Reibradantrieb

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Reibradantrieb zum reibschlüssigen Antrieb von Aggregaten eines Verbrennungsmotors. Dazu ist der Reibradantrieb mit einem verstellbaren Reibrad versehen, das an zumindest einer Kontaktscheibe eines Antriebs- und eines Abtriebsorgans kraftschlüssig anpressbar ist.

Alternativ bietet sich ein Reibradantrieb mit einem verstellbaren Reibrad an, das an die Kontaktscheibe eines Antriebsorgans angepresst werden kann und das einen Eigenantrieb aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Aus der DE 196 35 808 A1 ist ein Reibradantrieb der zuvor genannten Bauart bekannt. Diese Offenlegungsschrift bezieht sich auf einen Reibradantrieb, der für ein Fahrzeug ausgebildet ist. Er dient dazu, den konventionellen Antrieb des Fahrzeugs bei Bedarf durch einen zusätzlichen Antrieb der normalerweise nicht angetriebenen Fahrzeugräder zu unterstützen.

Der Reibradantrieb umfasst einen Elektromotor, der über ein Getriebe ein Reibrad antreibt, das bedarfsabhängig in Richtung einer Radfelge verstellbar ist. Die über dem Reibradantrieb elektrisch angetriebenen Räder unterstützen die konventionell angetriebenen Räder bei mangelnder Haftreibung, die bei- spielsweise bei Glatteis auftreten kann oder bei mangelnder Leistung des kon¬ ventionellen Antriebs z. B. an zu großen Steigungen.

Nachteilig an dem oben beschriebenen Reibradantrieb ist, dass aufgrund von dessen eigenständigem Antrieb eine große Anzahl zusätzlicher Bauteile erfor¬ derlich ist, die die Störanfälligkeit sowie den nötigen Bauraum und das Gewicht der Anlage erhöhen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reibradantrieb zu realisieren, der einen geringen axialen Bauraum und einen bedarfsabhängigen, zuverläs¬ sigen Antrieb eines Nebenaggregats des Verbrennungsmotors ermöglicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Er¬ findung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 6 und 8 bis 12.

Die Erfindung gemäß Anspruch 1 sieht vor, dass das Reibrad zumindest bei laufendem Verbrennungsmotor in andauernder reibschlüssiger Verbindung mit den Kontaktscheiben eines zugehörigen Antriebs- und Abtriebsorgans steht, womit der Betrieb eines Nebenaggregats während der Betriebsdauer des Verbrennungsmotors gewährleistet ist.

Zur bedarfsabhängigen Trennung von Abtriebs- und Antriebsorgan des Ne¬ benaggregats dient die schaltbare Kupplung. Handelt es sich bei dem Neben¬ aggregat um eine Kühlmittelpumpe, so kann diese beispielsweise in der Start- phase des Verbrennungsmotors abgeschaltet werden und so dessen schnelle¬ res Erwärmen bewirken. Das schnellere Erreichen der Betriebstemperatur be- einflusst entscheidend den Verschleiß und die Schadstoffemission des Verbrennungsmotors. Zugleich reduziert sich die zum Start des Verbren- nungsmotors erforderliche Antriebsleistung um den Betrag der Antriebsleistung der Kühl mittel pumpe. Dadurch sinkt in dieser Phase des Verbrennungsmotors dessen Kraftstoffverbrauch.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung nach Patentanspruch 1 sieht vor, dass die schaltbare Kupplung als Reibscheibenkupplung ausgebildet ist. Eine Reibscheibenkupplung zeichnet sich durch einfachen Aufbau, zuverlässige Funktion und ölfreien Betrieb aus. Sie ist deshalb ein kostengünstiges Bauteil das sich für einen ungekapselten Reibradantrieb eignet.

Außerdem hat die Reibscheibenkupplung den Vorzug, in den Bauraum der Kontaktscheibe des Nebenaggregats integrierbar zu sein, so dass kein zusätz¬ licher Raumbedarf entsteht.

Von Vorteil ist ein Stellglied, das zur Beaufschlagung des Reibrads mit derjeni¬ gen Anpresskraft dient, die zur reibschlüssigen Übertragung der jeweils benö¬ tigten Leistung vom Abtriebs- zum Antriebsorgan erforderlich ist. Die dadurch erreichbare, jeweils kleinstmögliche Anpresskraft senkt bei einem Reibrad, das einen reibwertsteigemden Gummibelag aufweist, dessen Verschleiß und des- sen Walkarbeit.

Als Maß für die erforderliche Anpresskraft dient ein festgesetztes Maß des Schlupfs zwischen dem Abtriebs- und dem Antriebsorgan, der z. B. durch Drehzahlvergleich zwischen Abtriebs- und Antriebsorgan bestimmbar ist.

Die Anpresskraft des Reibrads kann auf verschiedene Weise erzeugt werden. Mechanische Mittel z. B. in Gestalt einer Druck- oder Zugfeder zeichnen sich durch geringen Bauaufwand und große Zuverlässigkeit aus, eignen sich aber weniger für eine genaue und rasche Einstellung der Anpresskraft.

Dieser Nachteil wird bei hydraulischen und pneumatischen Systemen vermie¬ den. Deren Anwendung bietet sich an, wenn eine im Fahrzeug vorhandene Bordhydraulik oder Bordpneumatik benutzt werden kann, um mittels einer ent- sprechenden Steuerung eine bedarfsabhängige Beaufschlagung des Reibrads zu erreichen. Die Bordpneumatik kann mittels Luftüberdruck oder Luftunter¬ druck arbeiten. Für die Unterdrucksteuerung eignet sich eine Unterdruckdose, deren Membran, die mit einer Unterdruckquelle des Verbrennungsmotors verbunden ist, eine exakte Verstellung des Stellglieds sicherstellt.

Eine weitere Möglichkeit zur Verstellung des Stellglieds bietet ein Elektromag¬ net, der beispielsweise zeitversetzt nach dem Start des Verbrennungsmotors bestromt werden kann, um den Reibradantrieb zu aktivieren.

Ein Elektromotor bietet sich in besonderer Weise zum Verstellen des Stell¬ glieds an. Hierbei kommt auch eine Kombination des Elektromotors mit einer Gewindespindel in Gestalt eines Kugelgewindetriebs oder eines Rollengewin¬ detriebs zum Einsatz. Der Elektromotor gestattet in besonders einfacher Weise die Regelung durch einen elektronischen Regler, der unter Berücksichtigung des Schlupfs zwischen dem Abtriebs- und Antriebsorgan geregelt wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch von dem unabhängigen Patentanspruch 7 gelöst. Dieser beschreibt einen bedarfsabhängigen Reibradantrieb, der zu- sammen mit einem Zugmittelantrieb einen Antrieb für Nebenaggregate eines Verbrennungsmotors bildet. Da das Reibrad, der Zugmitteltrieb und deren ge¬ meinsames Abtriebsorgan in einer Ebene angeordnet sind und gleiche Breite aufweisen, beschränkt sich deren axialer Raumbedarf auf deren Breite. Vor¬ aussetzung für die platzsparende Anordnung von Reibrad, Zugmitteltrieb und Abtriebsorgan in einer Ebene ist der Antrieb des Reibrads mittelbar über das Zugmittel und nicht unmittelbar über eine entsprechend breite Kontaktscheibe der Kurbelwelle, auf der das Zugmittel und das Reibrad nebeneinander ange¬ ordnet sein müssten.

Da das Reibrad über das Zugmittel in mittelbarem Kontakt mit der Kontakt¬ scheibe der Kurbelwelle steht, wird die Anpresskraft des Zugmittels auf die Kontaktscheibe der Kurbelwelle um die Anpresskraft des Reibrads erhöht und dadurch der Schlupf des Zugmittels auf der Kontaktscheibe verringert. Der bedarfsabhängige Reibradantrieb der Kühlmittelpumpe ermöglicht deren Stillstand, der in der Startphase des Verbrennungsmotors zum raschen Erwär¬ men des selben führt. Im Gegensatz zur Kühlmittelpumpe ist es sinnvoll, dass der Generator im gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors Leistung aufnimmt.

Wenn die Lenkhilfepumpe elektrisch angetrieben ist, reicht zum alleinigen An¬ trieb des Generators ein Elastriemen. Dieser ist kostengünstig, da er keine Spannvorrichtung benötigt. Varianten mit Klimakompressor und/oder Starter¬ generator erfordern einen konventionellen Riementrieb mit bekannten Spann¬ systemen.

Es ist von Vorteil, wenn das Reibrad in Druckkontakt sowohl mit der Kontakt- scheibe der Kühlmittelpumpe als auch mit dem Leertrum eines Normalriemens steht, der beispielsweise dem Antrieb zumindest eines Generators und eines Klimakompressors dient. In diesem Fall ersetzt das Reibrad einen Riemen¬ spanner für den Zugmitteltrieb und dient als Schwingungsdämpfer des selben.

Um die erforderliche Anpresskraft des Reibrads an der Kontaktscheibe der Kühlmittelpumpe und an dem Leertrum des Normalriemens zu erzielen, muss dessen Spannbewegung gegen die Bewegungsrichtung des Leertrums gerich¬ tet sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sche¬ matisch dargestellt ist. Dabei zeigen:

Figur 1 einen erfindungsgemäßen Reibradantrieb mit einem Reib¬ rad in Verbindung mit einem Zugmitteltrieb eines Verbren- nungsmotors, wobei das Leertrum des Zugmitteltriebs eine Umlenkrolle aufweist;

Figur 2 den erfindungsgemäßen Reibradantrieb in Verbindung mit einem Zugmitteltrieb eines Verbrennungsmotors ähnlich Figur 1 , wobei das Reibrad zugleich Spannmittel für das Zugmittel ist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In Figur 1 ist ein bedarfsabhängiger Reibradantrieb 1 in Kombination mit einem Zugmitteltrieb 2 dargestellt, die dem Antrieb diverser Nebenaggregate eines Verbrennungsmotors dienen.

Der Reibradantrieb 1 besitzt ein Reibrad 3 mit einem die Haftreibung fördern¬ dem Reibbelag 17. Das Reibrad 3 steht während der Betriebsdauer des Motors in reibschlüssigem Druckkontakt mit einer Kontaktscheibe 4 eines Antriebsor¬ gans 5 einer Kühlmittelpumpe des Verbrennungsmotors und mit einer Kontakt¬ scheibe 6 eines Abtriebsorgans 7 der Kurbelwelle. Der Anpressdruck des Reib- rads 3 geht von einem Stellglied 8 aus. Dieses ist als elektrisch betriebener Gewindetrieb ausgebildet, der eine Gewindespindel 12 besitzt, die von einem Elektromotor 13 stufenlos verstellbar ist. Am freien Ende der Gewindespindel 12 befindet sich ein Reibradlager 14 für die Lagerung des Reibrads 3 und für die Übertragung der Anpresskraft auf das selbe.

Am freien Ende des Stellglieds 8 ist ein gehäusefestes Stützlager 15 zur Ab¬ stützung der Anpresskraft vorgesehen.

Der Elektromotor 13 steht in leitender Verbindung mit einem Regler 16. Dieser wertet mit Hilfe nicht dargestellter Sensoren die Umfangsgeschwindigkeit der Kontaktscheiben 4 und 6 aus und berechnet daraus den Schlupf zwischen dem Abtriebsorgan 7 und dem Antriebsorgan 5. Der Regler 16 regelt die erforderli¬ che Mindestanpresskraft des Stellglieds 8 in Abhängigkeit von der zu übertra- genden Leistung derartig, dass ein bestimmter Mindestschlupf während des gesamten Betriebs des Verbrennungsmotors eingehalten wird. Das Einhalten dieser Mindestanpresskraft für die jeweils zu übertragende Leistung bietet den Vorteil, dass der Verschleiß und die Walkarbeit des Reibbelags 17 minimiert werden.

Die Bedarfsabhängigkeit des Reibradantriebs wird durch eine Reibscheiben¬ kupplung 18 erreicht, die in der Kontaktscheibe 4 der Kühlmittelpumpe integ¬ riert ist. Die Reibscheibenkupplung 18 wird beim Start des Verbrennungsmo- tors automatisch ausgerückt und beim Erreichen einer bestimmten Kühlmittel und/oder Schmieröltemperatur wieder automatisch eingerückt. Dadurch wird ein rasches Warmlaufen des Verbrennungsmotors bei gleichzeitig verringerter Verlustleistung erreicht.

Der Zugmitteltrieb 2 dient dem Antrieb weiterer Nebenaggregate des Verbren¬ nungsmotors, wie beispielsweise eines Generators 9 und eines Klimakompres¬ sors 20. Dazu verbindet ein Zugmittel 10 alle zugehörigen Kontaktscheiben bzw. Riemenscheiben mit der Kontaktscheibe 6, die verdrehfest mit der Kur¬ belwelle verbunden ist und zugleich das Abtriebsorgan 7 bildet. Außerdem weist der Zugmitteltrieb 2 eine Umlenkrolle 11 auf.

Die von dem Zugmittel 10 umschlossene, als Riemenscheibe ausgebildete Kontaktscheibe 6 wird von dem Reibrad 3 über das Zugmittel 10 nur mittelbar berührt, während die Kontaktscheibe 4 des Antriebsorgans 5 der Kühlmittel- pumpe in unmittelbarem Kontakt mit dem Reibrad 3 bzw. dessen Reibbelag 17 steht.

In Figur 2 ist eine Variante des kombinierten Reibrad/Zugmitteltriebs von Figur 1 dargestellt. Das Reibrad 3 steht auch in diesem Fall in unmittelbarem reib- schlüssigen Druckkontakt mit der Kontaktscheibe 4 der Kühlflüssigkeitspumpe, wobei in die Kontaktscheibe 4 die Reibscheibenkupplung 18 integriert ist. An die Stelle des in Figur 1 dargestellten mittelbaren, reibschlüssigen Druck¬ kontakts der Reibrolle 3 über das Zugmittel 10 zur Kontaktscheibe 6 der Kur¬ belwelle tritt jedoch ein ausschließlicher, unmittelbarer Kontakt zu dem Leertrum 19 des Zugmittels 10. Auf diese Weise erhält das Reibrad 3 die Funk- tion einer Spannrolle für das Zugmittel 10. Diese Funktion wird dadurch reali¬ siert, dass die Anpressbewegung des Reibrads 3 der Bewegungsrichtung des Leertrums 19 entgegengerichtet ist. Dadurch stützt sich das Reibrad 3 zugleich auf die Kontaktscheibe 4 der Kühlmittelpumpe und auf das Leertrum 19 des als Normalriemen zum Antrieb des Generators 9 und des Klimakompressors 20 ausgebildeten Zugmittels 10 und spannt das selbe. Dadurch erübrigt sich ein separates Spannelement. Bezugszeichen

1 Reibradantrieb 2 Zugmitteltrieb 3 Reibrad 4 Kontaktscheibe (Antriebsorgan) 5 Antriebsorgan 6 Kontaktscheibe (Abtriebsorgan) 7 Abtriebsorgan 8 Stellglied 9 Generator 10 Zugmittel 11 Umlenkrolle 12 Gewindespindel 13 Elektromotor 14 Reibradlager 15 Stützlager 16 Regler 17 Reibbelag 18 Reibscheibenkupplung 19 Leertrum 20 Klimakompressor