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Dokumentenidentifikation DE102005048075A1 12.04.2007
Titel Kupplungsvorrichtung
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Bruchner, Klaus, Dr.-Ing., 73061 Ebersbach, DE;
Kaufmann, Ralf, Dipl.-Ing., 70569 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 07.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048075
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse F16H 55/36(2006.01)A, F, I, 20051007, B, H, DE
Zusammenfassung Eine Kopplungsvorrichtung zwischen einem von einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs angetriebenen Antriebsriemen und einer mit einem Nebenaggregat des Kraftfahrzeugs verbundenen Antriebswelle (10) enthält eine Antriebsriemenscheibe, die einerseits mit dem Antriebsriemen und andererseits mit der Antriebswelle (10) des Nebenaggregats wirkverbunden ist. Die Antriebsriemenscheibe weist dabei ein Primärelement (12), das mit der Antriebswelle (10) des Nebenaggregats drehfest verbunden ist, ein Sekundärelement (14), das mit dem Antriebsriemen wirkverbunden ist, und ein Lager (16) zwischen dem Primärelement (12) und dem Sekundärelement (14) auf, wobei das Lager (16) durch ein Steuerelement (18) zwischen die Relativbewegung zwischen dem Primärelement (12) und dem Sekundärelement (14) sperrenden und freigebenden Zuständen schaltbar ist und das Steuerelement (18) den sperrenden Zustand stromlos und den freigebenden Zustand bestromt steuert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung zwischen einem von einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs angetriebenen Antriebsriemen und einer mit einem Nebenaggregat des Kraftfahrzeugs verbundenen Antriebswelle.

Zum Zuschalten und Abschalten von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugmotors, wie beispielsweise Kompressor, Kältemittelverdichter, Wasserpumpe und dergleichen, werden üblicherweise Elektromagnet-Kupplungen eingesetzt, die zwischen eine über den von der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs angetriebenen Antriebsriemen angetriebene Riemenscheibe und die Antriebswelle des Nebenaggregats gesetzt sind.

Da derartige Elektromagnet-Riemenscheibenkupplungen im Allgemeinen derart ausgebildet sind, dass sie im bestromten Zustand geschlossen sind, um die Antriebswelle des Nebenaggregats anzutreiben, existiert durch diesen „Haltestrom" ein Kraftstoffverbrauch von bis zu 0,1 l/100 km. Weitere Probleme solcher Elektromagnet-Riemenscheibenkupplungen sind das ruckartige Zuschalten, was zu einem höheren Verschleiß, weniger Komfort, einer Drehzahlbegrenzung und einer geringeren Haltbarkeit führt, die hohen Kosten, das große Gewicht und in einigen Fällen eine unzureichende Not- oder Ausfallsicherheit.

Es ist ferner eine elektromagnetisch geschaltete Viskositätskupplung bekannt, die zum Beispiel für den Antrieb einer Wasserpumpe einsetzbar ist. Hierbei wird zum Beispiel das Überströmventil zwischen dem Vorratsraum und dem Arbeitsraum der Kupplung mittels eines elektromagnetischen Ventils angesteuert. Hinsichtlich Herstellungskosten und Gewicht zeigt diese Kupplungsart aber ähnliche Probleme wie die zuvor beschriebenen Elektromagnet-Riemenscheibenkupplungen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungsvorrichtung zwischen einem von einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs angetriebenen Antriebsriemen und einer mit einem Nebenaggregat des Kraftfahrzeugs verbundenen Antriebswelle vorzusehen, die den Kraftstoffverbrauch reduziert, ein gutes Schaltverhalten zeigt und gleichzeitig einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Kupplungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung zwischen einem von einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs angetriebenen Antriebsriemen und einer mit einem Nebenaggregat des Kraftfahrzeugs verbundenen Antriebswelle enthält eine Antriebsriemenscheibe, die einerseits mit dem Antriebsriemen und andererseits mit der Antriebswelle des Nebenaggregats wirkverbunden ist, wobei die Antriebsriemenscheibe ein Primärelement, das mit der Antriebswelle des Nebenaggregats drehfest verbunden ist, ein Sekundärelement, das mit dem Antriebsriemen wirkverbunden ist, und ein Lager zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement aufweist; das Lager durch ein Steuerelement zwischen die Relativbewegung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement sperrenden und freigebenden Zuständen schaltbar ist; und das Steuerelement den sperrenden Zustand stromlos und den freigebenden Zustand bestromt steuert.

Gemäß der Erfindung ist die Antriebsriemenscheibe zwischen dem von der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs angetriebenen Antriebsriemen und der Antriebswelle des Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs in ein Primärelement und ein Sekundärelement aufgeteilt, die über ein zusätzlich eingefügtes Lager (insbesondere ein Wälzlager) miteinander verbunden sind. Das Lager ist schaltbar ausgebildet, sodass eine regelbare Riemenscheibenkupplung mit einem einfachen Aufbau und Schaltverhalten entsteht. Außerdem wird der sperrende Zustand der Relativbewegung zwischen Primärelement und Sekundärelement stromlos gesteuert, wodurch ein Kraftstoffverbrauch durch einen Haltestrom der Kupplungsvorrichtung für den sperrenden Zustand vermieden wird. Die Kupplungsvorrichtung ermöglicht eine bedarfsgerechte Regelung des Nebenaggregats, was in einer weiteren Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs resultiert.

Das Lager der Kupplungsvorrichtung ist mechanisch, elektromagnetisch oder induktiv schaltbar.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Lager nicht nur für die Relativbewegung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement sperrenden und freigebenden Zuständen, sondern auch für diese Relativbewegung verzögernde Zustände schaltbar.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Primärelement ein Ringscheibenkörper, dessen Innenumfangsseite mit der Antriebswelle drehfest verbunden ist, und das Sekundärelement ist ein Ringscheibenkörper, dessen Außenumfang als Riemenscheibe für den Antriebsriemen ausgebildet ist, wobei das Lager zwischen die Außenumfangsseite des Ringscheibenkörpers des Primärelements und die Innenumfangsseite des Ringscheibenkörpers des Sekundärelements gesetzt ist.

Das Lager weist dabei beispielsweise in der Art eines Freilauflagers zusätzlich Klemmkörper und Käfige zum Freigeben, Verzögern und Blockieren des Lagers auf. Alternativ kann das Lager durch eine kraftschlüssige Kopplung (z.B. in Form von mechanischen Reibflächen, elektromagnetisch oder induktiv) zwischen der Außenumfangsseite des Primärelements und der Innenumfangsseite des Sekundärelements öffnen und schließen. In einer weiteren Alternative ist ein Käfig des Lagers direkt zum Freigeben, Verzögern und Blockieren von Wälzelementen des Lagers verstellbar.

Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten, nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Kupplungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

2 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Kupplungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Unter Bezugnahme auf 1 und 2 werden nun in stark vereinfachter Form zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäß aufgebauten Kupplungsvorrichtung zwischen einem von einer Antriebsmaschine (Verbrennungsmotor, Elektromotor) eines Kraftfahrzeugs angetriebenen Antriebsriemen und einer mit einem Nebenaggregat (z.B. Kompressor, Kältemittelverdichter, Wasserpumpe und dergleichen) des Kraftfahrzeugs verbundenen Antriebswelle näher erläutert.

Die Antriebsriemenscheibe der Kupplungsvorrichtung ist aufgeteilt in ein Primärelement 12 und ein Sekundärelement 14, zwischen die ein Wälzlager 16 (z.B. Kugel- oder Rollenlager) mit Wälzelementen 16a und Käfig 16b eingefügt ist. Das in der Form eines Ringscheibenkörpers ausgebildete Primärelement 12 ist drehfest mit der Antriebswelle 10 des Nebenaggregats verbunden. Das Sekundärelement 14 ist ebenfalls in der Form eines Ringscheibenkörpers ausgebildet, der zum Beispiel den Ringscheibenkörper des Primärkörpers 12 im Wesentlichen radial umgibt und dessen Außenumfang in der Art einer Antriebsriemenscheibe ausgebildet ist, um den Antriebsriemen (nicht dargestellt) der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs aufzunehmen.

Im ersten Ausführungsbeispiel von 1 ist das Wälzlager 16 so zwischen das Primärelement 12 und das Sekundärelement 14 gesetzt, dass der Innenring des Wälzlagers 16 den Außenumfang des Primärelements 12 kontaktiert und der Außenring des Wälzlagers 16 den Innenumfang des Sekundärelements 14 kontaktiert. Bei dem in 2 veranschaulichten zweiten Ausführungsbeispiel steht dagegen der Innenring des Wälzlagers 16 mit dem Innenumfangsabschnitt des Sekundärelements 14 in Kontakt und sein Außenring mit dem Außenumfangsabschnitt des Primärelements 12. Der Fachmann auf dem Gebiet der Wälzlagertechnik wird offensichtlich weitere Modifikationen dieses Aufbaus der Kupplungsvorrichtung erkennen, die innerhalb des durch die anhängenden Ansprüche definierten Schutzumfangs liegen.

Das Wälzlager 16 ist durch ein geeignetes Steuerelement 18 schaltbar, sodass eine regelbare Riemenscheibenkupplung entsteht. Das Steuerelement 18 kann dabei das Wälzlager 16 zwischen einem die Relativbewegung zwischen dem Primärelement 12 und dem Sekundärelement 14 sperrenden Zustand (Kupplung ein, Nebenaggregat ein) und einem die Relativbewegung zwischen dem Primärelement 12 und dem Sekundärelement 14 freigebenden Zustand (Kupplung getrennt, Nebenaggregat aus) schalten. Vorzugsweise kann das Wälzlager 16 außerdem in die Relativbewegung zwischen dem Primärelement 12 und dem Sekundärelement 14 verzögernde Zustände geschaltet werden.

Das Schalten des Wälzlagers 16 durch das Steuerelement 18 erfolgt dabei zum Beispiel mechanisch, elektromagnetisch oder induktiv. Vorteilhafterweise wird das Wälzlager 16 im stromlosen Steuerzustand des Steuerelements 18 in den die Relativbewegung zwischen dem Primärelement 12 und dem Sekundärelement 14 sperrenden Zustand geschaltet, sodass im Gegensatz zu herkömmlichen elektromagnetischen Kupplungsvorrichtungen kein Haltestrom für den Betrieb des Nebenaggregats notwendig ist und somit der Energie- und Kraftstoffverbrauch bei langen Betriebszeiten des Nebenaggregats deutlich reduziert werden kann.

Für die Konstruktion des schaltbaren Wälzlagers 16 sind zum Beispiel die folgenden drei Varianten denkbar, ohne dass die vorliegende Erfindung allein auf diese beschränkt sein soll.

Das Wälzlager 16 ist in üblicher Weise mit einem Innenring, einem Außenring, mehreren Wälzelementen 16a (z.B. Kugeln oder Rollen) zwischen Innenring und Außenring und einem Käfig 16b zum Halten der Wälzelemente aufgebaut. Ferner kann das Wälzlager 16 der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung zum Beispiel in der Art eines Freilauflagers ausgebildet sein und zusätzliche, am Umfang angeordnete Klemmkörper aufweisen, die über eine entsprechende Käfigansteuerung durch das Steuerelement 18 das Wälzlager 16 freigeben, verzögern oder blockieren. Diese letztgenannte Variante ist in den Zeichnungen nicht explizit dargestellt.

Alternativ ist eine kraftschlüssige Kopplung zwischen der Außenumfangsseite des Primärelements 12 und der Innenumfangsseite des Sekundärelements 14 vorgesehen, die durch das Wälzlager 16 bei entsprechender Ansteuerung durch das Steuerelement 18 wahlweise getrennt und damit geöffnet werden kann. Eine solche kraftschlüssige Kopplung kann zum Beispiel in Form von mechanischen Reibflächen, elektromagnetisch oder induktiv realisiert werden.

Ferner ist es möglich, dass der Käfig 16b des Wälzlagers 16 mittels des Steuerelements 18 direkt zum Freigeben, Verzögern oder Blockieren der Wälzelemente 16a des Wälzlagers 16 mechanisch, elektromagnetisch oder induktiv verstellt wird.

In jedem Fall kann ein im Vergleich zu den herkömmlichen Kupplungsvorrichtungen einfaches Schaltverhalten erzielt und je nach Ausführungsform der Komfort verbessert werden. Auch kann der Verschleiß beim Aus- und Einkoppeln der Kupplungsvorrichtung mit diesem Aufbau deutlich reduziert werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung liegt in ihrem vergleichsweise geringen Gewicht sowie ihrem einfach und relativ ausfallsicheren Aufbau.

Sämtliche in der obigen Beschreibung und in den anhängenden Ansprüchen angegebenen Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig kombinierbar, ohne dass dies jeweils ausdrücklich erwähnt ist. Außerdem ist die vorliegende Erfindung selbstverständlich nicht nur auf die in den Zeichnungen dargestellten und oben beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt.


Anspruch[de]
Kupplungsvorrichtung zwischen einem von einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs angetriebenen Antriebsriemen und einer mit einem Nebenaggregat des Kraftfahrzeugs verbundenen Antriebswelle (10), mit einer Antriebsriemenscheibe, die einerseits mit dem Antriebsriemen und andererseits mit der Antriebswelle (10) des Nebenaggregats wirkverbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Antriebsriemenscheibe ein Primärelement (12), das mit der Antriebswelle (10) des Nebenaggregats drehfest verbunden ist, ein Sekundärelement (14), das mit dem Antriebsriemen wirkverbunden ist, und ein Lager (16) zwischen dem Primärelement (12) und dem Sekundärelement (14) aufweist;

dass das Lager (16) durch ein Steuerelement (18) zwischen die Relativbewegung zwischen dem Primärelement (12) und dem Sekundärelement (14) sperrenden und freigebenden Zuständen schaltbar ist; und

dass das Steuerelement (18) den sperrenden Zustand stromlos und den freigebenden Zustand bestromt steuert.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (16) mechanisch, elektromagnetisch oder induktiv schaltbar ist. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (16) für die Relativbewegung zwischen dem Primärelement (12) und dem Sekundärelement (14) sperrenden, verzögernden und freigebenden Zuständen schaltbar ist. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärelement (12) ein Ringscheibenkörper ist, dessen Innenumfangsseite mit der Antriebswelle (10) drehfest verbunden ist, und das Sekundärelement (14) ein Ringscheibenkörper ist, dessen Außenumfang als Riemenscheibe für den Antriebsriemen ausgebildet ist, wobei das Lager (16) zwischen die Außenumfangsseite des Ringscheibenkörpers des Primärelements (12) und die Innenumfangsseite des Ringscheibenkörpers des Sekundärelements (14) gesetzt ist. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (16) ferner Klemmkörper mit Käfigansteuerung zum Freigeben, Verzögern und Blockieren des Lagers aufweist. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (16) durch eine kraftschlüssige Kopplung zwischen der Außenumfangsseite des Primärelements (12) und der Innenumfangsseite des Sekundärelements (14) geschlossen und getrennt werden kann. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Käfig (16b) des Lagers (16) direkt zum Freigeben, Verzögern und Blockieren von Wälzelementen des Lagers (16) verstellbar ist.






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