DE102013218653A1

DE102013218653A1 - Riemenscheibe mit Reibungskupplung und integrierter elektrischer Betätigung

Info

Publication number: DE102013218653A1
Application number: DE201310218653
Authority: DE
Inventors: Pierre-Yves Berthelemy
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2015-03-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibenkupplung zur Drehverbindung einer zum Antrieb eines Nebenaggregates vorgesehenen Riemenscheibe mit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer, mit der Kurbelwelle verbindbaren, ersten Kupplungseinrichtung und einer mit der ersten Kupplungseinrichtung in einer eingekuppelten Stellung der Kupplung unter einem Reibkraftschluss drehfest verbundenen, zweiten Kupplungseinrichtung, wobei die zweite Kupplungseinrichtung weiter mit der Riemenscheibe drehfest verbunden ist, wobei in der eingekuppelten Stellung wenigstens eine erste Reibscheibe der ersten Kupplungseinrichtung mit wenigstens einer zweiten Reibscheibe der zweiten Kupplungseinrichtung drehfest verbunden ist, und wobei zum Verbinden der Reibscheiben eine elektromechanische Betätigungseinrichtung auf zumindest eine der Kupplungseinrichtungen in axialer Richtung verschiebend einwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibenkupplung zur Drehverbindung einer zum Antrieb eines Nebenaggregates, etwa einer Lichtmaschine, vorgesehenen Riemenscheibe mit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, etwa eines Ottomotors oder eines Dieselmotors eines Kraftfahrzeugs, wie ein PKW, LKW, Bus oder ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug, mit einer, mit der Kurbelwelle verbindbaren, ersten Kupplungseinrichtung und einer mit der ersten Kupplungseinrichtung in einer eingekuppelten Stellung der Kupplung unter einem Reibkraftschluss drehfest verbundenen, zweiten Kupplungseinrichtung, wobei die zweite Kupplungseinrichtung weiter mit der Riemenscheibe drehfest verbunden ist. Solche Riemenscheibenkupplungen/Riemenscheibenkupplungsanordnungen (RSK) werden zumeist an der Verbrennungskraftmaschine in Kombination mit einem Start Stopp System eingesetzt. Eine solche Riemenscheibenkupplung dient zumeist als Abtrennung zwischen der Verbrennungskraftmaschine/dem Verbrennungsmotor und den Nebenaggregaten, wie dem Klimakompressor. Bei stehender Verbrennungskraftmaschine und angeschalteter Klimaanlage erlaubt die Riemenscheibenkupplung, dass insbesondere der Klimakompressor weiter betrieben werden kann, und damit, dass die Klimafunktion unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine weiter gewährleistet ist.
Solch konventionelle Riemenscheibenkupplungen sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Diese Riemenscheibenkupplungen sind dann zumeist als Schlingfederkupplungen ausgestaltet. Eine solche Schlingfederkupplung ist beispielsweise in der DE 10 2012 203 074 A1 offenbart. Die DE 10 2012 203 074 A1 offenbart weiterhin eine Riemenscheibenanordnung generell zur Verbindung mit einer Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einer Riemenscheibe zum Antrieb von Nebenaggregaten und einer Schlingfederkupplung zum Bremsen eines mit der Antriebswelle verbindbaren Hohlrads. Die Schlingfederkupplung weist ein Schlingband zum Umschlingen des Hohlrads auf. Das Schlingband weist für das Bremsen des Hohlrades ein sperrendes Ende und ein dem sperrenden Ende entgegengesetztes lösendes Ende auf, wobei das sperrende Ende über eine Feder, insbesondere Druckfeder, mit der Riemenscheibe verbunden ist und das lösende Ende mit Hilfe einer Bremse abbremsbar ist.
Auch die DE 10 2011 080 310 A1 weist eine ähnliche Vorrichtung auf. In dieser Druckschrift ist ein Riementrieb zur Verbindung mit einer Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs offenbart. Dieser Riementrieb weist eine über einen schaltbaren Freilauf mit der Antriebswelle kuppelbare Riemenscheibe auf. Der schaltbare Freilauf ist zwischen einer Sperrstellung, in welcher der schaltbare Freilauf bei in Antriebsrichtung überholender Riemenscheibe sperrt und bei in Antriebsrichtung überholender Antriebswelle sperrt, und einer Freilaufstellung, in welcher der schaltbare Freilauf bei in Antriebsrichtung überholender Riemenscheibe freiläuft und bei in Antriebsrichtung überholender Antriebswelle sperrt, schaltbar. Weiterhin weist der Riementrieb ein mit der Riemenscheibe zusammenwirkendes Zugmittel zur Übertragung eines Drehmoments an ein Nebenaggregat auf, sowie eine von dem Zugmittel angetriebene Umlenkrolle, eine mit der Umlenkrolle wahlweise koppelbare Ankerscheibe und einem an der Ankerscheibe exzentrisch angelenkten Sensierhebel zum direkten oder indirekten Schalten des schaltbaren Freilaufs.
Wie weiterhin offenbart, können auch zusätzlich oder alternativ zu diesen Schlingfederkupplungen Magnetkupplungen eingesetzt werden.
Durch Riemenscheibenkupplungen sind in bestimmten Betriebszuständen besonders hohe Drehmomente zu übertragen, wobei die Kupplung an sich nur einen sehr geringen Bauraum/Durchmesser aufweisen soll/darf. Insbesondere auch die aktuelle Entwicklung im Bereich der Fahrzeugtechnik, wobei immer mehr elektrische Verbraucher eingesetzt werden und auch immer mehr Verbraucher mittels der Riemenscheibe angetrieben werden sollen, erhöht zusätzlich die Belastung auf die Riemenscheibenkupplung. Bei derzeitigen Schlingfederkupplungen kann es daher bei hohen Drehmomentbelastungen, insbesondere beim Ein- und Auskuppeln der Riemenscheibenkupplung, zu einem verstärkten Verschleiß der Reibflächen kommen. Dadurch kann es vorkommen, dass die Riemenscheibenkupplung überdurchschnittlich rasch verschleißt, wodurch ein verfrühter Ausfall der Riemenscheibenkupplung vorkommen kann. Die teilweise in diesen Schlingfederkupplungen verwendeten Freiläufe ermöglichen zudem nur eine Kupplungsfunktion, die abhängig von der Drehrichtung ist, wobei das Drehmoment nur in die so genannte Sperrrichtung übermittelt werden kann. Der Einsatz ist aus diesem Grund zusätzlich begrenzt oder muss noch mit zusätzlichen Vorrichtungen kombiniert werden, etwa einem steuerbaren Freilauf; diese Vorrichtungen haben aber jedoch wiederum Nachteile hinsichtlich des Geräuschverhaltens und der Dauerfestigkeit.
Auch bei Magnetkupplungen treten aufgrund des hohen, zu übertragenden Drehmomentes unter bestimmten Umständen Probleme auf. Die Magnetkupplungen müssen nämlich mit einer Verzahnung kombiniert werden, um das erforderliche übertragbare Drehmoment zu erreichen. Das hat zur Folge, dass diese nur im Stillstand oder bei einer sehr geringen Drehzahl geschaltet werden können. Dadurch ist der Schaltaufwand wesentlich aufwändiger und nur in bestimmten Betriebszuständen möglich.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Riemenscheibenkupplung zur Verfügung zu stellen, die bei unverändertem Bauraum eine höhere Drehmomentübertragung ermöglicht, wobei diese Kupplung eine hohe Robustheit sowie Haltbarkeit aufweisen soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der eingekuppelten Stellung wenigstens eine erste Reibscheibe der ersten Kupplungseinrichtung mit wenigstens einer zweiten Reibscheibe der zweiten Kupplungseinrichtung drehfest verbunden ist, und wobei zum Verbinden der Reibscheiben eine elektromechanische Betätigungseinrichtung auf zumindest eine der Kupplungseinrichtungen in axialer Richtung verschiebend einwirkt.
Dadurch ist es möglich, in einem kompakten Bauraum eine hochbelastbare Riemenscheibenkupplung umzusetzen. Die Mehrscheibenkupplung kann aufgrund der Robustheit der Reibpartner, das heißt der ersten und zweiten Riemenscheibe, entweder (bei unverändertem Bauraum) mit höherem Drehmoment belastet werden und langlebiger ausgestaltet werden oder (bei unverändert zu übertragendem Drehmoment) Platz sparender gebaut werden. Dieser positive Effekt wird durch die elektrische Betätigungseinrichtung weiter verstärkt, da die Betätigungseinrichtung derart zu den Kupplungselementen ausrichtbar ist, dass die Riemenscheibe untermittelbar durch die axiale Verstellung der Betätigungseinrichtung verschiebbar ist. Lange Schaltwege werden somit vermieden. Dies vermindert weiterhin die Trägheit der Betätigung und verbessert die Ansteuerbarkeit.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
Ist die Riemenscheibenkupplung weiterhin als trocken laufende Riemenscheibenkupplung und/oder als selbst schließende Riemenscheibenkupplung ausgestaltet, so kann die Dauerfestigkeit der Kupplung weiter erhöht werden. Bei trocken laufenden Riemenscheibenkupplungen werden zum einen die Herstellkosten gesenkt, zum anderen sind die Reibkräfte beim Ein- und Auskuppeln zwischen den Reibscheiben höher, sodass die Ein- und Auskuppelvorgänge rascher umgesetzt werden. Ist die Riemenscheibenkupplung weiterhin selbst schließend, ist die Kupplung im unbetätigten Zustand der Betätigungseinrichtung geschlossen, wodurch die Effektivität der Kupplung weiter erhöht wird.
Zweckmäßig ist es auch, wenn die erste Kupplungseinrichtung einen Außenträger aufweist, der mehrere nebeneinander und in axialer Richtung beabstandete, erste Reibscheiben aufnimmt, wobei die ersten Reibscheiben lamellenartig ausgebildet sind. Dadurch ist die für die reibkraftschlüssige Verbindung zur Verfügung stehende Reiboberfläche deutlich erhöht. Das durch die Kupplung zu übertragende Drehmoment kann noch höher gewählt werden.
In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn die zweite Kupplungseinrichtung einen Innenträger aufweist, der mehrere nebeneinander und in axialer Richtung beabstandete, zweite Reibscheiben aufnimmt, wobei die zweiten Reibscheiben lamellenartig ausgebildet sind. Dadurch ist es möglich, eine trockene Lamellenkupplung so auszugestalten, dass die einzelnen Reibscheiben beider Kupplungseinrichtungen als Lamellen ausgeführt sind und somit noch höhere Drehmomente übertragen werden können.
Ist weiterhin der Innenträger zumindest im Betriebszustand der Riemenscheibenkupplung axial und radial zur Kurbelwelle gelagert und/oder der Innenträger glockenförmig ausgebildet, so ist der Innenträger/das zweite Kupplungselement besonders robust ausgestaltet und angeordnet, wodurch die Haltbarkeit der gesamten Kupplung weiter erhöht wird.
Ist die elektromechanische Betätigungseinrichtung zum Verbinden und Trennen der ersten und zweiten Reibscheiben vorgesehen, so ist der Auskuppel- und Einkuppelvorgang unmittelbar durch die Betätigungseinrichtung steuerbar. Der Aufbau der Riemenscheibenkupplung wird dadurch weiter vereinfacht.
Zweckmäßig ist es auch, wenn die Betätigungseinrichtung über eine Tellerfeder auf die zumindest eine erste oder zumindest eine zweite Reibscheibe verschiebend einwirkt und/oder die Betätigungseinrichtung einen Spindelantrieb aufweist, der eine rotatorische Antriebsbewegung eines Rotors in eine axiale Bewegung eines an der ersten oder zweiten Kupplungseinrichtung angreifenden Betätigungslagers wandelt. Somit ist die Betätigungseinrichtung besonders effektiv ausgestaltbar und mit den jeweiligen Kupplungseinrichtungen verbindbar.
Auch ist es von Vorteil, wenn mit der ersten Kupplungseinrichtung ein Schwingungstilger drehfest verbunden ist, wobei ein eine Tilgermasse aufweisender Ausgleichsring des Schwingungstilgers mit einem elastischen, ringförmigen Verbindungselement verbunden ist, wobei das Verbindungselement wiederum auf einer Außenumfangsfläche der ersten Kupplungseinrichtung aufgebracht ist. Ein solcher Schwingungstilger wirkt auf die von der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine unmittelbar erzeugten, oft ruckartigen Bewegungen beruhigend und gleicht diese aus, sodass das auf die Riemenscheibe zu übertragende Drehmoment gleichmäßig weitergegeben wird.
In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn die zweite Kupplungseinrichtung über ein elastisches Dämpfungselement mit der Riemenscheibe verbunden ist, wobei das Dämpfungselement ringförmig ausgestaltet ist und mit einer Innenumfangsfläche mit der zweiten Kupplungseinrichtung und mit einer Außenumfangsfläche mit der Riemenscheibe verbunden ist. Dadurch ist es möglich noch ein zusätzliches Dämpfungselement vorzusehen, das wiederum einer ruckartigen Übertragung des Drehmomentes entgegenwirkt und ein gleichmäßigeres Drehmoment auf die Riemenscheibe überträgt oder alternativ von der Riemenscheibe an die Ausgangswelle weiterleitet.
Wenn die erste Kupplungseinrichtung einen ringförmigen Verbindungsabschnitt aufweist, der zumindest im Betriebszustand konzentrisch zur Kurbelwelle positioniert ist, wobei dieser Verbindungsabschnitt über ein konisches Spannelement drehfest mit der Kurbelwelle verbindbar ist, so kann eine besonders robuste Verbindung zwischen Kurbelwelle und Kupplung sichergestellt werden, jedoch insbesondere die Montage und Demontage der Kupplung weiter erleichtert werden.
In anderen Worten wird eine Riemenscheibenkupplung vorgestellt, mit der bei Bedarf die Riemen und damit die Nebenaggregate wie Klimakompressor von der Kurbelwelle abgetrennt werden können (Start-Stop-Anwendung). Dabei sollen die Probleme wie der beschränkte Bauraum und das hohe Drehmoment z. B. zum Motorstart gelöst werden. Die vorgeschlagene Lösung beinhaltet eine trockene Lamellenkupplung, die mit einem „Elektrischen Zentral Ausrücker“ (EZA) betätigbar ist. Weiterhin sind ein Elastomer-Tilger (Schwingungstilger) und ein Elastomer-Dämpfer (Dämpfungselement) integriert. Die Lamellenkupplung stellt eine robuste und sichere Lösung dar, um die gegebene Aufgabe zu lösen.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert, in welchen Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele beleuchtet werden.
Es zeigen:
1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Riemenscheibenkupplung nach einer ersten Ausführungsform in einem Betriebszustand, wobei die Schnittdarstellung entlang einer Ebene durchgeführt ist, in der die Drehachse der Riemenscheibenkupplung verläuft und die Riemenscheibenkupplung in einem Zustand dargestellt ist, in dem sie an einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine drehfest befestigt ist,
2 eine Längsschnittdarstellung der Riemenscheibe gemäß der 1, wobei die Riemenscheibenkupplung in 2, zur Steuerung der Betätigungseinrichtung der Riemenscheibenkupplung, mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden ist,
3 eine Längsschnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Riemenscheibenkupplung nach einer zweiten Ausführungsform, wobei der Längsschnitt an sich wie der Längsschnitt in den 1 und 2 verlaufend ist, die an einem Ausgleichsring angebrachte Tilgermasse jedoch statt in einem Hohlraum der Riemenscheibe (1 und 2), nun auf einer radialen Außenseite des Ausgleichsrings, axial neben der Riemenscheibe, angeordnet ist,
4 eine Längsschnittdarstellung durch die Riemenscheibenkupplung nach der ersten Ausführungsform der 1 und 2, wobei schematisch der durch die Riemenscheibenkupplung hindurch verlaufende Kraftfluss dargestellt ist, und die Riemenscheibenkupplung in einem ersten eingekuppelten Zustand befindlich ist, in dem die Riemenscheibe von der Kurbelwelle angetrieben ist,
5 eine Längsschnittdarstellung nach 4, wobei die Riemenscheibenkupplung in einem zweiten eingekuppelten Zustand dargestellt ist, die Riemenscheibe in diesem Zustand jedoch antreibend auf die Kurbelwelle wirkt,
6 eine Längsschnittdarstellung nach 4, wobei die Riemenscheibenkupplung in einem ausgekuppelten Zustand dargestellt ist, in welchem Zustand kein Drehmoment von der Riemenscheibe auf die Kurbelwelle oder von der Kurbelwelle auf die Riemenscheibe weitergeleitet wird,
7 eine Detailansicht eines Längsschnittes der sich u. a. in dem eingekuppelten Zustand der Riemenscheibenkupplung in 4 in Reibeingriff befindlichen Reibscheiben,
8 eine isometrische Darstellung der in 2 bereits dargestellten, elektrischen Steuereinheit, die mit der Betätigungseinrichtung verbunden ist,
9 ein Diagramm, in dem der Verpressungskraft-Reibwertverlauf sowie der Betätigungskraft-Reibwertverlauf der in den Ausführungsformen nach den 1 bis 8 verwendeten Betätigungseinrichtung,
10 ein Eigenfrequenzschaubild der Riemenscheibenkupplung bei unterschiedlichen Tilgermassen, wobei dargestellt ist, bei welcher Frequenz welche Eigenform erreicht ist, und
11 ein Kraft-Weg-Kennlinienverlauf der verschiedenen in der Kupplung anliegenden Kräfte bei Betätigen der Betätigungseinrichtung.
Die Abbildungen sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Riemenscheibenkupplung 1 besonders anschaulich dargestellt. Die Riemenscheibenkupplung 1 dient zur Drehverbindung einer zum Antrieb eines Nebenaggregats vorgesehenen Riemenscheibe 2 mit einer Kurbelwelle 3 einer Verbrennungskraftmaschine, etwa einem Ottomotor oder einem Dieselmotor, eines Kraftfahrzeuges, etwa einem Bus, PKW, LKW oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug. Der Übersichtlichkeit halber ist die weitere Anbindung der Riemenscheibe 2 über einen Riemen an Nebenaggregate, wie einen Kompressor nicht weiter dargestellt. In einem Betriebszustand der Riemenscheibenkupplung 1 ist die Riemenscheibe 2 auf übliche Weise über einen Riemen drehfest mit den Nebenaggregaten verbunden, wobei ein Nebenaggregat dabei zumindest als ein Klimaaggregat/Klimakompressor einer Klimaanlage ausgestaltet ist.
Die Riemenscheibenkupplung 1 ist an einem stirnseitigen Ende der Kurbelwelle 3 befestigt, wie nachfolgend näher erläutert. Die Riemenscheibenkupplung 1 umfasst eine, mit einer mit der Kurbelwelle 3 verbindbaren und im Betriebszustand verbundenen ersten Kupplungseinrichtung 4 sowie einer mit der ersten Kupplungseinrichtung 4 in zumindest einer eingekuppelten Stellung/einem eingekuppelten Zustand der Riemenscheibenkupplung 1, unter einem Reibkraftschluss drehfest verbundenen, zweiten Kupplungseinrichtung 5. Die zweite Kupplungseinrichtung 5 ist drehfest mit der Riemenscheibe 2 verbunden. Erfindungsgemäß ist in der eingekuppelten Stellung wenigstens eine erste Reibscheibe 6 der ersten Kupplungseinrichtung 4 mit wenigstens einer zweiten Reibscheibe 7 der zweiten Kupplungseinrichtung 5 drehfest verbunden. Zum Verbinden der ersten und der zweiten Reibscheibe 6 und 7 wirkt eine elektromechanische Betätigungseinrichtung 8 auf zumindest eines der beiden (ersten und zweiten) Kupplungselemente 4, 5 in axialer Richtung verschiebend ein.
Wie weiterhin besonders gut in 1 zu erkennen ist, weist die erste Kupplungseinrichtung 4 eine Vielzahl von ersten Reibscheiben 6 auf, wobei diese ersten Reibscheiben 6 scheibenförmig ausgestaltet sind, und mit ihrem Drehzentrum konzentrisch zur Drehachse 9 der Riemenscheibenkupplung 1 ausgerichtet sind. Die in 1 dargestellte Riemenscheibenkupplung umfasst fünf erste Reibscheiben 6, wobei diese in axialer Richtung beabstandet voneinander angeordnet sind. Die ersten Reibscheiben 6 sind drehfest mit einem Außenträger 10 der ersten Kupplungseinrichtung 4 verbunden. Dieser Außenträger 10 ist im Wesentlichen glockenförmig ausgestaltet und weist an seinem radial äußeren Ende einen sich in axialer Richtung erstreckenden Halteringbereich 11 auf. An der Innenumfangsfläche dieses Halteringbereichs 11 sind die ersten Reibscheiben 6 drehfest angebracht, wobei die ersten Reibscheiben 6, um von einer eingekuppelten in eine ausgekuppelte Stellung der Riemenscheibenkupplung 1 bewegt zu werden, axial verschieblich gelagert sind. Der Halteringbereich 11 geht an einem axialen Ende, das heißt einer Seite des Halteringbereiches 11, der der Kurbelwelle 3 im Betriebszustand abgewandt ist, in einen, in radialer Richtung zur Drehachse 9 hin verlaufenden Seitenwandbereich 12 über. Der Seitenwandbereich 12 ist wiederum im Wesentlichen scheibenförmig ausgestaltet und geht in einem radial innen liegenden Bereich in einen sich in axialer Richtung erstreckenden Befestigungsringbereich 13 über. Der Halteringbereich 11, der Seitenbereich 12 sowie der Befestigungsringbereich 13 des Außenträgers 10 sind allesamt miteinander integral verbunden.
Der Befestigungsringbereich 13 dient zur Befestigung der ersten Kupplungseinrichtung 4 an der Kurbelwelle 3. Zu diesem Zwecke weist der Befestigungsringbereich 13 eine Innenumfangsfläche auf, die mit einem konischen Spannelement 14 zusammenwirkt. Das Spannelement 14 ist als Spannhülse ausgestaltet, das an der Kurbelwelle 3 angebracht ist. Das Spannelement 14/die Spannhülse weist wiederum eine Außenfläche auf, die um den Umfang herum, vorzugsweise um den gesamten Umfang herum in dem Betriebszustand der Riemenscheibenkupplung 1 an der Innenumfangsfläche des Befestigungsringbereiches 13 fest anliegt. Die Innenumfangsfläche des Spannelements 14 ist wiederum konisch ausgestaltet und liegt im Betriebszustand an einer Gegenfläche 15 der Kurbelwelle 3 an. Zur drehfesten Befestigung der ersten Kupplungseinrichtung 4 an der Kurbelwelle 3 ist eine Befestigungsschraube 16 vorgesehen, die in eine zentrische Schraubenaufnahme, nämlich in ein Innengewinde 17 der Kurbelwelle 3 eingeschraubt ist. Das Spannelement 14 weist einen sich radial nach innen erstreckenden Vorsprung 19 auf, der im Betriebszustand derart zwischen Schraubenkopf der Befestigungsschraube 16 und einem stirnseitigen Absatz 18 der Kurbelwelle 3 hineinragt, dass er durch den Schraubenkopf in Richtung der Kurbelwelle 3 angedrückt ist. Durch das Einschrauben der Befestigungsschraube 16 in das Ende der Kurbelwelle 3 wird daher der Vorsprung 19 in Richtung der Kurbelwelle 3 gedrückt und dessen konische Innenumfangsfläche entlang der komplementär dazu ausgestalteten, konischen Gegenfläche 15 der Kurbelwelle 3 aufgeschoben und an dieser verspannt. Dabei spreizt sich das Spannelement 14 in radialer Richtung auf der Kurbelwelle 3 auf und wird so gegen den Befestigungsringbereich 13 sowie die Außenumfangsfläche der Kurbelwelle 3 gedrückt, dass es im Betriebszustand sowohl in kraftschlüssiger, drehfester Verbindung mit der Kurbelwelle 3 als auch mit dem Außenträger 10 der Riemenscheibenkupplung 1 gelangt.
Die zweite Kupplungseinrichtung 5 weist wiederum zum einen mehrere Reibscheiben 7, nachfolgend als zweite Reibscheiben 7 bezeichnet, auf, wobei dies wie in 1 dargestellt ist, vier Reibscheiben 7 sind. Diese zweiten Reibscheiben sind im Prinzip ähnlich wie die ersten Reibscheiben ausgestaltet und ebenfalls im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet. Jede der zweiten Reibscheiben 7 ist zwischen einem benachbarten Paar von ersten Reibscheiben 6 in axialer Richtung angeordnet. Jede der zweiten Reibscheiben 7 ist daher mit zwei benachbarten ersten Reibscheiben 6 reibkraftschlüssig verbindbar. Somit sind in der eingekuppelten Stellung der Riemenscheibenkupplung 1 insgesamt acht Reibflächen der zweiten Reibscheiben 7 mit acht Gegenreibflächen der ersten Reibscheiben 6 reibkraftschlüssig anliegend.
Die zweiten Reibscheiben 7 sind an einer radialen Innenseite drehfest mit einem Innenträger 20 der zweiten Kupplungseinrichtung 5 verbunden, wobei vorzugsweise auch die zweiten Reibscheiben 7 in axialer Richtung verschiebbar gelagert sind. Auch der Innenträger 20 ist an sich im Wesentlichen glockenförmig ausgestaltet und weist einen Halteringbereich 21, nachfolgend als zweiter Halteringbereich 21 bezeichnet, auf. Dieser zweite Halteringbereich 21 ist wiederum in axialer Richtung verlaufend, im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet und mit den zweiten Reibscheiben 7 an seiner Außenumfangsfläche verbunden. Der zweite Halteringbereich 21 schließt, ähnlich wie der Halteringbereich 11 des Außenträgers 10, an einen Seitenwandbereich 22, nachfolgend als zweiter Seitenwandbereich 22 bezeichnet, an. Auch dieser zweite Seitenwandbereich 22 ist im Wesentlichen scheibenförmig ausgestaltet und schließt an ein Ende, das der Kurbelwelle 3 im Betriebszustand abgewandt ist, des zweiten Halteringbereiches 21 integral an. Wiederum an einem radial inneren Ende des zweiten Seitenwandbereiches 22 schließt ein Befestigungsringbereich 23, nachfolgend als zweiter Befestigungsringbereich 23 bezeichnet, an, wobei auch dieser zweite Befestigungsringbereich 23 im Wesentlichen ringförmig und sich in axialer Richtung erstreckend ausgestaltet ist. Der zweite Befestigungsbereich 23 schließt wiederum integral an den zweiten Seitenrandbereich 22 an.
Der zweite Befestigungsbereich 23 ist in radialer Richtung, relativ zum Außenträger 10 verdrehbar, über eine Gleitlagerbuchse 24 gelagert. Die Gleitlagerbuchse 24 liegt dabei mit ihrer Innenumfangsfläche an der Außenumfangsfläche des Befestigungsbereichs 13 des Außenträgers 10 an, mit ihrer Außenumfangsfläche liegt die Gleitlagerbuchse 24 wiederum an einer Innenumfangsfläche des zweiten Befestigungsbereichs 23 an. Zur axialen Lagerung des Innenträgers 20 ist ein axiales Wälzlager 25 vorgesehen, das als Kugellager ausgestaltet ist. Dieses axiale Wälzlager 25 ist mit einem ersten Seitenring an einem stirnseitigen Lagerabsatz der Kurbelwelle 3 anliegend, und mit einem zweiten Seitenring an einem stirnseitigen Ende des zweiten Befestigungsringbereiches 23, das dem zweiten Seitenwandbereich 22 abgewandt ist, anliegend.
Neben dem Innenträger 20 und den zweiten Reibscheiben 7 weist die zweite Kupplungseinrichtung 5 eine Kupplungsplatte 26 auf. Diese Kupplungsplatte 26 ist in axialer Richtung anschließend neben dem zweiten Halteringbereich 21 angeordnet, wobei die Kupplungsplatte 26 ebenfalls im Wesentlichen scheibenförmig ausgestaltet ist. Der zweite Halteringbereich 21 weist zur Verbindung mit der Kupplungsplatte 26 mehrere um den Umfang herum verteilte und beabstandet zueinander angeordnete Verbindungsstege 27 auf, die sich von einem axialen Ende des zweiten Halteringbereiches 21, nämlich jenem Ende, der dem zweiten Seitenwandbereich 22 abgewandt ist, zur Kupplungsplatte 26 hin erstrecken. Diese Verbindungsstege 27 sind an der Kupplungsplatte 26 drehfest befestigt.
Die Kupplungsplatte 26 weist weiter einen in axialer Richtung verlaufenden Lagerringbereich 28 auf, der an einem radial innen liegenden Bereich der Kupplungsplatte 26 angeordnet ist. Dieser Lagerringbereich 28 dient zur radialen Lagerung der Kupplungsplatte 26. Dafür ist die Innenumfangsfläche des Lagerringbereiches 28 wiederum, durch Anlage der Innenumfangsfläche an einer Gleitlagervorrichtung 29, gleitgelagert angeordnet. An einer Außenumfangsfläche des Lagerringbereiches 28 der Kupplungsplatte 26 ist ein aus einem elastischen Kunststoffmaterial, etwa Gummi bestehendes Dämpfungselement 30 befestigt, nämlich drehfest angebracht. Dieses Dämpfungselement 30 ist als ringförmiges Gummielement ausgestaltet und mit seiner Innenumfangsfläche, über einen Innenring 31, an der Außenumfangsfläche des Lagerringbereiches 28 befestigt. An seiner Außenumfangsfläche ist das Dämpfungselement 30 drehfest mit der Innenumfangsfläche der Riemenscheibe 2 verbunden. An einem radial äußeren Ende der Kupplungsplatte 26 ist weiterhin ein Außenring 37 drehfest mit der Kupplungsplatte 26 verbunden, welcher Außenring 37 das Dämpfungselement 30 sowie die Riemenscheibe 2 radial aufnimmt. Der Außenring nimmt dazu weiterhin einen Gleitring 51 auf, der mit einer Innenumfangsfläche an einer Außenumfangsfläche der Riemenscheibe 2, die Riemenscheibe 2 radial lagernd anliegt.
Wie weiterhin besonders gut in 1 zu erkennen ist, ist der Außenträger 10 der ersten Kupplungseinrichtung 4 weiterhin noch mit einem Schwingungstilger 32 verbunden. Dieser Schwingungstilger 32 ist drehfest mit der Außenumfangsfläche des Halteringbereichs 11 verbunden. Der Schwingungstilger 32 setzt sich wiederum aus einem, eine Tilgermasse 33 aufweisenden Ausgleichsring 34 sowie einem elastischen, ringförmigen Verbindungselement 35 zusammen. Das Verbindungselement 35 ist wiederum aus einem vorzugsweise elastischen Kunststoffmaterial, etwa Gummi hergestellt und mit seiner Innenumfangsfläche und Außenumfangsfläche des Halteringbereiches 11 angebunden, wohingegen die Außenumfangsfläche dieses Verbindungselementes 35 an der Innenumfangsfläche des Augleichsringbereichs 34 angebunden ist. Die Tilgermasse 33 ist in Form eines Verdickungsbereiches ausgestaltet. Die Tilgermasse 33 wirkt im Betriebszustand der Riemenscheibenkupplung 1 schwingungstilgend auf den Außenträger 10 und somit die Kurbelwelle 3 ein. Die Tilgermasse 33/der Verdickungsbereich 33 ist integral mit dem Ausgleichsring 34 verbunden.
Vorzugsweise ist der Verdickungsbereich 33 an einem stirnseitigen Ende des Ausgleichsring 34 angeordnet, wie es in 1 dargestellt ist. Der Verdickungsbereich 33 ist dabei in einem Hohlraum 36, der sich im Wesentlichen, im Querschnitt betrachtet, U-förmig erstreckt, verdrehbar umschlossen. Alternativ dazu, entsprechend der in 3 dargestellten Ausführungsform, ist es auch möglich dass die Tilgermasse/den Verdickungsbereich 33 nicht nur an einem axialen Ende des Ausgleichsrings 34 vorzusehen, sondern auch auf einer radialen Außenseite des Ausgleichsrings 34 anzuordnen.
Zur reibkraftschlüssigen Verbindung der ersten mit den zweiten Reibenscheiben 6 und 7, d.h. zum Bewegen der ersten und/oder zweiten Reibenscheiben 6 und 7 in die eingekuppelte Stellung der Riemenscheibenkupplung 1 ist weiterhin eine axial verschiebbar gelagerte, im Wesentlichen ringförmig ausgestaltete Anpressplatte 38 vorgesehen. Diese Anpressplatte 38 ist in axialer Richtung neben den ersten und zweiten Reibscheiben 6 und 7 angeordnet. Diese Anpressplatte 38 wird mittels einer Tellerfeder 39 bewegt. Diese Tellerfeder 39 ist dabei in axialer Richtung verbiegbar und im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet. Die Tellerfeder 39 liegt in einem ersten Kontaktbereich 40 an der Anpressplatte 38 an. An einem radial weiter innen angeordneten zweiten Kontaktbereich 41 liegt die Tellerfeder 39 an einem Ausrücklager 42 der Betätigungseinrichtung 8 an. An einen weiteren, dritten Kontaktbereich 43, der radial weiter außen als der erste und der zweite Kontaktbereich 40 und 41 angeordnet ist, ist die Tellerfeder 39 zudem an der Kupplungsplatte 26 gehalten. Dadurch ist es möglich, durch eine axiale Bewegung des Ausrücklagers 42, den dritten Kontaktbereich 43 der Tellerfeder 39 so zu verschieben, dass sich auch der zweite Kontaktbereich 41 verschiebt und somit die Anpressplatte 38 in axialer Richtung verschoben werden kann. Wie in Verbindung mit 6 zu erkennen ist, handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Riemenscheibenkupplung 1 um eine normal geschlossene, selbst schließende Riemenscheibenkupplung 1, wobei im unbetätigten Zustand des Ausrücklagers 42, das heißt in einer Ausgangsstellung des Ausrücklagers 42, wie es in der 1 dargestellt ist, die Tellerfeder 39 derart angeordnet ist und gegen die Anpressplatte 38 drückt, dass die Anpressplatte 38 wiederum die ersten Reibscheiben 6 gegen die zweiten Reibscheiben 5 drückt, sodass diese ersten und zweiten Reibscheiben 6 und 7 reibkraftschlüssig/drehfest miteinander verbunden sind und ein Drehmoment von der ersten Kupplungseinrichtung 4 auf die zweite Kupplungseinrichtung 5 übertragen wird.
Diese eingekuppelte Stellung, wie sie in 1 dargestellt ist, wird ausgekuppelt, indem die Betätigungseinrichtung 8 aktiviert wird und dadurch das Ausrücklager 42 in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Kupplungsplatte 26/der Tellerfeder 39 verschoben wird, sodass sich die Tellerfeder 39 zumindest im zweiten Kontaktbereich 41 von der Anpressplatte 38 entfernt. Dadurch ist die Anpresskraft schließlich so gering, dass die ersten und zweiten Reibscheiben 6 und 7 nicht mehr drehfest und reibkraftschlüssig aneinander anliegend sind (ausgekuppelte Stellung/ausgekuppelter Zustand). In der ausgekuppelten Stellung der Riemenscheibenkupplung 1, wie sie in 6 dargestellt ist, ist das Ausrücklager 42 somit in einer ausgefahrenen Stellung positioniert. Die Betätigungseinrichtung 8 ist im Wesentlichen als zentrale Ausrückvorrichtung vorgesehen, die einen Kolben aufweist, der über ein Spindelantriebssystem angetrieben ist. Eine solche Betätigungseinrichtung 8 ist beispielsweise bereits aus der DE 103 37 629 A1 bekannt, die hiermit als integriert gelten soll. Demgemäß ist das Ausrücklager 42 im Weiteren drehfest mit einer spiralförmigen Feder unter Ausgestaltung eines Federpaketes 44 verbunden, wobei in dieses spiralförmige Federpaket 44 mindestens ein/ vorzugsweise mehrere um den Umfang herum verteilt angeordnete, drehfest mit einem Rotor 45 verbundenes/verbundene Kugelelement/-e 46 eingreift/eingreifen. Das Kugelelement 46 ist auf einer Außenumfangsfläche des Rotors 45 platziert und ragt in einen Zwischenraum zwischen zwei benachbarter Windungen des Federpaketes 44 hinein. Dadurch, wenn der Rotor 45 verdreht wird, kommt es zu einem Verdrehen des Kugelelementes 46 entlang der Windungen und dadurch zu einer axialen Verschiebung des gesamten Federpaketes 44 und somit auch des Ausrücklagers 42. Zum Antrieb des Rotors 45 ist dabei auf übliche Weise ein Stator 47 vorgesehen, welcher Stator weiterhin mit einer elektrischen Steuereinheit 48, die außerhalb des Innenträgers 20 angeordnet ist, verbunden ist. Diese Anbindung an die Steuereinheit 48 ist besonders gut in 2 zu erkennen. Wie weiterhin besonders gut auch in 3 zu erkennen ist, ist die Tellerfeder 39 derart ausgestaltet, dass sie in Umfangsrichtung einige durchgängige Löcher aufweist, durch die die zuvor beschriebenen Verbindungsstege 27 hindurchragen.
In 4 ist weiterhin der Zustand dargestellt, in dem sich die Riemenscheibenkupplung 1 in der eingekuppelten Stellung befindet und bei dem die Verbrennungskraftmaschine über die Kurbelwelle 3 die Riemenscheibe 2 antreibt, wobei der Kraftfluss über die Kurbelwelle 3 in die erste Kupplungseinrichtung 4 und dann in die zweite Kupplungseinrichtung 5 und schließlich in die Riemenscheibe 2 geleitet wird. In diesem Zustand ist ein im Kraftfahrzeug vorgesehenes Start-Stopp-System ausgeschaltet und die Verbrennungskraftmaschine somit angeschaltet, weshalb sich auch die Kurbelwelle 3 dreht.
In 5 ist dann wiederum ein zweiter Zustand der Riemenscheibenkupplung 1 dargestellt, wobei die Riemenscheibenkupplung 1 immer noch in der eingekuppelten Stellung ist. In diesen zweiten Zustand ist ein im Kraftfahrzeug vorgesehenes Start-Stopp-System jedoch angeschaltet, was bewirkt, dass die Verbrennungskraftmaschine ausgeschaltet ist und still steht. Die Kurbelwelle 3 steht deshalb ebenfalls still. Die Riemenscheibenkupplung 1 ist deshalb in der eingekuppelten Stellung, damit es dann beim Startvorgang, wie es mit der grünen Pfeillinie gekennzeichnet ist, zu einem Antrieb der Kurbelwelle 3 mit Hilfe der Riemenscheibe 2 kommt. Beim Startvorgang treibt beispielsweise ein Generator/eine Lichtmaschine Riemenscheibe 2 und somit die Kurbelwelle 3 an (Warmstart).
In die ausgekuppelte Stellung, wie sie dann in 6 dargestellt ist, wird die Riemenscheibenkupplung 1 versetzt, wenn zum einen die Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet ist, das heißt das Start-Stopp-System angeschaltet ist und zeitgleich ein Nebenaggregat, das von der Riemenscheibe 2 anzutreiben ist, beispielsweise eine Klimaanlage, ebenfalls angeschaltet ist. Die Riemenscheibenkupplung 1 ist dann geöffnet, damit die Lichtmaschine den Klimakompressor antreibt. Beim erneuten Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine wird die Riemenscheibenkupplung 1 dann wiederum geschlossen, indem das Zentralausrücklager 42 wieder in die Ausgangsstellung zurückbewegt wird und um somit auch die Kurbelwelle 3 wieder an die Riemenscheibe 2 anzukoppeln.
Die den Stator 47 aktivierende und steuernde Steuereinheit 48 ist wiederum besonders gut in 8 zu erkennen, wobei diese Steuereinheit 48 im Wesentlichen zumindest zwei Steckeranschlüsse 49 sowie an einem Außengehäuse für die Kühlung vorgesehene Kühlrippen 50 aufweist. Die Steuereinheit 48 hat vorzugsweise die Maße von 100 × 100 × 20 mm, wobei vier Kabel mit der elektrischen Betätigungseinrichtung 8 elektrisch leitend verbunden sind.
In 7 ist zudem eine Detailansicht im Bereich der reibkraftschlüssigen Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Reibscheiben 6 und 7 im eingekuppelten Zustand dargestellt, wobei insbesondere die Anlage der verschiedenen Reibscheiben 6 und 7 aneinander erkennbar ist.
Die Breite der Riemenscheibenkupplung 1 entspricht im Wesentlichen der Erstreckung des Zusammenbaus der ersten mit der zweiten Kupplungseinrichtung 4, 5 und der Riemenscheibe 2 in axialer Richtung, d.h. entlang der Drehachse 9. Diese gesamte Breite der Riemenscheibenkupplung 1 ist derart gewählt, dass sie 60 mm, besonders bevorzugt 54 mm nicht überschreitet, d.h. dass die Breite der Riemenscheibenkupplung kleiner als 60/54 mm ist. Neben einer solchen, maximalen Breite, weist die Riemenscheibenkupplung 1 vorzugsweise auch ein maximales Drehmoment von 200N (s. u.) und/oder einen maximalen Durchmesser von 157mm auf. Die durch das Ausrücklager 42 aufzubringende Ausrückkraft beträgt weiterhin maximal 1000 N. Der Ausrückweg des Ausrücklagers 42 ist, wie bereits oben beschrieben, durch die Windungsanzahl definiert, die das Kugelelement 46 zwischen der eingekuppelten und der ausgekuppelten Stellung zurückzulegen hat/abzufahren hat. Bei der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung 8 sind vier funktionelle Windungen vorgesehen, das heißt dass das Kugelelement 46 vier ganze Windungen entlang des Umfangs umlaufen muss, sodass die Betätigungseinrichtung 8 von der eingekuppelten Stellung in die ausgekuppelte Stellung gebracht wird. Da jede Windung etwa einen Weg von 1,6 mm (Breite der Windung) injiziert, ergibt sich ein maximaler Ausrückweg der Betätigungseinrichtung 8/des Ausrücklagers 42 von 6,4 mm, wobei die abgeschätzte Schließzeit der Riemenscheibenkupplung 1, das heißt die Umschaltzeit zwischen dem eingekuppelten und der ausgekuppelten Stellung, zwischen 70 und 80 ms beträgt. Die Tellerfeder 39 ist dabei so ausgestaltet, dass sie eine Hebelratio von 1,75 aufweist, sodass die maximale Axialkraft der Betätigungseinrichtung 8 eine maximale Anpresskraft der lamellenartig ausgestalteten ersten und zweiten Reibscheiben 6 und 7 aneinander von 1750 N ermöglicht. Dadurch ist ein Drehmoment durch die Riemenscheibenkupplung 1 von bis zu 200 Nm übertragbar.
In 9 ist ein Diagramm dargestellt, das den Verpressungs-Reibwert-Verlauf sowie den Betätigungskraft-Reibwert-Verlauf der Riemenscheibenkupplung 1 darstellt. Auf der Abszisse ist der Reibwert angegeben, während auf der ersten, linken Ordinate die max. Verpressung in MPa angegeben ist. Auf der zweiten, rechten Ordinate ist zudem die Betätigungskraft in N aufgetragen, d.h. die Kraft, die auf das Ausrücklager 42 in axialer Richtung zum Umstellen der Riemenscheibenkupplung 1 von der eingekuppelten in die ausgekuppelte Stellung aufzubringen ist. Die Strich-Punktierte-Kennlinie 52 zeigt dabei den Verpressungs-Reibwert-Verlauf der Riemenscheibenkupplung 1, die gestrichelte Kennlinie 54 den Betätigungskraft-Reibwert-Verlauf und die durchgezogene Kennlinie 53 den am Ausrücklager 42 anliegenden Kraft-Reibwert-Verlauf. Wie weiterhin gut aus gut zu erkennen ist, beträgt der Reibwert der Reibflächen der Reibscheiben 6 und 7 jeweils ca. 0,25, weshalb es zu einer relativ geringen Verpressung der Reibbeläge der ersten mit den zweiten Reibscheiben 6, 7 im Betriebszustand, in der eingekuppelten Stellung, kommt. Die Verpressung liegt dabei unterhalb von 1 MPa (0,6 MPa). Die Tellerfeder 39 soll weiterhin so ausgestaltet sein, dass ihre Dicke/ihre axiale Blechdicke zwischen 1,5 und 1,7 mm, vorzugsweise bei ca. 1,6 mm liegt.
In 10 ist ein Diagramm dargestellt, das die unterschiedlichen Eigenfrequenzen/-formen darstellt der Riemenscheibenkupplung 1 darstellt. Auf der Abszisse sind dir fünf verschiedenen Eigenformen der Riemenscheibenkupplung 1 dargestellt, wobei drei Ausführungen der Riemenscheibenkupplung 1 betrachtet sind. Eine erste Basis 55 kennzeichnet eine Riemenscheibenkupplung 1, deren Tilgermasse 33 eine erste Masse und einen E-Modul von 12 MPa aufweist. Eine zweite Basis 56 kennzeichnet eine Riemenscheibenkupplung 1, deren Tilgermasse 33 ebenfalls die erste Masse, jedoch einen E-Modul von 15,4 MPa aufweist. Und eine dritte Basis 57 kennzeichnet eine Riemenscheibenkupplung 1, deren Tilgermasse 33 eine zweite Masse, die kleiner als die erste Masse ist, und einen E-Modul von 12 MPa aufweist. Auf der Ordinate ist die (Eigen-)Frequenz bei der jeweiligen Eigenform dargestellt. Mit dem Bezugszeichen (BZ) 58 ist der 1. Modus/die erste Eigenform dargestellt, mit dem BZ 59 ist der 2. Modus/die zweite Eigenform dargestellt, mit dem BZ 60 ist der 3. Modus/die dritte Eigenform dargestellt, mit dem BZ 61 ist der 4. Modus/die vierte Eigenform dargestellt, und mit dem BZ 62 ist der 5. Modus/die fünfte Eigenform dargestellt. Der Schwingungstilger 32 ist derart ausgestaltet, dass er einen E-Modul aufweist, der zwischen 10 und 20 MPa, vorzugsweise zwischen 11 und 16 MPa, besonders bevorzugt zwischen 11,5 und 15,8 MPa, weiterhin bevorzugt bei 12 MPa oder 15,4 MPa liegt. Die Tilgungsresonanz des Schwingungstilgers 32 im dritten Modus (Torsion) beträgt vorzugsweise zwischen 475 und 485 Hz, besonders bevorzugt etwa 480 Hz (480/479/482 Hz). Die Tilgungsresonanz des Schwingungstilgers 32 im zweiten Modus (Axialbewegung) beträgt vorzugsweise zwischen 370 und 395 Hz, besonders bevorzugt etwa 371/373/394 Hz. Die Tilgungsresonanz des Schwingungstilgers 32 im ersten Modus (zwei Eigenformen in x, y, d.h. in radialer und axialer Richtung) beträgt vorzugsweise zwischen 210 und 260 Hz, besonders bevorzugt etwa 218/227/253 Hz. Die Tilgungsresonanz des Schwingungstilgers 32 im vierten Modus (zwei Eigenformen in x, y, d.h. in radialer und axialer Richtung) beträgt vorzugsweise zwischen 800 und 1100 Hz, besonders bevorzugt etwa 842/1063/993 Hz. Und die Tilgungsresonanz des Schwingungstilgers 32 im fünften Modus (zwei Eigenformen in x, y, d.h. in radialer und axialer Richtung) beträgt vorzugsweise zwischen 1000 und 1150 Hz, besonders bevorzugt etwa 1065/1115/1018 Hz.
Weiterhin ist die als Reibungskupplung ausgestaltete Riemenscheibenkupplung 1 insgesamt derart ausgestaltet, dass sie, durch die Anbringung des Schwingungstilgers 32 sowie des Dämpfungselementes 30, eine Drehbeschleunigung von 4000 rad/s² übertragen kann.
In 11 ist ein Diagramm dargestellt, in dem verschiedene Kraft-Weg-Verläufe/ Drehmoment-Weg-Verläufe beim Ausrücken der Riemenscheibenkupplung dargestellt sind. Auf der Abszisse ist der Verschiebeweg der Anpressplatte 38/der Anpressplattenhub in mm, beim Ausrücken des Ausrücklagers 42 angegeben, während auf der Ordinate die Kraft in N/ das Moment in Nm angegeben ist. Die erste Kennlinie 63 (durchgezogene Linie) zeigt dabei den Kraft-Weg-Verlauf der Tellerfeder 39, die zweite Kennlinie 64 (gestrichelte Linie) den Kraft-Weg-Verlauf der Lamellenkraft (zum Aneinanderpressen der erste und zweiten Reibscheiben 6, 7 benötigte Kraft), die dritte Kennlinie 65 das durch die Riemenscheibenkupplung 1 übertragbare Drehmoment (als Drehmoment-Weg-Verlauf) und die vierte Kennlinie 66 den beim Ausrücken des Ausrücklagers 42 angelegten Kraft-Weg-Verlauf. Wie weiter in 11 gut zu erkennen ist, ist die Tellerfeder 39 derart ausgestaltet, dass sie bei keiner Verschiebung eine Federkraft zwischen 1500 bis 2000 N aufweist. Die von der Tellerfeder 39 auf die Reiblamellen wirkende/übertragene Lamellenkraft beträgt dabei vorzugsweise zwischen 1700 und 1750N, besonders bevorzugt ca. 1729 N. Das übertragbare Kupplungsmoment liegt dabei vorzugsweise zwischen 180 und 220 Nm, besonders bevorzugt bei ca. 200 Nm.
In anderen Worten ist die Konstruktion dadurch umgesetzt, dass eine selbstschließende Lamellenkupplung (Riemenscheibenkupplung 1) zwischen der Riemenscheibe und der Motor-welle (Kurbelwelle 3) angeordnet ist und durch einen elektrischen Zentralausrücker (EZA) (Betätigungseinrichtung 8) betätigbar ist. Die Konstruktion weist einen Schwingungstilger 32 auf, der aus einer Tilgermasse und einem Gummielement (Verbindungselement 35) besteht. Der Schwingungstilger 32 wirkt direkt an der Kurbelwelle 3, die zu beruhigen ist. Ein elastomerer Dämpfer (Dämpfungselement 30) ist zwischen der Riemenscheibe 2 und der Kupplung 1 eingesetzt. Der Dämpfer stützt sich auf einen Außenring 37 über einen kleinen Gleitring 51. Die Riemenscheibe 2 wird dadurch radial geführt. Der Gleitring 51 wird nur mit dem Schwenkwinkel des Dämpfers belastet. Der Innenring 31 und der Außenring 37 sind an der Kupplungsplatte 26 fest verbunden sein. Der vorgestellte Elektrische Zentralausrücker (EZA) funktioniert wie eine Gewindespindel, die durch einen integrierten E-Motor angetrieben wird. Der Stator 47 wie ein Sensor soll an der Motorwand befestigt sein. Der Rotor 45 treibt die Kugeln (Kugelelemente 46 an, damit die Wicklung der Feder des Federpaketes 44 die Drehbewegung in einer Axiale Bewegung umsetzt. Das Ausrücklager 42 wird dadurch verschoben, um die Tellerfeder (39) zu betätigen und die Kupplung 1 zu öffnen. Die Lamellenkupplung 1 beinhaltet vier Lamellen (vier zweite Reibscheiben 7) und neun Reibflächen(-paarungen) (acht Reibflächen zwischen ersten und zweiten Reibscheiben 6, 7 und eine zwischen einer ersten Reibscheibe 6 und der Anpressplatte 38), die trocken läuft. Die Tellerfeder 39 stützt sich an der Kupplungsplatte 26 ab. Die Kupplungsplatte 26 soll mittendurch die Tellerfederzungen an der Kupplungsglocke (dem Innenträger 20) fest verbunden sein. Die Kupplungsglocke ist axial und radial gelagert, einerseits mit der Gleitlagerbuchse 24/dem Gleitlager und anderseits mit dem Axiallager/ Wälzlager 26. Die Verbindung zwischen dem Kupplungsflansch (Außenträger 10) und der Kurbelwelle 3 erfolgt durch ein Konus-Spannelement 14, das mit einer M12 Schraube (Befestigungsschraube 16) gespannt ist. Eine Kontermutter zieht den Konus bei der Demontage der Verbindung zurück.
Bezugszeichenliste

1: Riemenscheibenkupplung
2: Riemenscheibe
3: Kurbelwelle
4: Erste Kupplungseinrichtung
5: Zweite Kupplungseinrichtung
6: Erste Reibscheibe
7: Zweite Reibscheibe
8: Betätigungseinrichtung
9: Drehachse
10: Außenträger
11: Halteringbereich
12: Seitenwandbereich
13: Befestigungsringbereich
14: Spannelement
15: Gegenfläche
16: Befestigungsschraube
17: Innengewinde
18: Absatz
19: Vorsprung
20: Innenträger
21: Zweiter Halteringbereich
22: Zweiter Seitenwandbereich
23: Zweiter Befestigungsringbereich
24: Gleitlagerbuches
25: Wälzlager
26: Kupplungsplatte
27: Verbindungssteg
28: Lagerringbereich
29: Gleitlagervorrichtung
30: Dämpfungselement
31: Innenring
32: Schwingungstilger
33: Tilgermasse/Verdickungsbereich
34: Ausgleichsring
35: Verbindungselement
36: Hohlraum
37: Außenring
38: Anpressplatte
39: Tellerfeder
40: Erster Kontaktbereich
41: Zweiter Kontaktbereich
42: Ausrücklager
43: Dritter Kontaktbereich
44: Federpaket
45: Rotor
46: Kugelelement
47: Stator
48: Steuereinheit
49: Steckeranschluss
50: Kühlrippen
51: Gleitring
52: Strich-punktierte-Kennlinie
53: Durchgezogene Kennlinie
54: Gestrichelte Kennlinie
55: Erste Basis
56: Zweite Basis
57: Dritte Basis
58: Erste Eigenform
59: Zweite Eigenform
60: Dritte Eigenform
61: Vierte Eigenform
62: Fünfte Eigenform
63: Erste Kennlinie
64: Zweite Kennlinie
65: Dritte Kennlinie
66: Vierte Kennlinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012203074 A1 [0002, 0002]
DE 102011080310 A1 [0003]
DE 10337629 A1 [0047]

Claims

Riemenscheibenkupplung (1) zur Drehverbindung einer zum Antrieb eines Nebenaggregates vorgesehenen Riemenscheibe (2) mit einer Kurbelwelle (3) einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer, mit der Kurbelwelle (3) verbindbaren, ersten Kupplungseinrichtung (4) und einer mit der ersten Kupplungseinrichtung (4) in einer eingekuppelten Stellung der Kupplung unter einem Reibkraftschluss drehfest verbundenen, zweiten Kupplungseinrichtung (5), wobei die zweite Kupplungseinrichtung (5) weiter mit der Riemenscheibe (2) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der eingekuppelten Stellung wenigstens eine erste Reibscheibe (6) der ersten Kupplungseinrichtung (4) mit wenigstens einer zweiten Reibscheibe (7) der zweiten Kupplungseinrichtung (5) drehfest verbunden ist, und wobei zum Verbinden der Reibscheiben (6, 7) eine elektromechanische Betätigungseinrichtung (8) auf zumindest eine der Kupplungseinrichtungen (4, 5) in axialer Richtung verschiebend einwirkt.
Riemenscheibenkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibenkupplung (1) als trocken laufende Riemenscheibenkupplung (1) und/oder als selbst schließende Riemenscheibenkupplung (1) ausgestaltet ist.
Riemenscheibenkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplungseinrichtung (4) einen Außenträger (10) aufweist, der mehrere nebeneinander und in axialer Richtung beabstandete, erste Reibscheiben (6) aufnimmt, wobei die ersten Reibscheiben (6) lamellenartig ausgebildet sind.
Riemenscheibenkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungseinrichtung (5) einen Innenträger (20) aufweist, der mehrere nebeneinander und in axialer Richtung beabstandete, zweite Reibscheiben (7) aufnimmt, wobei die zweiten Reibscheiben (7) lamellenartig ausgebildet sind.
Riemenscheibenkupplung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenträger (20) zumindest in einem Betriebszustand der Riemenscheibenkupplung (1) axial und radial zur Kurbelwelle (3) gelagert ist und/oder der Innenträger (20) glockenförmig ausgebildet ist.
Riemenscheibenkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Betätigungseinrichtung (8) zum Verbinden und Trennen der ersten und zweiten Reibscheiben (6, 7) vorgesehen ist.
Riemenscheibenkupplung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (8) über eine Tellerfeder (39) auf die zumindest eine erste oder zumindest eine zweite Reibscheibe (7) verschiebend einwirkt und/oder die Betätigungseinrichtung (8) einen Spindelantrieb aufweist, der eine rotatorische Antriebsbewegung eines Rotors (45) in eine axiale Bewegung eines an der ersten oder zweiten Kupplungseinrichtung (4, 5) angreifenden Betätigungslagers (42) wandelt.
Riemenscheibenkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit der ersten Kupplungseinrichtung (4) ein Schwingungstilger (32) drehfest verbunden ist, wobei ein eine Tilgermasse (33) aufweisender Ausgleichsring (34) des Schwingungstilgers (32) mit einem elastischen, ringförmigen Verbindungselement (35) verbunden ist, wobei das Verbindungselement (35) wiederum auf einer Außenumfangsfläche der ersten Kupplungseinrichtung (4) aufgebracht ist.
Riemenscheibenkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungseinrichtung (5) über ein elastisches Dämpfungselement (30) mit der Riemenscheibe (2) verbunden ist, wobei das Dämpfungselement (30) ringförmig ausgestaltet ist und mit einer Innenumfangsfläche mit der zweiten Kupplungseinrichtung (5) und mit einer Außenumfangsfläche mit der Riemenscheibe (2) verbunden ist.
Riemenscheibenkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplungseinrichtung (4) einen ringförmigen Verbindungsabschnitt (13) aufweist, der zumindest im Betriebszustand konzentrisch zur Kurbelwelle (3) positioniert ist, wobei dieser Verbindungsabschnitt (13) über ein konisches Spannelement drehfest mit der Kurbelwelle (3) verbindbar ist.