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Die Erfindung betrifft eine Riementrennkupplung für einen Nebenaggregatetrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einer Riemenscheibe zum Einleiten von Drehmoment und einer zur Weitergabe von Drehmoment an eine Generatorwelle vorbereiteten Hülse, wobei zwischen der Riemenscheibe und der Hülse eine Schlingbandfeder und eine Torsionsfeder / Drehfeder mit einer ersten und einer letzten Windung sowie einer oder mehrerer dazwischen angeordneten Mittenwindung / Mittenwindungen angeordnet ist.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der Patentschrift
US 6,083,130 A bekannt. Diese offenbart eine Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung von einem durch eine Ausgangswelle einer Antriebsmaschine angetriebenen Riemen auf eine Welle einer anzutreibenden Hilfskomponente mit einer Nabenstruktur. An dieser Nabenstruktur ist ein Riemenscheibenteil derart montiert, dass es mit dem Riemen in Eingriff steht. Für die Drehmomentweitergabe ist ein Einweg-Kupplungsteil vorgesehen.
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Ebenso ist die Patentschrift
US 7,207,910 B2 auf diesem Gebiet anzusiedeln. Sie offenbart einen Entkoppler und genauer einen Generator-Entkoppler eines Serpentinenzugmitteltriebs für Automobilfahrzeuge.
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Somit sind aus dem Stand der Technik bereits Vorrichtungen bekannt, die unter bestimmten Betriebsbedingungen eine Entkopplung einer Welle, wie einer Generatorwelle, von einem Nebenaggregate-Zugmitteltrieb vornehmen.
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Die Nachteile des Standes der Technik liegen darin, dass die Torsionsfeder aufgrund ihrer progressiven Federkennlinie abhängig vom Betriebszustand eine unterschiedliche Federkraft aufbringt. Weiterhin ist das maximal übertragbare Drehmoment bereits dann erreicht, wenn sich die Torsionsfeder bis zu einer radialen Begrenzung ausgedehnt hat.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben, und insbesondere eine Vorrichtung zu offenbaren, die eine Federkennlinie ohne Progression aufweist und es somit ermöglicht, schwankende Koppelkräfte zu vermeiden. Weiterhin soll das maximal übertragbare Drehmoment durch die erfindungsgemäße Riementrennkupplung erhöht werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Außendurchmesser der Mittenwindung oder zumindest einer der Mittenwindungen kleiner als der Außendurchmesser der ersten und/oder der letzten Windung ist. Dies ermöglicht es, dass die Mittenwindungen an einem Betriebspunkt, an dem die ersten und/oder letzten Windungen bereits radial anschlagen, weiterhin Drehmoment aufzunehmen, da ein in Radialrichtung gemessener Spalt erfindungsgemäß an den Mittenwindungen größer ist. Die unerwünschte Folge einer Federkennlinienprogression wird somit vermieden, während zeitgleich ein größeres Gesamtmoment übertragen werden kann. Dies erhöht die Effizienz und senkt den benötigten Bauraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dadurch, dass weiterhin ein radialer Anschlag der Torsionsfeder vorgegeben ist, können die Spannungen im Torsionsfederdraht nicht über einen bestimmten Wert ansteigen. Dies erhöht die Betriebssicherheit.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn ein Spalt zwischen der Innenseite der Schlingbandfeder und der Außenseite der Torsionsfeder vorhanden ist. Der Betrag dieses Spalts ist abhängig vom jeweiligen Betriebszustand, der wiederum vom Massenträgheitsmoment des Generators, von einem Überschwinger beim Ritzel-Startvorgang und weiteren Komponenten abhängt. Der Spalt ist durchschnittlich zwischen ca. 0,5 mm und ca. 2 mm, vorzugsweise 1,0 mm, 1,1 mm, 1,2 mm, 1,3 mm oder 1,4 mm. Die angegebenen Werte für die Spaltweite sind auf den Durchmesser bezogen. Der Spalt ermöglicht weiterhin eine Ausdehnung der Torsionsfeder. So wird trotz der hohen Anforderungen an den Bauraum stets die Forderung, ausreichend Gesamtmoment zu übertragen, erfüllt. Auch wirkt sich der Spalt positiv auf den Wärmeabtrag aus.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Spalt in Axialrichtung verlaufend, die durch eine Rotationsachse der Riemenscheibe bestimmt ist, eine unterschiedliche radiale Dicke, gemessen senkrecht zur Längsachse, aufweist. Dieser über die Länge der Torsionsfeder variierende Außendurchmesser hat zur Folge, dass die erste Windung der Torsionsfeder beim gleichen Moment anläuft wie im Stand der Technik. Erfindungsgemäß tritt nun zusätzlich der Effekt ein, dass die mittleren Windungen / die mittlere Windung weiterhin Moment übertragen kann, bis auch sie in radialer Richtung anschlägt. Da es konstruktiv nicht möglich ist, den Spalt an der ersten Windung zu vergrößern, da sich die Feder sonst wegen einer Abstützung nach 90°, im Bauraum verkippen würde, liefert die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Konzept der veränderlichen Außendurchmesser eine optimale Lösung, die auch in bestehenden Systemen zum Einsatz kommen kann.
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Sobald die Torsionsfeder zur direkten Anlage an der Schlingbandfeder konzentrisch zu dieser und innerhalb davon angeordnet ist, folgen weitere positive Aspekte. So bewirkt die konzentrische Anordnung, dass der Spalt in Umfangsrichtung eine ähnliche / gleiche Weite aufweist. Unerwünschte Effekte, wie bspw. ein Anliegen der Torsionsfeder an der Schlingbandfeder an einem Punkt anschlägt und ein Nichtanliegen an einem anderen Punkt, können so vermieden werden. Weiterhin zieht jene Anordnung eine definierte Anlagefläche der Torsionsfeder an der Schlingbandfeder nach sich, wodurch die beiden Bauteile an ihren Berührflächen hinsichtlich ihrer Oberflächenbeschaffenheit und ihres Materials gezielt gestaltet werden können.
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Ebenfalls Teil der Erfindung ist ein Antriebsstrang, der eine Antriebseinheit, eine Kupplung, ein Getriebe, eine Abtriebseinheit und einen Nebenaggregatetrieb mit einer erfindungsgemäßen Riementrennkupplung aufweist.
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In anderen Worten kann gesagt werden, dass der Erfindung der Gedanke zugrunde liegt, eine kostengünstige, langlebige und dauerfeste sowie geräuscharme Lösung zu finden. Besonders die Anforderung der hohen Dauer- und Gebrauchsdauerfestigkeit in einem ADP (Alternator Decoupler Pulley) ist mittels der erfindungsgemäßen Riementrennkupplung sichergestellt.
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Das Funktionsprinzip der Erfindung basiert darauf, dass eine Torsionsfeder ihren radialen Durchmesser bei der Beaufschlagung von Drehmoment erweitert. Erfindungsgemäß ist diese Erweiterung nur bis zu einem bestimmten Grad zugelassen, bevor eine vorher gezielt definierte Spaltbreite die Aufweitung stoppt. Dies bewirkt, dass in der Torsionsfeder / im Torsionsfederdraht auftretende Spannungen kontrollierbar bleiben. Hierdurch können sich die Spannungen im Federdraht nicht weiter erhöhen.
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Auch wird die Torsionsfeder im mittleren Bereich mit einem etwas kleineren Wicklungsdurchmesser gefertigt, sodass zwischen dem Torsionsfeder-Außendurchmesser und dem Schlingbandfeder-Innendurchmesser ein genau vordefinierter Spalt mit bspw. variabler Dicke entsteht. Auch die ersten und letzten Windungen der Torsionsfeder weisen einen Spalt zur Innenseite der Schlingbandfeder auf. Diese Bereitstellung von Radialluft ermöglicht es auch, den ersten und letzten Windungen zur Federarbeit beizutragen. Wird die Feder belastet, so weitet sie sich radial so weit auf (die mittleren Windungen), bis die Windungen an den Innendurchmesser des Schlingbandes anlaufen und somit eine weitere radiale Ausdehnung verhindert wird.
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Um zu verhindern, dass die radiale Ausdehnung der ersten und der letzten Windung nicht gleich von Anfang an gestoppt werden (dann würden diese Windungen nichts mehr zur Federarbeit beitragen), wird auch an diesen beiden Stellen eine Radialluft eingestellt, welche jedoch geringer ist als in der Federmitte.
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Die Differenz zwischen dem Torsionsfeder-Außendurchmesser an den Enden der Torsionsfeder und dem Torsionsfeder-Außendurchmesser an den Mittenwindungen ist abhängig davon, bei welchem Verdrehmoment die Feder mittig angesetzt ist.
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Die Erfindung bietet sich an als Generator-Decoupler in einem Front end accessory drive / Aggregatetrieb / Nebentrieb (FEAD) eingesetzt zu werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend mittels einer Figur näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Riementrennkupplung.
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Die Figur ist lediglich schematischer Natur und dient ausschließlich dem Verständnis der Erfindung.
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1 zeigt eine Riementrennkupplung 1 zur Anordnung in einem Kraftfahrzeug. Eine Riemenscheibe 2 steht mit einem Endloszugmittel in Verbindung, was von Seiten einer Antriebseinheit angetrieben wird. Das Drehmoment, das von Seiten des Endloszugmittels auf die Riemenscheibe 2 übertragen wird, wird mittels der erfindungsgemäßen Riementrennkupplung 1 über eine Hülse 3 auf eine Generatorwelle übertagen. Für die Drehmomentübertragung ist eine Schlingbandfeder 4 angeordnet. Die Schlingbandfeder 4 steht in Wirkbeziehung mit einer Torsionsfeder 5.
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Erfindungsgemäß ist der Außendurchmesser von Mittenwindungen 6 der Torsionsfeder 5 in einer Ausgangsposition kleiner als der Außendurchmesser einer ersten Windung 7 und/oder einer letzten Windung 8. Diese unterschiedlichen Außendurchmesser resultieren in einer variierenden Spaltbreite 9.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Spaltbreite 9 zwischen den Mittenwindungen 6 und der Schlingbandfeder 4 größer als die Spaltbreite 9 zwischen der letzten Windung 8 und der Schlingbandfeder 4 und auch als die Spaltbreite 9 zwischen der ersten Windung 7 und einem Hülsenanschlag 10. Der Hülsenanschlag 10 ist eine axial verlaufende Fläche, die der ersten Windung 7 bei einer Drehmomentbeaufschlagung eine Anlagefläche liefert.
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An ihrem proximalen Ende weist die Riementrennkupplung 1 weiterhin ein Wälzlager 11 auf. Zwischen dem Wälzlager 11 und der Torsionsfeder 5 ist zum einen für den axialen Anschlag des Wälzlagers 11 ein Sicherungsring 12 angeordnet. Weiter in Richtung des distalen Endes hin zur Torsionsfeder 5 ist weiterhin ein Übertragungsbauteil 13 angeordnet. Dieses ist hinsichtlich seiner Form derart ausgestaltet, dass sowohl die Torsionsfeder 5, als auch die Schlingbandfeder 4 in die erfindungsgemäße Riementrennkupplung 1 integrierbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riementrennkupplung
- 2
- Riemenscheibe
- 3
- Hülse
- 4
- Schlingbandfeder
- 5
- Torsionsfeder
- 6
- Mittenwindungen
- 7
- erste Windung
- 8
- letzte Windung
- 9
- Spaltbreite / Spalt
- 10
- Hülsenanschlag
- 11
- Wälzlager
- 12
- Sicherungsring
- 13
- Übertragungsbauteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6083130 A [0002]
- US 7207910 B2 [0003]
