausgebildet. Radial innen erstrecken sich die Nabenabschnitte 9, 11 jeweils an ihren der Kupplung 4 zugewandten axialen Enden bis in den vom Ringabschnitt 6 des ersten Antriebsrads 2 umschlossenen Hohlraum 8 zum Koppeln an der Kupplung 4.
Die Kupplung 4 weist ein Schaltelement 14 zum Koppeln von erstem und zweitem Antriebsrad 2, 3 mit dem Abtriebsrad 1 auf. Das Schaltelement 14 ist in dem vom radial äußeren Ringabschnitt 6 des ersten Antriebsrads 2 umschlossenen Hohlraum 8 koaxial zur Kurbelwelle 5 verschiebbar angeordnet. Das Schaltelement 14 ist ebenfalls nur im Teilschnitt halb angedeutet und hier beispielhaft als koaxial zur Kurbelwelle 5 angeordnete Schiebemuffe ausgeführt. Zum Koppeln mit dem Schaltelement 14 sind dabei im Hohlraum 8 an den in diesen hereinreichenden axialen Enden der Nabenabschnitte 9, 11 jeweils mit diesen drehfest verbundene koaxial angeordnete Kupplungselemente 15, 16 vorgesehen. Das Schaltelement 14 ist zudem mit einem ersten Kupplungselement 15 am Nabenabschnitt 9 des Abtriebsrads 1 drehfest verbunden und zugleich koaxial verschiebbar zu diesem im Hohlraum 8 angeordnet. Das erste Kupplungselement 15 ist hierbei axial mittig zwischen dem zweiten Antriebsrad 3 einerseits und einem zweiten Kupplungselement 16 am Nabenabschnitt 11 des ersten Antriebsrads 2 andererseits angeordnet. Dabei sind zweites Antriebsrad 2, erstes Kupplungselement 15 und zweites Kupplungselement 16 entlang der Kurbelwelle 5 axial hintereinander angeordnet. Die Kupplungselemente 15, 16 und das zweite Antriebsrad 3 weisen mit dem Schaltelement 14 korrespondierende Kupplungsverzahnungen auf und sind als drehfest mit den Nabenabschnitten 9, 11 bzw. der Kurbelwelle 5 verbundene Zahn- oder Kupplungsräder oder -scheiben ausgeführt. Die Kupplungselemente 15, 16 sind hier einteilig mit den Nabenabschnitten 9, 11 ausgeführt.
Das Schaltelement 14 ist im Hohlraum 8 aus einer dargestellten neutralen Schaltstellung, in der es vom zweiten Kupplungselement 16 und dem zweiten Antriebsrad 3 entkoppelt ist, in beide axiale Richtungen, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, koaxial zur Kurbelwelle 5 verschiebbar. Durch axiales Verschieben aus seiner Neutralstellung in Richtung des zweiten Antriebsrads 3 in eine erste Schaltstellung ist das Schaltelement 14 mit dem zweiten Antriebsrad 3 koppelbar. Durch axiales Verschieben aus der neutralen Schaltstellung in Richtung des ersten Antriebsrads 2 ist das Schaltelement 14 in einer zweiten Schaltstellung mit dem zweiten Kupplungselement 16 am ersten Antriebsrad 2 drehfest koppelbar. Zur Dämpfung der vom Verbrennungsmotor an der Kurbelwelle erzeugten ungleichförmigen Drehbewegung ist am Kurbelwellenende ein angedeutetes Dämpfungselement in das zweite Antriebsrad 3 integriert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Integration einer beidseitig wirkenden Kupplung 4 in ein Antriebsrad 2 einer Antriebsanbindung eines Nebenaggregatetriebs. Die Kupplung 4 kann dabei als reibschlüssig synchronisierende und formschlüssig leistungsübertragende Sonderform einer Synchronisation ausgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht folgende Betriebszustände:

– Das Abtriebsrad 1 des Nebenaggregatetriebs ist in einer ersten Schaltstellung der Kupplung 4 mit dem zweiten Antriebsrad 3 gekoppelt, während das erste Antriebsrad 2 vom Abtriebsrad 1 entkoppelt ist. Dabei werden die mit dem Nebenaggregatetrieb verbundenen Nebenaggregate durch die Kurbelwelle 5 von einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben.
– Das Abtriebsrad 1 des Nebenaggregatetriebs ist in einer zweiten Schaltstellung der Kupplung 4 mit dem ersten Antriebsrad 2 gekoppelt, während das zweite Antriebsrad 3 vom Abtriebsrad 1 entkoppelt ist. Dabei werden die Nebenaggregate in unterbrechungsfreier Antriebsverbindung von zumindest einem Fahrzeugrad 24 durch die Bewegungsenergie des rollenden Fahrzeugs angetrieben oder umgekehrt eine antreibbare Achse des Fahrzeugs bzw. zumindest ein mit dieser verbundenes Fahrzeugrad 24 durch eine mit dem Nebenaggregatetrieb in Antriebsverbindung stehende elektrische Maschine, insbesondere ein Riemen-Starter-Generator, angetrieben.
– Das Abtriebsrad 1 des Nebenaggregatetriebs, erstes und zweites Antriebsrad 2, 3 sind in der neutralen Schaltstellung der Kupplung 4 voneinander entkoppelt. Die Nebenaggregate werden durch den Riemen-Startergenerator angetrieben.

2 zeigt in einer schematischen Darstellung beispielhaft eine Vorrichtung zur Antriebsanbindung eines Nebenaggregatetriebs an einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs und eine erfindungsgemäße Anordnung zum Antrieb eines Nebenaggregatetriebs eines Fahrzeugs. Der Antriebsstrang des Fahrzeugs weist eine Kurbelwelle 5 eines nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotors des Fahrzeugs auf. Die Kurbelwelle 5 ist an einem nicht dargestellten Ende über eine lösbare Fahrzeugkupplung mit einem ebenfalls nicht dargestellten schaltbaren Fahrzeuggetriebe verbunden, das mit einem Differenzialgetriebe 22 einer antreibbaren Achse des Fahrzeugs, einem sogenannten Achsdifferenzial, in Antriebsverbindung steht. Am vom Fahrzeuggetriebe abgewandten freien Ende der Kurbelwelle 5 ist eine Kupplung 4 angeordnet, die ein Abtriebsrad 1 des Nebenaggregatetriebs mit dem ersten und dem zweiten Antriebsrad 2, 3 koppelbar verbindet. Dabei ist das zweite Antriebsrad 3 mit der Kurbelwelle 5 drehfest verbunden und über diese durch den Verbrennungsmotor antreibbar. Abtriebsrad 1 und erstes Antriebsrad 2 sind koaxial verdrehbar zur Kurbelwelle 5 angeordnet. Das erste Antriebsrad 2 steht über einen Zugmitteltrieb 18 in direkter Verbindung mit der antreibbaren Achse des Fahrzeugs und über diese in unterbrechungsfreier Antriebsverbindung mit zumindest einem Fahrzeugrad 24 und ist so durch die Bewegungsenergie des rollenden Fahrzeugs antreibbar. Auf diese Weise sind erstes und zweites Antriebsrad 2, 3 und über die Kupplung 4 das Abtriebsrad 1 bzw. der Nebenaggregatetrieb durch unabhängig voneinander betreibbare Antriebspfade antreibbar. Dabei bilden Kupplung 4, Abtriebsrad 1, erstes und zweites Antriebsrad 2, 3 eine Vorrichtung zur Antriebsanbindung eines Nebenaggregatetriebs und können beispielsweise gemäß 1 ausgeführt sein.
Der Nebenaggregatetrieb bildet einen ersten Zugmitteltrieb 17, bei dem das Abtriebsrad 1 als eine Riemenscheibe über ein Zugmittel, hier einen Riemen, mit Nebenaggregaten des Fahrzeugs, wie zum Beispiel einem Riemen-Starter-Generator RSG, einem Klimakompressor A/C und einer Kühlwasserpumpe WP, antriebsverbunden ist.
Das erste Antriebsrad 2 ist über ein Zugmittel eines zweiten Zugmitteltriebs 18, hier ein Riemen eines Riementriebs, direkt mit einer antreibbaren Achse des Fahrzeugs verbunden. Der zweite Zugmitteltrieb 18 besteht aus dem ersten Antriebsrad 2, dem Zugmittel und einem weiteren Rad 19. Dieses ist hier als eine Riemenscheibe ausgeführt und koaxial auf einer Hohlwelle 20 drehfest mit dieser verbunden angeordnet. Die Hohlwelle 20 ist ihrerseits koaxial verdrehbar zur antreibbaren Achse des Fahrzeugs, hier einer Antriebs- oder Achswelle 21 angeordnet. Der zweite Zugmitteltrieb 18 ist somit am Rad 19 direkt mit der antreibbaren Achse des Fahrzeugs verbunden. Das Rad 19 steht dabei über den zweiten Zugmitteltrieb 18 in direkter Antriebsverbindung mit dem ersten Antriebsrad 2. Die Hohlwelle 20 steht an einem Ende mit einem Differenzialgetriebe 22, beispielsweise mit einem Differenzialkorb oder einem Differenzialgehäuse, in Antriebsverbindung. Am anderen Ende der Hohlwelle 20 ist das Rad 19 festverbunden mit dieser angeordnet. Die antreibbare Achse ist beispielhaft als Vorderachse eines Front-Quer-Antriebs ausgeführt. Die Achse weist zwei Antriebs- oder Achswellen 21, 23 auf, die jeweils über ein Gleichlaufgelenk das Differenzialgetriebe mit einem antreibbaren Fahrzeugrad 24, hier einem Vorderrad, unterbrechungsfrei verbinden. Der zweite Zugmitteltrieb 18 ist in paralleler Triebebene zum Nebenaggregatetrieb angeordnet und einstufig ausgeführt.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs der Nebenaggregatetrieb mit der Kurbelwelle 5 oder direkt mit einer antreibbaren Achse des Fahrzeugs zur Übertragung einer Antriebsleistung verbunden werden. Der Nebenaggregatetrieb und die mit diesem verbundenen Nebenaggregate des Fahrzeugs können so in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs wechselweise vom Verbrennungsmotor oder über eine rotierende Achse durch die Bewegungsenergie des rollenden Fahrzeugs bei optimiertem Wirkungsgrad angetrieben werden. Auf diese Weise wird ein besonders effektiver Betrieb der Nebenaggregate ermöglicht.
In einem ersten Betriebszustand, insbesondere wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als eine vorbestimmte Mindestgeschwindigkeit ist, wird der Nebenaggregatetrieb in einen mit der Kurbelwelle 5 gekoppelten und zugleich in einen von der antreibbaren Achse abgekoppelten Zustand überführt und/oder in diesem Zustand gehalten. Dabei wird der Nebenaggregatetrieb allein durch die Kurbelwelle 5 angetrieben.
In einem zweiten Betriebszustand kann der Nebenaggregatetrieb in einen mit der rotierenden Fahrzeugachse gekoppelten und zugleich von der Kurbelwelle 5 abgekoppelten Zustand überführt und/oder in diesem Zustand gehalten werden. Dabei kann der Nebenaggregatetrieb allein durch die rotierende Achse des rollenden Fahrzeugs angetrieben werden. Außerdem ist ein direkter Durchtrieb zwischen einer mit dem Nebenaggregatetrieb in Antriebsverbindung stehenden elektrischen Maschine, insbesondere einem Starter-Generator RSG, und einer Achse des Fahrzeugs möglich. Ergänzend oder alternativ kann hierbei an der elektrischen Maschine rekuperiert oder durch die elektrische Maschine die Achse angetrieben werden. Dabei kann die Antriebsleistung direkt zwischen Nebenaggregatetrieb und Achse, ohne Wirkungsgradverluste im Antriebsstrang des Fahrzeugs, insbesondere im Fahrzeuggetriebe, übertragen werden.
Außerdem ist es möglich, bei einem sogenannten Segelbetrieb des Fahrzeugs, bei dem der Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang abgekoppelt und/oder abgeschaltet ist, den Nebenaggregatetrieb von der Kurbelwelle abzukoppeln und mit der rotierenden Achse zu koppeln und durch das rollende Fahrzeug anzutreiben.
Die Erfindung ist mit beliebig ausgeführten Fahrzeuggetrieben kombinierbar. Sie erlaubt insbesondere bei manuell geschalteten Getrieben eine kostengünstige Erweiterung der Motor-Stopp-Start-Systeme um eine Segelfunktion.
Ferner kann über das erste Antriebsrad 2 und über den zweiten Zugmitteltrieb 18 im direkten Durchtrieb auf die rotierende Achse des Fahrzeugs durch eine mit dem Nebenaggregatetrieb verbundene elektrischen Maschine, insbesondere einem Starter-Generator RSG, ein elektrisches Zutreiben, ein sogenanntes Boosten, durchgeführt werden. Dabei kann der Antriebsstrang des Fahrzeugs, insbesondere in bestimmten Betriebssituationen, beispielsweise bei Beschleunigungsvorgängen, entlastet werden, wobei durch ein sogenanntes passives Boosten mehr Energie zum Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung steht. Denkbar ist auch ein sogenanntes aktives Segeln, bei dem der Verbrennungsmotor vom Antriebstrang abgekoppelt und/oder abgeschaltet wird und über das erste Antriebsrad 2 im Durchtrieb am zweiten Zugmitteltrieb 18 auf die rotierenden Achse diese wie oben beschrieben elektrisch angetrieben wird. Dadurch kann die Verzögerung des ausrollenden Fahrzeugs reduziert und damit dessen Ausrollstrecke vergrößert werden. Möglich ist weiterhin auch ein sogenanntes elektrisches Kriechen des Fahrzeugs, bei dem dieses während eines Anfahrvorgangs von der elektrischen Maschine über den Nebenaggregatetrieb an der Achse angetrieben wird. In diesen Betriebszuständen übernehmen Abtriebsrad 1 und erstes Antriebsrad 2 jeweils die umgekehrte Funktion Antrieb bzw. Abtrieb. Des Weiteren ist ein direktes rekuperatives Bremsen der Achse über die elektrische Maschine des Nebenaggregatetriebs frei von Schleppmomenten des Verbrennungsmotors möglich.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Nebenaggregatetrieb bei Erreichen einer vorbestimmten Fahrzeugmindestgeschwindigkeit vom Verbrennungsmotor abzukoppeln und direkt durch die rotierende Achse des rollenden Fahrzeugs mechanisch anzutreiben. Vorzugsweise wird bei Erreichen einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die kleiner ist als die vorbestimmte Fahrzeugmindestgeschwindigkeit der Nebenaggregatetrieb von der Achse abgekoppelt und mit der Kurbelwelle zur Übertragung einer Antriebsleistung gekoppelt. Auf diese Weise kann der Nebenaggregatetrieb in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit wechselweise von der Kurbelwelle oder der rotierenden Achse des Fahrzeugs wirkungsgradoptimiert angetrieben werden.
In einem dritten Betriebszustand, insbesondere in einer Standphase des Fahrzeugs, wird der Nebenaggregatetrieb in einen von der Kurbelwelle 5 und von der Achse entkoppelten Zustand überführt. Vorzugsweise wird dabei der Nebenaggregatetrieb durch eine mit diesem in Antriebsverbindung stehende elektrische Maschine, insbesondere einem Starter-Generator RSG, elektrisch angetrieben. Dadurch wird beispielsweise eine Standklimatisierung des Fahrzeugs ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Abtriebsrad
2: erstes Antriebsrad
3: zweites Antriebsrad
4: Kupplung
5: Kurbelwelle
6: Ringabschnitt
7: Ringabschnitt
8: Hohlraum
9: Nabenabschnitt
10: Ringraum
11: Nabenabschnitt
12: Verzahnung
13: Verzahnung
14: Schaltelement
15: Kupplungselement
16: Kupplungselement
17: Zugmitteltrieb
18: Zugmitteltrieb
19: Rad
20: Hohlwelle
21: Antriebswelle, Achswelle
22: Differenzialgetriebe
23: Antriebswelle, Achswelle
24: Fahrzeugrad
RSG: Riemen-Starter-Generator
A/C: Klimakompressor
WP: Wasserpumpe

Claims

Vorrichtung zur Antriebsanbindung eines Nebenaggregatetriebs eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtriebsrad (1) des Nebenaggregatetriebs durch eine Kupplung (4) zur Übertragung einer Antriebsleistung mit einem ersten Antriebsrad (2) und einem zweiten Antriebsrad (3) koppelbar ist, wobei das erste Antriebsrad (2) einen Hohlraum (8) bildet, in dem die Kupplung (4) und das zweite Antriebsrad (3) zumindest teilweise angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Hohlraums (8) das erste Antriebsrad (2) einen hohlzylindrischen Ringabschnitt (6) aufweist, der den Hohlraum (8) radial umschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (1) an einem hohlzylindrischen Ringabschnitt (7) radial außen und an einem Nabenabschnitt (9) radial innen einen Ringraum (10) begrenzt, wobei das erste Antriebsrad (2) im Ringraum (10) koaxial angeordnet und teilweise von diesem umschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringabschnitt (6) des ersten Antriebsrads (2) teilweise vom Ringabschnitt (7) des Abtriebsrads (1) und der Nabenabschnitt (9) des Abtriebrads (1) von einem Nabenabschnitt (11) des ersten Antriebsrads (2) umschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Abtriebsrad (1) und erstes Antriebsrad (2) jeweils am Außendurchmesser ihrer Ringabschnitte (6, 7) eine Verzahnung (12, 13) zur Kraft- und Bewegungsübertragung bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Abtriebsrad (1) und erstes Antriebsrad (2) jeweils als Riemenscheibe ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) zum Koppeln des Abtriebsrads (1) mit erstem und zweitem Antriebsrad (2, 3) ein im Hohlraum (8) koaxial verschiebbar angeordnetes Schaltelement (14) aufweist, wobei Abtriebsrad (1) und erstes Antriebsrad (2) sich an ihren Nabenabschnitten (9, 11) zum Koppeln mit dem Schaltelement (14) jeweils an einem Ende koaxial in den Hohlraum (8) erstrecken und ein drehfest mit den Nabenabschnitten (9, 11) verbundenes Kupplungselement (15, 16) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) ein Schaltelement (14) aufweist, das im Hohlraum (8) mit einem ersten Kupplungselement (15) am Nabenabschnitt (9) des Abtriebsrads (1) drehfest verbunden und zugleich verschiebbar zu diesem angeordnet ist, wobei zum Koppeln mit dem Schaltelement (14) das erste Kupplungselement (15) axial mittig zwischen dem zweiten Antriebsrad (3) einerseits und einem zweiten Kupplungselement (16) am Nabenabschnitt (11) des ersten Antriebsrads (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (1) und das erste und zweite Antriebsrad (2, 3) koaxial zur Kurbelwelle (5) des Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs angeordnet sind, wobei das Abtriebsrad (1) und das erste Antriebsrad (2) zur Kurbelwelle (5) verdrehbar angeordnet und das zweite Antriebsrad (3) drehfest mit einem freien Ende der Kurbelwelle (5) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsrad (2) in unterbrechungsfreier Antriebsverbindung mit zumindest einem Fahrzeugrad (24) steht.
Anordnung zum Antrieb eines Nebenaggregatetriebs eines Fahrzeugs, wobei der Nebenaggregatetrieb von einer Kurbelwelle (5) eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs antreibbar ist und die Kurbelwelle (5) an einem Ende über eine Fahrzeugkupplung mit einem Fahrzeuggetriebe verbunden ist, das über ein Differenzialgetriebe (22) in Antriebsverbindung mit einer antreibbaren Achse des Fahrzeugs steht, dadurch gekennzeichnet, dass am vom Fahrzeuggetriebe abgewandten Ende der Kurbelwelle (5) ein Abtriebsrad (1) des Nebenaggregatetriebs über eine Kupplung (4) zur Übertragung einer Antriebsleistung mit einem ersten Antriebsrad (2), das in unterbrechungsfreier Antriebsverbindung mit zumindest einem Fahrzeugrad (24) steht, und mit einem zweiten Antriebsrad (3) zum Antrieb durch die Kurbelwelle (5) koppelbar ist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsrad (2) über einen Zugmitteltrieb (18) mit der antreibbaren Achse des Fahrzeugs zur Übertragung einer Antriebsleistung verbunden ist, wobei der Zugmitteltrieb (18) zur Anbindung an die antreibbare Achse des Fahrzeugs ein Antriebsrad (19) aufweist, das koaxial zur Achse angeordnet und drehfest mit dieser verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (19) zur Anbindung an die antreibbare Achse des Fahrzeugs drehfest auf einer koaxial und verdrehbar zur Achse ausgebildeten Hohlwelle (20) angeordnet ist, die drehfest mit dem Differenzialgetriebe (22) verbunden ist.