DE102013211919B4

DE102013211919B4 - Rolleneinrichtung für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013211919B4
Application number: DE201310211919
Authority: DE
Inventors: Oliver Dippold; Ralf Wagner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2033-06-25
Also published as: CN104235288B; DE102013211919A1; US20140375159A1; CN104235288A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rolleneinrichtung für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Rollenelement zum Einleiten eines über das Zugmittel des Zugmitteltriebs bereitgestellten Drehmoments und einer Abtriebswelle zum Antrieb eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs. Es ist vorgesehen, dass die Rolleneinrichtung weiterhin eine Magnetkupplung zur Drehmomentübertragung zwischen dem Rollenelement und der Abtriebswelle aufweist, wobei die Magnetkupplung eine mit dem Rollenelement verbundene primärseitige Einheit mit mindestens einem primären Magnetelement und eine mit der Abtriebswelle verbundene sekundärseitige Einheit mit mindestens einem sekundärseitigen Magnetelement aufweist, wobei die Magnetelemente permanentmagnetische und/oder elektromagnetische Magnetelemente sind und die Drehmomentübertragung über die Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente erfolgt, wobei zumindest ein Magnetelement der beiden Einheiten zur Veränderung der Magnetfeldüberdeckung der Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente innerhalb seiner Einheit durch im Betrieb auftretende Fliehkräfte verlagerbar angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden Zugmitteltrieb und ein Verfahren zum Antrieb eines über eine Rolleneinrichtung angebundenen Nebenaggregats.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Rolleneinrichtung für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Rollenelement zum Einleiten eines über das Zugmittel des Zugmitteltriebs bereitgestellten Drehmoments und einer Abtriebswelle zum Antrieb eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs.
Aus dem Dokument DE 101 48 961 A1 ist ein als Riementrieb ausgebildeter Zugmitteltrieb mit einem als Eingangsriemenscheibe ausgebildeten Rollenelement zum Antrieb von Nebenaggregaten bekannt, der über ein Planetengetriebe mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei über das von der Riemenscheibe angetriebene Zugmittel über Ausgangsriemenscheiben verschiedene Nebenaggregate angetrieben werden können. Zusätzlich ist über eine weitere Ausgangsriemenscheibe auch eine elektrische Maschine an das Zugmittel angebunden, um im Generatorbetrieb aus der mechanischen Energie des Zugmittels elektrische Energie zu erzeugen oder im Motorbetrieb einen zusätzlichen Drehmomenteintrag in das Zugmittel leisten zu können.
Die DE 197 27 914 A1 und die WO 88/06233 A1 lehren Anordnungen bzw. Kupplungen, bei denen zwei Magnetelemente axial zueinander angeordnet sind.
Gegenstand der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen variablen und sicheren Antrieb von Nebenaggregaten mittels eines Zugmitteltriebs ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Rolleneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen Zugmitteltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Verfahren zum Antrieb eines über eine Rolleneinrichtung angebundenen Nebenaggregats mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Rolleneinrichtung für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, die folgende Komponenten aufweist: (a) ein Rollenelement zum Einleiten eines über das Zugmittel des Zugmitteltriebs bereitgestellten Drehmoments, (b) eine Abtriebswelle zum Antrieb eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs, (c) eine Magnetkupplung zur Drehmomentübertragung zwischen dem Rollenelement und der Abtriebswelle, wobei die Magnetkupplung eine mit dem Rollenelement verbundene primärseitige Einheit mit mindestens einem primären Magnetelement und eine mit der Abtriebswelle verbundene sekundärseitige Einheit mit mindestens einem sekundärseitigen Magnetelement aufweist. Die Magnetelemente sind permanentmagnetische und/oder elektromagnetische Magnetelemente. Die Drehmomentübertragung erfolgt über die Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente, wobei zumindest ein Magnetelement der beiden Einheiten (zur Veränderung der Magnetfeldüberdeckung der Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente innerhalb seiner Einheit durch im Betrieb auftretende Fliehkräfte verlagerbar angeordnet ist. Durch die Verlagerbarkeit des mindestens einen Magnetelements durch im Betrieb auftretende Fliehkräfte wird ein sich selbsttätig einstellendes (Regel-)System zur Momentübertragung geschaffen. Diese Drehmomentübertragung kann auch als kraftschlüssige Drehmomentübertragung bezeichnet werden, wobei der Begriff kraftschlüssig – anders als bei der Bezeichnung „kraftschlüssige Verbindung” durchaus üblich- hier nicht mit dem Begriff reibschlüssig gleichgesetzt werden darf. Zur Verlagerung des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements werden keine Aktuatoren benötigt und müssen auch nicht von außen angesteuert werden.
Vorzugsweise sind alle Magnetelemente von zumindest einer der beiden Einheiten zur Veränderung der Magnetfeldüberdeckung der Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente innerhalb seiner Einheit verlagerbar angeordnet.
Generell ist es natürlich möglich, dass das zumindest eine verlagerbar angeordnete Magnetelement über separate Fliehkraftmassen und ein entsprechendes Hebelsystem verlagerbar ist. Insbesondere ist jedoch vorgesehen, dass das zumindest eine durch im Betrieb auftretende Fliehkräfte verlagerbar angeordnete Magnetelement durch die im Betrieb auf dieses Magnetelement selbst wirkende Fliehkraft verlagerbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Verlagerbarkeit des mindestens einen Magnetelements eine radiale Verlagerbarkeit ist oder zumindest eine radiale Komponente aufweist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine verlagerbare Magnetelement ein permanentmagnetisches Magnetelement. Alternativ ist vorgesehen, dass das mindestens eine verlagerbare Magnetelement ein elektromagnetisches Magnetelement ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Rolleneinrichtung mindestens ein der Fliehkraft entgegenwirkendes Rückstellelement zur Verlagerung des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements auf. Insbesondere ist dieses mindestens eine Rückstellelement Teil der Einheit, die auch das mindestens eine verlagerbare Magnetelement ausfweist.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das mindestens eine Rückstellelement als Federeinrichtung ausgebildet ist. Die Federeinrichtung weist insbesondere eine Druckfeder auf.
Mit Vorteil ist die Magnetkupplung als Wirbelstromkupplung ausgebildet. Eine derartige Magnetkupplung kann besonders einfach und robust ausgebildet sein.
Die Erfindung betrifft ferner einen Zugmitteltrieb zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs mit einem mit einer Motorwelle, insbesondere Kurbelwelle, eines Kraftfahrzeugmotors verbindbaren Eingangsrollenelement, mindestens einer über ein gemeinsames Zugmittel mit dem Eingangsrollenelement gekoppelten Ausgangsrolleneinrichtung zum Antrieb des zugeordneten Nebenaggregats, insbesondere einer Kühlwasserpumpe, wobei mindestens eine Ausgangsrolleneinrichtung als Rolleneinrichtung ausgestaltet ist, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine Verwendung der oben genannten Rolleneinrichtung in einem Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs zum Zwecke der Ausleitung eines Teils eines von einem Kraftfahrzeugmotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Drehmoments an ein Nebenaggregat. Vorzugsweise sind bei dem Zugmitteltrieb mehrere Ausgangsrolleneinrichtungen vorgesehen, wobei insbesondere mehrere, vorzugsweise alle, Ausgangsrolleneinrichtungen als vorstehend beschriebene Rolleneinrichtung ausgestaltet sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Antrieb eines über eine vorstehend beschriebene Rolleneinrichtung angebundenen Nebenaggregats eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Steuerung und/oder Regelung einer Nenndrehzahl der Abtriebswelle der Rolleneinrichtung durch eine Verlagerung des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements erfolgt. Die Drehzahlregelung erfolgt nach dem Prinzip des Fliehkraftreglers. Das Verfahren kann dabei insbesondere wie vorstehend anhand der Rolleneinrichtung erläutert aus- und weitergebildet sein.
Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
1: eine schematische Schnittansicht einer Rolleneinrichtung mit einer Magnetkupplung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
2: eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten Magnetkupplung aus einer anderen Perspektive.
Die 1 zeigt eine Rolleneinrichtung 10 für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Schnittansicht. Die Rolleneinrichtung 10 weist eingangsseitig ein Rollenelement 12 zum Einleiten eines über das (nicht dargestellte) Zugmittel des Zugmitteltriebs bereitgestellten Drehmoments auf. Das Zugmittel kann beispielsweise ein Riemen, eine Kette, etc. sein. Das Rollenelement 12 ist über eine Eingangswelle 14 drehfest mit einer primärseitigen Einheit 16 einer Magnetkupplung 18 verbunden. Eine sekundärseitige Einheit 20 der Magnetkupplung 18 ist ausgangsseitig drehfest mit einer Abtriebswelle 22 der Rolleneinrichtung 10 verbunden. Die Magnetkupplung 18 ist somit eine Kupplung zur kraftschlüssigen Drehmomentübertragung zwischen dem Rollenelement 12 und der Abtriebswelle 22. Die Abtriebswelle 22 ist eine Abtriebswelle 22 zum Antrieb eines (nicht gezeigten) Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs.
In jeder der beiden Einheiten 16, 20 der Magnetkupplung 18 ist mindestens ein Magnetelement 24, 26 angeordnet. In der schematischen Darstellung der 1 sind zwei primäre Magnetelemente 24 der primären Einheit 16 und ein sekundäres Magnetelemente 26 der sekundären Einheit 20 dargestellt. Die kraftschlüssige Drehmomentübertragung erfolgt (zumindest im Normalbetrieb) über die Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente 24, 26. Die beiden Einheiten 16, 20 der Magnetkupplung 18 sind innerhalb der Rolleneinrichtung 10 gegeneinander verdrehbar gelagert und bringen die primären Magnetelemente 24 bezüglich einer Ebene 28 senkrecht zu einer gemeinsamen Achse 30 der Wellen 14, 22 in Gegenüberlage zu den sekundären Magnetelementen 26.
Während die sekundären Magnetelemente 26 innerhalb ihrer Einheit 20 starr angeordnet sind, sind die primären Magnetelemente 24 innerhalb ihrer Einheit 16 zur Veränderung der Magnetfeldüberdeckung der Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente 24, 26 innerhalb ihrer Einheit 16 durch Fliehkräfte (Pfeile 32) verlagerbar angeordnet. Genauer gesagt sind diese verlagerbaren Magnetelemente 24 innerhalb ihrer Einheit 16 radial verlagerbar angeordnet. Durch die Verlagerung der verlagerbaren Magnetfeldelemente kommt es zu einer Veränderung der Magnetfeldüberdeckung der Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente 24, 26. Dies bewirkt eine Veränderung des übertragenen Drehmoments. Durch die Verlagerung der verlagerbaren Magnetelemente (hier der primären Magnetelemente 24) wird das Verhältnis der Drehzahl ω2 der Abtriebswelle 22 und des an diese angeschlossenen Nebenaggregats zu der vom Zugmitteltrieb vorgegebenen Drehzahl ω1 des Rollenelements 12 nach dem Prinzip des Fliehkraftreglers geregelt.
In 2 ist erkennbar, dass das einzige sekundäre Magnetelement 26 als ein elektromagnetisches Magnetelement, genauer gesagt als eine einzelne ringförmige geschlossene Leiterschleife 36 ausgebildetes ist.
Der in 2 dargestellte Schaltzustand der Kupplung 18 ist EIN. Das bedeutet eine maximale Feldmitnahme (Wirbelstrom) des sekundären Magnetelements 26 der sekundären Einheit 20 durch die primären Magnetelemente 24 der primären Einheit 16.
Bei dem (nicht dargestellten) Schaltzustand AUS der Magnetkupplung 18 sind die Magnetelemente 24 über den in den 1 und 2 gezeigten Mechanismus maximal ausgelenkt und es stellt sich minimale Überdeckung zwischen den Magnetfeldern der primären und sekundären Magnetelemente 24, 26 ein.
Für alle Ausführungsvarianten gilt, dass primäre und sekundäre Einheit 16, 20 vertauscht werden können. Ebenso kann der in 2 beschriebene Verstellmechanismus invertiert werden, d. h. die linke oder rechte Extremlage kann über das Rückstellelement 34 oder die Aktoreinrichtung erreicht werden.
Das Rückstellelement 34 kann jede Art von mechanischem (Kraft-/Energie-)Speicher sein wie z. B. Feder, Schraubenfeder, Druckfeder, Zugfeder, Spiralfeder, Drehfeder, Schlingfeder, Viskofeder, Gasdruckfeder, Luftfeder, Elastomerfeder, Blattfeder, Tellerfeder, Drehstabfeder, zylindrische Schraubenfeder, kegelige Schraubendruckfeder, Wickelfeder. Ebenso kann der (Kraft-/Energie-)Speicher auch elektrisch, magnetisch, elektrostatisch, pneumatisch, hydraulisch, thermisch oder chemisch aufgebaut sein.
Bezugszeichenliste

10: Rolleneinrichtung
12: Rollenelement
14: Eingangswelle
16: primärseitige Einheit
18: Magnetkupplung
20: sekundärseitige Einheit
22: Abtriebswelle
24: primäres Magnetelement
26: sekundäres Magnetelement
28: Ebene
30: Achse
32: Doppelpfeil
34: Rückstellelement
36: Leiterschleife

Claims

Rolleneinrichtung (10) für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs, mit – einem Rollenelement (12) zum Einleiten eines über das Zugmittel des Zugmitteltriebs bereitgestellten Drehmoments, – einer Abtriebswelle (22) zum Antrieb eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs und – einer Magnetkupplung (18) zur Drehmomentübertragung zwischen dem Rollenelement (12) und der Abtriebswelle (22), wobei die Magnetkupplung (18) eine mit dem Rollenelement (12) verbundene primärseitige Einheit (16) mit mindestens einem primären Magnetelement (24) und eine mit der Abtriebswelle (22) verbundene sekundärseitige Einheit (20) mit mindestens einem sekundärseitigen Magnetelement (26) aufweist, wobei die Magnetelemente (24, 26) permanentmagnetische und/oder elektromagnetische Magnetelemente sind und die Drehmomentübertragung über die Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente (24, 26) erfolgt, wobei zumindest ein Magnetelement (24, 26) der beiden Einheiten (16, 20) zur Veränderung der Magnetfeldüberdeckung der Magnetfelder der primär- und sekundärseitigen Magnetelemente (24, 26) innerhalb seiner Einheit (16, 20) durch im Betrieb auftretende Fliehkräfte verlagerbar angeordnet ist.
Rolleneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine durch im Betrieb auftretende Fliehkräfte verlagerbar angeordnete Magnetelement (24, 26) durch die im Betrieb auf dieses Magnetelement (24, 26) selbst wirkende Fliehkraft verlagerbar ist.
Rolleneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerbarkeit des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements (24, 26) eine radiale Verlagerbarkeit ist oder zumindest eine radiale Komponente aufweist.
Rolleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine verlagerbare Magnetelement (24, 26) ein permanentmagnetisches Magnetelement ist.
Rolleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine verlagerbare Magnetelement (24, 26) ein elektromagnetisches Magnetelement ist.
Rolleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens ein der Fliehkraft entgegenwirkendes Rückstellelement (34) zur Verlagerung des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements (24, 26).
Rolleneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rückstellelement (34) als Federeinrichtung ausgebildet ist.
Rolleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkupplung (18) als Wirbelstromkupplung ausgebildet ist.
Zugmitteltrieb zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs mit einem mit einer Motorwelle, insbesondere Kurbelwelle, eines Kraftfahrzeugmotors verbindbaren Eingangsrollenelement, mindestens einer über ein gemeinsames Zugmittel mit dem Eingangsrollenelement gekoppelten Ausgangsrolleneinrichtung zum Antrieb des zugeordneten Nebenaggregats, insbesondere einer Kühlwasserpumpe, wobei die Ausgangsrolleneinrichtung oder mindestens eine der Ausgangsrolleneinrichtungen als Rolleneinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgestaltet ist.
Verfahren zum Antrieb eines über eine Rolleneinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 angebundenen Nebenaggregats eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Steuerung und/oder Regelung einer Drehzahl der Abtriebswelle (22) der Rolleneinrichtung (10) durch eine Verlagerung des welle (22) der Rolleneinrichtung (10) durch eine Verlagerung des mindestens einen verlagerbaren Magnetelements (24, 26) der Magnetkupplung (18) der Rolleneinrichtung (10) erfolgt.