-
Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibenkupplung. Die Riemenscheibenkupplung wird insbesondere zur schaltbaren Verbindung zweier Antriebseinheiten (z. B. einer elektrischen Maschine und einer Verbrennungskraftmaschine) eingesetzt.
-
Insbesondere ist die Riemenscheibenkupplung für den Einsatz in einer Starter-/ Generator-Riemenscheibe vorgesehen, um eine drehrichtungsabhängige Abkopplung eines (Teil-)Riementriebs bzw. eines Riemens zu ermöglichen.
-
Bei Stillstand z. B. einer Verbrennungskraftmaschine hat eine konventionelle Klimaanlage, die über den Riementrieb mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, keine Funktion und kann dadurch den Fahrgastraum nicht kühlen. Da immer mehr Fahrzeuge mit Start-Stopp Systemen ausgerüstet sind, bekommt diese Problematik eine immer höhere Bedeutung.
-
In der
DE 10 2016 211 145 A1 ist die Funktionsweise einer aktorlos betätigten Riemenscheibenkupplung mit Fliehkraft- und Trägheitsstellelementen an der Kurbelwelle beschrieben. Dabei wird die Fliehkraftschaltung mit Fliehmassen realisiert, die innerhalb einer Riemenscheibe platziert sind und über ein zusätzliches Koppelelement die Klinken über eine Drehbewegung zur Welle koppeln.
-
Die Nachteile dieser Anordnung liegen in dem mehrteiligen Aufbau aus zwei Schaltelementen (Trägheits- und Fliehkraftaktuierung), wodurch deutlich mehr Bauraum als in einer normalen Riemenscheibe benötigt wird. Weiterhin wird ein Schaltelement benötigt, welches aus der Bewegung der Fliehmassen eine Gleit-Schwenk-Bewegung der Betätigung ermöglicht. Diese Bewegung drückt die Klinken nach innen in Richtung Drehachse, wodurch die Riemenscheibe von der Nabe entkoppelt wird. Diese Bewegung ist jedoch reibungsbehaftet und führt zu Verschleiß.
-
Aus der
DE 10 2017 105 261 A1 ist ein Drehrichtungsgleichrichter für Kurbelwellenriemenscheiben bekannt. Der Drehrichtungsgleichrichter kann aus der Rückwärtsdrehung an der Riemenscheibe eine Vorwärtsdrehung am Klimakompressor generieren.
-
Es besteht alternativ die Möglichkeit einen elektrischen Klimakompressor zu verwenden, der gänzlich unabhängig von einem Riementrieb betrieben werden kann.
-
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Riemenscheibenkupplung bereitzustellen, die möglichst einfach aufgebaut ist und durch die zwei Antriebseinheiten schaltbar miteinander verbindbar sind. Weiter soll die Riemenscheibenkupplung nur einen möglichst kleinen Bauraum beanspruchen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Riemenscheibenkupplung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
-
Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibenkupplung, zumindest aufweisend eine Eingangswelle und eine mit der Eingangswelle über die Riemenscheibenkupplung schaltbar verbindende (erste) Riemenscheibe sowie eine nicht betätigbare erste Klinkeneinrichtung und eine betätigbare zweite Klinkeneinrichtung. Über die erste Klinkeneinrichtung ist bei Vorliegen einer ersten Drehrichtung der Riemenscheibe und der Eingangswelle nur ein Drehmoment der Eingangswelle auf die Riemenscheibe übertragbar, wobei bei Vorliegen einer zweiten Drehrichtung zumindest der Eingangswelle kein Drehmoment der Eingangswelle auf die Riemenscheibe übertragbar ist. Die zweite Klinkeneinrichtung ist zwischen zwei Schaltstellungen betätigbar. In einer ersten Schaltstellung ist in keiner der beiden Drehrichtungen ein Drehmoment über die zweite Klinkeneinrichtung übertragbar. In einer zweiten Schaltstellung ist nur bei Vorliegen der ersten Drehrichtung zumindest der Riemenscheibe ein Drehmoment von der Riemenscheibe auf die Eingangswelle übertragbar.
-
Die Riemenscheibenkupplung dient insbesondere zur schaltbaren Verbindung zweier Antriebseinheiten (z. B. einer elektrischen Maschine und einer Verbrennungskraftmaschine).
-
Die Eingangswelle ist insbesondere mit einem Rotor einer elektrischen Maschine (die als Generator und als Motor betreibbar ist) drehfest verbunden.
-
Die (erste) Riemenscheibe ist insbesondere über einen Riemen mit einer zweiten Riemenscheibe verbunden, die drehfest mit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine verbunden ist.
-
Über die Eingangswelle ist ein Drehmoment der elektrischen Maschine in die Riemenscheibenkupplung einleitbar (Motorbetrieb, z. B. zum Starten oder Boosten der Verbrennungskraftmaschine). Umgekehrt ist ein Drehmoment ausgehend von der Riemenscheibenkupplung über die Eingangswelle auf die elektrische Maschine übertragbar (Generatorbetrieb; Einleiten eines Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine auf die elektrische Maschine).
-
Über die (erste) Riemenscheibe ist insbesondere ein Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine in die Riemenscheibenkupplung einleitbar. Über das Drehmoment kann die elektrische Maschine als Generator betrieben werden.
-
Das hier angeführte Drehmoment bezieht sich regelmäßig auf ein positives Drehmoment einer ersten Komponente, dass zum Antreiben (also Beschleunigen) einer zweiten Komponente führt.
-
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Riemenscheibenkupplung im Normalbetrieb eines Antriebs permanent geschlossen ist und in beide Wirkrichtungen ein Drehmoment überträgt. Weiter soll die Riemenscheibenkupplung bei einem Verbrennungsmotor-Stillstand in die entgegengesetzte Motordrehrichtung geöffnet werden können und in diese Richtung kein Drehmoment auf die Kurbelwelle übertragen.
-
Die Betätigung der Riemenscheibenkupplung soll insbesondere nicht über einen zusätzlichen Aktor erfolgen, sondern die Riemenscheibenkupplung soll sich selbständig in Abhängigkeit vom Zustand der im Kraftfahrzeug bereits vorhandenen elektrischen Maschine am Riementrieb Öffnen und Schließen. Als Steuergröße soll insbesondere eine Drehzahl und eine dabei entstehende Fliehkraft, z. B. an der Eingangswelle oder an der (ersten) Riemenscheibe, die über einen Riemen mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, verwendet werden.
-
Bei den sehr kleinen Riemenscheiben am Generator bzw. an der elektrischen Maschine und den damit verbundenen geringen verfügbaren Bauräumen kann regelmäßig keine komplexe Mechanik bzw. Riemenscheibenkupplung untergebracht werden. Hier ist eine einfache, formschlüssig wirkende Riemenscheibenkupplung notwendig, die ein Drehmoment von der Eingangswelle zur (ersten) Riemenscheibe übertragen kann.
-
Die vorgeschlagene Riemenscheibenkupplung ist insbesondere eine beidseitig über Klinkeneinrichtungen wirkende Kupplung. Die kompakte und geschachtelte Bauweise ermöglicht die Verwendung der Riemenscheibenkupplung in sehr kleinen Bauräumen.
-
Eine Klinkeneinrichtung umfasst insbesondere eine Klinke, über die zwei drehbare Komponenten (hier erste Riemenscheibe und Eingangswelle) miteinander drehfest (ggf. wird ein geringes Spiel vorgehalten) verbindbar sind. Über die Klinke kann eine formschlüssige Verbindung zwischen den Komponenten erzeugt und ggf. wieder gelöst werden. Die Komponenten weisen insbesondere jeweils einander gegenüberliegende Flansche mit Vertiefungen auf, in die die Klinke zur Erzeugung des Formschlusses eingreifen kann. Die Klinke ist insbesondere verschwenkbar, so dass ein Formschluss aufhebbar ist. Insbesondere kann über die Klinke einer Klinkeneinrichtung ein Freilauf realisiert werden.
-
Formschlüssige Verbindungen entstehen durch das Ineinandergreifen von mindestens zwei Komponenten. Dadurch können sich die Komponenten auch ohne oder bei unterbrochener Kraftübertragung nicht lösen. Anders ausgedrückt ist bei einer formschlüssigen Verbindung der eine Verbindungspartner dem anderen im Weg.
-
Der Formschluss ist dabei insbesondere abhängig von der Drehrichtung der Komponenten und davon, welche Komponente ein Drehmoment auf die andere Komponente überträgt.
-
Die erste Klinkeneinrichtung wirkt insbesondere nach Art eines Freilaufs. Über die erste Klinkeneinrichtung ist bei Vorliegen einer ersten Drehrichtung der Riemenscheibe und der Eingangswelle nur ein Drehmoment der Eingangswelle auf die Riemenscheibe übertragbar. Ein an der Riemenscheibe vorliegendes Drehmoment kann nicht auf die Eingangswelle übertragen werden. In diesem Fall würde die Riemenscheibe schneller drehen als die Eingangswelle. Bei Vorliegen einer zweiten Drehrichtung zumindest der Eingangswelle ist umgekehrt kein Drehmoment der Eingangswelle auf die Riemenscheibe übertragbar. In diesem Fall würde die Eingangswelle schneller drehen als die Riemenscheibe.
-
Insbesondere ist die zweite Klinkeneinrichtung (ausschließlich) in Abhängigkeit von einer Drehzahl betätigbar.
-
Insbesondere ist die zweite Klinkeneinrichtung in einem unbetätigten Zustand in der ersten Schaltstellung (kein Formschluss möglich) angeordnet und die Betätigung hin zur zweiten Schaltstellung (ein Formschluss zwischen zwei Komponenten ist in Abhängigkeit von Drehrichtung und der Richtung der Übertragung eines Drehmoments erzeugbar) erfolgt in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Eingangswelle oder der Riemenscheibe.
-
Insbesondere ist bei Überschreiten einer Grenzdrehzahl eine Fliehmasse einer Fliehkraftbetätigungseinrichtung aus einer Ruheposition heraus bewegbar, wobei infolge dieser Bewegung die zweite Klinkeneinrichtung betätigbar ist.
-
Insbesondere ist die Fliehmasse nur entgegen einer Federkraft einer Vorlastfeder aus der Ruheposition heraus bewegbar.
-
Insbesondere weist die Fliehkraftbetätigungseinrichtung entlang einer Umfangsrichtung eine Mehrzahl von Fliehmassen auf, die über einen Koppelring miteinander gekoppelt sind, so dass die Bewegung der Fliehmassen nur gemeinsam erfolgt. Die Kopplung der Fliehmassen über einen Koppelring ermöglicht insbesondere eine gleichzeitige Aktuierung der Klinken sowie eine Kompensation der Gravitationskraft.
-
Insbesondere ist eine Klinke der zweiten Klinkeneinrichtung durch eine Klinkenfeder aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verlagerbar, wobei die Klinkenfeder in der ersten Schaltstellung durch die Fliehmasse vorgespannt ist.
-
Insbesondere ist auch die Klinke der ersten Klinkeneinrichtung durch eine (andere) Klinkenfeder vorgespannt, so dass die Klinke in der vorgesehenen, einen Formschluss ermöglichenden, Stellung durch die Klinkenfeder angeordnet werden kann.
-
Eine Verlagerung der Klinken aus der zweiten Schaltstellung bzw. aus der einen Formschluss ermöglichenden Stellung in die erste Schaltstellung bzw. in die keinen Formschluss ermöglichende Stellung erfolgt insbesondere gegen eine Federkraft der Kl inkenfeder.
-
Insbesondere sind die Klinke (der zweiten Klinkeneinrichtung und/oder der ersten Klinkeneinrichtung) und die Fliehmasse mit der Eingangswelle verbunden.
-
Alternativ sind die Klinke (der zweiten Klinkeneinrichtung und/oder der ersten Klinkeneinrichtung) und die Fliehmasse mit der Riemenscheibe verbunden.
-
Bei einer Anbindung der Klinke der zweiten Klinkeneinrichtung an der Riemenscheibe, so dass die Klinke ihren Drehpunkt nicht mehr an der Eingangswelle sondern an der Riemenscheibe hat (die über den Riemen z. B. mit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine verbunden ist), kann die Fliehmasse ebenfalls an der Riemenscheibe befestigt werden, wodurch die Fliehkraft auf die Fliehmasse nur bei drehender Riemenscheibe wirkt. Die Klinke der zweiten Klinkeneinrichtung wird somit insbesondere erst nach dem Start einer Verbrennungskraftmaschine zugeschaltet also in die zweite Schaltstellung verlagert.
-
Bei Betrieb der elektrischen Maschine in der zweiten Drehrichtung (und ggf. bei stehender Verbrennungskraftmaschine) bleiben die Klinken der zweiten Klinkeneinrichtung damit unabhängig von der Drehzahl der Eingangswelle immer ausgekoppelt, also in der ersten Schaltstellung. Damit kann z. B. eine Standklimatisierung drehzahlunabhängig erfolgen.
-
Insbesondere können auch beide Klinken (also die Klinke der ersten Klinkeneinrichtung und die Klinke der zweiten Klinkeneinrichtung) an der Riemenscheibe angebunden werden. Das hat den Vorteil, dass ein Betrieb der elektrischen Maschine in der zweiten Drehrichtung erfolgen kann, wobei die Klinken der zweiten Klinkeneinrichtung unabhängig von der Drehzahl der Eingangswelle immer ausgekoppelt sind, also in der ersten Schaltstellung sind. Damit kann die Standklimatisierung weiter drehzahlunabhängig erfolgen wobei zusätzlich ein Abrollen der ersten Klinke in Freilaufrichtung günstiger gestaltet werden kann. Hierbei muss eine Federkraft einer Klinkenfeder beider Klinken die Fliehkraft der Klinken mindestens kompensieren, um einen sicheren Schaltzustand zu gewährleisten.
-
Es wird weiter eine Drehmomentübertragungsanordnung vorgeschlagen, zumindest umfassend eine erste Riemenscheibenanordnung mit zumindest einer ersten Riemenscheibe und einer zweiten Riemenscheibe, die über einen ersten Riemen miteinander verbunden sind und eine zweite Riemenscheibenanordnung mit zumindest einer dritten Riemenscheibe und einer vierten Riemenscheibe, die über einen zweiten Riemen miteinander verbunden sind. Die erste Riemenscheibe ist über die beschriebene Riemenscheibenkupplung mit einer Eingangswelle schaltbar verbindbar, wobei die dritte Riemenscheibe drehfest mit der Eingangswelle verbunden ist.
-
Insbesondere ist bei dieser Drehmomentübertragungsanordnung eine Abkopplung der Eingangswelle von der zweiten Riemenscheibe, die insbesondere drehfest mit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, bei geringen Drehzahlen (insbesondere bei Drehzahlen unterhalb einer Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine) in entgegengesetzter Motordrehrichtung (also in der zweiten Drehrichtung) möglich. In Motordrehrichtung (also in der ersten Drehrichtung) ist die Riemenscheibenkupplung, bis auf ein kleines Umkehrspiel, insbesondere permanent geschlossen (durch die erste Klinkeneinrichtung).
-
Als Klinkeneinrichtung kann insbesondere eine aus der
DE 10 2016 211 145 A1 beschriebene Klinkeneinrichtung (mit Freilaufprinzip) verwendet werden.
-
Die Riemenscheibenkupplung besteht aus mindestens zwei Klinkeneinrichtungen mit jeweils entgegengesetzten Klinken (Startklinke und Generatorklinke), wobei nur die Generatorklinke (Klinke der zweiten Klinkeneinrichtung) (entgegengesetzt der Motorlaufrichtung, also in der zweiten Drehrichtung) mit dem Fliehkraftbetätigungseinrichtung aktuiert wird.
-
Vorzugsweise sind je Riemenscheibenkupplung zwei Klinkeneinrichtungen mit jeweils einer Mehrzahl von Klinken, die entlang der Umfangsrichtung insbesondere gleichmäßig verteilt und wechselsweise (also Klinke der ersten Klinkeneinrichtung abwechselnd mit einer Klinke der zweiten Klinkeneinrichtung) angeordnet sind, verbaut. Insbesondere weist jede Klinkeneinrichtung mindestens zwei, bevorzugt drei, insbesondere mehr als drei Klinken auf. Die Start-Klinke (Klinke der ersten Klinkeneinrichtung wird bei entgegengesetzter Drehrichtung (zweiter Drehrichtung) überrollt und ist in Motorlaufrichtung (erster Drehrichtung) im Kraftfluss (erzeugt also einen Formschluss).
-
Jede Klinke der zweiten Klinkeneinrichtung ist insbesondere mit einer Fliehmasse gekoppelt, so dass durch eine Bewegung der Fliehmasse aus der Ruheposition die jeweilige Klinke betätigbar ist. Kehrt die Fliehmasse in die Ruheposition zurück, wird die Klinke gegen die Federkraft der Klinkenfeder durch die Fliehmasse zurückverlagert.
-
Insbesondere ist ein Aktuierungspin zur Betätigung der Klinke der zweiten Klinkeneinrichtung mit der Fliehmasse fest gekoppelt. Ein Drehpunkt von Klinke und Fliehmasse liegt möglichst nah beieinander bzw. auf einer gleichen Achse, wodurch eine Relativbewegung bei der Klinkenaktuierung und damit ein Verschleiß minimiert wird.
-
Die Vorlastfeder einer Fliehmasse, die mit definierter Federkraft die Fliehmasse in Ruheposition hält und somit für die Abkopplung der Klinken zur Riemenscheibe oder Eingangswelle verwendet wird, kann durch Bogen-, Schling- oder Blattfedern gebildet werden. Bei Erreichen der Grenzdrehzahl bewegt sich die Fliehmasse nach außen und die Klinkenfeder schließt die Generatorklinke, also die Klinke der zweiten Klinkeneinrichtung.
-
Die Grenzdrehzahl für die Aktuierung der Riemenscheibenkupplung bzw. der Klinke der zweiten Klinkeneinrichtung ist insbesondere einstellbar durch die Variation von der Fliehmasse und/ oder von der Vorlastfederkraft.
-
Um eine synchrone Bewegung zu gewährleisten, sind die Fliehmassen insbesondere über einen Koppelring verbunden. Dies gewährleistet ein gleichzeitiges Einkoppeln der Klinken.
-
Für eine Minimierung des Verschleißes kann eine Öl- oder Fettschmierung der Klinken vorgesehen sein. Auch eine Beschichtung der Klinken mit einem verschleißfesten Material ist möglich.
-
Eine Anordnung der Generatorklinke (also der Klinke der zweiten Klinkeneinrichtung) und der Fliehkraftbetätigungseinrichtung, also der Fliehmassen, an der ersten Riemenscheibe ermöglicht insbesondere, dass eine Standklimatisierung (entgegengesetzt der ersten Drehrichtung der Verbrennungskraftmaschine) drehzahlunabhängig betrieben werden kann. Dabei wird die Generatorklinke von außen nach innen durch eine Klinkenfeder vorgespannt, wobei die Federkraft größer als die entstehende Fliehkraft auf die Klinke sein sollte. Mit einer derartigen Anordnung kann eine Beschränkung der Standklimatisierung auf eine Drehzahl kleiner der Grenzdrehzahl (z. B. kleiner als eine Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine) umgangen werden.
-
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass ein über die vierte Riemenscheibe angetriebener Klimakompressor bei Standklimatisierung in einer negativen Drehrichtung betrieben werden kann (im Gegensatz zum Betrieb des Klimakompressors durch die Verbrennungskraftmaschine, der bei einer entgegengesetzten, positiven Drehrichtung erfolgt). Ist dies nicht möglich, kann z. B. durch den Einsatz eines aus der
DE 10 2017 105 261 A1 bekannten Drehrichtungsgleichrichter, der beispielsweise durch ein Planetengetriebe mit zwei Freiläufen an dem Klimakompressor realisiert werden kann, die Drehrichtung am Klimakompressor wieder umgekehrt werden.
-
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Grö-ßen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
-
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1: eine Drehmomentübertragungsanordnung in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 2: einen Ausschnitt der Drehmomentübertragungsanordnung nach 1 mit einer Riemenscheibenkupplung in einer perspektivischen Ansicht im Schnitt;
- 3: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung in einer ersten Schaltstellung;
- 4: eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung in einer zweiten Schaltstellung;
- 5: eine zweite Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung in einer ersten Schaltstellung in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 6: die zweite Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung in einer zweiten Schaltstellung in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 7: eine dritte Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung in einer ersten Schaltstellung in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 8: die dritte Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung in einer zweiten Schaltstellung in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 9: eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung in einer ersten Schaltstellung bei Betrieb in einer ersten Drehrichtung;
- 10: eine schematische Darstellung der vierten Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung in einer zweiten Schaltstellung bei Betrieb in einer ersten Drehrichtung;
- 11: eine schematische Darstellung der vierten Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung in einer ersten Schaltstellung bei Betrieb in einer zweiten Drehrichtung;
- 12: eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung in einer ersten Schaltstellung bei Betrieb in einer ersten Drehrichtung;
- 13: eine schematische Darstellung der fünften Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung in einer zweiten Schaltstellung bei Betrieb in einer ersten Drehrichtung; und
- 14: eine schematische Darstellung der fünften Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung in einer ersten Schaltstellung bei Betrieb in einer zweiten Drehrichtung.
-
1 zeigt eine Drehmomentübertragungsanordnung 21 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die Drehmomentübertragungsanordnung umfasst eine erste Riemenscheibenanordnung 22 mit einer ersten Riemenscheibe 3 und einer zweiten Riemenscheibe 23, die über einen ersten Riemen 24 miteinander verbunden sind und eine zweite Riemenscheibenanordnung 25 mit einer dritten Riemenscheibe 26 und einer vierten Riemenscheibe 27, die über einen zweiten Riemen 28 miteinander verbunden sind. Die erste Riemenscheibe 3 ist über eine Riemenscheibenkupplung 1 mit einer Eingangswelle 2 schaltbar verbindbar, wobei die dritte Riemenscheibe 26 drehfest mit der Eingangswelle 2 verbunden ist.
-
Bei dieser Drehmomentübertragungsanordnung 21 ist eine Abkopplung der Eingangswelle 2 von der zweiten Riemenscheibe 23, die drehfest mit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine 29 verbunden ist, bei geringen Drehzahlen 11 (insbesondere bei Drehzahlen 11 unterhalb einer Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 29) in entgegengesetzter Motordrehrichtung (also in der zweiten Drehrichtung 8) möglich.
-
Mit dieser Drehmomentübertragungsanordnung 21 kann eine Standklimatisierung bei abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine 29 realisiert werden. Die elektrische Maschine 30 ist mit zwei Riemenscheiben (erste Riemenscheibe 3 und dritte Riemenscheibe 26) über die Eingangswelle 2 gekoppelt. Die erste Riemenscheibe 3 ist über eine Riemenscheibenkupplung 1 und einen ersten Riemen 24 an die Kurbelwellenriemenscheibe (die zweite Riemenscheibe 23) der Verbrennungskraftmaschine 29 gekoppelt. Die dritte Riemenscheibe 26 ist fest mit der Riemenstartergeneratorwelle (Eingangswelle 2; drehfest verbunden mit Rotor der elektrischen Maschine 30) verbunden und treibt über den zweiten Riemen 28 die vierte Riemenscheibe 27 und damit die Klimaanlage bzw. den Klimakompressor an.
-
2 zeigt einen Ausschnitt der Drehmomentübertragungsanordnung 21 nach 1 mit einer Riemenscheibenkupplung 1 in einer perspektivischen Ansicht im Schnitt. Dargestellt sind die erste Riemenscheibe 3 und die dritte Riemenscheibe 26, die beide auf der Eingangswelle 2 angeordnet sind. Auf die Ausführungen zu 1 wird verwiesen.
-
Die erste Riemenscheibe 3 ist über eine Riemenscheibenkupplung 1 mit einer Eingangswelle 2 schaltbar verbindbar, wobei die dritte Riemenscheibe 26 drehfest mit der Eingangswelle 2 verbunden ist.
-
Hier sind die prinzipielle Lagerung und die Anbindung beider Riemenscheiben 3, 26 an die Eingangswelle 2 zu erkennen. Die beidseitig wirkende Riemenscheibenkupplung 1 wird unter der ersten Riemenscheibe 3, die mit dem Riemen 24 über die zweite Riemenscheibe 23 zur Kurbelwelle verbunden ist, angeordnet.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung 1 in einer ersten Schaltstellung 9. 4 zeigt eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung 1 in einer zweiten Schaltstellung 10.
-
Die Riemenscheibenkupplung 1 umfasst eine Eingangswelle 2 und eine mit der Eingangswelle 2 über die Riemenscheibenkupplung 1 schaltbar verbindende (erste) Riemenscheibe 3 sowie eine nicht betätigbare erste Klinkeneinrichtung 4 und eine betätigbare zweite Klinkeneinrichtung 5. Über die erste Klinkeneinrichtung 4 ist bei Vorliegen einer ersten Drehrichtung 6 der Riemenscheibe 3 und der Eingangswelle 2 nur ein Drehmoment 7 der Eingangswelle 2 auf die Riemenscheibe 3 übertragbar, wobei bei Vorliegen einer zweiten Drehrichtung 8 zumindest der Eingangswelle 2 kein Drehmoment 7 der Eingangswelle 2 auf die Riemenscheibe 3 übertragbar ist. Die zweite Klinkeneinrichtung 5 ist zwischen zwei Schaltstellungen 9, 10 betätigbar. In einer ersten Schaltstellung 9 ist in keiner der beiden Drehrichtungen 6, 8 ein Drehmoment 7 über die zweite Klinkeneinrichtung 5 übertragbar. In einer zweiten Schaltstellung 10 ist nur bei Vorliegen der ersten Drehrichtung 6 zumindest der Riemenscheibe 3 ein Drehmoment 7 von der Riemenscheibe 3 auf die Eingangswelle 2 übertragbar.
-
Eine Klinkeneinrichtung 4, 5 umfasst eine Klinke 19, über die zwei drehbaren Komponenten (hier erste Riemenscheibe 3 und Eingangswelle 2) miteinander drehfest (ggf. wird ein geringes Spiel vorgehalten) verbindbar sind. Über die Klinke 19 kann eine formschlüssige Verbindung zwischen den Komponenten erzeugt und ggf. wieder gelöst werden. Die Komponenten weisen jeweils einander gegenüberliegende Flansche mit Vertiefungen auf, in die die Klinke 19 zur Erzeugung des Formschlusses eingreifen kann. Die Klinke 19 ist verschwenkbar, so dass ein Formschluss aufhebbar ist. Über die Klinke 19 einer Klinkeneinrichtung 4, 5 kann ein Freilauf realisiert werden.
-
Der Formschluss ist dabei abhängig von der Drehrichtung 6, 8 der Komponenten und davon, welche Komponente ein Drehmoment 7 auf die andere Komponente überträgt.
-
Die erste Klinkeneinrichtung 4 wirkt nach Art eines Freilaufs. Über die erste Klinkeneinrichtung 4 ist bei Vorliegen einer ersten Drehrichtung 6 der Riemenscheibe 3 und der Eingangswelle 2 nur ein Drehmoment 7 der Eingangswelle 2 auf die Riemenscheibe 3 übertragbar. Ein an der Riemenscheibe 3 vorliegendes Drehmoment 7 kann in der ersten Drehrichtung 6 nicht auf die Eingangswelle 2 übertragen werden. In diesem Fall würde die Riemenscheibe 3 schneller drehen als die Eingangswelle 2. Bei Vorliegen einer zweiten Drehrichtung 8 zumindest der Eingangswelle 2 ist umgekehrt kein Drehmoment 7 der Eingangswelle 2 auf die Riemenscheibe 3 übertragbar. In diesem Fall würde die Eingangswelle 2 schneller drehen als die Riemenscheibe 3.
-
Die zweite Klinkeneinrichtung 5 ist in einem unbetätigten Zustand in der ersten Schaltstellung 9 (kein Formschluss möglich) angeordnet und die Betätigung hin zur zweiten Schaltstellung 10 (ein Formschluss zwischen zwei Komponenten ist in Abhängigkeit von Drehrichtung 6, 8 und der Richtung der Übertragung eines Drehmoments 7 erzeugbar) erfolgt in Abhängigkeit von einer Drehzahl 11 der Eingangswelle 2 oder der Riemenscheibe 3.
-
Eine Klinke 19 der zweiten Klinkeneinrichtung 5 ist durch eine Klinkenfeder 20 aus der ersten Schaltstellung 9 in die zweite Schaltstellung 10 verlagerbar, wobei die Klinkenfeder 20 in der ersten Schaltstellung 9 durch eine Fliehmasse 12 vorgespannt ist.
-
Auch die Klinke 19 der ersten Klinkeneinrichtung 4 ist durch eine (andere) Klinkenfeder 20 vorgespannt, so dass die Klinke 19 in der vorgesehenen, einen Formschluss ermöglichenden, Stellung durch die Klinkenfeder 20 angeordnet werden kann.
-
Befindet sich wie in 4 dargestellt auch die zweite Klinkeneinrichtung 5 in einer einen Formschluss bildenden (zweiten) Schaltstellung 10, kann in beiden Drehrichtungen 6, 8 und von beiden Komponenten auf die jeweils andere Komponente ein Drehmoment 7 übertragen werden. Dabei kann die elektrische Maschine 30 (mit der Eingangswelle 2 drehfest verbunden) in einem Generatorbetrieb (also angetrieben durch ein Drehmoment 7 der Verbrennungskraftmaschine 29; über die erste Riemenscheibe 3) oder im Boostbetrieb (also zur Erhöhung eines Drehmoments 7 der Verbrennungskraftmaschine 29) eingesetzt werden.
-
5 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung 1 in einer ersten Schaltstellung 9 in einer Seitenansicht im Schnitt. 6 zeigt die zweite Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung 1 in einer zweiten Schaltstellung 10 in einer Seitenansicht im Schnitt. Auf die Ausführungen zu den 1 bis 4 wird Bezug genommen. Die 5 und 6 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
-
Die Riemenscheibenkupplung 1 umfasst eine Eingangswelle 2 und eine mit der Eingangswelle 2 über die Riemenscheibenkupplung 1 schaltbar verbindende (erste) Riemenscheibe 3 sowie eine nicht betätigbare erste Klinkeneinrichtung 4 und eine betätigbare zweite Klinkeneinrichtung 5. Über die erste Klinkeneinrichtung 4 ist bei Vorliegen einer ersten Drehrichtung 6 der Riemenscheibe 3 und der Eingangswelle 2 nur ein Drehmoment 7 der Eingangswelle 2 auf die Riemenscheibe 3 übertragbar, wobei bei Vorliegen einer zweiten Drehrichtung 8 zumindest der Eingangswelle 2 kein Drehmoment 7 der Eingangswelle 2 auf die Riemenscheibe 3 übertragbar ist. Die zweite Klinkeneinrichtung 5 ist zwischen zwei Schaltstellungen 9, 10 betätigbar. In einer ersten Schaltstellung 9 ist in keiner der beiden Drehrichtungen 6, 8 ein Drehmoment 7 über die zweite Klinkeneinrichtung 5 übertragbar. In einer zweiten Schaltstellung 10 ist nur bei Vorliegen der ersten Drehrichtung 6 zumindest der Riemenscheibe 3 ein Drehmoment 7 von der Riemenscheibe 3 auf die Eingangswelle 2 übertragbar.
-
Die Klinken 19 der zweiten Klinkeneinrichtung 5 und der ersten Klinkeneinrichtung 4 und die Fliehmassen 12 einer Fliehkraftbetätigungseinrichtung 13 sind mit der Eingangswelle 2 verbunden. Bei Überschreiten einer Grenzdrehzahl sind die Fliehmassen 12 aus einer Ruheposition 14 (siehe 5) heraus bewegbar, wobei infolge dieser Bewegung 15 die zweite Klinkeneinrichtung 5 betätigbar ist. Die Fliehmassen 12 sind nur entgegen einer Federkraft einer Vorlastfeder 16 aus der Ruheposition 14 heraus bewegbar. Die Fliehkraftbetätigungseinrichtung 13 weist entlang einer Umfangsrichtung 17 eine Mehrzahl (hier drei) von Fliehmassen 12 auf, die über einen Koppelring 18 miteinander gekoppelt sind, so dass die Bewegung 15 der Fliehmassen 12 nur gemeinsam erfolgt. Die Kopplung der Fliehmassen 12 über einen Koppelring 18 ermöglicht eine gleichzeitige Aktuierung der Klinken 19 sowie eine Kompensation der Gravitationskraft. Die Klinken 19 der zweiten Klinkeneinrichtung 5 sind durch eine Klinkenfeder 20 aus der ersten Schaltstellung 9 in die zweite Schaltstellung 10 verlagerbar, wobei die Klinkenfeder 20 in der ersten Schaltstellung 9 durch die Fliehmasse 12 vorgespannt ist.
-
Eine Verlagerung der Klinken 19 aus der zweiten Schaltstellung 10 in die erste Schaltstellung 9 erfolgt gegen eine Federkraft der Klinkenfeder 20.
-
Jede Klinke 19 der zweiten Klinkeneinrichtung 5 ist mit einer Fliehmasse 12 gekoppelt, so dass durch eine Bewegung 15 der Fliehmasse 12 aus der Ruheposition 14 die jeweilige Klinke 19 betätigbar ist. Kehrt die Fliehmasse 12 in die Ruheposition 14 zurück, wird die Klinke 19 gegen die Federkraft der Klinkenfeder 20 durch die Fliehmasse 12 zurückverlagert. Ein Aktuierungspin 31 zur Betätigung der Klinke 19 der zweiten Klinkeneinrichtung 5 ist mit der Fliehmasse 12 fest gekoppelt. Eine Drehachse 32 (Drehpunkt) von Klinke 19 und Fliehmasse 12 liegt möglichst nah beieinander bzw. wie hier dargestellt auf einer gleichen Achse, wodurch eine Relativbewegung bei der Klinkenaktuierung und damit ein Verschleiß minimiert wird.
-
Die Vorlastfeder 16 einer Fliehmasse 12, die mit definierter Federkraft die Fliehmasse 12 in Ruheposition 14 hält und somit für die Abkopplung der Klinken 19 zur Riemenscheibe 3 oder Eingangswelle 2 verwendet wird, kann durch Bogenfedern (siehe 5 und 6), Schling- oder Blattfedern (siehe 7 und 8) gebildet werden. Bei Erreichen der Grenzdrehzahl bewegt sich die Fliehmasse 12 nach außen und die Klinkenfeder 20 schließt die Generatorklinke, also die Klinke 19 der zweiten Klinkeneinrichtung 5.
-
Die Klinken 19 sind durch Klinkenfedern 20 nach außen vorgespannt und werden unter anderem durch die Fliehkraftbetätigungseinrichtung 13 deaktiviert bzw. entkoppelt.
-
Die zweite Ausführungsvariante der Riemenscheibenkupplung 1 ist mit Bogenfedern als Vorlastfedern 16 ausgeführt. Die erste Schaltstellung zeigt bei ausgeschalteter Verbrennungskraftmaschine 29 bzw. bei geringen Drehzahlen 11 (z. B. weniger als 700 Umdrehungen pro Minute) an der Riemenscheibe 3 die in 5 dargestellte Klinkenstellung. Hier ist zu erkennen, dass die Klinke 19 der ersten Klinkeneinrichtung 4 (Startklinke) in Motorlaufrichtung (erste Drehrichtung 6) im Eingriff ist und in entgegengesetzter Laufrichtung (zweite Drehrichtung) überrollt werden kann. Die parallel dazu geschalteten Generatorklinken (Klinken 19 der zweiten Klinkeneinrichtung 5) sind durch die Fliehkraftbetätigungseinrichtung 13 mit Vorlastfedern 16 bei Stillstand und geringen Drehzahlen 11 geöffnet. Abhängig von der Vorlastfederkraft und Fliehmassengröße kann die Grenzdrehzahl der Riemenscheibenkupplung 1 eingestellt werden.
-
In der 6 ist der Zustand während dem Motorlauf sichtbar, bei dem die Generatorklinke (also die Klinke 19 der zweiten Klinkeneinrichtung 5) zugeschalten ist. Dies erfolgt ohne Impact, da die Startklinke (Klinke der ersten Klinkeneinrichtung) während der Aktuierung (Motorstart etc.) im Kraftfluss ist und die Generatorklinke frei zugeschaltet werden kann.
-
Der Anschlag für die Fliehmassen 12 kann unteranderem die fest gekoppelte Riemenscheibe 3 selbst sein.
-
7 zeigt eine dritte Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung 1 in einer ersten Schaltstellung 9 in einer Seitenansicht im Schnitt. 8 zeigt die dritte Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung 1 in einer zweiten Schaltstellung 10 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die 7 und 8 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu 5 und 6 wird verwiesen.
-
Hier wurde die Vorlastfeder 16 durch Federbleche bzw. Blattfedern in den Fliehmassen 12 realisiert. Der Vorteil liegt hier im geringeren Platzbedarf und ermöglicht so eine höhere Platzausnutzung der Fliehmassen 12. Der Reibkontakt zwischen Blattfeder und Riemenscheibe 3 kann bei Relativbewegung zu Verschleiß führen, wodurch entweder der Weg minimiert oder die Reibpartner mit möglichst geringen Reibwert gewählt werden sollten. Außerdem kann auch hier ein Schmiermittel verschleißminimierend verwendet werden.
-
9 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung 1 in einer ersten Schaltstellung 9 bei Betrieb in einer ersten Drehrichtung 6. 10 zeigt eine schematische Darstellung der vierten Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung 1 in einer zweiten Schaltstellung 10 bei Betrieb in einer ersten Drehrichtung 6. 11 zeigt eine schematische Darstellung der vierten Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung 1 in einer ersten Schaltstellung 9 bei Betrieb in einer zweiten Drehrichtung 8. Auf die Ausführungen zu 1 bis 8 wird verwiesen. Die 9 bis 11 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
-
In dieser vierten Ausführungsvariante besteht die Riemenscheibenkupplung 1 aus zwei parallelen Klinkeneinrichtungen 4, 5, die in die entgegengesetzte Drehrichtungen 6, 8 Drehmoment 7 übertragend wirken. Die Generatorklinke (Klinke 19 der zweiten Klinkeneinrichtung 5) wird mit der Fliehkraftbetätigungseinrichtung 13 geschaltet. Ein wesentlicher Unterschied liegt bei der Anbindung der Generatorklinke, die ihre Drehachse 32 nicht mehr bei der Eingangswelle 2 hat, sondern nun bei der ersten Riemenscheibe 3 (die zur Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine 29 verbunden ist). Dadurch kann die Fliehmasse 12 ebenfalls an der Riemenscheibe 3 befestigt werden, wodurch die Fliehkraft auf die Fliehmasse 12 nur bei drehender Riemenscheibe 3 wirkt. Die Generatorklinken werden somit erst nach dem Start einer Verbrennungskraftmaschine 29 zugeschaltet. Bei Rückwärtsdrehung (zweite Drehrichtung 8) der elektrischen Maschine 30 im Standklimabetrieb bleiben die Klinken 19 der zweiten Klinkeneinrichtung 5 immer ausgekoppelt. Die Startklinken der ersten Klinkeneinrichtung 4 sind weiter an der Eingangswelle 2 angeordnet.
-
Hier sollten die wirkenden Kräfte in folgender Reihenfolge wirken: Fliehkraft der Klinke 19 kleiner als Federkraft der Klinkenfeder 20 der zweiten Klinkeneinrichtung 5 kleiner als Federkraft der Vorlastfeder 16 kleiner als Fliehkraft Fliehkraftbetätigungseinrichtung 13.
-
12 zeigt eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung 1 in einer ersten Schaltstellung 9 bei Betrieb in einer ersten Drehrichtung 6. 13 zeigt eine schematische Darstellung der fünften Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung 1 in einer zweiten Schaltstellung 10 bei Betrieb in einer ersten Drehrichtung 6. 14 zeigt eine schematische Darstellung der fünften Ausführungsvariante einer Riemenscheibenkupplung 1 in einer ersten Schaltstellung 9 bei Betrieb in einer zweiten Drehrichtung 8. Auf die Ausführungen zu 9 bis 11 wird verwiesen. Die 12 bis 14 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
-
In dieser fünften Ausführungsvariante werden beide Klinkeneinrichtungen 4, 5 (Generator und Startklinke) mit der Riemenscheibe 3 (zur Kurbelwelle) verbunden. Das hat den Vorteil, dass die Standklimatisierung weiterhin drehzahlunabhängig ist und zusätzlich das Abrollen der Startklinke (Klinke 19 der ersten Klinkeneinrichtung) in Freilaufrichtung günstiger gestaltet werden kann. Hierbei muss die Klinkenfederkraft beider Klinken 19 die Fliehkraft der Klinken 19 mindestens kompensieren, um eine sichere zweite Schaltstellung 10 zu gewährleisten.
-
Hier sollten die wirkenden Kräfte also in folgender Reihenfolge wirken: Fliehkraft der Klinke 19 kleiner als Federkraft der Klinkenfedern 20 der ersten Klinkeneinrichtung 4 und der zweiten Klinkeneinrichtung 5 kleiner als Federkraft der Vorlastfeder 16 kleiner als Fliehkraft Fliehkraftbetätigungseinrichtung 13.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Riemenscheibenkupplung
- 2
- Eingangswelle
- 3
- (erste) Riemenscheibe
- 4
- erste Klinkeneinrichtung
- 5
- zweite Klinkeneinrichtung
- 6
- erste Drehrichtung
- 7
- Drehmoment
- 8
- zweite Drehrichtung
- 9
- erste Schaltstellung
- 10
- zweite Schaltstellung
- 11
- Drehzahl
- 12
- Fliehmasse
- 13
- Fliehkraftbetätigungseinrichtung
- 14
- Ruheposition
- 15
- Bewegung
- 16
- Vorlastfeder
- 17
- Umfangsrichtung
- 18
- Koppelring
- 19
- Klinke
- 20
- Klinkenfeder
- 21
- Drehmomentübertragungsanordnung
- 22
- erste Riemenscheibenanordnung
- 23
- zweite Riemenscheibe
- 24
- erster Riemen
- 25
- zweite Riemenscheibenanordnung
- 26
- dritte Riemenscheibe
- 27
- vierte Riemenscheibe
- 28
- zweiter Riemen
- 29
- Verbrennungskraftmaschine
- 30
- elektrische Maschine
- 31
- Aktuierungspin
- 32
- Drehachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102016211145 A1 [0004, 0040]
- DE 102017105261 A1 [0006, 0050]
