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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verwendung im Antrieb einer
Lichtmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Stand der Technik
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Aus
der
WO 2005/057037
A1 und der
WO 2007/121582
A1 sind Vorrichtungen zur Verwendung im Antrieb einer Lichtmaschine
eines Kraftfahrzeugs bekannt, die schraubenförmige Federn aufweisen.
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Die
Drehbewegung der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine wird über eine
erste Riemenscheibe mittels eines Riemens auf mindestens eine zweite
Riemenscheibe übertragen.
Die zweite Riemenscheibe ist mit der Antriebswelle eines Nebenaggregates
verbunden, um dieses anzutreiben.
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Hierbei
ist zu beobachten, dass die Drehbewegungen der Kurbelwellen von
Verbrennungskraftmaschinen, die nach dem Otto- oder Diesel-Verfahren
arbeiten, aufgrund deren diskontinuierlicher Arbeitsweise ungleichförmig sind.
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Bei
dieser ungleichförmigen
Bewegung wird der Riemen nicht nur durch das zu übertragende statische Drehmoment,
sondern auch durch starke dynamische Belastungen beansprucht. Die
aus den Belastungen resultierenden Kräfte können nur unter Schlupf übertragen
werden. Der Schlupf führt
zu einem erhöhten
Verschleiß des
Riemens.
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Um
diesen dynamischen Prozessen zu begegnen, ist es aus dem Stand der
Technik bekannt, Drehdämpfungen
der unterschiedlichsten Art anzuwenden. Hierbei finden beispielsweise
Elastomere Anwendung, um eine torsionsfedernde, isolierende Verbindung
zwischen Riemenscheibe und Nabe herzustellen. Diese bekannten Vorrichtungen
werden auch entkoppelnde Riemenscheiben genannt.
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Solche
Vorrichtungen müssen
bei der Verwendung im Antrieb von Lichtmaschinen einen kompakten
Aufbau zeigen. Vor diesem Hintergrund gibt die Riemenscheibe der
Lichtmaschine den Durchmesser und die Länge der Vorrichtung vor. Folglich ist
auch der Bauraum festgelegt, den z. B. eine Elastomerdrehfeder ausfüllen kann.
Die Federsteifigkeit einer Elastomerdrehfeder ist in diesem Bauraum meist
nicht klein genug einstellbar, um eine ausreichende Isolation oder
Entkopplung zu bewirken. Des Weiteren kann die Elastomerdrehfeder
bei diesen Abmessungen in der Regel nicht derart dimensioniert werden,
dass sie dauerhaft haltbar ist.
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Darstellung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
Drehdämpfung
zu schaffen, welche bei kompakter Bauweise eine bedarfsgerechte
niedrige Drehfederrate hat und dauerhaft haltbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die
voranstehende Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Danach ist das erste Ende der schraubenförmigen Feder in einer ersten Verbindungsscheibe
und das zweite Ende der schraubenförmigen Feder in einer zweiten
Verbindungsscheibe aufgenommen, wobei jede Verbindungsscheibe mindestens
zwei Nocken aufweist.
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Erfindungsgemäß ist erkannt
worden, dass eine schraubenförmige
Feder in einem radial engen Ringraum untergebracht werden kann.
Insoweit zeigt die Vorrichtung eine große Kompaktheit. Des Weiteren
ist erkannt worden, dass eine schraubenförmige, auf Biegung belastete
Feder aus Metall in diesem Ringraum mit hoher Drehweichheit ausgeführt werden
kann. Eine solche Feder kann die mittleren statischen Drehmomente
zuverlässig übertragen.
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Dies
erlaubt es, die Vorrichtung auch für solche Anwendungen einzusetzen,
in denen eine hohe Leistungsdichte erforderlich ist. Unter hoher
Leistungsdichte ist in diesem Fall das auf den Bauraum bezogene
zu übertragende
Drehmoment zu verstehen, welches bei vorgegebener Drehfederrate
möglichst
hoch sein soll. Das erste Ende der schraubenförmigen Feder ist in einer ersten
Verbindungsscheibe und das zweite Ende in einer zweiten Verbindungsscheibe
aufgenommen, wobei jede Verbindungsscheibe mindestens paarweise
Nocken zur Radialführung
der Enden aufweist. Diese Ausgestaltung erlaubt, die Durchmesseränderung
bzw. das Zuziehen der schraubenförmigen
Feder bei Drehmomentbelastung zu führen. Dabei werden die Enden der
schraubenförmigen
Feder radial bewegt. Das radiale Bewegen der Enden der schraubenförmigen Feder
geht mit einer Parallelführung
der Verbindungsscheiben einher und ist für eine gleichförmige Belastung
der schraubenförmigen
Feder erforderlich. Die Verbindungsscheiben sind relativ zur Nabe
verdrehbar, wobei die Nabe die Verbindungsscheiben durchgreift.
Die Vorkehrung von Nocken erlaubt die Ausbildung von Anlageflächen.
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Folglich
ist die genannte Aufgabe gelöst.
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Die
Riemenscheibe und die Nabe könnten über einen
Freiwinkelbereich relativ zueinander verdrehbar sein, ohne dass
die Riemenscheibe oder die Nabe mit einem der Enden der Drehfeder
in Eingriff stehen. Diese Ausgestaltung erlaubt die Ausbildung eines
Freigangs. Dieser könnte
z. B. 60° betragen. Die
Ausbildung eines Freigangs erlaubt es, eine Vorrichtung zu schaffen,
die im Bereich des Freigangs die Funktion eines Freilaufs hat und
damit dynamische Riemenkräfte
beim Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine deutlich reduziert.
Bei einer gegebenen Drehdämpfung
wird die Freilauffunktion nicht permanent, sondern nur für einen
begrenzten Winkelbereich oder Freigang benötigt.
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Vor
diesem Hintergrund ist denkbar, dass die Nocken beidseits der schraubenförmigen Feder
einen Freiwinkelbereich von z. B. 30° durchlaufen, bevor sie an anderen
Bauteilen zur Anlage kommen. Denkbar ist auch, dass die Nocken jeweils
eine ringsegmentartige Kammer durchlaufen, welche sich über einen
Kreisbogen von z. B. 30° erstreckt
und mit einem Fluid oder Fett befüllt ist. Die Nocken könnten das
Fluid oder Fett aus den ringsegmentartigen Kammern verdrängen oder
umverlagern, wenn sie bewegt werden. Durch diese konkrete Ausgestaltung kann
eine Drehdämpfung
abhängig
von der Viskosität
des Fluids oder Fetts und abhängig
von den Querschnitten durchströmter
Drosselspalten erzeugt werden.
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Den
Nocken könnten
Anschlagelemente zugeordnet sein. Diese könnten auf die Nocken oder Mitnahmeflächen der
Riemenscheibe oder die Nabe aufgeclipst sein. Vor diesem Hintergrund
ist denkbar, dass die Anschlagelemente aus Kunststoff gefertigt sind.
Kunststoff ist kostengünstig,
lässt sich
leicht verarbeiten und erlaubt es, zusammen mit dämpfendem
Fluid oder Fett ein nahezu geräuschloses
Anschlagverhalten zu erreichen. Denkbar ist auch, den Anschlagelementen
eine das Drehdämpfungsverhalten
mitbestimmende Form zu geben.
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Die
erste Verbindungsscheibe könnte
an einer ersten Mitnahmefläche
und die zweite Verbindungsscheibe an einer zweiten Mitnahmefläche anlegbar
sein, wobei die erste Mitnahmefläche
der Riemenscheibe und die zweite Mitnahmefläche der Nabe drehfest zugeordnet
ist. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist gewährleistet, dass die schraubenförmige Feder
durch eine Verdrehung der Riemenscheibe relativ zur Nabe belastet
werden kann. Dabei wird das erste Ende der Feder in entgegengesetzter Drehrichtung
zum zweiten Ende der Feder bewegt, wodurch ein Rückstelldrehmoment auf die Riemenscheibe
bzw. die Nabe wirkt. So kann über
einen Riemen ein Drehmoment von einer durch die Nabe geführten Welle
auf ein Nebenaggregat übertragen
werden.
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Vor
diesem Hintergrund ist denkbar, dass als Nebenaggregat eine Lichtmaschine
verwendet wird. Die hier beschriebene Vorrichtung eignet sich in
besonderer Weise für
die Verwendung im Antrieb einer Lichtmaschine, da Lichtmaschinen
bei Startvorgängen
in hohem Maße
die dynamischen Riemenkräfte bestimmen.
Des Weiteren ist der Bauraum in Riemenscheiben von Lichtmaschinen äußerst knapp
bemessen, so dass eine kompakt bauende Vorrichtung besonders geeignet
ist.
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Die
Riemenscheibe und die Nabe könnten mindestens
ein Volumen einschließen,
in dem ein Fluid oder Fett eingeschlossen ist. Dieses Fluid könnte in
ringsegmentartigen Kammern untergebracht sein, welche in der Riemenscheibe
am Umfang ausgebildet sind. In diese ringsegmentartigen Kammern könnten Vorsprünge eines
Führungsrings
eintauchen, die bei der Relativverdrehung von Nabe und Riemenscheibe
eine Grunddämpfung bewirken.
Das Fluid oder Fett, welches durch Relativverdrehung von Nabe und
Riemenscheibe in den ringsegmentartigen Kammern zur Drehdämpfung umverlagert
wird, könnte
des Weiteren als Schmiermittel für
die Lagerstellen zwischen Nabe und Riemenscheibe und die schraubenförmige Feder
dienen. Das Fluid oder Fett, welches auch die schraubenförmige Feder
umgibt wird bei Durchmesseränderung
der schraubenförmigen
Feder von innen nach außen
bzw. von außen nach
innen umverlagert und trägt
somit zur Grunddämpfung
bei. Durch diese konkrete Ausgestaltung kann auf eine aufwendige
Trennung verschiedener Fluide innerhalb der Vorrichtung verzichtet
werden.
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Beidseits
der schraubenförmigen
Feder könnte
jeweils ein Radialwellendichtring oder eine Labyrinthdichtung angeordnet
sein. Durch diese Ausgestaltung können z. B. die Radialwellendichtringe an
der Riemenscheibe festgelegt werden.
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Zumindest
ein Gleitlager zur Radialführung der
Riemenscheibe relativ zur Nabe könnte
in den Radialwellendichtring integriert sein. Diese Ausgestaltung
bewirkt einen axial kurzen Aufbau.
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Zumindest
zwischen einem Radialwellendichtring und der schraubenförmigen Feder
könnte zur
Axialführung
der Riemenscheibe relativ zur Nabe ein Gleitlager oder ein Gleitlagerpaar
angeordnet sein.
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Die
genannten Gleitlager dienen der reibungsarmen Bewegung der Nabe
relativ zur Riemenscheibe. Des Weiteren zentrieren und führen die Gleitlager
die Drehbewegungen der Nabe und der Riemenscheibe. Ein Versatz oder
ein Verkippen der Riemenscheibe relativ zur Nabe wird hierdurch
wirksam vermieden.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche und
andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen.
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In
Verbindung mit der Erläuterung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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In
der Zeichnung zeigen
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1 eine
perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der Vorrichtung
und
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2 eine
Schnittansicht der Vorrichtung gemäß 1
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt
eine Vorrichtung zur Verwendung im Antrieb einer Lichtmaschine eines
Kraftfahrzeugs in perspektivischer, teilweise geschnittener Ansicht.
Die Vorrichtung umfasst eine Riemenscheibe 1, zur Aufnahme
eines Riemens und eine Nabe 2 zur Aufnahme einer Welle.
Die Riemenscheibe 1 ist koaxial zur Nabe 2 angeordnet
und umgibt diese konzentrisch. Die Riemenscheibe 1 ist
zumindest bereichsweise relativ zur Nabe 2 verdrehbar.
Die Riemenscheibe 1 ist mit dem ersten Ende 3 und
die Nabe 2 mit dem zweiten Ende 4 einer schraubenförmigen Feder 5 in
Eingriff bringbar. Die schraubenförmige Feder 5 ist
als schraubengangförmige
Drehfeder ausgestaltet.
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Die
schraubenförmige
Feder 5 umgibt die Nabe 2 und ist im Bauraum zwischen
Nabe 2 und Riemenscheibe 1 angeordnet. Die schraubenförmige Feder 5 kann
aus Metall, Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt
sein.
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Die
Riemenscheibe 1 und die Nabe 2 sind über einen
Freiwinkelbereich von z. B. 60° relativ
zueinander verdrehbar, ohne dass die Riemenscheibe 1 oder
die Nabe 2 mit einem der Enden 3, 4 in
Kraftfluss stehen. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Nabe 2 bzw.
die Riemenscheibe 1 zunächst
ohne Belastung des Riemens verdrehbar ist. Erst wenn beide Enden 3, 4 der
schraubenförmigen
Feder 5 mit der Nabe 2 bzw. der Riemenscheibe 1 in
Eingriff stehen, kann die Federkraft der schraubenförmigen Feder 5 wirken
und eine Rückstellkraft
auf die Nabe 2 und die Riemenscheibe 1 ausüben.
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Das
erste Ende 3 ist in einer ersten Verbindungsscheibe 6 und
das zweite Ende 4 der schraubenförmigen Feder 5 in
einer zweiten Verbindungsscheibe 7 aufgenommen. Die Verbindungsscheiben 6, 7 werden
von der Nabe 2 durchgriffen und sind konzentrisch zu dieser
angeordnet.
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Jede
Verbindungsscheibe 6, 7 weist jeweils 2 Nocken 6a, 6b, 7a, 7b auf,
welche der Führung
der Enden 3, 4 der schraubenförmigen Feder 5 dienen.
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Die
Aufnahme der Enden 3, 4 der schraubenförmigen Feder 5 in
den Verbindungsscheiben 6, 7 dient der radialen
Führung
der Enden 3, 4 bei einer Durchmesseränderung
der Feder 5. Die Durchmesseränderung stellt sich bei Drehmomentbelastung der
Vorrichtung ein und geht mit einem Zuziehen der Feder 5 einher.
Die radiale Führung
der Enden 3, 4 mit tangentialem Einlauf eines
neutralen Federbereichs an der Befestigungsstelle ist für eine gleichförmige Belastung
der Feder 5 erforderlich.
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Den
Nocken 6a, 6b, 7a, 7b sind Anschlagelemente 8, 9 zugeordnet.
Diese Anschlagelemente 8, 9 sind bevorzugt als
Kunststoffclips ausgestaltet. Als Kunststoffe könnten Elastomere, Thermoplaste
oder faserverstärkte
Elastomere oder Thermoplaste verwendet werden.
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Die
erste Verbindungsscheibe 6 ist an einer ersten Mitnahmefläche 10 und
die zweite Verbindungsscheibe 7 an einer zweiten Mitnahmefläche 11 anlegbar,
wobei die erste Mitnahmefläche 10 der
Riemenscheibe 1 und die zweite Mitnahmefläche 11 der Nabe 2 drehfest
zugeordnet sind.
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Die
erste Mitnahmefläche 10 ist
mittels der Anschlagelemente 8 mit der Riemenscheibe 1 verbindbar.
Die zweite Mitnahmefläche 11 ist
mittels der Anschlagelemente 9 mit der Nabe 2 verbindbar.
Der Ring 16a trägt
die Anschlagelemente 9 und bildet die Gegenlauffläche 16b für das Gleitlager 16.
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Die
Riemenscheibe 1 und die Nabe 2 schließen mindestens
ein Volumen 12 ein, in dem ein Fluid oder Fett eingeschlossen
ist. Das Fluid oder Fett dient als Schmiermittel für die Verbindungsscheiben 6, 7 sowie
für die
schraubenförmige
Feder 5. Des Weiteren dient das Fluid oder Fett als Drehdämpfungsmedium,
wenn nämlich
das Fluid oder Fett aus ringsegmentartigen Kammern 12a durch
sich darin bewegende Kolben 12b verdrängt und durch Drosselspalte 12c umverlagert
wird. Beidseits der Nabe 2 ist jeweils ein Radialwellendichtring 13, 14 angeordnet.
Dieser dichtet das Innere der Vorrichtung gegen die Atmosphäre ab und
verhindert das Austreten von Fluid oder Fett.
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Zwischen
dem Radialwellendichtring 13 und der Nabe 2 sowie
dem Radialwellendichtring 14 und der Nabe 2 sind über den
Ring 16a und den Führungsring 17 abgestützt radiale
Gleitlager 15, 16 angeordnet. Hierdurch wird ermöglicht,
dass die Nabe 2 präzise
und reibungsarm relativ zur Riemenscheibe 1 verdrehbar
ist.
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Zwischen
dem Radialwellendichtring 13 und der Nabe 2 ist
ein Führungsring 17 angeordnet.
Axial beidseits des Führungsrings 17 sind
die Gleitlager 18, 19 angeordnet, welche die axiale
Führung
und die axiale Positionierung der Riemenscheibe 1 relativ zur
Nabe 2 bewirken.
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Die
hier beschriebene kompakt bauende Vorrichtung entkoppelt die ungleichförmige Bewegung
der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs im
Stationärbetrieb
und reduziert deutlich die auf den Riemen wirkenden Kräfte beim Startvorgang.
Dies vermindert den Schlupf und erhöht die Dauerhaltbarkeit des
Riemens.
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Hinsichtlich
weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre
wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits
auf die beigefügten Patentansprüche erwiesen.
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Abschließend sei
ausdrücklich
hervorgehoben, dass das zuvor rein willkürlich gewählte Ausführungsbeispiel lediglich zur
Erörterung
der erfindungsgemäßen Lehre
dient, diese jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel einschränkt.