Aggregat mit einem Riemenscheibenantrieb Beschreibung

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Aggregat mit einem Riemenscheibenantrieb, mit einer von einem Riemen antreibbaren Riemenscheibe, die zur Übertragung eines Drehmoments auf eine Antriebswelle des Aggregats ausgebildet ist.

Hintergrund der Erfindung

In Brennkraftmaschinen werden Riementriebsysteme eingesetzt, um unterschiedliche Aggregate oder Nebenaggregate anzutreiben. Beispiele für derartige Aggregate sind eine Wasserpumpe, ein Generator einer Hilfspumpe für die Servolenkung oder ein Klimaanlagenkompressor. Der Antrieb erfolgt über ein Zugmittel, insbesondere einen Antriebsriemen, der einerseits direkt oder indirekt mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und andererseits mit der Riemenscheibe verbunden ist.

Aus der Druckschrift US 5 076 216 ist eine Kühlmittelpumpe für ein Fahrzeug bekannt, die durch einen Riementrieb angetrieben wird. Eine direkte, permanente Kopplung weist den Nachteil auf, dass auch bei kaltem Motor bereits Kühlmittel durch Kühlwasserkanäle des Motorgehäuses gepumpt wird. Die Wasserpumpe weist daher eine Kupplung auf, um den Antrieb bei Bedarf, insbesondere beim Kaltstart, zu unterbrechen. Die Kupplung ist elektromagnetisch betätigt und kuppelt erst beim Erreichen einer bestimmten Kühlmitteltemperatur ein. Die dafür erforderlichen Aktuatoren verwenden Magneten, deren Größe und Masse unvorteilhaft ist. Aus der DE 10 2009 056 368 A1 ist ein Aggregat mit einem Riemenscheibenantrieb bekannt, das eine schaltbare Kupplung aufweist, um das Aggregat vom Antrieb zu entkoppeln, wenn es nicht benötigt wird. Diese herkömmlichen Aggregate bieten die Möglichkeit, die Welle des Aggregats mit der Drehzahl der Kurbelwelle zu rotieren oder alternativ abzukoppeln.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Aggregat mit einem Riemenscheibenantrieb anzugeben, das besser an unterschiedliche Betriebszu- stände angepasst werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Aggregat der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass es ein schaltbares Getriebe aufweist, das eine Übersetzung zwischen der Drehzahl der Riemenscheibe und der Drehzahl der Antriebswelle ermöglicht.

Durch die Erfindung wird ein Aggregat geschaffen, das besser an unterschiedli- che Betriebszustände angepasst werden kann, indem eine schaltbare Übersetzung zwischen Kurbelwellendrehzahl und der Drehzahl der Antriebswelle des Aggregats vorgesehen wird.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für Aggregate mit einem schaltbaren Riemenscheibenantrieb, mit einer von einem Riemen antreibbaren Riemenscheibe und einer Kupplung, die in einem eingekuppelten Zustand eine Antriebsverbindung zwischen der Riemenscheibe und einer Antriebswelle des Aggregats und in einem nicht eingekuppelten Zustand eine Trennung der Riemenscheibe von der Antriebswelle bewirkt. Diese Kupplung ist jedoch optional, alternativ kann das erfindungsgemäße Aggregat auch eine fest mit der Riemenscheibe verbundene Antriebswelle aufweisen. Bei einem eine Kupplung aufweisenden Aggregat ist erfindungsgemäß ein schaltbares Getriebe vorgesehen, das eine Übersetzung zwischen der Drehzahl der Riemenscheibe und der Drehzahl der Antriebswelle ermöglicht.

Im Rahmen der Erfindung wird es besonders bevorzugt, dass das schaltbare Getriebe ein Planetengetriebe ist. Ein derartiges Getriebe zeichnet sich dadurch aus, dass es bauraumneutral in eine vorhandene Riemenscheibe beziehungsweise deren Lagerung integriert werden kann. Dementsprechend kann ein herkömmliches Aggregat mit geringem Aufwand durch ein erfindungsgemäßes Aggregat ersetzt werden, um die Möglichkeit zu bieten, die Antriebswelle mit zwei unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten antreiben zu können.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Aggregats kann es vorgesehen sein, dass die Riemenscheibe eine Außenverzahnung umfasst, die mit mehreren Planetenrädern in Eingriff ist, die wiederum mit einem mit der An- triebswelle verbindbaren oder verbundenen Sonnenrad in Eingriff bringbar ist. Somit ist das Sonnenrad der Antriebswelle zugeordnet, die Außenverzahnung ist in die Riemenscheibe integriert, die Planetenräder befinden sich dazwischen und sind einerseits mit der Außenverzahnung und andererseits mit dem Sonnenrad verzahnt. Diese Ausgestaltung zeichnet sich durch einen geringen Bau- raumbedarf aus.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass das Aggregat ein Ziehkeilgetriebe umfasst, um eine Kopplung der Antriebswelle mit dem Sonnenrad oder der Riemenscheibe zu ermöglichen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Ziehkeilgetriebe einen axial verschiebbaren Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser umfasst, durch den bei entsprechender axialer Positionierung Kugeln in Ausnehmungen gedrückt werden, um eine Kopplung zwischen der Riemenscheibe und der Antriebswelle oder dem Planetengetriebe und der Antriebswelle zu erzeugen. Ein Schaltvorgang kann dabei durch eine axiale Verstellung einer Ziehkeilwelle erfolgen.

Alternativ kann das erfindungsgemäße Aggregat eine Schiebemuffe umfassen, um eine Kopplung der Antriebswelle mit dem Sonnenrad oder der Riemen- scheibe zu ermöglichen. Analog zu der Welle des Ziehkeilgetriebes ist die Schiebemuffe axial verstellbar, um einen Schaltvorgang auszuführen.

Das erfindungsgemäße Aggregat kann einen Aktuator aufweisen, um das Ziehkeilgetriebe oder die Schiebemuffe zu betätigen. Der Aktuator kann von einem Steuergerät betätigt werden.

Das erfindungsgemäße Aggregat kann besonders vorteilhaft als Wasserpumpe, Hydraulikpumpe, Kompressor oder Generator ausgebildet sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Details eines Aggregats gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Figur 2 und 3 weitere Betriebszustände des in Figur 1 gezeigten Aggregats;

Figur 4 eine axiale Ansicht des Planetengetriebes des erfindungsgemäßen Aggregats;

Figur 5 ein Detail einer geschnittenen Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Aggregats;

Figur 6 und 7 weitere Betriebszustände des in Figur 5 gezeigten Aggregats;

Figur 8 ein Detail einer Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Aggregats;

Figur 9 das in Figur 8 gezeigte Aggregat in einem weiteren Betriebszustand; und Figur 10 und 1 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aggregats. Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 zeigt ein Detail einer geschnittenen Seitenansicht eines Aggregats 1 . Das Aggregat ist ein Nebenaggregat einer Brennkraftmaschine, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Aggregat 1 als Wasserpumpe ausgebildet. Ebenso könnte das Aggregat ein Klimakompressor, ein Generator, eine Hydraulikpumpe oder dergleichen sein.

Derartige Aggregate weisen einen Riemenscheibenantrieb mit einer von einem Riemen antreibbaren Riemenscheibe 2 auf. Die Riemenscheibe 2 (Riemenrad) weist an ihrem Außenumfang eine Nut für ein als Riemen ausgebildetes Um- schlingungsmittel (nicht gezeigt) auf. Der Riemen ist mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden, so dass die Riemenscheibe 2 bei laufender Brennkraftmaschine permanent angetrieben wird, wobei die Drehzahl der Riemenscheibe der Drehzahl der Kurbelwelle entspricht.

Das in Figur 1 gezeigte Aggregat weist eine Antriebswelle 8 auf, so dass ein Drehmoment von der angetriebenen Riemenscheibe 2 auf die Antriebswelle 8 übertragen werden kann. Die Antriebswelle 8 dient zum Antrieb der Pumpenanordnung (nicht gezeigt).

Bei einem als Wasserpumpe ausgebildeten Aggregat ist es wünschenswert, das Aggregat nach Bedarf ein- oder auskoppeln zu können, da in manchen Betriebszuständen ein Antrieb der Antriebswelle 8 unerwünscht ist. Beispielsweise ist es vorteilhaft, eine Wasserpumpe beim Kaltstart auszuschalten bezie- hungsweise vom Antrieb zu entkoppeln, bis das Kühlmittel eine bestimmte Temperatur erreicht hat. Auf diese Weise wird der Aufwärmvorgang der Brennkraftmaschine beschleunigt und das Abgasverhalten verbessert. Beim Erreichen einer bestimmten Temperatur kann die Antriebswelle mit der Riemen- scheibe gekoppelt werden, so dass die Wasserpumpe Kühlmittel fördert. Aggregate wie Wasserpumpen müssen für den ungünstigsten Betriebszustand ausgelegt werden, bei dem eine hohe Förderleistung erforderlich ist. Ein Beispiel für einen derartigen Betriebszustand ist ein überladenes Fahrzeug, das bei hohen Außentemperaturen eine starke Steigung hinauffährt. Dementsprechend wird die Maximalleistung der Pumpe entsprechend hoch bemessen, um auch bei derartigen außergewöhnlichen Betriebszuständen eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten. Andererseits wird diese hohe Förderleistung beim Normalbetrieb nicht benötigt. Daher weist das in Figur 1 gezeigte Aggregat 1 ein als Planetengetriebe 4 ausgebildetes schaltbares Getriebe auf, das es ermöglicht, die Antriebswelle 8 mit zwei unterschiedlichen Drehzahlen anzutreiben.

Figur 2 ist eine Ansicht der Komponenten des Planetengetriebes 4 in Axialrich- tung. Die Riemenscheibe 2 weist eine Außenverzahnung 5 auf, die mit Planetenrädern 6 kämmt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sieben Planetenräder 6 vorgesehen, die Größe und Anzahl der Planetenräder ist jedoch unterschiedlich und richtet sich nach dem gewünschten Untersetzungsverhältnis. Die Planetenräder 6 kämmen andererseits mit einem Sonnenrad 7, das mit der Antriebswelle 8 koppelbar ist. Das Sonnenrad 7 ist hohl ausgebildet und radial auf der Antriebswelle 8 geführt.

Nachfolgend wird zusätzlich auf die Figuren 3 und 4 Bezug genommen, die weitere Betriebszustände des Aggregats 1 zeigen. Das Aggregat 1 umfasst ein Ziehkeilgetriebe mit einer Welle 3, die einen Abschnitt 9 mit einem vergrößerten Durchmesser aufweist. Die Übergänge auf beiden Seiten des Abschnitts 9 mit vergrößertem Durchmesser sind keilförmig beziehungsweise kegelförmig ausgebildet. Die Antriebswelle 8 weist Ausnehmungen 10 für Kugeln 1 1 auf, die sich an der Welle 3 abstützen. Entsprechend den Ausnehmungen 10 in der Antriebswelle 8 sind Ausnehmungen 12 am Innenumfang der Riemenscheibe 2 vorgesehen. Die Ausnehmungen 10 und die Ausnehmungen 12 befinden sich an der gleichen Axialposition. Wie in Figur 1 gezeigt ist, ist eine zweite Reihe von Kugeln 15 vorgesehen, die an dem konusförmigen Bereich der Antriebswel- le 8 anliegen. An dieser Axialposition sind Ausnehmungen 13 in der Antriebswelle 8 vorgesehen, an der Außenseite der Ausnehmung 13 befinden sich Ausnehmungen 14 im Sonnenrad 7. Figur 1 zeigt das Aggregat 1 im abgekoppelten Zustand, so dass kein Drehmoment von der Riemenscheibe 2 auf die Antriebswelle 8 übertragen werden kann.

Wenn die Riemenscheibe 2 durch einen Riemen in Drehung versetzt wird, wer- den die Planetenräder 6 durch die Außenverzahnung 5 gedreht. Das Sonnenrad 7 wird jedoch nicht durch die Planetenräder 6 in Drehung versetzt, da die Kugeln 15 sich nicht in der Ausnehmung 14 des Sonnenrads 7 befinden. Ebenso wenig befinden sich die Kugeln 1 1 in der Ausnehmung 12 der Riemenscheibe 2, so dass keine Kopplung der Riemenscheibe 2 mit der Antriebswelle 8 besteht. In dem in Figur 1 gezeigten Zustand steht die Antriebswelle 8 still.

Figur 3 zeigt einen Betriebszustand, bei dem die Welle 3 des Ziehkeilgetriebes axial verschoben wurde, ausgehend von der in Figur 1 gezeigten Ansicht nach links. Dadurch wurden die Kugeln 15 durch den Abschnitt 9 mit vergrößertem Durchmesser der Welle 3 jeweils in eine Ausnehmung 14 bewegt, so dass sie einerseits das Sonnenrad 7 und andererseits die Antriebswelle 8 berühren. Auf diese Weise ist das Sonnenrad 7 mit der Antriebswelle 8 gekoppelt. In diesem Zustand wirkt die Untersetzung, das heißt die Antriebswelle 8 dreht sich mit einer verringerten Drehzahl im Vergleich zur Riemenscheibe 2. Die Drehzahlun- tersetzung zwischen Antriebswelle 8 und Planetenrad 6 entspricht dem Verhältnis der Teilkreisdurchmesser von Sonnenrad 7 und der Außenverzahnung 5. Die Kugeln 1 1 befinden sich nicht innerhalb der Ausnehmung 12, dementsprechend ist die Riemenscheibe 2 nicht mit der Antriebswelle 8 gekoppelt. Der in Figur 3 gezeigt Zustand entspricht dem Normalbetrieb des Aggregats 1 .

Wenn ein extremer Lastzustand erreicht wird, für den die in Figur 3 gezeigte Drehzahluntersetzung nicht ausreicht, kann die Kopplung zwischen Antriebswelle 8 und Sonnenrad 7 aufgehoben werden und eine direkte Kopplung zwi- sehen Antriebswelle 8 und Riemenscheibe 2 hergestellt werden. Dazu wird die Welle 3 aus der in Figur 3 gezeigten Position axial in die in Figur 4 gezeigte Position verschoben, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach links. In Figur 4 erkennt man, dass die Kugeln 15 aus den Ausnehmungen 14 nach in- nen verschoben wurden, da sie von dem Abschnitt 9 mit vergrößertem Durchmesser der Welle 3 nicht mehr nach außen gedrückt werden. Dieser Abschnitt 9 drückt nun jedoch die Kugeln 1 1 nach außen, so dass diese sich teilweise in den Ausnehmungen 12 der Riemenscheibe 2 und teilweise in den Ausnehmungen 10 der Antriebswelle 8 befinden. Auf diese Weise wird die Antriebswelle 8 direkt mit der Riemenscheibe 2 gekoppelt. Wenn die Riemenscheibe 2 durch einen Riemen gedreht wird, wird die Welle 3 folglich mit derselben Drehzahl gedreht. Durch die im Vergleich zu dem in Figur 3 gezeigten Zustand erhöhte Drehzahl wird die Förderleistung der Wasserpumpe erhöht, so dass der erforderliche erhöhte Kühlungsbedarf gedeckt werden kann.

Die Figuren 5 bis 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Aggregats. Komponenten, die mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels übereinstimmen, werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst das Aggregat 16 eine Riemenscheibe 17 mit einem Planetengetriebe 18 sowie zusätzlich eine Schiebemuffe 19, die auf einer Antriebswelle 20 axial beweglich jedoch drehfest angeordnet ist. Figur 5 zeigt das Aggregat 16 im abgekoppelten Zustand. Wenn die Riemenscheibe 17 gedreht wird, steht die Antriebswelle 20 still, da sie nicht mit der Riemenscheibe 17 gekoppelt ist. Das Aggregat 16 wird in diesem Zustand betrieben, wenn die Antriebswelle 20 nicht angetrieben werden soll. Ein Beispiel für diesen Zustand ist der Kaltstart einer Brennkraftmaschine. Während der Aufwärmphase ist es günstig, die Wasserpumpe abzukoppeln.

Figur 6 zeigt einen Zustand, in dem die Schiebemuffe 19 axial auf der Antriebswelle 20 verschoben wurde, in der in Figur 6 gezeigten Ansicht nach links. Die Schiebemuffe 19 umfasst einen erhöhten Abschnitt 21 , der in eine entsprechende Öffnung des Sonnenrads 7 eingreift, so dass die Schiebemuffe 19 und das Sonnenrad 7 formschlüssig miteinander verbunden sind. Bei einer Drehung der Riemenscheibe 17 dreht diese über ihre Außenverzahnung 5 die Planeten- räder 6, die wiederum mit dem Außenumfang des Sonnenrads 7 in Eingriff stehen. Dadurch wird auch die Schiebemuffe 19 in Drehung versetzt, die wiederum drehfest mit der Antriebswelle 20 verbunden ist. Die Schiebemuffe 19 und die Antriebswelle 20 sind über eine Zahnwellengeometrie oder eine Keilverzahnung formschlüssig miteinander verbunden. Dementsprechend wird die Antriebswelle 20 in Drehung versetzt, wobei durch das Planetengetriebe 18 eine Untersetzung der Drehzahl bewirkt wird.

Figur 7 zeigt einen Betriebszustand, in dem die Schiebemuffe 19 weiter axial zur Riemenscheibe 17 verschoben wurde, bis der erhöhte Abschnitt 21 nicht mehr in Eingriff mit dem Sonnenrad 7 ist. Der erhöhte Abschnitt 21 ist in eine entsprechende Ausnehmung 22 eingerückt, so dass die Riemenscheibe 17 und die Antriebswelle 20 durch die Schiebemuffe 19 drehfest miteinander verbunden sind. Dementsprechend wird die Antriebswelle 20 mit derselben Drehzahl wie die Riemenscheibe 17 gedreht.

Die Figuren 8 und 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Aggregats 23, das im Wesentlichen mit dem in den Figuren 5 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiel übereinstimmt. Übereinstimmende Bauteile und Funktionen werden daher an dieser Stelle nicht nochmals im Einzelnen erläutert. Eine Riemen- Scheibe 24 weist ein Planetengetriebe 18 auf, das mittels einer Schiebemuffe 19 mit einer Antriebswelle 25 ge- oder entkoppelt werden kann. In der in Figur 8 gezeigten Konfiguration ist die Riemenscheibe 24 von der Antriebswelle 25 entkoppelt, die Antriebswelle 25 rotiert nicht. In der in Figur 9 gezeigten Konfiguration wird die Antriebswelle 25 durch die Riemenscheibe 24 über Planetengetrie- be 18 untersetzt in Drehung versetzt. Das in den Figuren 8 und 9 gezeigte Aggregat 23 kann somit als vereinfachte Ausführung des Aggregats 16 angesehen werden, wobei eine direkte Kopplung (wie in Figur 7 gezeigt ist) nicht möglich ist. Die Figuren 10 und 1 1 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Aggregats. Das Aggregat 26 umfasst die Riemenscheibe 17, das Planetengetriebe 18, die Welle 25, auf der die Schiebemuffe 19 drehfest jedoch axial verschieb- bar gelagert ist.

In dem in Figur 10 gezeigten Zustand ist die Riemenscheibe 17 über das Planetengetriebe 18 mit der Schiebemuffe 19 verbunden, so dass die Antriebswelle 25 bei einer Drehung der Riemenscheibe 17 gedreht wird, wobei die Drehzahl der Riemenscheibe 17 untersetzt wird.

In Figur 1 1 ist ein ähnlicher Zustand wie in Figur 7 gezeigt, wobei die Schiebemuffe 19 in die Ausnehmung 22 der Riemenscheibe 17 eingerückt, so dass die Riemenscheibe 17 und die Antriebswelle 25 drehfest miteinander verbunden sind. Durch diese starre Kopplung wird die Antriebswelle 25 mit derselben Drehzahl wie die Riemenscheibe 17 gedreht.

Die Betätigung der Welle 3 des Ziehkeilgetriebes beziehungsweise der Schiebemuffe 19 erfolgt mittels eines Aktuators.

Bezugszahlenliste

1 Aggregat

2 Riemenscheibe

3 Welle

4 Planetengetriebe

5 Außenverzahnung

6 Planetenrad

7 Sonnenrad

8 Antriebswelle

9 Abschnitt

10 Ausnehmung

1 1 Kugel

12 Ausnehmung

13 Ausnehmung

14 Ausnehmung

15 Kugel

16 Aggregat

17 Riemenscheibe

18 Planetengetriebe

19 Schiebemuffe

20 Antriebswelle

21 Abschnitt

22 Ausnehmung

23 Aggregat

24 Riemenscheibe

25 Antriebswelle

26 Aggregat