DE102014213486A1 - Riemenscheibenanordnung - Google Patents

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Daniel Helmer
Marc Finkenzeller
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Es ist eine Riemenscheibenanordnung zur Anbindung eines Nebenaggregats mit einer Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einer Riemenscheibe zum Ankoppeln eines Nebenaggregats über ein Zugmittel, einer innerhalb der Riemenscheibe angeordneten Reibungskupplung, insbesondere Lamellenkupplung, zum Kuppeln der Riemenscheibe mit einem Drehmomenteinleitungselement, insbesondere ein drehfest mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors verbundenes Bauteil, wobei die Reibungskupplung mindestens eine Gegenplatte und mindestens eine relativ zur Gegenplatte verlagerbare Anpressplatte aufweist, einem zumindest teilweise innerhalb der Riemenscheibe angeordnetem Rampensystem zum Verlagern der mindestens einen Anpressplatte relativ zur mindestens einen Gegenplatte der Reibungskupplung, wobei das Rampensystem eine Eingangsrampe und eine relativ zur Eingangsrampe zur Veränderung einer axialen Erstreckung des Rampensystems verdrehbare Ausgangsrampe aufweist, einer innerhalb der Riemenscheibe angeordneten Vorsteuerkupplung zum Auslösen eines Verdrehens der Eingangsrampe relativ zur Ausgangsrampe infolge einer Differenzdrehzahl der Anpressplatte zur Gegenplatte der Reibungskupplung und einer Auslöseeinheit zum Betätigen der Vorsteuerkupplung. Insbesondere kann durch eine Positionierung der Auslöseeinheit und der Vorsteuerkupplung in einem radial inneren Bereich der Riemenscheibenanordnung, insbesondere innerhalb der Riemenscheibe, vorhandener Bauraum genutzt werden, so dass die axiale Erstreckung der Riemenscheibe in einem radial äußeren Bereich, insbesondere in axialer Richtung seitlich neben der Reibungskupplung, für weitere Funktionseinheiten, insbesondere einen Drehschwingungsdämpfer und/oder Schwingungstilger, genutzt werden kann, so dass eine schaltbare Riemenscheibenanordnung für eine alternative Bauraumanforderung ermöglicht ist, bei der insbesondere eine zusätzliche Drehschwingungsdämpfung innerhalb der Riemenscheibe vorgesehen sein kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibenanordnung, mit dessen Hilfe beispielsweise eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit Nebenaggregaten, beispielsweise einem Klimakompressor, angeschlossen werden kann und über die beispielsweise mit Hilfe eines Starters ein Drehmoment in die Kurbelwelle eingeleitet werden kann, um die Brennkraftmaschine zu starten.
  • Aus DE 101 48 961 A1 ist eine Riemenscheibenanordnung mit einer Riemenscheibe zum Antrieb von Nebenaggregaten bekannt, die über ein Planetengetriebe mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist. Im Drehmomentfluss ist ein elektromagnetisch schaltbarer Bandfreilauf vorgesehen.
  • Es besteht ein ständiges Bedürfnis schaltbare Riemenscheibenanordnungen an alternative Bauraumanforderungen anpassen zu können.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine schaltbare Riemenscheibenanordnung für eine alternative Bauraumanforderung ermöglicht.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Riemenscheibenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Erfindungsgemäß ist eine Riemenscheibenanordnung zur Anbindung eines Nebenaggregats mit einer Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einer Riemenscheibe zum Ankoppeln eines Nebenaggregats über ein Zugmittel, einer innerhalb der Riemenscheibe angeordneten Reibungskupplung, insbesondere Lamellenkupplung, zum Kuppeln der Riemenscheibe mit einem Drehmomenteinleitungselement, insbesondere ein drehfest mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors verbundenes Bauteil, wobei die Reibungskupplung mindestens eine Gegenplatte und mindestens eine relativ zur Gegenplatte verlagerbare Anpressplatte aufweist, einem zumindest teilweise innerhalb der Riemenscheibe angeordnetem Rampensystem zum Verlagern der mindestens einen Anpressplatte relativ zur mindestens einen Gegenplatte der Reibungskupplung, wobei das Rampensystem eine Eingangsrampe und eine relativ zur Eingangsrampe zur Veränderung einer axialen Erstreckung des Rampensystems verdrehbare Ausgangsrampe aufweist, einer innerhalb der Riemenscheibe angeordneten Vorsteuerkupplung zum Auslösen eines Verdrehens der Eingangsrampe relativ zur Ausgangsrampe infolge einer Differenzdrehzahl der Anpressplatte zur Gegenplatte der Reibungskupplung und einer Auslöseeinheit zum Betätigen der Vorsteuerkupplung.
  • Das über das Drehmomenteinleitungselement in die Riemenscheibenanordnung eingeleitete Drehmoment kann zumindest teilweise über die Ausgangsrampe in die Reibungskupplung eingeleitet werden, die im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung eine Drehmomentübertragung zwischen der Riemenscheibe und dem Drehmomenteinleitungselement herstellt und im geöffneten Zustand der Reibungskupplung eine Drehmomentübertragung zwischen der Riemenscheibe und dem Drehmomenteinleitungselement unterbricht. Im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung weisen die Anpressplatte und die Gegenplatte im schlupffreien Betrieb im Wesentlichen die gleiche Drehzahl auf. Im geöffneten Zustand der Reibungskupplung können die Anpressplatte und die Gegenplatte mit einer unterschiedlichen Drehzahl drehen, so dass sich eine Drehzahldifferenz zwischen der Anpressplatte und der Gegenplatte einstellt. Mit Hilfe der Vorsteuerkupplung kann mittelbar über das Rampensystem ein Drehmomentfluss zwischen der Anpressplatte und der Gegenplatte hergestellt werden, wobei dieser Drehmomentfluss an den Reibkontaktstellen der Reibungskupplung vorbei erfolgen kann. Die Drehzahldifferenz der Anpressplatte zur Gegenplatte bei geöffneter Reibungskupplung kann bei einer entsprechenden Betätigung der Betätigungseinheit ausgenutzt werden, um ein auf der Drehzahldifferenz basierendes Differenzmoment zu erzeugen, mit dessen Hilfe die Rampen des Rampensystems relativ zueinander verdreht werden können, um über das Rampensystem eine Anpresskraft zur Verlagerung der Anpressplatte auszuüben. Die für die Anpresskraft erforderliche Energie kann insbesondere aus dem Drehmomenteinleitungselement abgeleitet werden, indem sich das Drehmomenteinleitungselement über das Rampensystem und die geschlossene Vorsteuerkupplung an der Gegenplatte abstützt. Die Anpressplatte, oder mehrere miteinander gekoppelte Anpressplatten, können dadurch verlagert werden, so dass die Reibungskupplung geschlossen werden kann. Nach Beendigung des Schlupfbetriebs der Reibungskupplung sind die Drehzahlen der Anpressplatte und der Gegenplatte miteinander synchronisiert, so dass eine Drehzahldifferenz zwischen der Anpressplatte und der Gegenplatte nicht mehr vorliegt. Das Rampensystem kann dann in der erreichten Stellung verharren, ohne dass über die Vorsteuerkupplung ein Moment eingeleitet werden muss.
  • Über die Rampensteigung der Rampen des Rampensystems kann eine Kraftverstärkung erfolgen, so dass von der Auslöseeinheit im Vergleich zu der an der Anpressplatte erreichbaren Anpresskraft eine deutlich geringere Normalkraft für die Vorsteuerkupplung aufgebracht werden braucht. Dadurch kann die Auslöseeinheit deutlich kleiner und bauraumsparender dimensioniert werden, als wenn die Auslöseeinheit die Reibungskupplung direkt betätigen würde. Ferner ist es möglich die Auslöseeinheit und die Vorsteuerkupplung aus dem Bereich der Reibungskupplung heraus zu verlagern. Die Auslöseeinheit und die Vorsteuerkupplung können dadurch insbesondere im Vergleich zur Reibungskupplung zumindest zu einem Großteil radial innen zur Reibungskupplung positioniert werden, so dass Bauraum radial innerhalb zu Reibbelägen der Reibungskupplung genutzt werden kann. Die Reibkontakte der Reibungskupplung können dadurch in einem vergleichsweise weit radial äußeren Bereich vorgesehen werden, so dass eine entsprechend geringe Erstreckung der Reibungskupplung nach radial inner erforderlich ist, um eine entsprechend große Reibfläche realisieren zu können. Insbesondere kann durch eine Positionierung der Auslöseeinheit und der Vorsteuerkupplung in einem radial inneren Bereich der Riemenscheibenanordnung, insbesondere innerhalb der Riemenscheibe, vorhandener Bauraum genutzt werden, so dass die axiale Erstreckung der Riemenscheibe in einem radial äußeren Bereich, insbesondere in axialer Richtung seitlich neben der Reibungskupplung, für weitere Funktionseinheiten, insbesondere einen Drehschwingungsdämpfer und/oder Schwingungstilger, genutzt werden kann, so dass eine schaltbare Riemenscheibenanordnung für eine alternative Bauraumanforderung ermöglicht ist, bei der insbesondere eine zusätzliche Drehschwingungsdämpfung innerhalb der Riemenscheibe vorgesehen sein kann.
  • Die Riemenscheibe kann eine nach radial außen weisende Kontaktfläche aufweisen, die mit einem Zugmittel, insbesondere einem Zugriemen, zusammenwirken kann, um ein Drehmoment zu übertragen. Die Kontaktfläche kann insbesondere korrespondierend zu dem Zugmittel profiliert sein, beispielsweise um mit einem Poly-V-Riemen oder einer Kette ein entsprechend großes Drehmoment zu übertragen. Die Riemenscheibe kann an einer Axialseite über eine Seitenfläche zumindest teilweise geschlossen sein. Das Volumen radial innerhalb der Kontaktfläche und axial neben der Seitenfläche wird als das Innere der Riemenscheibe verstanden, wo Bauelemente innerhalb der Riemenscheibe angeordnet werden können. Die Riemenscheibe kann an einer der Seitenfläche gegenüberliegenden Axialseite mit einem Deckel zumindest teilweise geschlossen sein oder offen bleiben. Die offene Axialseite der Riemenscheibe kann im eingebauten Zustand insbesondere benachbart zu einem Gehäuse, insbesondere einem Motorgehäuse eines Kraftfahrzeugs, positioniert sein, so dass das Innere der Riemenscheibe auch ohne einen Deckel durch das Gehäuse geschützt sein kann.
  • Die relative Verdrehbarkeit der insbesondere radial innen zur Ausgangsrampe vorgesehenen Eingangsrampe und der insbesondere radial außen zur Eingangsrampe vorgesehenen Ausgangsrampe des Rampensystems infolge der Drehzahldifferenz der Anpressplatte zu der Gegenplatte kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Ausgangsrampe mit der Anpressplatte gekoppelt ist, während die Eingangsrampe mit Hilfe der die Vorsteuerkupplung betätigten Auslöseeinheit einen Reibschluss mit der Gegenplatte herstellt. Hierbei kann die Ausgangsrampe drehfest mit der Anpressplatte verbunden sein, wobei vorzugsweise die Ausgangsrampe gedämpft mit der Anpressplatte gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Ausgangsrampe über mindestens ein Federelement, insbesondere eine oder mehrere Blattfedern, mit der Anpressplatte direkt oder indirekt verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Ausgangsrampe mit dem Drehmomenteinleitungselement und/oder mit einer Eingangsseite oder einer Ausgangseite eines Drehschwingungsdämpfungsdämpfers gekoppelt sein, wobei diese Koppelung drehfest oder dämpft, insbesondere mit Hilfe mindestens eines beispielsweise als Blattfeder ausgestalteten Federelements erfolgen kann. Gegebenenfalls auftretende verschiedene Drehmomenteinträge mit unterschiedlichen Frequenzverläufen können durch die als Energiespeicher wirkenden Federelemente kompensiert werden. Ferner ist es möglich, dass beispielsweise bei einer als Lamellenkupplung mit mehreren Lamellen ausgestalteten Reibungskupplung mehr als eine Anpressplatte vorgesehen ist, wobei bei mindestens zwei Anpressplatten über unterschiedliche Drehmomentflüsse unterschiedliche Drehmomenteinträge mit unterschiedlichen Frequenzverläufen erfolgen können, die im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung ausgeglichen sein können und gegebenenfalls über als Energiespeicher wirkenden Federelemente kompensiert werden können.
  • Die Rampen des Rampensystems können direkt aufeinander abgleiten oder über mindestens eine Kugel, einen Zylinder oder sonstiges drehbares Element relativ zueinander verdreht werden, so dass ein Kugel-Rampen-System ausgebildet werden kann. Durch das Verdrehen der Rampen relativ zu einander kann sich der Abstand der von der jeweils anderen gegenüberliegenden Rampe wegweisenden Rückseiten der Eingangsrampe und der Ausgangsrampe verändern, so dass sich entsprechend die axiale Erstreckung des Rampensystems verringern beziehungsweise vergrößern kann. Vorzugsweise weisen die Rampen der Eingangsrampe und der Ausgangsrampe in einer abgewickelten Seitenansicht einen im Wesentlichen V-förmigen Steigungsverlauf auf. Dadurch ist es möglich ausgehend von einer definierten Offenstellung der Reibungskupplung sowohl bei einem Drehmomentfluss von dem Drehmomenteinleitungselement zur Riemenscheibe („Zugbetrieb“) durch eine Relativdrehung der Eingangsrampe zur Ausgangsrampe in einer ersten Umfangsrichtung als auch bei einem Drehmomentfluss von der Riemenscheibe zum Drehmomenteinleitungselement („Schubbetrieb“) durch eine Relativdrehung der Eingangsrampe zur Ausgangsrampe in einer der ersten Umfangsrichtung entgegen gesetzten zweiten Umfangsrichtung die Reibungskupplung zu schließen. Insbesondere können die Rampensteigungen für den Zugbetrieb von den Rampensteigungen für den Schubbetrieb abweichen, so dass unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse von dem Rampensystem für den Zugbetrieb und den Schubbetrieb vorgesehen werden können. Besonders bevorzugt ist der maximale relative Verdrehwinkel der Eingangsrampe zu der Ausgangsrampe beispielsweise durch mindestens einen Anschlag begrenzt, wodurch beispielsweise eine Überschreitung eines maximalen Verschleißbereichs von Reibbelägen der Reibungskupplung vermieden werden kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Anpressplatte der Reibungskupplung durch die Ausgangsrampe ausgebildet ist. Die Anpressplatte der Reibungskupplung kann einstückig mit der Ausgangsrampe des Rampensystems ausgebildet sein.
  • Mit Hilfe der Riemenscheibenanordnung kann in der Schließposition der Reibungskupplung von der Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors über die Riemenscheibe und ein von der Riemenscheibe angetriebenes Zugmittel ein Nebenaggregat, insbesondere ein Klimakompressor angetrieben werden, mit dessen Hilfe insbesondere eine Klimaanlage des Kraftfahrzeugs betrieben werden kann. Wenn bei ausgeschaltetem Kraftfahrzeugmotor mit Hilfe eines vorzugsweise als elektrische Maschine ausgestalteten Starters der Klimakompressor betrieben werden soll („Standklimatisierung“), ist es ausreichend mit Hilfe der Vorsteuerkupplung die Reibungskupplung zu öffnen, so dass der Klimakompressor vom Starter angetrieben wird ohne von der stillstehenden Antriebswelle gebremst oder blockiert zu werden. Um den insbesondere als Brennkraftmaschine ausgestalteten Kraftfahrzeugmotor zu starten, kann mit Hilfe der Vorsteuerkupplung die Reibungskupplung geschlossen werden, so dass der Starter über das Zugmittel ein Startmoment in die Riemenscheibe einleiten kann, das im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung an das Drehmomenteinleitungselement übertragen und über eine mit dem Drehmomenteinleitungselement verbundene Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotor in den Kraftfahrzeugmotor für den Start des Kraftfahrzeugmotors eingeleitet werden kann („Starterbetrieb“). Insbesondere lässt sich dadurch leicht und schnell ein Warmstart des Kraftfahrzeugmotors erreichen, so dass die Riemenscheibenanordnung insbesondere für einen Start-Stop-Betrieb des Kraftfahrzeugmotors geeignet ist und insbesondere bei gestopptem Kraftfahrzeugmotor die Nebenaggregate von dem Starter weiter betrieben werden können. Vorzugsweise kann bei gestartetem Kraftfahrzeugmotor der Starter in der Schließposition der Reibungskupplung insbesondere wahlweise als Generator betrieben werden, um mit Hilfe des Starters speicherbare elektrische Energie zu erzeugen („Generatorbetrieb“). Ferner ist es möglich in der Schließposition der Reibungskupplung im laufenden Betrieb des Kraftfahrzeugmotors durch den Starter ein zusätzliches Drehmoment einzuleiten, um beispielsweise kurzzeitig abgeforderte Spitzenmomente bereitstellen zu können („Boost-Betrieb“). Ferner ist es möglich im laufenden Betrieb des Kraftfahrzeugmotors die Reibungskupplung zu öffnen und dadurch den Antrieb der Nebenaggregate über die Riemenscheibe zu unterbrechen, beispielsweise um durch den insbesondere zeitweiligen und/oder kurzzeitigen Abwurf der Nebenaggregate von dem Drehmomentfluss der Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors Schleppmomente zu reduzieren und einen geringeren Kraftstoffverbrauch für den Kraftfahrzeugmotor zu ermöglichen, der geringere CO2-Emissionen ermöglicht („Sparbetrieb“).
  • Das Nebenaggregat ist beispielsweise eine Kühlwasserpumpe, Ölpumpe, Klimakompressor einer Klimaanlage, Kraftstoffpumpe, Lichtmaschine, Schmierstoffpumpe, mechanischer Lader/Kompressor für Ladeluftverdichtung bei aufladbaren Kraftfahrzeugmotoren. Das Zugmittel kann als Seil, Riemen, insbesondere Flachriemen oder Keilriemen, insbesondere Poly-V-Riemen, Kette oder Ähnliches ausgestaltet sein. Das Zugmittel ist insbesondere faserverstärkt und/oder weist mindestens einen Metalldraht auf, so dass eine besonders hohe Zugfestigkeit gegeben ist.
  • Insbesondere ist zumindest teilweise innerhalb der Riemenscheibe in Drehmomentübertragungsrichtung zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und der Reibungskupplung ein Drehschwingungsdämpfer zum Dämpfen von über das Drehmomenteinleitungselement eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten vorgesehen. Vorzugsweise weist der Drehschwingungsdämpfer ein mit dem Drehmomenteinleitungselement insbesondere drehfest verbundenes Eingangselement und ein über ein Energiespeicherelement, insbesondere Bogenfeder, relativ verdrehbares Ausgangselement auf. Der Drehschwingungsdämpfer kann insbesondere in einem Radialbereich axial neben den Reibkontaktstellen der Reibungskupplung positioniert sein. Der Drehschwingungsdämpfer kann dadurch vergleichsweise weit radial außen innerhalb der Riemenscheibe vorgesehen sein, so dass insbesondere eine entsprechend lange in Umfangsrichtung verlaufende Bogenfeder vorgesehen werden kann. Der Drehschwingungsdämpfer kann dadurch leicht zur Dämpfung bestimmter Frequenzbereiche, insbesondere ein vorzugsweise ganzzahliges Vielfaches der Motorordnung des Kraftfahrzeugmotors, eingestellt werden. Durch die erreichbare Dämpfung können die Nebenaggregate mit geringeren Drehzahlschwankungen betrieben werden, so dass eine bewusste Überdimensionierung der Nebenaggregate und/oder unnötige Belastungen der Nebenaggregate reduziert werden können.
  • Besonders bevorzugt ist zumindest teilweise innerhalb der Riemenscheibe ein Schwingungstilger, insbesondere ein Gummitilger, angeordnet, wobei der Schwingungstilger mit dem Drehmomenteinleitungselement oder mit der Anpressplatte oder mit der Gegenplatte gekoppelt ist. Der Gummitilger kann insbesondere eine Tilgermasse aufweisen, die über ein gummielastisches Element relativ elastisch drehbar angebunden ist. Der Schwingungstilger ist vorzugsweise mit einem mit dem Drehmomenteinleitungselement im Wesentlichen drehfest verbundenen Eingangselement oder einem mit der Anpressplatte im Wesentlichen drehfest verbundenen Ausgangselement eines Drehschwingungsdämpfers verbunden. Insbesondere ist der der Schwingungstilger radial außerhalb zum Drehschwingungsdämpfer innerhalb der Riemenscheibe angeordnet. Der Drehschwingungsdämpfer kann dadurch zur Dämpfung eines bestimmten Frequenzbereichs, insbesondere ein vorzugsweise ganzzahliges Vielfaches der Motorordnung des Kraftfahrzeugmotors, vorgesehen sein. Durch die erreichbare Dämpfung können die Nebenaggregate mit geringeren Drehzahlschwankungen betrieben werden, so dass eine bewusste Überdimensionierung der Nebenaggregate und/oder unnötige Belastungen der Nebenaggregate reduziert werden können.
  • Insbesondere ist eine an der Eingangsrampe, insbesondere drehfest, angekoppelte Reibscheibe zur Herstellung eines Reibschlusses mit der mindestens einen Gegenplatte vorgesehen, wobei die Reibscheibe von der Auslöseeinheit relativ zur Gegenplatte verlagerbar ist. Die Reibscheibe kann an der Gegenplatte direkt oder indirekt beziehungsweise über ein mit der Gegenplatte drehfest verbundenes Bauteil, beispielsweise ein Lamellenträger, mit einer Normalkraft angreifen, so dass sich über die einstellende Reibungskraft ein Reibmoment aufbauen kann. Die entsprechende Normalkraft kann mit Hilfe der Auslöseinheit und/oder einem hierzu vorgesehenem Federelement aufgebracht werden. Die Reibscheibe kann insbesondere schlupfend, also mit Gleitreibung, einen Reibschluss mit der Gegenplatte herstellen. Über die Reibscheibe kann die Drehzahldifferenz der Anpressplatte zur Gegenplatte ausgenutzt werden, um eine Relativdrehung der Ausgangsrampe zur Eingangsrampe herbeizuführen, so dass sich die axiale Erstreckung des Rampensystems vergrößern kann, wodurch die Anpressplatte gegen die Gegenplatte gedrückt werden kann, um die Reibungskupplung zu schließen.
  • Vorzugsweise ist die Reibscheibe aus einem magnetischen oder magnetisierten Material hergestellt, wobei die Auslöseeinheit zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zum Verlagern der Reibscheibe ausgestaltet ist. Die Vorsteuerkupplung kann dadurch als Magnetkupplung ausgestaltet sein. Die Auslöseeinheit kann mit Hilfe eines stromdurchflossenen Leiters eine magnetische Kraft erzeugen, mit deren Hilfe die Reibscheibe angezogen oder angestoßen werden kann. Hierbei kann von der Auslöseeinheit eine hinreichend große magnetische Kraft aufgebracht werden, um gegebenenfalls eine Federkraft einer Rückstellfeder zur Positionierung der Reibscheibe in eine definierte Ausgangsposition zu überwinden. Die Vorsteuerkupplung kann als „normally closed“ ausgestaltet sein, so dass bei ausgeschalteter Auslöseeinheit ein Reibschluss zwischen der Reibscheibe und der Gegenplatte vorliegt und im eingeschalteten Zustand der Auslöseeinheit insbesondere eine abstoßende Kraft auf die Reibscheibe ausgeübt wird, um den Reibschluss der Reibscheibe mit der Gegenplatte aufzuheben. Die Normalkraft für die Herstellung des Reibschlusses kann hierbei im Wesentlichen von der Rückstellfeder bereit gestellt werden. Die Vorsteuerkupplung kann auch als „normally open“ ausgestaltet sein, so dass bei ausgeschalteter Auslöseeinheit ein Reibschluss zwischen der Reibscheibe und der Gegenplatte unterbrochen ist und im eingeschalteten Zustand der Auslöseeinheit insbesondere eine anziehende Kraft auf die Reibscheibe ausgeübt wird, um den Reibschluss der Reibscheibe mit der Gegenplatte herzustellen. Die Normalkraft für die Herstellung des Reibschlusses kann hierbei im Wesentlichen von der Auslöseeinheit bereit gestellt werden.
  • Besonders bevorzugt greift an der Reibscheibe und an der Eingangsrampe eine Rückstellfeder an, wobei die Rückstellfeder bei einem Reibschluss der Reibscheibe mit der mindestens einen Gegenplatte eine Zugkraft zum Verlagern der Reibscheibe von der Gegenplatte weg oder in einer zur Gegenplatte beabstandeten Position der Reibscheibe eine Druckkraft zum Verlagern der Reibscheibe auf die Gegenplatte zu bereit stellt. Wenn die Vorsteuerkupplung als „normally closed“ ausgestaltet sein soll, kann die Rückstellfeder die Reibscheibe gegen die Gegenplatte verlagern, um einen Reibschluss herzustellen. Wenn die Vorsteuerkupplung als „normally open“ ausgestaltet sein soll, kann die Rückstellfeder die Reibscheibe von der Gegenplatte wegziehen, um einen Reibschluss aufzuheben. Die insbesondere als Tellerfeder ausgestaltete Rückstellfeder ist insbesondere drehfest mit der Reibscheibe und der Eingangsrampe verbunden, so dass im schlupfenden Betrieb der Reibscheibe mit der Gegenplatte über die Rückstellfeder ein Differenzmoment von der Gegenplatte an die Eingangsrampe übertragen werden kann, um die Eingangsrampe relativ zur Ausgangsrampe zu verdrehen. Besonders bevorzugt weist die Rückstellfeder eine Federkennlinie auf, bei der über einen Verschleißbereich der Vorsteuerkupplung, insbesondere bei einem Verschleiß von einem zwischen der Reibscheibe und der Gegenplatte vorgesehenen Reibbelag, die zum Verlagern der Reibscheibe gegen die Federkraft der Rückstellfeder von der Auslöseeinheit zu überwindende Kraft im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Insbesondere kann hierbei eine Veränderung der magnetischen Feldstärke entlang des axialen Verlagerungswegs der Reibscheibe berücksichtigt und zumindest teilweise kompensiert werden.
  • Insbesondere ist die Ausgangsrampe über ein Koppelelement, insbesondere eine Blattfeder, direkt oder indirekt, insbesondere über einen Drehschwingungsdämpfer, mit dem Drehmomenteinleitungselement verbunden. Durch das Koppelelement kann ein Drehmoment übertragen werden, wobei gegebenenfalls auftretenden Drehzahlunterschiede zur Ausgangsrampe von dem Koppelelement kompensiert werden können. Beispielsweise kann das Koppelelement als Energiespeicherelement wirken und eine Dämpfung von Drehzahlschwankungen bewirken.
  • Vorzugsweise ist die Eingangsrampe relativ verdrehbar zum Drehmomenteinleitungselement gelagert. Die Eingangsrampe kann insbesondere über ein Axiallager an dem Drehmomenteinleitungselement direkt oder indirekt, insbesondere über einen Drehschwingungsdämpfer, abgestützt sein. Die Eingangsrampe kann dadurch von dem Drehmomenteinleitungselement entkoppelt sein. Dadurch ist eine Drehzahlanpassung mit der Gegenplatte erleichtert, während die Ausgangsrampe eine Drehzahlanpassung mit dem Drehmomenteinleitungselement erfährt, um eine Relativdrehung der Eingangsrampe zur Ausgangsrampe zu erreichen.
  • Besonders bevorzugt ist die Auslöseeinheit außerhalb der Riemenscheibe relativ drehbar zur Riemenscheibe an der Riemenscheibe gelagert. Die Auslöseeinheit kann dadurch leicht an ein elektrisches Versorgungsnetz, insbesondere ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs, angeschlossen werden. Besonders bevorzugt kann die Auslöseeinheit berührungslos mit Hilfe einer Magnetkraft die Vorsteuerkupplung betätigen, so dass die Riemenscheibe zwischen der Auslöseeinheit und der Vorsteuerkupplung im Wesentlichen durchgängig ausgeführt sein kann, um das Innere der Riemenscheibe vor Umwelteinflüssen zu schützen. Vorzugsweise kann die Riemenscheibe zwischen der Auslöseeinheit und der Vorsteuerkupplung mindestens eine von der Auslöseeinheit axial abgedeckte Durchgangsöffnung aufweisen, so dass ein von der Auslöseeinheit aufgebautes elektromagnetisches Feld mit einer entsprechend hohen Feldstärke leichter in das Innere der Riemenscheibe eindringen kann, um die Vorsteuerkupplung magnetisch zu betätigen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
  • 1: eine schematische Schnittansicht einer Riemenscheibenanordnung in einer ersten Ausführungsform und
  • 2: eine schematische Schnittansicht einer Riemenscheibenanordnung in einer zweiten Ausführungsform.
  • Bei der in 1 dargestellten Riemenscheibenanordnung 10 kann eine aus einem Motorgehäuse 12 eines Kraftfahrzeugmotors herausragende als Drehmomenteinleitungselement wirkende Antriebswelle 14 mit einem in einer Riemenscheibe 16 vorgesehenen Drehschwingungsdämpfer 18 der Riemenscheibenanordnung 10 verbunden sein. Der Drehschwingungsdämpfer 18 weist ein mit der Antriebswelle 14 drehfest verbundenes Eingangselement 20 auf, das über ein als Bogenfeder ausgestaltetes Energiespeicherelement 22 relativ verdrehbar mit einem Ausgangselement 24 gekoppelt ist. Das Ausgangselement 24 weist mehrere Anpressplatten 26 einer als Lamellenkupplung ausgestalteten Reibungskupplung 28 auf, die zum Schließen der Reibungskupplung 28 gegen korrespondierende Gegenplatten 30 reibschlüssig gedrückt werden können. Die Gegenplatten 30 sind drehfest mit der Riemenscheibe 16 verbunden, so dass ein Drehmoment von der Antriebswelle 14 über den Drehschwingungsdämpfer 18 und die geschlossene Reibungskupplung 28 an die Riemenscheibe 16 übertragen kann, die über eine nach radial außen weisende profilierte Kontaktfläche 32 das Drehmoment an ein als Poly-V-Riemen ausgestaltetes Zugmittel 34 übertragen kann, um über das Zugmittel 34 mindestens ein Nebenaggregat, insbesondere einen Klimakompressor, anzutreiben und/oder mit Hilfe eines über das Zugmittel 34 angebundenen Startesr ein Drehmoment in die Antriebswelle 14 einzuleiten, um den Kraftfahrzeugmotor zu starten. Ferner ist ein mit dem Eingangselement 20 verbundener als Gummitilger ausgestalteter Schwingungstilger 36 vorgesehen, wobei zusätzlich oder alternativ der Schwingungstilger 36 auch mit dem Ausgangselement 24 verbunden sein kann. Der Schwingungstilger 36 ist radial außerhalb zu dem Dreheschwingungsdämpfer 18 im Wesentlich vollständig innerhalb der Riemenscheibe 16 angeordnet.
  • Um die Reibungskupplung 28 zu öffnen und zu schließen, ist eine von einer Auslöseeinheit 38 magnetisch betätigbare Vorsteuerkupplung 40 vorgesehen, die im Wesentlichen auf einem Radiusbereich innerhalb der Riemenscheibe 16 vorgesehen ist, der radial innerhalb zu der Reibungskupplung 28 vorgesehen ist, so dass der Drehschwingungsdämpfer radial außerhalb zur Vorsteuerkupplung 40 im Wesentlichen innerhalb der Riemenscheibe 16 in einem Radiusbereich axial neben der Reibungskupplung 28 angeordnet ist. In axialer Richtung betrachtet kann der Drehschwingungsdämpfe 18 Reibbeläge 42 der Reibungskupplung 28 im Wesentlichen vollständig überdecken. Die Vorsteuerkupplung 40 weist ein Rampensystem 44 mit einer mit der Anpressplatte 26 drehfest verbundenen Ausgangsrampe 46 auf, die über eine Kugel 48 relativ verdrehbar zu einer Eingangsrampe 50 ausgeführt ist, um die axiale Erstreckung des Rampensystem 44 verändern zu können und dadurch die Anpressplatte 26 relativ zur Gegenplatte 30 zu verlagern. Die Ausgangsrampe 46 ist über ein insbesondere als Blattfeder ausgestaltetes Koppelelement 52 mit dem Eingangselement 20 des Drehschwingungsdämpfers 18 verbunden, wobei die Ausgangsrampe 46 über das Koppelelement 52 alternativ mit der Antriebswelle 14 oder mit dem Ausgangselement 24 des Drehschwingungsdämpfers 18 verbunden sein kann. Die Eingangsrampe 50 ist über ein Axiallager 54 relativ verdrehbar an dem Eingangselement 20 des Drehschwingungsdämpfers 18 gelagert. Die Vorsteuerkupplung 40 weist zusätzlich eine Reibscheibe 56 auf, die drehfest mit einer als Tellerfeder ausgestalteten Rückstellfeder 58 verbunden ist, wobei die Rückstellfeder 58 wiederum drehfest mit der Eingangsrampe 50 verbunden ist. Wenn die Vorsteuerkupplung 40 als „normally closed“ ausgeführt sein soll, wird die Reibscheibe 56 von der Federkraft der Rückstellfeder 58 reibschlüssig mit der Gegenplatte 30 gekoppelt, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel die Reibscheibe 56 gegen die drehfest mit der Gegenplatte 30 verbundene und in diesem Bereich als Lamellenträger wirkende Riemenscheibe 16 gedrückt wird. Die Reibscheibe 56 ist hierbei insbesondere als Permanentmagnet ausgestaltet und kann von der Auslöseeinheit 38 durch ein elektrisch induziertes Magnetfeld abgestoßen werden, so dass der Reibkontakt der Reibscheibe 56 aufgehoben wird und die Eingangsrampe 50 derart relativ zur Ausgangsrampe verdreht wird, dass die Reibungskupplung 28 geöffnet wird. Wenn die Vorsteuerkupplung 40 als „normally open“ ausgeführt sein soll, wird die Reibscheibe 56 von der Federkraft der Rückstellfeder 58 von der Auslöseeinheit 38 weg gezogen. Die Reibscheibe 56 ist hierbei insbesondere magnetisierbar ausgestaltet und kann von der Auslöseeinheit 38 durch ein elektrisch induziertes Magnetfeld angezogen werden, um durch einen Reibkontakt mit der Riemenscheibe 16 einen Reibschluss mit der Gegenplatte 30 herzustellen. Dadurch wird die Eingangsrampe 50 derart relativ zur Ausgangsrampe 46 verdreht, dass die Reibungskupplung 28 geschlossen wird. Die Auslöseeinheit 38 ist außerhalb der Riemenscheibe 16 angeordnet und relativ drehbar zur Riemenscheibe 16 über ein beispielsweise als Kugellager oder Gleitlager ausgestaltete Lager 60 an der Riemenscheibe 16 gelagert.
  • Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Riemenscheibenanordnung 10 ist im Vergleich zur in 1 dargestellten Ausführungsform der Riemenscheibenanordnung 10 der Drehschwingungsdämpfer 18 derart umgestaltet, dass die Eingangsrampe 50 über das Axiallager 54 nicht an dem Eingangselement 20 sondern an dem Ausgangselement 24 gelagert ist. Ferner ist die Ausgangsrampe 46 über das als Blattfeder ausgestaltete Koppelelement 52 nicht mit dem Eingangselement 20 sondern mit dem Ausgangselement 24 verbunden. Ferner ist die Reibungskupplung 28 soweit radial außen innerhalb der Riemenscheibe 16 angeordnet, dass sowohl der Schwingungstilger 36 als auch ein großer Teil des Drehschwingungsdämpfers 18 in einem Radiusbereich axial neben der Reibungskupplung angeordnet ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Riemenscheibenanordnung
    12
    Motorgehäuse
    14
    Antriebswelle
    16
    Riemenscheibe
    18
    Drehschwingungsdämpfer
    20
    Eingangselement
    22
    Energiespeicherelement
    24
    Ausgangselement
    26
    Anpressplatte
    28
    Reibungskupplung
    30
    Gegenplatte
    32
    Kontaktfläche
    34
    Zugmittel
    36
    Schwingungstilger
    38
    Auslöseeinheit
    40
    Vorsteuerkupplung
    42
    Reibbelag
    44
    Rampensystem
    46
    Ausgangsrampe
    48
    Kugel
    50
    Eingangsrampe
    52
    Koppelelement
    54
    Axiallager
    56
    Reibscheibe
    58
    Rückstellfeder
    60
    Lager
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10148961 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Riemenscheibenanordnung zur Anbindung eines Nebenaggregats mit einer Antriebswelle (14), insbesondere Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Riemenscheibe (16) zum Ankoppeln eines Nebenaggregats über ein Zugmittel (34), einer innerhalb der Riemenscheibe (16) angeordneten Reibungskupplung (28), insbesondere Lamellenkupplung, zum Kuppeln der Riemenscheibe (16) mit einem Drehmomenteinleitungselement, insbesondere ein drehfest mit einer Antriebswelle (14) eines Kraftfahrzeugmotors verbundenes Bauteil, wobei die Reibungskupplung (28) mindestens eine Gegenplatte (30) und mindestens eine relativ zur Gegenplatte (30) verlagerbare Anpressplatte (26) aufweist, einem zumindest teilweise innerhalb der Riemenscheibe (16) angeordnetem Rampensystem (44) zum Verlagern der mindestens einen Anpressplatte (26) relativ zur mindestens einen Gegenplatte (30) der Reibungskupplung (28), wobei das Rampensystem (44) eine Eingangsrampe (50) und eine relativ zur Eingangsrampe (50) zur Veränderung einer axialen Erstreckung des Rampensystems (44) verdrehbare Ausgangsrampe (46) aufweist, einer innerhalb der Riemenscheibe (16) angeordneten Vorsteuerkupplung (40) zum Auslösen eines Verdrehens der Eingangsrampe (50) relativ zur Ausgangsrampe (46) infolge einer Differenzdrehzahl der Anpressplatte (26) zur Gegenplatte (30) der Reibungskupplung (28) und einer Auslöseeinheit (38) zum Betätigen der Vorsteuerkupplung (40).
  2. Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise innerhalb der Riemenscheibe (16) in Drehmomentübertragungsrichtung zwischen dem Drehmomenteinleitungselement (14) und der Reibungskupplung (28) ein Drehschwingungsdämpfer (18) zum Dämpfen von über das Drehmomenteinleitungselement (14) eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten vorgesehen ist.
  3. Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschwingungsdämpfer (18) ein mit dem Drehmomenteinleitungselement (14) insbesondere drehfest verbundenes Eingangselement (20) und ein über ein Energiespeicherelement (22), insbesondere Bogenfeder, relativ verdrehbares Ausgangselement (24) aufweist.
  4. Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise innerhalb der Riemenscheibe (16) ein Schwingungstilger (36), insbesondere ein Gummitilger, angeordnet ist, wobei der Schwingungstilger (36) mit dem Drehmomenteinleitungselement (20) oder mit der Anpressplatte (26) oder mit der Gegenplatte (30) gekoppelt ist.
  5. Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass eine an der Eingangsrampe (50), insbesondere drehfest, angekoppelte Reibscheibe (56) zur Herstellung eines Reibschlusses mit der mindestens einen Gegenplatte (30) vorgesehen ist, wobei die Reibscheibe (56) von der Auslöseeinheit (38) relativ zur Gegenplatte (30) verlagerbar ist.
  6. Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Reibscheibe (56) aus einem magnetischen oder magnetisierten Material hergestellt ist, wobei die Auslöseeinheit (38) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zum Verlagern der Reibscheibe (56) ausgestaltet ist.
  7. Riemenscheibenanordnung nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass an der Reibscheibe (56) und an der Eingangsrampe (50) eine Rückstellfeder (58) angreift, wobei die Rückstellfeder (58) bei einem Reibschluss der Reibscheibe (56) mit der mindestens einen Gegenplatte (30) eine Zugkraft zum Verlagern der Reibscheibe (56) von der Gegenplatte (30) weg oder in einer zur Gegenplatte (30) beabstandeten Position der Reibscheibe (56) eine Druckkraft zum Verlagern der Reibscheibe (56) auf die Gegenplatte (30) zu bereit stellt.
  8. Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsrampe (46) über ein Koppelelement (52), insbesondere eine Blattfeder, direkt oder indirekt, insbesondere über einen Drehschwingungsdämpfer (18), mit dem Drehmomenteinleitungselement (14) verbunden ist.
  9. Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsrampe (50) relativ verdrehbar zum Drehmomenteinleitungselement (14) gelagert ist.
  10. Riemenscheibenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseeinheit (38) außerhalb der Riemenscheibe (16) relativ drehbar zur Riemenscheibe (16) an der Riemenscheibe (16) gelagert ist.
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