WO2015070845A2 - 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
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Christian Voit
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    • 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
    • F16D13/76—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

Definitions

  • the invention relates to a Kuppungsan Aunt for an accessory drive and a method for operating a clutch assembly, with the auxiliary drive can be separated from the drive motor for different operating conditions of a vehicle.
  • the ancillaries such as e.g. Generator, air conditioning, water pump, etc. usually driven by a belt drive (V-ribbed belt), which is connected by a crankshaft directly to the engine.
  • a belt drive V-ribbed belt
  • the direct coupling of the belt drive to the internal combustion engine basically requires a compromise with regard to the 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 an optimized operation of the belt drive, in particular a demand-driven direct drive of the ancillaries.
  • the fuel consumption and / or the energy consumption of the vehicle should be reduced by minimizing or temporarily eliminating the drag torques of the belt drive.
  • vehicle air conditioning is to be enabled when the engine is stopped by the drive of the air conditioning compressor via the starter generator in auxiliary drive mode.
  • the possibility should be created to start the engine in towing mode.
  • a coupling arrangement is proposed for an accessory drive in which the accessory drive can be decoupled from the crankshaft in a targeted manner by the internal combustion engine as a function of the vehicle's condition.
  • the accessory drive and the ancillary components of the vehicle connected to it can thus be selectively driven by the crankshaft with optimized efficiency as a function of the operating state of the vehicle. the. In this way, a particularly effective operation of the accessory operation is made possible.
  • the arrangement according to the invention comprises a crankshaft pulley which consists of several functional planes perpendicular to the crankshaft.
  • one or more functional planes are provided for mounting the belt pulley on the crankshaft and, furthermore, one or more functional planes are designed such that they effect a frictional connection or coupling or decoupling of the belt pulley with the crankshaft.
  • a plurality of bearing planes and friction planes circulating around the crankshaft are provided on the belt pulley of the crankshaft, said friction planes being formed by disks whose functional surfaces facing the pulley of the crankshaft have an inclination relative to the crankshaft axis.
  • the pulley of the crankshaft has corresponding functional surfaces, which have an inclination relative to the crankshaft axis.
  • the belt rpm and crankshaft rpm can first be synchronized via a frictional connection and finally be recorded.
  • the disks of the bearing plane are axially and / or radially pressed a the discs of the friction plane and the torque transmission between the crankshaft and pulley is interrupted by a supply of the actuator.
  • the torque transmission between the pulley and the crankshaft can be ensured by releasing the actuator.
  • the BeSäge the friction plane can enivenoer than schischreibok than a steel-steel pairing be executed or include any other conceivable friction pairing.
  • the friction planes which can build kraftsch Stahlssige connections between the crankshaft and pulley, can be supplemented in another embodiment additionally by one or more toothed element (s) to achieve a positive connection. As soon as frictional engagement is achieved, the torque peaks in the belt can then be transmitted safely via a positive connection. This minimizes wear of the friction linings during closed ⁇ constant speed) operation.
  • an electrically, pneumatically or hydraulically actuatable system can be used to connect the belt drive with the crankshaft or to separate from it and thus to switch the pulley of the crankshaft torque-free. This leads to energy savings.
  • the actuation takes place on both sides of the pulley planes and in another embodiment only from one side, wherein the two-sided actuation over the one-sided actuation has the advantage that an axial offset in the belt is prevented.
  • the actuation by means of a ball screw is particularly favorable.
  • Particularly favorable proves to be a stepless and controllable adjustability, which benefits the synchronization and thus the comfort of the vehicle driver.
  • Due to the controllable axial stroke of a Kugelgewindeirtebs the degree of delivery can be varied continuously and thus the functional levels (storage and / or friction plane) can be targeted. Even high forces or moments can be transmitted without noise and delay.
  • the coupling arrangement according to the invention is intended to enable, in particular, the following operating states:
  • the accessory drive In a first operating state, the accessory drive is stable in a state coupled to the crankshaft.
  • the crankshaft and belt drive are connected to each other via friction and / or positive locking.
  • the accessory drive can be driven solely by the crankshaft. It is also possible recuperation and active boosting, as is known in the art.
  • the accessory drive In a second operating state, the accessory drive is stable in a decoupled from the crankshaft state. If the internal combustion engine does not stand still, the crankshaft is driven while the belt drive is free and stands, or consumes no (drive) energy. Even at engine standstill, this operating condition is desirable - for example, for a stationary air conditioning.
  • the combustion engine does not stand still, passive boosting is possible, so the combustion engine does not drive the ancillaries. It is also possible, in a so-called Segelbeitleb of the vehicle, in which the engine is decoupled from the drive train and / or off,temperaturkoppein the accessory drive of the Kurbeiweile and drive separately. In addition, in a third operating state of the auxiliary drive with the Kurbeiwelle be preserved in a schiupfend-frictionally connected state. This makes it possible, the inertia of the ancillaries for Use brakes of the internal combustion engine 2u (active engine brake), so that when the engine is switched off, the natural frequency range is passed faster, thus reducing uncomfortable vibrations.
  • the crankshaft can be transferred into a slip-frictional engagement with the accessory drive to tow the engine through the running accessory drive ("sluggish start"), where the accessory drive can be powered by the starter-generator.
  • the invention causes by the optimized belt drive on the one hand, a reduction in fuel consumption by the drag torque of the belt drive minimized or temporarily eliminated.
  • the comfort is increased by the fact that an air conditioning with the engine stopped by the drive of the air conditioning compressor via the starter generator is made possible.
  • Another advantage is the optimal space utilization.
  • a method for operating a drive arrangement for an auxiliary drive of a vehicle, in which the auxiliary drive can be driven by a crank shaft of an internal combustion engine.
  • 1 is a schematic representation of a belt drive for Ne benaggregate
  • Figure 2 is a Thomasdarsiellung a pulley with one-sided
  • Figure 3 is a sectional view of a pulley with double Axialaktu réelle on both sides.
  • FIG. 4 shows a variant with form-fitting toothing in the friction plane
  • FIG. 5 shows the friction surface above the friction plane.
  • 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 2, which drives via the V-belt 1 air conditioning compressor, generator or other ancillaries.
  • Figure 2 shows a sectional view of a pulley 12 with double Axialaktu réelle on both sides, the crankshaft 20 of an internal combustion engine coupled and disengageable to the pulley 12 via a clutch assembly 30.
  • the pulley 12 is divided in the axial direction in layers into a number of functional levels that take on either a bearing function or a bearing or friction function.
  • the coupling arrangement 30 comprises a disk of the bearing plane 32 and a disk of the bearing plane 23 integrated into the crankshaft 20.
  • On both disks provided for mounting there are bearings 36 on which the belt pulley 12 is mounted circumferentially around the crankshaft 20.
  • Between these disks provided for the storage two disks of the coupling plane 31 are arranged, on each of which a friction lining 35 is arranged, which can be brought into frictional engagement with the pulley 12.
  • a spring element 38 Between the discs of the coupling plane 31 is a spring element 38. This spacing the discs of the coupling plane 31 and stops they are in frictional contact with the pulley 12 as long as no force acts on the spring element 38.
  • the discs of the coupling plane 31 are displaceable via bearing segments 37 in the axial direction of the crankshaft 12, but are in radial positive engagement with the latter.
  • the friction connection between the crankshaft and belt drive is closed.
  • Kugelge vindetriebe 39 a, 39 b are driven via an axial actuator and so the disk of the bearing plane 32 moves relative to the disk of the bearing plane 23.
  • the stored on the bearings 36 pulley is slightly raised according to the mutual approach of the bearings 36 and the inclination of the bearing surfaces between the pulley 12 and bearing 36.
  • the disks of the friction plane 31 are counteracted to one another against the spring action of the spring element 38 and are removed from the belt pulley 12 in accordance with the inclination of the bearing surfaces between the belt pulley 12 and the friction lining 35.
  • the counter-rotating ball screws 39a and 39b are mounted on one or more movable bearings 22 and fixed bearings 21 on the crankshaft 20.
  • the adhesion can be supported by a positive connection.
  • the actuation can be carried out electrically, electronically, hydraulically and / or pneumatically and be designed so that both a pressure and a Switzerlandaktuator can be used.
  • the clutch In case of failure, the clutch is closed by the spring element and there is a force or torque transmission between the pulley 12 and the crankshaft 20 in conventional engine operation.
  • the arrangement of the functional levels can also be designed via Federeiemente that a system is realized in which the power transmission is open in case of failure.
  • the actuator force of the clutch assembly 30 is constant over the entire speed range of the internal combustion engine and no axial force is transmitted to the crankshaft input bearing by actuation of the device; wherein the actuator 33 is self-centering, rotationally fixed and outwardly neutral in force. The actuation takes place without noise and delay.
  • Figure 3 shows similar to Figure 2 is a sectional view of a pulley 12, but with a now one-sided Axialaktu réelle.
  • a disc of the bearing plane and a disc of the coupling plane are summarized as a disc integrated in the crankshaft 24.
  • On this common disc 24 is again a bearing 36 and a clutch lining 35.
  • a spring element 38 in the axial direction is juxtaposed located next to this axle fixed coupling plane a further coupling plane, which is formed from a disc of Kuppiungsebene 31 with another Kuppiungsbelag 35.
  • a further bearing plane which is formed from a disc of the bearing plane 32 with a further bearing 36.
  • the disc of the bearing plane 32 and the disc of the coupling plane 31 are respectively displaceable via bearing segments 37 in the axial direction of the crankshaft 2.
  • the disk of the bearing plane 32 can be moved relative to the disk of the coupling plane 31 by way of an actuator arrangement consisting of, for example, an actuator drive 34 and an axial actuator 33 : for example a ball screw drive.
  • an actuator arrangement consisting of, for example, an actuator drive 34 and an axial actuator 33 : for example a ball screw drive.
  • FIGS. 1 and 2 Since splash water, rockfall and heavy soiling may optionally act on the system, a sealed embodiment is also advantageous for both arrangements of FIGS. 1 and 2. Then, for example, the ball screws are executed encapsulated. Furthermore, the system can be made ausuchtbar. If it is desirable to design a friction pair not wear-free, the friction linings 35 may have a wear compensation in one embodiment.
  • Figure 4 shows a variant of the invention with a positive toothing in the coupling plane. Shown is an enlargement of the friction lining 35.
  • FIG. 5 shows the clutch engagement 35 above the friction plane with the forces acting on the belt pretensioning force F v , the resilience of the spring element F F frictional force F R , the mormal force F N and F FY , LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • Axial actuator e.g., ball screw
  • actuator drive e.g., electric motor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pulleys (AREA)
  • Hydraulic Clutches, Magnetic Clutches, Fluid Clutches, And Fluid Joints (AREA)
  • Devices For Conveying Motion By Means Of Endless Flexible Members (AREA)

Abstract

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

Description

Kuppiungsanordnimg für einen Nebenaggregatetrieb und
Verfahren zum Betrieb einer Kupplungsanordnung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kuppfungsanordnung für einen Nebenaggregatetrieb und ein Verfahren zum Betrieb einer Kupplungsanordnung, mit der für verschiedene Betriebszustände eines Fahrzeugs der Nebenaggregatetrieb vom Antriebsmotor getrennt werden kann.
In modernen Kraftfahrzeugen mit konventionellem Verbrennungsmotor werden die Nebenaggregate wie z.B. Generator, Klimaanlage, Wasserpumpe usw. üblicherweise über einen Riementrieb (Keilrippen-Riemen) angetrieben, der durch eine Kurbelwelle direkt mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist. Die direkte Kopplung des Riementriebs an den Verbrennungsmotor bedingt grundsätzlich einen Kompromiss 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 2011 010 284 A DE 10 2009 014 027 A1 oder DE 00 07 356 A 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 Nebenag- gregate 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 daher ein optimierter Betrieb des Riementriebes, insbesondere ein bedarfsgerechter direkter Antrieb der Nebenaggregate. Dabei soll einerseits der Treibstoffverbrauch und/oder der Energieverbrauch des Fahrzeugs reduziert werden, indem die Schleppmomente des Riementriebs minimiert bzw. temporär eliminiert werden. Außerdem soll als Komfortfunktion eine Fahrzeugklimatisierung bei stehendem Motor durch den Antrieb des Kli- makompressors über den Startergenerator im Nebenaggregatetrieb ermöglicht werden. Ferner soll die Möglichkeit geschaffen werden, den Verbrennungsmotor im Schleppbetrieb zu starten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch eine Kupplungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zum Betrieb einer Kupplungsanordnung gemäß Patentanspruch 8 gelöst.
Vorgeschlagen wird eine Kupplungsanordnung für einen Nebenaggregatetrieb, bei der der Nebenaggregatetrieb von der Kurbelwelle abhängig vom Beiriebs- zustand des Fahrzeugs gezielt vom Verbrennungsmotor abkoppelbar 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 wer- den. Auf diese Weise wird ein besonders effektiver Betrieb des Nebenaggregatetriebs ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine Kurbelwellenriemenscheibe, die aus mehreren zur Kurbelwelle senkrechten Funktionsebenen besteht. Dabei sind eine oder mehrere Funktionsebenen zur Lagerung der Riemenscheibe auf der Kurbelwelle vorgesehen und ferner eine oder mehrere Funktionsebenen so ausgebildet, dass sie einen Reibschluss, bzw. Kupplung oder Entkopplung der Riemenscheibe mit der Kurbelwelle bewirken. Dafür werden an der Riemen- Scheibe der Kurbelwelle mehrere die Kurbelwelle umlaufende Lagerebenen und Reibebenen vorgesehen, die durch Scheiben gebildet werden, deren zur Riemenscheibe der Kurbelwelle gerichteten Funktionsflächen eine Neigung gegenüber der Kurbelwellenachse aufweisen. Dementsprechend weist auch die Riemenscheibe der Kurbelwelle korrespondierende Funktionsflächen auf, die eine Neigung gegenüber der Kurbelwellenachse aufweisen.
Auf diesen geneigten Flächen der Scheiben der Kupplungs- bzw. Reibebene befinden sich Reibbeläge, die mit der Riemenscheibe der Kurbelwelle in Kontakt treten können. Das Moment wird also über die Reibbeläge in den Reibebe- nen übertragen, so wird zugleich eine Synchronisierung der unterschiedlich schnell drehenden Teile ermöglich
Durch einen Aktuator, der die Scheiben der Funktionsebenen in axialer Richtung der Kurbelwelle bewegt, kann zunächst über einen Reibschluss die Rie- menscheibendrehzahl und Kurbelwellendrehzahl synchronisiert werden und schließlich festgehalten werden. in einer Ausführungsform werden dafür die Scheiben der Lagerebene durch ein Zustellen des Aktuators axial und/oder radial a die Scheiben der Reibebene gepresst und die Momentenübertragung zwischen Kurbelwelle und Riemenscheibe ist unterbrochen. Umgekehrt kann die Momentenübertragung zwischen der Riemenscheibe und der Kurbelwelle sichergestellt werden, indem der Aktuator gelöst wird. Die BeSäge der Reibebene können eniweoer verschieißfrei als eine Stahl-Stahl-Paarung ausgeführt sein oder aber auch jede andere denkbare Reibpaarung umfassen.
Die Reibebenen, die kraftschfüssige Verbindungen zwischen Kurbelwelle und Riemenscheibe aufbauen können, können in einer weiteren Ausführungsform zusätzlich durch ein oder mehrere Verzahnungselement(e) ergänzt werden, um eine formschlüssige Verbindung zu erreichen. Sobald Reibschluss erreicht ist, können auf diese Weise anschließend über einen Formschluss die Moment- spitzen im Riemen sicher übertragen werden. Dadurch wird der Verschleiß der Reibbeläge während eines geschlossenen {drehzahlkonstanten) Betriebs minimiert.
Als Aktuator kann ein elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch aktuierbares System verwendet werden, um den Riementrieb mit der Kurbelwelle zu verbin- den bzw. von dieser zu trennen und damit die Riemenscheibe der Kurbelwelle momentenfrei zu schalten. Dies führt zu einer Energieeinsparung.
In einer Ausführungsform erfolgt die Aktuierung beidseits der Riemenscheibenebenen und in einer weiteren Ausführungsform lediglich von einer Seite, wobei die beidseitige Aktuierung gegenüber der einseitigen Aktuierung den Vorteil aufweist, dass ein axialer Versatz im Riemen verhindert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Aktuierung mittels eines Kugelgewindetriebs. Besonders günstig erweist sich dabei eine stufenlose und steuerbare Verstellbarkeit, die der Synchronisierung und damit dem Komfortempfinden des Fahrzeugfahrers zugute kommt. Durch den steuerbaren Axialhub eines Kugelgewindeirtebs kann der Zustellungsgrad stufenlos variiert und dadurch die Funktionsebenen (Lager- und/oder Reibebene) gezielt angesteuert werden. Dabei können auch hohe Kräfte bzw. Momente geräusch- und verzö- gerungsfrei übertragen werden. Annahmen für eine exemplarische Überschlagsauslegung in der Kraftberechnung:
Riemenscheibe-Durchmesser: DPD
Reibkoeffizient. μ 0,3
zu übertragendes Reibmoment pro Reibbelag TR 100 Nm
Wirksamer Durchmesser der Reibebene DR 120mm
Kontaktwinkel Reibfläche α 20"
Riemenvorspannkraft Fv 250N
Spannkraft Federelement FF
Erforderliche Reibkraft FR:
Figure imgf000007_0001
Erforderliche Normalkraft FN:
Figure imgf000007_0002
Erforderliche Spannkraft des Federelements FF:
Figure imgf000007_0003
für 2 Reibflächen
Figure imgf000008_0001
Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung soll insbesondere folgende Be- triebszustände ermöglichen:
In einem ersten Betriebszustand ist der Nebenaggregatetrieb in einen mit der Kurbelwelle gekoppelten Zustand haltbar. Dabei sind Kurbelwelle und Riemen- trieb über einen Reib- und/oder Formschluss miteinander verbunden. In diesem ersten Betriebszustand ist der Nebenaggregatetrieb allein durch die Kurbelwelle antreibbar. Möglich ist ferner Rekuperation und aktives Boosten, wie es im Stand der Technik bekannt ist. In einem zweiten Betriebszustand ist der Nebenaggregatetrieb in einem von der Kurbelwelle entkoppelten Zustand haltbar. Sofern der Verbrennungsmotor dabei nicht stillsteht, wird die Kurbelwelle angetrieben, während der Riementrieb frei ist und steht, bzw. keine (Antriebs-)Energie verbraucht. Auch bei Motorstillstand ist dieser Betriebszustand wünschenswert - beispielsweise für eine Standklimatisierung.
Sofern der Verbrennungsmotor nicht stillsteht, ist passives Boosten möglich, der Verbrennungsmotor treibt also die Nebenaggregate nicht an. Außerdem ist es möglich, bei einem sogenannten Segelbeitleb des Fahrzeugs, bei dem der Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang abgekoppelt und/oder abgeschaltet ist, den Nebenaggregatetrieb von der Kurbeiweile abzukoppein und gesondert anzutreiben. Ergänzend kann in einem dritten Betriebszustand der Nebenaggregatetrieb mit der Kurbeiwelle in einem schiupfend-reibschlüssig verbundenen Zustand haltbar sein. Dadurch ist es möglich, die Massenträgheit der Nebenaggregate zum Bremsen des Verbrennungsmotors 2u nutzen (aktive Motorbremse), so dass beim Abstellen des Motors 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 („schleppender Start"). Hierbei kann der Nebenaggregatetrieb durch den Starter-Generator angetrieben werden.
Die Erfindung bewirkt durch den optimierten Riementrieb einerseits eine Reduzierung 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 An- trieb des Klimakompressors über den Startergenerator ermöglicht wird. Vorteilhaft ist außerdem die optimale Bauraumausnutzung.
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 Kurbelweile eines Verbrennungsmotors antreibbar ist.
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:
igur 1 eine schematische Darstellung eines Riementriebs für Ne benaggregate,
Figur 2 eine Schnittdarsiellung einer Riemenscheibe mit einseitiger
Äxialaktuierung, Figur 3 eine Schnittdarstellung einer Riemenscheibe mit beidseitiger Axialaktuierung.
Figur 4 eine Variante mit formschlüssiger Verzahnung in der Reibebene,
Figur 5 die Reibfläche über der Reibebene.
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 2, die über den Keilriemen 1 Klimakompressor, Generator oder auch weitere Nebenaggregate antreibt.
Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer Riemenscheibe 12 mit beidseitiger Axialaktuierung, die über eine Kupplungsanordnung 30 die Kurbelwelle 20 eines Verbrennungsmotors kuppelbar und entkuppelbar zur Riemenscheibe 12 anordnet. Die Riemenscheibe 12 ist in axialer Richtung schichtweise in eine Anzahl von Funktionsebenen unterteilt, die entweder eine Lagerfunktion oder eine Lager-oder-Reibfunktion übernehmen.
Die Kupplungsanordnung 30 umfasst eine Scheibe der Lagerebene 32 und eine in die Kurbelwelle 20 integrierte Scheibe der Lagerebene 23. Auf beiden für eine Lagerung vorgesehenen Scheiben befinden sich Lager 36, auf denen die Riemenscheibe 12 umlaufend um die Kurbelwelle 20 gelagert ist. Zwischen diesen für die Lagerung vorgesehenen Scheiben sind zwei Scheiben der Kupplungsebene 31 angeordnet, auf denen jeweils ein Reibbelag 35 angeordnet ist, der mit der Riemenscheibe 12 in reibschlüssiger Verbindung gebracht werden kann. Zwischen den Scheiben der Kupplungsebene 31 befindet sich ein Federelement 38. Dieses beabstandet die Scheiben der Kupplungsebene 31 und hält sie im Reibkontakt mit der Riemenscheibe 12. solange keine Kraft auf das Federelement 38 einwirkt.
Die Scheiben der Kupplungsebene 31 sind über Lagersegmente 37 in axialer Richtung der Kurbelwelle 12 verschiebbar, stehen mit dieser aber in radialem Formschluss.
In der konkreten Darstellung der Fig. 2 ist die Reibverbindung zwischen Kurbelwelle und Riementrieb geschlossen. Durch einen Aktuatorantrieb werden über einen Axialaktuator 33 Kugelge vindetriebe 39a, 39b angetrieben und so die Scheibe der Lagerebene 32 relativ zu der Scheibe der Lagerebene 23 bewegt. Dabei wird die auf den Lagern 36 gelagert Riemenscheibe entsprechend der gegenseitigen Annäherung der Lager 36 und der Neigung der Auflageflächen zwischen Riemenscheibe 12 und Lager 36 leicht angehoben. Gleichzeitig werden die Scheiben der Reibebene 31 entgegen der Federwirkung des Federelements 38 einander angenähert und entsprechend der Neigung der Auflageflächen zwischen Riemenscheibe 12 und Reibbelag 35 von der Riemenscheibe 12 entfernt. Die gegenläufigen Kugelgewindetriebe 39a und 39b sind auf einem oder mehreren Loslagern 22 und Festlagern 21 auf der Kurbelwelle 20 gelagert.
Durch einen erweiterten Aktuierungshub kann der Kraftschluss durch einen Formschluss unterstützt werden. Die Aktuierung kann elektrisch, elektronisch, hydraulisch und/oder pneumatisch ausgeführt sein und so gestaltet werden, dass sowohl ein Druck- als auch ein Zugaktuator verwendet werden kann.
Im Störungsfall bleibt die Kupplung durch das Federelement geschlossen und es besteht eine Kraft- bzw. Momentenübertragung zwischen der Riemenscheibe 12 und der Kurbelwelle 20 im konventionellen Motorbetrieb. Die Anordnung der Funktionsebenen kann über Federeiemente auch so gestaltet werden, dass ein System verwirklicht wird, in dem im Störungsfall die Kraftübertragung geöffnet ist. Die Aktuatorkraft der Kupplungsanordnung 30 ist über das gesamte Drehzahlband der Verbrennungskraftmaschine konstant und es wird keine Axialkraft auf das Kurbelwelleneingangslager durch Aktuierung der Vorrichtung übertragen; wobei der Aktuator 33 selbstzentrierend, drehfest und nach außen hin kraftneutral ausgeführt ist. Die Aktuierung erfolgt geräusch- und verzögerungsfrei.
Ebenso von der Erfindung umfasst ist jede weitere Anzahl von Funktionsebenen.
Figur 3 zeigt ähnlich wie Figur 2 eine Schnittdarstellung einer Riemenscheibe 12, jedoch mit einer nunmehr einseitiger Axialaktuierung. Eine Scheibe der Lagerebene und eine Scheibe der Kupplungsebene sind zusammengefasst als eine in der Kurbelwelle integrierte Scheibe 24. Auf dieser gemeinsamen Scheibe 24 befindet sich wiederum ein Lager 36 und ein Kupplungsbelag 35. Über ein Federelement 38 in axialer Richtung nebengeordnet befindet sich neben dieser achsfesten Kupplungsebene eine weitere Kupplungsebene, die aus einer Scheibe der Kuppiungsebene 31 mit einem weiteren Kuppiungsbelag 35 gebildet ist. Weiter in axialer Richtung angeordnet ist eine weitere Lagerebene, die aus einer Scheibe der Lagerebene 32 mit einem weiteren Lager 36 gebildet ist. Die Scheibe der Lagerebene 32 und die Scheibe der Kupplungsebene 31 sind jeweils über Lagersegmente 37 in axialer Richtung der Kurbelwelle 2 verschiebbar.
Über eine Aktuatoranordnung, bestehend beispielsweise aus einem Aktuato- rantrieb 34 und einem Axialaktuator 33: beispielsweise einem Kugeigewinde- trieb kann die Scheibe der Lagerebene 32 relativ zur Scheibe der Kupplungsebene 31 bewegt werden. Ähnlich wie in der in Fig. 2 dargestellten Anordnung hebt sich dadurch die Riemenscheibe 12 leicht an. Im Gegensatz zu der beidseitigen Aktuierung der Fig. 2 wird in dieser einseitigen Aktuierung die Riemen- scheibe 12 minimal in axialer Richtung versetzt. Die Fest- Los» Lagerung der Anordnung aus Fig. 2 ist nicht notwendig.
Nicht in der Figur dargestellt, jedoch ebenfalls vom Erfindungsgedanken um- fasst ist ein zentral wirkender Kupplungsaktuator.
Einsetzbar sind beispielsweise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch aktu- ierbare Systeme, um die Riemenscheibe 12 momentenfrei zu schallen und somit den Riementrieb von der Kurbelwelle 20 zu trennen.
Da auf das System gegebenenfalls Spritzwasser, Steinschlag und starke Verschmutzung einwirken kann, ist ferner für beide Anordnungen der Figuren 1 und 2 eine abgedichtete Ausführungsform vorteilhaft. Dann sind beispielsweise auch die Kugelgewindetriebe gekapselt ausgeführt. Ferner kann das System auswuchtbar ausgeführt sein. Falls es wünschenswert ist, eine Reibpaarung nicht verschleißfrei auszulegen, können die Reibbeläge 35 in einer Ausführungsform einen Verschleißausgleich aufweisen. Figur 4 zeigt eine Erfindungsvariante mit einer formschlüssigen Verzahnung in der Kupplungsebene. Dargestellt ist eine Vergrößerung des Reibbelags 35.
Figur 5 zeigt den Kupplungsbefag 35 über der Reibebene mit den einwirkenden Kräften Riemenvorspannkraft Fv, Spannkraft des Federelemenis FF Reibkraft FR, Mormaikraft FN und FFY, Bezugszeichenliste
10 Nebenaggregatetrieb
11 Keilriemen
12 Riemenscheibe der Kurbelwelle
13 Riemenscheibe des Generators
14 Riemenscheibe des Klimakompressors 20 Kurbelwelle
21 Festlager
22 Loslager
23 Scheibe der Lagerebene integriert in die Kurbelwelle
24 gemeinsame Scheibe der Lagerebene und Kupplungsebene tegriert in die Kurbelwelle
30 Kupplungsanordnung
31 Scheibe der Kupplungsebene/Reibebene
32 Scheibe der Lagerebene
33 Axialaktuator (z.B. Kugelgewindetrieb)
34 Aktuatorantrieb (z.B. Elektromotor)
35 Reibbeiag/Kupplungsbelag
36 Lager
37 Lagersegmente
38 Federelement
39a Linksgängiger Kuge!gewindeirieb
39b Rechtsgängiger Kugeigewindetrieb

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 mehrere Funktionsebenen umfasst, die mindestens eine Lagerebene und mindestens eine Kupplungsebene umfassen.
2. Kupplungsanordnung (30) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede Funktionsebene eine zur Kurbelwelle geneigte Funktionsfläche aufweist.
3. Kupplungsanordnung (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kupplungsebene eine Scheibe der Kupplungsebene (31) umfasst, wobei an der Funktionsfläche ein Reibbelag 35 angeordnet ist.
4. Kupplungsanordnung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lagerebene eine Scheibe der Lagerebene (32) umfasst, wobei an der Funktionsfläche ein Lager (36) angeordnet ist.
5. Kupplungsanordnung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Funktionsebenen in axialer Richtung der Kurbelwelle bewegbar angeordnet sind.
6. Kupplungsanordnung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet dass zwischen mindestens zwei Funktionsebenen in axialer Richtung ein Federelement (38) angeordnet ist.
7. Kupplungsanordnung (30) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ftinklionsebene durch einen Aktuatorantrieb direkt bewegbar ist.
8. Verfahren zum Betrieb einer Kupplungsanordnung (30) für einen Nebenaggregatetrieb (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 Nebenaggregatetrieb (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 Nebenaggregatetrieb (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Scheiben der Kupplungsebene (31) in schleppendem Reibschluss mit der Riemenscheibe (12) betrieben werden.
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