Verfahren zum Betrieb einer Kupplungsanordnung

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

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

In modernen Kraftfahrzeugen mit konventionellem Verbrennungsmotor werden die Nebenaggregate wie z.B. Generator, Klimaanlage, Wasserpumpe usw. üblicherweise über einen Riementrieb angetrieben, der durch eine Kurbelwelle direkt mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist. Die direkte Kopplung des Riemenbetriebs an den Verbrennungsmotor bedingt grundsätzlich einen Kom- promiss 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 10 201 1 010 284 A1 , DE 10 2009 014 027 A1 oder DE 100 07 356 A1 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 Nebenaggregate 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 es daher, einen bedarfsgerechten direkten Antrieb der Nebenaggregate zu ermöglichen und dafür den Aggregatetrieb von der Kurbelwelle trennbar auszugestalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe wird durch eine Kupplungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 7 gelöst.

Vorgeschlagen wird eine Kupplungsanordnung für einen Nebenaggregatetrieb, bei der der Nebenaggregatetrieb von der Kurbelwelle abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs gezielt vom Verbrennungsmotor abkoppelbar ist.

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 Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors antreibbar 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 werden. Auf diese Weise wird ein besonders effektiver Betrieb des Nebenaggregatetriebs ermöglicht. Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung soll insbesondere folgende Be- triebszustände ermöglichen: In einem ersten Betriebszustand ist der Nebenaggregatetrieb in einen mit der Kurbelwelle gekoppelten Zustand haltbar. Im ersten Betriebszustand ist der Nebenaggregatetrieb allein durch die Kurbelwelle antreibbar. In einem zweiten Betriebszustand ist der Nebenaggregatetrieb in einen von der Kurbelwelle entkoppelten Zustand haltbar. Dies ist wünschenswert bei Motorstillstand - beispielsweise für eine Standklimatisierung. Dabei ist der Nebenaggregatetrieb beispielsweise durch einen gesonderten Antrieb beispielsweise durch einen Starter-Generator möglich.

Außerdem ist es möglich, bei einem sogenannten Segelbetrieb des Fahrzeugs, bei dem der Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang abgekoppelt und/oder abgeschaltet ist, den Nebenaggregatetrieb von der Kurbelwelle abzukoppeln und gesondert anzutreiben.

Ergänzend kann in einem dritten Betriebszustand der Nebenaggregatetrieb mit der Kurbelwelle in einem schlupfend-reibschlüssig verbundenen Zustand haltbar sein. Dadurch ist es möglich, die Massenträgheit der Nebenaggregate zum Bremsen des Verbrennungsmotors zu nutzen, so dass beim Abstellen des Mo- tors 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. Hierbei kann der Nebenaggregatetrieb durch den Starter-Generator angetrieben werden.

Die Erfindung bewirkt durch den optimierten Riementrieb einerseits eine Re- duzierung 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 Antrieb des Klimakompressors über den Startergenerator ermöglicht wird. Weitere Betriebmodi, wie Schleppstart, aktives Boosten, passives Boosten und

Rekuperieren werden ebenfalls möglich.

Vorteilhaft ist außerdem die optimale Bauraumausnutzung

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:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Riementriebs für Nebenaggregate,

Figur 2 eine Schnittdarstellung einer Riemenscheibe mit Brems- und

Lagersegmenten,

Figur 3 Anordnung der Bremssegmente an der Kurbelwellenriemenscheibe,

Figur 4 Anordnung der Lagersegmente an der Kurbelwellenriemenscheibe.

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 12, die über den Keilriemen 1 1 Klimakompressor, Generator oder auch weitere Nebenaggregate antreibt.

Figur 2 zeigt eine schematische Anordnung einer Riemenscheibe 12 wie sie mit der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung 30 mit der Kurbelwelle 20 eines Verbrennungsmotors kuppelbar und entkuppelbar ausgestaltet werden soll. Die Riemenscheibe ist innerhalb einer Lagerung 38 gelagert und umfasst in einem zumindest teilweise innerhalb des Riemenscheibenquerschnitts befindlichen Bereich eine Anzahl von Lagersegmenten 32. Die Lagersegmente 32 sind um die Kurbelwelle 20 umlaufend mit dieser verbunden und bilden auf einer Kreislinie beabstandet angeordnete Lagerabschnitte. Zwischen diesen Lagerabschnitten und der Lagerung 38 ist die Riemenscheibe gelagert. Die Kreislinie entspricht also einer im Querschnitt der Riemenscheibe angeordneten Innenumfang.

Weiter erkennbar sind Kupplungssegmente 31 , die sich ebenso wie die Lager- segmente 32 zumindest teilweise innerhalb des Riemenscheibenquerschnitts befinden und um die Kurbelwelle 20 umlaufend mit dieser verbunden sind. Anders als die Lagersegmente 32, die permanent in gleitender Verbindung mit der Riemenscheibe 12 stehen, sind diese Bremssegmente 31 mit dem Innenumfang der Riemenscheibe form- und/oder kraftschlüssig verbindbar. Diese lösba- re Verbindung erfolgt über den vorzugsweise mindestens einen Aktuator 36, der jedem Kupplungssegment 31 zugeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist eine wechselweise Anordnung der Segmente vorgesehen. Dargestellt ist eine dreifach paarweise Segmentierung mit insgesamt drei Lagersegmenten 32 und drei Kupplungssegmenten 31 . Dabei ist es vorteilhaft, die Kupplungssegmente größer als die Lagersegmente auszubilden, so dass in der Darstellung in Figur 2 beispielsweise je ein Kupplungssegment von 70° und ein Lagersegment von 50° einen 120°-Abschnitt ergeben, wobei es folglich drei derart ausgebildete 120°-Abschnitte gibt. In dieser Ausführungsform stehen somit 210° des Umfangs für Kupplungsübertragung zur Verfügung und 150° für reine Lagerung.

Ebenso von der Erfindung umfasst ist jedoch jede weitere Anzahl von Segmenten.

Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kupplungssegment 31 in einer Ebene entlang der Längsachse der Kurbelwelle 20. Auf der Kurbelwelle 20 befindet sich eine Kupplungshebellagerung 34, auf der vorzugsweise zwei Kupplungs- hebel 33 gelagert sind. Ein Kupplungshebel 33 umfasst dabei einen Arm, der mit der Riemenscheibe 12 in Verbindung gebracht werden kann, und einen Arm, dessen Hebelwirkung über einen Aktuator 36 genutzt wird. Dem Aktuator wirkt eine Feder 37 entgegen.

Nicht in der Figur dargestellt, jedoch ebenfalls vom Erfindungsgedanken umfasst ist ein zentral wirkender Kupplungsaktuator.

Einsetzbar sind beispielsweise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch aktu- ierbare Systeme, um die Riemenscheibe 12 momentenfrei zu schalten und somit den Riementrieb von der Kurbelwelle 20 zu trennen.

Durch Ansteuern des Aktuators können die Kupplungssegmente 31 von der Riemenscheibe 12 gelöst werden, so dass die Kurbelwelle 20 frei unter der Riemenscheibe 12 umlaufen kann. Das Hebelwerk sowohl mit einem Druckak- tuator als auch mit einem Zugaktuator ausgestaltet werden.

Durch Aktuieren der Vorrichtung wird keine Axialkraft auf das Kurbelwelleneingangslager übertragen. Der Aktuator 36 ist vorzugsweise selbstzentrierend, drehfest und nach außen kraftneutral ausgeführt.

Die Arme, die mit der Riemenscheibe 12 in Verbindung gebracht werden sollen, weisen jeweils einen Kupplungsbelag 35 auf. Dieser kann entweder ver- schleissfrei als eine Stahl-Stahl-Ausführung oder auch als jede andere denkba- re Reibpaarung ausgeführt sein. Dafür können die Beläge einen Verschleißausgleich aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Anordnung in einer abgedichteten Variante ausgeführt, um negative Auswirkungen durch Spritzwasser, Steinschlage oder starke Verschmutzung zu vermeiden.

Weiterhin bevorzugt kann die erfindungsgemäße Anordnung auswuchtbar ausgeführt werden. Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Lagersegment 32 in einer Ebene entlang der Längsachse der Kurbelwelle 20. Auf der Kurbelwelle 20 befindet sich das Lagersegement. Auf dem Lagersegement gelagert angeordnet ist die Riemen- scheibe 12.

Bezugszeichenliste

10 Nebenaggregatetrieb

1 1 Keilriemen

12 Riemenscheibe der Kurbelwelle

13 Riemenscheibe des Generators

14 Riemenscheibe des Klimakompressors 20 Kurbelwelle

30 Kupplungsanordnung

31 Kupplungssegment

32 Lagersegment

33 Kupplungshebel

34 Kupplungshebellagerung

35 Kupplungsbelag

36 Aktuator

37 Feder

38 Lagerung