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Die Erfindung betrifft eine Zugmitteltrennkupplung mit einer Rotationsachse zum Trennen einer Drehmomentübertragung in einem Zugmitteltrieb, einen Zugmitteltrieb mit einer solchen Zugmitteltrennkupplung und einen Antriebsstrang mit einem solchen Zugmitteltrieb.
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Aus dem Stand der Technik sind Zugmitteltrennkupplungen, beispielsweise ein Riemenscheibenentkoppler, bekannt, mittels welchen Drehschwingungen und Drehungleichförmigkeit von einer Abtriebswelle, zum Beispiel einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, vom Zugmittel, beispielsweise einem Riemen, bevorzugt einem Keilriemen, entkoppelt werden. Darüber hinaus ist mittels eines Schlingbands ein Trennen, also Unterbrechen einer Drehmomentübertragung, bei einer Richtungsumkehr der Drehmomentübertragung eingerichtet. Damit wird beispielsweise verhindert, dass die Trägheit des angetriebenen Systems ein trägheitsbedingtes Drehmoment über den Zugmitteltrieb auf die Abtriebswelle überträgt. Ein solcher Riemenscheibenentkoppler ist beispielsweise aus der
DE 10 2015 224 608 A1 bekannt. Nachteilig bei der dort gezeigten Ausführung ist, dass dieser Riemenscheibenentkoppeler eine lange axiale Ausdehnung aufweist. Damit ist die Verwendung für einige Zwecke ungeeignet, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, bei dem üblicherweise enge Bauräume vorgegeben werden.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2015 213 560 A1 eine Riementrennenkupplung mit Torsionsfeder mit variablem Durchmesser bekannt. Hierbei wird vorgeschlagen, die erste Windung und/oder die letzte Windung einer Torsionsfeder, welche in den beigefügten Zeichnungen als Schraubendrehfeder ausgeführt ist, mit einem größeren Außendurchmesser auszustatten als bei der Mittenwindung. Hierdurch soll erreicht werden, dass mit der Torsionsfeder ein größeres Drehmoment übertragbar ist, indem für die Mittenwindung ein größerer radialer Spielraum geschaffen ist. Der radiale Spielraum ist dabei derart ausgestattet, dass bei einem maximal angelegten Drehmoment der Windungsdraht der Torsionsfeder in axialer Richtung nicht verschoben wird. Dadurch könnte ein Verkippen der Windungen und damit eine Beschädigung der Torsionsfeder auftreten. Gemäß dieser Lehre wird angestrebt, dass die radiale Ausdehnung der Torsionsfeder maximal ausgenutzt wird und beim maximalen übertragbaren Drehmoment die Torsionsfeder also über die gesamte Erstreckung außenseitig zur Anlage kommt.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die vorliegende Aufgabe ist dadurch gelöst, dass eine Zugmitteltrennkupplung mit einer Rotationsachse zum Trennen einer Drehmomentübertragung in einem Zugmitteltrieb vorgeschlagen wird, wobei die Zugmitteltrennkupplung zumindest die folgenden Komponenten umfasst:
- - ein Schlingband zum Übertragen eines Drehmoments in einem umschlingenden Zustand;
- - eine Schraubendrehfeder zum schwingungsentkoppelnden Übertragen eines Drehmoments;
- - eine Zugmittelscheibe zur fest drehmomentübertragenden Aufnahme der zweiten Hülse und eines Zugmittels. Die Zugmitteltrennkupplung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubendrehfeder einen ersten Durchmesser bei dem Eingangsende der Schraubendrehfeder und einen zweiten Durchmesser in dem Angrenzabschnitt aufweist, wobei der erste Durchmesser größer als der zweite Durchmesser ist, und wobei das Eingangsende der Schraubendrehfeder in dem umschlingenden Zustand des Schlingbands und bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmoments radial an den Ausgangsabschnitt des Schlingbands angepresst ist, und wobei der Angrenzabschnitt von dem Schlingband radial beabstandet ist oder radial kraftfrei anliegt.
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Die Zugmitteltrennkupplung mit einer Rotationsachse zum Trennen einer Drehmomentübertragung in einem Zugmitteltrieb, weist zumindest die folgenden Komponenten auf:
- - ein Schlingband zum Übertragen eines Drehmoments in einem umschlingenden Zustand, wobei das Schlingband eine axiale Schlingbandbreite aufweist, wobei das Schlingband über die Schlingbandbreite einen axialen Ausgangsabschnitt und einen axialen Eingangsabschnitt aufweist;
- - eine Schraubendrehfeder zum schwingungsentkoppelnden Übertragen eines Drehmoments, wobei die Schraubendrehfeder ein Ausgangsende, ein Eingangsende und einen an das Eingangsende eingangsseitig axial angrenzenden Angrenzabschnitt aufweist, wobei das Eingangsende sich mit dem Ausgangsabschnitt des Schlingbands überlappt und sich der Angrenzabschnitt über den Eingangsabschnitt des Schlingbands axial hinaus erstreckt;
- - einen Wellenanschluss zur drehmomentübertragenden Aufnahme des Ausgangsendes der Schraubendrehfeder;
- - eine erste Hülse zur drehmomentübertragenden Aufnahme des Eingangsendes der Schraubendrehfeder und zur, in einem umschlingenden Zustand drehmomentübertragenden, Aufnahme des Ausgangsabschnitts des Schlingbands;
- - eine zweite Hülse zur, in einem umschlingenden Zustand drehmomentübertragenden, Aufnahme des Eingangsabschnitts des Schlingbands; und
- - eine Zugmittelscheibe zur fest drehmomentübertragenden Aufnahme der zweiten Hülse und eines Zugmittels.
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Die Zugmitteltrennkupplung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubendrehfeder, zumindest im Leerlauf, bevorzugt auch bei einer Drehmomentübertragung, einen ersten Durchmesser bei dem Eingangsende der Schraubendrehfeder und einen zweiten Durchmesser in dem Angrenzabschnitt aufweist, wobei der erste Durchmesser größer als der zweite Durchmesser ist, und wobei das Eingangsende der Schraubendrehfeder in dem umschlingenden Zustand des Schlingbands und bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmoments radial an den Ausgangsabschnitt des Schlingbands angepresst ist, und wobei der Angrenzabschnitt von dem Schlingband radial beabstandet ist oder radial kraftfrei anliegt.
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Die hier vorgeschlagene Zugmitteltrennkupplung weist ein Schlingband auf, welches in einer ersten Hülse und einer zweiten Hülse gehalten ist. Das Schlingband ist hierbei innenseitig der Hülsen angeordnet und weitet sich bei Anliegen eines Drehmoments durch Reibungsmitnahme aus, sodass die auf die Hülsen einwirkenden Reibkräfte des Schlingbands erhöht werden. Die zweite Hülse ist an der Zugmittelscheibe fixiert, und ist bevorzugt ein kostengünstiges Bauteil mit einer Oberfläche hin zum Schlingband, welche für die reibschlüssige Kraftübertragung geeignet ist. Die erste Hülse ist über einen Anschlag mit der Schraubendrehfeder, und zwar deren Eingangsseite, verbunden und relativ zu der zweiten Hülse sowie relativ zu dem Schlingband, wenn dieses keine ausreichende Reitkraft aufbringt, infolge eines Unterschreitens eines vorbestimmten Minimaldrehmoments relativ zu dem Schlingband und zu der zweiten Hülse verdrehbar. Der Ausgangsabschnitt überlappt sich axial, bevorzugt vollständig, mit der ersten Hülse und der Eingangsabschnitt des Schlingbands überlappt sich axial, bevorzugt vollständig, mit der zweiten Hülse. Ein axialer Spalt zwischen der ersten Hülse und der zweiten Hülse ist bevorzugt möglichst schmal gestaltet, sodass das Schlingband möglichst über seine gesamte axiale Schlingbandbreite zur Drehmomentübertragung beitragen kann. Die Schraubendrehfeder ist radial innerhalb des Schlingbands angeordnet und das Eingangsende ist derart eingerichtet, dass es von der ersten Hülse zur Drehmomentübertragung in Umfangsrichtung anstoßbar ist, bevorzugt mittels eines Anschlags für einen offenen Federschenkel des Eingangsendes der Schraubendrehfeder. Das Drehmoment überlagernde Schwingungen werden mittels der Schraubendrehfeder gedämpft beziehungsweise entkoppelt, indem diese Schwingungen elastisch oder auch teils dissipativ aufgenommen werden und somit verzögert über das Ausgangsende an den Wellenanschluss übertragen wird. Beim Wellenanschluss ist ebenfalls eine fest drehmomentübertragende Aufnahme, beispielsweise ein entsprechender Anschlag, vorgesehen, mittels welchem das Drehmoment in Umfangsrichtung aus der Schraubendrehfeder ausgeleitbar ist.
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Solange bei einer Drehmomentabgabe mittels der Zugmittelscheibe an dem Wellenanschluss ein antagonistisches Gegendrehmoment anliegt, wird das Drehmoment von der Zugmittelscheibe durch die zweite Hülse, das nun umschlingende Schlingband, die erste Hülse, die Schraubendrehfeder und letztendlich den Wellenanschluss übertragen. Sobald kein Gegendrehmoment am Wellenanschluss anliegt, beispielsweise wenn der Wellenanschluss die Zugmittelscheibe überholt, löst sich das Schlingband und eine Drehmomentübertragung von der zweiten Hülse auf die erste Hülse ist unterbrochen. Dies ist beispielsweise ein Betriebszustand, welcher bei einem Zugmitteltrieb bei einer Verbrennungskraftmaschine und einem Nebenaggregat, zum Beispiel einem Generator oder einer Klimapumpe, erwünscht ist, um einen, beispielsweise trägheitsbedingten, Drehmomenteintrag vom Nebenaggregat auf die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine zu unterbinden.
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Nachteilig bei den bekannten Schlingbändern ist, dass sie eine große Anzahl von Wicklungen benötigen, um eine ausreichende Reibkraft aufzubringen die erforderlichen Drehmomente zu übertragen. Beispielsweise sind nach Herstellerangaben sieben Wicklungen notwendig, um eine erforderliche Drehmomentübertragung zu gewährleisten. Eine Wicklung eines Schlingbands nimmt beispielsweise inklusive erforderlicher Überdeckung 1 mm bis 2 mm ein, sodass für sieben Wicklungen 7 mm bis 14 mm benötigt werden. Hierdurch wird der Gesamtaufbau der Zugmitteltrennkupplung sehr lang und für einige Anwendungen ist eine solche konventionelle Zugmitteltrennkupplung ungeeignet.
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Hier wird nun vorgeschlagen, dass mittels des Schlingbands übertragbare maximale Drehmoment dadurch zu erhöhen, dass die Anpresskraft, welche aus der drehmomentbedingten radialen Aufweitung des Schlingbands resultiert, ab Erreichen eines vorbestimmten Übergangsdrehmoments weiterhin durch ein radiales Anliegen des Eingangsendes der Schraubendrehfeder zur Anlage gebracht wird und das Schlingband gegen die ersteN Hülse presst. Das Übergangsdrehmoment liegt beispielsweise knapp unterhalb des maximal übertragbaren Drehmoments des Schlingbands, beispielsweise mit reduzierter Anzahl von Wicklungen, liegt. Hierdurch wird das übertragbare Drehmoment erhöht beziehungsweise die Anzahl der Wicklungen des Schlingbands ist dadurch erheblich verringerbar. Beispielsweise ist die Anzahl der Entwicklungen von 7 Wicklungen auf 3 Wicklungen verringerbar. Hierdurch ist ein axialer Bauraum von 4 mm bis 8 mm einsparbar.
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Der Angrenzabschnitt, welcher direkt angrenzend an das Eingangsende der Schraubendrehfeder folgt, weist einen geringeren zweiten Durchmesser auf, wobei der erste Durchmesser des Eingangsendes derart eingerichtet ist, dass eine Anpressung bei einem vorbestimmten Übergangsdrehmoment erreicht wird, aber bis zu einem vorbestimmten maximalen Drehmoment die radiale Ausdehnung des Eingangsendes so gering ist, dass ein Verkippen der Windungen der Schraubendrehfeder ausgeschlossen ist. Das maximale Drehmoment ist größer als das Übergangsdrehmoment. Das Übergangsdrehmoment ist größer als das minimale Drehmoment, bei welchem eine Drehmomentübertragung von der Zugmittelscheibe auf den Wellenanschluss beginnen soll.
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Es sei dabei darauf hingewiesen, dass sowohl der erste Durchmesser des Eingangsendes als auch der zweite Durchmesser des Angrenzabschnitts bei der Drehmomentübertragung, insbesondere mit Schwingungsüberlagerungen, veränderlich ist. Zumindest im Leerlauf beziehungsweise beim Stillstand der Zugmitteltrennkupplung liegen ein größerer erster Durchmesser als der zweite Durchmesser vor. Bevorzugt ist der erste Durchmesser auch beim Übertragen eines auslegungsgemäß maximalen Drehmoments größer als der zweite Durchmesser, jedoch ist der erste Durchmesser bevorzugt dann größer als im Leerlauf. Alternativ ist der erste Durchmesser konstant, wobei allerdings eine Anpresskraft oder Anpresskrafterhöhung erst beim Anliegen des minimalen Drehmoments zum Schließen der Trennkupplung oder erst ab Erreichen des Übergangsdrehmoments erzeugt wird.
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Der zweite Durchmesser des Angrenzabschnitts ist derart ausgelegt, dass dieser über die gesamte auslegungsgemäße Drehmomentspanne, also bis zum vorbestimmten maximalen Drehmoment, von dem Schlingband radial beanstandet ist oder maximal kraftfrei an dem Schlingband anliegt. Hierdurch wird verhindert, dass die Schraubendrehfeder infolge einer zu hohen Belastung verkippt, bricht oder es zu einem solchen Klemmen zwischen der Schraubendrehfeder und dem Schlingband kommt, dass die Trennfunktion des Schlingbands aufgehoben wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Zugmitteltrennkupplung erstreckt sich der Angrenzabschnitt mit dem zweiten Durchmesser über die gesamte axiale Erstreckung der Schraubendrehfeder bis zu dem Ausgangsende der Schraubendrehfeder.
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Für eine besonders einfache Ausführungsform der Schraubendrehfeder ist der zweite Durchmesser des Angrenzabschnitts beziehungsweise die axiale Erstreckung des Angrenzabschnitts über die gesamte Erstreckung der Schraubendrehfeder bis zu dem Ausgangsende und bevorzugt einschließlich des Ausgangsendes vorgesehen. In einem Betriebszustand einer Ausführungsform ist es möglich, dass der zweite Durchmesser und der erste Durchmesser gleich groß werden, wobei dann der erste Durchmesser durch das Anliegen an dem Schlingband kraftschlüssig auf diesen Durchmesser begrenzt wird und der zweite Durchmesser lediglich kraftfrei an dem Schlingband anliegt. Hierbei ist beispielsweise der zweite Durchmesser durch das maximale Drehmoment und die daraus resultierende maximale radiale Ausdehnung des Angrenzabschnitts (und des Ausgangsendes) begrenzt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Zugmitteltrennkupplung ist ein Radialabstandhalter vorgesehen, welcher die Schraubendrehfeder von dem Eingangsabschnitt des Schlingbands zumindest nach Erreichen des vorbestimmten Drehmoments radial beabstandet.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist ein Radialabstandhalter vorgesehen, welcher die maximale Ausdehnung des zweiten Durchmessers der Schraubendrehfeder definiert. Bevorzugt ist dieser Radialabstandhalter bei dem Wellenanschluss vorgesehen und bevorzugt kleiner als der maximale zweite Durchmesser. Der Radialabstandhalter verhindert, dass die Schraubendrehfeder im Angrenzabschnitt (und mit dem Ausgangsende) mit dem Schlingband in kraftübertragenden Kontakt kommt, auch wenn ein größeres Drehmoment anliegt, als dies als maximales Drehmoment bei der Auslegung vorbestimmt worden ist. Somit wird sichergestellt, dass es zu keiner Klemmung kommt und die Trennfunktion der Zugmitteltrennkupplung erhalten bleibt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Zugmitteltrennkupplung erstreckt sich das Eingangsende der Schraubendrehfeder über minimal 90° bis maximal 360°, bevorzugt über minimal 120° bis maximal 315°, besonders bevorzugt über minimal 180° bis maximal 270°, bis zum Angrenzabschnitt.
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Vorteilhafter Weise geht der erste Durchmesser im entspannten Zustand der Schraubendrehfeder bei minimal 90° in den zweiten Durchmesser über. Der erste Durchmesser kann dabei beispielsweise lediglich direkt bei dem offenen Schenkelende des Eingangsendes der Schraubenfeder vorliegen und bis zum Angrenzabschnitt kontinuierlich bis zum zweiten Durchmesser abnehmen oder zunächst konstant sein und dann in den ersten Durchmesser übergehen. Der maximale Winkelbereich, über welchen sich das Eingangsende in Umfangsrichtung erstreckt liegt bei der Übertragung des maximalen Drehmoments vor. Hierbei dehnt sich die erste Windung der Schraubendrehfeder beim Eingangsende radial aus, sodass der erste Durchmesser (beziehungsweise der erweiterte erste Durchmesser) bei der Drehmomentübertragung über einen längeren Umfangsanteil der Schraubendrehfeder vorliegt. Vom Eingangsende aus gesehen spätestens ab der zweiten Windung der Schraubendrehfeder liegt der zweite Durchmesser vor.
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Besonders bevorzugt ist der erste Durchmesser derart ausgebildet, dass er dauerhaft mit dem Ausgangsabschnitt des Schlingbands in Kontakt steht, wobei das Eingangsende der Schraubendrehfeder im Leerlaufzustand das Schlingband lediglich kraftlos berührt. Alternativ liegt das Eingangsende im Leerlaufzustand radial beanstandet vom Schlingband vor.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Zugmitteltrennkupplung überlappen sich der Ausgangsabschnitt des Schlingbands mit seinem offenen Schenkel und das Eingangsende der Schraubendrehfeder einander axial, und liegen bevorzugt an einem gemeinsamen axialen Begrenzer an.
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Bei dieser Ausführungsform wird sichergestellt, dass das Schlingband mit seinen Windungen hin zum Eingangsabschnitt in jedem Zustand frei bleibt, also die Schraubendrehfeder mit den Windungen des Schlingbands hin zum Eingangsabschnitt nicht in Kraft übertragenen Kontakt kommt. Hierdurch wird verhindert, dass bei Anliegen eines großen Drehmoments das Schlingband eingeklemmt wird und die Trennfunktion der Zugmitteltrennkupplung gestört wird.
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Besonders bevorzugt ist infolge der geometrischen Anordnung, also axialen Überlappung, nur die vom Ausgangsabschnitt aus erste Windung des Schlingbands und/oder die zweite Windung von der radialen Anpresskraft der sich ausdehnenden Schraubendrehfeder belastbar. Hierdurch wird sichergestellt, dass zumindest die Windungen des Schlingbands beim Ausgangsabschnitt am Übergang zum Eingangsabschnitt stets frei bleiben und bei Unterschreiten des minimalen Drehmoments ein Lösen des Schlingbands zumindest von der zweiten Hülse sichergestellt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein gemeinsamer axialer Begrenzer vorgesehen, mittels welchem die Lage des Schlingbands relativ zu dem Eingangsende der Schraubendrehfeder axial definiert ausgerichtet ist. Hierdurch ist die Montage erleichtert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Zugmitteltrieb für einen Antriebsstrang vorgeschlagen, wobei der Zugmitteltrieb zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- - ein Abtriebsrad zur Drehmomentabgabe;
- - ein Nebenrad zur Drehmomentaufnahme;
- - ein Zugmittel zum Übertragen eines Drehmoments zwischen dem Abtriebsrad und dem Nebenrad; und
- - eine Zugmitteltrennkupplung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Zugmitteltrennkupplung das Nebenrad bildet.
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Der hier vorgeschlagene Zugmitteltrieb ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment mittels eines Zugmittels, zum Beispiel einem Riemen, bevorzugt einem Keilriemen, von einem Abtriebsrad auf ein Nebenrad zu übertragen. Das Abtriebsrad ist beispielsweise mit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine verbunden. Das Nebenrad ist beispielsweise mit der Eingangswelle eines Generators oder einer Klimapumpe verbunden. Die Zugmitteltrennkupplung ist auf dem Nebenrad montiert, sodass ein, beispielsweise trägheitsbedingtes, Weiterdrehen des Nebenrads nicht zu einer rückwärtigen Drehmomentübertragung auf das, beispielsweise abgebremste oder gestoppte, Abtriebsrad führt. Dies ist beispielsweise bei einer Verbrennungskraftmaschine, welche mit einer Start-Stopp-Automatik betrieben wird, nötig.
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Die Zugmitteltrennkupplung ist dabei mittels der Schraubendrehfeder zudem dazu eingerichtet, die Drehmomentübertragung überlagernde Schwingungen, auch als Drehungleichförmigkeit bezeichnet, von dem Nebenrad zu entkoppeln, indem die Schraubendrehfeder die Schwingungen elastisch und damit zeitverzögert und geglättet weitergibt und teils dissipativ aufnimmt. Die hier vorgeschlagene Zugmitteltrennkupplung weist eine besonders kurze axiale Baulänge auf, sodass das Zugmittel axial eng bei den entsprechenden Aggregaten des Abtriebsrads und des Nebenrads führbar ist beziehungsweise das Nebenaggregat des Nebenrads axial eng an das Zugmittel platziert werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Antriebsstrang vorgeschlagen, welcher ein Antriebsaggregat mit einer Abtriebswelle, zumindest ein Nebenaggregat mit einer Nebenwelle und einen Zugmitteltrieb gemäß der obigen Beschreibung umfasst, wobei die Abtriebswelle über das Abtriebsrad mittels des Zugmitteltriebs über das entsprechende Nebenrad mit der zumindest einen Nebenwelle trennbar und entkoppelnd drehmomentübertragend verbunden ist.
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Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang weist ein Antriebsaggregat mit einer Abtriebswelle, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle, auf, welche mittels des Zugmitteltriebs die Nebenwelle eines Nebenaggregats antreibt, beispielsweise die Antriebswelle eines Generators oder einer Klimapumpe. Dabei ist die Drehmomentübertragung in rückwärtiger Richtung von dem zumindest einen Nebenaggregat auf die Abtriebswelle des Antriebsaggregats mittels der Zugmitteltrennkupplung unterbunden. Zudem sind Schwingungen ausgehend von der Abtriebswelle und/oder dem Zugmittel von der Nebenwelle entkoppelt. Bei dem hier vorgeschlagenen Antriebsstrang ist ein Zugmitteltrieb mit geringem axialen Bauraum bezogen auf die Rotationsachse der Abtriebswelle des Antriebsaggregats ermöglicht, sodass insgesamt ein kompakter Aufbau des Antriebsstrangs erreicht wird.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt das Antriebsaggregat, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, eine Zugmitteltrennkupplung mit geringer axialer Baulänge zu verwenden. Ähnlich gestaltet sich der Einsatz in motorisierten Zweirädern, für welche eine deutlich gesteigerte Leistung bei gleichbleibendem Bauraum gefordert wird.
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Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Funktionseinheiten in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner.
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Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: eine Zugmitteltrennkupplung im Längsschnitt;
- 2: die Zugmitteltrennkupplung gemäß 1 im Querschnitt; und
- 3: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit Zugmitteltrieb.
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In 1 ist eine Zugmitteltrennkupplung 1 im Längsschnitt gezeigt, wobei radial außen eine Zugmittelscheibe 15 und radial innen ein Wellenanschluss 12 vorgesehen sind, welche um die gemeinsame Rotationsachse 2 rotierbar sind. Über die Zugmittelscheibe 15 wird ein Drehmoment von einem Zugmittel 16 (vergleiche 3) eingetragen und auf die zweite Hülse 14, welche mit der Zugmittelscheibe drehmomentfest verbunden ist, übertragen. Vom Schlingband 4 liegt der Eingangsabschnitt 7 an der zweiten Hülse 14 an und der Ausgangsabschnitt 6 an der ersten Hülse 13. Bei Anlegen eines Drehmoments wird der Eingangsabschnitt 7 des Schlingbands 4 von der zweiten Hülse 14 reibschlüssig mitgenommen und der Ausgangsabschnitt 6 des Schlingbands 4 führt eine (geringfügige) relative Verdrehung zu der ersten Hülse 13 aus. Weil das Schlingband 4 aber reibschlüssig an der ersten Hülse 13 anliegt, wird bei Anliegen eines Gegendrehmoments das Schlingband 4 aufgeweitet und das übertragbare Drehmoment vergrößert, also der umschlingende Zustand herbeigeführt. Dieser Drehmomentverlauf 32 ist entsprechend eingezeichnet, wobei bevorzugt die Zugmitteltrennkupplung 1 hier im Leerlaufzustand dargestellt ist. Liegt kein Gegendrehmoment oder liegt ein größeres Drehmoment beziehungsweise eine größere Drehgeschwindigkeit an der zweiten Hülse 13 an, wird der Durchmesser des Schlingbands 4 zumindest im Bereich der ersten Hülse 13 verringert und infolgedessen der Reibschluss derart verringert, dass eine Drehmomentübertragung auf die zweite Hülse 14 unterbrochen ist.
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Im umschlingenden Zustand des Schlingbands 4 wird das Drehmoment mittels der ersten Hülse 13 auf das Eingangsende 10 der Schraubendrehfeder 8 übertragen und über den Angrenzabschnitt 11, welcher sich in dem dargestellten Beispiel über die gesamte axiale Erstreckung 19 ausdehnt auf das Ausgangsende 9 übertragen, und von dort in den Wellenanschluss 12 übergeben. Der Wellenanschluss 12 ist mit einer Nebenwelle eines Nebenaggregats verbindbar (vergleiche 3). Die Schraubendrehfeder 8 ist dazu eingerichtet, Drehungleichförmigkeiten zu glätten beziehungsweise zu dämpfen, sodass diese nicht auf den Wellenanschluss 12 übertragen werden.
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Das Eingangsende 10 der Schraubendrehfeder 8 weist einen ersten Durchmesser 17 auf, welcher in diesem Beispiel so eingerichtet ist, dass das Eingangsende 10 mit der ersten Windung des Ausgangsabschnitts 6 des Schlingbands im kraftlosen Kontakt steht. Der zweite Durchmesser 18 ist derart kleiner als der erste Durchmesser 17, dass der Angrenzabschnitt 11 (hier über die gesamte axiale Erstreckung 19) mit dem Schlingband 4 nicht zur Anlage kommt oder auch bei einem maximalen Drehmoment das Schlingband 4 lediglich kraftlos berührt.
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Bei dem Wellenschluss 12 ist in diesem Beispiel zudem ein Radialabstandhalter 20 vorgesehen, welcher die maximale radiale Ausdehnung nicht nur des Ausgangsendes 9 sondern auch des Angrenzabschnitts 11 begrenzt, sodass eine Kraftübertragung auf das Schlingband 4 unterbunden ist. Das Eingangsende 10 der Schraubendrehfeder 8 liegt hier an einem axialen Begrenzer 22 an, aber der offene Schenkel 21 des Schlingbands 4 ist von diesen axialen Begrenzer 22 axial beabstandet. Dennoch ist das Eingangsende 10 mit dem offenen Schenkel des 21 des Schlingbandsbands 4 axial überlappend angeordnet, wobei hier bevorzugt lediglich die ausgehend von dem offenen Schenkel 21 erste Windung des Schlingbands 4 von einer radialen Belastung durch das Eingangsende 10 der Schraubendrehfeder 8 beansprucht wird. Die übrigen Windungen des Schlingbandsbands 4 werden in bekannter Weise allein durch die radiale Ausdehnung infolge der Drehmomentübertragung in reibschlüssigen Kontakt mit der ersten Hülse 13 und der zweiten Hülse 14 infolge einer Drehmomentübertragung gemäß gezeigtem Drehmomentverlauf 32 gebracht.
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In 2 ist die Zugmitteltrennkupplung 1 im Querschnitt gezeigt, wie sie in 1 dargestellt ist. Insoweit wird für die gleichen Bezugszeichen auf die obige Beschreibung verwiesen. Hierbei ist zu erkennen, dass der erste Durchmesser 17 sich lediglich über etwa 105° von einem Torsionsanschlag 33 der ersten Hülse 13 erstreckt und anschließend in den zweiten Durchmesser 18 des Angrenzabschnitts 11 kontinuierlich übergeht. Bei 180° von dem Torsionsanschlag 33 liegt der zweite Durchmesser 18 vor. Daher wird der Bereich vom Torsionsanschlag 33 bis zum Vorliegen des zweiten Durchmessers 18 als Eingangsende 10 bezeichnet und ist hier mit einem Pfeil gekennzeichnet. Bei Anliegen eines Drehmoments dehnt sich das Eingangsende 10 bis 270° ausgehend von dem Torsionsanschlag 33 radial aus, sodass der zweite Durchmesser 18 sowie der Angrenzabschnitt 11 erst ab dem dritten Quadranten in der Darstellung, also ab 270° ausgehend von dem Torsionsanschlag 33, vorliegt. Der offene Schenkel 21 des Schlingbands 4 liegt in diesem Beispiel bei 180° ausgehend vom Torsionsanschlag 33. Dessen Winkellage ist aber nicht fixiert und wird im Betrieb in Umfangsrichtung verrutschen.
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In 3 ist ein Antriebsstrang 23, umfassend ein Antriebsaggregat 26, hier als Verbrennungskraftmaschine dargestellt, eine Abtriebswelle 27, welche einen Zugmitteltrieb 3 antreibt schematisch dargestellt. Der Antriebsstrang 3 ist hier in einem Kraftfahrzeug 30 angeordnet, wobei das Antriebsaggregat 26 mit seiner Motorachse 37 quer zur Längsachse 35 vor der Fahrerkabine 31 angeordnet ist. Der Zugmitteltrieb 3 umfasst ein Zugmittel 16 zur Übertragung eines Drehmoments auf eine Klimapumpe 36 und ein Nebenaggregat 28, beispielsweise ein Generator. Dazu ist an der Abtriebswelle 27 ein Abtriebsrad 24 konzentrisch zur Motorachse 37 und an der Nebenwelle 29 des Nebenaggregats 28 ein Nebenrad 25 konzentrisch zur Rotationsachse 2 vorgesehen. Das Nebenrad 25 ist hierbei mittels einer Zugmitteltrennkupplung 1, beispielsweise wie in 1 und 2 gezeigt, gebildet, sodass eine Drehmomentübertragung von dem Nebenaggregat 28 auf die Abtriebswelle 27 unterbunden ist und Drehungleichförmigkeiten ausgehend von der Abtriebswelle 27 und/oder dem Zugmittel 16 entkoppelt werden.
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Die hier vorgeschlagene Zugmitteltrennkupplung weist eine besonders kurze axiale Baulänge auf, sodass das Zugmittel axial eng bei den entsprechenden Aggregaten des Abtriebsrads und des Nebenrads führbar ist beziehungsweise das Nebenaggregat des Nebenrads axial eng an das Zugmittel platziert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zugmitteltrennkupplung
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Zugmitteltrieb
- 4
- Schlingband
- 5
- Schlingbandbreite
- 6
- Ausgangsabschnitt
- 7
- Eingangsabschnitt
- 8
- Schraubendrehfeder
- 9
- Ausgangsende
- 10
- Eingangsende
- 11
- Angrenzabschnitt
- 12
- Wellenanschluss
- 13
- erste Hülse
- 14
- zweite Hülse
- 15
- Zugmittelscheibe
- 16
- Zugmittel
- 17
- erster Durchmesser
- 18
- zweiter Durchmesser
- 19
- axiale Erstreckung des Angrenzabschnitts
- 20
- Radialabstandhalter
- 21
- offener Schenkel des Schlingbands
- 22
- axialer Begrenzer
- 23
- Antriebsstrang
- 24
- Abtriebsrad
- 25
- Nebenrad
- 26
- Antriebsaggregat
- 27
- Abtriebswelle
- 28
- Nebenaggregat
- 29
- Nebenwelle
- 30
- Kraftfahrzeug
- 31
- Fahrerkabine
- 32
- Drehmomentverlauf
- 33
- Torsionsanschlag der ersten Hülse für das Eingangsende
- 34
- Radialkontakt zwischen Eingangsende und Ausgangsabschnitt
- 35
- Längsachse
- 36
- Klimapumpe
- 37
- Motorachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015224608 A1 [0002]
- DE 102015213560 A1 [0003]
