-
Die
Erfindung betrifft eine Antriebseinheit nach dem Anspruch 1.
-
Stand der Technik
-
Vorrichtungen
zur Dämpfung
von Drehschwingungen bei Einheiten zur Drehmomentübertragung
beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich sind bekannt. Werden beispielsweise
Drehmomente mittels Keilriemen übertragen,
können
in unterschiedlichen Betriebszuständen unerwünschte Schwingungen auftreten.
Teilweise können
sich unterschiedliche Schwingungen auch überlagern bzw. verstärken. Drehschwingungen
können
sich sowohl auf der Antriebsseite als auch der Abtriebsseite nachteilig
auf Funktionen und die Lebensdauer von Bauteilen auswirken bzw.
sind regelmäßig Ursachen
für unerwünschte Geräusche und
Vibrationen.
-
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebseinheit im Hinblick
auf ihre Zuverlässigkeit
und Lebensdauer zu verbessern, insbesondere eine riemengetriebene
Antriebseinheit im Hinblick auf eine Schwingungsdämpfung vorteilhaft
auszubilden.
-
Diese
Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind
vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung aufgezeigt.
-
Die
Erfindung geht aus von einer Antriebseinheit für eine Kolbenmaschine mit einer
pneumatisch, elektromagnetisch oder hydraulisch schaltbaren Reibschaltkupplung
und einem Antriebsrad, das auf einem Antriebslager sitzt, wobei
das Antriebsrad durch Schalten der Reibschaltkupplung mit einer
Antriebswelle der Kolbenmaschine verbindbar ist. Die Erfindung betrifft
insbesondere eine Antriebseinheit für eine Kompressormaschine zum
Beispiel im Fahrzeugbereich. Der Kern der Erfindung liegt darin,
dass nach dem Antriebsrad in Abtriebsrichtung betrachtet vor oder
nach der Reibschaltkupplung ein Drehschwingungsdämpfer integriert ist. Mit dem
Drehschwingungsdämpfer
bzw. einer entsprechenden Dämpfungseinheit
bzw. Dämpfungszelle
zur Dämpfung
von Dreh- bzw. Rotationsschwingungen
lassen sich gattungsgemäße Antriebseinheiten
im Hinblick auf ein Schwingungsverhalten weiter verbessern. Zum
Beispiel ein über
ein Antriebsrad angetriebener Kompressor kann insbesondere konstruktiv
vorteilhaft mit einer verbesserten Drehschwingdämpfung ausgestattet werden.
Dabei ist es vorteilhafterweise möglich, den Drehschwingungsdämpfer in
Abtriebsrichtung betrachtet vor oder nach der Reibschaltkupplung
zu integrieren. In Abtriebsrichtung bedeutet insbesondere, dass
der Übertragungsstrang
für Drehmomente
vom Antriebsrad gegebenenfalls über Zwischenelemente
auf das anzutreibende Element beispielsweise ein rotierendes Element
des Kompressors betrachtet wird.
-
Bevorzugt
ist der Drehschwingungsdämpfer auf
dem Antriebslager aufgenommen, auf welchem auch das Antriebsrad
sitzt. Der Begriff Antriebslager ist z. B. so zu verstehen, dass über eine
Lageranordnung eine Drehlagerung des rotierbaren Antriebsrades erfolgt.
Mit der Maßnahme,
dass über
dieses Antriebslager vergleichsweise geringe oder auch höchste Drehzahlen
entsprechend den Maximaldrehzahlen des Antriebsrades übertragbar
sein sollen und daher das Antriebslager entsprechend stabil ausgelegt
ist, kann über
dieses Lager auch ohne Weiteres der Drehschwingungsdämpfer gelagert werden.
Dies ist im Hinblick auf eine kompakte Bauform und eine wirtschaftliche
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
vorteilhaft.
-
Das
Antriebslager kann insbesondere als Wälzlager beispielsweise als
Kugellager bzw. Doppelkugellager ausgebildet sein.
-
Es
ist außerdem
von Vorteil, dass der Drehschwingungsdämpfer als Verbindungsglied
des Antriebsrades zu einem axial versetzbaren Reibschlussabschnitt
der Reibschaltkupplung ausgebildet ist. Der axial versetzbare Reibschlussabschnitt
der Reibschaltkupplung, der über
elektromagnetische, pneumatische und/oder hydraulische Mittel versetzbar
ist, kann insbesondere eine Ankerscheibe umfassen, welche über ein
elastisch nachgiebiges bzw. federndes Zwischenelement in axialer
Richtung zu einer Achse der Antriebseinheit versetzbar und selbst rückstellend
beweglich ist. Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme, dass der Drehschwingungsdämpfer neben
der Funktion einer Drehschwingungsdämpfung auch eine Verbindungsfunktion
zwischen Antriebsrad und der Ankerscheibe übernimmt, kann die Anordnung
zusätzlich
platzsparend ausgebildet werden. Der Drehschwingungsdämpfer ist
insbesondere als separates Bauteil an der Antriebseinheit vorhanden
bzw. montierbar und demontierbar, was insbesondere den Zusammenbau,
die Wartung bzw. den Austausch von Komponenten der Antriebseinheit
erleichtern kann.
-
Der
Drehschwingungsdämpfer
ist insbesondere neben einer Dämpfung
von Schwingungen bzw. Rotationsschwingungen in Teillast insbesondere schwingungsdämpfend im
Volllastbetrieb der Antriebseinheit. Damit kann es auch bei maximalen Drehzahlen
des Antriebsrades zum Beispiel im Falle eines riemengetriebenen
Antriebsrades zu keinem bzw. keinem merklichen Flattern eines Antriebsriemens
kommen, was im Hinblick auf die Lebensdauer der betreffenden Bauteile
oder auch im Hinblick auf unerwünschte
Geräusche
vorteilhaft ist.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, dass der Drehschwingungsdämpfer ein in axialer Richtung
der Antriebswelle der Kolbenmaschine durch das Antriebsrad durchgreifendes
Flanschelement umfasst, an welchem der Reibschlussabschnitt angeordnet
ist. Auf diese Weise kann über
die axiale Erstreckung des Antriebsrades eine Unterbringung von
zumindest Teilen des Drehschwingungsdämpfers erfolgen, wodurch eine
optimale Raumnutzung möglich
ist. Insbesondere können
Bauteile über
den Drehschwingungsdämpfer
in Verbindung gebracht werden, welche axial betrachtet zur Antriebswelle
auf gegenüberliegenden
Seiten des Antriebsrades liegen.
-
Es
ist überdies
bevorzugt, dass zwischen dem Antriebsrad und dem Flanschelement
eine Verdrehbarkeit möglich
ist, die über
mechanische Anschlagmittel begrenzt ist. Damit kann in einem gewissen
vorgebbaren Umfang eine Relativdrehbewegung zwischen Antriebsrad
und Flanschelement erfolgen. Insbesondere kann auch bei Teillast
oder im Leerlaufbetrieb der Antriebseinheit das Antriebsrad und
das Flanschelement entsprechende Schwingungen aufnehmen, indem Antriebsrad
und Flanschelement relativ zueinander in geringem Maße aus einer
angetriebenen Mitnahmesituation kurzzeitig bzw. geringfügig herausrutschen
und in diese wieder zurückkehren.
Die gegenseitige Verdrehbarkeit von Antriebsrad und Flanschelement
kann insbesondere in einem vergleichsweise geringen Maße eingestellt
werden, unter Berücksichtigung
eines geringen Schlupfes.
-
Bevorzugt
ist über
mechanische Anschlagmittel die Verdrehbarkeit zwischen Antriebsrad
und Flanschelement begrenzt. Der Anschlagvorgang über die
mechanischen Anschlagmittel kann beispielsweise über entsprechend elastische
Abschnitte von im Anschlagzustand aufeinander treffende Bauteile
angepasst bzw. gedämpft
bzw. gepuffert werden.
-
Weiter
wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Antriebsrad und dem Flanschelement über die Anschlagmittel
eine Drehmomentübertragung,
insbesondere eine Volllastdrehmomentübertragung, möglich ist.
Im Anschlagzustand nimmt das Antriebsrad das Flanschelement mit
und es findet eine maximale Drehmomentübertragung statt. Auf diese
Weise kann wahlweise die Volllastdrehmomentübertragung erfolgen oder durch
Aufheben einer Anschlagposition mit den Anschlagmitteln die Volllastdrehmomentübertragung
außer
Funktion gesetzt werden.
-
Bevorzugt
umfassen die Anschlagmittel in Ausnehmungen eingreifende Mitnehmer.
Damit können
die Anschlagmittel insbesondere sehr kompakt und unter reduziertem
Materialeinsatz realisiert werden.
-
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
ist das Flanschelement über
ein Flanschelementlager gelagert, das auf einem an dem Antriebslager
sich abstützenden Abschnitt
aufgenommen ist. Die Komplexität
der Lageranordnung der Antriebseinheit kann verringert werden bzw.
die Lager können
optimiert eingesetzt bzw. aufeinander abgestimmt eingesetzt werden. Über die
beiden Lager ist die gesamte Lageranordnung im Hinblick auf die
axiale bzw. radiale Position variabel gestaltbar. Die Lagerstellen
können
zumindest nahe der am stärksten
belasteten Bereiche des Antriebsrades und des Flanschelements vorgesehen werden.
-
Es
wird weiter vorgeschlagen, dass das Antriebsrad und das Flanschelement
insbesondere parallel zueinander ausgerichtete, durch einen Luftspalt beabstandete
Flachabschnitte aufweisen, an denen sich Magnete gegenüberliegen.
Die Magnete sind so vorhanden, dass über deren wirkende Magnetkräfte ein
Antriebsdrehmoment vom Antriebsrad auf das Flanschelement übertragbar
ist.
-
Es
ist außerdem
vorteilhaft, dass mittels der Magnete Leerlauf- und/oder Teillastdrehmomente übertragbar
sind. So können
unterschiedliche Antriebszustände
zuverlässig
und unkompliziert gestaltet werden. Damit kann in einem Zustand,
in welchem keine mechanische Kopplung von Antriebsrad und Flanschelement
erfolgt, z. B. sich die Anschlagmittel nicht in Anschlagposition
befinden und diese nicht für eine
Drehmomentübertragung
relevant sind, über
die Magnete bzw. entsprechende Magnetkräfte eine Drehmomentübertragung
mit relativ niedrigeren übertragenen
Drehmomenten realisiert werden. Die Drehmomentübertragung findet berührungslos
statt, z. B. über
einen ca. 1 mm breiten Luftspalt. Über die Auswahl der Magnete
kann eine Drehmomentübertragung
beispielsweise für
einen Teillastbetrieb entsprechend angepasst werden. Außerdem wird über eine
berührungslose
Magnetkupplung eine selbsttätige
Rückstellkraft
in eine ideale Anziehposition der entsprechenden Abschnitte des
Antriebsrades und des Flanschelements realisiert.
-
Besonders
bevorzugt ist es, wenn das Antriebsrad als Riemenscheibe ausgestaltet
ist. Eine Riemenscheibe oder ein Riemenrad ist ein zuverlässiges und
robustes Antriebsbauteil, welches vorteilhaft über entsprechende Riemen in
Drehung versetzbar ist.
-
Schließlich ist
es außerdem
vorteilhaft, dass innerhalb der axialen Erstreckung der Riemenscheibe
die Anschlagmittel vorhanden sind, insbesondere innerhalb der axialen
Erstreckung eines Riemenauflageabschnitts. Dies erhöht weiter
die kompakte Ausgestaltung der vorgeschlagenen Antriebseinheit.
-
Figurenbeschreibung:
-
Anhand
der einzigen 1, die eine stark schematisierte
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gegenstandes
zeigt, sind weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung aufgezeigt. 1 zeigt im
Schnitt Teile einer Antriebseinheit für eine Kolbenmaschine bzw.
einen Kompressor, wobei der Schnitt von außen bis zu einer zentralen
Achse reicht, die durch die Antriebseinheit und den Kompressor verläuft.
-
Eine
im Teilschnitt gezeigte stark schematisierte Antriebseinheit 1 für einen
Kompressor bzw. eine Scheibe 2 des Kompressors umfasst
eine Riemenscheibe 3 zum Antrieb der Scheibe 2.
Die Riemenscheibe 3 wird über nicht dargestellte Antriebsriemen
in Rotation versetzt, welche beispielsweise über einen Verbrennungsmotor
angetrieben werden.
-
Der
Kompressor stellt zum Beispiel ein Zusatzaggregat eines Verbrennungsmotors
dar, insbesondere eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor. Anstelle
des Kompressors sind auch andere Zusatzaggregate denkbar, die mit
der Antriebseinheit antreibbar sind.
-
Die
mit stufenförmig
zueinander versetzten Riemenauflagen ausgebildete Riemenscheibe 3 ist über ein
Wälzlager 4,
hier ein Doppelkugellager, auf einem Lagerabschnitt 2a der
Scheibe 2 drehbar gelagert.
-
Zum
Antrieb der Scheibe 2 umfasst die Antriebseinheit 1 eine Reibschaltkupplung 5,
die hier als elektromagnetisch betätigbare Reibkupplung ausgebildet.
Mit der Reibschaltkupplung 5 kann über eine bestromte Elektromagnetanordnung 6 eine
Ankerscheibe 7 aus einem ferromagnetischen Material gegen
einen Reibscheibenabschnitt 2b der Scheibe 2 magnetisch
angezogen werden, womit ein reibschlüssiger Verbund zwischen Ankerscheibe 7 und Reibscheibenabschnitt 2b erreicht
wird. Die Ankerscheibe 7 verfügt hierzu über eine Bewegbarkeit in axialer
Richtung zur Achse S, was über
ein elastisch axial federnd ausgebildetes Federelement 8 an
einem Flansch 9 möglich
ist. Die Ankerscheibe 7 ist bei nicht bestromter Elektromagnetanordnung 6 gemäß 1 über Rückstelleigenschaften
des Federelements 8 von der Scheibe 2 über einen
Luftspalt von z. B. ca. 0,5 mm beabstandet.
-
Für eine Drehmomentübertragung
unter Volllast von der rotierenden Riemenscheibe 3 auf
den Flansch 9 sind insbesondere mehrere Mitnehmer 10 auf
einer gedachten Kreislinie konzentrisch zur Achse S an der Riemenscheibe 3 fest
positioniert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Mitnehmer 10 über
eine Schraube 11 an der Riemenscheibe 3 befestigt,
wobei der Mitnehmer 10 einen Zapfen 12 mit einer
Gummiummantelung 13 aufweist. Jeder Mitnehmer 10 greift
in eine Ausnehmung 14, die beispielsweise als auf einen
Mitnehmer abgestimmtes Langloch in einem radial nach außen vorstehenden Abschnitt
des Flanschs 9 ausgebildet ist. Auf diese Weise kann bei
Volllast die Riemenscheibe 3 in beiden Drehrichtungen gegen
einen Rand der Ausnehmung 14 anliegend positioniert sein
und dabei den Flansch 9 mitnehmen. Über die Gummiummantelung 13 an
dem Mitnehmer 10 findet dabei eine gewisse dämpfende
Wirkung beim Anschlagen des Mitnehmers 10 an dem Rand der
Ausnehmung 14 statt.
-
Befinden
sich die Mitnehmer 10 nicht in einer linken oder rechten
Anschlagposition in den Ausnehmungen 14, sondern dazwischen
in der Ausnehmung 14, kann aber trotzdem eine Drehmomentübertragung
im Teillastbetrieb stattfinden. Dies wird möglich über an der Riemenscheibe 3 und
dem Flansch 9 jeweils vorhandene und durch einen Luftspalt 15 getrennte
und gegenüberliegende
Magnete 16 und 17. Über die Magnete 16, 17 kann
trotz herrschender Verdrehbarkeit der Riemenscheibe 3 zum
Flansch 9 in beide Drehrichtungen des Antriebsrades 3 über die vorhandenen
Magnetkräfte
eine Drehmomentübertragung
von der Riemenscheibe 3 auf den Flansch 9 erfolgen.
Dies kann insbesondere bei einer Teillast sein. Damit kann auch
in Teillast bereits eine Schwingungsdämpfung erzielt werden, da ein
gewisses beidseitig mögliches
Spiel bzw. Nachlaufen oder Vorlaufen eines Magnets, z. B. Magnet 16,
zum dazugehörigen
gegenüberliegenden
Magneten, z. B. Magnet 17, aus einer gegenüberliegenden
Position der Magnete 16 und 17 möglich ist.
-
In
Anschlag- bzw. Mitnahmestellung der Mitnehmer 10 zum Flansch 9 wird
der Flansch mechanisch von der Riemenscheibe 3 mitgenommen
und über
den Flansch 9 auch die Ankerscheibe 7 in volle Antriebsdrehzahl
der Riemenscheibe 3 versetzt, wobei dabei die Magnetkräfte zwischen
den paarweisen Magneten 16 und 17 nicht zum Tragen
kommen. Zur Übertragung
der vollen Antriebsdrehzahl auf die Scheibe 2 wird die
Elektromagnetanordnung 6 bestromt und wie erläutert die
Ankerscheibe 7 an die Scheibe 2 angezogen.
-
Um
insbesondere Schwingungen bzw. Drehschwingungen auch in diesem Zustand
zu vermeiden, ist jedoch eine relativ geringfügige Relativbewegung zwischen
der Riemenscheibe 3 und der Scheibe 2 eingerichtet,
was durch das Wälzlager 4 realisiert
wird. Denn ein äußerer Lagerring 4a des
Wälzlagers 4 ist
relativ zu einem inneren Lagerring 4b des Wälzlagers 4 beweglich,
wodurch kurzfristig bzw. geringfügig
auftretende Drehzahlunterschiede zwischen antriebsseitiger Riemenscheibe 3 und
abtriebsseitiger Scheibe 2 ausgleichbar sind. Damit kann
insbesondere vorteilhafterweise eine Flatterbewegung bzw. eine starke
Spannung der nicht dargestellten Keilriemen der Riemenscheibe 3 in
deren angetriebenem Zustand vermieden werden. Neben der Geräuschreduzierung
können
auftretende schlagartige Kraft- bzw. Spannungsspitzen in den betroffenen Bauteilen
nahezu ausgeschlossen werden. Die Antriebsseite mit den Keilriemen
und die Abtriebsseite bzw. Kompressorteile können so gegen negative Auswirkungen
von Schwingungen geschützt
werden. Insbesondere können
Lagerbeschädigungen und/oder
-ausfälle
durch Stillstandmarkierungen des Wälzlagers 4 vermieden
werden.
-
Die
Lagerung des Flanschs 9 erfolgt indirekt über das
Wälzlager 4 vorteilhafterweise über ein
weiteres stark schematisiert gezeigtes Lager 18, beispielsweise
ein einfaches Kugellager. Das Lager 18 stützt sich
auf einem Stegabschnitt 19 ab, der über eine Schraubverbindung
mit der Riemenscheibe 3 verbunden ist. Grundsätzlich kann
der Stegabschnitt 19 auch einstückig mit der Riemenscheibe 3 oder
daran angeformt ausgebildet sein.
-
Durch
die gezeigte Anordnung bzw. dazu modifizierte Anordnungen kann eine äußerst kompakte
Bauform der Antriebseinheit realisiert werden. Insbesondere ist
innerhalb der axialen Erstreckung der Riemenscheibe 3 bzw.
ggf. einer die Keilriemen kontaktierenden Riemenauflage, die Drehschwingungsdämpfung,
die Lagerung der Riemenscheibe 3, die Reibschaltkupplung 5 bzw.
die Momentenübertragung
mittels der Magneten 16, 17 unterbringbar.
-
Grundsätzlich kann
in Abtriebsrichtung bzw. in Richtung von der Riemenscheibe 3 auf
die Scheibe 2 eine entsprechende Drehschwingungsdämpfung alternativ
bzw. zusätzlich
auch im Bereich zwischen der Scheibe 2 und einem Lager
wie z. B. dem Wälzlager 4 der
Scheibe 2 bzw. in Abtriebsrichtung nach der Reibschaltkupplung
vorgesehen werden.
-
- 1
- Antriebseinheit
- 2
- Scheibe
- 2a
- Lagerabschnitt
- 2b
- Reibscheibenabschnitt
- 3
- Riemenscheibe
- 4
- Wälzlager
- 4a
- Außenring
- 4b
- Innenring
- 5
- Reibschaltkupplung
- 6
- Elektromagnetanordnung
- 7
- Ankerscheibe
- 8
- Federelement
- 9
- Flansch
- 10
- Mitnehmer
- 11
- Schraube
- 12
- Zapfen
- 13
- Gummiummantelung
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Luftspalt
- 16
- Magnet
- 17
- Magnet
- 18
- Lager
- 19
- Stegabschnitt