-
Die Erfindung betrifft einen Zugmittelscheibenentkoppler mit einer Rotationsachse für eine Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, einen Zugmitteltrieb mit einem solchen Zugmittelscheibenentkoppler für einen Antriebsstrang, einen Antriebsstrang mit einem solchen Zugmitteltrieb, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
-
Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Riemenscheibenentkoppler (RSE) bekannt, bei welchen eine Dämpfungseinrichtung zwischen einem an der Welle befestigbaren Eingangsteil und einem Ausgangsteil vorgesehen ist. Das Ausgangsteil ist zur Aufnahme einer Riemenscheibe eingerichtet. Ein solcher Riemenscheibenentkoppler ist beispielsweise aus der
DE 42 25 304 A1 bekannt. Aus der
DE 10 2009 039 989 A1 ist in einer Weiterentwicklung eine Riemenscheibe bekannt, bei welcher ein Freiwinkel vorliegt, über welchen das Ausgangsteil frei von einer (entgegen gerichteten) Kraft relativ zu dem Eingangsteil verdrehbar ist. Hierdurch soll das Aufbauen einer Resonanz bei Ereignissen wie Start-Stopp, niedrigen Drehzahlen und/oder Lastwechseln vermieden werden. Gemäß der
WO 2012/000 470 A1 ist in einer noch weiteren Entwicklung der Riemenscheibe für einen solchen Freiwinkel eine entgegen gerichtete Kraft zum einen eine reibbehaftete Anlage von dem Eingangsteil an dem Ausgangsteil vorgesehen und zum anderen ein Energiespeicherelement bei einem Eingangsanschlag am Ende des Freiwinkels. Hierdurch soll der Einschlag bei Erreichen des Endes des Freiwinkels abgemildert werden. In diesem Zusammenhang sei auch auf die
WO 2007/118 441 A2 verwiesen.
-
Infolge des Freiwinkels ist die relative Winkellage zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil in einigen Betriebszuständen undefiniert. Daraus können Geräuschemissionen entstehen. Gerade im Bereich der Personenkraftwagen reagieren manche Benutzer empfindlich auf Geräuschvarianzen und vermuten Unstimmigkeiten.
-
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
-
Die Erfindung betrifft einen Zugmittelscheibenentkoppler mit einer Rotationsachse für eine Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Zugmittelaufnahme zum Wandeln eines Drehmoments in eine Zugkraft eines Zugmittels und/oder umgekehrt;
- - einen Wellenanschluss zum drehmomentübertragenden Anschließen an eine Welle;
- - einen Schwingungsentkoppler zwischen der Zugmittelaufnahme und dem Wellenanschluss zum Unterbrechen einer Schwingungsübertragung zwischen der Zugmittelaufnahme und dem Wellenanschluss, wobei der Schwingungsentkoppler zumindest eine Dämpferfeder zum Aufgeben eines Dämpferdrehmoments umfasst, wobei zwischen der Zugmittelaufnahme und der Dämpferfeder ein Freiwinkel eingerichtet ist; und
- - eine Positionsfeder zwischen der Zugmittelaufnahme und dem Wellenanschluss, wobei die Positionsfeder ein Positionsdrehmoment aufbringt, mittels welchem der Freiwinkel maximierbar ist, wobei das Positionsdrehmoment geringer ist als das Dämpferdrehmoment.
-
Der Zugmittelscheibenentkoppler ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsfeder in axialer Überdeckung mit der Dämpferfeder angeordnet ist.
-
Der Zugmittelscheibenentkoppler ist alternativ oder ergänzend vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsfeder zu der Dämpferfeder parallel geschaltet ist. Dabei ist die Positionswinkel dauerhaft kraftübertragend zwischen der Zugmittelaufnahme und dem Wellenanschluss angeordnet. Somit ist für die Positionsfeder also im Unterschied zu der Dämpferfeder kein Freiwinkel vorgesehen.
-
Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden.
-
Der hier vorgeschlagene Zugmittelscheibenentkoppler ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment mittels eines Zugmittels, beispielsweise eines Riemens, bevorzugt eines Keilriemens einer Verbrennungskraftmaschine, auf ein Nebenaggregat zu übertragen und/oder eine Zugkraft von dem Zugmittel aufzunehmen und diese Zugkraft als Drehmoment über einen Wellenanschluss abzugeben. Ersterer Zustand ist beispielsweise jener zum Antreiben eines Generators zum Erzeugen von elektrischer Spannung. Letzterer Zustand ist beispielsweise ein Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines Starter-Generators, beispielsweise ein sogenannter Riemenstarter, wobei der Zugmittelscheibenentkoppler an der Kurbelwelle eine Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, bevorzugt in einer Ausführung als P0-Mild-Hybrid. Ein P0-Mild-Hybrid umfasst eine Verbrennungskraftmaschine und einen Starter-Generator, welcher mittels eines Zugmitteltriebs verbunden ist. Der Starter-Generator ist beispielsweise zum Rekuperieren, (Warm-) Anlassen, und unter Umständen zum Boosten, also zur Superposition der Drehmomentabgabe der Verbrennungskraftmaschine und des Starter-Generators, eingerichtet.
-
Der hier vorgeschlagene Zugmittelscheibenentkoppler ist nicht nur an einer Kurbelwelle, sondern auch an einem Nebenaggregat, wie zum Beispiel einem Starter-Generator oder einem Klimakompressor in einem Zugmitteltrieb einsetzbar.
-
Die Zugmittelaufnahme ist ein ringartiges Element, welches eine geeignete Außenoberfläche zur reibschlüssigen und/oder formschlüssigen Kraftübertragung zwischen der Zugmittelaufnahme und einem gespannten Zugmittel, beispielsweise einem Keilriemen, aufweist.
-
Im Zentrum des Zugmittelscheibenentkopplers ist ein Wellenanschluss vorgesehen, über welchen der Zugmittelscheibenentkoppler drehmomentübertragend an eine Welle, beispielsweise die Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, anschließbar ist.
-
Zwischen dem Wellenanschluss und der Zugmittelaufnahme ist ein Schwingungsentkoppler vorgesehen, welcher dazu eingerichtet ist, eine Übertragung von Schwingungen, beispielsweise ausgehend von der Kurbelwelle, von dem Wellenanschluss und der Zugmittelaufnahme und/oder umgekehrt zu unterbinden. Das Unterbrechen der Schwingungsübertragung, wobei zugleich eine (nahezu) unbeeinträchtigte Drehmomentübertragung möglich ist, also das Entkoppeln von Schwingungen, wird vor allem dadurch erreicht, dass durch elastische Einspeicherung der eingetragenen Schwingungsenergie zumindest ein Großteil der Schwingungsenergie erst verzögert und damit vergleichmäßigt auf die Zugmittelaufnahme beziehungsweise den Wellenanschluss übertragen wird. Oftmals wird darüber hinaus ein Dämpfungseffekt erzielt, wodurch Schwingungsenergie dissipativ aufgenommen wird, beispielsweise in Wärme umgewandelt wird.
-
Weiterhin ist hier eine Positionsfeder vorgesehen, welche den Freiwinkel aufspannt, wenn ein von außen wirkendes Drehmoment nicht das Positionsdrehmoment überwindet. Liegt kein äußeres Drehmoment an, so wird der Freiwinkel maximiert, also in einen Anschlag gedreht. Ein solcher Anschlag ist von dem Federfuß der Dämpferfeder beabstandet. Bevor also die Dämpferfeder in Eingriff gebracht ist, muss zunächst das Positionsdrehmoment der Positionsfeder überwunden werden. Damit entsteht eine definierte relative Winkellage, beispielsweise im lastlosen Zustand dem maximalen Freiwinkel, aber auch bei einem anliegenden Drehmoment ein reproduzierbarer Winkel, beispielsweise proportional zu dem anliegenden Drehmoment. Die Positionsfeder ist dabei derart eingerichtet, dass das Positionsdrehmoment bei Drehmomentabgabe von dem Wellenanschluss an die Zugmittelaufnahme zu dem Dämpferdrehmoment der Dämpferfeder hinzuaddiert ist. Bei einer Drehmomentabgabe von dem Wellenanschluss an die Zugmittelaufnahme wird das Positionsdrehmoment also zu dem Dämpferdrehmoment hinzuaddiert. Bei einer Drehmomentabgabe von der Zugmittelaufnahme an den Wellenanschluss wird das Positionsdrehmoment also zu dem Dämpferdrehmoment abgezogen.
-
Für eine Anwendung mit einem Anlasser, beispielsweise Ritzelstarter an einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, ist optimalerweise nur die Positionsfeder im Eingriff, weil der Freiwinkel üblicherweise derart eingerichtet ist, dass ein Anlassen zuverlässig im Bereich des Freiwinkels des Zugmittelscheibenentkopplers ausführbar ist.
-
Das Positionsdrehmoment ist dabei bevorzugt derart gering, dass mittels der Positionsfeder ein Schwingsystem geschaffen ist, dessen Eigenfrequenz von der Eigenfrequenz des Zugmittelscheibenentkopplers und des Zugmitteltriebs abweicht. Damit ist die Entkopplung von Schwingungen in dem Bereich des Freiwinkels des Zugmittelscheibenentkopplers im Vergleich zu einem System ohne Positionsfeder aufrechterhalten.
-
Besonders bevorzugt befindet sich die zumindest eine Dämpferfeder in axialer Überdeckung mit der Zugmittelaufnahme und weist eine axial geringere Ausdehnung als die Zugmittelaufnahme auf, sodass die Dämpferfeder axial beidseitig nicht über die axiale Ausdehnung der Zugmittelaufnahme hinausragt.
-
Hier wird nun vorgeschlagen, dass die Positionsfeder sich in axialer Überdeckung mit der zumindest einen Dämpferfeder befindet, also axial beidseitig nicht über die axiale Ausdehnung der Dämpferfeder, und bevorzugt der Zugmittelaufnahme, hinausragt. Damit wird im Vergleich zu einer konventionellen Ausführungsform ohne Positionsfeder kein zusätzlicher axialer Bauraum benötigt. Gerade der axiale Bauraum ist in diesem Zusammenhang eine kritische Größe, welche bei einem Kunden, beispielsweise einem OEM [engl.: Original Equipment Manufacturer; im Automobilsektor als Markenhersteller verstanden], über den Zuschlag oder die Ablehnung des Einsatzes des Zugmittelscheibenentkopplers, gerade im wettbewerbsstarken Bereich Kraftfahrzeuge, entscheiden kann.
-
Alternativ oder ergänzend wird hier vorgeschlagen, dass die Positionsfeder zu der Dämpferfeder parallel geschaltet ist und somit das Positionsdrehmoment zu dem Dämpferdrehmoment (in Summe) beiträgt, wenn die Dämpferfeder in Eingriff steht. In dem Bereich des Freiwinkels der Dämpferfeder wirkt einzig die Positionsfeder, wobei die Positionsfeder keinen oder nur einen geringeren Freiwinkel aufweist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Zugmittelscheibenentkopplers ist die Positionsfeder als Spiralfeder oder als Schraubenbiegefeder ausgeführt.
-
Diese Ausführungsformen der Positionsfedern erlauben einen Aufbau mit einem sehr geringen axialen und/oder radialen Bauraum. Bevorzugt ist ein vorhandener Bauraum genutzt, sodass im Vergleich zu einer konventionellen Ausführungsform ohne Positionsfeder kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird.
-
Eine Spiralfeder, auch als Schneckenfeder bezeichnet, windet sich spiralförmig zwischen einem radial inneren Anschlag und einem radial äußeren Anschlag mit einem, beispielsweise konstant, zunehmenden Radius. Ein bekanntes Anwendungsbeispiel ist die Feder einer Unruhe eines mechanischen Uhrwerks einer Armbanduhr. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spiralfeder aus einem Federstahlband mit axialer Erstreckung gefertigt.
-
Eine Schraubenbiegefeder, auch als Drehfeder oder Torsionsfeder bezeichnet, ist wie bei einer Schraubendruckfeder zumindest eine Windung eines Federdrahts vorgesehen, wobei hier die Last in Windungsrichtung, also tangential eingeleitet wird anstatt in eine Torsion des Federdrahts um seine neutrale Achse selbst. Ein bekanntes Anwendungsbeispiel ist eine Wäscheklammer. Der Windungsradius der Schraubenbiegefeder ist beispielsweise konstant. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schraubenbiegefeder aus einem Federdraht mit rundem Querschnitt gefertigt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist in beiden Ausführungsformen jeweils nur eine einzige Positionsfeder vorgesehen. Alternativ sind eine Mehrzahl von Positionsfedern vorgesehen, welche parallel oder in Serie geschaltet sind.
-
Besonders bevorzugt sind in beiden Ausführungsformen jeweils die Positionsfeder auf Druck belastet, sodass bei Last eine Radiuszunahme und/oder eine Axiallängenzunahme verursacht wird. Beispielsweise ist die Positionsfeder radial außen an der Dämpferfeder abgestützt und/oder einzig bei auslegungsgemäßer Überlast durch ein Anliegen an einem radialen Anschlag, beispielsweise gebildet von der Dämpferfeder, gegen eine weitere radiale Ausdehnung gestützt. In letzterem Fall oder wenn die Positionsfeder in allen Belastungsfällen von der Dämpferfeder radial beabstandet ist, ist die Positionsfeder ohne weitere Maßnahmen vor einer Beschädigung geschützt. Mittels des radialen Schutzes, beispielsweise umfänglichen Begrenzungswand oder der Dämpferfeder selbst, ist die Positionsfeder vor einem Überschreiten des elastischen Bereichs und damit vor plastischer Verformung und/oder Bruch geschützt. Die Positionsfeder ist bevorzugt vor einer Auf-Block-Belastung mittels der deutlich stärkeren Dämpferfeder geschützt, welche vor dem Auf-Block-Gehen der Positionsfeder in Eingriff gebracht wird.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Zugmittelscheibenentkopplers ist die Positionsfeder radial zwischen der Dämpferfeder und dem Wellenanschluss angeordnet,
wobei bevorzugt die Dämpferfeder als Bogenfeder ausgeführt ist, und besonders bevorzugt zwei Bogenfedern vorgesehen sind.
-
Bei dieser Ausführungsform ist der radiale Freiraum zwischen der Dämpferfeder und dem Wellenanschluss genutzt, welcher beispielsweise von einem axial dünnen Flanschelement zur Drehmomentübertragung überbrückt ist, sodass einseitig oder beidseitig dieses Flanschelements freier Bauraum aufgrund der axialen Ausdehnung der Dämpferfeder zur Verfügung steht. Bevorzugt steht die Positionsfeder mit dem Flanschelement zur Drehmomentübertragung auf die Zugmittelaufnahme in dauerhaft kraftübertragendem Kontakt, wobei die Positionsfeder parallel angeordnet ist. Dabei ist die Positionsfeder im Unterschied zu der Dämpferfeder ohne oder mit einem sehr viel geringeren Freiwinkel ausgeführt. Die Positionsfeder ist bei Vorliegen des maximalen Freiwinkels vorgespannt eingebaut, sodass kein kraftfreier Zustand vorliegt.
-
Bevorzugt ist die zumindest eine Dämpferfeder als Bogenfeder ausgeführt, wobei besonders bevorzugt die Bogenfeder zumindest in einem (Druck-) Lastzustand an einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Reibvorrichtung reibend anliegt, wodurch ein dissipativer Dämpfungseffekt erzielt wird. Besonders bevorzugt sind zwei Bogenfedern vorgesehen, welche sich inklusive des Anschlags und des Freiwinkels über etwa 180° erstrecken. Alternativ sind drei oder mehr Bogenfedern vorgesehen, welche bevorzugt jeweils gleich ausgeführt sind.
-
Gemäß einer Alternative ist die zumindest eine Dämpferfeder oder zumindest eine der mehreren Dämpferfedern als Schraubendruckfedern mit gerader Federachse ausgebildet.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Zugmittelscheibenentkopplers ist die Positionsfeder derart angeordnet, dass das Positionsdrehmoment im drehmomentübertragenden Betrieb des Zugmittelscheibenentkopplers zwischen der Zugmittelaufnahme und dem Wellenanschluss im Eingriff steht.
-
Die hier vorgeschlagene Positionsfeder ist für eine dauerhafte Unterstützung der zumindest einen Dämpferfeder eingerichtet und wird im (Normal-) Betrieb, also innerhalb einer auslegungsgemäßen Sollbelastung, nicht auf Block gebracht. Somit ist das Positionsdrehmoment über einen weiten Bereich der Anwendung für die Schwingungsentkopplung nutzbar gemacht, sodass beispielsweise die axialen und/oder radialen Abmessungen der Dämpferfeder leicht verringerbar sind.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Zugmitteltrieb für einen Antriebsstrang, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - ein Verbrennerrad;
- - ein Nebenrad;
- - ein Zugmittel zum Übertragen eines Drehmoments zwischen dem Verbrennerrad und dem Nebenrad; und
- - einen Zugmittelscheibenentkoppler nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei der Zugmittelscheibenentkoppler das Verbrennerrad bildet.
-
Der hier vorgeschlagene Zugmitteltrieb ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment mittels eines Zugmittels, zum Beispiel einem Riemen, bevorzugt einem Keilriemen, von einem Verbrennerrad auf ein Nebenrad und/oder umgekehrt zu übertragen. Das Verbrennerrad ist beispielsweise mit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine verbunden. Das Nebenrad ist beispielsweise mit der Eingangswelle eines (Starter-) Generators oder eines Klimakompressors verbunden. Die drehmomentübertragende Verbindung von dem Wellenanschluss mit der angeschlossenen Welle ist beispielsweise mittels einer Zentralverschraubung gebildet. Der hier vorgeschlagene Zugmitteltrieb umfasst einen Zugmittelscheibenentkoppler, beispielsweise als Verbrennerrad, welcher in lastlosem Zustand einen definierten Freiwinkel aufweist. Damit ist eine reproduzierbare Geräuschemission eingestellt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle, zumindest ein Nebenaggregat mit einer Nebenwelle und einen Zugmitteltrieb nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Kurbelwelle über das Verbrennerrad mittels des Zugmitteltriebs über das entsprechende Nebenrad mit der zumindest einen Nebenwelle entkoppelt drehmomentübertragend verbunden ist.
-
Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle auf, welche mittels des Zugmitteltriebs die Nebenwelle eines Nebenaggregats antreibt, beispielsweise die Antriebswelle eines (Starter-) Generators oder eines Klimakompressors. Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang weist einen Zugmittelbetrieb mit zumindest konventionell geringem Bauraum oder demgegenüber verringerten Bauraum auf, wobei zugleich in jedem Betriebszustand ein definierter Freiwinkel vorliegt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest ein Antriebsrad, welches mittels eines Antriebsstrangs nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung antreibbar ist.
-
Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die Verbrennungskraftmaschine vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering. Ähnlich gestaltet sich der Einsatz in motorisierten Zweirädern, für welche eine deutlich gesteigerte Leistung bei gleichbleibendem Bauraum gefordert wird.
-
Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Funktionseinheiten in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner.
-
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
-
Der hier vorgeschlagene Zugmitteltrieb des Antriebsstrangs weist, zumindest in axialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse des Zugmittelscheibenentkopplers, eine geringe Baugröße auf, wobei zugleich in dem Zugmittelscheibenentkoppler stets ein definierter Freiwinkel vorliegt.
-
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
-
- 1: ein Zugmittelscheibenentkoppler mit Spiralfeder in Draufsicht;
- 2: ein Zugmittelscheibenentkoppler mit Spiralfeder im Schnitt;
- 3: ein Drehmomentverlauf über dem Torsionswinkel;
- 4: ein Zugmittelscheibenentkoppler mit Schraubenbiegefeder in Draufsicht;
- 5: ein Zugmittelscheibenentkoppler mit Schraubenbiegefeder im Schnitt; und
- 6: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit Zugmitteltrieb.
-
In 1 ist ein Zugmittelscheibenentkoppler 1 mit einer Rotationsachse 2, beispielsweise eine Riemenscheibe an der Kurbelwelle 3 einer Verbrennungskraftmaschine 4 (vergleiche 6), in einer Draufsicht dargestellt, wobei einige ansonsten die Sicht verdeckende Bauteile, wie beispielsweise der Deckel 16 (vergleiche 2), nicht gezeigt sind. Radial außenseitig befindet sich die Zugmittelaufnahme 5, welche beispielsweise für einen Keilriemen eingerichtet ist. Zentral befindet sich der Wellenanschluss 7, welcher hier mit dem Dämpferflansch 15 einstückig gebildet ist. Der Wellenanschluss 7 ist mit einer Kurbelwelle 3 drehmomentübertragend fest verbindbar (vergleiche 6). Die Zugmittelaufnahme 5 ist mittels eines Schwingungsentkopplers 8, welcher hier zwei als Bogenfedern ausgebildete Dämpferfedern 9 umfasst, mit dem Wellenanschluss 7 drehmomentübertragend und zugleich schwingungsentkoppelt verbunden. Somit ist ein Drehmoment von dem Wellenanschluss 7 auf die Zugmittelaufnahme 5 und umgekehrt eine Zugkraft eines Zugmittels 6 (vergleiche 6) von der Zugmittelaufnahme 5 schwingungsentkoppelt als Drehmoment auf den Wellenanschluss 7 übertragbar.
-
Hier in 1 ist der Zugmittelscheibenentkoppler 1 im leicht belasteten Zustand gezeigt. Der jeweilige Federfuß 38, hier gebildet von der flanschseitigen Endwindung, der beiden Dämpferfedern 9 ist jeweils von einem Dämpferanschlag 14 des Dämpferflanschs 15 beabstandet, das heißt, es liegt ein (etwas gegen die Positionsfeder 12 eingefederter) Freiwinkel 11 vor. Eine Drehmomentübertragung von dem Wellenanschluss 7 auf die Zugmittelaufnahme 5 ist über diesen Freiwinkel 11 nur mittels der Positionsfeder 12, und zwar begrenzt auf das Positionsdrehmoment 13, möglich. Daher ist hier das Dämpferdrehmoment 10 gestrichelt dargestellt. In einer konventionellen Ausführungsform ohne Positionsfeder 12 ist in diesem Zustand bis zum Zusammenbringen von dem Federfuß 38 der Dämpferfeder 9 und dem Dämpferanschlag 14 nicht möglich. Allerdings ist dort nicht sichergestellt, dass tatsächlich der Freiwinkel 11 maximiert ist, beziehungsweise es ist bei einer solchen konventionellen Ausführungsform bei einer so geringen Drehmomentlast wie im Anlassbetrieb 34 (vergleiche 3) nicht sichergestellt, dass der (hier proportional lastabhängig) Freiwinkel 11 definiert ist. Mittels der Positionsfeder 12 hingegen ist das Vorliegen eines definierten Freiwinkels 11 sichergestellt. Sind der Federfuß 38 und der Dämpferflansch 14 zusammengebracht, ist eine Drehmomentübertragung in Höhe des Dämpferdrehmoments 10 übertragbar, wobei bei darstellungsgemäß einer Drehmomentübertragung im Uhrzeigersinn das Positionsdrehmoment 13 das Dämpferdrehmoment 10 unterstützt und gegen den Uhrzeigersinn das Positionsdrehmoment 13 dem Dämpferdrehmoment 10 entgegenwirkt.
-
Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass die Positionsfeder 12 bauraumneutral in dem Zugmittelscheibenentkoppler 1 untergebracht ist. Die Positionsfeder 12 ist nämlich radial zwischen dem Wellenanschluss 7 und den Dämpferfedern 9 angeordnet und weist eine entsprechend geringe radiale Ausdehnung 17 auf. Hier ist die Positionsfeder 12 als Spiralfeder, beziehungsweise genauer als zwei ineinander gewickelte Spiralfedern, ausgeführt. Die Positionsfeder 12 ist hier (optional) aus Bandstahl gebildet.
-
In 2 ist der Zugmittelscheibenentkoppler 1 gemäß 1 im Querschnitt gezeigt. Hierbei sind zentral Durchgangsöffnungen für eine (optionale) Verschraubung 31 zu erkennen, welche die radiale Ausdehnung des Wellenanschlusses 7 bedingen. Der Schwingungsentkoppler 8 und das Zusammenwirken von dem Dämpferflansch 15 mittels der Dämpferfeder 9 mit dem Deckel 16 zu erkennen. Zudem ist hier zu erkennen, dass freier axialer Bauraum neben dem Dämpferflansch 15 vorliegt. In diesen Bauraum ist die Positionsfeder 12 mit ihrer radialen Ausdehnung 17 und axialen Ausdehnung 18 bauraumneutral untergebracht. Die axiale Ausdehnung 18 ist hierbei zweigeteilt, und zwar in einen Hauptteil über die Erstreckung entlang der Spirale (gekennzeichnet mit der gestrichelten Maßlinie) und die Endanschläge mit dem Dämpferflansch 15 beziehungsweise dem Deckel 16 (nicht gezeigt).
-
In 3 ist ein Diagramm mit einem Drehmomentverlauf 33 (Hochachse) über den Torsionswinkel 32 (Querachse) gezeigt. Der Torsionswinkel 32 bezeichnet die relative Verdrehung von dem Wellenanschluss 7 beziehungsweise dem Dämpferflansch 15 zu der Zugmittelaufnahme 5 beziehungsweise dem Deckel 16. Es wird hier zur Beschreibung der Funktion auf die 1 und 2 oder 4 und 5 verwiesen. Der Drehmomentverlauf 33 ist (im gezeigten Bereich) dreiteilig ausgeführt, wobei mittig der Anlasserbereich 34 vorliegt, in welchem der Torsionswinkel derart gering ist, dass der Zugmittelscheibenentkoppler 1 im Bereich des Freiwinkels 11 arbeitet. Der Anlasserbereich 34 und der Freiwinkel 11 sind also bei dieser Betriebsweise identisch. Rechts in dem Diagramm ist der Verbrenner-Abgabebetrieb 35 gezeigt, bei welchem also ein Drehmoment von dem Wellenanschluss 7 auf die Zugmittelaufnahme 5 übertragen wird. Der Freiwinkel 11 ist hier infolge eines Verdrehens des Dämpferflanschs 15 gemäß 1 und 4 im Uhrzeigersinn gegen den Federfuß 38 verdreht. Nun wirkt die Summe aus dem Positionsdrehmoment 13 und dem Dämpferdrehmoment 10. Links in dem Diagramm ist der Verbrenner-Aufnahmebetrieb 36 gezeigt, bei welchem also eine Zugkraft von der Zugmittelaufnahme 5 auf den Wellenanschluss 7 übertragen wird. Der Freiwinkel 11 ist infolge eines Verdrehens des Deckels 16 beziehungsweise der Dämpferfeder 9 gemäß 1 und 4 gegen den Uhrzeigersinn gegen den Dämpferanschlag 14 verdreht. Nun wirkt die Differenz von dem Dämpferdrehmoment 10 minus dem Positionsdrehmoment 13. Es sei darauf hingewiesen, dass hier beispielsweise lediglich ein Ausschnitt der Drehmomentübertragung gezeigt ist und nach links und/oder rechts ein Sicherheitsanschlag gebildet ist, bei welchem die Dämpferfedern 9 auf Block gebracht sind oder ein Sicherheitsanschlag in kraftübertragenden Kontakt gebracht ist. Bevorzugt ist aber der gezeigte Ausschnitt des Diagramms ein auslegungsgemäßer Betriebsbereich, sodass Schwingungen beispielsweise des Wellenanschlusses 7 von einer Übertragung auf die Zugmittelaufnahme 5 entkoppelt sind.
-
In 4 und in 5 ist ein Zugmittelscheibenentkoppler 1 in einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht beziehungsweise in einer Querschnittsansicht gezeigt. Der Zugmittelscheibenentkoppler 1 ist hierbei weitestgehend mit dem in 1 beziehungsweise in 2 gezeigten Zugmittelscheibenentkoppler 1 identisch. Dies soll der Verständlichkeit dienen, bedingt aber keine Beschränkung der möglichen Ausführungsformen eines solchen Zugmittelscheibenentkopplers 1. Es wird insoweit auf die Beschreibung zu der 1 beziehungsweise der 2 verwiesen.
-
Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 und 2 ist die Positionsfeder 12 hier als Schraubenbiegefeder ausgeführt. Entsprechend ist die radiale Ausdehnung 17 sehr gering. Die axiale Ausdehnung 18 ist auch hier zweigeteilt, und zwar in einen Hauptteil über die Erstreckung über das Windungspaket (gekennzeichnet mit der gestrichelten Maßlinie) und die Endanschläge mit dem Dämpferflansch 15 beziehungsweise dem Deckel 16 (nicht gezeigt). Die Positionsfeder 12 ist hier (optional) aus einem Federdraht mit rundem Querschnitt gebildet.
-
In 6 ist ein Antriebsstrang 20 in einem Kraftfahrzeug 25 mit einem Zugmitteltrieb 19 schematisch dargestellt, welcher bevorzugt als P0-Mild-Hybrid eingerichtet ist. Hierbei ist eine Verbrennungskraftmaschine 4 mit einer Kurbelwelle 3, dargestellt als drei-zylindrige Verbrennungskraftmaschine, mit seiner Motorachse 30 quer zur Längsachse 28 und vor der Fahrerkabine 37 in dem Kraftfahrzeug 25 angeordnet. Die Kurbelwelle 3 ist mittels eines Verbrennerrads 21 für zumindest einen Betriebszustand als Antrieb für den Zugmitteltrieb 19 eingerichtet. Alternativ ist die Kurbelwelle 3 mittels des Nebenaggregats 23, beispielsweise einem Starter-Generator, über den Zugmitteltrieb 19 antreibbar. Das Verbrennerrad 21 ist beispielsweise als Zugmittelscheibenentkoppler 1 gemäß einer Ausführungsform nach 1, 2, 4 oder 5 ausgeführt. Ein Zugmittel 6, beispielsweise ein Riemen, ist um das Nebenrad 22 des Nebenaggregats 23, um das Verbrennerrad 21 und in gleicher Weise zum Antrieb eines (optionalen) Klimakompressors 29 gespannt. Mittels dieses Antriebsstrangs 20 sind ein linkes Antriebsrad 26 und ein rechtes Antriebsrad 27 antreibbar.
-
Mittels des hier vorgeschlagenen Zugmittelscheibenentkopplers liegt trotz bauraumneutraler Ausführung stets ein definierter Freiwinkel vor.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zugmittelscheibenentkoppler
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Kurbelwelle
- 4
- Verbrennungskraftmaschine
- 5
- Zugmittelaufnahme
- 6
- Zugmittel
- 7
- Wellenanschluss
- 8
- Schwingungsentkoppler
- 9
- Dämpferfeder
- 10
- Dämpferdrehmoment
- 11
- Freiwinkel
- 12
- Positionsfeder
- 13
- Positionsdrehmoment
- 14
- Dämpferanschlag
- 15
- Dämpferflansch
- 16
- Deckel
- 17
- radiale Ausdehnung
- 18
- axiale Ausdehnung
- 19
- Zugmitteltrieb
- 20
- Antriebsstrang
- 21
- Verbrennerrad
- 22
- Nebenrad
- 23
- Nebenaggregat
- 24
- Nebenwelle
- 25
- Kraftfahrzeug
- 26
- linkes Antriebsrad
- 27
- rechtes Antriebsrad
- 28
- Längsachse
- 29
- Klimakompressor
- 30
- Motorachse
- 31
- Verschraubung
- 32
- Torsionswinkel
- 33
- Drehmoment
- 34
- Anlassbetrieb
- 35
- Verbrenner-Abgabebetrieb
- 36
- Verbrenner-Aufnahmebetrieb
- 37
- Fahrerkabine
- 38
- Federfuß (Endwindung)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 4225304 A1 [0002]
- DE 102009039989 A1 [0002]
- WO 2012/000470 A1 [0002]
- WO 2007/118441 A2 [0002]
