DE102019210503B4

DE102019210503B4 - Riemenscheibenanordnung

Info

Publication number: DE102019210503B4
Application number: DE102019210503.3A
Authority: DE
Inventors: Alfred Rehr; Christian Glück
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2039-07-17
Also published as: DE102019210503A1; WO2021008759A1

Abstract

Riemenscheibenanordnung mit einer schaltbaren Riemenscheibe (9) und einer axial angrenzenden drehfesten Riemenscheibe (11), die beide auf einer Antriebswelle (1) angeordnet sind, wobei die schaltbare Riemenscheibe (9) mittels einer Kupplungseinrichtung mit der Antriebswelle (1) momentenübertragend koppelbar ist oder davon entkoppelbar ist, und zwar in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsarten (MB1, MB2, GB) der Riemenscheibenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung eine Freilaufkupplung (K1) und eine Fliehkraftkupplung (K2) aufweist, die in Abhängigkeit von der Betriebsart (MB1, MB2, GB) eine Kopplung oder eine Entkopplung zwischen der schaltbaren Riemenscheibe (9) und der Antriebswelle (1) bereitstellen, und dass die Freilaufkupplung (K1) und die Fliehkraftkupplung (K2) in einem Bauraum radial innerhalb der beiden Riemenscheiben (9, 11) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Konventionelle Fahrzeuge verfügen über einen Antrieb für Nebenaggregate. Angetrieben von der Brennkraftmaschine werden unter anderem eine Elektromaschine und ein mechanischer Klimakompressor mit Leistung versorgt. Durch die Einführung von Start-Stopp- oder Hybrid-Systemen sowie durch einen „Segel“-Betrieb und dergleichen wird die Brennkraftmaschinen-Laufzeit und damit die Verfügbarkeit vom mechanischen Klimakompressor stark reduziert. Bei einem Klimatisierungsbedarf kommt es daher zu einem sogenannten „Start-Stopp-Veto“. In diesem Fall muss die Brennkraftmaschine laufen oder gestartet werden, obwohl keine Anforderung zum Fahrzeug-Vortrieb vorliegt. Ein Motorstart alleine aufgrund eines Klimatisierungsbedarfes beeinträchtigt die Energiebilanz im Gesamtfahrzeug. Eine Alternative besteht darin, anstelle eines mechanischen Klimakompressors einen elektrisch angetriebenen Klimakompressor bereitzustellen. Dieser hat jedoch gegenüber dem mechanisch angetriebenen Klimakompressor deutliche Nachteile im Hinblick auf Beschaffungskosten, Bauteilgewicht sowie Bauraumbedarf.
Eine gattungsgemäße Riemenscheibenanordnung weist eine Elektromaschine mit einer Elektromaschinen-Welle auf, auf der eine über eine Kupplungseinrichtung schaltbare Riemenscheibe und eine drehfeste Riemenscheibe angeordnet sind. Die schaltbare Riemenscheibe ist über einen Brennkraftmaschinen-Riementrieb mit einer Brennkraftmaschinen-Welle trieblich verbindbar. Zudem ist die drehfeste Riemenscheibe über einen Aggregate-Riementrieb mit einer Aggregate-Welle trieblich verbindbar. In einer ersten Motorbetriebsart treibt die Elektromaschine über ihre Elektromaschinen-Welle und über den Brennkraftmaschinen-Riementrieb in einer ersten Antriebsdrehrichtung auf die Brennkraftmaschine ab. In diesem Fall kann beispielhaft ein Motorstart der Brennkraftmaschine erfolgen oder ein Boostbetrieb erfolgen, bei dem die laufende Brennkraftmaschine mit einem zusätzlichen elektromotorischen Drehmoment unterstützt wird. Alternativ dazu kann in einer Generatorbetriebsart die Brennkraftmaschine über ihre Brennkraftmaschinen-Welle und den Brennkraftmaschinen-Riemenabtrieb in der ersten Antriebsdrehrichtung auf die Elektromaschine abtreiben. In diesem Fall kann die an der Elektromaschine angeschlossene Fahrzeugbatterie geladen werden und zusätzlich auch der Klimakompressor angetrieben werden.
Die Elektromaschine kann außerdem in einer Zusatzbetriebsart, das heißt einer zweiten Motorbetriebsart, arbeiten. In der zweiten Motorbetriebsart kann die Elektromaschine über ihre Elektromaschinen-Welle und den Aggregate-Riementrieb auf das Nebenaggregat abtreiben, und zwar bei stillgelegter Brennkraftmaschine, das heißt unabhängig von der Brennkraftmaschine auf das Nebenaggregat abtreiben.
Die Realisierung des obigen ersten Motorbetriebes, des zweiten Motorbetriebes und des Generatorbetriebes ist im Stand der Technik lediglich mit zusätzlichen Aktuatoren ermöglicht, die von einer externen Steuereinheit angesteuert werden müssen. Die Bereitstellung solcher Aktuatoren ist daher steuerungstechnisch aufwändig sowie mit einem Bauteil- sowie Bauraumbedarf verbunden.
Aus der EP 1 454 043 B1 ist ein variabler Riemenhochtrieb für Nebenaggregate bekannt. Aus der DE 197 54 872 A1 ist eine Riemenscheibe für Freilaufkupplungen mit zwei Riemen bekannt. Aus der DE 10 2013 108 839 A1 ist eine Riemenscheibenanordnung bekannt. Aus der DE 10 2019 100 737 A1 ist eine Riemenscheibenkupplung bekannt. Aus der DE 10 2018 126 459 B3 ist ein Nebenaggregate-Riementrieb einer Brennkraftmaschine bekannt. Aus der DE 102 58 907 A1 ist eine Freilaufriemenscheibe bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Riemenscheibenanordnung mit einer schaltbaren Riemenscheibe und einer drehfesten Riemenscheibe bereitzustellen, bei der im Vergleich zum Stand der Technik der steuerungstechnische Aufwand sowie der Bauraum- und Bauteilbedarf reduziert ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Erfindungsgemäß werden auf extern mittels elektronischer Steuergeräte ansteuerbarer Aktuatoren verzichtet. Anstelle dessen kann die Kupplungseinrichtung für die schaltbare Riemenscheibe eine Freilaufkupplung und eine Fliehkraftkupplung aufweisen. Die Freilaufkupplung und die Fliehkraftkupplung öffnen oder sperren in den beiden Motorbetriebsarten sowie in der Generatorbetriebsart der Elektromaschine selbsttätig, das heißt ohne Einwirkung von zum Beispiel elektrischer oder hydraulischer Fremdenergie. Auf diese Weise kann insbesondere bei stillstehender Brennkraftmaschine (das heißt bei stillstehender Brennkraftmaschinen-Welle) die Elektromaschine das Nebenaggregat, insbesondere ein mechanischer Klimakompressor, unabhängig von der Brennkraftmaschine antreiben.
In der ersten Motorbetriebsart kann die Freilaufkupplung drehmomentenübertragend sperren und die Fliehkraftkupplung übertragungsfrei sein. In der Generatorbetriebsart kann die Freilaufkupplung übertragungsfrei sein und die Fliehkraftkupplung drehmomentenübertragend sperren. In der in der zweiten Motorbetriebsart kann sowohl die Freilaufkupplung als auch die Fliehkraftkupplung übertragungsfrei sind.
Vor diesem Hintergrund kann in einer technischen Umsetzung die drehmomentenübertragende Sperrfunktion der Freilaufkupplung in der ersten Motorbetriebsart bei einer ersten Antriebsdrehrichtung der Elektromaschinen-Welle aktiviert sein. In der ersten Motorbetriebsart kann mit Hilfe der Elektromaschine entweder ein Motorstart erfolgen oder eine Boostfunktion bei laufender Brennkraftmaschine erfolgen. Die übertragungsfreie Freilauffunktion der Freilaufkupplung kann dagegen beim Betrieb der Elektromaschine in einer zur ersten Anriebsdrehrichtung gegensinnigen zweiten Antriebsdrehrichtung aktiviert sein.
Die drehmomentenübertragende Sperrfunktion der Fliehkraftkupplung kann in der Generatorbetriebsart der Elektromaschine aktiviert sein. Im Gegensatz dazu kann deren übertragungsfreie Freilauffunktion beim Betrieb der Elektromaschine in der gegensinnigen zweiten Antriebsdrehrichtung aktiviert sein.
Mit der obigen Ausführungsvariante kann die Elektromaschine in der zweiten Motorbetriebsart (das heißt Antrieb des Nebenaggregats bei stillgelegter Brennkraftmaschinen-Welle) in der zweiten Antriebsdrehrichtung drehen. In der zweiten Antriebsdrehrichtung sind sowohl in der Freilaufkupplung als auch in der Fliehkraftkupplung die Freilauffunktionen aktiviert, das heißt beide Kupplungen übertragungsfrei. Die Elektromaschine kann daher das Nebenaggregat auch bei stillgelegter Brennkraftmaschine antreiben.
In einer konkreten Ausführungsvariante kann die schaltbare Riemenscheibe unter radialer Zwischenlage der Freilaufkupplung auf der Elektromaschinen-Welle angeordnet sein. Die Freilaufkupplung kann in gängiger Praxis eine Freilaufkupplung-Außenseite und eine Freilaufkupplung-Innenseite aufweisen. Zwischen der Freilaufkupplung-Innenseite und der Freilaufkupplung-Außenseite sind verstellbare Klemmelemente angeordnet. Je nach Drehrichtung der Innenseite und der Außenseite können aufgrund einer Relativbewegung die Klemmelemente in eine Klemmposition oder in eine Freigabeposition verstellt werden.
Die Fliehkraftkupplung kann zumindest ein fliehkraftbeaufschlagbares Fliehkraftelement aufweisen. Das Fliehkraftelement kann bei Fliehkrafteinwirkung zwischen einer Ruheposition und einer Sperrposition verlagert werden. In der fliehkraftbeaufschlagten Sperrposition kann das Fliehkraftelement in Eingriff mit einer Gegenkontur der Elektromaschinen-Welle sein. Demgegenüber kann das Fliehkraftelement in seiner Ruheposition außer Eingriff mit der Gegenkontur der Elektromaschinen-Welle sein.
Erfindungsgemäß sind die drehfeste Riemenscheibe und die schaltbare Riemenscheibe axial zueinander unmittelbar benachbart auf der Elektromaschinen-Welle angeordnet. Im Hinblick auf eine bauraumgünstige Realisierung stellen die beiden Riemenscheiben einen Bauraum bereit, in dem die Freilaufkupplung und die Fliehkraftkupplung angeordnet sind. Bauraumgünstig ist es, wenn die drehfeste Riemenscheibe einen radial inneren Bauraum bereitstellt. In dem Bauraum der drehfesten Riemenscheibe ist das Fliehkraftelement der Fliehkraftkupplung positionierbar. Der radial innere Bauraum der drehfesten Riemenscheibe kann auf der, der schaltbaren Riemenscheibe zugewandten Seite der drehfesten Riemenscheibe ausgebildet sein. Im Hinblick auf einen möglichst großen Bauraum kann dieser zwischen einem radial äußeren Rillenkranz, einem radial inneren Nabenabschnitt und einem Verbindungsflansch der drehfesten Riemenscheibe ausgebildet sein. Der Verbindungsflansch verbindet den radial inneren Nabenabschnitt mit dem radial äußeren Rillenkranz. Bei dieser Geometrie der drehfesten Riemenscheibe kann die Gegenkontur, die mit dem Fliehkraftelement zusammenwirkt, bauraumgünstig unmittelbar am Innenumfang des Rillenkranzes der drehfesten Riemenscheibe ausgebildet sein.
In einer konstruktiv einfachen Ausführungsvariante kann die Fliehkraftkupplung eine Linearführung aufweisen, mittels der das Fliehkraftelement zwischen seiner Ruheposition und seiner Sperrposition linear verstellbar ist. Zur Realisierung der Linearführung kann die schaltbare Riemenscheibe mit einem Tragring materialeinheitlich und einstückig axial verlängert sein. Der Tragring kann gegenüber der schaltbaren Rillenscheibe durchmesserreduziert sein und in der Zusammenbaulage verschachtelt in den Bauraum der axial benachbarten drehfesten Riemenscheibe einragen. Im Tragring der schaltbaren Riemenscheibe kann zumindest ein radial ausgerichteter Führungskanal ausgebildet sein, in dem das Fliehkraftelement radial verstellbar geführt ist.
In einer konstruktiv einfachen Weiterbildung kann der im Tragring der schaltbaren Riemenscheibe ausgebildete Führungskanal axial stirnseitig offen sein. Im Zusammenbauzustand kann die axial offene Stirnseite des Führungskanals unmittelbar vom Verbindungsflansch der drehfesten Riemenscheibe geschlossen sein.
In der zweiten Motorbetriebsart treibt die Elektromaschine das Nebenaggregat unabhängig von der (stillgelegten) Brennkraftmaschine an. In diesem Fall dreht somit die Elektromaschinen-Welle zusammen mit der darauf angeordneten drehfesten Riemenscheibe. Demgegenüber bleibt der Brennkraftmaschinen-Riementrieb mitsamt schaltbarer Riemenscheibe stillgelegt, so dass zwischen der schaltbaren (stillgelegten) Riemenscheibe und der mitdrehenden, drehfesten Riemenscheibe sowie Elektromaschinen-Welle eine RelativDrehbewegung erfolgt. In diesem Fall kann der Tragring der schaltbaren Riemenscheibe bevorzugt in Gleitanlage mit dem Außenumfang des Nabenabschnittes sowie mit dem Verbindungsflansch der drehfesten Riemenscheibe sein oder davon geringfügig beabstandet sein.
Im Hinblick auf eine einwandfreie Funktionsfähigkeit ist es bevorzugt, wenn das Fliehkraftelement mit einer Feder in seine radial innere Ruheposition federvorgespannt ist. In diesem Fall kann das Fliehkraftelement in seiner radial inneren (federvorgespannten) Ruheposition in Anlage mit einem, an der schaltbaren Riemenscheibe ausgebildeten Radialanschlag sein. Von daher kann das Fliehkraftelement in seiner radial inneren Ruheposition außer Gleitkontakt mit dem Nabenabschnitt der drehfesten Riemenscheibe sein.
Zwischen dem Tragring der schaltbaren Riemenscheibe und dem Innenumfang des Rillenkranzes der drehfesten Riemenscheibe kann ein radialer Freiraum bereitgestellt sein. Bei einer Fliehkraftbeaufschlagung kann das Fliehkraftelement unter Aufbrauch dieses radialen Freiraums bis in Eingriff mit der am Innenumfang des Rillenkranzes der drehfesten Riemenscheibe ausgebildeten Gegenkontur kommen.
Bauraumgünstig ist es, wenn die Feder in dem radialen Freiraum zwischen dem Tragring der schaltbaren Riemenscheibe und dem Innenumfang des Rillenkranzes der drehfesten Riemenscheibe angeordnet ist. Der radiale Freiraum kann umlaufend durchgängig (das heißt unterbrechungsfrei) offen sein.
In diesem Fall kann die Feder bevorzugt eine Ringfeder sein, die auf den Außenumfang des Tragringes der schaltbaren Riemenscheibe aufgespannt ist und/oder den Tragring-Außenumfang unterbrechungsfrei umzieht.
Im Hinblick auf eine lagerichtige Positionierung der Ringfeder kann am Tragring-Außenumfang der schaltbaren Riemenscheibe eine umlaufende Federrille ausgebildet sein, in der die Ringfeder angeordnet ist. Bei sehr großer Fliehkraftbelastung kann die Gefahr bestehen, dass die Ringfeder vom Tragring-Außenumfang nach radial außen abhebt. Vor diesem Hintergrund kann zusätzlich auch am Innenumfang des Rillenkranzes der drehfesten Riemenscheibe eine umlaufende (nach radial innen offene) Federrille ausgebildet sein, in der die vom Tragring-Innenumfang abhebende Ringfeder einfahrbar ist.
Unabhängig von dem oben dargelegten konkreten Aufbau der Riemenscheibenanordnung ist ein allgemeiner Erfindungsaspekt allgemein auf eine schaltbaren Riemenscheibe gerichtet, die auf einer Antriebswelle (das heißt insbesondere der Elektromaschinen-Welle) angeordnet ist und über eine Kupplungseinrichtung momentenübertragend mit der Antriebswelle koppelbar ist oder davon entkoppelbar ist, und zwar in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsarten der Riemenscheibenanordnung. In einer ersten Betriebsart (insbesondere die oben erwähnte erste Motorbetriebsart) koppelt die Kupplungseinrichtung die Antriebswelle mit der schaltbaren Riemenscheibe derart, dass sich bei einer Antriebswellendrehung in einer ersten Antriebsdrehrichtung ein Lastpfad L1 von der Antriebswelle in Richtung auf die schaltbare Riemenscheibe bildet. In einer zweiten Betriebsart (das heißt insbesondere die Generatorbetriebsart) koppelt die Kupplungseinrichtung die Antriebswelle mit der schaltbaren Riemenscheibe derart, dass sich bei einer Antriebswellendrehung in der ersten Antriebsdrehrichtung ein gegenläufiger Lastpfad L3 von der schaltbaren Riemenscheibe in die Antriebswelle bildet. In einer dritten Betriebsart (das heißt insbesondere die zweite Motorbetriebsart) entkoppelt die Kupplungseinrichtung die Antriebswelle von der schaltbaren Riemenscheibe, so dass sich bei einer Antriebswellendrehung in einer gegensinnigen zweiten Antriebsdrehrichtung ein Lastpfad L5 ohne Leistungsverzweigung entlang der Antriebswelle bildet, und zwar unter kräftemäßiger Entlastung bzw. Entkopplung der schaltbaren Riemenscheibe von der Antriebswelle.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 bis 3 jeweils Ansichten einer als Blockschaltdiagramm angedeuteten Riemenscheibenanordnung in unterschiedlichen Betriebszuständen;
4 bis 7 in Schnittdarstellungen die Kupplungseinrichtung mit deaktivierter Fliehkraftkupplung (4, 5 und 6) sowie mit aktivierter Fliehkraftkupplung (7); und
8 ein Federkraft-Drehzahl-Diagramm.

In der 1 weist eine Riemenscheibenanordnung eine Elektromaschine RSG auf, der über eine elektrische Versorgungsleitung mit einer Fahrzeugbatterie 14 verbunden ist. Die Elektromaschine RSG ist mit einer Brennkraftmaschine BKM eines Fahrzeugs sowie mit einem das Nebenaggregat bildenden mechanischen Klimakompressor mKK trieblich verbunden. Eine Elektromaschinen-Welle 1 der Elektromaschine RSG, eine Aggregate-Welle 3 des Klimakompressors mKK sowie eine Brennkraftmaschinen-Welle 5 sind zueinander achsparallel angeordnet sowie über einen Brennkraftmaschinen-Riementrieb R_BKM und über einen Aggregate-Riementrieb R_mKK miteinander trieblich verbunden. Der Brennkraftmaschinen-Riementrieb R_BKM weist in der 1 eine drehfest auf der Brennkraftmaschinen-Welle 5 sitzende Riemenscheibe 7 sowie eine schaltbare Riemenscheibe 9 auf, die auf der Elektromaschinen-Welle 1 angeordnet ist. Die schaltbare Riemenscheibe 9 ist mittels einer später beschriebenen Kupplungseinrichtung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsarten MB1, MB2, GB mit der Elektromaschinen-Welle 1 momentenübertragend koppelbar oder davon entkoppelbar. Der Aggregate-Riementrieb R_mKK weist eine auf der Elektromaschinen-Welle 1 angeordnete, drehfeste Riemenscheibe 11 sowie eine aggregateseitige Riemenscheibe 13 auf.
In der 1 ist die Kupplungseinrichtung aus einer Freilaufkupplung K1 und einer Fliehkraftkupplung K2 aufgebaut. Diese können bei den anhand der 1 bis 3 veranschaulichten Betriebsarten MB1, GB, MB2 selbsttätig koppeln oder entkoppeln, so dass die Schaltvorgänge ohne externe Hydraulik- oder Elektro-Aktuatoren durchführbar sind. Nachfolgend sind anhand der 1 bis 3 die Betriebsarten MB1, GB, MB2 beschrieben, in denen die Riemenscheibenanordnung betreibbar ist.
In der 1 arbeitet die Riemenscheibenanordnung in der ersten Motorbetriebsart MB1, in der die Elektromaschine RSG einen Motorstart oder eine Boostfunktion ausführt. In der ersten Motorbetriebsart MB1 wird in der Elektromaschine RSG ein Antriebsmoment generiert. An der Kupplungseinrichtung der schaltbaren Riemenscheibe 9 erfolgt eine Leistungsverzweigung, bei der das von der Elektromaschine RSG generierte Antriebsmoment in einen Lastpfad L1 von der Elektromaschinen-Welle 1 in Richtung Brennkraftmaschinen-Riementrieb R_BKM und in einen Lastpfad L2 von der Elektromaschinen-Welle 1 in Richtung auf den Aggregate-Riementrieb R_mKK aufgeteilt wird. Die Elektromaschinen-Welle 1 der Elektromaschine RSG treibt dabei mit einer ersten Antriebsdrehrichtung A1 (das heißt Rechtsdrehung) auf die Brennkraftmaschinen-Welle 5 und auf die Aggregate-Welle 3 ab, die ebenfalls in der ersten Antriebsdrehrichtung A1 drehen.
In der 2 arbeitet die Riemenscheibenanordnung in einer Generatorbetriebsart GB, in der ein von der Brennkraftmaschine BKM generiertes Antriebsmoment in einem Lastpfad L3 von der Brennkraftmaschinen-Welle 5 über den Brennkraftmaschinen-Riementrieb R_BKM zur Elektromaschinen-Welle 1 und weiter zur Elektromaschine RSG übertragen wird. Zudem erfolgt eine Leistungsverzweigung, bei der vom Lastpfad L3 ein Lastpfad L4 abzweigt, der von der Elektromaschinen-Welle 1 über den Aggregate-Riementrieb R_mKK zum Klimakompressor mKK geführt ist. Die Brennkraftmaschinen-Welle 5 der Brennkraftmaschine BKM treibt mit der ersten Antriebsdrehrichtung A1 (das heißt Rechtsdrehung) auf die Elektromaschinen-Welle 1 und auf die Aggregate-Welle 3 ab, die ebenfalls in der ersten Antriebsdrehrichtung A1 drehen. In der Generatorbetriebsart GB erfolgt ein Aufladen der an der Elektromaschine RSG angeschlossenen Fahrzeugbatterie 14 sowie gleichzeitig ein Antrieb des Klimakompressors mKK.
In der 3 arbeitet die Riemenscheibenanordnung in einer in einer zweiten Motorbetriebsart MB2. In der zweiten Motorbetriebsart MB2 wird ein von der Elektromaschine RSG generiertes Antriebsmoment in einem Lastpfad L5 ohne Leistungsverzweigung von der Elektromaschinen-Welle 1 in Richtung auf den Aggregate-Riementrieb R_mKK übertragen. Die schaltbare Riemenscheibe 9 ist in der zweiten Motorbetriebsart MB2 von der Kupplungseinrichtung lastfrei geschaltet. Im Unterschied zur ersten Motorbetriebsart MB1 und zur Generatorbetriebsart GB treibt die Elektromaschine RSG mit der gegensinnigen zweiten Antriebsdrehrichtung A2 (das heißt Linksdrehung) auf den Aggregate-Riementrieb R_mKK ab. Die zweite Motorbetriebsart MB2 erfolgt bei stillgelegter Brennkraftmaschine BKM. In diesem Fall kann der Klimakompressor mKK, unabhängig von der Brennkraftmaschine BKM, von der Elektromaschine RSG mit Antriebsleistung versorgt werden.
Zur Realisierung der obigen drei Betriebsarten MB1, MB2, GB ist in der Freilaufkupplung K1 die drehmomentenübertragende Sperrfunktion in der ersten Motorbetriebsart MB1 aktiviert. In diesem Fall verläuft der Lastpfad L1 ( 1) von der Elektromaschine RSG über die gesperrte Freilaufkupplung K1 sowie bei der ersten Antriebsdrehrichtung A1 bis zur Brennkraftmaschine BKM. Die übertragungsfreie Freilauffunktion der Freilaufkupplung K1 ist dagegen in der zweiten Motorbetriebsart MB2 (3) aktiviert, das heißt bei einem Betrieb der Elektromaschine RSG in der zur ersten Antriebsdrehrichtung A1 gegensinnigen zweiten Antriebsdrehrichtung A2.
Zudem ist zur Realisierung der drei Betriebsarten MB1, MB2, GB in der Fliehkraftkupplung K2 die drehmomentenübertragende Sperrfunktion in der Generatorbetriebsart GB (2) aktiviert. In diesem Fall verläuft der Lastpfad L2 (2) von der Brennkraftmaschine BKM über den Brennkraftmaschinen-Riementrieb R_BKM sowie über die gesperrte Fliehkraftkupplung K2 zur Elektromaschine RSG, während gleichzeitig in der Freilaufkupplung K1 die Freilauffunktion aktiviert ist.
Die übertragungsfreie Freilauffunktion der Fliehkraftkupplung K2 ist dagegen in der zweiten Motorbetriebsart MB2 (3) aktiviert, das heißt beim Betrieb der Elektromaschine RSG in der gegensinnigen zweiten Antriebsdrehrichtung A2 (3). In der zweiten Motorbetriebsart MB2 ergibt sich der Lastpfad L5, bei dem sich die Elektromaschine RSG in der zweiten Antriebsdrehrichtung A2 dreht, so dass sowohl in der Freilaufkupplung K1 als auch in der Fliehkraftkupplung K2 jeweils die Freilauffunktion aktiviert ist. Auf diese Weise kann in einer Motor-aus-Phase (das heißt bei vorübergehend stillgelegter Brennkraftmaschine BKM) oder bei dauerhaft stillgelegter Brennkraftmaschine BKM die Elektromaschine RSG den mechanischen Klimakompressor mKK unabhängig von der Brennkraftmaschine BKM antreiben.
Nachfolgend wird anhand der 4 bis 7 ein konkreter Aufbau der schaltbaren Riemenscheibe 9 sowie der drehfesten Riemenscheibe 11 mit den beiden Freilauf- und Fliehkraftkupplungen K1 und K2 beschrieben: Demzufolge sind die beiden schaltbaren und drehfesten Riemenscheiben 9, 11 axial unmittelbar zueinander benachbart auf der Elektromaschinen-Welle 1 angeordnet. Ein Grundkörper 12 der schaltbaren Riemenscheibe 9 ist unter radialer Zwischenlage der Freilaufkupplung K1 auf der Elektromaschinen-Welle 1 angeordnet. Wie aus den 4 und 5 hervorgeht, weist die Fliehkraftkupplung K2 insgesamt drei gleichmäßig umfangsverteilt angeordnete fliehkraftbeaufschlagbare Fliehkraftelemente 15 auf, die zwischen einer in den 4, 5 und 6 dargestellten Ruheposition und einer in der 7 dargestellten Sperrposition verstellbar sind. Der Grundkörper 12 der schaltbaren Riemenscheibe 9 ist in der 4 mit einem durchmesserreduzierten Tragring 17 materialeinheitlich und einstückig verlängert. Der Tragring 17 der schaltbaren Riemenscheibe 9 ragt in einen Bauraum 19 der drehfesten Riemenscheibe 11 ein. In den 4 und 6 ist der Bauraum 19 zwischen einem radial äußeren Rillenkranz 21, einem radial inneren Nabenabschnitt 23 und einem Verbindungsflansch 25 der drehfesten Riemenscheibe 11 angeordnet, der den Nabenabschnitt 23 mit dem radial äußeren Rillenkranz 21 verbindet.
In der 5 ist jedes der Fliehkraftelemente 15 in einem radial ausgerichteten Führungskanal 27 radial verstellbar geführt. Der jeweilige Führungskanal 27 ist im Tragring 17 der schaltbaren Riemenscheibe 9 axial stirnseitig offen ausgebildet. In dem, in der 4 gezeigten Zusammenbauzustand ist die axial offene Stirnseite des jeweiligen Führungskanals 27 vom Verbindungsflansch 25 der drehfesten Riemenscheibe 11 geschlossen, so dass eine betriebssichere Linearführung der Fliehkraftelemente 15 gewährleistet ist.
Gemäß der 5 ist am Innenumfang des Rillenkranzes 21 der drehfesten Riemenscheibe 11 eine Gegenkontur 29 ausgebildet. Diese wirkt bei einer Fliehkraftbeaufschlagung mit einer (in der 5 gestrichelt angedeuteten Formschlußkontur 16 des jeweils zugeordneten Fliehkraftelements 15 zusammen. In der in der 5 gezeigten Ruheposition ist zwischen dem Tragring 17 der schaltbaren Riemenscheibe 9 und dem Innenumfang des Rillenkranzes 21 der drehfesten Riemenscheibe 11 ein radialer Freiraum 31 ausgebildet. Bei einer Fliehkraftbeaufschlagung (7) kann das jeweilige Fliehkraftelement 15 unter Aufbrauch des radialen Freiraums 31 bis in Eingriff mit der am Innenumfang des Rillenkranzes 21 der drehfesten Riemenscheibe 11 ausgebildeten Gegenkontur 29 kommen. In dem radialen Freiraum 31 ist eine Ringfeder 33 angeordnet, die gemäß der 8 mit einer vordefinierten Federkraft F1 auf den Tragring-Außenumfang aufgespannt ist und in einer Ruhelage (5) die Fliehkraftelemente 15 in ihrer Ruheposition hält.
Sowohl am Tragring-Außenumfang als auch an der radial äußeren Seite der Fliehkraftelemente 15 sind Federrillen 35 ausgebildet, in der die Ringfeder 33 angeordnet ist.
Bei einer sehr großen Fliehkraftbelastung kann die Ringfeder 33 vom Tragring-Außenumfang nach radial außen abheben. Um in diesem Fall eine einwandfreie Ringfeder-Positionierung aufrechtzuerhalten, ist in der 4 oder 6 am Innenumfang des Rillenkranzes 21 eine umlaufende Federrille 37 ausgebildet.
Die bei sehr starker Fliehkrafteinwirkung vom Tragring-Innenumfang abhebende Ringfeder 33 kann daher nach radial außen bis in die am Innenumfang des Rillenkranzes 21 gebildete Federrille 37 einfahren.
Wie aus dem Federkraft-Drehzahl-Diagramm der 8 hervorgeht, ist die Ringfeder 33 mit der vordefinierten Federkraft F1 auf dem Tragring-Außenumfang aufgespannt, deren Wert beispielhaft bei ca. 750 N liegt. Bei einer Fliehkrafteinwirkung (das heißt im Generatorbetrieb GB) drücken die Fliehkraftelemente 15 nach radial außen bis Erreichen der Sperrposition (6 oder 7). Dies führt zu einer Dehnung der Ringfeder 33, und zwar unter Aufbau der Federkraft bis auf einen Wert von F2, der in der 8 bei beispielhaft ca. 1200 N liegt. In der 8 setzt die Fliehkraftwirkung auf die Fliehkraftelemente 15 bei einer Drehzahl der schaltbaren Riemenscheibe 9 von beispielhaft ca. 270 min^-1 ein. Mit dem Erreichen einer Drehzahl von beispielhaft ca. 330 min^-1 sind die Fliehkraftelemente 15 bis in ihrer Sperrposition verlagert.
Bezugszeichenliste

1: Elektromaschinen-Welle
3: Aggregate-Welle
5: Brennkraftmaschinen-Welle
7: brennkraftmaschinenseitige Riemenscheibe
9: schaltbare Riemenscheibe der Elektromaschinen-Welle
11: drehfeste Riemenscheibe der Elektromaschinen-Welle
12: Grundkörper der schaltbaren Riemenscheibe
13: aggregateseitige Riemenscheibe
15: Fliehkraftelemente
16: Formschlußkontur des jeweiligen Fliehkraftelements
17: Tragring
19: Bauraum
21: Rillenkranz
23: Nabenabschnitt
25: Verbindungsflansch
27: Führungskanal
29: Gegenkontur
31: radialer Freiraum
33: Ringfeder
35, 37: Federrillen
39: Freilauf-Außenseite
40: Drehlager
41: Klemmelemente
42: Drehlager
43: Freilauf-Innenseite
BKM: Brennkraftmaschine
RSG: Elektromaschine
mKK: mechanischer Klimakompressor
RBKM: Brennkraftmaschinen-Riementrieb
RmKK: Aggregate-Riementrieb
A1: erste Antriebsdrehrichtung
A2: zweite Antriebsdrehrichtung
L1, L2, L3, L4, L5: Lastpfade
K1: Freilaufkupplung
K2: Fliehkraftkupplung
MB1, MB2: Motorbetriebsarten
GB: Generatorbetriebsart

Claims

Riemenscheibenanordnung mit einer schaltbaren Riemenscheibe (9) und einer axial angrenzenden drehfesten Riemenscheibe (11), die beide auf einer Antriebswelle (1) angeordnet sind, wobei die schaltbare Riemenscheibe (9) mittels einer Kupplungseinrichtung mit der Antriebswelle (1) momentenübertragend koppelbar ist oder davon entkoppelbar ist, und zwar in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsarten (MB1, MB2, GB) der Riemenscheibenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung eine Freilaufkupplung (K1) und eine Fliehkraftkupplung (K2) aufweist, die in Abhängigkeit von der Betriebsart (MB1, MB2, GB) eine Kopplung oder eine Entkopplung zwischen der schaltbaren Riemenscheibe (9) und der Antriebswelle (1) bereitstellen, und dass die Freilaufkupplung (K1) und die Fliehkraftkupplung (K2) in einem Bauraum radial innerhalb der beiden Riemenscheiben (9, 11) angeordnet sind.
Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Riemenscheibe (9) unter radialer Zwischenlage der Freilaufkupplung (K1) auf der Antriebswelle (1) angeordnet ist, und/oder dass die drehfeste Riemenscheibe (11) einen Bauraum (19) bereitstellt, in dem ein Fliehkraftelement (15) der Fliehkraftkupplung (K2) angeordnet ist, und dass insbesondere das Fliehkraftelement (15) unter Fliehkraftwirkung zwischen einer Ruheposition und einer Sperrposition verstellbar ist, und/oder dass das Fliehkraftelement (15) in der Sperrposition in Eingriff mit einer Gegenkontur (29) der Generator-Welle (1) ist, und in der Ruheposition außer Eingriff damit ist.
Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauraum (19) auf der, der schaltbaren Riemenscheibe (9) zugewandten Seite der drehfesten Riemenscheibe (11) ausgebildet ist, und/oder dass der Bauraum (19) zwischen einem radial äußeren Rillenkranz (21), einem radial inneren Nabenabschnitt (23) und einem Verbindungsflansch (25) der drehfesten Riemenscheibe (11) angeordnet ist, der den Nabenabschnitt (23) und den Rillenkranz (21) miteinander verbindet, und/oder dass die Gegenkontur (29) am Innenumfang des Rillenkranzes (21) der drehfesten Riemenscheibe (11) ausgebildet ist.
Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftkupplung (K2) eine Linearführung aufweist, mittels der das Fliehkraftelement (15) zwischen seiner Ruheposition und seiner Sperrposition verstellbar ist, und dass insbesondere zur Realisierung der Linearführung die schaltbare Riemenscheibe (9) mit einem Tragring (17) axial verlängert ist, der in der Zusammenbaulage in den Bauraum (19) der axial benachbarten drehfesten Riemenscheibe (11) einragt, und dass im Tragring (17) der schaltbaren Riemenscheibe (9) zumindest ein Führungskanal (27) ausgebildet ist, in dem das Fliehkraftelement (15) radial verstellbar geführt ist.
Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fliehkraftelement (15) mit einer Feder (33) in seine radial innere Ruheposition federvorgespannt ist, und/oder dass das Fliehkraftelement (15) in seiner radial inneren Ruheposition mit einem Radialanschlag der schaltbaren Riemenscheibe (9) in Anlage ist, das heißt insbesondere außer Gleitkontakt mit dem Nabenabschnitt (23) der drehfesten Riemenscheibe (11) ist.
Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Radialrichtung zwischen dem Tragring (17) der schaltbaren Riemenscheibe (9) und dem Innenumfang des Rillenkranzes (21) der drehfesten Riemenscheibe (11) ein radialer Freiraum (31) ausgebildet ist, und dass bei einer Fliehkraftbeaufschlagung das Fliehkraftelement (15) unter Aufbrauch des radialen Freiraums (31) in Eingriff mit der am Innenumfang des Rillenkranzes (21) der drehfesten Riemenscheibe (11) ausgebildeten Gegenkontur (29) kommt.
Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (33) in dem radialen Freiraum (31) angeordnet ist, der bevorzugt umfangsseitig durchgängig offen ist, und dass insbesondere die Feder (33) eine Ringfeder ist, die auf den Außenumfang des Tragrings (17) der schaltbaren Riemenscheibe (9) aufgespannt ist und/oder den Außenumfang des Tragrings (17) umzieht.
Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang des Tragrings (17) der schaltbaren Riemenscheibe (9) sowie am Außenumfang des Fliehkraftelementes (15) eine umlaufende Federrille (35) ausgebildet ist, in der die Ringfeder (33) verläuft.
Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei sehr großer Fliehkraftbeaufschlagung die Ringfeder (33) vom Tragring-Außenumfang nach radial außen abhebt, und dass am Innenumfang des Rillenkranzes (21) der drehfesten Riemenscheibe (11) eine umlaufende Federrille (37) ausgebildet ist, in die die vom Tragring-Innenumfang abhebende Ringfeder (33) einfahrbar ist.