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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungsvorrichtung zur Drehmomentübertragung eines relativ hohen Moments in bestimmten Betriebszuständen, wobei in anderen Betriebszuständen das Moment jedoch nicht oder in einer anderen Richtung übertragen werden soll. Die Erfindung betrifft den Einsatz der Drehmomentübertragungsvorrichtung in Antriebsträngen, Getrieben, Motoren, Riemen- und Kettentrieben usw.. Insbesondere kann die Erfindung in Riemenscheiben mit einem spielbehafteten schaltbaren Element wie beispielsweise Klauenkupplung oder Klinkenfreilauf zum Einsatz kommen.
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Es sind bereits Kurbelwellen-Riemenscheiben mit Entkopplungselementen aus Gummi oder Stahl und Kurbelwellentorsionsdämpfern mit Gummi-, Stahl oder Viskositätsfederelementen bekannt. Ebenso sind schaltbare Planetengetriebe mit den verschiedensten Schaltelementen wie Rollenfreilauf, Klinkenfreilauf, Klauenkupplung usw. auch in Kombination mit Kurbelwellentorsionsdämpfern mit Gummi-, Stahl- oder Viskositätsfederelementen jedoch ohne Schwingungsentkopplung des Schaltelementes bekannt. Schaltbare Riemenscheiben wie Magnetkupplungen, hydraulisch, pneumatisch oder mittels Hebel oder Seilzug betätigte Kupplungen wurden bereits gezeigt.
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Die bekannten Riemenscheiben mit Entkopplungselementen reduzieren zwar die von der Kurbelwelle eingebrachten Schwingungen, sind bisher jedoch nicht schaltbar ausgelegt. Schaltbare Planetengetriebe weisen üblicherweise keine Entkopplung auf und erfahren somit hohe Drehmomente und Beschleunigungen. Die bisher bekannt gewordenen schaltbaren Riemenscheiben benötigen hohe Betätigungsenergien.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die genannten Nachteile zu kompensieren. Insbesondere soll eine Drehmomentübertragungsvorrichtung mit geringer Betätigungskraft bei hohem übertragbaren Moment geschaffen werden, welche auch die schwingungstechnischen Vorteile einer Schwingungsentkopplung aufweist. Diese Entkopplung reduziert sowohl die Belastungen des Schaltelementes als auch des nachgeschalteten Riementriebes.
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Die erfinderische Lösung der Aufgabe besteht darin, dass ein Schaltelement wie Klauenkupplung oder Freilauf mittels eines in der Drehmomentübertragungsvorrichtung drehfesten gelagerten Hubmagneten direkt betätigt wird.
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Bei Verwendung der Drehmomentübertragungsvorrichtung in einer Riemenscheibe für den Antrieb von Nebenaggregaten in einem Kraftfahrzeug kann ein Kurbelwellentorsionsdämpfer direkt an dem Flanschelement eines Bogenfeder-Entkopplers vulkanisiert sein.
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Alle Lagerelemente können wahlweise Öl oder Fett geschmiert sein.
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Es kann wahlweise eine offene oder eine öldichte Anlieferung der Entkopplungs- und Schalteinheit zur Montage an das Kraftfahrzeug vorgenommen werden.
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Wahlweise kann eine Vormontage des Kurbelwellentorsionsdämpfers an der Kurbelwelle und eine folgende Montage der vormontierten Entkopplungs- und Schalteinheit inklusive Hubmagnet oder eine Vormontage der Kurbelwellentorsionsdämpfer-, Entkopplungs- und Schalteinheit an der Kurbelwelle und eine nachträgliche Montage des Hubmagneten erfolgen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungsachse des Hubmagneten mit einer Längsachse einer Zentralschraube zusammenfällt, mit der die Riemenscheibe an eine Kurbelwelle montierbar ist. Der Hubmagnet ist vorteilhaft radial innerhalb von Bauteilen der Riemenscheibe angeordnet. Durch die zentrale Anordnung des Hubmagneten kann vorteilhaft Bauraum eingespart werden. Der Hubmagnet ist des Weiteren vorteilhaft in axialer Richtung überlappend zu Bauteilen der Riemenscheibe angeordnet. Dabei hat der Hubmagnet vorteilhaft ein im Wesentlichen kreiszylinderförmiges Gehäuse. In dem Gehäuse des Hubmagneten ist zum Beispiel eine elektromagnetische Spule angeordnet, die mit einem Anker zusammenwirkt, der entlang der Bewegungsachse des Hubmagneten hin und her bewegbar ist. Das Gehäuse des Hubmagneten mit der elektromagnetischen Spule ist drehfest gelagert. Der Anker des Hubmagneten ist relativ zu dem Gehäuse mit der gehäusefesten elektromagnetischen Spule entlang der Bewegungsachse des Hubmagneten hin und her bewegbar. Der Anker des Hubmagneten ist vorteilhaft mit einem Betätigungsstößel kombiniert, der aus dem Gehäuse des Hubmagneten in das Innere der Riemenscheibe ragt und zur Betätigung des Schaltelements dient.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hubmagnet ein hin und her bewegbares Betätigungselement umfasst, das auf die Zentralschraube zu, insbesondere in eine Ausnehmung der Zentralschraube hinein, bewegbar ist. Das Betätigungselement wird auch als Betätigungsstößel bezeichnet und dient zur Betätigung des Schaltelements. Die Ausnehmung der Zentralschraube ist zum Beispiel als Innensechskant ausgeführt und dient bei der Montage der Riemenscheibe zur drehfesten Verbindung mit einem Werkzeug, insbesondere einem Inbusschlüssel. Nach der Montage der Riemenscheibe an der Kurbelwelle kann die Ausnehmung der Zentralschraube vorteilhaft zur Aufnahme eines Endes des Betätigungselements, insbesondere des Betätigungsstößels, dienen. Dadurch kann der benötigte Bauraum vorteilhaft weiter reduziert werden. Das Betätigungselement, insbesondere der Betätigungsstößel, ragt mit seinem freien Ende nur in einem ausgefahrenen Zustand in die Ausnehmung der Zentralschraube. In einem eingefahrenen Zustand des Betätigungselements, insbesondere des Betätigungsstößels, ragt das freie Ende normalerweise nicht in die Ausnehmung der Zentralschraube hinein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hubmagnet eine Endmontageeinheit darstellt, die nach der Montage der vormontierten Riemenscheibe, insbesondere nach dem Einfüllen von Schmiermedium in die Riemenscheibe, so montiert wird, dass der Hubmagnet die Riemenscheibe schmiermediumdicht verschließt. Die vormontierte Riemenscheibe umfasst vorteilhaft sämtliche Bauteile der Riemenscheibe, abgesehen von dem Hubmagneten inklusive eines Anschlusskabels und gegebenenfalls einer Drehmomentstütze für den Hubmagneten. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Riemenscheibe und der Anordnung des Hubmagneten wird auf besonders einfache Art und Weise eine Montage der vormontierten Riemenscheibe an der Kurbelwelle ermöglicht. Der Bauraum für den Hubmagneten vereinfacht das Ansetzen eines Werkzeugs, insbesondere das Einführen der Zentralschraube mit dem Werkzeug durch die vormontierte Riemenscheibe. Der Hubmagnet wird bei der Endmontage auf einfache Art und Weise in die vormontierte Riemenscheibe eingesetzt und mit Hilfe der Drehmomentstütze, insbesondere einem entsprechend steif ausgelegten Anschlusskabel, drehfest angebracht, zum Beispiel an einem feststehenden Kurbelgehäuse abgestützt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelwellentorsionsdämpfer eine erste Vormontageeinheit und der Bogenfeder-Entkoppler mit dem Hubmagneten eine zweite Vormontageeinheit darstellen. Die erste Vormontageeinheit wird vorteilhaft mit Hilfe der Zentralschraube an der Kurbelwelle befestigt. Die zweite Vormontageeinheit wird danach vorteilhaft mit Hilfe von geeigneten Befestigungsmitteln, wie Befestigungsschrauben, an die an der Kurbelwelle befestigte erste Vormontageeinheit angeschraubt.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Montieren einer vorab beschriebenen Riemenscheibe. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Riemenscheibe, insbesondere durch die spezielle Anordnung des Hubmagneten, wird die Montage der Riemenscheibe in einer großindustriellen Serienfertigung erheblich vereinfacht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 das prinzipielle Funktionsschema einer erfindungsgemäßen Drehmomentüber tragungsvorrichtung und ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Riemenscheibe;
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2 einen Ausschnitt der Riemenscheibe aus 1 mit einer geschlossenen und einer geöffneten Kupplung;
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Riemenscheibe mit einem schaltbaren Freilauf;
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4 vergleichend zwei Ausführungsbeispiele I und II, die unterschiedlich montiert werden können;
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5 vergleichend zwei Ausführungsbeispiele I und III, die unterschiedlich ge schmiert werden und
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6 vergleichend zwei Ausführungsbeispiele II und IV, die unterschiedlich geschal tet werden.
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1 zeigt in ihrem rechten Teil das prinzipielle Funktionsschema sowie in ihrem linken Teil ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Riemenscheibeneinheit ist mittels einer Zentralschraube S an der Kurbelwelle KW eines Verbrennungsmotors befestigt. Tragendes Element ist ein Dämpferflansch 3, der die Verbindung zur Kurbelwelle KW herstellt und zusammen mit einem Schwungring 1 und einer Gummifeder 2 den Kurbelwellentorsionsdämpfer A bildet. Gleichzeitig ist der Dämpferflansch 3 Eingangsteil des Kurbelwellenentkopplers B, der aus der Gegenscheibe 4, den Bogenfedern 5 und dem Dämpferflansch 6 besteht. Die Lagerung des Dämpferflansches 6 erfolgt über das Lager 7, das über den Lagerdom 3a im Dämpferflansch 3 zentriert ist.
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Die Riemenscheibe RS ist mittels über eines Lagers 12 in der Gegenscheibe 4 gelagert und zu dieser frei drehbar. Soll Moment auf den Riementrieb übertragen werden, ist die Klauenkupplung C zu schließen. Diese besteht aus dem mit dem Dämpferflansch 6 verbundenen verzahnten Eingangsteil 8, einer durch eine Feder 10 vorbelasteten verzahnten Schiebemuffe 9 und einem mit der Riemenscheibe RS verbundenen verzahnten Ausgangsteil 11.
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Die Öffnung der Klauenkupplung erfolgt durch das Betätigen eines gegen die Feder 10 wirkenden Ankers eines Hubmagneten D. Dieser ist mittels einer Drehmomentstütze 13 drehfest zum Kurbelgehäuse angeordnet. Über die Drehmomentstütze erfolgt auch die Spannungsversorgung des Hubmagneten. Seine Lagerung in der Riemenscheibe erfolgt mittels des Lagers 14, die Kraft auf die Schiebemuffe wird über das Lager 16 und das Druckstück 17 übertragen.
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2 zeigt einen Ausschnitt der Ausführungsform nach 1, wobei in der linken Zeichnungshälfte die geschlossene Klauenkupplung und in der rechten Zeichnungshälfte die offene Klauenkupplung dargestellt ist.
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Der Hubmagnet D umfasst einen Magnetaktor 15 mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Gehäuse, das über die Drehmomentstütze 13 drehfest zum Kurbelgehäuse angeordnet ist. In dem Gehäuse des Hubmagneten D ist eine elektromagnetische Spule angeordnet, die mit einem Magnetanker zusammenwirkt, der entlang einer Bewegungsachse 19 hin und her bewegbar ist.
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Die Bewegungsachse 19 fällt mit einer Längsachse der Zentralschraube S und der Drehachse der Kurbelwelle KB zusammen. Der Magnetanker des Hubmagneten D ist mit einem als Betätigungsstößel 20 ausgeführten Betätigungselement kombiniert, das aus dem Gehäuse des Hubmagneten D herausragt. Der Betätigungsstößel 20 ist über das Lager 16 mit dem Druckstück 17 gekoppelt, mit welchem die Schiebemuffe 9 der Klauenkupplung C betätigt wird.
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In 2 links ist der Betätigungsstößel 20 in einer eingefahrenen Stellung dargestellt. In der eingefahrenen Stellung des Betätigungsstößels 20 ist die Kupplung geschlossen. In 2 rechts ist der Betätigungsstößel 20 in seiner ausgefahrenen Stellung dargestellt, in welcher ein freies Ende des Betätigungsstößels 20 in eine Ausnehmung 21 der Zentralschraube S hineinragt. Die Ausnehmung 21 ist zum Beispiel als Innensechskant ausgeführt und dient bei der Montage zur Aufnahme eines Werkzeugs, insbesondere eines Außensechskantschlüssels. In der ausgefahrenen Stellung des Betätigungsstößels 20 ist die Kupplung geöffnet.
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Die Betätigungskraft zum Ausfahren des Betätigungsstößels 20 wird durch ein Bestromen der elektromagnetischen Spule des Magnetaktors 15 bewirkt. Wenn die Bestromung der elektromagnetischen Spule des Magnetaktors 15 unterbrochen wird, dann sorgt die Vorspannkraft der Feder 10 dafür, dass der Betätigungsstößel 20 aus seiner in 2 rechts dargestellten ausgefahrenen Stellung wieder in seine in 2 links dargestellte eingefahrene Stellung zurückgefahren wird.
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In 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Klauenkupplung durch einen schaltbaren Freilauf 30 dargestellt ist. Es kann beispielsweise ein schaltbarer Klinkenfreilauf verwendet werden, wie er in dem Funktionsschema unter der in verschiedenen Schaltpositionen dargestellten Riemenscheibeneinheit gezeigt ist. Ein solcher Klinkenfreilauf ist derart schaltbar, dass eine Drehmomentenübertragung in entgegengesetzte Relativverdrehrichtungen möglich ist. Im Prinzip sind also zwei in entgegengesetzte Richtungen wirkende Freiläufe durch eine gemeinsame Umschalteinrichtung schaltbar. Die Umschalteinrichtung wird mittels des Hubmagneten betätigt, wobei die axiale Bewegung in eine Drehbewegung für die Umschalteinrichtung umgewandelt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist somit in der einen Position ein Generatorbetrieb und in der anderen Schaltposition ein Boostbetrieb möglich.
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Es sind jedoch auch andere Schaltungen möglich, beispielsweise in einer Position ein Freilauf und in der anderen Position eine feste Verbindung für beide Drehrichtungen. Selbstverständlich ist auch ein entsprechend ausgebildeter schaltbarer Rollenfreilauf einsetzbar. Entsprechende Freiläufe und Schaltelemente sind in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2012 221 329 dargestellt.
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Der Freilauf 30 umfasst einen Freilaufaußenring 31 und einen Freilaufinnenring 32. Der Freilaufaußenring 31 ist über Nietverbindungselemente fest mit einer Riemenspur der Riemenscheibe RS verbunden. Der Freilaufinnenring 32 ist fest mit dem Dämpferflansch 6 verbunden.
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Je nach Schaltstellung des schaltbaren Freilaufs 30 wird eine Relativverdrehung zwischen dem Freilaufaußenring 31 und dem Freilaufinnenring 32 ermöglicht oder gesperrt. Zu diesem Zweck dienen zum Beispiel Klinken 33, die gegen die Vorspannkraft einer Federeinrichtung 34 mit Hilfe eines Schaltelements 35 betätigbar sind.
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Das Schaltelement 35 des Freilaufs 30 ist über ein Lager 36 mit einem Betätigungsstößel 37 gekoppelt, der aus dem Gehäuse des Hubmagneten D herausragt. In 3 links ist der Betätigungsstößel 37 in einer eingefahrenen Stellung dargestellt. In der eingefahrenen Stellung des Betätigungsstößels 37 wird ein Generatorbetrieb der Riemenscheibe RS ermöglicht. In 3 rechts ist der Betätigungsstößel 37 in einer ausgefahrenen Stellung dargestellt. In der ausgefahrenen Stellung des Betätigungsstößels 37 wird ein Boostzustand der Riemenscheibe RS ermöglicht.
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In 3 unten ist in einem Rechteck 39 die Funktion des Klinkenfreilaufs veranschaulicht. Der Klinkenfreilauf umfasst ein Schaltelement 40, über das eine erste Klinke 41 und eine zweite Klinke 42 betätigt werden können. In dem Rechteck 39 oben ist die erste Klinke 41 durch das Schaltelement 40 deaktiviert. Die zweite Klinke 42 ist aktiviert. Über die aktivierte zweite Klinke 42 wird der Generatorbetrieb ermöglicht. In dem Rechteck 39 unten ist die erste Klinke 41 durch das Schaltelement 40 aktiviert. Die zweite Klinke 42 ist deaktiviert. Über die aktivierte erste Klinke 41 wird der Bootsbetrieb ermöglicht.
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In 4 sind vergleichend zwei Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Riemenscheibe gezeigt. Bei Version I erfolgt die Montage der Riemenscheibeneinheit über die Zentralschraube S an der Kurbelwelle, anschließend wird Öl eingefüllt und durch Montage des als Magnetaktor 15 ausgebildeten Hubmagnets wird das System öldicht geschlossen. Bei Version II erfolgt die Montage des Kurbelwellentorsionsdämpfers A über die Zentralschraube S an der Kurbelwelle, anschließend wird die schon mit Öl befüllte und mit dem Magnetaktor 15 vormontierte Riemenscheibeneinheit über die Schrauben 18 am Kurbelwellentorsionsdämpfer A befestigt.
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5 stellt vergleichend zwei Ausführungsformen dar, wobei die Version I der Version I aus 4 entspricht. Die Schmierung des Entkopplers, der Lager und der Kupplung erfolgt bei Version I mittels Öl, der Ölraum ist nach der Montage mittels der Dichtelemente geschlossen. Bei Version III erfolgt die Schmierung des Entkopplers und der Lager separat mittels Fett, die Kupplung wird nicht geschmiert.
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6 zeigt vergleichend zwei Ausführungsformen. Version II (entspricht Version II aus 4) besitzt eine Klauenkupplung, Version IV einen schaltbaren Klinkenfreilauf.
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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungsvorrichtung zur Drehmomentübertragung eines relativ hohen Moments in bestimmten Betriebszuständen, wobei in anderen Betriebszuständen das Moment jedoch nicht oder in einer anderen Richtung übertragen werden soll. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Riemenscheibe mit Kurbelwellentorsionsdämpfer, Riementriebsentkopplung und Schaltelement mit speziellen Detaillösungen und Ausführungsformen. Schaltbare Riemenscheiben haben ein erhebliches Potenzial bei der intelligenten Kopplung von Verbrennungs- und Elektromotoren (Hybrid-Antrieb). Durch die dargestellte Erfindung sind gegenüber dem Stand der Technik sowohl Funktions- wie Kostenvorteile zu erwarten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwungring
- 2
- Gummifeder
- 3
- Dämpferflansch
- 3a
- Lagerdom
- 4
- Gegenscheibe
- 5
- Bogenfeder
- 6
- Dämpferflansch
- 7
- Lager
- 8
- Eingangsteil
- 9
- Schiebemuffe
- 10
- Feder
- 11
- Ausgangsteil
- 12
- Lager
- 13
- Drehmomentstütze
- 14
- Lager
- 15
- Magnetaktor
- 16
- Lager
- 17
- Druckstück
- 18
- Schrauben
- 19
- Bewegungsachse
- 20
- Betätigungsstößel
- 21
- Ausnehmung
- 30
- Freilauf
- 31
- Freilaufaußenring
- 32
- Freilaufinnenring
- 33
- Klinken
- 34
- Federeinrichtung
- 35
- Schaltelement
- 36
- Lager
- 37
- Betätigungsstößel
- 39
- Rechteck
- 40
- Schaltelement
- 41
- erste Klinke
- 42
- zweite Klinke
- A
- Kurbelwellentorsionsdämpfer
- B
- Kurbelwellenentkoppler
- C
- Klauenkupplung
- D
- Hubmagnet
- KW
- Kurbelwelle
- RS
- Riemenscheibe
- S
- Zentralschraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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