-
Die Erfindung betrifft einen Nebenaggregate-Riementrieb einer Brennkraftmaschine, mit Riemenrädern, die
- - ein an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordnetes Kurbelwellenrad,
- - ein an der Generatorwelle eines Motorgenerators angeordnetes Generatorrad
- - und ein an der Kompressorwelle eines Klimakompressors angeordnetes Kompressorrad umfassen,
wobei eines der Riemenräder eine Kupplung umfasst, die einen Betrieb des Riementriebs in einem Standklimamodus mit motorisch antreibender Generatorwelle ermöglicht und folgende Komponenten umfasst:
- - eine mit der Welle, an der die Kupplung angeordnet ist, drehfest verbundene Nabe,
- - eine gegenüber der Nabe drehbare Riemenscheibe,
- - einen ersten Freilauf und einen zweiten Freilauf, die im Antriebsfluss zwischen der Nabe und der Riemenscheibe mit gegensinnigen Freilaufdrehrichtungen parallel geschaltet sind,
und mit einer Antisperrvorrichtung, die im Standklimamodus mit offenem ersten Freilauf das Sperren des zweiten Freilaufs verhindert.
-
Aus der
DE 10 2015 223 976 A1 ist ein gattungsgemäßer Riementrieb bekannt, der einen Betrieb der Nebenaggregate im sogenannten Standklimamodus ermöglicht. In diesem Modus wird der Motorgenerator als den Klimakompressor antreibender Motor betrieben, während sich die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine im Stillstand befindet. Der Standklimamodus stellt folglich eine Komfortmaßnahme dar, bei der in den vorübergehenden Stoppphasen einer mit Riemen-Start-Stopp betriebenen Brennkraftmaschine und/oder vor deren Kaltstart ein sich aufheizender beziehungsweise bereits aufgeheizter Fahrgastinnenraum eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs gekühlt wird. Die in der zitierten Druckschrift vorgeschlagene Kupplung ist Teil des Generatorrads und als elektromagnetisch betätigte Reibscheibenkupplung ausgebildet, die im eingekuppelten Zustand einen dazu parallel geschalteten Generatorfreilauf kurzschließt.
-
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Ausführung eines Riementriebs der eingangs genannten Art anzugeben. Die Lösung hierfür ergibt sich durch einen Riementrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach sollen der erste Freilauf ein erstes Schlingband und der zweite Freilauf ein zweites Schlingband mit der Wickelrichtung des ersten Schlingbands sein, wobei das erste Schlingband in sperrenden Reibeingriff mit einem Innenmantel eines mit der Nabe drehfesten inneren Zylinders einerseits und mit einem Innenmantel eines mit der Riemenscheibe drehfesten äußeren Zylinders andererseits gelangt und wobei das zweite Schlingband in sperrenden Reibeingriff mit einem Außenmantel des inneren Zylinders einerseits und mit einem Außenmantel des äußeren Zylinders andererseits gelangt.
-
Das erfindungsgemäße Zusammenwirken der beiden gegensinnig und parallel geschalteten Freiläufe mit der Antisperrvorrichtung ermöglicht es grundsätzlich, die Kupplung an der Welle eines beliebigen Nebenaggregats anzuordnen, um konstruktiv einen optimalen Kompromiss zwischen den teilweise gegensätzlichen Anforderungen an geringen Bauraum, geringe Herstellkosten und bestmögliche Funktion zu erzielen. Falls die Kupplung beispielsweise ein vergleichsweise kostengünstig herstellbarer Teil des Generatorrads ist, dann ist eine zweite Riemenebene erforderlich, deren Riemen das Generatorrad und das Kompressorrad umschlingt. Der zweite Riemen ist dagegen nicht erforderlich, falls die Kupplung Teil des vergleichsweise aufwändig herzustellenden Kurbelwellenrads ist.
-
Als Freiläufe finden Schlingbänder Verwendung. Alternativ sind andere Freiläufe wie ein Klinkenfreilauf oder ein radial wirkender Scheibenfreilauf einsetzbar.
-
Weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen drei Ausführungsbeispiele eines für den Betrieb im Standklimamodus geeigneten Nebenaggregate-Riementriebs einer Brennkraftmaschine schematisch und zwei konstruktive Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Generatorräder dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Bauteile oder Merkmale mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
- 1 einen ersten Riementrieb mit nur einem Riemen, wobei die Kupplung an der Kurbelwelle angeordnet ist;
- 2 einen zweiten Riementrieb mit zwei Riemen, wobei die Kupplung an der Generatorwelle angeordnet ist;
- 3 einen dritten Riementrieb mit zwei Riemen, wobei die Kupplung an der Kompressorwelle angeordnet ist;
- 4 einen Motorgenerator mit dem ersten Generatorrad in perspektivischem Zusammenbau;
- 5 das erste Generatorrad als perspektivisches Einzelteil;
- 6 das erste Generatorrad in perspektivischem Längsschnitt;
- 7 das erste Generatorrad in perspektivischer Explosion;
- 8 eine Unterbaugruppe des ersten Generatorrads mit den beiden Freiläufen und einem Antisperrring in perspektivischem Längsschnitt;
- 9 den ersten Freilauf gemäß 8 als perspektivisches Einzelteil;
- 10 den zweiten Freilauf gemäß 8 als perspektivisches Einzelteil;
- 11 den Antisperrring gemäß 8 als perspektivisches Einzelteil;
- 12 den Aktuator der Antisperrvorrichtung gemäß 4 als perspektivisches Einzelteil;
- 13 das zweite Generatorrad in perspektivischem Längsschnitt;
- 14 eine Unterbaugruppe des zweiten Generatorrads mit den beiden Freiläufen und einem Antisperrring in perspektivischem Längsschnitt;
- 15 den ersten Freilauf gemäß 14 als perspektivisches Einzelteil;
- 16 den zweiten Freilauf gemäß 14 als perspektivisches Einzelteil;
- 17 das zweite Generatorrad in perspektivischer Explosion;
- 18 die Antisperrvorrichtung des zweiten Generatorrads in perspektivischer Draufsicht auf die dem Generator abgewandte Seite;
- 19 die federbelastete Sperrklinke der Antisperrvorrichtung gemäß 18 als perspektivisches Einzelteil.
-
Die in den 1 bis 3 gezeigten Riementriebe umfassen jeweils als Nebenaggregat einen dort mit M/G bezeichneten Motorgenerator 1 und einen mit A/C bezeichneten Klimakompressor 2 einer den Fahrgastinnenraum kühlenden Fahrzeugklimaanlage. Der Motorgenerator 1 und der Klimakompressor 2 sind jeweils mittels einer Generatorwelle 3 und eines daran angeordneten Generatorrads 4 beziehungsweise mittels einer Kompressorwelle 5 und eines daran angeordneten Kompressorrads 6 in den Riementrieb eingebunden. Dieser hat je nach Ausführung einen oder zwei Riemen 7 und 8, von denen einer ein an der Kurbelwelle 9 angeordnetes Kurbelwellenrad 10 als weiteres Riemenrad umschlingt.
-
Die Kompressorwelle 5 steht in starrer Antriebsverbindung mit der Generatorwelle 3 und - mittels einer bedarfsweise schließenden Magnetkupplung 11 - in üblicher trennbarer Antriebsverbindung mit dem Klimakompressor 2.
-
Der Motorgenerator 1 wird im generatorischen Betriebsmodus vom Riementrieb angetrieben, um bei laufender Brennkraftmaschine Strom für das Fahrzeugbordnetz zu erzeugen. Der Motorgenerator 1 treibt im motorischen Betriebsmodus den Riementrieb an, um entweder die stillstehende Brennkraftmaschine zu starten (Riemenstart) oder ein zusätzliches Antriebsmoment in die laufende Brennkraftmaschine einzuspeisen (Boost) oder bei stillstehender Brennkraftmaschine den Klimakompressor 2 zu betreiben (Standklima).
-
Der Standklimamodus wird durch eine Kupplung ermöglicht, die je nach Ausführung des Riementriebs Teil des Kurbelwellenrads 10 gemäß 1, des Generatorrads 4 gemäß 2 oder des Kompressorrads 6 gemäß 3 ist. In allen Fällen umfasst die Kupplung folgende Komponenten:
- - eine mit der Welle, an der die Kupplung angeordnet ist, drehfest verbundene Nabe 12,
- - eine gegenüber der Nabe 12 drehbare Riemenscheibe 13,
- - einen ersten Freilauf 14 und einen zweiten Freilauf 15, die im Antriebsfluss zwischen der
-
Nabe 12 und der Riemenscheibe 13 mit gegensinnigen Freilaufdrehrichtungen parallel geschaltet sind.
-
Eine Antisperrvorrichtung 16 verhindert im Standklimamodus das Sperren des zweiten Freilaufs 15, so dass die Antriebsverbindung zwischen der dann antreibenden Generatorwelle 3 und der Kurbelwelle 9 getrennt ist.
-
Der in 1 dargestellte Riementrieb hat nur einen Riemen 7, der das Generatorrad 4, das Kurbelwellenrad 10 und das Kompressorrad 6 umschlingt. Die Kupplung ist im Kurbelwellenrad 10 angeordnet, wobei die Nabe 12 drehfest mit der Kurbelwelle 9 verbunden ist. Im Generatormodus werden die Generatorwelle 3 und die Kompressorwelle 5 von der Kurbelwelle 9 via Nabe 12 - gesperrter erster Freilauf 14 - Riemenscheibe 13 - Riemen 7 - Generatorrad 4 bzw. Kompressorrad 6 angetrieben.
-
Bei motorisch antreibender Generatorwelle 3 treibt das Generatorrad 4 das Kompressorrad 6 und die Riemenscheibe 13 an, wobei der erste Freilauf 14 offen ist und kein Antriebsmoment auf die Nabe 12 überträgt. Im Start- oder Boostmodus ist der zweite Freilauf 15 - ohne Einwirkung der Antisperrvorrichtung 16 - gesperrt, so dass die Generatorwelle 3 die Kurbelwelle 9 via Generatorrad 4 - Riemen 7 - Riemenscheibe 13 - zweiter Freilauf 15 - Nabe 12 antreibt.
-
Im Standklimamodus ist die Antisperrvorrichtung 16 wirksam und verhindert das Sperren des zweiten Freilaufs 15, so dass dann beide Freiläufe 14, 15 offen sind und das Generatorantriebsmoment bei praktisch frei drehender Riemenscheibe 13 via Generatorrad 4 - Riemen 7 - Kompressorrad 6 lediglich auf die Kompressorwelle 5 und über die geschlossene Magnetkupplung 11 auf den Klimakompressor 2 übertragen wird.
-
Der in 2 dargestellte Riementrieb hat zwei Riemen 7 und 8, und die Kupplung ist als Teil des Generatorrads 4 an der drehfest mit der Nabe 12 verbundenen Generatorwelle 3 angeordnet. Der in der ersten Riemenebene verlaufende erste Riemen 7 umschlingt die gegenüber der Nabe 12 drehbare Riemenscheibe 13 und das Kurbelwellenrad 10, und der in der zweiten Riemenebene verlaufende zweite Riemen 8 umschlingt eine weitere Riemenscheibe 17, die drehfest mit der Nabe 12 verbunden ist, und das Kompressorrad 6.
-
Im Generatormodus wird die Generatorwelle 3 von der Kurbelwelle 9 via Kurbelwellenrad 10 - erster Riemen 7 - drehbare Riemenscheibe 13 - gesperrter erster Freilauf 14 - Nabe 12 angetrieben. Die Kompressorwelle 5 wird von der Kurbelwelle 9 via Kurbelwellenrad 10 - erster Riemen 7 - drehbare Riemenscheibe 13 - gesperrter erster Freilauf 14 - Nabe 12 - drehfeste Riemenscheibe 17 - zweiter Riemen 8 - Kompressorrad 6 angetrieben.
-
Bei motorisch antreibender Generatorwelle 3 treibt die drehfeste Riemenscheibe 17 das Kompressorrad 6 an, wobei der erste Freilauf 14 offen ist und kein Antriebsmoment auf die drehbare Riemenscheibe 13 überträgt. Im Start- oder Boostmodus ist der zweite Freilauf 15 - ohne Einwirkung der Antisperrvorrichtung 16 - gesperrt, so dass die Generatorwelle 3 die Kurbelwelle 9 via Nabe 12 - zweiter Freilauf 15 - drehbare Riemenscheibe 13 - erster Riemen 7 - Kurbelwellenrad 10 antreibt.
-
Im Standklimamodus ist die Antisperrvorrichtung 16 wirksam und verhindert das Sperren des zweiten Freilaufs 15, so dass dann beide Freiläufe 14, 15 offen sind und das Generatorantriebsmoment bei still stehender Riemenscheibe 13 von der Generatorwelle 3 via Nabe 12 - drehfeste Riemenscheibe 17 - zweiter Riemen 8 - Kompressorrad 6 auf die Kompressorwelle 5 und über die geschlossene Magnetkupplung 11 auf den Klimakompressor 2 übertragen wird.
-
Der in 3 dargestellte Riementrieb hat ebenfalls zwei Riemen 7 und 8, wobei in diesem Fall die Kupplung als Teil des Kompressorrads 6 an der drehfest mit der Nabe 12 verbundenen Kompressorwelle 5 angeordnet ist. Der erste Riemen 7 umschlingt die gegenüber der Nabe 12 drehbare Riemenscheibe 13 und das Kurbelwellenrad 10, und der zweite Riemen 8 umschlingt die weitere Riemenscheibe 17, die drehfest mit der Nabe 12 verbunden ist, und das Generatorrad 4.
-
Im Generatormodus wird die Generatorwelle 3 von der Kurbelwelle 9 via Kurbelwellenrad 10 - erster Riemen 7 - drehbare Riemenscheibe 13 - gesperrter erster Freilauf 14 - Nabe 12 - drehfeste Riemenscheibe 17 - zweiter Riemen 8 - Generatorrad 4 angetrieben. Die Kompressorwelle 5 wird von der Kurbelwelle 9 via Kurbelwellenrad 10 - erster Riemen 7 - drehbare Riemenscheibe 13 - gesperrter erster Freilauf 14 - Nabe 12 angetrieben.
-
Bei motorisch antreibender Generatorwelle 3 treibt die drehfeste Riemenscheibe 17 die Kompressorwelle 5 an, wobei der erste Freilauf 14 offen ist und kein Antriebsmoment auf die drehbare Riemenscheibe 13 überträgt. Im Start- oder Boostmodus ist der zweite Freilauf 15 - ohne Einwirkung der Antisperrvorrichtung 16 - gesperrt, so dass die Generatorwelle 3 die Kurbelwelle 9 via Generatorrad 4 - zweiter Riemen 8 - drehfeste Riemenscheibe 17 - Nabe 12 - zweiter Freilauf 15 - drehbare Riemenscheibe 13 - erster Riemen 7 - Kurbelwellenrad 10 antreibt.
-
Im Standklimamodus ist die Antisperrvorrichtung 16 wirksam und verhindert das Sperren des zweiten Freilaufs 15, so dass dann beide Freiläufe 14, 15 offen sind und das Generatorantriebsmoment bei still stehender Riemenscheibe 13 von der Generatorwelle 3 via Generatorrad 4 - zweiter Riemen 8 - drehfeste Riemenscheibe 17 - Nabe 12 auf die Kompressorwelle 5 und über die geschlossene Magnetkupplung 11 auf den Klimakompressor 2 übertragen wird.
-
Der in 4 gezeigte Motorgenerator 1 und das daran angeordnete Generatorrad 4 mit der vom ersten Riemen 7 umschlungenen, drehbaren Riemenscheibe 13 und der vom zweiten Riemen 8 umschlungenen, drehfesten Riemenscheibe 17 sind zur Verwendung in dem Zwei-Ebenen-Riementrieb gemäß 2 geeignet. 5 zeigt das Generatorrad 4 in perspektivischer Draufsicht auf einen Antisperrring 18 als Teil der Antisperrvorrichtung 16 gemäß den 1 bis 3, die auch einen in 4 erkennbaren Aktuator 19 umfasst. Dieser ist stirnseitig am Generatorgehäuse des Motorgenerators 1 befestigt und umfasst einen Aktuatorstift 20, der im Standklimamodus elektromagnetisch betätigt ausfährt und im ausgefahrenen Zustand in eine von einer Vielzahl radialer Aussparungen 21 im Antisperrring 18 eingreift und diesen gegenüber dem Generatorgehäuse drehblockiert.
-
Der konstruktive Aufbau des Generatorrads 4 geht aus den 6 bis 11 näher hervor. Die fest mit der Generatorwelle 3 zu verschraubende Nabe 12 hat hierzu im Mittelabschnitt ein Innengewinde 22 und am generatorfernen, vorderen Endabschnitt einen Innenvielzahn 23 als Eingriffskontur für das Schraubwerkzeug. Die mit der Nabe 12 drehfeste Riemenscheibe 17 ist einteilig mit der Nabe 12 hergestellt. Die Lagerung der drehbaren Riemenscheibe 13 auf der Nabe 12 erfolgt mittels zweier Kugellager 24 und 25, wobei die Riemenscheibe 13 am generatornahen Ende mittels eines Gleitlagerrings 26 radial auf dem Antisperrring 18 gelagert ist, der seinerseits mittels des Kugellagers 25 auf der Nabe 12 gelagert ist. Damit ist der Antisperrring 18 sowohl gegenüber der Riemenscheibe 13 als auch gegenüber der Nabe 12 verdrehbar.
-
Die Nabe 12 hat am generatorfernen Ende eine im Durchmesser gestufte Erweiterung, in die nach dem Aufschrauben des Generatorrads 4 auf die Generatorwelle 3 eine das Eindringen von Kontamination verhindernde Schutzkappe 27 eingeschnappt wird. Die Abdichtung am generatornahen Ende erfolgt durch eine Lippendichtung 28, die in eine Durchmesserstufe der drehbaren Riemenscheibe 13 eingepresst ist und sich im Dichtkontakt mit dem Antisperrring 18 befindet.
-
Der erste Freilauf 14 und der zweite Freilauf 15 gemäß den 1 bis 3 sind Schlingbänder 29 und 30 gleicher Wickelrichtung, wobei das zweite Schlingband 30 das erste Schlingband 29 koaxial beabstandet umschließt. Das erste Schlingband 29 ist schenkellos, wohingegen beide Schlingbandenden 31 und 32 des zweiten Schlingbands 30 axial abgewinkelt sind und in axiale Aussparungen 33 und 34 der drehbaren Riemenscheibe 13 einerseits und des Antisperrrings 18 andererseits jeweils unter Bildung eines umfänglichen Formschlusses eingreifen. Im Ringraum zwischen den Schlingbändern 29, 30 verläuft ein mit der Nabe 12 drehfester innerer Zylinder 35, der durch eine auf der Nabe 12 aufgepresste Hülse 36 mit u-förmigem Querschnitt gebildet ist, und ein mit der drehbaren Riemenscheibe 13 drehfester äußerer Zylinder 37, der einteilig mit der Riemenscheibe 13 hergestellt ist. Das erste Schlingband 29 befindet sich außenumfänglich im Reibeingriff mit dem Innenmantel des inneren Zylinders 35 einerseits und mit dem Innenmantel des äußeren Zylinders 37 andererseits. Das zweite Schlingband 30 befindet sich innenumfänglich im Reibeingriff mit dem Außenmantel des inneren Zylinders 35 einerseits und mit dem Außenmantel des äußeren Zylinders 37 andererseits.
-
Die in 6 eingezeichneten schwarzen Pfeile geben die - jeweils positive - Drehrichtung an, in der die drehfeste Riemenscheibe 17 sowohl im Generator- und im Start- oder Boostmodus als auch im Standklimamodus rotiert und in der die drehbare Riemenscheibe 13 im Generator- und im Start- oder Boostmodus rotiert. Beide Schlingbänder 29, 30 sind rechts gewickelt, und deren Wickeldurchmesser weiten sich im Generatormodus tendenziell auf. Dabei gelangt das erste Schlingband 29 in sperrenden Reibeingriff mit den Innenmänteln der Zylinder 35, 37 und überträgt das generatorische Antriebsmoment von der antreibenden Riemenscheibe 13 auf die angetriebene Nabe 12. Das zweite Schlingband 30 ist offen, wobei die Schlingbandenden 31, 32 die Rotation der Riemenscheibe 13 formschlüssig auf den Antisperrring 18 übertragen.
-
Im Start- oder Boostmodus kehrt sich die Antriebsmomentrichtung um, wobei das zweite Schlingband 30 unter tendenzieller Reduzierung seines Wickeldurchmessers in sperrenden Reibeingriff mit den Außenmänteln der Zylinder 35, 37 gelangt und das motorische Antriebsmoment von der antreibenden Nabe 12 auf die angetriebene Riemenscheibe 13 überträgt. Das erste Schlingband 29 ist in diesem Betriebsmodus offen.
-
Im Standklimamodus ist die Übertragung des Antriebsmoments von der Nabe 12 auf die drehbare Riemenscheibe 13 unterbrochen. Dies erfolgt durch Aktivierung der Antisperrvorrichtung 16, die bei motorisch antreibender Generatorwelle 3 selektiv verhindert, dass der zweite Freilauf 30 in sperrenden Reibeingriff mit den Außenmänteln der Zylinder 35, 37 gelangt. Im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel des Generatorrads 4 wird dazu der Aktuator 19 über eine elektrische Kontaktierung 38 angesteuert (s. 12), so dass der Aktuatorstift 20 ausfährt und je nach momentaner Winkelposition des Antisperrrings 18 entweder sofort in eine der radialen Aussparungen 21 eintaucht oder zunächst zwischen zwei Aussparungen 21 auf den Antisperrring 18 aufsetzt. In beiden Fällen bewirkt die Verdrehung der von der Generatorwelle 3 angetriebenen Nabe 12, dass das mitdrehende generatorseitige Schlingbandende 32 den Antisperrring 18 über den umfänglichen Formschluss mit dessen axialer Aussparung 34 mitnimmt.
-
Falls sich der Aktuatorstift 20 bereits im umfänglichen Eingriff mit einer der radialen Aussparungen 21 befindet und den Antisperrring 18 gegenüber dem Generatorgehäuse drehblockiert, bewirkt eine weitere Relativverdrehung des zweiten Schlingbands 30 gegenüber dem Antisperrring 18, dass die axiale Aussparung 34 das Schlingbandende 32 des zweiten Schlingbands 30 in dessen Öffnungsrichtung beaufschlagt und folglich dessen weiteres Sperren verhindert.
-
Falls sich der Aktuatorstift 20 noch nicht im umfänglichen Eingriff mit dem Antisperrring 18 befindet, wird dieser zunächst vom mitdrehenden Schlingbandende 32 soweit mitgenommen, bis der Aktuatorstift 20 in die nächstmögliche radiale Aussparung 21 eintaucht und den Antisperrring 18 drehblockiert. Der umfängliche Abstand zweier benachbarter Aussparungen 19 ist so bemessen, dass eine mit der Aktivierung der Antisperrvorrichtung 16 einhergehende Verdrehung der drehbaren Riemenscheibe 13 zu keiner die Aktivierung beeinträchtigenden Verdrehung der Kurbelwelle 9 führt.
-
Das auf diese Weise entsperrte zweite Schlingband 30 rutscht im Standklimamodus auf dem rotierenden Außenmantel des inneren Zylinders 35 durch. Da das erste Schlingband 29 offen ist, wird das Antriebsmoment der motorisch antreibenden Generatorwelle 3 - bei Vernachlässigung der Reibungsverluste - lediglich auf die drehfeste Riemenscheibe 17 und von dort aus auf den Klimakompressor 2 übertragen.
-
Die für den Standklimamodus erforderliche Freilauffunktion des Generatorrads 4 lässt sich bei Bedarf auch zur betrieblichen Erweiterung des Startmodus der Brennkraftmaschine insbesondere beim Kaltstart und niedriger Umgebungstemperatur verwenden. Ein solcher Startmodus beginnt mit einem ersten Antriebszustand, in dem der Motorgenerator 1 die Generatorwelle 3 und die jeweilige Riemenebene, die mit der Generatorwelle 3 drehfest verbunden ist (s. 1 bis 3), bis zum Erreichen einer Start-Leerlaufdrehzahl antreibt. In diesem ersten Antriebszustand ist das zweite Schlingband 30 durch die aktivierte Antisperrvorrichtung 16 entsperrt, so dass die Kurbelwelle 9 nicht angetrieben wird. Im Übergang auf einen zweiten Antriebszustand wird die Antisperrvorrichtung 18 deaktiviert, so dass das zweite Schlingband 30 sperrt und die ununterbrochen motorisch weiter antreibende Generatorwelle 3 mit Unterstützung der Massenwirkung der rotierenden Riemenebene die Kurbelwelle 9 bis zum Start der Brennkraftmaschine hochdreht.
-
Die 13 bis 17 zeigen Komponenten und den Zusammenbau des zweiten Generatorrads 4', das sich vom ersten Generatorrad 4 im wesentlichen durch die konstruktive Ausführung der Antisperrvorrichtung 16' unterscheidet. Diese ist als (passiver) Sperrklinken-Freilauf ausgebildet, der das Sperren des zweiten Schlingbands 30 in der mit dem weißen Pfeil gekennzeichneten (negativen) Drehrichtung verhindert. Lediglich im Standklimamodus wird die Nabe 12 mit der drehfesten Riemenscheibe 17 von der motorisch antreibenden Generatorwelle 3 in dieser Drehrichtung angetrieben, wobei der Klimakompressor 2 so mit dem Kühlkreislauf verschaltet ist, dass die Klimatisierung in beiden Drehrichtungen des Klimakompressors 2 arbeitet. Die (positive) Drehrichtung im Start- oder Boostmodus und im Generatormodus ist durch den schwarzen Pfeil angegeben.
-
Die im Standklimamodus umgekehrte Drehrichtung der Nabe 12 erfordert eine Umkehrung der Schlingband-Wickelrichtungen, so dass beide Schlingbänder 29, 30 bei dieser Ausführung links gewickelt sind und sich im Generatormodus tendenziell zusammenziehen. Dabei gelangt das zweite Schlingband 30 in sperrenden Reibeingriff mit den Außenmänteln der Zylinder 35, 37 und überträgt das generatorische Antriebsmoment von der antreibenden Riemenscheibe 13 auf die angetriebene Nabe 12. Das generatorseitige Schlingbandende 32, das mit der in 18 deutlich erkennbaren axialen Aussparung 34 des Antisperrrings 18' umfänglich formschlüssig verbunden ist, nimmt den Antisperrring 18' mit. Das erste Schlingband 29 ist offen.
-
Im Start- oder Boostmodus gelangt das erste Schlingband 29 unter tendenzieller Aufweitung seines Wickeldurchmessers in sperrenden Reibeingriff mit den Innenmänteln der Zylinder 35, 37 und überträgt das motorische Antriebsmoment von der antreibenden Nabe 12 auf die angetriebene Riemenscheibe 13. Das zweite Schlingband 30 ist in diesem Betriebsmodus offen, wobei die Schlingbandenden 31, 32 die Rotation der drehbaren Riemenscheibe 13 formschlüssig auf den Antisperrring 18' übertragen.
-
Die im Standklimamodus umgekehrte Drehrichtung der Nabe 12 bewirkt, dass das erste Schlingband 29 offen ist. Wie es nachfolgend anhand der 18 und 19 erläutert sei, verhindert dabei der Sperrklinken-Freilauf das Sperren des zweiten Schlingbands 30. Der Antisperrring 18' ist durch eine gegenüber der Nabe 12 und der drehbaren Riemenscheibe 13 verdrehbare Hülse 39 mit der axialen Aussparung 34 für das generatorseitige Schlingbandende 32 und durch einen Innenring 40 sowie mehrere Sperrklinken 41 gebildet, die über den Außenumfang des Innenrings 40 verteilt und dort schwenkbeweglich gelagert sind. Der Innenring 40 ist durch drei gestapelte Scheiben gebildet, die umfänglich formschlüssig auf der Hülse 39 befestigt und mit Aussparungen und Lagerstellen für die Sperrklinken 41 versehen sind.
-
Eine mit dem (hier nicht dargestellten) Generatorgehäuse fest verbundene Freilaufnabe 42 ist innenumfänglich mit einer Sperrkontur 43 für die Sperrklinken 41 versehen. Die Sperrkontur 43 ist so geformt, dass die Sperrklinken 41 den Antisperrring 18' gegen Verdrehen gegenüber dem Generatorgehäuse in die Drehrichtung sichern, in der die Generatorwelle 3 bei offenem ersten Freilauf 14 motorisch antreibt. Folglich lässt der Sperrklinken-Freilauf eine Relativverdrehung des Innenrings 40 mit den daran angelenkten Sperrklinken 41 nur in die (positive) Drehrichtung zu, die dem weißen Pfeil in 18 entgegengerichtet ist. Das sperrende Einfahren der Sperrklinken 41 in die Sperrkontur 43 ist jeweils durch die Kraft einer Feder 44 unterstützt. Ein an jeder Sperrklinke 41 angebrachtes Fliehgewicht 45 bewirkt, dass die Sperrklinken 41 ab einer durch die Fliehkraft vorgegebenen Drehzahl des Antisperrrings 18' in radial einwärtiger Richtung verschwenken und den Eingriffsbereich der Sperrkontur 43 verlassen. Das ermöglicht einen im wesentlichen geräuschfreien Betrieb des Sperrklinken-Freilaufs.
-
Das Sperren des zweiten Schlingbands 30, dessen Wicklungsdurchmesser sich sowohl im Generatormodus als auch im Standklimamodus tendenziell zusammenzieht, wird im Standklimamodus dadurch verhindert, dass bei umgekehrter Drehrichtung die axiale Aussparung 34 des dann drehblockierten Antisperrrings 18' das Schlingbandende 32 des Schlingbands 30 in dessen Öffnungsrichtung beaufschlagt und folglich dessen weiteres Sperren verhindert.
-
Das auf diese Weise entsperrte zweite Schlingband 30 rutscht im Standklimamodus auf dem rotierenden Außenmantel des inneren Zylinders 35 durch. Da das erste Schlingband 29 offen ist, wird das Antriebsmoment der motorisch antreibenden Generatorwelle 3 - bei Vernachlässigung der Reibungsverluste - lediglich auf die drehfeste Riemenscheibe 17 und von dort auf den Klimakompressor 2 übertragen.
-
Die nachfolgende Tabelle fasst die unterschiedlichen Schaltzustände der Freiläufe
14 und
15 (Schlingbänder
29,
30) in Abhängigkeit der Betriebsmoden und der beiden Generatorradausführungen
4,
4' übersichtlich zusammen.
| Betriebsmodus | Generator | Start/Boost | Standklima |
| Generatorrad | Aktuator | Klinke | Aktuator | Klinke | Aktuator | Klinke |
| Drehrichtung | + | + | + | + | + | - |
| erster Freilauf | gesperrt | offen | offen | gesperrt | offen | offen |
| zweiter Freilauf | offen | gesperrt | gesperrt | offen | entsperrt | entsperrt |
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Motorgenerator
- 2
- Klimakompressor
- 3
- Generatorwelle
- 4
- Generatorrad
- 5
- Kompressorwelle
- 6
- Kompressorrad
- 7
- erster Riemen
- 8
- zweiter Riemen
- 9
- Kurbelwelle
- 10
- Kurbelwellenrad
- 11
- Magnetkupplung
- 12
- Nabe
- 13
- drehbare Riemenscheibe
- 14
- erster Freilauf
- 15
- zweiter Freilauf
- 16
- Antisperrvorrichtung
- 17
- drehfeste Riemenscheibe
- 18
- Antisperrring
- 19
- Aktuator
- 20
- Aktuatorstift
- 21
- radiale Aussparung
- 22
- Innengewinde
- 23
- Innenvielzahn
- 24
- Kugellager
- 25
- Kugellager
- 26
- Gleitlagerring
- 27
- Schutzkappe
- 28
- Lippendichtung
- 29
- erstes Schlingband
- 30
- zweites Schlingband
- 31
- Schlingbandende
- 32
- Schlingbandende
- 33
- axiale Aussparung
- 34
- axiale Aussparung
- 35
- innerer Zylinder
- 36
- Hülse
- 37
- äußerer Zylinder
- 38
- Kontaktierung
- 39
- Hülse
- 40
- Innenring
- 41
- Sperrklinke
- 42
- Freilaufnabe
- 43
- Sperrkontur
- 44
- Feder
- 45
- Fliehgewicht
