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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler mit Freilauf.
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Aus der
DE 10 2009 039 989 A1 geht ein Riemenscheibenantrieb hervor, mit dem beispielsweise Nebenaggregate von einem Verbrennungsmotor mittels eines Keilriemens angetrieben werden können. Beispielsweise handelt es sich bei einem solchen Nebenaggregat um einen Generator oder um einen Klima-Kompressor. Dabei umfasst der Riemenscheibenantrieb eine Nabe, die auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehfest anordenbar ist. Ein Eingangsteil der Riemenscheibe des Riemenscheibenantriebes weist einen drehfest mit der Nabe verbundenen Nabenflansch sowie einen Eingangsdämpferkäfig auf. Das Eingangsteil ist mittels eines Gleitlagers einem Ausgangsteil der Riemenscheibe zugeordnet. Das Eingangsteil und das Ausgangsteil sind koaxial zu einer Drehachse der Riemenscheibe angeordnet. Dabei können sich zur Übertragung der mechanischen Energie das Eingangsteil und das Ausgangsteil um die Drehachse drehen. Dabei können sie um diese relativ zueinander verdreht werden. Das Ausgangsteil weist neben dem Riemenlaufring einen Ausgangsdämpferkäfig auf. Der Eingangsdämpferkäfig und der Ausgangsdämpferkäfig weisen jeweils drei gekrümmte Ausnehmungen mit einem wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt auf. Die Ausnehmungen sind kreisförmig gekrümmt und so benachbart einander zugeordnet, dass sie insgesamt drei Federräume zur Aufnahme jeweils einer Bogenfeder bilden. Jeder Federraum weist einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf, der an dem Durchmesser der Bogenfeder angepasst ist. Die Ausnehmungen des Ausgangsdämpferkäfigs und des Eingangsdämpferkäfigs sind durch Anschläge begrenzt, an denen die Bogenfedern anschlagen können. Je nach Drehrichtung können die Bogenfedern in positiver oder negativer Drehrichtung zwischen den Anschlägen der Ausnehmungen eingespannt werden, bis sie auf Block gefahren sind.
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Ein ähnlicher Riemenscheibenantrieb ist aus der
EP 0 782 674 B1 bekannt, wobei zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil eine Freilaufanordnung angeordnet ist, die die Form einer richtungsgeschalteten Kupplung aufweist, die um einen ringförmigen Träger gewickelt ist und diesem selektiv mit der inneren Umfangskante der Riemenscheibe verbindet, um selektiv eine Rotationskraft zwischen der Nabe und der Riemenscheibe bzw. dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil zu übertragen. Der Freilauf ist so gestaltet, dass die Verbindung zwischen dem ringförmigen Träger und der Riemenscheibe gelöst wird, wenn die Triebscheibe winkelmäßig gegen den ringförmigen Träger um einen vorbestimmten Wert verschoben wird, so dass die übertragenen Rotationskräfte begrenzt werden. Dabei weist der reibschlüssige Freilauf die Form eines Bandes bzw. einer Schlingfeder auf, die ein mit dem ringförmigen Träger verbundenes fixiertes Ende sowie ein vorgespanntes Ende besitzt, das mit einer mit dem ringförmigen Träger verbundenen Vorspanneinrichtung verbunden ist.
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Ein Problem eines derartigen Riemenscheibenentkopplers besteht darin, dass beim Betrieb des Freilaufes Eigengeräusche entstehen können, die auf die Funktion der Schlingfeder zurückzuführen sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen neuartigen Riemenscheibenentkoppler mit Bogenfedern und einem Freilauf so auszugestalten, dass sein Freilauf keine derartigen Eigengeräusche entwickelt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Riemenscheibenentkoppler mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der vorliegende Riemenscheibenentkoppler einen axial und direkt wirkenden Freilauf aufweist, der im wesentlichen ohne die Entwicklung von Eigengeräuschen funktioniert.
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Der erfindungsgemäße Riemenscheibenentkoppler weist eine Riemenscheibe, eine mit einer Antriebswelle verbundenen Nabe, eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen der von der Riemenscheibe zur Nabe und umgekehrt übertragenen Schwingungen und einen Freilauf zum Abkoppeln der der Riemenscheibe bei Schwingungen, die von der Riemenscheibe zur Nabe übertragen werden auf. Dabei umfasst der Freilauf einen ringförmigen Aktor, der drehbar und axial verschiebbar auf der Nabe gelagert ist, und einen weiteren ringförmigen Aktor, der drehbar und axial verschiebbar auf dem Aktor gelagert ist. Der Aktor und die Nabe weisen an einander zugewandten Flächen eine schaltbare Verzahnung bildende Verzahnungen auf, die bei einer axialen Verschiebung des Aktors zum Eingriff bringbar sind. Der weitere Aktor und der Aktor weisen an einander zugewandten Flächen eine Steuerverzahnung bildende, rampenförmige Verzahnungen auf, die bei einer Verdrehung zwischen dem Aktor und dem weiteren Aktor die axiale Verschiebung des Aktors derart steuern, dass bei einem Momentenfluss von der Nabe zur Riemenscheibe die Verzahnungen der schaltbaren Verzahnung zum Eingriff und bei einem Momentenfluss von der Riemenscheibe zur Nabe außer Eingriff bringbar sind. Dadurch wird verhindert, dass sich beim Einschalten eines angetriebenen Aggregates auftretende Drehzahlschwankungen störend auswirken.
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Dabei umfasst die Dämpfungseinrichtung vorzugsweise zwei Bogenfedern, deren eine Enden sich in der Umfangseinrichtung gesehen an der Riemenscheibe abstützen und an deren anderen Enden sich über den weiteren ringförmigen Aktor nach außen hinaus erstreckender Anlageflansche anliegen können.
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Der ringförmige Aktor ist drehfest mit einem ringförmigen Scheibenteil verbunden, das über seinen Umfang hinausragende, an den anderen Enden der Bogenfedern jeweils anliegende Anlageflansche aufweist, wobei die Anlageflansch des weiteren Aktors in der Umfangsrichtung gesehen eine größere Breite aufweisen als die Anlageflansche des Scheibenteiles. Auf diese Weise kann der weitere Aktor in einer konstruktiv einfachen Weise die Steuerung des Freilaufes bewirken.
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Der Aktor wird durch die Kraft eines Federteiles in eine die Verzahnungen der schaltbaren Verzahnung in Eingriff bringende Position vorgespannt. Dabei weist der Aktor bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wenigstens einen axialen Vorsprung auf, der in eine Bohrung des Scheibenteiles eingreift, wobei das Federteil auf das über die Bohrung vorstehende Ende des Vorsprunges einwirkt. Vorzugsweise sind in der Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet mehrere Vorsprünge vorgesehen.
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Besonders vorteilhaft ist das Federteil eine Tellerfeder, deren radial inneres Ende sich an dem Scheibenteil abstützt und deren radial äußeres Ende an dem Vorsprung anliegt.
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Konstruktiv können die Bogenfedern besonders einfach und sicher gelagert und abgestützt werden, wenn ein Deckelteil vorgesehen und drehfest mit der Riemenscheibe verbunden wird. Dabei weist das Deckelteil axiale Auswölbungen auf, die jeweils einer axialen Auswölbung der Riemenscheibe zugewandt sind, wobei sich die einen Enden der Bogenfedern jeweils an einer Auswölbung des Deckelteiles und gleichzeitig an einer Auswölbung der Riemenscheibe abstützen.
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Die Befestigung des Deckelteiles an dem Riementeil erfolgt besonders einfach und kostengünstig dadurch, dass ein radial äußerer, axial verlaufender Bereich des Deckelteiles und ein diesem zugewandter axial verlaufender Bereich der Riemenscheibe durch eine Pressverbindung miteinander verbunden werden.
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Zur Übertragung der Drehung der Nabe auf den weiteren Aktor ist zwischen einander zugewandten Flächen des weiteren Aktors und der Nabe ein Reibring angeordnet.
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Zur Anwendung des Riemenscheibenentkopplers zum störungsfreien Antrieb von Aggregaten eines Kraftfahrzeuges ist die Nabe drehfest auf einer mit dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges in Verbindung stehenden Kurbelwelle angeordnet ist, wobei die Riemenscheibe einen Riemen zum Antrieb der Aggregate des Kraftfahrzeuges antreibt.
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Im Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine Schnittdarstellung des in Schlepprichtung betriebenen erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers,
- 2: eine Schnittdarstellung des in Freilaufrichtung betriebenen erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers,
- 3 und 4 Prinzipdarstellungen des vorliegenden Riemenscheibenentkopplers zur Erläuterung der Erfindung und
- 4 und 5 in schematischer Darstellung Seitenansichten des erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers, der in der Schlepprichtung bzw. in der Freilaufrichtung betrieben wird.
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Zu der Erfindung führten die folgenden Überlegungen. Wenn Aggregate von einem Verbrennungsmotor über die Kurbelwelle und eine durch diese angetriebene Riemenscheibe geschleppt werden, wird beim schnellen Anschalten eines Aggregates, beispielsweise eines Generators oder eines Klima-Kompressors, die Drehzahl des Verbrennungsmotors verringert. Um dem Aggregat ein aufgrund seiner Massenträgheit gewünschtes „Weiterlaufen“ zu ermöglichen, soll durch einen Freilauf die Möglichkeit eines „Weiterlaufens“ geschaffen werden. Würde dem Aggregat diese Möglichkeit nicht gegeben, würden unerwünschte Stör- und Quietschgeräusche entstehen. Bei dem aus der eingangs genannten Druckschrift bekannten Riemenscheibenentkoppler wirkt ein reibungsschlüssiger Freilauf über eine Schlingfeder in radialer Richtung, wobei der Momentenfluss in der Schlepprichtung ausgehend von der Nabe, über die Bogenfedern, die Trägerscheibe und den Freilauf zur Riemenscheibe verläuft. Ein Problem besteht dabei darin, dass kein definiertes Schalten des Freilaufes möglich ist. Ein solches definiertes Schalten des Freilaufes kann erreicht werden, wenn der Freilauf in axialer Richtung formschlüssig geschaltet wird.
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Gemäß den 1 bis 3 umfasst der erfindungsgemäße Riemenscheibenentkopple eine Nabe 1, die auf einer nicht näher dargestellten Antriebswelle, bei der es sich insbesondere um die Kurbelwelle eines Kraftfahrzeuges handelt, drehfest befestigbar ist. Dabei sind die Kurbelwelle und die Nabe 1 um eine Längsachse 4 des Riemenscheibenentkopplers drehbar.
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Auf der Nabe 1 ist in der ersichtlichen und an sich bekannten Weise mit der Hilfe eines Lagers 3 eine ringförmige Riemenscheibe 2 drehbar gelagert. Die Riemenscheibe 2 ist vorzugsweise becherförmig ausgestaltet und durch ein bekanntes Roll-Umformverfahren hergestellt. An ihrem radial äußeren Umfang weist die Riemenscheibe 2 V-förmige Kerben 6 auf, über die ein nicht näher dargestellter Riemen angetrieben wird.
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Ein ringförmiges Deckelteil 7 ist in der ersichtlichen Weise durch eine Pressverbindung 8 einstückig mit der radial äußeren Innenseite der Riemenscheibe 2 drehfest verbunden. Dabei handelt es sich bei der Pressverbindung 8 vorzugsweise um eine sogenannte Übermaßpassung.
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Sowohl die Riemenscheibe 2 als auch das Deckelteil 7 weisen jeweils in der Umfangsrichtung voneinander beabstandete Auswölbungen 9 bzw. 10 auf, die jeweils Anschläge für Bogenfedern 11 bilden, von denen vorzugsweise zwei vorgesehen sind. Genauer gesagt bilden in der Umfangsrichtung gesehen jeweils eine Auswölbung 9 des Deckelteiles 7 und eine Auswölbung 10 der Riemenscheibe 2 Anschläge für ein Ende einer in der Umfangsrichtung angeordneten Bogenfeder 11. Das andere Ende der Bogenfeder 11 kann an einem Anlageflansch 12 eines ringförmigen Scheibenteiles 14 sowie an einem Anlageflansch 13 eines ebenfalls ringförmigen Aktors 16 in der später näher erläuterten Weise anliegen.
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Das Scheibenteil 14 stützt sich mit einem axial verlaufenden Bereich 18 an einem ringförmigen Gleitlager 19 ab, das auf einem axial verlaufenden, radial inneren Bereich 20 der Riemenscheibe 2 drehbar gelagert ist. Dies bedeutet, dass das Scheibenteil 14 sowohl in Bezug auf die Riemenscheibe 2 als auch in Bezug auf die Nabe 1 verdrehbar ist. Die Anlageflansche 12 weisen jeweils die Form eines über das radial äußere Ende des ringförmigen Scheibenteiles 14 in den Raum zwischen dem Deckelteil 7 und der Riemenscheibe 2 vorstehenden Flansches auf.
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Der Aktor 17 besitzt die Form eines ringförmigen Teiles, das auf einem axial verlaufenden Bereich 21 der Nabe 1 drehbar angeordnet ist. An einer der Nabe 1 axial zugewandten Seite weist der Aktor 17 eine Verzahnung 22 auf, die in eine entsprechende Verzahnung 23 eingreifen kann, die sich an der dem Aktor 17 axial zugewandten Seite der Nabe 1 befindet. Die Verzahnungen 22, 23 bilden eine sogenannte schaltbare Verzahnung.
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Auf einem axial verlaufenden Bereich 24 des Aktors 17 ist ein weiterer ringförmiger Aktor 16 drehbar gelagert, der über seinen radial äußeren Rand vorstehende Anlageflansche 13 aufweist, die an den entsprechenden anderen Enden der Bogenfedern 11 anliegen können. Dabei sind in der Umfangsrichtung gesehen die Anlageflansche 13 des Aktors 16 jeweils breiter als die Anlageflansche 12 des Scheibenteiles 14, wie dies insbesondere auch aus den 5 und 6 hervorgeht.
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Der ringförmige Aktor 17 weist über wenigstens eine, vorzugsweise jedoch mehrere, über seinen Umfang verteilt, axial verlaufende, vorzugsweise zylinderförmige Vorsprünge 25 auf, die in entsprechende Bohrungen 26 des Scheibenteiles 14 eingreifen und an der der schaltbaren Verzahnung 22, 23 abgewandten Seite über das Scheibenteil 14 vorstehen. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich das Scheibenteil 14 in Bezug auf den Aktor 17 axial bewegen kann, jedoch drehfest mit diesen verbunden ist.
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Es ist ein vorzugsweise ringförmig ausgebildetes Federteil 27 vorgesehen, das sich einerseits mit seinem radial inneren Randbereich an einem Stützelement 28 axial abstützt, das an dem radial äußeren Umfang des Bereiches 18 des Scheibenteiles 14 axial fixiert ist, und sich andererseits mit seinem radial äußeren Randbereich an den Vorsprüngen 25 des Aktors 17 abstützt. Dabei kann sich das Federteil 27 stets mit einer konstanten Kraft an den Vorsprüngen 25 abstützen, wenn sich sein Aufstellwinkel in Abhängigkeit von der axialen Stellung des Aktors 17 verändert. Gemäß 1 weist das Federteil 17 einen relativ großen Aufstellwinkel auf, während es gemäß 3 einen vergleichsweise kleinen Aufstellwinkel besitzt. Bei dem Federteil 27 handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Tellerfeder.
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Der ringförmige Aktor 16 weist an seiner dem Aktor 17 zugewandten Seite eine axiale Verzahnung 29 auf, die an einer entsprechenden axialen Verzahnung 30 angreifen kann, die sich an einer über den axialen Bereich 24 radial nach außen vorstehenden Fläche des Aktors 17 befindet. Die Verzahnungen 29 und 30 bilden eine rampenartige Steuerverzahnung, durch die der axiale Abstand zwischen den Aktoren 16 und 17 zum Schalten der schaltbaren Verzahnung 22, 23 je nach Drehrichtung (Schlepprichtung gemäß den 1, 3, 5 oder Freilaufrichtung gemäß den 2, 4, 6) verändert wird. Die aufeinander abgestimmtem , rampenförmigen Verzahnungen 29 und 30 verstärken sich gegenseitig in der Übertragungs- bzw. Schlepprichtung. In der Freilaufrichtung erfolgt dagegen keine Verstärkung, weshalb die Nebenaggregate den Motor geräuschlos überholen können.
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Zwischen den einander zugewandten radial verlaufenden Flächen der Nabe 1 und des Aktors 16 befindet sich ein Reibring 34, wobei das Federteil 27 den Aktor 17 in axialer Richtung gegen den Aktor 16 und diesen gegen den sich an der Nabe 1 abstützenden Reibring 34 drückt.
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Die Bogenfedern 11 und die Anschlag- und Freilaufeinheiten können wahlweise komplett in Fett eingebettet werden.
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Im Folgenden wird die Funktion des vorliegenden Riemenscheibenentkopplers anhand der 1 bis 3 näher erläutert.
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In der Schlepprichtung (1, 3, 5) greifen die in der Umfangsrichtung breiteren Anlageflansche 13 des Aktors 16 früher bzw. voreilend an den entsprechenden Enden der Bogenfedern 11 an als die vergleichsweise in der Umfangsrichtung schmaleren Anlageflansche 12 des Scheibenteiles 14. Dabei wird der Aktor 16 relativ zum Aktor 17 verdreht und verschieben sich die rampenförmigen Verzahnungen 29, 30 so gegeneinander, dass sich der Aktor 17 infolge der Kraft des Federteiles 27 in axialer Richtung derart bewegt, dass die Verzahnungen 22, 23 ineinander eingreifen. Der Momentenfluss verläuft daher ausgehend von der Nabe 1 über die Verzahnungen 22, 23 und den Aktor 17 in das Scheibenteil 14, von den Anlageflanschen 12 desselben auf die eine Enden der Bogenfeder 11 und von diesen auf die Riemenscheibe 2.
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In der Freilaufrichtung ist der Momentenfluss zwischen der Nabe 1 und dem Aktor 17 gemäß den 2, 4, 6 unterbrochen, weil eine axiale Relativbewegung zwischen der Nabe 1 und dem Aktor 17 erfolgt, wobei der Aktor 17 so bewegt wird, dass die Verzahnungen 22, 23 nicht ineinander eingreifen und daher das Scheibenteil 14 abgekoppelt ist. Die Bogenfedern 11 treffen dabei wegen der größeren Breite der Anlageflansche 13 des Aktors 16 früher auf die Anlageflansche 13 und verdrehen dabei, bevor sie auf die Anlageflansche 12 des Scheibenteiles 14 treffen, den Aktor 16 in der Umfangsrichtung gesehen gegen den Aktor 17, wobei die rampenförmigen Verzahnungen 29, 30 sich in der Umfangsrichtung so bewegen, dass der Aktor 17 gegen die Kraft des Federteiles 27 derart bewegt wird, dass die Verzahnungen 22, 23 des Aktors 17 und der Nabe 1 nicht mehr ineinander eingreifen. Da der Aktor 17 dann vom Aktor 16 axial abgekoppelt ist, erfolgt der Momentenfluss von der Nabe 1 ausschließlich über den Reibring 34, den Aktor 16 und dessen Anlageflansch 13. Es wird somit kein Moment auf die Riemenscheibe 2 übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nabe
- 2
- Riemenscheibe
- 3
- Deckelteil
- 4
- Längsachse
- 6
- Kerbe
- 7
- Deckelteil
- 8
- Pressverbindung
- 9
- Auswölbung
- 10
- Auswölbung
- 11
- Bogenfeder
- 12
- Anlageflansch
- 13
- Anlageflansch
- 14
- Scheibenteil
- 16
- Aktor
- 17
- Aktor
- 18
- Bereich
- 19
- Gleitlager
- 20
- Bereich
- 21
- Bereich
- 22
- Verzahnung
- 23
- Verzahnung
- 24
- Bereich
- 25
- Vorsprung
- 26
- Bohrung
- 27
- Federteil
- 28
- Stützelement
- 29
- Verzahnung
- 30
- Verzahnung
- 34
- Reibring