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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler mit einer (kreisförmigen) Riemenscheibe auf einer Sekundärseite, welche von einem Riemen oder Keilriemen umschlungen werden kann, die gegenüber einem radial innen liegenden (Wellen-)Anschluss auf einer Primärseite zur Einleitung eines Drehmoments mit einer gemeinsamen Rotationsachse in Umfangsrichtung (dreh-)beweglich bzw. um die gemeinsame Rotationsachse verlagerbar / verschwenkbar ist, wobei die Bauteile (Anschluss und Riemenscheibe) so aufeinander abgestützt sind, dass ein Drehmoment von der Primärseite über eine Feder auf die Sekundärseite überführt wird, um Drehschwingungen zu dämpfen.
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Moderne Verbrennungsmotoren minimieren den Kraftstoffverbrauch und Emissionen, was unter anderem durch Reduzierung der Motordrehzahl, Reduzierung der Anzahl der Zylinder und mithilfe von Start-Stopp-Systemen erreicht wird. Dies beansprucht jedoch den Motor in besonderem Maße und führt zu erhöhten Schwingungen und einer stärkeren Belastung der Bauteile. Dennoch soll der Verbrennungsmotor die volle Motorleistung erbringen, langlebig sein, sowie einen ruhigen Fahrzeuginnenraum frei von Lärm und Vibrationen ermöglichen. Dafür müssen auftretende Schwingungen des Motors gedämpft werden.
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Ein Riemenscheibenentkoppler ermöglicht dies besonders effektiv. Der Riemenscheibenentkoppler ist bedeutender Bestandteil des Nebenaggregatetriebs und verhindert, dass sich Motorvibrationen auf Nebenaggregate übertragen. Er ist direkt an der Kurbelwelle montiert und besteht im Wesentlichen aus zwei Massen (Riemenscheibe und Anschluss), die mittels eines Feder-Dämpfungssystems miteinander verbunden sind.
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Riemenscheibenentkoppler nach Stand der Technik verwenden das sogenannte Bogenfederprinzip. Hier werden zwei sich diametral gegenüberliegende Bogenfedern, die sich in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse erstrecken, zwischen dem Anschluss des Riemenscheibenentkopplers und der Riemenscheibe als (integrierte) Entkopplungselemente eingesetzt. Dies bewirkt eine Reduzierung von Resonanzen, Ungleichförmigkeiten und dynamischen Kräften im Riementrieb. Auch wird eine deutliche Reduzierung der Reibleitungsverluste und damit des Verbrauchs und der Emission erzielt.
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Nachteilig bei dem Stand der Technik mit Bogenfedern in Umfangsrichtung ist jedoch, dass die Bogenfedern, die in Umfangsrichtung anliegen und geführt werden, gefettet werden müssen bzw. stets im gefetteten Zustand sein müssen, um eine Lebenszeit des Riemenscheibenentkopplers nicht herabzusetzen. Auch müssen die Anschläge der Bogenfedern gehärtet sein, um den dynamischen Belastungen, die im Laufe des Betriebs entstehen Stand zu halten, was einer komplexe, teure und zeitintensive Härtung und Hartbearbeitung von einem Deckel des Riemenscheibenentkopplers voraussetzt. Zudem muss ein Bogenfeder-Flansch vorgesehen werden, um die Bogenfeder in Position zu halten.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mindern und insbesondere einen Riemenscheibenentkoppler zur Verfügung zu stellen, der einen minimierten Wartungsaufwand aufweist, eine Langlebigkeit gewährleistet und eine einfache Entkopplung mit geringem Endmoment und weichen Kennlinien erzielt.
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Die Aufgabe der Erfindung wird hinsichtlich einem gattungsgemäßen Riemenscheibenentkoppler erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Feder so eingebaut ist, dass sie im Drehschwingungsdämpfungsfall auf Zug belastet wird. Mittels einer solchen Konfiguration wird eine einfache (teilweise) Entkopplung mit geringem Endmoment erzielt, die eine weiche Kennlinie aufweist. Indem die zumindest eine Feder also so eingebaut ist, dass sie im Drehschwingungsdämpfungsfall nur auf Zug belastet wird und der Riemenscheibenentkoppler also mit (Zug-)Federn anstatt mit druckbelasteten Bogenfedern versehen ist, können eine Fettfüllung, Bogenfederanschläge sowie Bogenfeder Flansche entfallen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachstehend erläutert.
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Vorzugsweise kann der Riemenscheibenentkoppler zumindest eine Zugfeder aufweist, die den Anschluss (mittelbar oder unmittelbar) mit der Riemenscheibe in radialer Richtung verbindet bzw. die in radialer Richtung zwischen dem Anschluss und der Riemenscheibe angeordnet ist. Insbesondere bei mehreren Zugfedern kann die Anordnung analog zu einem Trampolin angeordnet sein bei dem der Anschluss konzentrisch zu der Riemenscheibe radial innerhalb dieser angeordnet ist und die Zugfedern in radialer Richtung die zwei Massen bzw. Bauteile miteinander verbinden. Statt also druckbelastete Bogenfedern in Umfangsrichtung zu verwenden, werden nun Zugfedern in radialer Richtung vorgesehen.
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Vorzugsweise kann die Riemenscheibe gegenüber dem Anschluss auch in axialer Richtung beweglich sein, wobei ein elastisches Bauteil und/oder eine weitere Feder, insbesondere eine Tellerfeder, den Anschluss gegenüber der Riemenscheibe in axialer Richtung vorspannt. So kann auch eine Schwingung in axialer Richtung abgefangen und gedämpft werden.
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Es ist zweckmäßig, wenn der Riemenscheibenentkoppler zumindest einen Anschlag in Umfangsrichtung aufweist, der eine Bewegung der Riemenscheibe gegenüber dem Anschluss in (zumindest eine) Umfangsrichtung beschränkt. Bei hohen Drehmomenten wird durch diesen Aufbau eine dennoch die Riemenscheibe durch den Anschluss in Drehrichtung bzw. Umfangsrichtung mitgenommen und die Zugfeder nur bis zu einer begrenzten Belastungsstufe gespannt.
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Vorzugsweise kann die Zugfeder in radialer Richtung an ihrer Anbindung auf der Seiten des Anschlusses um eine Drehachse parallel zu der Rotationsachse einen Freiwinkel aufweisen, so dass die Zugfeder bei einem Verdrehen der Riemenscheibe gegenüber dem Anschluss um die Rotationsachse die Bewegung mitmachen kann und keine weiteren Zwangskräfte quer zu einer Längsachse der Zugfeder auf die Zugfeder einwirken. So wird sichergestellt, dass die Zugfeder auch tatsächlich nur auf Zug belastet wird. Vorzugsweise können die Zugfedern dafür an einer Nut im Anschluss eingehängt werden, um diesen Freiwinkel zu realisieren.
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Insbesondere kann die Lagerung der Riemenscheibe auf großen Durchmessern erfolgen. So wird eine gute Auflage und Kraftverteilung sichergestellt und ein Bauraum optimal ausgenutzt.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung einen Riemenscheibenentkoppler für ein verringertes Übertragungsmoment. Durch den teilweisen Entfall eines Generators in einem Riementrieb ist es möglich, einfachere Entkopplungen mit geringerem Endmoment und weicheren Kenn dienen vorzusehen. Der erfindungsgemäße Riemenscheibenentkoppler ist anstatt mit Bogenfedern mit radial angeordneten Zugfedern versehen, sodass die Fett Füllung und Bogenfederanschläge (inklusive Härten Antragsbearbeitung vom Deckel) sowie Bogenfeder-Flansche entfallen können. Die Lagerung kann auf einem großen bzw. größeren Durchmesser erfolgen. Die Anordnung der Zugfedern ist analog zu einem Trampolin. Die Zugfedern können (radial innen) in einer Nut eingehängt werden, um einen Freiwinkel zu realisieren. Die Anordnung der Zugfedern ist also wie bei einem Trampolin und symmetrische Kennlinien sind möglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform mithilfe von einer Figur näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
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Die Figur ist lediglich schematischer Natur und soll nur dem Verständnis der Erfindung dienen.
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1 zeigt in einer Längsschnittansicht einen erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkoppler 1 mit einer radial außenliegenden kreisförmigen Riemenscheibe 2 auf einer Sekundärseite, die gegenüber einem radial innen liegenden (Wellen-)Anschluss 3 auf einer Primärseite zur Einleitung eines Drehmoments mit einer gemeinsamen Rotationsachse 4 in Umfangsrichtung beweglich ist. Der sowohl der Anschluss 3 als auch die Riemenscheibe 2 des Riemenscheibenentkopplers 1 sind dabei so aufeinander abgestützt, dass ein aufgebrachtes Drehmoment von der Primärseite, als dem Anschluss 3, über Federn, hier Zugfedern 5, auf die Sekundärseite bzw. die Riemenscheibe 2 überführt wird, um Drehschwingungen zu dämpfen. Erfindungsgemäß sind die Zugfedern 5 so eingebaut, dass sie im Drehschwingungsdämpfungsfall nur auf Zug belastet werden. Konkret weist der Riemenscheibenentkoppler 1 in dieser Ausführungsform mehrere bzw. eine Vielzahl Zugfedern 5 auf, insbesondere zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder sogar mehr Zugfedern 5, die den Anschluss 3 mit der Riemenscheibe 2 jeweils in radialer Richtung verbinden. Die Zugfedern 5 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet, so dass eine symmetrische Kraftverteilung durch die Sternform erzielt wird.
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Die Riemenscheibe 2 auf der Sekundärseite und der radial innen liegende Anschluss 3 auf der Primärseite (Drehmomenteinleitung) sind also um eine gemeinsame Rotationsachse 4 gegeneinander verlagerbar bzw. verschwenkbar, welche durch die Zugfedern vorgespannt werden. Die Riemenscheibe 2 und der Anschluss 3 stellen bei dem Riemenscheibenentkoppler 1 zwei Massen (Bauteile) dar, welche voneinander (zumindest teilweise) entkoppelt sind und gegeneinander verdreht werden können. Die Verbindung zwischen der Riemenscheibe 2 und dem Anschluss 3 übernimmt, im Gegensatz zum Stand der Technik, keine Bogenfeder in Umfangsrichtung, sondern die radialen Zugfedern 5, die umfänglich gleich verteilt angeordnet sind und die Riemenscheibe 2 mit dem Anschluss 3 in radialer Richtung verbinden. Die Zugfedern 5 stehen dabei unter Zugkraft und spannen so die Riemenscheibe 2 gegenüber dem Anschluss 3 sowohl in radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung vor. Die Anordnung der Zugfedern 5 ist dabei analog zu einem kreisförmigen Trampolin zu verstehen, wobei der Sprungbereich des Trampolins den Anschluss 3 und das Gestell des Trampolins die Riemenscheibe 2 repräsentiert. In der statischen Position weisen alle Zugfedern 5 von der Rotationsachse 4 aus in die radiale Richtung. Man kann auch sagen, dass die Zugfedern 5 in radialer Richtung ausgerichtet/angeordnet, sind wodurch sie eine (Zug-)Kraft sternförmig zur Rotationsachse hin aufnehmen.
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Wird nun der Riemenscheibenentkoppler 1 um die Rotationsachse 4 (also in Umfangsrichtung) beschleunigt oder verzögert, so treten Kräfte wie etwa Trägheitskräfte oder Riementriebkräfte an der Riemenscheibe 2 und davon unterschiedliche Kräfte (Motorkräfte) an dem von der Riemenscheibe 2 entkoppelten Anschluss 3 auf. Daher eilt, je nach Gesamtwirkung von Momenten, die Riemenscheibe 2 dem Anschluss 3 voraus oder hinkt diesem in Umfangsrichtung hinterher.
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Bei einem Verdrehen der Riemenscheibe 2 gegenüber dem Anschluss 3 verlängert sich zwangsweise auch ein Abstand zwischen einem Anschluss-Anbindungspunkt 6 an dem Anschluss 3 und einem Riemenscheiben-Anbindungspunkt 7 an der Riemenscheibe 2 der Zugfedern 5. Die Vergrößerung des Abstandes bewirkt eine (weitere) elastische Dehnung der Zugfedern 5 und damit eine Erhöhung der Rückstellkraft der Zugfedern 5, welche versuchen, in ihren Normalzustand mit möglichst geringstem Abstand zurückkehren. Dieser Normalzustand stellt den statischen Zustand dar, in welchem die Zugfedern 5 strikt in radialer Richtung angeordnet sind. Die Zugfedern 5 stellen also eine teilweise Entkopplung dar. Bei einer Drehmomentbeaufschlagung des Anschlusses 3 wird das Drehmoment über die Zugfedern 5 auf die Riemenscheibe übertragen, wobei eine (Dreh-)Schwingung gedämpft wird. Im Drehschwingungsdämpfungsfall werden die Zugfedern 5 nur auf Zug belastet.
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Durch die vorstehend beschriebene Konfiguration wird also ein Riemenscheibenentkoppler 1 geschaffen, der nicht gefettet werden muss, bei dem Anschläge für Bogenfedern entfallen und der keine Flansche für Bogenfedern mehr benötigt. Er ist sehr wartungsarm, effizient, und einfach im Aufbau.
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In dieser Ausführungsform ist die Riemenscheibe 2 symmetrisch zu einer Ebene quer zu der Rotationsachse 4 gestaltet, wobei in 1 die Riemenscheibe 2 im Längsschnitt gesehen eine im Wesentlichen T-förmige Kontur aufweist, die um die Rotationsachse 4 umläuft. Radial außen weist die Riemenscheibe 2 ein geometrisches Riemenprofil(abschnitt) 8 auf, das von einem Keilriemen (nicht dargestellt) form- und kraftschlüssig umschlungen werden kann, sowie ferner ein von dem Riemenprofil 8 aus sich radial nach innen erstreckenden wandförmigen oder stegförmigen Anbindungsabschnitt 9 auf.
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Das Riemenprofil 8 der Riemenscheibe 2 liegt mittelbar über zwei Lager bzw. Lagerbuchsen 10 (in 1 gesehen links und rechts des Anbindungsabschnittes 9) auf einer Anschlussbasis 11 des Anschlusses 3 auf. Die Anschlussbasis 11 formt dabei die wesentliche Stütz-Struktur des Riemenscheibenentkopplers 1 und erstreckt sich von einer dreh-und axialfest angebundenen Anschlussnabe 14, welche radial innen liegt und einem Anschluss an eine Kurbelwelle dient, nach radial außen bis kurz vor das Riemenprofil 8. Die Anschlussbasis 11 weist zwei Anschlussbasis-Wände 12,13 auf, die, bis auf den (radial innenliegenden) Bereich der Anschlussnabe 14, symmetrisch zu einer Ebene quer zur Rotationsachse 4 ausgebildet sind. Insbesondere verlaufen die zwei Anschlussbasis-Wände 12,13, bis auf den Bereich der Anschlussnarbe 14, plan/eben in radialer Richtung und formen zwei Scheiben aus. An ihrer radialen Außenseite 15 weisen die beiden Anschlussbasis-Wände 12,13 zwei Auflage-Oberflächen 16 auf, die sich parallel zu der Rotationsachse 4 erstrecken und einen buchsenförmigen Rand als Auflage für die zwei konzentrisch um die Rotationsachse 4 gestalteten Lager 10 bilden. Eine Lagerung der Riemenscheibe 2 über die Lager 10 ist damit an den äußersten Rand nach radial außen gelegt. Man kann auch sagen, dass die Lagerung der Riemenscheibe 2 des Riemenscheibenentkopplers auf großen Durchmesser erfolgt.
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Die Zugfedern 5 greifen jeweils zum einen in eine an der Anschlussbasis-Wand 13 ausgebildete Nut 17 als Anschluss-Anbindungspunkt 6 radial innen nahe der Anschlussnabe 14 ein und zum anderen greifen die Zugfedern 5 jeweils in dem Anbindungsabschnitt 9 der Riemenscheibe 2 in eine Drehlagerung in Form einer Buchse 18, deren Achse parallel zur der Rotationsachse 4 liegt, ein. Dadurch, dass die Drehlagerung eine Achse parallel zu der Rotationsachse 4 hat, lässt sich die Riemenscheibe 2 um die Rotationsachse 4 gegenüber dem Anschluss 3 verdrehen, wobei die Zugfedern 5, welche durch die Nut 17 einen Freiwinkel aufweisen, auch eine Bewegung mitmachen können, da sie sozusagen zwei Drehgelenke aufweisen. So wird auf die Zugfedern 5 auch nur eine Zugkraft in Längsachsenrichtung übertragen und die Zugfedern 5 nicht verbogen, was einer Lebenszeitoptimierung zuträglich ist.
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Sowohl die Zugfedern 5 als auch der Anbindungsabschnitt 9 sind zwischen den ersten und zweiten Anschlussbasis-Wänden vorgesehen. Zwischen den beiden Anschlussbasis-wänden 12,13 ist in axialer Richtung ein Anschlag 19 in Form eines Stifts eingesetzt, der die Bewegung der Riemenscheibe 2 in Umfangsrichtung begrenzt. Der stiftförmige Anschlag 19 hat dabei den gleichen radialen Abstand wie eine Ausnehmung 20 in dem Anbindungsabschnitt. Somit stößt der Anbindungsabschnitt 9 bzw. die Innenflächen der Ausnehmung 20 in Umfangsrichtung an den Anschlag 9 in beide (Dreh-)Richtungen bei einem Verschwenken an und limitiert damit einen Relativversatz zwischen der Riemenscheibe 2 und dem Anschluss 3.
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Die Riemenscheibe 2 sowie die beiden Lager 10 sind zwischen den Anschlussbasis-Wänden 12,13 eingefasst und weisen ferner einen Spalt / ein Spiel bzw. einen Freigang in axialer Richtung auf. Somit lässt sich die Riemenscheibe 2 gegenüber dem Anschluss 3 auch in axialer Richtung begrenzt bewegen. So kann beispielsweise eine Schwingung eines Motors in axialer Richtung, an welchen der die Anschlussnabe 14 und damit der Anschluss 3 angeschlossen sind, gut abfangen und eine Resonanz und Schwingung mindern. Der Riemenscheiben-Anbindungspunkt 7 ist dabei so gestaltet, dass die Zugfeder 5 in die Buchse 18 mit einer Längsachsenrichtung parallel zu der Rotationsachse 4 einsteht. Die Riemenscheibe 2 ist auch in axialer Richtung von der Zugfeder 5 entkoppelt.
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Um die Riemenscheibe 2 in einer vorgespannten axialen Position gegenüber dem Anschluss 3 zu halten, weist der Riemenscheibenentkoppler 1 eine Tellerfeder 21 auf, deren Längsachse koaxial zu der Rotationsachse 4 liegt. Die Tellerfeder 21 liegt dabei mittelbar über das Lager 10 an dem Anbindungsabschnitt 9 an und stütz sich auf Seiten des Anschlusses 3 an einer Halterung 22, die an der ersten Anschlussbasis-Wand 12 befestigt ist, ab. Wird also die Riemenscheibe 2 in 1 gesehen in axialer Richtung nach links bewegt bzw. der Anschluss 3 nach rechts, so verformt sich die Tellerfeder 21 elastisch, erhöht dabei eine Druckkraft auf sowohl die Halterung 22 und damit auf den Anschluss 3 sowie auf den Anbindungsabschnitt 9 der Riemenscheibe 2 und spannt die Riemenscheibe 2 mit größerer werdender Kraft in axialer Richtung vor, bis die Zwangsbedingungen sich wieder auflösen und die Tellerfeder 21 die Riemenscheibe 2 gegen die zweite Anschlussbasis-Wand 13 presst an welcher sie im statischen Normalzustand auch anliegt.
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Durch den erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkoppler 1 wird dem Anwender ein wartungsarmes, einfaches und effizientes System eines Riemenscheibenentkopplers mit weichen Kennlinien zur Verfügung gestellt, dessen Lagerung auf großem Durchmesser erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riemenscheibenentkoppler
- 2
- Riemenscheibe
- 3
- Anschluss
- 4
- Rotationsachse
- 5
- Zugfeder
- 6
- Anschluss-Anbindungspunkt
- 7
- Riemenscheiben-Anbindungspunkt
- 8
- Riemenprofil
- 9
- Anbindungsabschnitt
- 10
- Lager
- 11
- Anschlussbasis
- 12
- Erste Anschlussbasis-Wand
- 13
- Zweite Anschlussbasis-Wand
- 14
- Anschlussnabe
- 15
- Radiale Außenseite
- 16
- Auflage-Oberfläche
- 17
- Nut
- 18
- Buchse (Drehlagerung)
- 19
- Anschlag
- 20
- Ausnehmung
- 21
- Tellerfeder
- 22
- Halterung
