DE112010005055B4

DE112010005055B4 - Kurbelwellenriemenscheibe

Info

Publication number: DE112010005055B4
Application number: DE112010005055.4T
Authority: DE
Inventors: Lászlo Mán
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2020-12-24
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: WO2011079838A1; DE112010005055A5; DE102010055272A1

Abstract

Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle (4) und einem Riementrieb, mit einem Freilauf (8), dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (8) mit Hilfe einer in der Kurbelwellenriemenscheibe (1) bewegbaren Schaltmasse (10) schaltbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle und einem Riementrieb, mit einem Freilauf.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 35 889 A1 ist eine Freilaufkupplung bekannt, die zwischen einer Riemenscheibe und einer Welle angeordnet ist. Die bekannte Freilaufkupplung eignet sich zum Antrieb eines Generators und ist Bestandteil einer Riemenscheibe, die zum Antrieb des Generators dient. Durch den Einsatz der Freilaufkupplung wird eine Eigendämpfung ermöglicht, so dass die Drehmomentübertragung des Zugmitteltriebs verbessert wird. Aus der europäischen Patentschrift EP 0 980 479 B1 ist ein Riemenantriebssystem mit einer Generatorverbindungsfreilaufkupplung bekannt, die eine Torsionswickelfeder und einen Einweg-Kupplungsmechanismus umfasst. Dadurch können die Antriebsdrehmomente der Generator-Riemenscheibe auf eine Nabe nachgiebig übertragen werden. Darüber hinaus kann die Riemenscheibe des Generators von der Nabe in eine Richtung abgekoppelt werden. Aus der deutschen Patentschrift DE 196 36 628 C1 ist ein Freilauf mit einem Klemmkörper bekannt, der durch eine sich in Umfangsrichtung eines Spalts erstreckende, elastisch verformte Spiralfeder gebildet ist. Aus der europäischen Patentschrift EP 0 782 674 B1 ist ein Kurbelwellenentkuppler mit einer richtungsgeschalteten Kupplung bekannt, die dazu dient, selektiv Rotationskräfte zwischen einer Einbaunabe und einer Riemenscheibe zu übertragen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 029 351 A1 ist ein Triebrad zum Antreiben eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine mit einer Dämpfungseinrichtung bekannt. Aus der Veröffentlichung US 2009/ 0 291 794 A1 ist eine Motorgenerator-Riemenscheibe mit einer Kupplung und einem dazu parallel angeordneten, nicht schaltbaren Freilauf bekannt. Die Kupplung ist mittels eines Aktuators schaltbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine bauraumneutrale Lösung für eine von der Kurbelwelle abkoppelbare Kurbelwellenriemenscheibe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen. Dabei soll die erfindungsgemäße Kurbelwellenriemenscheibe insbesondere einen Start-Stopp-Betrieb, einen Standklima- und Generatorbetrieb, vorzugsweise mit einer Impulsstartmöglichkeit inklusive Kurbelwellentilger, und/oder Dämpfungen von Drehungleichförmigkeiten im Riementrieb, ermöglichen.
Die Aufgabe ist bei einer Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle und einem Riementrieb, mit einem Freilauf, dadurch gelöst, dass der Freilauf mit Hilfe einer in der Kurbelwellenriemenscheibe bewegbaren Schaltmasse schaltbar ist. Zum Umschalten des Freilaufs wird das Massenträgheitsmoment der Schaltmasse genutzt. Ein Schaltvorgang wird vorzugsweise durch die Ansteuerung einer Elektromaschine ausgelöst, die über den Riementrieb mit der Kurbelwellenriemenscheibe gekoppelt ist. Das hat den Vorteil, dass keine externe Schaltvorrichtung benötigt wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwellenriemenscheibe einen Ringraum zur bewegbaren Aufnahme der Schaltmasse aufweist. Der Ringraum ist vorzugsweise vollständig von Einzelteilen der Kurbelwellenriemenscheibe umgeben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmasse fest mit einem Umschaltelement für den Freilauf verbunden ist. Das Umschaltelement ist vorzugsweise als Blechformteil ausgeführt und wird daher auch als Umschaltblech bezeichnet. Die Befestigung der Schaltmasse an dem Umschaltelement kann zum Beispiel durch Nietverbindungselemente erfolgen, die einstückig mit dem Umschaltelement verbunden sind.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Freilaufkäfig des Freilaufs drehfest mit dem Umschaltelement verbunden ist. Der Freilaufkäfig ist zwischen zwei Endpositionen verdrehbar, in denen der Freilaufkäfig durch eine Rastiervorrichtung, insbesondere durch eine Arretierfeder, gehalten wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Zentralschraube, die an der Kurbelwelle befestigt ist, einen Freilaufinnenring darstellt, der unter Zwischenschaltung einer Lagereinrichtung und des Freilaufs mit einem Freilaufaußenring koppelbar ist. Der Freilauf ist vorzugsweise als Rollenfreilauf mit Rampen ausgeführt. Die Lagereinrichtung ist vorzugsweise als Kugellager, insbesondere als Doppelkugellager, mit Käfig ausgeführt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Riemenscheibenspur über eine Rutschkupplung mit dem Freilaufau-ßenring koppelbar ist. Über die Rutschkupplung kann beziehungsweise können ein Startmoment einer Brennkraftmaschine sicher übertragen werden, aber darüber liegende Drehmomentspitzen abgebaut werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung Reibbeläge umfasst, die durch eine Tellerfeder gegeneinander vorgespannt sind. Die Tellerfeder ist in axialer Richtung, zum Beispiel mit Hilfe eines axialen Sicherungsrings, an dem Freilaufaußenring abgestützt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung eine Druckplatte und eine Gleitlagerstütze umfasst, zwischen denen ein sich radial nach innen erstreckender Flansch der Riemenscheibenspur eingeklemmt ist. Das Einklemmen des Riemenscheibenspurflanschs wird, vorzugsweise unter Zwischenschaltung von Reibbelägen, durch die Tellerfeder bewirkt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlagerstütze ein Gleitlager abstützt, durch das die Riemenscheibenspur drehbar gelagert ist. Die Gleitlagerstütze ist, zum Beispiel durch Nietverbindungselemente, fest mit dem Freilaufaußenring verbunden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kurbelwellenriemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum zur bewegbaren Aufnahme der Schaltmasse von dem Freilaufaußenring, der Gleitlagerstütze und einer Tilgermasse begrenzt ist. Die Tilgermasse ist, vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Gummispur, an einem Tilgermassenträger angebracht, der drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.
In der einzigen beiliegenden Figur ist eine erfindungsgemäße Kurbelwellenriemenscheibe im Längsschnitt durch die Kurbelwelle dargestellt.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Kurbelwellenriemenscheibe 1 in verschiedenen Darstellungen und Einzelteilen dargestellt. Die Kurbelwellenriemenscheibe 1 umfasst eine Riemenscheibenspur 2,die verkürzt auch als Riemenscheibe oder Riemenspur bezeichnet wird, und dazu dient, einen Riemen eines Riementriebs mit einem Riemenstartergenerator und/oder mit einem Klimakompressor zu koppeln. Die Kurbelwellenriemenscheibe 1 ist mit Hilfe einer Zentralschraube 5 an einer Kurbelwelle 4 eines Kraftfahrzeugs angebracht. Die Kurbelwelle 4 ist durch eine Brennkraftmaschine angetrieben, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung sind in die Kurbelwellenriemenscheibe 1 ein Freilauf 8, eine Schaltmasse 10 und eine Drehschwingungsdämpfungseinrichtung 12 integriert, die eine Tilgermasse 14 umfasst. Durch den Freilauf 8 können Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle 4 im Riementrieb reduziert werden.
Die Zentralschraube 5 umfasst einen Schraubenkopf 16, von dem ein Schraubenschaft 17 mit einem Gewinde ausgeht. Die Zentralschraube 5 ist mit dem Schraubenschaft 17 in ein zentrales Gewindesackloch der Kurbelwelle 4 eingeschraubt.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist der Freilauf 8 durch eine gezielte Bewegung der Schaltmasse 10 durch deren eigene Massenträgheit geschaltet. Die gezielte Bewegung der Schaltmasse wird durch die Steuerung einer Elektromaschine, zum Beispiel des Startergenerators, im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs erzeugt. Eine externe Schaltvorrichtung zum Umschalten des Freilaufs 8 kann somit entfallen.
Die Schaltmasse 10 ist in einem Ringraum 20 bewegbar angeordnet, der komplett innerhalb der Kurbelwellenriemenscheibe 1 angeordnet ist, und von Einzelteilen der Kurbelwellenriemenscheibe 1 begrenzt wird. Die Schaltmasse 10 ist fest mit einem Umschaltelement 24 verbunden, das als Blechformteil ausgeführt ist. Das Umschaltelement 24 weist radial außen einen Flansch 23 auf, der sich radial nach außen erstreckt. Der Flansch 23 umfasst über seinen Umfang verteilt mehrere Durchgangslöcher, durch die sich jeweils ein Nietverbindungselement 21 hindurch erstreckt, das einstückig mit der Schaltmasse 10 verbunden ist. Mit Hilfe der Nietverbindungselemente 21 ist die Schaltmasse 10 auf einfache Art und Weise an dem Umschaltelement 24 befestigt.
Das Umschaltelement 24 ist radial außen mit Hilfe von Haltebügeln 25 in axialer Richtung an einem Flansch 26 gehalten, der sich von einem Freilaufaußenring 28 radial nach außen erstreckt. Dabei ist das Umschaltelement 24 mit Hilfe der Haltebügel 25 so an dem Flansch 26 angebracht, dass sich das Umschaltelement 24 zusammen mit der Schaltmasse 10 relativ zu dem Freilaufaußenring 28 verdrehen kann.
Die Zentralschraube 5 stellt einen Freilaufinnenring des Freilaufs 8 dar. Zu diesem Zweck sind an der Zentralschraube 5 radial außen an dem Schraubenkopf 16 Laufbahnen für Wälzkörper einer Lagereinrichtung 30 ausgebildet. Darüber hinaus ist an dem Schraubenkopf 17 radial außen eine Laufbahn für Rollen des Freilaufs 8 angebracht. Die Lagereinrichtung 30 ist als Doppelkugellager ausgeführt und dient dazu, die Kurbelwellenriemenscheibe 1 auf der Kurbelwelle 4 beziehungsweise auf der Zentralschraube 5 zu lagern. Der Freilauf 8 ist zusammen mit der Lagereinrichtung 30 radial zwischen dem von der Zentralschraube 5 dargestellten Freilaufinnenring und dem Freilaufaußenring 28 angeordnet. Der Freilaufaußenring 28 ist radial innen mit Laufbahnen für die Kugeln der Lagereinrichtung 30 ausgestattet. Darüber hinaus sind radial innen an dem Freilaufaußenring 28 Rampen des Freilaufs 8 ausgebildet, der vorzugsweise zwei Wirkrichtungen oder Sperrrichtungen hat.
Mit Hilfe von Nietverbindungselementen 32 ist an dem Flansch 26 des Freilaufaußenrings 28 eine Stütze 34 für ein Gleitlager 35 befestigt. Das Gleitlager 35 dient dazu, die Riemenscheibenspur 2 relativ zu dem Freilaufaußenring 28 verdrehbar zu lagern.
Von der Riemenscheibenspur 2 erstreckt sich ein Flansch 36 radial nach innen. Der Flansch 36 der Riemenscheibenspur 2 ist unter Zwischenschaltung von Reibbelägen zwischen einer Druckplatte 38 und der Gleitlagerstütze 34 eingeklemmt. Dadurch wird eine Rutschkupplung 39 geschaffen, deren Klemmwirkung durch eine vorgespannte Tellerfeder 40 erzeugt wird. Die Tellerfeder 40 ist mit Hilfe eines axialen Sicherungsrings 41 in axialer Richtung an dem Freilaufaußenring 28 abgestützt. Radial außen liegt die Tellerfeder 40 an der Druckplatte 38 an, die durch Formschluss drehfest mit der Gleitlagerstütze 34 verbunden ist.
Die Tilgermasse 14 des Drehschwingungsdämpfers 12 ist mit Hilfe einer Gummispur 48 an einem Tilgermassenträger 45 angebracht. Der Tilgermassenträger 45 ist vorzugsweise als Blechformteil ausgeführt und mit Hilfe eines Klemmstücks oder Druckstücks 44 durch die Zentralschraube 5 drehfest mit der Kurbelwelle 4 verbunden. Die Tilgermasse 14 erstreckt sich in radialer Richtung so zwischen dem Umschaltelement 24 und der Riemenspur 2, dass sie den Ringraum 20 in einer axialen Richtung begrenzt. In der anderen axialen Richtung wird der Ringraum 20 von dem Flansch 26 des Freilaufaußenrings 28 und der Gleitlagerstütze 34 begrenzt. Radial innen ist der Ringraum 20 von dem Umschaltelement 24 begrenzt. Radial außen ist der Ringraum 20 von der Gleitlagerstütze 34 begrenzt.
Zur Abdichtung ist zwischen dem Schaltelement 24 und dem Klemmstück oder Druckstück 44 ein Radialwellendichtring 50 angeordnet. In der Nähe des Radialwellendichtrings 50 ist das Umschaltelement 24 und eine Arretierfeder 55 in den Freilaufaußenring 28 eingehängt. Die Arretierfeder 55 dient dazu, den Freilaufkäfig des Freilaufs 8 in seinen beiden Endpositionen zu arretieren. Die Arretierfeder 55 stellt zusammen mit dem Freilaufkäfig des Freilaufs 8 und dem Umschaltelement 24 eine Rastiereinheit oder Rastiervorrichtung dar. Zur Abdichtung ist zwischen dem Freilaufaußenring 28 und dem Umschaltelement 24 eine Dichtung 60 angeordnet, die als O-Ring ausgeführt ist.
Die Schaltmasse 10 ist fest mit dem Umschaltelement 24 verbunden und besitzt eine relativ große Massenträgheit. Der Freilaufkäfig, der für die Umschaltung des Freilaufs 8 verantwortlich ist, ist mit dem Umschaltelement 24 drehfest verbunden und kann in zwei Endpositionen am Freilaufaußenring 28 verdreht werden, wo er durch die Rastiereinheit der Arretierfeder 55 gehalten wird. Der Freilaufaußenring 28 ist mit der Riemenspur 2 über die Rutschkupplung 39 verbunden, die das Startmoment der Brennkraftmaschine sicher überträgt, aber die darüber liegenden Drehmomentspitzen abbaut.
Im Stand-Klimabetrieb wird der Freilauf 8 mit der etwaigen Leerlaufdrehzahl im Riementrieb überholt. Der Freilaufkäfig befindet sich in seiner vorderen Endposition (generatorbetriebliche Wirkrichtung). Wenn die Kurbelwellenriemenscheibe 1 durch die Elektromaschine über den Riementrieb für einen Startvorgang stark beschleunigt wird, bleibt die Schaltmasse 10 durch ihre Massenträgheit zurück. Die Rastierung des Freilaufkäfigs wird überwunden und der Freilaufkäfig wird durch das Massenträgheitsmoment der Schaltmasse 10 in die hintere Endposition verdreht, wo er einrastet. Dabei wird die Wirkrichtung des Freilaufs 8 umgeschaltet.
Der umgeschaltete Freilauf 8 greift schlagartig (Starter-Wirkrichtung), die Rutschkupplung 39 rutscht durch und die Kurbelwelle 4 wird auf die Startdrehzahl beschleunigt. Nach dem Startvorgang wird die Kurbelwellenriemenscheibe 1 kurzzeitig stark verzögert, wodurch die Schaltmasse 10 den Freilaufkäfig in die vordere Endposition nimmt, wo er wieder einrastet und den Freilauf dabei umschaltet (generatorbetriebliche Wirkrichtung). Die Rastierung mit Hilfe der Arretierfeder 55 muss stark genug sein, um die Federkraft im Freilauf 8 und die Massenkräfte durch die normalen Kurbelwellengleichförmigkeiten aufzunehmen. Die kurzzeitig starke Verzögerung des Riementriebs durch die Elektromaschine muss so groß sein, dass die Rastierung überwunden werden kann. Die Schaltrichtung des Freilaufs 8 kann auch umgekehrt werden.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelwellenriemenscheibe
2: Riemenspur
4: Kurbelwelle
5: Zentralschraube
8: Freilauf
10: Schaltmasse
12: Drehschwingungsdämpfungseinrichtung
14: Tilgermasse
16: Schraubenkopf
17: Schraubenschaft
20: Ringraum
21: Nietverbindungselement
23: Flansch
24: Umschaltelement
25: Haltebügel
26: Flansch
28: Freilaufaußenring
30: Lagereinrichtung
32: Nietverbindungselement
34: Gleitlagerstütze
35: Gleitlager
36: Flansch
38: Druckplatte
39: Rutschkupplung
40: Tellerfeder
41: Sicherungsring
44: Klemmstück
45: Tilgermassenträger
48: Gummispur
50: Radialwellendichtring
55: Arretierfeder
60: Dichtung

Claims

Kurbelwellenriemenscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Kurbelwelle (4) und einem Riementrieb, mit einem Freilauf (8), dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (8) mit Hilfe einer in der Kurbelwellenriemenscheibe (1) bewegbaren Schaltmasse (10) schaltbar ist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwellenriemenscheibe (1) einen Ringraum (20) zur bewegbaren Aufnahme der Schaltmasse (10) aufweist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmasse (10) fest mit einem Umschaltelement (24) für den Freilauf (8) verbunden ist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Freilaufkäfig (8) drehfest mit dem Umschaltelement (24) verbunden ist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zentralschraube (5), die an der Kurbelwelle (4) befestigt ist, einen Freilaufinnenring darstellt, der unter Zwischenschaltung einer Lagereinrichtung (30) und des Freilaufs (8) mit einem Freilaufaußenring (28) koppelbar ist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Riemenscheibenspur (2) über eine Rutschkupplung (39) mit dem Freilaufaußenring (28) koppelbar ist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung (39) Reibbeläge umfasst, die durch eine Tellerfeder (40) gegeneinander vorgespannt sind.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung (39) eine Druckplatte (38) und eine Gleitlagerstütze (34) umfasst, zwischen denen ein sich radial nach innen erstreckender Flansch (36) der Riemenscheibenspur (2) eingeklemmt ist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlagerstütze (34) ein Gleitlager (35) abstützt, durch das die Riemenscheibenspur (2) drehbar gelagert ist.
Kurbelwellenriemenscheibe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (20) zur bewegbaren Aufnahme der Schaltmasse (10) von dem Freilaufaußenring (28), der Gleitlagerstütze (34) und einer Tilgermasse (14) begrenzt ist.