DE10258907A1

DE10258907A1 - Freilaufriemenscheibe

Info

Publication number: DE10258907A1
Application number: DE2002158907
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Bogner
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Freilaufriemenscheibe (1), die zur Bildung von zwei getrennten Triebebenen, zwei unabhängige durch eine Welle oder Nabe gekoppelte, axial versetzte Laufscheiben (4, 5) umfasst, denen jeweils eine Freilaufeinrichtung (2, 3) zugeordnet ist, wobei die Freilaufeinrichtungen (2, 3) zueinander entgegengesetzte Wirkrichtungen aufweisen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freilaufeinrichtung für ein Aggregat eines Zugmitteltriebs, insbesondere integriert in einer Riemenscheibe eines Startergenerators. Der Aufbau der Freilaufriemenscheibe umfasst zwei koaxial zueinander angeordnete, radial beabstandete Maschinenteile, vorzugsweise eine Nabe und eine Laufscheibe, zwischen denen in einem Ringspalt zumindest ein Wälzlager und zumindest ein Freilauf angeordnet sind.

Zugmitteltriebe von Brennkraftmaschinen sind vielfach mit derartigen Freilaufriemenscheiben versehen, die insbesondere für Aggregate mit einer hohen Drehmasse bestimmt sind. Die funktionsbedingte Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine verursacht Wechseldrehmomente im Zugmitteltrieb, die durch große Drehmassen einzelner Aggregate, wie beispielsweise einen Generator oder einen Klimakompressor, den Zugmitteltrieb stark beanspruchen. Aus der DE 195 11 188 A1 ist eine Freilaufriemenscheibe bekannt, die in einer Riemenscheibe des Generators integriert ist, zur Bildung eines Generatorfreilaufs. Diese Freilaufeinrichtung ermöglicht, dass in einer Beschleunigungspha se des Zugmitteltriebs, die von der Kurbelwelle in das Zugmittel eingeleitete Drehbewegung durch den eingekoppelten Freilauf unmittelbar auf den Generator übertragen wird. Andererseits bewirkt die bekannte Freilaufeinrichtung bei einer Eigenverzögerung des Generators, die kleiner ist als die Verzögerung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, eine Entkoppelung.

Bedingt durch die zunehmenden Bestrebungen die Rohstoffressourcen zu verringern, ist die Automobilindustrie bemüht, den Kraftstoffverbrauch der eingesetzten Brennkraftmaschinen zu reduzieren. Ein Lösungsansatz besteht darin, dass der Zugmitteltrieb der Brennkraftmaschine den Antrieb eines riemengetriebenen Startergenerators einschließt. Diese Technologie wird insbesondere in Kombination mit Direkteinspritz-Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, d. h. sowohl für Diesel- als auch für Otto-Brennkraftmaschinen.

Diese bekannte Freilaufriemenscheibe eignet sich nicht zum Antrieb eines Startergenerators, der sowohl die Funktion eines Generators als auch die eines Starters übernimmt. Abhängig vom Betriebsmodus, der Startfunktion oder dem Normalbetrieb kommt es dabei in dem Zugmitteltrum zwischen dem Startergenerator und der Riemenscheibe, die der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, zu einem Wechsel zwischen Zugtrum und Leertrum, d. h. einer Drehmomentumkehr.

Die Freilaufeinrichtung gemäß dem Dokument DE 195 11 188 A1 überträgt ein Drehmoment in nur eine Richtung. Da der Startergenerator beim Start der Brennkraftmaschine eine Drehmomentübertragung auslöst, die im Vergleich zum Normalbetrieb entgegengesetzt ist, kann die bekannte Freilaufeinrichtung nicht zum Betrieb eines riemengetriebenen Startergenerators eingesetzt werden.

Die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Freilaufeinrichtung zu schaffen, die den Antrieb eines riemengetriebenen Startergenerators ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass die Riemenscheibe zwei Triebebenen umfasst, bestehend aus zwei unabhängigen axial versetzt zueinander angeordneten Laufscheiben. Dabei ist jede Laufscheibe mit einer Lagerung und einer eigenständigen Freilaufeinrichtung versehen. Die erfindungsgemäße, einem Startergenerator zugeordnete Freilaufriemenscheibe kann vorzugsweise mit zwei getrennten Zugmitteltrieben verbunden werden, wobei die jeweils einer Triebebene zugeordnete Freilaufeinrichtung zueinander entgegengesetzte Wirkrichtungen aufweisen. Die Erfindung bildet damit einen Lösungsansatz für verbrauchoptimierte Brennkraftmaschinen, die zunehmend reibungsärmer ausgeführt sind und deren größere Triebdynamik, die Verwendung von Freilaufeinrichtungen in den Riemenscheiben zunehmend erfordert.

Speziell bei hochbelasteten Zugmitteltrieben, die den Antrieb leistungsfähiger Startergeneratoren umfassen, insbesondere bei großvolumigen Brennkraftmaschinen eignet sich die erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung. Bedingt durch die große mechanische Leistung, die vom Riementrieb zu übertragen ist, bietet es sich an, für den Startergenerator eine separate Triebebene, d. h. einen getrennten Zugmitteltrieb vorzusehen. Hinzu kommt, dass gerade im Hinblick auf den Durchmesser des Generatorpulleys ein Kompromiss zu schließen ist, zwischen einerseits einer optimalen Leistungsübertragung im Startbetrieb und andererseits Vermeidung einer Überschreitung einer maximal zulässigen Drehzahl im Generatorbetrieb. Die Erfindung ermöglicht durch die getrennte Triebebene eine optimale Auslegung der Riemenscheibendurchmesser bzw. Laufscheibendurchmesser hinsichtlich der Lebensdauer des Zugmittels und der zugehörigen Aggregate.

Die erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung schließt die Möglichkeit ein, zwei getrennte Zugmitteltriebe auszulegen. Einen ersten Zugmitteltrieb, der zum Antrieb der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mittels Startergenerator vorgesehen ist und einen zweiten Zugmitteltrieb, der zum Antrieb aller Aggregate der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Klimakompressor, Wasserpumpe, Lenkhilfspumpe, inklusive des Startergenerators vorgesehen ist. Weiterhin schließt die Erfindung eine andere Kombination bzw. Aufteilung der Aggregateantriebe mittels der zwei getrennten Zugmitteltriebe ein, die zwei Riemenebenen einschließen.

Aufgrund der Funktionstrennung, die Schaffung von zwei getrennten Triebebenen, der erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung bzw. Freilaufriemenscheiben ermöglicht die Anwendung für einen Startergenerator. Die Erfindung schließt eine Kombination zweier, entgegengesetzt wirkender Freilaufeinrichtungen ein, wobei der im Startbetrieb verriegelnde Freilauf derartig beschaffen ist, dass sich deren Funktion ausschließlich auf den Startbetrieb beschränkt. Bei Normalbetrieb übernimmt die zweite Freilaufeinrichtung die eigentliche Entkopplungsfunktion. Vorzugsweise schließt die Erfindung zwei unabhängige Triebebenen, d. h. Riemenscheiben ein, die mit jeweils zueinander entgegengesetzt wirkenden Freilaufeinrichtungen kombiniert sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 20.

Zur Erzielung einer dem jeweiligen Betriebsmodus des Startergenerators entsprechenden Wirkungsweise ist der ersten Laufscheibe der erfindungsgemäßen Freilaufriemenscheibe ein Innensternfreilauf und der zweiten Laufscheibe ein Außensternfreilauf zugeordnet. Der Innensternfreilauf umfasst federkraftbeaufschlagte Klemmkörper oder Klemmnadeln, die mit einer profilierten, eine Rampengeometrie bildenden Mantelfläche des Innenrings zusammenwirken. Der Innensternfreilauf ist dabei vorzugsweise für eine Drehmomentübertragung im Generatorbetrieb vorgesehen. Alternativ dazu ist der Außensternfreilauf mit federkraftbeaufschlagten Klemmkörpern oder Klemmnadeln bestückt, die mit einer profilieren Innenwandung, einer Rampengeometrie innenseitig des Außenrings zusammenwirken. Der Außensternfreilauf dient vorzugsweise zur Drehmomentübertragung im Startbetrieb des Startergenerators.

Der Innensternfreilauf und der Außensternfreilauf lösen in zueinander entgegengesetzten Drehrichtungen eine Sperrfunktion oder eine Freilauffunktion aus. Vorteilhaft sind die unterschiedlich aufgebauten Freiläufe so ausgeführt, dass der Innensternfreilauf während der Startphase überholt wird. Der Außensternfreilauf ist so auszulegen, dass dieser nach Erreichen einer Grenzdrehzahl fliehkraftabhängig deaktiviert wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die den getrennten Triebebenen zugeordneten Laufscheiben unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Idealerweise ist der Durchmesser für die Laufscheibe über die der Startergenerator im Startmodus die Brennkraftmaschine antreibt kleiner dimensioniert. Damit kann für den Start der Brennkraftmaschine ein optimales Übersetzungsverhältnis zwischen den Riemenscheiben der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und dem Startergenerator bestimmt werden. Die weitere für den Generatorbetrieb des Startergenerators bestimmte Laufscheibe weist vorzugsweise einen größeren Durchmesser auf, wodurch eine Begrenzung der Generatordrehzahl erzielbar ist.

Alternativ dazu schließt die Erfindung ebenfalls eine Freilaufriemenscheibe ein, deren getrennte, zwei Triebebenen bildende Laufscheiben gleiche Durchmesser aufweisen, wobei dann der Wellendurchmesser vorzugsweise unterschiedlich ausgeführt ist. Eine Relativdrehzahl der Freiläufe sollte zwangsweise gewährleistet sein. Weiterhin schließt die Erfindung zur Erzielung definierter Übersetzungsverhältnisse eine Riemenscheibe der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein, deren Durchmesser mit dem Durchmesser der Laufscheiben der erfindungsgemäßen Freilaufriemenscheibe abgestimmt ist, zur Erzielung eines optimalen Startverhaltens bzw. Vermeidung einer Drehzahlüberschreitung im generatorischen Betrieb des Startergenerators.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Freilaufriemenscheibe, zur Erzielung von Laufscheiben unterschiedlichen Durchmessers, eine gestufte Nabe auf. Eine solche gestufte Nabe ist kombinierbar mit Freilaufeinrichtungen und Laufscheiben, deren radiale Bauhöhen übereinstimmen. Dabei ist auf die Sicherstellung unterschiedlicher Drehzahlen der Freiläufe zu achten, um eine Verspannungsgefahr zu vermeiden.

Als Maßnahme zur Erzielung unterschiedlicher Laufscheibendurchmesser umfasst die Erfindung vorzugsweise eine Nabe, die zwei radial gestufte unterschiedliche Durchmesser aufweisende Abschnitte einschließt, denen jeweils eine Laufscheibe mit übereinstimmenden Wandstärken zugeordnet ist.

Alternativ bietet es sich an, Laufscheiben mit übereinstimmenden Außendurchmessern auszuwählen, deren Wandstärke voneinander abweicht und die Nabenabschnitten mit voneinander differierenden Durchmessern zugeordnet sind. Diese Maßnahmen gewährleisten eine für die Funktion des Startergenerators erforderliche Relativdrehzahl der Laufscheiben und vermeiden dabei gleichzeitig ein Verklemmen beider Freiläufe.

Zur Erzielung optimaler Übersetzungsverhältnisse ermöglicht die Erfindung neben einer Variation der Laufscheibendurchmesser ebenfalls die Einbeziehung der Riemenscheibe ein, welche mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden, den Abtrieb des Zugmitteltriebs bestimmt.

Vorzugsweise wird die für den Startmodus bestimmte Laufscheibe des Startergenerators kleiner ausgeführt. Diese Laufscheibe kombiniert mit dem Außensternfreilauf ermöglicht aufgrund der Fliehkrafteinflüsse, welche auf die Klemmkörper des Außensternfreilaufs wirken, eine Beschränkung der Freilaufwirkung bis zu einer definierten Grenzdrehzahl. Die weitere, dem Generatorbetrieb zugeordnete Laufscheibe der Freilaufriemenscheibe umfasst alternativ einen Innensternfreilauf. Der Innensternfreilauf kombiniert mit einem größeren Durchmesser der Laufscheibe bzw. einem größeren Übersetzungsverhältnis bewirkt eine Überholfunktion der kleineren Riemenscheibe im Normalbetrieb.

Weiterhin kann der für den Startbetrieb bestimmte, einen Außensternfreilauf einschließende Scheibendurchmesser auch größer ausgeführt werden.

Im Startmodus soll demnach der Außensternfreilauf einen Drehmomentübertragung ermöglichen, während der dem Normalbetrieb zugeordnete Innensternfreilauf, integriert in der größeren Laufscheibe, sich in der Startphase nicht in Eingriff befindet und dabei überholt wird.

Unmittelbar nach Start der Brennkraftmaschine, wobei sich eine Drehmomentumkehr in dem Zugtrum zwischen den Riemenscheiben der Kurbelwelle und des Startergenerators einstellt, wird der für den Generatorbetrieb bestimmte Freilauf in der Riemenscheibe des Startergenerators aktiviert. Die damit verbundene höhere Drehzahl der Freilaufriemenscheibe bewirkt, dass der für den Startbetrieb vorgesehene Außensternfreilauf der Freilaufriemenscheibe nach Überschreiten einer Grenzdrehzahl gelöst, d. h. außer Kraft gesetzt ist. Vorteilhaft ist die Grenzdrehzahl, mit der der Außensternfreilauf außer Kraft gesetzt ist, unterhalb der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine ausgelegt.

Nach Erreichen einer definierten Grenzdrehzahl wird der Außensternfreilauf, bedingt durch die Fliehkräfte deaktiviert. Diese Grenzdrehzahl ist gezielt beeinflussbar durch die Parameter, wie die Rampengeometrie, dem Durchmesser der Klemmrollen bzw. der Klemmnadeln, der Länge der Klemmrollen bzw. Klemmnadeln sowie der Masse der Klemmkörper und durch den Wirkdurchmesser des Außensternfreilaufs.

Der Aufbau des Innensternfreilaufs umfasst federkraftbeaufschlagte Klemmkörper oder Klemmnadeln, die mit einer profilierten, eine Rampengeometrie bildende Mantelfläche des Innenrings zusammenwirken. Der für den Startbetrieb des Startergenerators bestimmte Außensternfreilauf umfasst federkraftbeaufschlagte Klemmkörper oder Klemmnadeln, die mit einer profilierten Innenwandung, einer Rampengeometrie, beispielsweise eines Außenrings zusammenwirken.

Zur Beeinflussung der Wirkungsweise, insbesondere einem drehzahlabhängigen Eingriff der einzelnen Freiläufe schließt die Erfindung ein, die Freilauffunktion bzw. Sperrfunktion durch eine Variation der Rampengeometrie und/oder der wirksamen Länge zu beeinflussen. Weiterhin bietet es sich an, zur Einflussnahme auf die Wirkungsweise den Durchmesser der Klemmkörper bzw. der Klemmnadeln unterschiedlich auszulegen.

Um sicherzustellen, dass eine gleichzeitige Sperrfunktion beider Freiläufe, bei der diese gegeneinander verspannt sind – ausgelöst durch die Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine – gelöst werden kann, muss sich eine Differenzdrehzahl zwischen beiden Freiläufen einstellen.

Eine weitere Einflussgröße des Klemmwinkels ist die Oberflächenbeschaffenheit der Klemmkörper bzw. der zugehörigen Abstützflächen sowie die verwendeten Werkstoffe. Die gemäß der Erfindung eingesetzten Freiläufe, der Innensternfreilauf und der Außensternfreilauf sind weiterhin so aufgebaut, dass diese sich hinsichtlich des Drehmoments unterscheiden, mit dem eine Schaltung der Freiläufe erfolgt. Vorteilhaft übertrifft das zur Schaltung des Außensternfreilaufs erforderliche Drehmoment das zur Aktivierung des Innensternfreilaufs notwendige Drehmoment.

Als eine weitere Maßnahme, die Schaltfunktion beider Freiläufe der erfindungsgemäßen Freilaufriemenscheibe zu beeinflussen, insbesondere eine Sperrfunktion bei Erreichen einer Grenzdrehzahl zu lösen, sind erfindungsgemäß die Klemmgeometrien zwischen dem Innensternfreilauf und dem Außensternfreilauf unterschiedlich ausgeführt. Dazu bietet es sich an, dass aufgrund eines größeren Klemmwinkels am Außensternfreilauf dessen Einrollwinkel kleiner ist als der entsprechende Klemmwinkel des Innensternfreilaufs. Der Einrollwinkel definiert den Winkel, um den sich ein Freilauf in Richtung einer Sperrfunktion verdrehen muss, bis die Klemmkörper bzw. Klemmnadeln in die Klemmgeometrie eingerollt, den Freilauf sperren bzw. blockieren.

In vorteilhafter Weise schließt die Erfindung weiterhin ein, dass sowohl der Innensternfreilauf als auch der Außensternfreilauf einem Innenring und einem Außenring zugeordnet sind. Diese spanlos, bevorzugt durch ein Tiefziehverfahren hergestellten Innenringe und Außenringe sind im Einbauzustand der Mantelfläche der Nabe bzw. der Innenwandung der Laufscheibe zugeordnet. Zur Schaffung des Außensternfreilaufs ist der Außenring mit einer Rampengeometrie versehen. Entsprechend umfasst der Innensternfreilauf eine Rampengeometrie auf der Mantelfläche des Innenrings. Vorteilhaft ist beidseitig der Klemmkörper ein Wälzlager, bevorzugt ein Zylinderrollenlager vorgesehen, wobei zur Bildung eines Axialanschlages der Innen- oder der Außenring einen radial nach innen bzw. außen abgekanteten Bord aufweist. Die erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtungen schließen weiterhin einen aus Blech oder Kunststoff hergestellten Käfig ein, deren Taschen zur Aufnahme der Klemmkörper vorgesehen sind, wobei in den Taschen angeordnete Federmittel kraftschlüssig an den Klemmkörpern abgestützt sind.

Der Aufbau der Freilaufeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht außerdem die Anordnung eines Magneten, vorzugsweise eines Permanentmagneten, der beispielsweise als Ringkörper in die Nabe der Riemenscheibe integriert, eine Anziehungskraft oder eine abstoßende Kraft auf die Klemmkörper ausübt. Der Magnet ermöglicht dabei eine gezielte Einflussnahme auf die Funktion des Freilaufs. Zusätzlich oder alternativ ist gemäß der Erfindung ein in die Laufscheibe integrierter Ringmagnet einsetzbar.

Zur Erzielung einer hohen Lebensdauer der erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung sind alle aus Stahl hergestellten Bauteile der erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtungen einschließlich der Wälzlager mit einer Korrosionsschutzschicht versehen. Dazu eignet sich bevorzugt eine Zink-Nickel-Legierung oder eine Zink-Eisen-Legierung. Die Schichtdicke dieser Korrosionsschutzschicht ist dabei kleiner als die übliche Oberflächenrauheit im Bereich der Wälzkörperlaufbahnen bzw. den Abstützflächen der Klemmkörper, so dass weder die Funktion der Freilaufeinrichtung noch die der Wälzlager beeinflusst ist.

Die Erfindung wird anhand von fünf Figuren dargestellt, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, welche nachfolgen näher erläutert werden. Es zeigen:

1 in einem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Freilaufriemenscheibe mit zwei getrennten Triebebenen;

2 eine Freilaufriemenscheibe vergleichbar der 1, deren Laufscheiben unterschiedliche Durchmesser aufweisen;

3 in einer Detailansicht, in einem vergrößerten Maßstab, den Innensternfreilauf der Freilaufriemenscheibe;

4 in einer vergrößerten Darstellung den Außensternfreilauf der Freilaufriemenscheibe;

5 weitere Details des Außensternfreilaufs.

Die Bezugsziffer 1 gemäß 1 bezeichnet eine Freilaufriemenscheibe die beispielsweise mit einem in 1 nicht dargestellten Startergenerator zusammenwirkt. Zur Schaltung von zwei getrennten Triebebenen umfasst die Freilaufriemenscheibe 1 zwei Freilaufeinrichtungen 2, 3 denen jeweils eine Laufscheibe 4, 5 zugeordnet ist. Die zwei Triebebenen stehen mit zwei getrennten Zugmitteltrieben in Verbindung. Vorzugsweise ist die im Durchmesser kleinere Laufscheibe 5 für den Startbetrieb der Brennkraftmaschine eingesetzt. Dabei verbindet ein Zugmittel 6 die Laufscheibe 5 mit einer Riemenscheibe 7, die einer in 1 nicht abgebildeten Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Die im Durchmesser kleinere Laufscheibe 5 verbessert das Startverhalten der Brennkraftmaschine, indem diese aufgrund des geringeren Durchmessers ein größeres Drehmoment zum Antrieb der Brennkraftmaschine bewirkt. Die weitere im Durchmesser größere Laufscheibe 4 ist über das Zugmittel 8 ebenfalls mit der Riemenscheibe 7 der Brennkraftmaschine verbunden, wobei das Zugmittel 8 weitere in 1 nicht abgebildete Aggregate der Brennkraftmaschine verbindet. Nach Start der Brennkraftmaschine, dem Generatorbetrieb des Startergenerators, wird dieser über das Zugmittel 8 von der Brennkraftmaschine angetrieben.
Die Freilaufriemenscheibe 1 umfasst eine drehstarr mit dem Startergenerator verbundene Nabe 9, die radial gestufte Abschnitte bildet, denen die Laufscheibe 4 bzw. die Laufscheibe 5 zugeordnet sind. Jeweils ein Ringspalt 10, 11, der radial innen von der Nabe 9 und radial außen von der Innenwandung der Laufscheibe 4, 5 begrenzt ist, dient zur Aufnahme der Freilaufeinrichtung 2, 3. Zur Erzielung entgegengesetzter Wirkrichtungen ist die Freilaufeinrichtung 2 als Innensternfreilauf und die Freilaufeinrichtung 3 als Außensternfreilauf konzipiert. Übereinstimmend sind die Freilaufeinrichtungen 2, 3 als vormontierbare Baueinheit aufgebaut, bestehend aus einem an der Nabe 9 abgestützten Innenring 12, 13 und einem an der Innenwandung der Laufscheibe 4, 5 abgestützten Außenring 14, 15. Zwischen dem spanlos, vorzugsweise durch ein Tiefziehverfahren hergestellten Innenring 12, 13 und dem Außenring 14, 15 sind die jeweils in einem Käfig 16, 17 eingesetzten Klemmkörper 18, 19 sowie die jeweils seitlich der Klemmkörper 18, 19 angeordneten Wälzlager 20a, 20b; 21a, 21b angeordnet. Eine axiale Führung der Wälzlager 20a, 20b; 21a, 21b bewirken die jeweils radial nach innen gerichtete Borde 22a, 22b; 23a, 23b der Außenringe 14, 15.
Die 2 zeigt die Freilaufriemenscheibe 30, deren Aufbau weitestgehend übereinstimmt mit der in 1 abgebildeten Freilaufriemenscheibe 1. Gleiche Bezugsziffern zwischen den 1 und 2 beinhalten teilweise unterschiedlich dimensionierte Bauteile, die jedoch ohne Einfluss auf die Funktion der Freilaufriemenscheibe sind.
Die Gestaltungsmöglichkeit der Erfindung unterstreichend zeigt die Freilaufriemenscheibe 30 eine Nabe 29 mit einer stufenlosen Mantelfläche. Zur Erzielung unterschiedlicher Durchmesser der Laufscheiben 4, 5 ist die Bauhöhe der Freilaufeinrichtungen 2, 3 unterschiedlich bzw. die Wandstärke der Laufscheibe 5 gegenüber der Laufscheibe 4. Alternativ bietet es sich weiterhin an, von der Bauhöhe übereinstimmend dimensionierte Freilaufeinrichtungen 2, 3 in die Freilaufriemenscheibe 30 zu integrieren, denen Laufscheiben 4, 5 mit übereinstimmenden Außendurchmessern zugeordnet sind. Die Nabe 29 der Freilaufriemenscheibe 30 schließt weiterhin einen Ringmagneten 28 ein, deren Einbaulage mit den Klemmkörpern 18 des als Innensternfreilauf aufgebauten Freilaufeinrichtung 2 übereinstimmt. Dieser gegenüber der Freilaufeinrichtung 2 innenseitig angeordnete Ringmagnet 28 ermöglicht eine unmittelbare Einflussnahme auf die Klemmkörper 18 und damit auf die Funktion der Freilaufeinrichtung 2.
Die 3 zeigt in einer vergrößerten Darstellung eine Einzelheit der als Innensternfreilauf aufgebauten Freilaufeinrichtung 2. Die dargestellten, dem Innenring 12 bzw. dem Außenring 14 zugeordneten Pfeile deuten die Drehrichtung an, bei der eine Drehmomentübertragung möglich ist. Dazu ist eine Verdrehung des Innenrings 12 im Gegenuhrzeigersinn und eine Verdrehung des Außenrings 14 im Uhrzeigersinn erforderlich. Bei einer jeweils umgekehrten Drehrichtung des Innenrings 12 und des Außenrings 14 löst sich die Sperrfunktion des als Innensternfreilauf aufgebauten Freilaufeinrichtung 2 und ermöglicht eine Freilauffunktion. Bei einer beschleunigten Bewegung des Innenrings 12 gegenüber dem Außenring 14, verbunden mit einer Drehzahldifferenz verlagert sich der Klemmkörper 18 von einer Rampengeometrie 32 in einen sich verengenden Ringspalt zwischen dem Innenring 12 und dem Außenring 14, wodurch eine Sperrwirkung entsteht und der Außenring 14 damit der Drehzahl des Innenrings 12 angepasst ist. Ausgehend von der in 3 gezeigten Sperrtunktion, kann eine Drehmomentübertragung zwischen dem Innenring 12 und dem Außenring 14 bzw. in umgekehrter Richtung erfolgen. Eine Freilauffunktion, bei der der Innenring 12 den Außenring 14 überholt hat zur Folge, dass der Klemmkörper 18 sich in Richtung der Rampengeometrie 32 verlagert.
Dem Klemmkörper 18 ist eine Rampengeometrie 32 in der Mantelfläche des Innenrings 12 zugeordnet in die sich der Klemmkörper 18, ausgebildet als eine Klemmrolle, in der Freilauffunktion der Freilaufeinrichtung 2 verlagert. Die Rampengeometrie 32 bildet einen Klemmwinkel 33, der unmittelbar Einfluss auf die Sperrfunktion bzw. Sperrkraft des Freilaufs ausübt. Die in einem Freilaufkäfig 34 angeordneten Klemmkörper 18 werden einseitig mittels eines Federmittels 35, vorzugsweise ausgebildet als eine Druckfeder, in eine der Rampengeometrie 32 entgegengesetzte Richtung kraftbeaufschlagt. Der radial im Bereich des Innenrings 12 ausgerichtete, in eine Freilaufmitte zeigende Pfeil „F" definiert eine Kraftrichtung, die von dem Ringmagneten 28, dargestellt in 2, ausgeübt wird. Damit kann beispielsweise gezielt eine Deaktivierung der als Innensternfreilauf aufgebauten Freilaufeinrichtung 2 erreicht werden, indem sich die Klemmkörper 18 in Richtung des Innenrings 12 bzw. der zugehörigen Rampengeometrie 32 verlagern.
Die 4 zeigt vergrößert die Freilaufeinrichtung 3, ausgebildet als Außensternfreilauf. Die dem Innenring 13 und dem Außenring 15 zugeordneten Pfeile deuten die Drehrichtung an, in welche eine Drehmomentübertragung erfolgt. Eine Verdrehung des Innenrings 13 im Uhrzeigersinn verbunden mit einer Verdrehung des Außenrings 15 im Gegenuhrzeigersinn bewirkt eine Sperrfunktion der Freilaufeinrichtung 3. Bei Erreichen einer Grenzdrehzahl verliert der Klemmkörper 19, bedingt durch die Zentrifugalkraft, den Kontakt zu dem Innenring 13. Dabei wird der Klemmkörper 19 in die Rampengeometrie 37 verlagert. Sobald ein gleichzeitiger unmittelbarer Kontakt des Klemmkörpers 19 an dem Innenring 13 und dem Außenring 15 unterbrochen ist, stellt sich eine Freilauffunktion der Freilaufeinrichtung 3 ein. Die Grenzdrehzahl liegt dabei in einem Bereich, bei der die Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine wirksam wird, die gleichzeitig die weitere parallel angeordnete Freilaufeinrichtung 2 aktiviert.
Zur Beeinflussung der Zentrifugalkraft „Z" bzw. zur Einflussnahme auf die Wirkungsweise des als Außensternfreilauf konzipierten Freilaufeinrichtung 3 kann ein Magnet eingesetzt werden, der eine der Zentrifugalkraft „Z" entgegenwirkende Kraft „F," ausübt. Alternativ bietet es sich an, zur Unterstützung der Zentrifugalkraft „Z" einen Magneten anzuordnen, dessen Kraftrichtung „F₂" radial nach außen gerichtet ist, übereinstimmend mit der Zentrifugalkraft „Z". Dem Klemmkörper 19 ist die Rampengeometrie 37 im Außenring 15 zugeordnet, die einen Klemmwinkel 36 einschließt. Die Klemmkörper 19 sind in einem Käfig 17 eingesetzt, der an dem Außenring 15 lagepositioniert ist, wobei weiterhin ein Federmittel 35 zwischen dem Käfig 17 und dem Klemmkörper 19 eingesetzt ist.
Die 5 zeigt eine gegenüber der 4 abgewandelte Rampengeometrie 37 der Freilaufeinrichtung 3, die einen definierten Kontaktpunkt 38 an einer Rampe 39 aufweist. Der Klemmwinkel 36 der Freilaufeinrichtung 3, der sich von dem Klemmwinkel 33 der Freilaufeinrichtung 2, gemäß 3, unterscheidet, schließt einen Winkelwert zwischen 5 und 10° ein. Dieser Winkelwert ist so ausgelegt, dass sich keine vollständige Klemmwirkung des Klemmkörpers 19 einstellen kann, wodurch die bevorzugt für den Startbetrieb des Startergenerators vorgesehene Freilaufeinrichtung 3, ausgelegt als Außensternfreilauf, bei Erreichen einer Grenzdrehzahl wirksam deaktiviert werden kann.

1: Freilaufriemenscheibe
2: Freilaufeinrichtung
3: Freilaufeinrichtung
4: Laufscheibe
5: Laufscheibe
6: Zugmittel
7: Riemenscheibe
8: Zugmittel
9: Nabe
10: Ringspalt
11: Ringspalt
12: Innenring
13: Innenring
14: Außenring
15: Außenring
16: Käfig
17: Käfig
18: Klemmkörper
19: Klemmkörper
20a: Wälzlager
20b: Wälzlager
21a: Wälzlager
21b: Wälzlager
22a: Bord
22b: Bord
23a: Bord
23b: Bord
24
25
26
27
28: Ringmagnet
29: Nabe
30: Freilaufriemenscheibe
31
32: Rampengeometrie
33: Klemmwinkel
34: Federmittel
35: Federmittel
36: Klemmwinkel
37: Rampengeometrie
38: Kontaktpunkt
39: Rampe

Claims

Freilaufeinrichtung für ein Aggregat eines Zugmitteltriebs, insbesondere integriert in einer Riemenscheibe eines Startergenerators, zur Bildung einer Freilaufriemenscheibe (1, 30) umfassend zwei koaxial zueinander angeordnete, radial beabstandete Maschinenteile, vorzugsweise eine Nabe (9, 29) und eine Laufscheibe (4, 5), zwischen denen in einem Ringspalt (10, 11) zumindest ein Wälzlager (20a, 20b; 21a, 21b) und zumindest ein schaltbarer, vorzugsweise fliehkraftgeregelter Freilauf angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufriemenscheibe (1, 30) zur Bildung von zwei Triebebenen, zwei unabhängige, axial versetzte Laufscheiben (4, 5) mit getrennter Lagerung und voneinander getrennten Freilaufeinrichtungen (2, 3) aufweist, wobei die Freilaufeinrichtungen (2, 3) zueinander entgegengesetzte Wirkrichtungen einschließen.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, wobei der ersten Laufscheibe (4) eine als Innensternfreilauf gestaltete Freilaufeinrichtung (2) und der zweiten Laufscheibe (5) eine als Außensternfreilauf gestaltete Freilaufeinrichtung (3) zugeordnet ist.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Freilaufeinrichtungen (2, 3) in zueinander entgegengesetzten Drehrichtungen eine Sperrfunktion oder eine Freilauffunktion auslösen und eine fliehkraftabhängige Schal tung dieser Freilaufeinrichtungen (2, 3) bei voneinander abweichenden Drehmomenten erfolgt.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Freilaufscheiben (4, 5) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, mit einer gestuften Nabe (9), wobei den Nabenabschnitten mit unterschiedlichen Durchmessern jeweils eine Laufscheibe (4, 5) zugeordnet sind, deren Durchmesser sich ebenfalls unterscheidet.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, deren Laufscheiben (4, 5) mit voneinander abweichenden Wandstärken, Nabenabschnitten gleichen Durchmessers zugeordnet sind.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Laufscheibe (5) kleinsten Durchmessers einem als Außensternfreilauf gestalteten Freilaufeinrichtung (3) aufweist.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 2, wobei die als Innensternfreilauf aufgebaute Freilaufeinrichtung (2) von der Laufscheibe (4) umschlossen ist, deren Durchmesser den Durchmesser der weiteren Laufscheibe (5) übertrifft.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, die mit zwei Zugmitteln (6, 8) verbunden ist, wobei ein erstes Zugmittel die Freilaufriemenscheibe (1, 30) mit der Riemenscheibe (7) der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbindet und dass zweite Zugmittel (8) sowohl die Riemenscheibe (7) der Brennkraftmaschine als auch alle zugehörigen Aggregate der Brennkraftmaschine umschließt, einschließlich die Freilaufriemenscheibe (1, 30).
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 2, wobei die als Innensternfreilauf konzipierte Freilaufeinrichtung (2) federkraftbeaufschlagte Klemmkörper (18) umfasst, die mit einer profilierten Mantelfläche, einer Rampengeometrie (32) des Innenrings zusammenwirken und die Freilaufeinrichtung (3), ausgelegt als Außensternfreilauf federkraftbeaufschlagte mit einer profilierten Innenwandung, einer Rampengeometrie (37) des Außenrings (15) zusammenwirkende Klemmkörper (19) einschließt.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 10, wonach die Klemmgeometrie (37) der Freilaufeinrichtung (3) sich von der Klemmgeometrie (32) der Freilaufeinrichtung (2) unterscheidet.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 10, wonach der Klemmwinkel (36) der Freilaufeinrichtung (3) und ein sich damit einstellender Einrollwinkel den Klemmwinkel (33) und den zugehörigen Einrollwinkel der Freilaufeinrichtung (2) übertrifft.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 12, wonach die Rampengeometrie (37) der Freilaufeinrichtung (3) einen Klemmwinkel (36) von 5-10° einschließt.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, wobei sowohl die Freilaufeinrichtung (2) als auch die Freilaufeinrichtung (3) gemeinsam mit den beidseitig angeordneten Wälzlagern (20a, 20b; 21a, 21b) jeweils zwischen einem Innenring (12, 13) und einem Außenring (14, 15) eingesetzt sind, zur Bildung von zwei getrennten Baueinheiten.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 14, wobei der sowohl der Innenring (12, 13) als auch der Außenring (14, 15) spanlos hergestellt sind und der Innenring (12, 13) oder der Außenring (14, 15) radial ausgerichtete Borde (22a, 22b; 23a, 23b) einschließt, die einen Axialanschlag bilden.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest einer Freilaufeinrichtung (2, 3) ein Ringmagnet (28) zugeordnet ist.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, wonach die Klemmkörper (18, 19) der Freilaufeinrichtungen (2, 3) übereinstimmend in einem Käfig (16, 17) geführt und jeweils von einem Federmittel (34, 35) beaufschlagt sind.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, wobei alle aus Stahl hergestellten Bauelemente der Freilaufeinrichtung (2, 3) einschließlich der Wälzlager (20a, 20b; 21a, 21b) eine Korrosionsschutz-Beschichtung aufweisen.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 18, bei der als Korrosionsschutz eine Zink-Nickel-Legierung vorgesehen ist.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 18, bei der eine Zink-Eisen-Legierung als Korrosionsschutz vorgesehen ist.