DE102019115747A1 - Riemenscheibenentkoppler mit einer Rotationsachse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler (1) mit einer Rotationsachse (2) für einen Riementrieb (3) einer Verbrennungskraftmaschine (4), wobei der Riemenscheibenentkoppler (1) einen Torsionsschwingungsdämpfer (5) umfasst, aufweisend zumindest:- eine Eingangsseite (6);- eine Ausgangsseite (7);- zumindest ein Zwischenelement (8,9,10) zwischen der Ein- und der Ausgangsseite (6,7);- je Zwischenelement (8,9,10) zwei Wälzkörper (11,12), wobei das zumindest eine Zwischenelement (8,9,10) zwei Übersetzungsbahnen (13,14) aufweist, wobei die Eingangsseite (6) und die Ausgangsseite (7) jeweils eine komplementäre Gegenbahn (15,16) aufweisen, wobei die Wälzkörper (11,12) zwischen der jeweiligen Übersetzungsbahn (13,14) und der komplementären Gegenbahn (15,16) abwälzbar geführt sind; und- zumindest ein Energiespeicherelement (17,18,19), mittels welchem das zumindest eine Zwischenelement (8,9,10) schwingbar abgestützt ist. Der Riemenscheibenentkoppler (1) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicherelement (17,18,19) mit einem Vektoranteil (20) in Umfangsrichtung (22) auf das zugeordnete Zwischenelement (8,9,10) wirkend angeordnet ist und/oder je Zwischenelement (8,9,10) als abwälzbare Körper ausschließlich die Wälzkörper (11,12) vorgesehen sind.Mit dem hier vorgeschlagenen Riemenscheibenentkoppler sind störende Drehzahlschwankungen sowie Bewegungen und Geräusche eines Riemens reduzierbar und die Lebensdauer der Riementriebkomponenten verlängerbar.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler mit einer Rotationsachse für einen Riementrieb einer Verbrennungskraftmaschine, einen Riementrieb mit einem solchen Riemenscheibenentkoppler für einen Antriebsstrang, einen Antriebsstrang mit einem solchen Riementrieb, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
• Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler mit einer Rotationsachse für einen Riementrieb einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Riemenscheibenentkoppler einen Torsionsschwingungsdämpfer umfasst, aufweisend zumindest:
• - eine Eingangsseite;
• - eine Ausgangsseite;
• - zumindest ein Zwischenelement zwischen der Ein- und der Ausgangsseite;
• - je Zwischenelement zwei Wälzkörper, wobei das zumindest eine Zwischenelement zwei Übersetzungsbahnen aufweist, wobei die Eingangsseite und die Ausgangsseite jeweils eine komplementäre Gegenbahn aufweisen, wobei die Wälzkörper zwischen der jeweiligen Übersetzungsbahn und der komplementären Gegenbahn abwälzbar geführt sind; und
• - zumindest ein Energiespeicherelement, mittels welchem das zumindest eine Zwischenelement schwingbar abgestützt ist.
• Der Riemenscheibenentkoppler ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicherelement mit einem Vektoranteil in Umfangsrichtung auf das zugeordnete Zwischenelement wirkend angeordnet ist und/oder je Zwischenelement als abwälzbare Körper ausschließlich die Wälzkörper vorgesehen sind.
• Riemenscheibenentkoppler sind in einen mit periodischen Störungen angeregten Riementrieb (beispielsweise in einem Nebenaggregatetrieb einer Verbrennungskraftmaschine) als Riemenscheiben der angetriebenen Aggregate gezielt eingebrachte Torsionsnachgiebigkeiten. Ziel hierbei ist, die auftretenden Schwingungsresonanzen in einen Drehzahlbereich möglichst unterhalb der Betriebsdrehzahlen zu verschieben. Um einen weitgehend überkritischen Betrieb mit einer guten Schwingungsisolation des Abtriebs von den Störungen am Antrieb des Riementriebs zu ermöglichen, wird eine möglichst hohe Torsionsnachgiebigkeit, das heißt eine niedrige Torsionssteifigkeit angestrebt. Allerdings muss ein Riemenscheibenentkoppler gleichzeitig das maximale Antriebsmoment abdecken, was bei niedriger Torsionssteifigkeit einen entsprechend hohen Verdrehwinkel erfordert. In einem gegebenen Einbauraum ist der darstellbare Verdrehwinkel durch die Kapazität eingesetzter Energiespeicher und die ausreichend robust zu gestaltenden Bauteile, die im Momentenfluss stehen, jedoch naturgemäß begrenzt.
• Aus dem Stand der Technik sind Torsionsschwingungsdämpfer verschiedenster Art bekannt. Beispielsweise ist aus der EP 2 508 771 A1 ein Torsionsschwingungsdämpfer bekannt, bei welcher eine Ausgangsseite mit einem (Doppel-) Nocken versehen ist, welcher auf ein hebelartiges Zwischenelement wirkt, wobei das Zwischenelement verkippbar mit einer Scheibe einer Eingangsseite verbunden ist. Das Zwischenelement ist mittels einer Druckfeder gegen den Nocken der Ausgangsseite vorgespannt und wird beim Überlaufen der Nockengeometrie gegen die Druckfeder ausgelenkt. Die Druckfeder ist gegenüberliegend des Zwischenelements mit der Eingangsseite druckkraftübertragend verbunden, und somit wird ein Drehmoment über die Druckfeder von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite geleitet.
• Aus der FR 3 057 321 A1 ist ein andere Variante eines Torsionsschwingungsdämpfers bekannt, bei welchem an einer Ausgangsseite ein hebelartiger Federkörper nach Art einer (Freiform-) Festkörperfeder vorgesehen ist, wobei dieser Federkörper radial außenseitig eine rampenartige Übersetzungsbahn aufweist, welche mit einer auf dieser Übersetzungsbahn abwälzenden Rolle drehmomentübertragend verbunden sind. Die Rolle ist auf einem Bolzen rotierbar gelagert. Tritt eine Torsionsschwingung auf, so wird eine Relativbewegung zwischen dem Federkörper und der korrespondierenden Rolle bewirkt, und aufgrund der rampenartigen Übersetzungsbahn wird der Federkörper in seiner rotatorischen Relativbewegung zu der Rolle von der Rolle entgegen seiner Federkraft hebelartig ausgelenkt. Damit wird eine Torsionsschwingung gedämpft.
• Sowohl die Hebel aus der EP 2 508 771 A1 als auch die Federkörper der FR 3 057 323 A1 sind, sofern eine geringe Dissipation also ein hoher Wirkungsgrad erwünscht ist, technisch schwer zu beherrschen und/oder teuer in der Fertigung beziehungsweise Montage.
• Beispielsweise aus der WO 2018 / 215 018 A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer bekannt, bei welchem zwei Zwischenelemente vorgesehen sind, welche zwischen einer Ausgangsseite und einer Eingangsseite über Wälzkörper gelagert sind. Die Wälzkörper laufen derart auf komplementären Übersetzungsbahnen ab, dass die Zwischenelemente einer Zwangsführung unterliegen. Die beiden Zwischenelemente sind mittels Energiespeicherelementen gegeneinander vorgespannt, sodass die funktionswirksame Steifigkeit der Energiespeicherelemente unabhängig von einer Drehmomentübertragung auslegbar sind. Für viele Anwendungen ist es einerseits erforderlich, die Eigenfrequenz eines drehmomentübertragenden Systems zu reduzieren und zugleich ein hohes Drehmoment übertragen zu können. Aus der ersten Forderung folgt, dass die funktionswirksame Steifigkeit gering sein muss. Aus der zweiten Forderung folgt, dass die Steifigkeit der Energiespeicherelemente groß sein muss. Diese gegensätzlichen Forderungen können mittels der Wälzkörper und der Übersetzungsbahnen gelöst werden. Ein Drehmoment wird einzig mittels der Übersetzungsbahnen und der dazwischen angeordneten Wälzkörper zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragen. Die funktionswirksame Steifigkeit, welche also die Eigenfrequenz verändert, ist aufgrund der geringen Steigung und der großen Verdrehwinkel in einen geringen Federweg übersetzt. Aus diesem Kurvengetriebe resultiert eine (beliebig) geringe funktionswirksame Steifigkeit. Vorteilhaft bei diesem System ist also, dass die Energiespeicherelemente unabhängig von dem (maximalen) übertragbaren Drehmoment auslegbar sind. Allerdings ist die gezeigte Ausführungsform mit einer hohen Anzahl an separaten Wälzkörpern und den hohen Anforderungen an die komplementären Übersetzungsbahnen aufwendig und teuer in der Fertigung und Montage. Damit ist dieses System nicht in allen Bereichen wettbewerbsfähig.
• 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.
• Es wird im Folgenden auf eine Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
• Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler mit einer Rotationsachse für einen Riementrieb einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Riemenscheibenentkoppler einen Torsionsschwingungsdämpfer umfasst, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
• - eine Eingangsseite zum Aufnehmen eines Drehmoments;
• - eine Ausgangsseite zum Abgeben eines Drehmoments;
• - zumindest ein Zwischenelement in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite der Ausgangsseite;
• - je Zwischenelement einen ersten Wälzkörper und einen zweiten Wälzkörper, wobei das zumindest eine Zwischenelement eine erste Übersetzungsbahn zum Abwälzen des ersten Wälzkörpers und eine zweite Übersetzungsbahn zum Abwälzen des zweiten Wälzkörpers aufweist, wobei die Eingangsseite eine zu der ersten Übersetzungsbahn komplementäre erste Gegenbahn und die Ausgangsseite eine zu der zweiten Übersetzungsbahn komplementäre zweite Gegenbahn aufweist, wobei der erste Wälzkörper zwischen der ersten Übersetzungsbahn und der ersten Gegenbahn abwälzbar geführt ist und der zweite Wälzkörper zwischen der zweiten Übersetzungsbahn und der zweiten Gegenbahn abwälzbar geführt ist; und
• - zumindest ein Energiespeicherelement, mittels welchem das dem Energiespeicherelement zugeordnete Zwischenelement schwingbar abgestützt ist.
• Der Riemenscheibenentkoppler ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicherelement mit einem Vektoranteil in Umfangsrichtung auf das zugeordnete Zwischenelement wirkend angeordnet ist.
• Hier ist ein Riemenscheibenentkoppler vorgeschlagen, welcher für den Einsatz in einem Riementrieb mit zumindest zwei Riemenscheiben, nämlich zumindest einer Antriebsscheibe und zumindest einer Abtriebsscheibe, welche mittels eines Riemens miteinander drehmomentübertragend verbunden sind, geeignet ist. Ein solcher Riementrieb ist beispielsweise bei einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt, wobei eine Antriebsscheibe mittelbar oder unmittelbar mit der Verbrennerwelle, beispielsweise als Drehmomentquelle in einem Hauptbetriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, verbunden ist. Eine Abtriebsscheibe ist beispielsweise mit einer Rotorwelle eines Nebenaggregats verbunden, beispielsweise einem Klimakompressor oder einem Motor-Generator. Der Riemenscheibenentkoppler ist sowohl bei einer Antriebsscheibe als auch bei einer Abtriebsscheibe einsetzbar. Der Riemenscheibenentkoppler darf für viele Anwendungen von seiner Baugröße nicht von der konventionellen Baugröße einer entsprechenden Riemenscheibe abweichen, zumindest aber darf für die meisten Anwendungen der Riemenscheibenentkoppler mit einer geeigneten Schwingungsentkoppelung beziehungsweise vorteilhaften Veränderung der Resonanzfrequenz nicht größer sein als ein konventioneller Riemenscheibenentkoppler.
• Hier ist nun vorgeschlagen, dass ein Torsionsschwingungsdämpfer eingesetzt wird, welcher wie folgt aufgebaut ist. Der hier vorgeschlagene Torsionsschwingungsdämpfer weist eine geringe Anzahl von separaten Komponenten auf und nur eine geringe Anzahl von Wälzkörpern und komplementären Übersetzungsbahnen, welche hier zwischenelementseitig als Übersetzungsbahn und eingangsseitig beziehungsweise ausgangsseitig als (komplementäre) Gegenbahn bezeichnet werden. Die Eingangsseite ist hier zum Aufnehmen eines Drehmoments eingerichtet, wobei hier nicht ausgeschlossen ist, dass die Eingangsseite auch zum Abgeben eines Drehmoments eingerichtet ist. Beispielsweise bildet die Eingangsseite den Drehmomenteingang in einem Hauptzustand, beispielsweise bei einem sogenannten Zugmoment ausgehend von einer Antriebswelle, also einer Drehmomentabgabe von einer Verbrennungskraftmaschine und/oder einer elektrischen Maschine. Die Ausgangsseite ist entsprechend zum Abgeben eines Drehmoments eingerichtet, wobei auch die Ausgangsseite bevorzugt zum Aufnehmen eines Drehmoments eingerichtet ist, beispielsweise von einem Motor-Generator zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine. Die Ausgangsseite bildet also beispielsweise in der Anwendung in einem Riementrieb eines Antriebsstrangs in einem Nebenzustand die Eingangsseite für ein sogenanntes Schubmoment, also wenn in obigem Beispiel das zumindest eine Nebenaggregat das Eingangsdrehmoment an die Verbrennungskraftmaschine abgibt.
• Damit eine Torsionsschwingung von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite oder umgekehrt nicht unmittelbar übertragen wird, ist zumindest ein Zwischenelement vorgesehen, bevorzugt zumindest zwei Zwischenelemente vorgesehen. Das zumindest eine Zwischenelement ist in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite angeordnet. Das zumindest eine Zwischenelement ist hierbei relativ zu der Eingangsseite und relativ zu der Ausgangsseite bewegbar, sodass eine Torsionsschwingung in das Zwischenelement und damit auf die Energiespeicherelemente mit einer vorbestimmten (funktionswirksamen) Steifigkeit induzierbar ist. Damit ist die Eigenfrequenz, eine Funktion der Masse und der Steifigkeit, des Systems, in welches der Torsionsschwingungsdämpfer eingebunden ist, veränderbar, bevorzugt verringerbar.
• Das Zwischenelement ist mittels zumindest eines Energiespeicherelements, beispielsweise einer Bogenfeder, einer Blattfeder, einem Gasdruckspeicher oder vergleichbarem, an sich selbst oder einem benachbarten Zwischenelement abgestützt. Das Energiespeicherelement ist an einer entsprechenden, bevorzugt einstückigen, Verbindungseinrichtung des zugeordneten Zwischenelements kraftübertragend beziehungsweise drehmomentübertragend abgestützt. Beispielsweise ist die Verbindungseinrichtung eine Anlagefläche und/oder eine Nietstelle.
• Das zumindest eine Zwischenelement ist an der Eingangsseite und an der Ausgangsseite jeweils mittels der in Reihe geschalteten Wälzkörper abgestützt, wobei das Zwischenelement für jeweils einen der Wälzkörper eine Übersetzungsbahn aufweist und an der Eingangsseite und an der Ausgangsseite jeweils eine komplementäre Gegenbahn für denselben (zugeordneten) Wälzkörper ausgebildet ist. Die komplementäre Gegenbahn ist von der Ausgangsseite beziehungsweise von der Eingangsseite gebildet, bevorzugt mit der Eingangsseite und der Ausgangsseite jeweils einstückig. Über die Gegenbahn und Übersetzungsbahn wird ein Drehmoment übertragen. Über das zumindest eine Energiespeicherelement wird kein Drehmoment zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragen.
• Wird beispielsweise ein Drehmoment, beispielsweise von der Eingangsseite, eingeleitet, so werden infolge eines vorliegenden Drehmomentgradients über dem Torsionsschwingungsdämpfer die Wälzkörper auf der Übersetzungsbahn und der komplementären Gegenbahn aus einer Ruhelage in der entsprechenden Richtung auf der rampenartigen Übersetzungsbahn (hoch) gewälzt. Mit einem hoch Wälzen ist hier lediglich zur Veranschaulichung bezeichnet, dass eine Arbeit verrichtet wird. Genauer wird aufgrund des geometrischen Zusammenhangs eine entgegenstehende Kraft des Energiespeicherelements überwunden. Ein runter Wälzen bedeutet also ein Abgeben eingespeicherter Energie von dem Energiespeicherelement in Form einer Kraft auf das zugeordnete Zwischenelement. Hoch und runter entsprechend also nicht zwangsläufig einer Raumrichtung, auch nicht in einem mitrotierenden Koordinatensystem.
• Mit dieser drehmomentbedingten Bewegung zwingen die Wälzkörper dem zugehörigen Zwischenelement eine relative Bewegung gegenüber der Eingangsseite und der Ausgangsseite auf und das antagonistisch wirkende Energiespeicherelement wird entsprechend gespannt. Tritt eine Änderung des anliegenden Drehmoments und einhergehend eine Drehzahldifferenz zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite auf, wie beispielsweise bei einer Torsionsschwingung, so steht dem die Trägheit der anderen (drehmomentaufnehmenden) Seite, hier der Ausgangsseite, entgegen und die Wälzkörper wälzen (in vorbestimmter Weise) auf der Übersetzungsbahn sowie auf der komplementären Gegenbahn um die dem anliegenden Drehmoment entsprechenden Lage hin und her. Damit arbeiten die Wälzkörper dem von einem Drehmomentbetrag abhängig gespannten Energiespeicherelement entgegen, sodass eine Eigenfrequenz im Vergleich zu einer Ruhelage beziehungsweise einer Drehmomentübertragung ohne Torsionsschwingungsdämpfer (aber gleicher mitbewegter Schwungmasse) verändert ist.
• Die Kraft wird in Form von einer Stauchung, Dehnung, Torsion oder anderen Energieeinspeicherung von dem entsprechend ausgeführten Energiespeicherelement aufgenommen und zeitverzögert, bevorzugt (nahezu) dissipationsfrei, an die jeweils andere Seite, hier beispielsweise die Ausgangsseite, weitergegeben. Der Drehmomenteintrag, hier beispielsweise die Eingangsseite, inklusive der Torsionsschwingung wird damit, bevorzugt (nahezu) verlustfrei, zeitlich verändert, hier beispielsweise an die Ausgangsseite, weitergegeben. Darüber hinaus ist die Eigenfrequenz wie oben erläutert nicht konstant, sondern infolge der veränderbaren Lage des Zwischenelements von dem Drehmomentgradienten und damit von dem anliegenden Drehmoment abhängig.
• In einem umgekehrten Fall der Einleitung eines Drehmomenteintrags über die Ausgangsseite zur Abgabe an die Eingangsseite, werden die Wälzkörper entsprechend in der anderen (im Vergleich zu der vorstehenden Beschreibung der Einleitung eines Drehmoments über die Eingangsseite entgegengesetzten) Richtung auf der Übersetzungsbahn (hoch) gewälzt. Diese Bewegung der Wälzkörper verursachen eine Belastung des Energiespeicherelements in der anderen Richtung beziehungsweise bei einer paarigen Anordnung eine Entlastung an dem nach obigem Beispiel belasteten, beispielsweise ersten, Energiespeicherelement und eine Belastung des jeweils anderen, beispielsweise zweiten, Energiespeicherelements. Bei einer gegenseitigen Abstützung von zwei oder mehr Zwischenelementen mittels jeweils eines (gemeinsamen) Energiespeicherelements in einer Kreisanordnung werden alle Energiespeicherelemente gespannt, beispielsweise nach Art einer Schraubzwinge mittels einer radialen Inwärtsverschiebung der Energiespeicherelemente.
• Bei einer Änderung des Drehmoments, wie sie bei einer Torsionsschwingung auftritt, wird das zumindest eine Energiespeicherelement um die dem anliegenden Drehmoment entsprechende Lage herum ausgelenkt und die eingespeicherte Energie in Form von einer veränderten, also zeitlich verzögerten Bewegung, im Zusammenwirken mit den abwälzenden Wälzkörpern zwischen der jeweiligen Übersetzungsbahn und komplementären Gegenbahn, hier auf die Ausgangsseite, übertragen. Damit wird die Eigenfrequenz des drehmomentübertragenden Systems, in welches der Torsionsschwingungsdämpfer eingebunden ist, verändert.
• In einer Ausführungsform sind zwei oder mehr Zwischenelemente vorgesehen, welche bevorzugt zu der Rotationsachse rotationssymmetrisch angeordnet sind, sodass der Torsionsschwingungsdämpfer mit einfachen Mitteln ausgewuchtet ist. Für eine geringe Anzahl von Komponenten und (Übersetzungs-) Bahnen ist eine Ausführungsform mit genau zwei Zwischenelementen vorteilhaft.
• Bevorzugt sind jeweils zwei Energiespeicherelemente zum Einwirken auf ein (einziges) Zwischenelement vorgesehen, wobei die Energiespeicherelemente einander antagonistisch angeordnet sind und bevorzugt entsprechend der Ausführungsform der Übersetzungsbahnen und komplementären Gegenbahnen miteinander ins Gleichgewicht gebracht sind. In einer alternativen Ausführungsform ist zumindest eine Zwangsführung vorgesehen, mittels welcher zumindest einem der Zwischenelemente geometrisch geführt eine Bewegung aufgezwungen ist, beispielsweise nach Art von einer Schiene beziehungsweise Nut und umgreifendem Zapfen beziehungsweise hineingreifender Feder.
• Die Energiespeicherelemente wirken gemäß diesem Vorschlag (abweichend von Ausführungsformen des nachfolgenden Vorschlags) mit einer Kraftrichtung mit einem Vektoranteil in Umfangsrichtung auf das zugeordnete Zwischenelement ein. Die Umfangsrichtung ist an einem konzentrischen Kreis zu der Rotationsachse definiert. Die Umfangsrichtung ist in einer Ausführungsform über eine Bewegung des zugeordneten Zwischenelements konstant ausgerichtet, wandernd an einem konstanten Kreis oder konstant oder wandernd an einem veränderlichen Kreis ausgerichtet. Der Kreis ist zumindest so groß, dass er das Zwischenelement berührt, bevorzugt so groß, dass der Kreis einen Kontaktpunkt oder eine Kontaktfläche, an welcher Stelle die Kräfte zwischen dem betreffenden Energiespeicherelement und dem zugeordneten Zwischenelement übertragen wird, schneidet. Eine Umfangsrichtung ist zu einem Radius mit der Rotationsachse als Zentrum senkrecht ausgerichtet. Der jeweils zugrundeliegende Radius schneidet den Kontaktpunkt beziehungsweise die Kontaktfläche von dem Energiespeicherelement und dem Zwischenelement. An dem Zwischenelement ergibt sich so eine Kraftrichtung mit einem großen Vektoranteil in Umfangsrichtung, bevorzugt mit einem Vektoranteil in Umfangsrichtung, welcher größer ist als der Vektoranteil in radialer Richtung. Das heißt, die Kraft auf das Zwischenelement ist nicht rein radial ausgerichtet, sondern ausschließlich (im Kontaktpunkt) tangential zu der Umfangsrichtung oder mit einem radialen Vektoranteil und mit einem (im Kontaktpunkt) tangentialen Vektoranteil. Damit ergibt sich eine Kraftrichtung, welche in dasselbe Zwischenelement (von der anderen Seite), beispielsweise mittels einer Schraubenbogenfeder, oder in das benachbarte Zwischenelement etwa entlang der Umfangsrichtung überleitbar ist. Dies ermöglicht beispielsweise anstelle einer Auslenkung (beziehungsweise Schwingung) des Energiespeicherelements ausschließlich in (radialer) Querrichtung eine Auslenkung zusätzlich oder ausschließlich in Umfangsrichtung.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Zwischenelement dabei über die Wälzkörper unzureichend definiert abgestützt, beispielsweise ausschließlich radial definiert abgestützt, wobei das zumindest eine Energiespeicherelement die Bewegung infolge der Krafteinleitungsrichtung definiert, beispielsweise ausschließlich in Umfangsrichtung. Alternativ ist eine zusätzliche Führung für das Zwischenelement vorgesehen.
• Der hier vorgeschlagene Torsionsschwingungsdämpfer ist aufgrund seiner relativ geringen Anzahl von Komponenten auf geringem Bauraum ausführbar und zudem kostengünstig fertigbar. Darüber hinaus ist der Torsionsschwingungsdämpfer für große zu übertragende Drehmomente bei zugleich einer sehr geringen Schwingungssteifigkeit einsetzbar, weil mit den rampenartigen Übersetzungsbahnen (und komplementären Gegenbahnen) ein nahezu beliebig untersetzendes Rollengetriebe geschaffen ist. Die Untersetzung wirkt sich auf den benötigten Federweg aus, womit also ein steifes Energiespeicherelement infolge des mittels des Rollengetriebes verlängerten wirksamen Federwegs weniger steif, also weicher, wirkt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird einen Riemenscheibenentkoppler vorgeschlagen mit einer Rotationsachse für einen Riementrieb einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Riemenscheibenentkoppler einen Torsionsschwingungsdämpfer umfasst, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
• - eine Eingangsseite zum Aufnehmen eines Drehmoments;
• - eine Ausgangsseite zum Abgeben eines Drehmoments;
• - zumindest zwei Zwischenelemente in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite der Ausgangsseite;
• - je Zwischenelement einen ersten Wälzkörper einen zweiten Wälzkörper, wobei die Zwischenelemente jeweils eine erste Übersetzungsbahn zum Abwälzen des ersten Wälzkörpers und eine zweite Übersetzungsbahn zum Abwälzen des zweiten Wälzkörpers aufweisen, wobei die Eingangsseite zu der ersten Übersetzungsbahn komplementäre erste Gegenbahn und die Ausgangsseite eine zu der zweiten Übersetzungsbahn komplementäre zweite Gegenbahn aufweist, wobei der erste Wälzkörper zwischen der ersten Übersetzungsbahn und der ersten Gegenbahn abwälzbar geführt ist und der zweite Wälzkörper zwischen der zweiten Übersetzungsbahn und der zweiten Gegenbahn abwälzbar geführt ist; und
• - eine zu der Anzahl der Zwischenelemente korrespondierende Anzahl von Energiespeicherelementen, mittels welcher das jeweilige dem Energiespeicherelement zugeordnete Zwischenelement schwingbar abgestützt ist, wobei jedes der Zwischenelemente mittels der zugeordneten Energiespeicherelemente an dem jeweils zumindest einen benachbarten Zwischenelement abgestützt ist.
• Der Riemenscheibenentkoppler ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass je Zwischenelement als abwälzbare Körper ausschließlich der erste Wälzkörper und der zweite Wälzkörper vorgesehen sind.
• Hier ist ein Riemenscheibenentkoppler der Funktion nach wie zuvor beschrieben vorgeschlagen und es wird insoweit auf die obige Beschreibung verwiesen. Weiterhin wird mit Bezug auf den Torsionsschwingungsdämpfer auf die vorhergehende Erläuterung des zugrundeliegenden Prinzips sowie auf die Definitionen und die Zusammenhänge der Eingangsseite, der Ausgangsseite, eines jeweiligen Zwischenelements und zugeordneten Energiespeicherelements, sowie der Wälzkörper mit den zugeordneten Übersetzungsbahnen und Gegenbahnen verwiesen. Im Unterschied zu der vorigen Beschreibung sind hier unbedingt zumindest zwei Zwischenelemente und zumindest ein, bevorzugt zwei, Energiespeicherelemente vorgesehen, wobei die Zwischenelemente aneinander mittels des zumindest einen Energiespeicherelements kraftübertragend abgestützt sind.
• Das zumindest eine Energiespeicherelement ist gemäß diesem Vorschlag (abweichend von Ausführungsformen des vorstehend genannten Vorschlags) über die Wälzkörper unbedingt unzureichend definiert, beispielsweise ausschließlich radial definiert, abgestützt, indem ausschließlich zwei Wälzkörper bei jedem Zwischenelement vorgesehen sind, also ein einziger (beispielsweise erster) Wälzkörper zu der Eingangsseite und ein einziger (beispielsweise zweiter) Wälzkörper zu der Ausgangsseite. Das zumindest eine Energiespeicherelement, welches auf ein Zwischenelement einwirkt und an dem zumindest einen (unmittelbar) benachbarten Zwischenelement abgestützt ist, definiert die Bewegung infolge der Krafteinleitungsrichtung, beispielsweise ausschließlich in Umfangsrichtung. Für eine sichere Ausgestaltung ist beispielsweise zusätzlich eine Zwangsführung vorgesehen, mittels welcher die Bewegung des jeweiligen Zwischenelements (geometrisch) überdefiniert ist.
• Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass der Torsionsschwingungsdämpfer die Merkmale der vorstehenden Ausführungsformen aufweist.
• Bei dieser Ausführungsform ist also ein jeweiliges Zwischenelement der Mehrzahl von Zwischenelementen mittels ausschließlich zwei Wälzkörpern abgestützt, also insofern unterbestimmt abgestützt oder nur gerade bestimmt abgestützt, sofern die Kraft zur Lagesicherung der Übersetzungsbahn zu der komplementären Gegenbahn und dem dazwischen abwälzenden Wälzkörper sowie der absichtlich geschaffene Freiheitsgrad auf der Übersetzungsbahn, beispielsweise ausgeführt als indifferente Gleichgewichtslage, unberücksichtigt bleibt. Diese Kraft ist beispielsweise im Betrieb von der Trägheitsreaktion auf die Zentripetalkraft (Zentrifugalkraft) unterstützt. Der absichtlich geschaffene Freiheitsgrad der Übersetzungsbahn, beispielsweise als indifferentes Gleichgewicht, ist von den beiden Energiespeicherelementen definiert aufgenommen. Beispielsweise führt ein Abwälzen eines Wälzkörpers auf der Übersetzungsbahn (und komplementären Gegenbahn) zu einer Bewegung mit radialem und/oder tangentialen Vektoranteil. Daraus folgend wird ein Weg zurückgelegt, welcher als Potential in zumindest einem der zugeordneten Energiespeicherelemente eingespeichert wird. Weiterhin ist bevorzugt von den Energiespeicherelementen zudem die notwendige Kraft, beispielsweise ausschließlich radial wirkende Kraft, aufgebracht, um die Gegenbahn und die Übersetzungsbahn derart gegeneinander zu halten, dass der zugeordnete Wälzkörper ausschließlich abwälzend dazwischen bewegbar ist. Damit ist von einer Bewegung eines Wälzkörpers stets eine relative Bewegung zwischen der Gegenbahn und der komplementären Übersetzungsbahn und damit zwischen dem Zwischenelement und der Eingangsseite und der Ausgangsseite induziert. Eine Abstützung in radialer Richtung und/oder eine Zwangsführung für das Zwischenelement, beispielsweise mittels einer größeren Anzahl von Wälzkörpern, ist nicht notwendig.
• Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Riemenscheibenentkopplers vorgeschlagen, dass genau drei Zwischenelemente und genau drei Energiespeicherelemente vorgesehen sind, wobei das erste Zwischenelement und das zweite Zwischenelement des ersten Energiespeicherelements, das zweite Zwischenelement und das dritte Zwischenelement mittels des zweiten Energiespeicherelements, sowie das erste Zwischenelement und das dritte Zwischenelement mittels des dritten Energiespeicherelements aneinander abgestützt sind.
• Bei dieser Ausführungsform ist zum einen die Anzahl der Zwischenelemente, Übersetzungsbahnen, Gegenbahnen, Wälzkörper und Energiespeicherelement noch gering, zum anderen aber ist der Aufwand hinsichtlich der Fertigungstoleranzen an den Übersetzungsbahnen und Gegenbahnen im Vergleich zu einer Zwangsführung mit mehr als zwei Wälzkörpern je Zwischenelement verringert. In dieser Ausführungsform ist in einem auslegungsgemäßen Rahmen, beispielsweise vorgegeben von den geometrischen Gegebenheiten, eine fertigungsbedingte Abweichung von der idealen Ausrichtung des Zwischenelements in der Ruhelage in einem größeren Ausmaß tolerierbar und/oder von den Energiespeicherelementen bei einem Justiervorgang kompensierbar.
• Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Riemenscheibenentkopplers vorgeschlagen, dass das zumindest eine Zwischenelement einzig mittels des zumindest einen zugeordneten Energiespeicherelements und mittels der Wälzkörper gelagert ist.
• Bei dieser Ausführungsform ist das Zwischenelement ohne zusätzliche (Zwangs-) Führungselemente einzig mittels der Übersetzungsbahnen, der komplementären Gegenbahnen und der jeweiligen Wälzkörper im Zusammenspiel mit den zugeordneten Energiespeicherelementen in ein stabiles Gleichgewicht gebracht. Mit einem stabilen Gleichgewicht ist hier gemeint, dass es zumindest von einem auslegungsgemäßen Drehmomentausschlag und Drehmomentschwingungen nicht aus einer Soll-Lage herausführbar ist. Zumindest für mobile Anwendungen ist das Gleichgewicht derart stabil, dass auch (auslegungsgemäße) Querkräfte, beispielsweise Erschütterungen, diese Anordnung nicht aus einer Soll-Lage herausführbar ist, beispielsweise der Wälzkörper nicht von einer seiner Bahnen abhebbar ist. Der Vektoranteil der Kraft der Energiespeicherelemente in radialer Richtung beziehungsweise senkrecht zu (dem anliegenden Abschnitt) der Übersetzungsbahn und Gegenbahn ist stets größer als eine abhebende (Außen-) Kraft.
• Dies ist gewährleistet, wenn die Kraftrichtungen der eingeleiteten Kräfte, also die Ausrichtung des Kraftvektors entlang oder parallel zu einer Wirklinie, der Energiespeicherelemente sich unabhängig von der Auslenkung des Zwischenelements in dem Momentenbilanzpunkt des Zwischenelements mit denjenigen Wirklinien der resultierenden (Gegen-) Kräfte über den Wälzkörpern schneidet, welche durch das Wälzzentrum (Wälzachse) des Wälzkörpers verläuft und senkrecht zu der Übersetzungsbahn und zu der komplementären Gegenlaufbahn ausgerichtet ist. Somit liegt an dem Zwischenelement um den Momentenbilanzpunkt des Zwischenelements ein Momentengleichgewicht vor. Daraus folgt intrinsisch, dass der Kraftanteil der über die Wälzkörper geleiteten Kraftvektoren der Kräfte beziehungsweise den auf das Zwischenelement wirkenden Kraftanteile der Energiespeicherelemente entspricht. Das heißt, wird die Kraft der Energiespeicherelemente erhöht, erhöht sich bei dieser Konstruktionsregel auch die resultierende Kraft über die Wälzkörper. Die Kraftvektoren bei zwei antagonistischen Energiespeicherelementen bildet somit ein (geschlossenes) Krafteck, also nach Vektoradditionsregeln die Kraftsumme null.
• Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass die beiden Wälzkörper radial zueinander beabstandet angeordnet sind.
• Vorteil dieser Ausführungsform ist ein geringer erforderlicher Bauraum in Umfangsrichtung, sodass beispielsweise die Zwischenelemente in Umfangsrichtung schmal ausführbar sind und damit mehr Bauraum für die Energiespeicherelemente und damit beispielsweise ein großer Verdrehwinkel, und damit eine geringe funktionswirksame Steifigkeit bei gleichzeitig hoher Steifigkeit des zumindest einen Energiespeicherelements einstellbar ist.
• Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass die beiden Wälzkörper in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind.
• Vorteil dieser Ausführungsform ist ein geringer erforderlicher radialer Bauraum, sodass beispielsweise die Zwischenelemente auf einem großen Umfangskreis anordenbar sind und damit beispielsweise ein großer Verdrehwinkel, und damit eine geringe funktionswirksame Steifigkeit bei gleichzeitig hoher Steifigkeit des zumindest einen Energiespeicherelements einstellbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist ein Drehmoment über gleiche Übersetzungsbahnen und damit betragsgleich übertragbar.
• Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass die beiden Wälzkörper radial und in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind.
• Bei dieser Ausführungsform sind die Vorteile der vorstehend genannten Ausführungsform miteinander kombinierbar beziehungsweise mit jeweils geringen Abweichungen an ein Ideal annäherbar.
• Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Riemenscheibenentkopplers vorgeschlagen, dass die Übersetzungsbahnen und die jeweils komplementären Gegenbahnen jeweils eine Zugmomentpaarung mit einer ersten Übersetzungskurve und eine Schubmomentpaarung mit einer zweiten Übersetzungskurve umfassen, wobei die Zugmomentpaarung zur Drehmomentübertragung von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite eingerichtet ist, und wobei die Schubmomentpaarung zur Drehmomentübertragung von der Ausgangsseite auf die Eingangsseite eingerichtet ist, und wobei die erste Übersetzungskurve und die zweite Übersetzungskurve zumindest bereichsweise voneinander unterschiedliche Übersetzungsverläufe aufweisen.
• Grundsätzlich unterscheiden sich ein Zugmoment und ein Schubmoment in einem theoretischen Anwendungsfall nicht. Die Begriffe sind daher neutral zu sehen und dienen einzig einer einfachen Unterscheidbarkeit der bezeichneten Drehmomentübertragungsrichtung. Diese Begriffe sind den üblichen Bezeichnungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs entnommen, aber für andere Anwendungen entsprechend übertragbar. Die Zugmomentpaarung liegt bei einer Zugmomentübertragung, beispielsweise von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite an, wobei mit zunehmendem Drehmoment der Wälzkörper auf der Zugmomentpaarung entgegen der Kraft des antagonistischen Energiespeicherelements (hoch) wälzt. Damit wird das Potential dieses antagonistischen Energiespeicherelements erhöht, beispielsweise gespannt und damit die Steifigkeit verändert. Torsionsschwingungen wirken daher mit zunehmendem Drehmoment einer größeren Kraft des antagonistischen Energiespeicherelements entgegen und die Eigenfrequenz ist damit verändert. Für die Schubmomentpaarung gilt dies entsprechend, wobei der Wälzkörper infolge der Belastung des Energiespeicherelements zum (hoch) Wälzen auf der Schubmomentpaarung gezwungen wird.
• Bei dieser Ausführungsform ist die erste Übersetzungskurve und die zweite Übersetzungskurve, welche jeweils von einem gemeinsamen Punkt der Ruhelage beginnen, mit unterschiedlichen Übersetzungsverläufen versehen. Die Steifigkeitseigenschaften des Torsionsschwingungsdämpfers sind daher individuell für ein Zugmoment und ein Schubmoment (unterschiedlich) einrichtbar.
• In einer Ausführungsform ist beispielsweise für das Übertragen eines Zugmoments eine geringe Steifigkeit erforderlich, was entsprechend über einen größeren Verdrehwinkel (ein geringeres Untersetzungsverhältnis, also kleinerer Nenner des Übersetzungsverhältnisses) erreichbar ist als dies für ein Schubmoment (ein größeres Untersetzungsverhältnis) erwünscht ist. Weiterhin ist beispielsweise ein progressiver oder degressiver Steifigkeitsverlauf erwünscht oder sogar ein mehrfach veränderlicher Steifigkeitsverlauf erwünscht. Beispielsweise ist für den leerlaufnahen Bereich ein geringer Steifigkeitsanstieg, für ein Hauptlastdrehmoment ein steiler Steifigkeitsanstieg, welcher sich wieder zunehmend degressiv verringert, und bis zu einem Maximalübertrag eines übertragbaren Drehmoments ist wieder ein progressiver Anstieg der Steifigkeit eingerichtet.
• Die Übersetzungsbahn und die komplementäre Gegenbahn sind dabei entsprechend der jeweiligen Auslenkungslage des Zwischenelements auszulegen, sodass die Übersetzungskurve mit der Bewegung des Zwischenelements überlagert auszuführen ist. Die Übersetzungsbahn und die komplementäre Gegenbahn sind bevorzugt für ein Momentengleichgewicht gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgeführt, bevorzugt sodass keine zusätzliche (Zwangs-) Führungseinrichtung für das Zwischenelement notwendig ist.
• Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass das zumindest eine Zwischenelement mittels zwei antagonistischen Energiespeicherelementen vorgespannt ist.
• In dieser Ausführungsform ist eine Vorspannung der Energiespeicherelemente über das Zwischenelement beziehungsweise die Zwischenelemente gegen die Wälzkörper gut beherrschbar zuverlässig einstellbar. Beispielsweise ist bei baugleichen Energiespeicherelementen die Abhängigkeit von Bauteiltoleranzen, beispielsweise der Federkennlinie eines Energiespeicherelements, gering, indem sich die Toleranzen gegenseitig verringern, beispielsweise eine nach unten abweichende Steifigkeit von der Soll-Steifigkeit des ersten Energiespeicherelements wird von der nach oben abweichenden Steifigkeit des zweiten Energiespeicherelements ausgeglichen oder gemindert. Bei gleicher Abweichungsrichtung ist die Vorspannung zwar insgesamt reduziert oder erhöht im Vergleich zu der Soll-Vorspannung aber dennoch infolge der antagonistischen Wirkung, beispielsweise beidseitig des Zwischenelements, ausgeglichen. In einer Ausführungsform ist lediglich die Ruhelage des Zwischenelements verändert. Bevorzugt ist die Toleranz derart gering, dass die Ruhelage innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs bleibt. Bei einer Ausführungsform mit drei Zwischenelementen sind die (drei) Energiespeicherelemente miteinander derart in Verbindung, dass auch das erste (beziehungsweise zweite) Energiespeicherelement des ersten Zwischenelements mit dem zweiten (beziehungsweise ersten) Energiespeicherelement des zweiten Zwischenelements in antagonistischer Wirkverbindung steht und ein ausgleichender Effekt auf die Bauteiltoleranz der Energiespeicherelemente erzielt ist. Insgesamt sinkt damit die erforderliche Fertigungsgenauigkeit, der Montageaufwand beziehungsweise der Justieraufwand und/oder der Kostenaufwand für Standardbauteile aufgrund einer geringeren Bauteilgüte.
• Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Riemenscheibenentkopplers vorgeschlagen, dass das zumindest eine Zwischenelement mittels zwei antagonistischen Energiespeicherelementen vorgespannt ist,
  wobei bevorzugt das erste Energiespeicherelement erste Kraft und eine erste Kraftrichtung auf das zugeordnete Zwischenelement ausübt und das zweite Energiespeicherelement eine zweite Kraft und eine zweite Kraftrichtung auf das zugeordnete Zwischenelement ausübt,
  und wobei sich die erste Kraft und die zweite Kraft in einer Ruhelage voneinander unterscheiden und/oder sich die erste Kraftrichtung und die zweite Kraftrichtung in einer Ruhelage voneinander unterscheiden.
• Eine Schraubendruckfeder mit gerader Federachse, auch als (rein) zylindrische Schraubendruckfeder bezeichnet, ist ein vielfältig eingesetztes Standardbauteil, dessen elastische und (geringen) dissipative Eigenschaften gut ausgeleuchtet und einfach beherrschbar sind. Toleranzen in der Baulänge beziehungsweise der Federkennlinie auf eine vorbestimmte Einbaulänge sind mit einfachen Mitteln ausgleichbar. Zudem benötigen solche Schraubendruckfedern keine zusätzliche Führung, welche ansonsten Reibung verursachen und damit einen verringerten Wirkungsgrad und/oder eine aufgrund von Hysterese-Effekten schwieriger zu ermittelnde Dämpfungseigenschaft aufweisen können. Zudem ermöglicht eine Schraubendruckfeder eine große Varianz in der Federkennlinie, welche unter anderem durch Windungssteigung, Drahtdicke, Verhältnis der Einbaulänge zur entspannten Länge und die Materialwahl einstellbar ist.
• Zudem sind Schraubendruckfeder mit gerader Federachse im Vergleich zu anderen Bauarten von Federn, beispielsweise Stahlfedern, bruchsicher und können in einigen Ausführungsformen auf Block belastet werden, sodass für den Fall einer gemäß der Auslegung auftretenden Überlast an dem Torsionsschwingungsdämpfer bei einer solchen auf Block bringbaren Ausführungsform des Energiespeicherelements kein zusätzliches Sicherungselement gegen Brechen des Energiespeicherelements vorgesehen werden muss. Zudem hat eine Schraubendruckfeder den Vorteil eines sehr langen möglichen Federwegs bei gleichzeitig einer hohen Federsteifigkeit, sodass einerseits ein großes Drehmoment über das zumindest eine Energiespeicherelement leitbar ist und andererseits mithilfe der Übersetzungsbahn eine geeignete Bewegungsuntersetzung einrichtbar ist, sodass gegenüber der Amplitude der Torsionsschwingung eine verringerte Amplitude der Bewegung des Zwischenelements erreicht ist und somit die Torsionsschwingungen in einem sehr geringen Federweg der Schraubendruckfeder resultiert. Im Resultat wirkt die Schraubendruckfeder gegenüber der Torsionsschwingung trotz hoher Steifigkeit mit einer (geeignet) geringen Kraft entgegen.
• Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Riemenscheibenentkopplers vorgeschlagen, dass das zumindest eine Energiespeicherelement eine Schraubendruckfeder mit gerader Federachse ist.
• Eine Schraubendruckfeder mit gerader Federachse, auch als (rein) zylindrische Schraubendruckfeder bezeichnet, ist ein vielfältig eingesetztes Standardbauteil, dessen elastische und (geringen) dissipative Eigenschaften gut ausgeleuchtet und einfach beherrschbar sind. Toleranzen in der Baulänge beziehungsweise der Federkennlinie auf eine vorbestimmte Einbaulänge sind mit einfachen Mitteln ausgleichbar. Zudem benötigen solche Schraubendruckfedern keine zusätzliche Führung, welche ansonsten Reibung verursachen und damit einen verringerten Wirkungsgrad und/oder eine aufgrund von Hysterese-Effekten schwieriger zu ermittelnde Dämpfungseigenschaft aufweisen können. Zudem ermöglicht eine Schraubendruckfeder eine große Varianz in der Federkennlinie, welche unter anderem durch Windungssteigung, Drahtdicke, Verhältnis der Einbaulänge zur entspannten Länge und die Materialwahl einstellbar ist.
• Zudem sind Schraubendruckfeder mit gerader Federachse im Vergleich zu anderen Bauarten von Federn, beispielsweise Stahlfedern, bruchsicher und können in einigen Ausführungsformen auf Block belastet werden, sodass für den Fall einer gemäß der Auslegung auftretenden Überlast an dem Torsionsschwingungsdämpfer bei einer solchen auf Block bringbaren Ausführungsform des Energiespeicherelements kein zusätzliches Sicherungselement gegen Brechen des Energiespeicherelements vorgesehen werden muss. Zudem hat eine Schraubendruckfeder den Vorteil eines sehr langen möglichen Federwegs bei gleichzeitig einer hohen Federsteifigkeit, sodass einerseits ein großes Drehmoment über das zumindest eine Energiespeicherelement leitbar ist und andererseits mithilfe der Übersetzungsbahn eine geeignete Bewegungsuntersetzung einrichtbar ist, sodass gegenüber der Amplitude der Torsionsschwingung eine verringerte Amplitude der Bewegung des Zwischenelements erreicht ist und somit die Torsionsschwingungen in einem sehr geringen Federweg der Schraubendruckfeder resultiert. Im Resultat wirkt die Schraubendruckfeder gegenüber der Torsionsschwingung trotz hoher Steifigkeit mit einer (geeignet) geringen Kraft entgegen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Riementrieb für einen Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
• - eine erste Riemenscheibe zum Verbinden mit einer Antriebswelle einer Antriebsmaschine;
• - eine zweite Riemenscheibe zum Verbinden mit einer Rotorwelle eines Nebenaggregats; und
• - ein die erste Riemenscheibe und die zweite Riemenscheibe drehmomentübertragend verbindender Riemen,
wobei die erste Riemenscheibe und/oder die zweite Riemenscheibe einen Riemenscheibenentkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
• Der Riementrieb ist zum Übertragen eines Drehmoments von einer Antriebsmaschine auf ein Nebenaggregat, und beispielsweise bei einem Motor-Generator als Nebenaggregat umgekehrt, eingerichtet. Dazu ist an den zumindest zwei verbundenen Wellen, nämlich der zumindest einen Antriebswelle der zumindest einen Antriebsmaschine, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine, und der zumindest einen Rotorwelle des zumindest einen Nebenaggregats, beispielsweise eines Klimakompressors, jeweils eine Riemenscheibe drehmomentfest verbunden vorgesehen. Auf diese Riemenscheiben ist ein Riemen aufgespannt, sodass reibschlüssig oder formschlüssig ein Drehmoment umgewandelt in eine Zugkraft (Zugmittel, beispielsweise Keilriemen) oder Schubkraft (Schubgliederband) auf die anderen Riemenscheiben übertragbar ist. Zumindest eine der Riemenscheiben, bevorzugt die Riemenscheibe an einer als Kurbelwelle ausgeführten Antriebswelle, umfasst einen Riemenscheibenentkoppler mit dem Torsionsschwingungsdämpfer nach einer Ausführungsform gemäß der vorhergehenden Beschreibung. Damit ist die Torsionsschwingung mittels geeigneter Verschiebung des Bereichs der Eigenfrequenz des Riementriebs von dem übrigen Teil des Riementriebs, beispielsweise der Rotorwelle des Nebenaggregats entkoppelt. Zugleich ist der Riemenscheibenentkoppler mit einer geringen Baugröße ausführbar, sodass dieser trotz üblicher Übersetzungsanforderungen, also Durchmesserverhältnissen der Riemenscheiben, in eine konventionelle Riemenscheibe integrierbar ist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
• - eine Antriebsmaschine mit einer Antriebswelle;
• - ein Nebenaggregat mit einer Rotorwelle; und
• - einen Riementrieb nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, mittels welchem die Antriebsmaschine und das Nebenaggregat drehmomentübertragend miteinander verbunden sind.
• Der Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, ein von einer Antriebsmaschine, zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine oder einer elektrischen Antriebsmaschine, bereitgestelltes und über ihre Abtriebswelle abgegebenes Drehmoment für zumindest einen Verbraucher zu übertragen. Ein beispielhafter Verbraucher ist in der Anwendung in einem Kraftfahrzeug zumindest ein Antriebsrad für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Motorrads, und zusätzlich ein Nebenaggregat, beispielsweise ein elektrischer Generator zum Bereitstellen von elektrischer Energie. In einer Ausführungsform sind eine Mehrzahl von Antriebsmaschinen vorgesehen, beispielsweise in einem Hybrid-Antriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine und zumindest eine elektrische Maschine, beispielsweise ein Motor-Generator. Ein solcher Motor-Generator bildet beispielsweise ein Nebenaggregat und ist sowohl zum Aufnehmen eines Drehmoments (zum Erzeugen elektrischer Energie) als auch zum Abgeben eines Drehmoments (zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine) eingerichtet. Der Riementrieb ermöglicht ein Übertragen eines Drehmoments zwischen dem Nebenaggregat und der Antriebsmaschine, wobei mittels des Riemenscheibenentkopplers in zumindest einer der Riemenscheiben eine Eigenfrequenz derart geeignet verschoben ist, dass der Drehmomentaufnehmer, beispielsweise das Nebenaggregat, vor einem Resonanzschwingen geschützt ist, also schwingungsentkoppelt ist. Der hier vorgeschlagene Riementrieb weist eine geringe Baugröße auf und ist ohne weitere notwendige Änderungen ersetzend für einen konventionellen Riementrieb einsetzbar. Zudem ist der Wirkungsgrad gegenüber Systemen mit anderen Entkopplungseinrichtungen verbessert.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest ein Antriebsrad, welches mittels eines Antriebsstrangs nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung antreibbar ist.
• Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen teilweise die Antriebsmaschine, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine und/oder eine elektrische Antriebsmaschine, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der radiale Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, einen Antriebsstrang mit Komponenten kleiner Baugröße zu verwenden. Ähnlich gestaltet sich der Einsatz eines Antriebsstrangs in motorisierten Zweirädern, für welche im Vergleich zu vorbekannten Zweirädern stets gesteigerte Leistung bei gleichbleibendem Bauraum gefordert wird. Mit der Hybridisierung der Antriebsstränge verschärft sich diese Problemstellung auch für Hinterachsanordnungen, und auch hier sowohl in Längsanordnung als auch in Queranordnung der Antriebsaggregate.
• Bei dem hier vorgeschlagenen Kraftfahrzeug mit dem oben beschriebenen Antriebsstrang wird ein hoher Wirkungsgrad infolge einer großen Laufruhe und damit sehr konstanter Riemenspannung erreicht, indem ein sehr effizienter Torsionsschwingungsdämpfer in zumindest eine der Riemenscheiben des Riementriebs des Antriebsstrangs integriert ist. Zugleich ist der benötigte Bauraum zumindest nicht größer als der konventionell verwendete Bauraum und die Kosten sind im Vergleich zu einem konventionellen schwingungsentkoppelnden System nicht vergrößert.
• 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 Ka+ oder Renault Clio. Bekannte Voll-Hybride in der Kleinwagenklasse sind der BMW i3 oder der Toyota Yaris Hybrid.
• 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 Prinzip-Skizze eines Torsionsschwingungsdämpfer in einer ersten Ausführungsform;
• 2: eine Prinzip-Skizze eines Torsionsschwingungsdämpfer in einer zweiten Ausführungsform;
• 3: ein Schaubild der anliegenden Kräfte an einem Zwischenelement;
• 4: ein Krafteck der anliegenden Kräfte gemäß 3;
• 5: ein Moment-Verdrehwinkel-Diagramm mit einem ersten Übersetzungsverlauf;
• 6: ein Moment-Verdrehwinkel-Diagramm mit einem zweiten Übersetzungsverlauf;
• 7: ein Moment-Verdrehwinkel-Diagramm mit einem dritten Übersetzungsverlauf;
• 8: ein Moment-Verdrehwinkel-Diagramm mit einem vierten und fünften Übersetzungsverlauf;
• 9: eine Skizze eines Riemenscheibenentkopplers im Schnitt mit einem Torsionsschwingungsdämpfer; und
• 10: ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang mit Riemenscheibenentkoppler.
• 1 und 2 zeigen jeweils in einer Prinzip-Skizze beispielhaft unterschiedliche Ausführungsformen eines Torsionsschwingungsdämpfers 5, welche der Übersichtlichkeit halber weitestgehend gleich dargestellt sind und insofern auf die Beschreibungen zu den jeweiligen Figuren von gleichen Komponenten querverwiesen wird. Hierbei bildet eine Ringscheibe eine Ausgangsseite 7. Im Zentrum bei der gemeinsamen Rotationsachse 2 ist ein weiteres Scheibenelement beispielsweise als Eingangsseite 6 ausgebildet. Alternativ ist die Ringscheibe die Eingangsseite 6 und das Scheibenelement die Ausgangsseite 7. Im Folgenden wird die zuvor genannte Variante beschrieben, wobei die Begriffe austauschbar sind.
• Wie mit den Pfeilen angedeutet sind ein Zugmoment 45 von der Eingangsseite 6 auf die Ausgangsseite 7 übertragbar und ein Schubmoment 46 von der Ausgangsseite 7 auf die Eingangsseite 6 übertragbar. In einer Ausführungsform ist die Momentenrichtung umgekehrt eingerichtet.
• Zwischengeschaltet zwischen der Eingangsseite 6 und der Ausgangsseite 7 sind drei Zwischenelemente 8, 9, 10 vorgesehen, wobei das jeweilige Zwischenelement 8, 9, 10 von paarig angeordneten Energiespeicherelementen 17, 18, 19 kraftübertragend mit dem jeweils benachbarten Zwischenelement 8, 9, 10 verbunden ist. Mittels eines ersten Wälzkörpers 11 ist das jeweilige Zwischenelement 8, 9, 10 an der Eingangsseite 6 abgestützt und mittels eines zweiten Wälzkörpers 12 ist das jeweilige Zwischenelement 8, 9, 10 an der Ausgangsseite 7 abgestützt. Der erste Wälzkörper 11 ist abwälzbar auf einer zwischenelementseitigen ersten Übersetzungsbahn 13 und einer ersten komplementären Gegenbahn 15 an der Eingangsseite 6 kraftübertragend und damit drehmomentübertragend abgestützt. Der zweite Wälzkörper 12 ist abwälzbar auf einer zwischenelementseitigen zweiten Übersetzungsbahn 14 und einer zweiten komplementären Gegenbahn 16 an der Ausgangsseite 7 kraftübertragend und damit drehmomentübertragend abgestützt. Die Wälzkörper 11, 12 sind dabei mittels der Energiespeicherelemente 17, 18, 19 gegen die Übersetzungsbahn 13, 14 und gegen die Gegenbahn 15, 16 vorgespannt und dadurch daran abwälzbar geführt. Die Energiespeicherelemente 17, 18, 19 halten das Zwischenelement 8, 9, 10 einander antagonistisch wirkend in einer Ruhelage in der gezeigten Position. An dem dritten Zwischenelement 10 bei dem ersten Wälzkörper 11 und dem zweiten Wälzkörper 12 (nach der Bezeichnung beim ersten Zwischenelement 8) ist (der Übersichtlichkeit halber pars-pro-toto) gezeigt, dass seitlich der Ruhelage eine Zugmomentpaarung 23 aus dem jeweils komplementären Rampenanteil der Übersetzungsbahn 13, 14 und der Gegenbahn 15, 16 sowie eine Schubmomentpaarung 25 auf der jeweils anderen Seite aus den komplementären Rampenanteilen der Übersetzungsbahn 13, 14 und der Gegenbahn 15, 16 gebildet sind. Wiederum einzig der Übersichtlichkeit halber ist pars-pro-toto die Zugmomentpaarung 23 einzig an dem ersten Wälzkörper 11 gezeigt und entsprechend die Schubmomentpaarung 25 einzig an dem zweiten Wälzkörper 12 gezeigt. Diese Paarungen sind aber an jedem der Wälzkörper 11, 12 jeweils von der zwischenelementseitigen Übersetzungsbahn 13, 14 und der komplementären Gegenbahn 15, 16 gebildet. Deren Wirkweise wird nachfolgend detailliert erläutert. In den gezeigten Ausführungsformen sind die Zwischenelemente 8, 9, 10 einzig über die jeweiligen Wälzkörper 11, 12 an der Eingangsseite 6 und an der Ausgangsseite 7 abgestützt und untereinander sind die Zwischenelemente 8, 9, 10 mittels der Energiespeicherelemente 17, 18, 19 abgestützt. Eine zusätzliche Führung ist bevorzugt nicht vorgesehen.
• In 1 sind der erste Wälzkörper 11 und der zweite Wälzkörper 12 eines jeweiligen Zwischenelements 8, 9, 10 radial beabstandet zueinander angeordnet und befinden sich in der Ruhelage auf einem gemeinsamen Radius. Sie weisen also in der Ruhelage keinen Abstand in Umfangsrichtung 22 auf.
• In 2 ist eine alternative Ausführungsform hinsichtlich der Anordnung der beiden Wälzkörper 11, 12 eines jeweiligen Zwischenelements 8, 9, 10 zueinander gezeigt, wobei die beiden Wälzkörper 11, 12 keinen radialen Abstand aufweisen, aber in Umfangsrichtung 22 zueinander beabstandet sind. In den gezeigten Ausführungsformen sind der besseren Vergleichbarkeit halber die Energiespeicherelemente 17, 18, 19 gleichartig ausgeführt und gleich angeordnet.
• In 3 ist ein Schaubild des Momentengleichgewichts und in 4 ein Krafteck über dem ersten Zwischenelement 8, zweiten Zwischenelement 9 oder dritten Zwischenelement 10 mit einem ersten Wälzkörper 11 und dem zweiten Wälzkörper 12 gemäß der Ausführungsform in 1 dargestellt. Hierbei ist das Zwischenelement 8, 9, 10 aus seiner Ruhelage herausgeführt und in einem Auslenkwinkel zu der Ruhelage geneigt zu der Ruhelinie 47 ausgelenkt. Die Ruhelinie 47 verläuft stets durch den Momentenbilanzpunkt 48 des Zwischenelements 8, 9, 10, aber einzig in der Ruhelage durch die Wälzachsen beider Wälzkörper 11, 12, aber stets durch eine der beiden Wälzachsen (hier des zweiten Wälzkörpers 12). Zu diesem Momentenbilanzpunkt 48 des Zwischenelements 8, 9, 10 muss ein Momentengleichgewicht herrschen, sofern gefordert ist, dass keine zusätzliche (Zwangs-) Führung für das Zwischenelement 8, 9, 10 vorgesehen ist. Die resultierenden Kraftrichtungen 28, 30 über die Wälzkörper 11, 12, also die erste Drucklinie 49 des ersten Wälzkörpers 11 und die zweite Drucklinie 50 des zweiten Wälzkörpers 12, muss zu dem anliegenden (theoretisch infinitesimalen) Abschnitt der Übersetzungsbahn 13, 14 stets senkrecht ausgerichtet sein und durch den Momentenbilanzpunkt 48 verlaufen. Damit diese Regel stets eingehalten bleibt, muss sich eine Parallele der ersten Wirklinie 51 der ersten Kraft 27 ausgehend von dem ersten Energiespeicherelement 17 mit einer zweiten gleich weit oder kraftproportional beabstandeten Parallele der zweiten Wirklinie 52 der zweiten Kraft 29 ausgehend von dem anderen (beispielsweise dritten) Energiespeicherelement 19 mit den beiden Drucklinien 49, 50 in dem Momentenbilanzpunkt 48 schneiden, sodass kein (wirksamer) Hebelarm entsteht. Für eine geeignete Anpressung der Wälzkörper 11, 12 sind die erste Kraft 27 und die zweite Kraft 29 (hier nur an der zweiten Kraft 29 dargestellt) in einen tangentialen Vektoranteil 20 (funktionswirksamer Anteil) und in einen radialen Vektoranteil 21 (Anpressanteil für die Wälzkörper 11, 12) unterteilt. Die Ausrichtung des tangentialen Vektoranteils 20 ergibt sich aus der Tangente beim Kraftangriffspunkt zu dem Zwischenelement 8, 9, 10 an der Umfangsrichtung 22 auf einem Radius des Kreises 53, auf welchem dieser Kraftangriffspunkt liegt. Weiterhin ist gefordert, dass die erste Kraft 27, die zweite Kraft 29 und die resultierenden Kräfte 54, 55 ein sich selbst aufhebendes Krafteck bilden, wie es in 4 dargestellt ist. Hierfür muss die erste Kraftrichtung 28, die zweite Kraftrichtung 30 und die resultierenden Kraftrichtungen 56, 57 der beiden Wälzkörper 11, 12 darstellungsgemäß vorliegen. Aus der gezeigten Lage folgt, dass sowohl das erste Energiespeicherelement 17 (vergleiche 1) als auch das zweite Energiespeicherelement 18 (vergleiche 1) stärker gespannt wird, wodurch eine erhöhte Vorspannkraft auf das Zwischenelement 8, 9, 10 wirkt. Das stärkere Spannen folgt in dieser Ausführungsform aus einer Bewegung des Zwischenelements 8, 9, 10 nach radial innen, sodass die Energiespeicherelemente 17, 18, 19 mit nach radial innen bewegt und zwischen den angrenzenden Zwischenelementen 8, 9, 10 nach Art einer Schraubzwinge gestaucht werden. Die Zwischenelemente 8, 9, 10 werden also derart bewegt, dass der entstehende Abstand entlang der Federachsen 31, 32, 33 der Energiespeicherelemente 17, 18, 19 zwischen den Zwischenelementen 8, 9, 10 gegenüber der Ruhelage verkürzt wird, sofern eine erhöhte Steifigkeit bei einem höheren Drehmoment erwünscht ist (vergleiche 5 bis 8). Für die korrekte Ausrichtung der Drucklinien 49, 50 also der Wirklinien der resultierenden Kräfte 54, 55 an den Wälzkörpern 11, 12 ist es notwendig, dass die Drucklinien 49, 50, welche jeweils die Wälzachse des zugeordneten Wälzkörpers 11, 12 und den Momentenbilanzpunkt 48 schneidet, stets senkrecht auf der Übersetzungsbahn 13, 14 steht, hier der ersten Übersetzungskurve 24, welche dem Zugmoment 45 zugeordnet ist. Der jeweilige Betrag der resultierenden Kraft 54, 55 und die resultierende Kraftrichtung 56, 57 ergeben sich dann intrinsisch aus der anliegenden ersten Kraft 27 und zweiten Kraft 29.
• In den 5 bis 8 sind Moment-Verdrehwinkel-Diagramme gezeigt, bei welchen die Momenten-Achse 58 die Ordinate bildet und die Verdrehwinkel-Achse 59 die Abszisse. Rechts der Ordinate ist in diesem Beispiel ein Zugmomentverlauf mit positiv abgetragenem Moment und Verdrehwinkel gezeigt und links der Ordinate ein Schubmomentverlauf mit negativ abgetragenem Moment und Verdrehwinkel.
• In 5 ist eine erste Übersetzungskurve 24, dann zugehörig zu der Zugmomentpaarung 23, und eine zweite Übersetzungskurve 26, dann zugehörig zu der Schubmomentpaarung 25, in einer zweiteilig-progressiven Form gezeigt, sodass bei niedrigen Drehmomentbeträgen ein flacher Kurvenanstieg und bei hohen Drehmomentbeträgen ein steiler Kurvenanstieg vorliegt.
• In 6 ist entsprechend eine zweiteilig-degressive Variante gezeigt, bei welcher bei niedrigen Drehmomentbeträgen ein steiler Kurvenanstieg vorliegt und bei hohen Drehmomentbeträgen ein abgeflachter Kurvenanstieg vorliegt.
• In 7 ist eine Variante gezeigt, bei welcher sich ein progressiver und degressiver Verlauf abwechseln und in 8 ist im Vergleich ein steifes System mit einem steilen Kurvenverlauf, dargestellt mit durchgezogener Linie, im Vergleich zu einem System mit einem flachen Kurvenverlauf, dargestellt mit gestrichelter Linie, gezeigt.
• Für die Ausführungsform in 1 und 2 ohne zusätzliche Führung des Zwischenelements 8, 9, 10 ist eine solche Übersetzungskurve 24, 26 nach Maßgabe des Momentengleichgewichts und Kräftegleichgewichts wie in 3 und 4 erläutert einzuhalten. Die dargestellte Übersetzungskurve 24, 26 ist daher in Überlagerung mit der Anforderung an die Übersetzungsbahn 13, 14 gemäß der Beschreibung zu 1 (und 2) auszuführen. Weiterhin ist in einer Ausführungsform die Kraft 25 beziehungsweise die Steifigkeit des ersten Energiespeicherelements 17 gegenüber dem zweiten Energiespeicherelement 18 in der Ruhelage unterschiedlich und nicht wie in 1 und 2 angedeutet symmetrisch ausgeführt. Dies ist weiterhin für die Überlagerung zum Erreichen der gewünschten Übersetzungskurve 24, 26 zu beachten.
• Mit dem hier vorgeschlagenen Torsionsschwingungsdämpfer 5 ist mit wenigen Bauteilen eine kostengünstige und effiziente Beeinflussung der Eigenfrequenz erreichbar.
• In 9 ist ein Riemenscheibenentkoppler 1 mit einem Torsionsschwingungsdämpfer 5, beispielsweise gemäß 1 (darauf und auf die zugehörige Beschreibung wird im Weiteren Bezug genommen), in einem skizzierten Schnitt bei beispielsweise dem ersten Zwischenelement 8 gezeigt. Die Eingangsseite 6 ist hier (optional) einstückig mit einem Wellenanschluss 60 gebildet, welcher hier (optional) mittels einer Wellenverschraubung 61 mit einer Antriebswelle 36, beispielsweise einer Kurbelwelle, verbunden gezeigt ist. Die Ausgangsseite 7 ist hier (optional) einstückig mit einer Riemenscheibe 35, 38 gebildet, welche radial außen für einen Riemen 41, welcher hier (optional) als Keilriemen ausgeführt ist, eine entsprechende Riemenaufnahme bildet. Ein Zugmoment 45, hier als Abgabedrehmoment der Antriebswelle 36 dargestellt, um die gemeinsame Rotationsachse 2 wird von dem Wellenanschluss 60 einzig mittels des Torsionsschwingungsdämpfers 5 in die Riemenscheibe 35, 38 geleitet.
• Von der Eingangsseite 6 wird das Zugmoment 45 so auf den ersten Wälzkörper 11 übertragen, dass dieser auf der Eingangsseite 6 abrollt, hier an der radial außenseitig angeordneten ersten Gegenbahn 15 der Eingangsseite 6. Diese Rollbewegung wiederum wird auf das Zwischenelement 8 übertragen, hier an der radial innenseitig angeordneten (komplementären) ersten Übersetzungsbahn 13 des Zwischenelements 8. Die gestufte Ausführungsform des ersten Wälzkörpers 12 (und des zweiten Wälzkörpers 12) ist optional, aber vorteilhaft für eine damit hinreichende axiale Lagesicherung des betreffenden Wälzkörpers 11, 12. Von dem Zwischenelement 8 wird das Zugmoment 45 mittels des zweiten Wälzkörpers 12 auf die Ausgangsseite 7 übertragen. Dort erzwingt dann umgekehrt die Bewegung des Zwischenelements 8 ein Abrollen des zweiten Wälzkörpers 12 auf der zweiten Übersetzungsbahn 14, was wiederum ein Abrollen des zweiten Wälzkörpers 12 auf der (komplementären) zweiten Gegenbahn 16 der Ausgangsseite 7 bedingt. Die zweite Übersetzungsbahn 14 des Zwischenelements 8 ist hier (optional) radial innenseitig angeordnet und die zweite Gegenbahn 16 der Ausgangsseite 7 ist (entsprechend optional) radial außenseitig angeordnet. Einzig für die bessere Verständlichkeit der 9 sei darauf hingewiesen, dass jeweils radial gegenüberliegend der Bahnen 13, 14; 15, 16 für die Wälzkörper 11, 12 ein (in der Darstellung rechteckiger) Abschnitt der jeweiligen Komponente 8, 35, 60 gezeigt ist. Bei einem Übertragen eines Schubmoments 46 von dem Riemen 41 auf die Antriebswelle 36 wird den Wälzkörpern 11, 12 mittels der Bahnen 13, 14; 15, 16 eine umgekehrte Bewegung aufgezwungen. Dem Abrollen der Wälzkörper 11, 12 auf den Bahnen 13, 14;15, 16 steht aber die Kraft 27, 29 der Energiespeicherelemente 18 (hier dem zweiten Energiespeicherelement 18: das im Wirkeingriff stehende erste Energiespeicherelement 17 ist nicht gezeigt und das gezeigte dritte Energiespeicherelement 19 ist nicht in unmittelbarem Wirkeingriff mit dem gezeigten ersten Zwischenelement 8) entgegen. Das Energiespeicherelement 18 ist hier (optional) als Schraubendruckfeder ausgeführt. Während also trotz eines großen Drehmoments aufgrund einer großen (Feder-) Steifigkeit der Energiespeicherelemente 17, 18, 19 nur ein relativ geringer Verdrehwinkel zwischen der Eingangsseite 6 und der Ausgangsseite 7 erzwungen wird, ist dennoch einer Schwingbewegung der Wälzkörper 11, 12 infolge des mittels der Bahnen 13, 14;15, 16 gebildeten untersetzenden Rollengetriebes nur eine geringe (Feder-) Steifigkeit entgegengesetzt. Es ist also ein hohes Drehmoment übertragbar, indem Energiespeicherelemente 17, 18, 19 mit hoher (Feder-) Steifigkeit eingesetzt werden. Gleichzeitig ist die erwünschte Verringerung der (System-) Resonanzfrequenz infolge der Weichheit (geringen Steifigkeit) der Bewegung der Wälzkörper 11, 12 erzielbar.
• In 10 ist ein Kraftfahrzeug 42 schematisch in Draufsicht gezeigt. Das Kraftfahrzeug 42 weist ein linkes Antriebsrad 43 und ein rechtes Antriebsrad 44 auf, welche zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs 42 in Hauptfahrtrichtung (entlang der Längsachse 63 darstellungsgemäß nach links) eingerichtet sind. Das dazu notwendige Drehmoment wird von einer Antriebsmaschine 37, hier (optional) eine Verbrennungskraftmaschine 4, mittels ihrer Antriebswelle 36 des gezeigten Antriebsstrangs 34 bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt. Für Verbraucher, beispielsweise einen Akkumulator oder einen Klimakompressor, soll zudem mittels der Antriebsmaschine 37 eine Leistung zur Verfügung gestellt werden. Dazu ist ein Riementrieb 3 vorgesehen, welcher die Antriebswelle 36 mit einer Rotorwelle 39 eines Nebenaggregats 40, beispielsweise einem Motor-Generator, drehmomentübertragend verbindet. Der Riementrieb 3 umfasst eine erste Riemenscheibe 35 an der Antriebswelle 36 und eine zweite Riemenscheibe 38 an der Rotorwelle 39, welche mittels eines Riemens 41 drehmomentübertragend miteinander verbunden sind. Hier umfasst (optional) einzig die erste Riemenscheibe 35 einen Riemenscheibenentkoppler 1.
• Mit dem hier vorgeschlagenen Riemenscheibenentkoppler sind störende Drehzahlschwankungen sowie Bewegungen und Geräusche eines Riemens reduzierbar und die Lebensdauer der Riementriebkomponenten verlängerbar.
• Bezugszeichenliste

1

Riemenscheibenentkoppler

2

Rotationsachse

3

Riementrieb

4

Verbrennungskraftmaschine

5

Torsionsschwingungsdämpfer

6

Eingangsseite

7

Ausgangsseite

8

erstes Zwischenelement

9

zweites Zwischenelement

10

drittes Zwischenelement

11

erster Wälzkörper

12

zweiter Wälzkörper

13

erste Übersetzungsbahn

14

zweite Übersetzungsbahn

15

erste Gegenbahn

16

zweite Gegenbahn

17

erstes Energiespeicherelement

18

zweites Energiespeicherelement

19

drittes Energiespeicherelement

20

tangentialer Vektoranteil

21

radialer Vektoranteil

22

Umfangsrichtung

23

Zugmomentpaarung

24

erste Übersetzungskurve

25

Schubmomentpaarung

26

zweite Übersetzungskurve

27

erste Kraft

28

erste Kraftrichtung

29

zweite Kraft

30

zweite Kraftrichtung

31

erste Federachse

32

zweite Federachse

33

dritte Federachse

34

Antriebsstrang

35

erste Riemenscheibe

36

Antriebswelle

37

Antriebsmaschine

38

zweite Riemenscheibe

39

Rotorwelle

40

Nebenaggregat

41

Riemen

42

Kraftfahrzeug

43

linkes Antriebsrad

44

rechtes Antriebsrad

45

Zugmoment

46

Schubmoment

47

Ruhelinie

48

Momentenbilanzpunkt

49

erste Drucklinie

50

zweite Drucklinie

51

erste Wirklinie

52

zweite Wirklinie

53

Kreis des Kraftangriffspunkts

54

erste resultierende Kraft

55

zweite resultierende Kraft

56

erste resultierende Kraftrichtung

57

zweite resultierend Kraftrichtung

58

Momenten-Achse

59

Verdrehwinkel-Achse

60

Wellenanschluss

61

Wellenverschraubung

62

Längsachse

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• EP 2508771 A1 [0005, 0007]
• FR 3057321 A1 [0006]
• FR 3057323 A1 [0007]

Claims (10)

1. Riemenscheibenentkoppler (1) mit einer Rotationsachse (2) für einen Riementrieb (3) einer Verbrennungskraftmaschine (4), wobei der Riemenscheibenentkoppler (1) einen Torsionsschwingungsdämpfer (5) umfasst, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - eine Eingangsseite (6) zum Aufnehmen eines Drehmoments; - eine Ausgangsseite (7) zum Abgeben eines Drehmoments; - zumindest ein Zwischenelement (8,9,10) in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite (6) der Ausgangsseite (7); - je Zwischenelement (8,9,10) einen ersten Wälzkörper (11) und einen zweiten Wälzkörper (12), wobei das zumindest eine Zwischenelement (8,9,10) eine erste Übersetzungsbahn (13) zum Abwälzen des ersten Wälzkörpers (11) und eine zweite Übersetzungsbahn (14) zum Abwälzen des zweiten Wälzkörpers (12) aufweist, wobei die Eingangsseite (6) eine zu der ersten Übersetzungsbahn (13) komplementäre erste Gegenbahn (15) und die Ausgangsseite (7) eine zu der zweiten Übersetzungsbahn (14) komplementäre zweite Gegenbahn (16) aufweist, wobei der erste Wälzkörper (11) zwischen der ersten Übersetzungsbahn (13) und der ersten Gegenbahn (15) abwälzbar geführt ist und der zweite Wälzkörper (12) zwischen der zweiten Übersetzungsbahn (14) und der zweiten Gegenbahn (16) abwälzbar geführt ist; und - zumindest ein Energiespeicherelement (17,18,19), mittels welchem das dem Energiespeicherelement (17,18,19) zugeordnete Zwischenelement (8,9,10) schwingbar abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicherelement (17,18,19) mit einem Vektoranteil (20) in Umfangsrichtung (22) auf das zugeordnete Zwischenelement (8,9,10) wirkend angeordnet ist.
2. Riemenscheibenentkoppler (1) mit einer Rotationsachse (2) für einen Riementrieb (3) einer Verbrennungskraftmaschine (4), wobei der Riemenscheibenentkoppler (1) einen Torsionsschwingungsdämpfer (5) umfasst, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - eine Eingangsseite (6) zum Aufnehmen eines Drehmoments; - eine Ausgangsseite (7) zum Abgeben eines Drehmoments; - zumindest zwei Zwischenelemente (8,9,10) in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite (6) der Ausgangsseite (7); - je Zwischenelement (8,9,10) einen ersten Wälzkörper (11) einen zweiten Wälzkörper (12), wobei die Zwischenelemente (8,9,10) jeweils eine erste Übersetzungsbahn (13) zum Abwälzen des ersten Wälzkörpers (11) und eine zweite Übersetzungsbahn (14) zum Abwälzen des zweiten Wälzkörpers (12) aufweisen, wobei die Eingangsseite (6) zu der ersten Übersetzungsbahn (13) komplementäre erste Gegenbahn (15) und die Ausgangsseite (7) eine zu der zweiten Übersetzungsbahn (14) komplementäre zweite Gegenbahn (16) aufweist, wobei der erste Wälzkörper (11) zwischen der ersten Übersetzungsbahn (13) und der ersten Gegenbahn (15) abwälzbar geführt ist und der zweite Wälzkörper (12) zwischen der zweiten Übersetzungsbahn (14) und der zweiten Gegenbahn (16) abwälzbar geführt ist; und - eine zu der Anzahl der Zwischenelemente (8,9,10) korrespondierende Anzahl von Energiespeicherelementen (17,18,19), mittels welcher das jeweilige dem Energiespeicherelement (17,18,19) zugeordnete Zwischenelement (8,9,10) schwingbar abgestützt ist, wobei jedes der Zwischenelemente (8,9,10) mittels der zugeordneten Energiespeicherelemente (17,18,19) an dem jeweils zumindest einen benachbarten Zwischenelement (8,9,10) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass je Zwischenelement (8,9,10) als abwälzbare Körper ausschließlich der erste Wälzkörper (11) und der zweite Wälzkörper (12) vorgesehen sind.
3. Riemenscheibenentkoppler (1) nach Anspruch 1 und 2, wobei genau drei Zwischenelemente (8,9,10) und genau drei Energiespeicherelemente (17,18,19) vorgesehen sind, wobei das erste Zwischenelement (8) und das zweite Zwischenelement (9) des ersten Energiespeicherelements (17), das zweite Zwischenelement (9) und das dritte Zwischenelement (10) mittels des zweiten Energiespeicherelements (18), sowie das erste Zwischenelement (8) und das dritte Zwischenelement (10) mittels des dritten Energiespeicherelements (19) aneinander abgestützt sind.
4. Riemenscheibenentkoppler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Zwischenelement (8,9,10) einzig mittels des zumindest einen zugeordneten Energiespeicherelements (17,18,19) und mittels der Wälzkörper (11,12) gelagert ist.
5. Riemenscheibenentkoppler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Wälzkörper (11,12) radial zueinander beabstandet angeordnet sind und/oder in Umfangsrichtung (22) zueinander beabstandet angeordnet sind.
6. Riemenscheibenentkoppler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übersetzungsbahnen (13,14) und die jeweils komplementären Gegenbahnen (15,16) jeweils eine Zugmomentpaarung (23) mit einer ersten Übersetzungskurve (24) und eine Schubmomentpaarung (25) mit einer zweiten Übersetzungskurve (26) umfassen, wobei die Zugmomentpaarung (23) zur Drehmomentübertragung von der Eingangsseite (6) auf die Ausgangsseite (7) eingerichtet ist, und wobei die Schubmomentpaarung (25) zur Drehmomentübertragung von der Ausgangsseite (7) auf die Eingangsseite (6) eingerichtet ist, und wobei die erste Übersetzungskurve (24) und die zweite Übersetzungskurve (26) zumindest bereichsweise voneinander unterschiedliche Übersetzungsverläufe aufweisen.
7. Riemenscheibenentkoppler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Zwischenelement (8,9,10) mittels zwei antagonistischen Energiespeicherelementen (17,18) vorgespannt ist, wobei bevorzugt das erste Energiespeicherelement (17) erste Kraft (27) und eine erste Kraftrichtung (28) auf das zugeordnete Zwischenelement (8,9) ausübt und das zweite Energiespeicherelement (18) eine zweite Kraft (29) und eine zweite Kraftrichtung (30) auf das zugeordnete Zwischenelement (8,10) ausübt, und wobei sich die erste Kraft (27) und die zweite Kraft (29) in einer Ruhelage voneinander unterscheiden und/oder sich die erste Kraftrichtung (28) und die zweite Kraftrichtung (30) in einer Ruhelage voneinander unterscheiden.
8. Riemenscheibenentkoppler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Energiespeicherelement (17,18,19) eine Schraubendruckfeder mit gerader Federachse (31,32,33) ist.
9. Riementrieb (3) für einen Antriebsstrang (34), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - eine erste Riemenscheibe (35) zum Verbinden mit einer Antriebswelle (36) einer Antriebsmaschine (37); - eine zweite Riemenscheibe (38) zum Verbinden mit einer Rotorwelle (39) eines Nebenaggregats (40); und - ein die erste Riemenscheibe (35) und die zweite Riemenscheibe (38) drehmomentübertragend verbindender Riemen (41), wobei die erste Riemenscheibe (35) und/oder die zweite Riemenscheibe (38) einen Riemenscheibenentkoppler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
10. Antriebsstrang (34), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - eine Antriebsmaschine (36) mit einer Antriebswelle (36); - ein Nebenaggregat (40) mit einer Rotorwelle (39); und - einen Riementrieb (3) nach Anspruch 9, mittels welchem die Antriebsmaschine (36) und das Nebenaggregat (40) drehmomentübertragend miteinander verbunden sind.

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