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Die
Erfindung betrifft eine Mitnehmerscheibe gemäß dem einteiligen Patentanspruch
1.
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Aus
der
DE 42 11 472 C2 ist
bereits eine Mitnehmerscheibe bekannt, welche in Übereinstimmung mit
der Erfindung eine flexible Scheibe aufweist, die antriebsmäßig mit
einem Verbrennungsmotor verschraubt ist und fest mit einem separaten äußeren Ring
verbunden ist, der mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler
mittels Verschraubung verbunden ist. Der separate äußere Ring
ist mit der flexiblen Scheibe bewegungsfest vernietet. Die flexible
Scheibe weist Fensteröffnungen
auf, die sicher stellen, dass die flexible Scheibe im Bereich der
Anbindung an den Drehmomentwandler von den axialen und radialen
Verschiebungskräften
des Drehmomentwandlers entkoppelt ist. Die flexible Scheibe geht
radial über
den äußeren Ring
hinaus und trägt
einen Anlasserzahnkranz.
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Aus
der
EP 0 333 917 A2 ist
ein außenverzahntes
Schwungrad für
ein Schaltgetriebe bekannt, bei welchem die Außenverzahnung aus einem vor deren
Formung gegenüber
dem Blechrohling verdickten Randbereich desselben gebildet ist,
derart, dass der Querschnitt der Außenverzahnung größer ist, als
der Querschnitt einer entsprechend langen Ringzone mit der Blechstärke des
Blechrohlings.
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Aus
der
DE 102 12 033
B3 und der
EP
1 347 210 A1 sind Mitnehmerscheiben mit Schrägverschraubung
bekannt. Die Schrägverschraubungen weist
eine gegenüber
der Rotationsachse bzw. Zentralachse geneigte Ausrichtung auf.
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Ferner
sind aus der
EP 1191256
A2 und der
EP
10047242 C1 Anlasserzahnkränze bekannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Mitnehmerscheibe zu schaffen, die ein
besonders hohes Drehmoment übertragen
kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
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Gemäß einem
Vorteil der Erfindung ist die Anbindungsstelle zwischen der Mitnehmerscheibe und
dem Kraftfahrzeuganfahrelement gegen Reibrost geschützt, wodurch
die Drehmomentübertragungsfähigkeit
an dieser mit enorm hohen Spannungen belasteten Stelle erhöht ist.
Reibrost würde
die maximal zulässigen
Spannungen im Werkstoff und damit das maximale übertragbare Drehmoment absenken.
Die extrem hohen Spannungen rühren
daher, dass an diese Stelle
- – das Antriebsmoment
vom Verbrennungsmotor übertragen
wird,
- – geringe
Anteile der unter Umständen
nicht vollständig
von der Mitnehmerscheibe kompensierten Kippbewegungen der Antriebswelle
in das Kraftfahrzeuganfahrelement eingeleitet werde und
- – die
Verschraubung zur Antriebsmomentübertragung
mit einer sehr hohen Axialkraft angespannt ist.
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Gemäß einem
Vorteil der Erfindung wird Reibrost an der Kontaktstelle zwischen
einem Anbindungsteil des Kraftfahrzeuganfahrelements und einer flexiblen
Scheibe verhindert, indem ein zusätzlicher Ring dazwischen verspannt
wird. Der zusätzliche Ring
verformt sich infolge der Drehmomentübertragung und der weitergeleiteten
Spannungen aus der Kurbelwellenkippbewegung, welche unter Umständen nicht
vollständig
von der flexiblen Scheibe kompensiert wurden. Durch diese elastische
Verformung des zusätzlichen
Ringes verschiebt sich das Anbindungsteil nicht gegenüber der
flexiblen Scheibe, so dass es nicht zu Reibung und damit Reibrost
an dieser auch unter der enormen Anpresskraft einer Verschraubung
stehenden Anbindungsstelle kommt.
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Diese
Verschraubung, die somit auch das Drehmoment von der Mitnehmerscheibe
auf das Kraftfahrzeuganfahrelement überträgt verbindet die drei Bauteile
- – Anbindungsteil,
- – Ring
und
- – Mitnehmerscheibe.
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Der äußere Ring
kann in besonders vorteilhafter Weise mit einer gewindefreien Durchgangsbohrung
für die
Verschraubung ausgeführt
sein. Dabei überträgt die Verschraubung
dann das Antriebsmoment vom Verbrennungsmotor auf das Kraftfahrzeuganfahrelement
durch die Durchgangsbohrung hindurch. Da der Ring selbst somit nicht
das hohe Antriebsmoment übertragen
muss, kann es an seinen Anlageflächen
- – zur
flexiblen Scheibe und
- – zum
Anbindungsteil
nicht zu Verschiebungen und damit auch nicht
zu Reibrost kommen.
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Der
Ring ist in besonders vorteilhafte Weise als radial äußerer Ring
ausgeführt,
um die Belastung der Verschraubung durch das zu übertragende Drehmoment gering
zu halten. Der Ring kann als Anlasserzahnkranz ausgeführt sein.
Dabei trägt
der Ring an einer umfangsmäßigen Außenkante
eine Verzahnung für
den Eingriff des elektrisch betriebenen Anlassermotors. Die Verzahnung
kann auch als Inkrementgeber für
einen Drehzahlsensor ausgeführt sein.
Der äußere Ring
muss nicht als Anlasserzahnkranz ausgeführt sein. Insbesondere bei
Verwendung eines koaxialen Starter/Generators und/oder bei einem
Hybridgetriebe mit Elektromotor, der auch zum Anlassen des Verbrennungsmotors
verwendet wird, kann auf die Ausführung des äußeren Ringes als Anlasserzahnkranz
verzichtet werden.
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Gemäß einem
weiteren Vorteil der Erfindung wird die Mitnehmerscheibe durch die
zwei miteinander verschraubten Blechteile am Außenumfang relativ steif. Dies
trägt zur
Geräuschdämpfung bei,
da Scheppergeräusche
sicher ausgeschlossen sind.
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Ferner
erhöht
sich durch die Verhinderung von Reibrost und die Erhöhung der
Steifigkeit am Außenumfang
die Dauerfestigkeit der Mitnehmerscheibe.
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Ferner
wird durch den äußeren Ring
die Trägheit
der Schwungmasse erhöht,
was je nach Anforderung an den Antriebsstrang vorteilhaft im Sinne einer
gleichförmigen
Drehzahl oder ein zu kompensierender Nachteil im Sinne einer zu
geringen Motordynamik sein kann.
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Die
Verschraubung kann insbesondere als Schrägverschraubung mit Neigung
gegenüber
der Zentralachse der Mitnehmerscheibe ausgeführt sein. Damit gehen die Einbauvorteile
gemäß
EP 1 347 210 A1 einher.
Insbesondere bei Verwendung einer Schrägverschraubung kann die Mitnehmerscheibe im
Bereich der besagten radial äußeren Verschraubung
mit einer umfangsmäßig umlaufenden
Abwinkelung versehen sein. Diese Abwinkelung kann in den äußeren Ring
und/oder in die flexible Scheibe mittels Tiefziehen eingearbeitet
sein.
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Zusätzlich zur
Verbindung des äußeren Ringes
mit der flexiblen Scheibe mittels der Verschraubung, welche auch
das Kraftfahrzeuganfahrelement anbindet, kann auch eine zusätzliche
Verbindung zwischen dem äußeren Ring
und der flexiblen Scheibe vorgesehen sein. Diese zusätzliche
Verbindung kann insbesondere als Nietverbindung ausgeführt sein,
die umfangsmäßig im Wechsel
zu den radial äußeren Verschraubungsbereichen
an der flexiblen Scheibe angeordnet ist. Anstelle einer Nietverbindung
kann alternativ auch eine Punktschweißung, eine konduktive Kontaktnietung
oder eine Laserverschweißung
vorgesehen sein. Die Nietverbindung kann auch als eine besondere
Nietung ausgeführt sein,
die sehr hohe Axialkräfte übertragen
kann. Diese besondere Nietung überträgt die Kraft ähnlich einer
Verschraubung, so dass keine Scherkräfte übertragen werden müssen. Mit
dieser zusätzlichen
Verbindung gehen weiter unten in der Beschreibung zu 2 dargestellte
Montagevorteile einher.
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Das
Kraftfahrzeuganfahrelement kann insbesondere als hydrodynamischer
Drehmomentwandler, als hydrodynamische Kupplung oder als Anfahrkupplung
ausgeführt
sein.
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In
besonders vorteilhafter Weise kann auch eine radial innere Verschraubung,
die das Antriebsmoment von dem Verbrennungsmotor auf die flexible Scheibe überträgt, mit
einer zusätzlichen
Scheibe versehen sein, um auch an dieser hoch belasteten Stelle
Reibrost zu verhindern.
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Während auf
der einen Seite der flexiblen Scheibe der besagte zusätzliche
Ring anliegt, kann in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung eine zusätzliche
Scheibe auf der anderen Seite der flexiblen Scheibe anliegen. Diese
zusätzliche
Scheibe wird somit gemeinsam mit
- – der flexiblen
Scheibe und
- – dem
zusätzlichen
Ring
zwischen einem Anlageende der Verschraubung und dem
Anbindungsteil verspannt. Diese zusätzliche Scheibe verhindert
bzw. minimiert Reibrost in der gleichen Weise, wie der zusätzliche
Ring. In diesem Fall wird jedoch Reibrost zwischen der flexiblen Scheibe
und dem Anlageende der Verschraubung verhindert. Das Anlageende
kann in besonders vorteilhafter Weise als Einpressmutter ausgeführt sein. Eine
solche Einpressmutter wird in die zusätzliche Scheibe eingepresst.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann
die Einpressmutter in miteinander fluchtende Bohrungen - – der
zusätzliche
Scheibe,
- – der
flexiblen Scheibe und
- – des
zusätzlichen
Ringes
eingepresst werden, so dass die vorgenannten drei Bauteile
als gemeinsame Montageeinheit durch die Einpressmutter miteinander
verbunden sind. In diesem Fall kann auf eine zusätzliche Verbindung zwischen
den besagten drei Bauteilen verzichtet werden. Diese zusätzliche
Verbindung wurde weiter oben beispielhaft als Nietverbindung genannt.
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Patentanspruch
7 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung,
bei welcher das Anbindungsteil als separates mit dem Kraftfahrzeuganfahrelement
vernietetes Bauteil ausgeführt ist.
Dabei kann das Anbindungsteil als umlaufender Blechring ausgeführt sein,
der insbesondere mit einer Wandlerschale eines hydrodynamischen
Drehmomentwandlers vernietet ist.
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Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung vor.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 in
einem Detail einen Teilbereich einer Mitnehmerscheibe, welche zwischen
einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und einem Verbrennungsmotor
angeordnet ist,
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2 die
Mitnehmerscheibe in einer Einzelteilansicht,
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3 einen
idealisierten Spannungsverlauf im Anbindungsteil ohne äußeren Ring,
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4 einen
Spannungsverlauf analog 3, jedoch bei Verwendung eines äußeren Ringes und
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5 eine
Einzelansicht ähnlich 4,
wobei jedoch eine zusätzliche
Scheibe Anwendung findet, die Reibrost zwischen einer flexiblen
Scheibe der Mitnehmerscheibe und einer Einpressmutter verhindert.
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1 zeigt
in einem Detail einen Teilbereich einer Mitnehmerscheibe
5,
welche zwischen einem hydrodynamischen Drehmomentwandler
1 und
einem nicht näher
dargestellten Verbrennungsmotor angeordnet ist. Aus dem Verbrennungsmotor
tritt die das Antriebsmoment abgebende Kurbelwelle
2 aus. Die
Kurbelwelle
2 weist an deren Kurbelwellenende mehrere stirnseitig
umfangsmäßig verteilten
Sacklochgewindebohrungen
3 auf, in die mehrer Schrauben
4 eingeschraubt
sind. Dabei verspannen die Schrauben
4 eine flexible Scheibe
6 einer
mit Durchgangsbohrungen
40 versehenen Mitnehmerscheibe
5 und
einen mit korrespondierenden Bohrungen
41 versehenen Unterlagering
42 gegen
die Kurbelwelle
2. Zur Erläuterung der Funktion der flexiblen
Scheibe
6 wird hier auf die
DE 198 57 232 C1 verwiesen.
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Die
flexible Scheibe 6 erstreckt sich radial nach außen und
an einem radial äußeren Randbereich
mit einer Abwinkelung 7 zuerst in die auf den Drehmomentwandler 1 weisenden
Richtung und anschließend
wieder zurück.
Eine Verschraubungsachse 8 bildet eine Senkrechte auf dem
ringförmig
umlaufenden zweiten Schenkel 9 der Abwinkelung 7.
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Acht
umfangsmäßig verteilte
Schrauben 10 verspannen
- – den umlaufenden
zweiten Schenkel 9,
- – einen
separaten radial äußeren Ring 11 und
- – mehrere
Anbindungsteile 12
zwischen sich und mutterartigen
Gewindeeinsätzen 18.
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Dabei
erstreckt sich ein radial innerer Ringteil 13 des Ringes 11 parallel
zum zweiten Schenkel 9, so dass beide Bauteile flächig aneinander
anliegen. Radial weiter außen
erstreckt sich der Ring 11 senkrecht zu einer Rotations-
bzw. Zentralachse 14 der Mitnehmerscheibe 5. An
der Außenkante
ist der Ring 11 bewegungsfest mit einem Anlasserzahnkranz 15 verschweißt. Dieser
Anlasserzahnkranz 15 ist ferner mit einem Inkrementrad 16 als
Drehzahlgeber bewegungsfest verschweißt.
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Die
Anbindungsteile 12 sind als Stahlgussklötzchen ausgeführt, die
mit der Wandleraußenschale
des Drehmomentwandlers 1 verschweißt sind. Die Schrauben 10 sind
als Schrägverschraubung
von radial außen
in einem Winkel β von
ca. 30° durch
- – Durchgangsbohrungen 17 der
Anbindungsteile 12,
- – Durchgangsbohrungen 21 des
Ringes 11 und
- – Durchgangsbohrungen 22 des
Schenkels 9 der Scheibe 6
gesteckt und
mit den Gewindeeinsätzen 18 verschraubt.
Diese Gewindeeinsätze 18 weisen
dabei auf der den Schraubenköpfen
der Schrauben 10 zugewandten Seite einen Absatz 23 auf,
der mit einer Übergangspassung
in die Durchgangsbohrungen 22 des Schenkels 9 der
Scheibe 6 gepresst ist.
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2 zeigt
die Mitnehmerscheibe 5 in einer Einzelteilansicht. Dabei
ist ersichtlich, dass die flexible Scheibe 6 und der äußere Ring 11 im
Bereich des radial inneren Ringteils 13 mittels Nieten 20 miteinander
vernietet sind. Diese Nieten sind umfangsmäßig gleichmäßig zwischen
- – den Durchgangsbohrungen 21 des
Ringes 11 und
- – den
Durchgangsbohrungen 22 des Schenkels 9 der Scheibe 6
verteilt.
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Da
der äußere Ring
11 im
Betrieb der Mitnehmerscheibe
5 zwischen der flexiblen Scheibe
6 und
den Anbindungsteilen
12 unter einer sehr hohen Anzugskraft
der Schrauben
10 verspannt ist, ist die Vernietung mittels
der Nieten
20 nicht unbedingt funktionsnotwendig. Die Vernietung
hat jedoch Montagevorteile. So kann infolge der Vernietung auf eine Positionierung
und Fixierung des äußeren Ringes
11 gegenüber der
flexiblen Scheibe
6 beim Verschrauben mit dem Drehmomentwandler
1 verzichtet
werden. Eine solche Fixierung und Positionierung wäre notwendig,
bis die Schrauben
10 angezogen sind und der äußere Ring
11 dann
verspannt ist. Dies vereinfacht die an sich ohnehin sehr komplizierte
Feinpositionierung und Verschraubung mit dem Drehmomentwandler.
Eine weitere Vereinfachung dieser Feinpositionierung und Verschraubung
stellt dabei die hier und noch ausführlicher in der
EP 1 347 210 A1 dargestellte
Schrägverschraubung
dar.
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Die
Vernietung ermöglicht
ferner, extrem hohe Drehmomente zu übertragen. So hat eine nicht näher dargestellten
Zentralschraube vorne an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotor ein
Anzugs- und Lösemoment
von beispielsweise bis zu 700Nm. Damit sich bei Anziehen und Lösen die
Kurbelwelle nicht mitdreht, wird der Verbrennungsmotor mit montierter
Mitnehmerscheibe 5 ohne Drehmomentwandler 1 mit
einer Sperre blockiert. Diese Sperre greift in den äußeren Ring 11 ein.
Der äußere Ring 11 kann deshalb
auch montageerleichternd herangezogen werden, wenn der Drehmomentwandler
bzw. das Getriebe noch nicht montiert ist. Dabei muss der äußere Ring 11 dann
jedoch das hohe Anzugs- und Lösemoment übertragen.
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In
den folgend beschriebenen 3 und 4 wird
die reibrostverhindernde Funktionsweise des äußeren Ringes 11 dargestellt.
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Dazu
zeigt 3 anhand eines schematisierten Details aus 1 idealisiert
den Spannungsverlauf im Anbindungsteil 12 ohne Verwendung
eines äußeren Ringes 11.
Der Spannungsverlauf ist dabei anhand paralleler Linien 30a im
Anbindungsteil 12 dargestellt, die nur zur Verdeutlichung
als Fasern aufgefasst werden können.
Die Drehmomentübertragung
des Antriebsmomentes insbesondere von Verbrennungskolbenmotoren
und dort insbesondere bei hochaufgeladenen Motoren, wie Dieselmotoren,
ist ebenso wie die Drehzahlübertragung
sehr ungleichförmig.
Infolge der Axialverspannung mittels der Schrauben 10 an
der Grenzschicht 31a zwischen dem Anbindungsteil 12 und
der flexiblen Scheibe 6a würde der Spannungsverlauf im
Anbindungsteil 12 nahe der Grenzschicht 31a abknicken,
wie dies anhand der Linien 30a ersichtlich ist. Dieser
idealisierte und theoretische Spannungsverlauf zeigt sich so jedoch
nicht in der Praxis. Stattdessen kommt es zu Mikroreibung an der
Grenzschicht 31a, so dass sich an der flexiblen Scheibe 6a Reibrost
bildet, der eine Überdimensionierung
der flexiblen Scheibe 6a notwendig macht, um die Herabsenkung
der maximal übertragbaren
Spannung infolge Reibrost zu kompensieren.
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4 zeigt
hingegen den Spannungsverlauf bei Verwendung eines äußeren Ringes 11.
Dieser Spannungsverlauf ist analog 3 mittels
Linien 30b dargestellt. Das Abknicken der Linien 30b erfolgt
dabei ausschließlich
im Werkstoff des äußeren Ringes 11.
Da dieser äußere Ring 11 beidseitig
Grenzschichten 31c, 31d aufweist, ist an der jeweiligen
Grenzschicht 31c bzw. 31d gegenüber der
Grenzschicht 31a aus 3 nur der
halbe Weg zurückzulegen.
Es kommt damit nicht zur Reibung an den Grenzschichten 31c, 31d.
Stattdessen werden die Spannungen komplett im äußeren Ring 11 durch
elastische Verformung abgebaut. Ohne Reibung kommt es auch nicht zum
Reibrost und auf eine Überdimensionierung kann
verzichtet werden. Wenn sich dennoch geringe Mengen an Reibrost
bilden, so bilden sich diese ausschließlich am äußeren Ring 11 und
nicht an der flexiblen Scheibe 6. Da im Fahrbetrieb jedoch
das Antriebsmoment nicht vom äußeren Ring 11 übertragen wird,
hätte diese
geringe Reibrostbildung keinen negativen Einfluss auf die Drehmomentübertragbarkeit der
Mitnehmerscheibe 5.
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5 zeigt
eine Einzelansicht ähnlich 4, wobei
jedoch eine zusätzliche
Scheibe 75 Anwendung findet, die Reibrost zwischen der
flexiblen Scheibe 6b der Mitnehmerscheibe und dem nur schematisch
dargestellten Gewindeeinsatz 18 verhindert. Bis auf die
Verschraubung 10 ist keine weitere Verbindung – insbesondere
keine Vernietung – zwischen
der zusätzlichen
Scheibe 75 und der flexiblen Scheibe 6b vorgesehen.
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Der
Gewindeeinsatz 18 kann in sämtlichen Ausführungsformen
als Einpressmutter mit einem Absatz 23 gemäß 1 ausgeführt sein.
Dieser Absatz der Einpressmutter kann in einer nicht näher dargestellten
Ausführungsform
der Erfindung in miteinander fluchtende Bohrungen
- – der zusätzliche
Scheibe,
- – der
flexiblen Scheibe und
- – des
zusätzlichen
Ringes
eingepresst werden, so dass die vorgenannten drei Bauteile
als gemeinsame Montageeinheit durch die Einpressmutter miteinander
verbunden sind. Auf Nieten 20 ähnlich 2 kann in
diesem Fall verzichtet werden. Auch bei einer Mitnehmerscheibe ohne
zusätzliche
Scheibe 75 kann auf die Nieten 20 verzichtet werden,
wenn die Einpressmutter bzw. der Gewindeeinsatz 18 die
Verbindung zwischen - – der flexiblen Scheibe 6 und
- – dem
zusätzlichen
Ring 13
herstellt.
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Die
zusätzliche
Scheibe 75 kann als mehrfach gelochter Ring ausgeführt sein,
wobei die Verschraubung durch die Lochungen gesteckt sind. Ferner
kann die zusätzliche
Scheibe aus mehreren einzelnen Unterlegscheiben bestehen.
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Das
Anbindungsteil 12 muss kein vom Kraftfahrzeuganfahrelement
separates Teil sein. So kann
- – die Wandlerschale
des Drehmomentwandlers bzw.
- – die
Primärseite
der Anfahrkupplung bzw.
- – die
Primärseite
des Zweimassenschwungrades
selbst integral als ein Anbindungsteil
ausgeformt sein.
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Da
der umlaufende äußere Ring 13 zwangsläufig gewölbt ist,
können
die Bauteile im Bereich der Verschraubung 10 auch eine
ballige bzw. konvex ausgeformte Wölbung aufweisen. Damit ist ein
flächiges
Anliegen im Bereich der Verschraubung 10 gewährleistet.
Insbesondere können
- – die
Gewindeeinsätze 18 an
deren Anlagefläche zum
Schenkel 9 der flexiblen Scheibe 6 konvex ausgewölbt und/oder
- – die
Anbindungsteile 12 auf deren Innenseite konkav eingewölbt
sein.
Die Scheiben bzw. Ringe sind aufgrund deren umlaufender Formgebung
naturgemäß konvex
ausgewölbt.
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Jedoch
ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, die
flexible Scheibe und/oder den äußeren Ring
und/oder die zusätzliche Scheibe
im Verbindungsbereich der Verschraubung eben abzuflachen und somit
eine gleichmäßig tragende
Anlagefläche
zu gewährleisten.
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Bei
den beschriebenen Ausführungsformen handelt
es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der
beschriebenen Merkmale für
unterschiedliche Ausführungsformen
ist ebenfalls möglich.
Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung
gehörenden
Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien
der Vorrichtungsteile zu entnehmen.