WO2014187448A1 - Kupplungsanordnung für einen nebenaggregatetrieb und verfahren zum betrieb einer kupplungsanordnung - Google Patents

Kupplungsanordnung für einen nebenaggregatetrieb und verfahren zum betrieb einer kupplungsanordnung Download PDF

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accessory drive
clutch assembly
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Martin Laumann
Eckhard Kirchner
Arthur EPP
Tobias Eckl
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D13/00—Friction clutches
    • F16D13/76—Friction clutches specially adapted to incorporate with other transmission parts, i.e. at least one of the clutch parts also having another function, e.g. being the disc of a pulley
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D13/00—Friction clutches
    • F16D13/14—Friction clutches with outwardly-movable clutching members co-operating with the inner surface of a drum or the like

Definitions

  • the invention relates to a clutch assembly for an auxiliary drive and a method for operating a clutch assembly, with the separate for different operating conditions of a vehicle, the accessory drive from the drive motor.
  • the ancillaries such as e.g. Generator, air conditioning, water pump, etc. usually driven by a belt drive, which is connected by a crankshaft directly to the engine.
  • the direct coupling of belt operation to the internal combustion engine fundamentally requires a compromise with regard to the degree of efficiency, since in transient or transient operation the belt drive is rigidly coupled to the rotational speed of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is therefore to enable a demand-driven direct drive of the ancillaries and for the aggregate operation of the crankshaft separable design.
  • the object is achieved by a coupling arrangement according to claim 1 and by a method according to claim 7.
  • Proposed is a clutch assembly for an auxiliary drive, in which the accessory drive from the crankshaft depending on the operating condition of the vehicle is specifically decoupled from the engine.
  • a method for operating a drive arrangement for an auxiliary drive of a vehicle, in which the auxiliary drive can be driven by a crankshaft of an internal combustion engine.
  • the accessory drive and associated with this ancillary components of the vehicle can be selectively driven by the crankshaft with optimized efficiency depending on the operating condition of the vehicle. In this way, a particularly effective operation of the accessory operation is made possible.
  • the coupling arrangement according to the invention is intended to enable, in particular, the following operating states: In a first operating state, the accessory drive is stable in a state coupled to the crankshaft. In the first operating state, the auxiliary drive can be driven solely by the crankshaft.
  • the accessory drive In a second operating state, the accessory drive is stable in a decoupled from the crankshaft state. This is desirable when the engine is at a standstill - for example for stationary air conditioning.
  • the auxiliary drive is possible for example by a separate drive, for example by a starter generator.
  • the accessory drive may be durable with the crankshaft in a slipping frictionally engaged condition. This makes it possible to use the inertia of the ancillary components for braking the internal combustion engine, so that when the engine is switched off, the region of the natural frequency is traversed faster, thereby reducing uncomfortable vibrations
  • the crankshaft can be transferred into a slip-frictionally engaged connection with the accessory drive in order to tow the internal combustion engine through the running auxiliary drive.
  • the accessory drive can be driven by the starter-generator.
  • the invention by means of the optimized belt drive, reduces fuel consumption by minimizing or temporarily eliminating the drag torques of the belt drive.
  • the comfort is increased by allowing air conditioning with the engine stopped by the drive of the air conditioning compressor via the starter generator.
  • Other operating modes such as tow launch, active boost, passive boost and
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a belt drive for ancillary units
  • Figure 2 is a sectional view of a pulley with brake
  • FIG. 3 arrangement of the brake segments on the crankshaft pulley
  • Figure 1 shows a belt drive 10 for ancillaries with a pulley of an air compressor 14, a pulley of a generator 13 and a pulley of the crankshaft 12, which drives the V-belt 1 1 air conditioning compressor, generator or other ancillaries.
  • FIG. 2 shows a schematic arrangement of a pulley 12, as it is intended to be designed to be coupled and uncoupled with the clutch arrangement 30 according to the invention with the crankshaft 20 of an internal combustion engine.
  • the pulley is mounted within a bearing 38 and includes in a region located at least partially within the pulley cross-section a number of bearing segments 32.
  • the bearing segments 32 are connected to the crankshaft 20 circumferentially with this and form spaced apart on a circular line bearing portions. Between these bearing sections and the bearing 38, the pulley is mounted.
  • the circular line therefore corresponds to an inner circumference arranged in the cross section of the belt pulley.
  • coupling segments 31, which, like the bearing segments 32, are located at least partially within the pulley cross-section and are connected circumferentially around the crankshaft 20. Unlike the bearing segments 32, which are permanently in sliding connection with the pulley 12, these brake segments 31 are positively and / or non-positively connectable with the inner circumference of the pulley. This detachable connection is made via the preferably at least one actuator 36, which is assigned to each coupling segment 31.
  • each a coupling segment of 70 ° and a bearing segment of 50 ° result in a 120 ° section, whereby there are thus three such 120 ° - There are sections.
  • 210 ° of the circumference are available for coupling transmission and 150 ° for pure storage.
  • FIG. 3 shows a coupling segment 31 according to the invention in a plane along the longitudinal axis of the crankshaft 20.
  • a clutch lever mounting 34 on which preferably two clutch lever 33 are stored.
  • a clutch lever 33 in this case comprises an arm which can be brought into connection with the pulley 12, and an arm whose lever effect is used via an actuator 36. The actuator is counteracted by a spring 37.
  • electrically, pneumatically or hydraulically actuatable systems can be used in order to switch the pulley 12 torque-free and thus separate the belt drive from the crankshaft 20.
  • the lever mechanism can be configured both with a pressure actuator and with a pull actuator.
  • the actuator 36 is preferably self-centering, rotationally fixed and outwardly neutral in force.
  • the arms which are to be brought into connection with the pulley 12 each have a clutch lining 35.
  • This can be designed either wear-free as a steel-steel version or as any other imaginable friction pairing.
  • For the pads can have a wear compensation.
  • the arrangement is carried out in a sealed variant, in order to avoid negative effects of splashing water, stone chips or heavy pollution.
  • Figure 4 shows an inventive bearing segment 32 in a plane along the longitudinal axis of the crankshaft 20.
  • the Lagersegement On the crankshaft 20 is the Lagersegement.
  • the belt pulley 12 Arranged on the bearing segment is the belt pulley 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für einen Nebenaggregatetrieb und ein Verfahren zum Betrieb einer Kupplungsanordnung, mit der für verschiedene Betriebszustände eines Fahrzeugs der Nebenaggregatetrieb vom Antriebsmotor zu trennen.

Description

Kupplungsanordnung für einen Nebenaggregatetrieb und
Verfahren zum Betrieb einer Kupplungsanordnung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für einen Nebenaggregatetrieb und ein Verfahren zum Betrieb einer Kupplungsanordnung, mit der für verschiedene Betriebszustände eines Fahrzeugs der Nebenaggregatetrieb vom Antriebsmotor zu trennen.
In modernen Kraftfahrzeugen mit konventionellem Verbrennungsmotor werden die Nebenaggregate wie z.B. Generator, Klimaanlage, Wasserpumpe usw. üblicherweise über einen Riementrieb angetrieben, der durch eine Kurbelwelle direkt mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist. Die direkte Kopplung des Riemenbetriebs an den Verbrennungsmotor bedingt grundsätzlich einen Kom- promiss hinsichtlich des Wirkungsgrads, da im transienten bzw. instationären Betrieb der Riementrieb starr an die Drehzahl des Verbrennungsmotors gekoppelt ist.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 10 201 1 010 284 A1 , DE 10 2009 014 027 A1 oder DE 100 07 356 A1 sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, Nebenaggregate mit Energie zu versorgen. In verschiedenen Fahrsituationen wäre es jedoch vorteilhaft, derartige Nebenaggregate nicht über den Verbrennungsmotor anzutreiben, da damit die vom Verbrennungsmotor erzeugte mechanische Leistung anteilig verbraucht wird, so dass beispielsweise für die Beschleunigung des Fahrzeugs nicht die gesamte Motorleistung verfügbar ist.
Ferner ist es mit einem solchen permanent gekoppelten Antrieb der Nebenaggregate nicht möglich, bei einem Fahrzeug mit Start-Stopp-Automatik während des Motorstillstands einen im Nebenaggregatetrieb verbauten Klimakompressor zu betreiben, was für die Fahrzeuginsassen verringerten Komfort bedeutet
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen bedarfsgerechten direkten Antrieb der Nebenaggregate zu ermöglichen und dafür den Aggregatetrieb von der Kurbelwelle trennbar auszugestalten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch eine Kupplungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 7 gelöst.
Vorgeschlagen wird eine Kupplungsanordnung für einen Nebenaggregatetrieb, bei der der Nebenaggregatetrieb von der Kurbelwelle abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs gezielt vom Verbrennungsmotor abkoppelbar ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung für einen Nebenaggregatetrieb eines Fahrzeugs vorgeschlagen, bei dem der Nebenaggregatetrieb von einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors antreibbar ist. Der Nebenaggregatetrieb und die mit diesem verbundenen Nebenaggregate des Fahrzeugs können so in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs wahlweise von der Kurbelwelle bei optimiertem Wirkungsgrad angetrieben werden. Auf diese Weise wird ein besonders effektiver Betrieb des Nebenaggregatetriebs ermöglicht. Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung soll insbesondere folgende Be- triebszustände ermöglichen: In einem ersten Betriebszustand ist der Nebenaggregatetrieb in einen mit der Kurbelwelle gekoppelten Zustand haltbar. Im ersten Betriebszustand ist der Nebenaggregatetrieb allein durch die Kurbelwelle antreibbar. In einem zweiten Betriebszustand ist der Nebenaggregatetrieb in einen von der Kurbelwelle entkoppelten Zustand haltbar. Dies ist wünschenswert bei Motorstillstand - beispielsweise für eine Standklimatisierung. Dabei ist der Nebenaggregatetrieb beispielsweise durch einen gesonderten Antrieb beispielsweise durch einen Starter-Generator möglich.
Außerdem ist es möglich, bei einem sogenannten Segelbetrieb des Fahrzeugs, bei dem der Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang abgekoppelt und/oder abgeschaltet ist, den Nebenaggregatetrieb von der Kurbelwelle abzukoppeln und gesondert anzutreiben.
Ergänzend kann in einem dritten Betriebszustand der Nebenaggregatetrieb mit der Kurbelwelle in einem schlupfend-reibschlüssig verbundenen Zustand haltbar sein. Dadurch ist es möglich, die Massenträgheit der Nebenaggregate zum Bremsen des Verbrennungsmotors zu nutzen, so dass beim Abstellen des Mo- tors der Bereich der Eigenfrequenz schneller durchfahren wird und damit unkomfortable Vibrationen verringert werden
Zum Starten des Verbrennungsmotors kann die Kurbelwelle in eine schlupfend- reibschlüssige Verbindung mit dem Nebenaggregatetrieb überführt werden, um den Verbrennungsmotor durch den laufenden Nebenaggregatetrieb anzuschleppen. Hierbei kann der Nebenaggregatetrieb durch den Starter-Generator angetrieben werden.
Die Erfindung bewirkt durch den optimierten Riementrieb einerseits eine Re- duzierung des Treibstoffverbrauchs, indem die Schleppmomente des Riementriebs minimiert bzw. temporär eliminiert werden. Außerdem wird der Komfort dadurch erhöht, dass eine Klimatisierung bei stehendem Motor durch den Antrieb des Klimakompressors über den Startergenerator ermöglicht wird. Weitere Betriebmodi, wie Schleppstart, aktives Boosten, passives Boosten und
Rekuperieren werden ebenfalls möglich.
Vorteilhaft ist außerdem die optimale Bauraumausnutzung
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Riementriebs für Nebenaggregate,
Figur 2 eine Schnittdarstellung einer Riemenscheibe mit Brems- und
Lagersegmenten,
Figur 3 Anordnung der Bremssegmente an der Kurbelwellenriemenscheibe,
Figur 4 Anordnung der Lagersegmente an der Kurbelwellenriemenscheibe.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt einen Riemenantrieb 10 für Nebenaggregate mit einer Riemenscheibe eines Klimakompressors 14, einer Riemenscheibe eines Generators 13 und einer Riemenscheibe der Kurbelwelle 12, die über den Keilriemen 1 1 Klimakompressor, Generator oder auch weitere Nebenaggregate antreibt.
Figur 2 zeigt eine schematische Anordnung einer Riemenscheibe 12 wie sie mit der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung 30 mit der Kurbelwelle 20 eines Verbrennungsmotors kuppelbar und entkuppelbar ausgestaltet werden soll. Die Riemenscheibe ist innerhalb einer Lagerung 38 gelagert und umfasst in einem zumindest teilweise innerhalb des Riemenscheibenquerschnitts befindlichen Bereich eine Anzahl von Lagersegmenten 32. Die Lagersegmente 32 sind um die Kurbelwelle 20 umlaufend mit dieser verbunden und bilden auf einer Kreislinie beabstandet angeordnete Lagerabschnitte. Zwischen diesen Lagerabschnitten und der Lagerung 38 ist die Riemenscheibe gelagert. Die Kreislinie entspricht also einer im Querschnitt der Riemenscheibe angeordneten Innenumfang.
Weiter erkennbar sind Kupplungssegmente 31 , die sich ebenso wie die Lager- segmente 32 zumindest teilweise innerhalb des Riemenscheibenquerschnitts befinden und um die Kurbelwelle 20 umlaufend mit dieser verbunden sind. Anders als die Lagersegmente 32, die permanent in gleitender Verbindung mit der Riemenscheibe 12 stehen, sind diese Bremssegmente 31 mit dem Innenumfang der Riemenscheibe form- und/oder kraftschlüssig verbindbar. Diese lösba- re Verbindung erfolgt über den vorzugsweise mindestens einen Aktuator 36, der jedem Kupplungssegment 31 zugeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist eine wechselweise Anordnung der Segmente vorgesehen. Dargestellt ist eine dreifach paarweise Segmentierung mit insgesamt drei Lagersegmenten 32 und drei Kupplungssegmenten 31 . Dabei ist es vorteilhaft, die Kupplungssegmente größer als die Lagersegmente auszubilden, so dass in der Darstellung in Figur 2 beispielsweise je ein Kupplungssegment von 70° und ein Lagersegment von 50° einen 120°-Abschnitt ergeben, wobei es folglich drei derart ausgebildete 120°-Abschnitte gibt. In dieser Ausführungsform stehen somit 210° des Umfangs für Kupplungsübertragung zur Verfügung und 150° für reine Lagerung.
Ebenso von der Erfindung umfasst ist jedoch jede weitere Anzahl von Segmenten.
Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kupplungssegment 31 in einer Ebene entlang der Längsachse der Kurbelwelle 20. Auf der Kurbelwelle 20 befindet sich eine Kupplungshebellagerung 34, auf der vorzugsweise zwei Kupplungs- hebel 33 gelagert sind. Ein Kupplungshebel 33 umfasst dabei einen Arm, der mit der Riemenscheibe 12 in Verbindung gebracht werden kann, und einen Arm, dessen Hebelwirkung über einen Aktuator 36 genutzt wird. Dem Aktuator wirkt eine Feder 37 entgegen.
Nicht in der Figur dargestellt, jedoch ebenfalls vom Erfindungsgedanken umfasst ist ein zentral wirkender Kupplungsaktuator.
Einsetzbar sind beispielsweise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch aktu- ierbare Systeme, um die Riemenscheibe 12 momentenfrei zu schalten und somit den Riementrieb von der Kurbelwelle 20 zu trennen.
Durch Ansteuern des Aktuators können die Kupplungssegmente 31 von der Riemenscheibe 12 gelöst werden, so dass die Kurbelwelle 20 frei unter der Riemenscheibe 12 umlaufen kann. Das Hebelwerk sowohl mit einem Druckak- tuator als auch mit einem Zugaktuator ausgestaltet werden.
Durch Aktuieren der Vorrichtung wird keine Axialkraft auf das Kurbelwelleneingangslager übertragen. Der Aktuator 36 ist vorzugsweise selbstzentrierend, drehfest und nach außen kraftneutral ausgeführt.
Die Arme, die mit der Riemenscheibe 12 in Verbindung gebracht werden sollen, weisen jeweils einen Kupplungsbelag 35 auf. Dieser kann entweder ver- schleissfrei als eine Stahl-Stahl-Ausführung oder auch als jede andere denkba- re Reibpaarung ausgeführt sein. Dafür können die Beläge einen Verschleißausgleich aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Anordnung in einer abgedichteten Variante ausgeführt, um negative Auswirkungen durch Spritzwasser, Steinschlage oder starke Verschmutzung zu vermeiden.
Weiterhin bevorzugt kann die erfindungsgemäße Anordnung auswuchtbar ausgeführt werden. Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Lagersegment 32 in einer Ebene entlang der Längsachse der Kurbelwelle 20. Auf der Kurbelwelle 20 befindet sich das Lagersegement. Auf dem Lagersegement gelagert angeordnet ist die Riemen- scheibe 12.
Bezugszeichenliste
10 Nebenaggregatetrieb
1 1 Keilriemen
12 Riemenscheibe der Kurbelwelle
13 Riemenscheibe des Generators
14 Riemenscheibe des Klimakompressors 20 Kurbelwelle
30 Kupplungsanordnung
31 Kupplungssegment
32 Lagersegment
33 Kupplungshebel
34 Kupplungshebellagerung
35 Kupplungsbelag
36 Aktuator
37 Feder
38 Lagerung

Claims

Patentansprüche
1 . Kupplungsanordnung (30) für einen Nebenaggregatetrieb (10), der von einer Kurbelwelle (20) eines Verbrennungsmotors über eine Riemenscheibe (12) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung Lagersegmente (32) und Kupplungssegmente (31 ) umfasst, die im Wirkeingriff mit der Riemenscheibe (12) stehen.
2. Kupplungsanordnung (30) für einen Nebenaggregatetrieb (10) nach Anspruch 1 , weiter umfassend eine Lagerung (38), wobei die Lagersegmente (32) so angeordnet sind, dass die Riemenscheibe (12) zwischen der Lagerung (38) und den Lagersegmenten (32) gelagert ist.
3. Kupplungsanordnung (30) für einen Nebenaggregatetrieb (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremssegmente (31 ) so angeordnet sind, dass ein trennbarer Kraft- und/ oder Formschluss zwischen Kurbelwelle (20) und Riemenscheibe (12) bewirkt.
4. Kupplungsanordnung (30) für einen Nebenaggregatetrieb (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kupplungssegmente (31 ) auf der Kurbelwelle umlaufend und zumindest teilweise zur Riemenscheibe (12) innenliegend angeordnet sind.
5. Kupplungsanordnung (30) für einen Nebenaggregatetrieb (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedes Kupplungssegment (31 ) mindestens einen Aktuator (36) umfasst und dem Aktuator mindestens eine entgegenwirkende Feder (37) zugeordnet ist.
6. Kupplungsanordnung (30) für einen Nebenaggregatetrieb (10) nach Anspruch 5, wobei jedes Bremssegment (31 ) mindestens einen Kupplungshebel (33) mit einer Kupplungshebellagerung (34) und einem Kupplungsbelag (35) umfasst, wobei einer der Aktuatoren (36) und die Feder (37) so miteinander in Wechselwirkung stehend angeordnet sind, dass das Kupplungssegment (31 ) in Formschluss und/oder Kraftschluss mit der Riemenscheibe (12) bringbar ist.
7. Kupplungsanordnung (30) für einen Nebenaggregatetrieb (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend einen zentralen Kupplungsaktuator zur Steuerung der Kupplungssegmente (31 ).
8. Verfahren zum Betrieb einer Kupplungsanordnung (30) für einen Nebe- naggregatetrieb (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs der Nebenaggregatetrieb (10) mit der Kurbelwelle (20) gekoppelt wird.
9. Verfahren zum Betrieb einer Kupplungsanordnung (30) für einen Nebe- naggregatetrieb (10) nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs der Nebenaggregatetrieb (10) mit einem vom Verbrennungsmotor getrennten Antrieb gekoppelt wird.
10. Verfahren zum Betrieb einer Kupplungsanordnung (30) für einen Nebe- naggregatetrieb (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kupplungssegmente (31 ) in schleppendem Reibschluss mit der Riemenscheibe (12) betrieben werden.
PCT/DE2014/200059 2013-05-21 2014-02-13 Kupplungsanordnung für einen nebenaggregatetrieb und verfahren zum betrieb einer kupplungsanordnung WO2014187448A1 (de)

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