WO2022012803A1

WO2022012803A1 - Riemenscheibenanordnung

Info

Publication number: WO2022012803A1
Application number: PCT/EP2021/063814
Authority: WO
Inventors: Alfred Rehr; Holger Kraus; Christian Glück
Original assignee: Audi Ag
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2022-01-20
Also published as: DE102020118604B3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibenanordnung mit einer schaltbaren Riemenscheibe (9), die auf einer Antriebswelle (1) angeordnet ist und über einen Klemmkörperfreilauf (K1) sowie eine Fliehkraftkupplung (K2) mit der Antriebswelle (1) koppelbar oder davon entkoppelbar ist, wobei die Fliehkraftkupplung (K2) eine in der Riemenscheibe (9) ausgebildete Linearführung (27) aufweist, in der unter Fliehkraftwirkung zumindest ein Fliehkraftelement (15) radial verstellbar ist. Erfindungsgemäß ist das Fliehkraftelement (15) ein Kippelement, das in der Riemenscheiben-Linearführung (27) zwischen einer ersten Kipplage (KL1) und einer zweiten Kipplage (KL2) kippbar ist.

Description

Riemenscheibenanordnung

BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine gattungsgemäße Riemenscheibenanordnung weist eine schaltbare Riemenscheibe auf, die auf einer Elektromaschinen-Welle (nachfolgend all- gemein als Antriebswelle bezeichnet) angeordnet ist. Die schaltbare Rie menscheibe ist über einen Brennkraftmaschinen-Riementrieb mit einer Brennkraftmaschine trieblich verbunden. Die schaltbare Riemenscheibe ist über einen Klemmkörperfreilauf sowie eine Fliehkraftkupplung mit der An triebswelle koppelbar oder davon entkoppelbar. Die Fliehkraftkupplung weist eine in der Riemenscheibe ausgebildete Linearführung auf, in der unter Fliehkraftwirkung zumindest ein Fliehkraftelement radial verstellbar ist. In einer ersten Betriebsart kann exemplarisch ein Motorstart erfolgen, bei dem die Elektromaschine ein Drehmoment erzeugt, mit dem die Brennkraftma schine gestartet wird. In einer zweiten Betriebsart kann ein Generatorbetrieb erfolgen. Dieser kann sich unmittelbar an die erste Betriebsart anschließen. Im Generatorbetrieb erzeugt die Brennkraftmaschine ein Drehmoment, mit dem die Elektromaschine antreibbar ist.

In der ersten Betriebsart (das heißt Motorstart oder Boostfunktion) ist in der gattungsgemäßen Riemenscheibenanordnung im Klemmkörperfreilauf eine drehmomentübertragende Sperrfunktion aktiv, bei der die Riemenscheibe und die Elektromaschinenwelle (das heißt Antriebswelle) in einer ersten Drehrichtung bei gleicher Drehzahl drehen sowie die Elektromaschinenwelle (Antriebswelle) als Antriebsteil und die Riemenscheibe als Abtriebsteil wirkt. In der zweiten Betriebsart (das heißt Generatorbetrieb) ist eine drehmomen tübertragende Sperrfunktion der Fliehkraftkupplung aktiv, bei der die Rie menscheibe und die Elektromaschinenwelle (Antriebswelle) in der ersten Drehrichtung bei gleicher Drehzahl drehen sowie die Riemenscheibe als An- triebsteil wirkt und die Elektromaschinenwelle (Antriebswelle) als Abtriebsteil wirkt.

Zur Durchführung des Momenten-Richtungswechsels von der ersten Be triebsart auf die zweite Betriebsart wird die Riemenscheiben-Drehzahl ge- genüber der Antriebswellen-Drehzahl um eine Drehzahl-Differenz erhöht. Dadurch überholt die Riemenscheibe die Antriebswelle in der Drehrichtung um einen Überholweg. Durch diesen Überholvorgang wird ein Klemmkörper des Klemmkörperfreilaufs von seiner drehmomentübertragenden Klemmposi tion um einen Entsperrweg in seine Entsperrposition verlagert. Zudem wird das Fliehkraftelement unter Fliehkraftwirkung radial nach außen in eine An- triebswellen-Formschlusskontur bis in eine drehmomentübertragende Sperr position eingefahren.

Bei einer solchen konventionellen Riemenscheibenanordnung besteht die folgende Problematik. So kann (in seltenen Fällen) vor der Durchführung des oben angegebenen Momenten-Richtungswechsels das Fliehkraftelement bereits in die Antriebswellen-Formschlusskontur eingefahren sein. In diesem Fall liegt der Überholweg bei null und ist die momentübertragende Sperrfunk tion der Fliehkraftkupplung bereits vor Durchführung des Momenten- Richtungswechsels aktiv. Entsprechend kann der Klemmkörper des Klemm körperfreilaufs nicht vollständig über den Entsperrweg bis in seine Entsperr position verlagert werden. Es kommt daher zu einer nicht vollständigen Ent lastung des Klemmkörperfreilaufs. Das hat zur Folge, dass im Stillstand die Fliehkraftkupplung aufgrund von Restverspannung nicht öffnet.

Aus der DE 10 2009 016 911 A1 ist ein riemengetriebenes Generatoranlas sersystem für ein Flybridfahrzeug bekannt. Aus der DE 10 2008 006 578 A1 ist ein Fahrzeugantriebssystem bekannt. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Riemenscheibenanordnung bereitzustellen, bei der im Vergleich zum Stand der Technik die Betriebssi cherheit, insbesondere bei einem Momenten-Richtungswechsel, in einfacher Weise erhöht ist.

Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist das Fliehkraftele- ment ein Kippelement, das in der Riemenscheiben-Linearführung zwischen einer ersten Kipplage und einer zweiten Kipplage kippbar ist. Beim Momen ten-Richtungswechsel wird das in der ersten Kipplage befindliche das Flieh kraftelement unter Fliehkraftwirkung in die momentübertragende Sperrpositi on verlagert. In der Sperrposition wird aufgrund der Drehzahl-Differenz beim Überholvorgang ein Kippmoment auf das Fliehkraftelement ausgeübt. Dadurch kippt das Fliehkraftelement in die zweite Kipplage. Durch die Kipp bewegung wird ein vordefinierter Überholweg freigegeben, um den die Rie menscheibe die Antriebswelle (in der Antriebsdrehrichtung) überholt, damit der Klemmkörper des Klemmkörperfreilaufs betriebssicher um den Entsperr- weg in die Entsperrposition verlagerbar ist.

Durch die Kippbewegung des Fliehkraftelements wird sichergestellt, dass nach dem Einrasten des Fliehkraftelements betriebssicher ein Überholweg bereitgestellt wird. Beim Momenten-Richtungswechsel muss dieser Überhol- weg erst überbrückt werden, bevor ein Moment mit der Fliehkraftkupplung übertragen werden kann. Bevorzugt ist es, wenn der Überholweg größer bemessen ist als der Entsperrweg.

Die erfindungsgemäße Kippbewegung des Fliehkraftelements erfolgt von der ersten Kipplage entgegen der Drehrichtung in die zweite Kipplage. Sowohl in der ersten Kipplage als auch in der zweiten Kipplage verbleibt das Fliehkraf telement in seiner drehmomentübertragenden Sperrposition. In einer technischen Umsetzung kann die in der schaltbaren Riemenscheibe ausgebildete Linearführung zwei in der Drehrichtung voneinander beabstan- dete Führungsflanken aufweisen. Zwischen den beiden Führungsflanken ist das Fliehkraftelement linear verstellbar angeordnet. Die Riemenscheibenan- Ordnung kann zudem eine Feder aufweisen, die das Fliehkraftelement in sei ne erste Kipplage vorspannt, und zwar insbesondere in Druckanlage mit ei ner der beiden Führungsflanken der Linearführung. Die Feder kann das Fliehkraftelement zusätzlich in seine radial innere Ruheposition Vorspannen. Bevorzugt kann das Fliehkraftelement derart asymmetrisch gestaltet sein, dass der Federkraft-Angriffspunkt um eine Hebelarmlänge von dem Zentrifu galkraft-Anbindungspunkt beabstandet ist. Die Hebelarmlänge ist derart aus gelegt, dass unter Fliehkraftwirkung das Fliehkraftelement mit einem Vor spannmoment in die erste Kipplage gedrückt wird. In einer konkreten Ausführungsvariante kann die Riemenscheibenanordnung eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine, ein Brennkraftmaschinen- Nebenaggregat, insbesondere Klimakompressor, und eine Elektromaschine trieblich miteinander koppeln bzw. entkoppeln. In diesem Fall kann die schaltbare Riemenscheibe zusammen mit einer drehfesten Riemenscheibe auf der Elektromaschinen-Welle angeordnet sein. Die schaltbare Riemen scheibe kann über einen Brennkraftmaschinen-Riementrieb mit einer Brenn- kraftmaschinen-Welle trieblich verbindbar sein, während die drehfeste Rie menscheibe über einen Aggregate-Riementrieb mit einer Aggregate-Welle des Nebenaggregates trieblich verbindbar ist. In der ersten Betriebsart (Mo- torstart oder Boost-Funktion) treibt die Elektromaschine über ihre Elektroma schinen-Welle und über den Brennkraftmaschinen-Riementrieb in der An triebsdrehrichtung auf die Brennkraftmaschine ab. In der zweiten Betriebsart (Generatorbetrieb) treibt die Brennkraftmaschine über ihre Brennkraftma- schinen-Welle und den Brennkraftmaschinen-Riementrieb in der Antriebs- drehrichtung auf die Elektromaschine ab.

In der ersten Betriebsart (das heißt Motorstart oder Boostfunktion) kann die Freilaufkupplung (das heißt der Klemmkörperfreilauf) drehmomentenübertra- gend sperren und die Fliehkraftkupplung übertragungsfrei sein. In der zwei- ten Betriebsart (das heißt Generatorbetrieb) kann die Freilaufkupplung über tragungsfrei sein und die Fliehkraftkupplung drehmomentenübertragend sperren. In einer konkreten Ausführungsvariante kann die schaltbare Riemenscheibe unter radialer Zwischenlage der Freilaufkupplung auf der Elektromaschinen- Welle angeordnet sein. Die Freilaufkupplung kann in gängiger Praxis eine Freilaufkupplung-Außenseite und eine Freilaufkupplung-Innenseite aufwei sen. Zwischen der Freilaufkupplung-Innenseite und der Freilaufkupplung- Außenseite sind verstellbare Klemmelemente angeordnet. Je nach Drehrich tung der Innenseite und der Außenseite können aufgrund einer Relativbewe gung die Klemmelemente in eine Klemmposition oder in eine Freigabepositi on verstellt werden. Die Fliehkraftkupplung kann zumindest ein fliehkraftbeaufschlagbares Flieh kraftelement aufweisen. Das Fliehkraftelement kann bei Fliehkrafteinwirkung zwischen einer Ruheposition und einer Sperrposition verlagert werden. In der fliehkraftbeaufschlagten Sperrposition kann das Fliehkraftelement in eine Formschlusskontur der Elektromaschinen-Welle eingerastet sein. Demge- genüber kann das Fliehkraftelement in seiner Ruheposition außer Eingriff mit der Formschlusskontur der Elektromaschinen-Welle sein.

In einer bauraumgünstigen Ausführungsvariante können die drehfeste Rie menscheibe und die schaltbare Riemenscheibe axial zueinander unmittelbar benachbart auf der Elektromaschinen-Welle angeordnet sein. Im Hinblick auf eine bauraumgünstige Realisierung ist es bevorzugt, wenn die drehfeste Riemenscheibe einen radial inneren Bauraum bereitstellt. In dem Bauraum der drehfesten Riemenscheibe ist das Fliehkraftelement der Fliehkraftkupp lung positionierbar. Der radial innere Bauraum der drehfesten Riemenschei- be kann auf der, der schaltbaren Riemenscheibe zugewandten Seite der drehfesten Riemenscheibe ausgebildet sein. Im Hinblick auf einen möglichst großen Bauraum kann dieser zwischen einem radial äußeren Rillenkranz, einem radial inneren Nabenabschnitt und einem Verbindungsflansch der drehfesten Riemenscheibe ausgebildet sein. Der Verbindungsflansch verbin- det den radial inneren Nabenabschnitt mit dem radial äußeren Rillenkranz. Bei dieser Geometrie der drehfesten Riemenscheibe kann die Gegenkontur, die mit dem Fliehkraftelement zusammenwirkt, bauraumgünstig unmittelbar am Innenumfang des Rillenkranzes der drehfesten Riemenscheibe ausgebil- det sein.

In einer konstruktiv einfachen Ausführungsvariante kann die Fliehkraftkupp lung eine Linearführung aufweisen, mittels der das Fliehkraftelement zwi schen seiner Ruheposition und seiner Sperrposition linear verstellbar ist. Zur Realisierung der Linearführung kann die schaltbare Riemenscheibe mit ei nem Tragring materialeinheitlich und einstückig axial verlängert sein. Der Tragring kann gegenüber der schaltbaren Rillenscheibe durchmesserredu ziert sein und in der Zusammenbaulage verschachtelt in den Bauraum der axial benachbarten drehfesten Riemenscheibe einragen. Im Tragring der schaltbaren Riemenscheibe kann zumindest ein radial ausgerichteter Füh rungskanal ausgebildet sein, in dem das Fliehkraftelement radial verstellbar geführt ist.

In einer konstruktiv einfachen Weiterbildung kann der im Tragring der schalt- baren Riemenscheibe ausgebildete Führungskanal axial stirnseitig offen sein. Im Zusammenbauzustand kann die axial offene Stirnseite des Füh rungskanals unmittelbar vom Verbindungsflansch der drehfesten Riemen scheibe geschlossen sein. Im Hinblick auf eine einwandfreie Funktionsfähigkeit ist es bevorzugt, wenn das Fliehkraftelement mit einer Feder in seine radial innere Ruheposition federvorgespannt ist. In diesem Fall kann das Fliehkraftelement in seiner radial inneren (federvorgespannten) Ruheposition in Anlage mit einem, an der schaltbaren Riemenscheibe ausgebildeten Radialanschlag sein. Von da- her kann das Fliehkraftelement in seiner radial inneren Ruheposition außer Gleitkontakt mit dem Nabenabschnitt der drehfesten Riemenscheibe sein.

Zwischen dem Tragring der schaltbaren Riemenscheibe und dem Innenum fang des Rillenkranzes der drehfesten Riemenscheibe kann ein radialer Frei- raum bereitgestellt sein. Bei einer Fliehkraftbeaufschlagung kann das Flieh kraftelement unter Aufbrauch dieses radialen Freiraums bis in Eingriff mit der am Innenumfang des Rillenkranzes der drehfesten Riemenscheibe ausgebil deten Gegenkontur kommen.

Bauraumgünstig ist es, wenn die Feder in dem radialen Freiraum zwischen dem Tragring der schaltbaren Riemenscheibe und dem Innenumfang des Rillenkranzes der drehfesten Riemenscheibe angeordnet ist. Der radiale Freiraum kann umlaufend durchgängig (das heißt unterbrechungsfrei) offen sein. In diesem Fall kann die Feder bevorzugt eine Ringfeder sein, die auf den Außenumfang des Tragringes der schaltbaren Riemenscheibe aufge spannt ist und/oder den Tragring-Außenumfang unterbrechungsfrei umzieht.

Im Hinblick auf eine lagerichtige Positionierung der Ringfeder kann am Trag- ring-Außenumfang der schaltbaren Riemenscheibe eine umlaufende Feder rille ausgebildet sein, in der die Ringfeder angeordnet ist. Bei sehr großer Fliehkraftbelastung kann die Gefahr bestehen, dass die Ringfeder vom Trag- ring-Außenumfang nach radial außen abhebt. Vor diesem Flintergrund kann zusätzlich auch am Innenumfang des Rillenkranzes der drehfesten Riemen scheibe eine umlaufende (nach radial innen offene) Federrille ausgebildet sein, in der die vom Tragring-Innenumfang abhebende Ringfeder einfahrbar ist.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefüg ten Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 jeweils Ansichten einer als Blockschaltdiagramm angedeu teten Riemenscheibenanordnung in unterschiedlichen Be triebszuständen;

Fig. 3 in einer Längsschnittdarstellung die Riemenscheibenanord nung; Figur 4 in einer Detailansicht einen Klemm körperfreilauf in der ers ten Betriebsart (Figur 4a) und in der zweiten Betriebsart (Figur 4b); Figur 5 eine Querschnittsdarstellung einer nicht von der Erfindung umfassten Fliehkraftkupplung;

Figur 6 in einer Detailansicht die erfindungsgemäße Fliehkraftkupp lung;

Figuren 7 bis 10 einen Momenten-Richtungswechsel von der ersten Be triebsart MB1 in die zweite Betriebsart GB.

In der Fig. 1 weist eine Riemenscheibenanordnung eine Elektromaschine RSG auf, die über eine elektrische Versorgungsleitung mit einer Fahrzeug batterie 14 verbunden ist. Die Elektromaschine RSG ist mit einer Brenn kraftmaschine BKM eines Fahrzeugs sowie mit einem das Nebenaggregat bildenden mechanischen Klimakompressor mKK trieblich verbunden. Eine Elektromaschinen-Welle 1 der Elektromaschine RSG, eine Aggregate-Welle 3 des Klimakompressors mKK sowie eine Brennkraftmaschinen-Welle 5 sind zueinander achsparallel angeordnet sowie über einen Brennkraftmaschinen- Riementrieb RBKM und über einen Aggregate-Riementrieb RmKK miteinander trieblich verbunden. Der Brennkraftmaschinen-Riementrieb RBKM weist in der Fig. 1 eine drehfest auf der Brennkraftmaschinen-Welle 5 sitzende Riemen- scheibe 7 sowie eine schaltbare Riemenscheibe 9 auf, die auf der Elektro maschinen-Welle 1 angeordnet ist. Die schaltbare Riemenscheibe 9 ist mit tels einer später beschriebenen Kupplungseinrichtung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsarten MB1, GB mit der Elektromaschinen-Welle 1 momentenübertragend koppelbar oder davon entkoppelbar. Der Aggregate- Riementrieb RmKK weist eine auf der Elektromaschinen-Welle 1 angeordnete, drehfeste Riemenscheibe 11 sowie eine aggregateseitige Riemenscheibe 13 auf. In der Fig. 1 ist die Kupplungseinrichtung aus einer Freilaufkupplung (das heißt Klemmkörperfreilauf) K1 und einer Fliehkraftkupplung K2 aufgebaut. Diese können unter anderem bei den anhand der Figuren 1 und 2 veran schaulichten Betriebsarten MB1, GB selbsttätig koppeln oder entkoppeln, so dass die Schaltvorgänge ohne externe Hydraulik- oder Elektro-Aktuatoren durchführbar sind. Nachfolgend sind anhand der Figuren 1 und 2 die Be triebsarten MB1, GB beschrieben, in denen die Riemenscheibenanordnung betreibbar ist. In der Figur 1 arbeitet die Riemenscheibenanordnung in der ersten Betriebs art MB1, in der die Elektromaschine RSG einen Motorstart oder eine Boost- funktion ausführt. In der ersten Betriebsart MB1 wird in der Elektromaschine RSG ein Antriebsmoment generiert. An der Kupplungseinrichtung der schalt baren Riemenscheibe 9 erfolgt eine Leistungsverzweigung, bei der das von der Elektromaschine RSG generierte Antriebsmoment in einen Lastpfad L1 von der Elektromaschinen-Welle 1 in Richtung Brennkraftmaschinen- Riementrieb RBKM und in einen Lastpfad L2 von der Elektromaschinen-Welle 1 in Richtung auf den Aggregate-Riementrieb RmKK aufgeteilt wird. Die Elekt romaschinen-Welle 1 der Elektromaschine RSG treibt dabei mit einer An- triebsdrehrichtung A1 (das heißt Rechtsdrehung) auf die Brennkraftmaschi- nen-Welle 5 und auf die Aggregate-Welle 3 ab, die ebenfalls in der Antriebs drehrichtung A1 drehen.

In der Figur 2 arbeitet die Riemenscheibenanordnung in einer zweiten Be- triebsart GB, in der ein von der Brennkraftmaschine BKM generiertes An triebsmoment in einem Lastpfad L3 von der Brennkraftmaschinen-Welle 5 über den Brennkraftmaschinen-Riementrieb RBKM zur Elektromaschinen- Welle 1 und weiter zur Elektromaschine RSG übertragen wird. Zudem erfolgt eine Leistungsverzweigung, bei der vom Lastpfad L3 ein Lastpfad L4 ab- zweigt, der von der Elektromaschinen-Welle 1 über den Aggregate- Riementrieb RmKK zum Klimakompressor mKK geführt ist. Die Brennkraftma schinen-Welle 5 der Elektromaschine RSG treibt mit der Antriebsdrehrich tung A1 (das heißt Rechtsdrehung) auf die Elektromaschinen-Welle 1 und auf die Aggregate-Welle 3 ab, die ebenfalls in der Antriebsdrehrichtung A1 drehen. In der zweiten Betriebsart GB erfolgt ein Aufladen der an der Elekt- romaschine RSG angeschlossenen Fahrzeugbatterie 14 sowie gleichzeitig ein Antrieb des Klimakompressors mKK.

Zur Realisierung der obigen beiden Betriebsarten MB1, GB ist in der Frei- laufkupplung K1 die drehmomentenübertragende Sperrfunktion in der ersten Betriebsart MB1 aktiviert (vgl. Figur 4a). In diesem Fall verläuft der Lastpfad L1 (Figur 1) von der Elektromaschinen-Welle 1 über die gesperrte Freilauf kupplung K1 sowie bei der Antriebsdrehrichtung A1 bis zur Brennkraftma schine BKM. Die übertragungsfreie Freilauffunktion der Freilaufkupplung K1 ist dagegen in der zweiten Betriebsart GB (Figur 2 oder Figur 4b) aktiviert.

Zudem ist in der Fliehkraftkupplung K2 die drehmomentenübertragende Sperrfunktion in der zweiten Betriebsart GB (Figur 2) aktiviert. In diesem Fall verläuft der Lastpfad L3 (Figur 2 oder 9) von der Brennkraftmaschine BKM über den Brennkraftmaschinen-Riementrieb RBKM sowie über die gesperrte Fliehkraftkupplung K2 zur Elektromaschine RSG, während gleichzeitig in der Freilaufkupplung K1 die Freilauffunktion aktiviert ist (vgl. Figur 4b).

Nachfolgend wird anhand der Fig. 3 bis 6 ein konkreter Aufbau der schaltba- ren Riemenscheibe 9 sowie der drehfesten Riemenscheibe 11 mit den bei den Freilauf- und Fliehkraftkupplungen K1 und K2 beschrieben: Demzufolge sind die beiden schaltbaren und drehfesten Riemenscheiben 9, 11 axial un mittelbar zueinander benachbart auf der Elektromaschinen-Welle 1 angeord net. Ein Grundkörper 12 der schaltbaren Riemenscheibe 9 ist unter radialer Zwischenlage der Freilaufkupplung K1 auf der Elektromaschinen-Welle 1 angeordnet.

Wie aus der Fig. 5 (Stand der Technik) hervorgeht, weist die Fliehkraftkupp lung K2 insgesamt drei gleichmäßig umfangsverteilt angeordnete fliehkraft- beaufschlagbare Fliehkraftelemente 15 auf, die zwischen einer in der Fig. 3 und 5 dargestellten Ruheposition und einer Sperrposition verstellbar sind, in der die Fliehkraftelemente 15 in den Formschlusskonturen 29 der drehfesten Riemenscheibe 11 eingerastet sind. Der Grundkörper 12 der schaltbaren Riemenscheibe 9 ist in der Fig. 3 mit einem durchmesserreduzierten Trag- ring 17 materialeinheitlich und einstückig verlängert. Der Tragring 17 der schaltbaren Riemenscheibe 9 ragt in einen Bauraum 19 der drehfesten Rie menscheibe 11 ein. In der Fig. 3 ist der Bauraum 19 zwischen einem radial äußeren Rillenkranz 21, einem radial inneren Nabenabschnitt 23 und einem Verbindungsflansch 25 der drehfesten Riemenscheibe 11 definiert, der den Nabenabschnitt 23 mit dem radial äußeren Rillenkranz 21 verbindet.

In der Fig. 5 (Stand der Technik) ist jedes der Fliehkraftelemente 15 in einem radial ausgerichteten Führungskanal (das heißt Linearführung) 27 radial ver- stellbar geführt. Der Führungskanal 27 ist von zwei Führungsflanken 26, 28 begrenzt, die in der Drehrichtung voneinander beabstandet sind. Der jeweili ge Führungskanal 27 ist im Tragring 17 der schaltbaren Riemenscheibe 9 axial stirnseitig offen ausgebildet. In dem, in der Fig. 3 gezeigten Zusam menbauzustand ist die axial offene Stirnseite des jeweiligen Führungskanals 27 vom Verbindungsflansch 25 (Figur 3) der drehfesten Riemenscheibe 11 geschlossen, so dass eine betriebssichere Linearführung der Fliehkraftele mente 15 gewährleistet ist.

Gemäß der Fig. 5 (Stand der Technik) sind am Innenumfang des Rillenkran- zes 21 der drehfesten Riemenscheibe 11 die Formschlusskonturen 29 aus gebildet. In diese können bei einer Fliehkraftbeaufschlagung jeweils ein zu geordnetes Fliehkraftelement 15 mit seiner Elementspitze 16 einrasten. In der in der Figur 5 gezeigten Ruheposition ist zwischen dem Tragring 17 der schaltbaren Riemenscheibe 9 und dem Innenumfang des Rillenkranzes 21 der drehfesten Riemenscheibe 11 ein radialer Freiraum 31 ausgebildet. Bei einer Fliehkraftbeaufschlagung kann das jeweilige Fliehkraftelement 15 unter Aufbrauch des radialen Freiraums 31 bis in Eingriff mit der am Innenumfang des Rillenkranzes 21 der drehfesten Riemenscheibe 11 ausgebildeten Ge genkontur 29 kommen. In dem radialen Freiraum 31 ist eine Ringfeder 33 angeordnet, die mit einer vordefinierten Federkraft FF (Figur 6 oder 7) auf den Tragring-Außenumfang aufgespannt ist und in einer Ruhelage (Figur 5 oder 6) die Fliehkraftelemente 15 in ihrer radial inneren Ruheposition hält. Sowohl am Tragring-Außenumfang als auch an der radial äußeren Seite der Fliehkraftelemente 15 sind Federrillen 35 ausgebildet, in der die Ringfeder 33 angeordnet ist. In der Fig. 4a und 4b ist der exemplarisch rechtsklemmend ausgeführte Klemmkörperfreilauf K1 in Detailansicht gezeigt. Demzufolge weist der Klemmkörperfreilauf K1 ein radial äußeres, ringförmiges Freilauf-Außenteil 47 und ein radial inneres Freilauf-Innenteil 49 auf, die zueinander koaxial angeordnet sind. Zwischen dem Freilauf-Außenteil 47 und dem Freilauf- Innenteil 49 sind Klemmkörper 22 angeordnet, von denen in der Fig. 4a und 4b nur einer gezeigt ist. Das Freilauf-Außenteil 47 weist am Innenumfang eine Freilaufstrecke 53 und eine Klemmkontur 55 auf. In der Fig. 4a ist der Klemmkörperfreilauf K1 in der ersten Betriebsart MB1 gezeigt. Das heißt, dass der Klemmkörperfreilauf K1 über den Lastpfad L1 ein Drehmoment vom Freilauf-Innenteil 49 (das heißt von der Elektromaschinen-Welle 1) auf das Freilauf-Außenteil 47 (das heißt auf die schaltbare Riemenscheibe 9) über trägt, sofern bei dem Freilauf-Außenteil 47 und dem Freilauf-Innenteil 49 eine Drehzahlgleichheit vorherrscht. Sofern die Riemenscheiben-Drehzahl nR ge genüber der Antriebs-wellen-Drehzahl PA um eine Drehzahl-Differenz An er- höht wird (Figur 8), überholt die schaltbare Riemenscheibe 9 (das heißt das Freilauf-Außenteil 47) die Antriebswelle 1 (das heißt das Freilauf-Innenteil 49) (das heißt nR > PA, rechtsdrehend). Beim Überholvergang wird der Klemmkörper 22 von seiner in der Figur 4a dargestellten drehmomentüber tragenden Klemmposition um einen Entsperrweg Ae in seine Entsperrpositi- on (Figur 4b) verlagert.

Die erfindungsermäße Fliehkraftkupplung K2 ist identisch wie in Figur 3 und 5 dargestellt ausgeführt, mit Ausnahme der Bauteilgeometrie der Fliehkraf telemente 15. Diese wird nachfolgend anhand der Fig. 6 beschrieben: Dem- zufolge ist das Fliehkraftelement 15 als ein Kippelement realisiert, das in der Linearführung 27 zwischen einer ersten Kipplage KL1 (Figur 6) und einer zweiten Kipplage KL2 (Figur 9) kippbar ist. Wie aus der Fig. 6 hervorgeht, wird das Fliehkraftelement 15 durch die (in der Figur 6 nicht gezeigte) Ring feder 33 mit einer Federkraft FF in seine erste Kipplage KL1 vorgespannt. In der ersten Kipplage KL1 ist das Fliehkraftelement 15 in Druckanlage mit der Führungsflanke 28 der Linearführung 27.

Das erfindungsgemäße Fliehkraftelement 15 ist derart asymmetrisch gestal- tet, dass die Wirklinie (Figur 7) der von der Ringfeder 33 ausgeübten Feder kraft FF um eine Hebelarmlänge a (Figur 7) von der Wirklinie einer bei Dre hung erzeugten Zentrifugalkraft Fz beabstandet ist. Bei einer Fliehkraft- Beaufschlagung wird daher das Fliehkraftelement 15 mit einem Vorspann moment Mv (Figur 7) in die erste Kipplage K1 gedrückt.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 6 bis 10 ein Momenten-Richtungswechsel beschrieben, bei dem die Riemenscheibenanordnung von der ersten Be triebsart MB1 in die zweite Betriebsart GB wechselt: In der Fig. 7 dreht die Riemenscheibenanordnung noch in der ersten Be triebsart MB1, in der die Sperrfunktion des Klemmkörperfreilauf K1 aktiv ist (Figur 4a). Das in der Figur 7 gezeigte Fliehkraftelement 15 ist mit einer Zentrifugalkraft Fz beaufschlagt und mit seiner Elementspitze 16 in Gleitan lage (das heißt noch nicht verrastet mit der Formschlußkontur 29) mit dem Innenumfang des radial äußeren Ringkranzes 21 der drehfesten Riemen scheibe 11.

Zur Durchführung des Momenten-Richtungswechsels wird die Riemenschei- ben-Drehzahl nR gegenüber der Antriebswellen-Drehzahl PA um eine Dreh- zahl-Differenz Dh erhöht (Figur 8). Dadurch überholt die schaltbare Riemen scheibe 9 die Antriebswelle 1 in der Drehrichtung A1 , und zwar bis zu einem Zeitpunkt (Fig. 8), zu dem das Fliehkraftelement 15 in die Formschlusskontur 29 der drehfesten Riemenscheibe 11 einrastet, das heißt in seine drehmo mentübertragende Sperrposition kommt.

Aufgrund der Drehzahl-Differenz An wirkt im weiteren Verlauf ein Kippmo ment MK (Figur 9) auf das eingerastete Fliehkraftelement 15 ein, mit dem das Fliehkraftelement 15 in die zweite Kipplage KL2 (Fig. 9) kippt. Diese Kippbe- wegung erfolgt unter Freigabe eines definierten Überholwegs Au (Figur 8), um den die schaltbare Riemenscheibe 9 die Antriebswelle 1 überholt.

Durch Bereitstellung des definierten Überholwegs Au ist gewährleistet, dass der Klemmkörper 22 des Klemmkörperfreilaufs K1 betriebssicher um den Entsperrweg Ae in die Entsperrposition (Figur 4b) verlagert wird. Dadurch ist eine vollständige Entlastung des Klemmkörperfreilaufs K1 gewährleistet, so dass keine Restverspannung verbleibt. Im Stillstand (Fig. 11) kann daher das Fliehkraftelement 15 durch die Federwirkung selbsttätig wieder in seine Ru- heposition rückgestellt werden.

BEZUGSZEICHENLISTE:

1 Elektromaschinen-Welle bzw. Antriebswelle

3 Aggregate-Welle 5 Brennkraftmaschinen-Welle

7 brennkraftmaschinenseitige Riemenscheibe 9 schaltbare Riemenscheibe der Elektromaschinen-Welle 11 drehfeste Riemenscheibe der Elektromaschinen-Welle 12 Grundkörper der schaltbaren Riemenscheibe 13 aggregateseitige Riemenscheibe

15 Fliehkraftelemente

16 Elementspitze 17 Tragring 19 Bauraum 21 Rillenkranz

22 Klemmkörper 23 Nabenabschnitt 25 Verbindungsflansch 27 Führungskanal bzw. Linearführung 26, 28 Führungsflanken 29 Formschlusskontur 31 radialer Freiraum 33 Ringfeder

35, 37 Federrillen 39 Freilauf-Außenseite

40 Drehlager

41 Klemmelemente

42 Drehlager

43 Freilauf-Innenseite 47 Freilauf-Außenteil

48 Drehlager

49 Freilauf-Innenteil 53 Freilaufstrecke 55 Klemmkontur BKM Brennkraftmaschine

RSG Elektromaschine mKK mechanischer Klimakompressor

RBKM Brennkraftmaschinen-Riementrieb

RmKK Aggregate-Riementrieb

A1 Antriebsdrehrichtung

L1, L2, L3 Lastpfade a Flebelarmlänge

KL1 , KL2 Kipplagen

Fz Zentrifugalkraft

FF Federkraft

Ae Entsperrweg

Au definierter Überhohlweg

Mv Vorspannmoment

MK Kippmoment

GIA Antriebswellen-Drehzahl nR Riemenscheiben-Drehzahl

An Drehzahl-Differenz

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Riemenscheibenanordnung mit einer schaltbaren Riemenscheibe (9), die auf einer Antriebswelle (1) angeordnet ist und über einen Klemm- körperfreilauf (K1) sowie eine Fliehkraftkupplung (K2) mit der Antriebs welle (1) koppelbar oder davon entkoppelbar ist, wobei die Fliehkraft kupplung (K2) eine in der Riemenscheibe (9) ausgebildete Linearfüh rung (27) aufweist, in der unter Fliehkraftwirkung zumindest ein Flieh kraftelement (15) radial verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fliehkraftelement (15) ein Kippelement ist, das in der Riemen- scheiben-Linearführung (27) zwischen einer ersten Kipplage (KL1) und einer zweiten Kipplage (KL2) kippbar ist, und dass bei einem Momen- ten-Richtungswechsel das Fliehkraftelement (15) in der ersten Kipplage (KL1) unter Fliehkraftwirkung (Fz) in eine Sperrposition verlagerbar ist, und dass in der Sperrposition aufgrund einer Drehzahl-Differenz (An) zwischen Riemenscheibe (9) und Antriebswelle (1) ein Kippmoment (MK) auf das Fliehkraftelement (15) einwirkt, wodurch das Kippelement (15) in die zweite Kipplage (KL2) kippt, und zwar unter Freigabe eines Überholwegs (Au), um den die Riemenscheibe (9) die Antriebswelle (1) überholt, damit ein Klemmkörper (22) des Klemmkörperfreilaufs (K1) um einen Entsperrweg (Ae) in die Entsperrposition verlagerbar ist.

2. Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Betriebsart (MB1) im Klemmkörperfreilauf (K1) eine drehmomentübertragende Sperrfunktion aktiv ist, bei der die Rie menscheibe (9) und die Antriebswelle (1) in einer ersten Drehrichtung (A1) bei gleicher Drehzahl (nR, PA) drehen sowie die Antriebswelle (1) als Antriebsteil und die Riemenscheibe (9) als Abtriebsteil wirkt, und wobei die erste Betriebsart (MB1) durch einen Momenten- Richtungswechsel in eine zweite Betriebsart (GB) umschaltbar ist, in der eine drehmomentenübertragende Sperrfunktion der Fliehkraftkupp lung (K2) aktiv ist, bei der die Riemenscheibe (9) und die Antriebswelle (1) in der ersten Drehrichtung (A1) bei gleicher Drehzahl (nR, PA) drehen sowie die die Riemenscheibe (9) als Antriebsteil und die Antriebswelle (1) als Abtriebsteil wirkt, wobei zur Durchführung des Momenten- Richtungswechsels die Riemenscheiben-Drehzahl (nR) gegenüber der Antriebswellen-Drehzahl (PA) um die Drehzahl-Differenz (An) erhöht wird, so dass die Riemenscheibe (9) die Antriebswelle (1) in der Dreh- richtung (A1) um einen Überholweg überholt, damit ein Klemmkörper

(22) des Klemmkörperfreilaufs (K1) von seiner drehmomentenübertra- genden Klemmposition um einen Entsperrweg (Ae) in seine Entsperr position verlagerbar ist, und das Fliehkraftelement (15) unter Fliehkraft wirkung (Fz) radial nach außen in eine Antriebswellen- Formschlusskontur (29) in eine drehmomentenübertragende Sperrposi tion einfährt.

3. Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Kippbewegung bereitgestellte Über- holweg (Au) zumindest so groß wie der Entsperrweg (Ae) bemessen ist, so dass sich beim Momenten-Richtungswechsel der Klemmkörper (22) über den Entsperrweg (Ae) betriebssicher bis in die Entsperrpositi on verlagert. 4. Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippbewegung des Fliehkraftelements (15) von der ersten Kipplage (KL1) entgegen der Drehrichtung (A1) in die zweite Kipplage (KL2) erfolgt, und/oder dass sowohl in der ersten Kipplage (KL1) als auch in der zweiten Kipplage (KL2) das Fliehkraftelement (15) in seiner drehmomentenübertragenden Sperrposition verbleibt.

5. Riemenscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die in der schaltbaren Riemen scheibe (9) ausgebildete Linearführung (27) zwei in der Drehrichtung voneinander beabstandete Führungsflanken (26, 28) aufweist, zwi schen denen das Fliehkraftelement (15) linear verstellbar angeordnet ist, und/oder dass die Riemenscheibenanordnung ein Federelement (33) aufweist, das das Fliehkraftelement (15) in seine erste Kipplage (KL1) vorspannt, insbesondere in Druckanlage mit einer der Führungs flanken (26, 28).

6. Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- net, dass das Federelement (33) das Fliehkraftelement (15) zusätzlich in seine radial innere Ruheposition vorspannt, und/oder dass das Flieh kraftelement (15) derart asymmetrisch gestaltet ist, dass die Federkraft- Wirklinie des Federelements (33) um eine Flebelarmlänge (a) von der Zentrifugalkraft-Wirklinie beabstandet ist, so dass unter Fliehkraftwir- kung (Fz) das Fliehkraftelement (15) mit einem Vorspann-Moment (Mv) in die erste Kipplage (KL1) gedrückt wird.

7. Riemenscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibenanordnung eine Brennkraftmaschine (BKM), ein Brennkraftmaschinen-

Nebenaggregat, insbesondere Klimakompressor (mKK), und eine Elekt- romaschine (RSG) mit einer Elektromaschinen-Welle (1) aufweist, auf der die schaltbare Riemenscheibe (9) zusammen mit einer drehfesten Riemenscheibe (11) angeordnet ist, und dass die schaltbare Riemen- scheibe (9) über einen Brennkraftmaschinen-Riementrieb (RBKM) mit ei ner Brennkraftmaschinen-Welle (5) trieblich verbindbar ist und die dreh feste Riemenscheibe (11) über einen Aggregate-Riementrieb (RmKK) mit einer Aggregate-Welle (3) des Nebenaggregates (mKK) trieblich ver bindbar ist, und dass in der ersten Betriebsart (MB1) die Elektroma- schine (RSG) über ihre Elektromaschinen-Welle (1) und den Brenn- kraftmaschinen-Riementrieb (RBKM) in der Antriebsdrehrichtung (A1) auf die Brennkraftmaschine (BKM) abtreibt, und dass in der zweiten Be triebsart (GB) die Brennkraftmaschine (BKM) über ihre Brennkraftma schinen-Welle (5) und den Brennkraftmaschinen-Riementrieb (RBKM) in der Antriebsdrehrichtung (A1 ) auf die Elektromaschine (RSG) abtreibt.

8. Riemenscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsart (MB1) die Freilaufkupplung (K1) drehmomentenübertragend sperrt und die Fliehkraftkupplung (K2) übertragungsfrei ist, dass in der zweiten Be triebsart (GB) die Freilaufkupplung (K1) übertragungsfrei ist und die Fliehkraftkupplung (K2) drehmomentenübertragend sperrt.

9. Riemenscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Riemenscheibe (9) unter radialer Zwischenlage der Freilaufkupplung (K2) auf der An triebswelle, insbesondere auf der Elektromaschinen-Welle (1), ange ordnet ist.

10. Riemenscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die drehfeste Riemenscheibe (11) und die schaltbare Riemenscheibe (9) axial zueinander benachbart auf der Antriebswelle (1) angeordnet sind, und dass insbesondere die dreh feste Riemenscheibe (11) einen Bauraum (19) bereitstellt, in dem das Fliehkraftelement (15) der Fliehkraftkupplung (K2) angeordnet ist.

11. Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauraum (19) auf der, der schaltbaren Riemen scheibe (9) zugewandten Seite der drehfesten Riemenscheibe (11) ausgebildet ist, und/oder dass der Bauraum (19) zwischen einem radial äußeren Rillenkranz (21), einem radial inneren Nabenabschnitt (23) und einem Verbindungsflansch (25) der drehfesten Riemenscheibe (11) an geordnet ist, der den Nabenabschnitt (23) und den radial äußeren Ril lenkranz (21) miteinander verbindet.

12. Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusskontur (29) am Innenumfang des Ril lenkranzes (21) der drehfesten Riemenscheibe (11) ausgebildet ist.

13. Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung der Linearführung (27) die schaltbare Riemenscheibe (9) mit einem Tragring (17) axial verlängert ist, der in der Zusammenbaulage in den Bauraum (19) der axial benachbarten drehfesten Riemenscheibe (11) einragt, und dass im Tragring (17) der schaltbaren Riemenscheibe (9) zumindest ein Füh rungskanal ausgebildet ist, in dem das Fliehkraftelement (15) radial verstellbar geführt ist, und dass insbesondere der Führungskanal (27) von den beiden Seitenflanken (26, 28) begrenzt ist.