WO2019042497A1 - Zugmittelscheibenentkoppler mit einer rotationsachse - Google Patents

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WO2019042497A1
WO2019042497A1 PCT/DE2018/100739 DE2018100739W WO2019042497A1 WO 2019042497 A1 WO2019042497 A1 WO 2019042497A1 DE 2018100739 W DE2018100739 W DE 2018100739W WO 2019042497 A1 WO2019042497 A1 WO 2019042497A1
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spring
traction mechanism
torque
axis
coil spring
Prior art date
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PCT/DE2018/100739
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Bahrmann
Andreas Stuffer
Dieter EIREINER
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/32—Friction members
    • F16H55/36—Pulleys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/12—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon
    • F16F15/121—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon using springs as elastic members, e.g. metallic springs
    • F16F15/123—Wound springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/04—Wound springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/32—Friction members
    • F16H55/36—Pulleys
    • F16H2055/366—Pulleys with means providing resilience or vibration damping

Definitions

  • the invention relates to a pulley decoupler with an axis of rotation for a crankshaft of an internal combustion engine, a traction mechanism drive with such Switzerlandstoffinentkoppler, a drive train with such
  • RSE pulley decouplers
  • Pulley decoupler is known for example from DE 42 25 304 A1. From DE 10 2009 039 989 A1, in a further development, a pulley is known, in which a clearance angle is present, via which the output part can be rotated freely relative to the input part from an (oppositely directed) force.
  • WO 2012/000 470 A1 is in an even further development of the pulley for such a clearance angle an opposing force for a frictional system provided by the input part to the output part and the other an energy storage element at an input stop at the end of the clearance angle. As a result, the impact is to be mitigated when reaching the end of the clearance angle.
  • Crankshaft and pulley is currently no satisfactory solution known.
  • the avoidance of high torque gradients is essential if the pulley is connected by means of a central screw with the crankshaft, because when exceeding the allowable torque gradient, the screw can be solved and / or overstretched.
  • DMF dual mass flywheel
  • an on-block bringing the dual mass flywheel the so-called impact in the ZMS
  • other abusive maneuvers not close.
  • the invention relates to a pulley decoupler having an axis of rotation for a crankshaft of an internal combustion engine, comprising at least the following components:
  • a vibration decoupler between the Wegffeneau and the shaft connection for interrupting a vibration transmission between the Wegstofffact and the shaft connection, wherein the vibration isolator comprises at least one coil spring with a spring axis.
  • the Switzerlandstoffinentkoppler proposed here is adapted to transmit a torque by means of a traction means, for example a belt, preferably a V-belt of an internal combustion engine, to an auxiliary unit or to absorb a tensile force from the traction means and deliver it as torque via a shaft connection.
  • the first state is, for example, that for driving a generator for generating electric voltage.
  • the latter state is, for example, a starting of an internal combustion engine by means of a
  • Starter generator for example, a so-called belt starter, wherein the
  • an internal combustion engine is arranged, preferably in a design as PO Mild Hybrid.
  • a PO Mild Hybrid comprises an internal combustion engine and a starter generator, which is connected by means of a traction mechanism drive.
  • the starter generator is, for example, for recuperation, (warm) starting, and possibly for boosting, so the superposition of the torque output of the internal combustion engine and the starter generator, set up.
  • PO mild hybrids usually show only minor
  • Auxiliary unit such as a starter generator or a
  • Air compressor can be used in traction drive.
  • the Buchstoffness is a ring-like element, which is a suitable
  • Internal combustion engine can be connected.
  • Vibration decoupler provided, which is adapted to a transmission of vibrations, for example, starting from the crankshaft, of the
  • Coil spring used in which a particularly high proportion of the registered energy is stored elastically and as mechanical energy, ie here as
  • the helical spring has a spring axis, to which the helical coils are arranged radially wound.
  • the spring axis is straight or curved.
  • the radial distance of the coil turns to the spring axis is (nearly) constant over the length of the coil spring.
  • the coil spring strikes with a steep unsteady increase in acceleration in a block situation.
  • the life of the coil spring is thus considerably shortened and in series
  • Coil spring is covered, but is also set up to cover a deformation path in which at least over a length range, preferably over the entire spring length, the adjacent screw threads slip into each other. In the area of the deformation path, the adjacent screw turns with different coil diameters give way
  • Coil spring parallel additional spring element low or absent.
  • a further helical spring referred to as a core spring, is provided centrally in the helical spring core, which supports the spring force over the entire path or a partial path of compression of the helical spring, that is, there is a superposed spring characteristic.
  • this core spring is in the final state of the coil spring with different
  • the coil spring is a bow spring.
  • Schwingungsentkopplers designed as a bow spring, whereby a design with low radial space and / or a large spring length compared to a coil spring with straight spring axis can be achieved.
  • the adjacent thread windings are already arranged inclined relative to one another and thus the difference in the winding diameter of two adjacent thread windings can be made smaller due to the intrinsic inclination offset than is the case with a helical spring with a straight spring axis.
  • the derivative of the Wernikinentkoppler radially outwardly maximum arranged peripheral envelope of the coil spring is constant.
  • the (mathematical) derivative of the outside circumferential envelope of the coil spring is constant over the spring length. That is, in one embodiment of the coil spring having a straight spring axis, the circumferential envelope is parallel to the spring axis and straight. In one embodiment as a bow spring, the circumferential envelope is a curve with a constant angle of change.
  • the perennialsumhüllende is at
  • peripheral envelope is here by the touch tangent on the outer circumference of the screw coils with respect to the axis of rotation of the
  • the peripheral envelope is thus a line or extruded shell, which forms a curve in a bow spring, wherein the line, or the maximum radially outwardly arranged in the extruded shell line, in a plane perpendicular to the
  • Rotation axis of Switzerlandstoffinentkopplers in which the spring axis lies or is arranged parallel to an axially non-concentric with respect to the axis of rotation, for example, egg-shaped, screw winding.
  • the helical spring proposed here as a conventional coil spring can be installed and permanently complained of an outer housing.
  • Coil spring in a, low-friction or frictional contact with a guide surface can be brought without the function of the coil spring in the
  • no further elastic spring means is provided which, for example, is brought into abutment or brought into operative engagement, for example, shortly before or during a block situation. Rather, the coil spring is sufficient only for the desired reduction of torque increase.
  • a guide surface for a bow spring with a friction surface or a friction lining is additionally provided as a damping element, wherein preferably the coil spring is brought into frictional contact only shortly before, during or after a block situation with this friction due to radial elastic expansion.
  • the invention relates to a traction drive for a drive train, comprising at least the following components:
  • a traction means for transmitting a torque between the
  • the traction mechanism drive proposed here is adapted to transmit a torque by means of a traction means, for example a belt, preferably a V-belt, from a combustion wheel to a secondary wheel and / or vice versa.
  • a traction means for example a belt, preferably a V-belt
  • the secondary wheel is connected to, for example, the input shaft of a generator or an air conditioning compressor.
  • the here proposed traction drive is for safe operation with limited
  • the invention relates to a drive train, comprising an internal combustion engine with a crankshaft, at least one auxiliary unit with a secondary shaft and a traction mechanism according to the above description, wherein the crankshaft decoupled via the Verbrennerrad means of the traction drive via the corresponding auxiliary wheel with the at least one secondary shaft
  • the drive train proposed here has an internal combustion engine with a crankshaft, which by means of the traction drive the secondary shaft of a
  • Actuator drives for example, the drive shaft of a generator or an air conditioning compressor.
  • the drive train proposed here has one
  • the invention relates to a motor vehicle, comprising at least one drive wheel, which is drivable by means of a drive train according to the above description.
  • Passenger cars are assigned to a vehicle class according to, for example, size, price, weight and power, and this definition is subject to constant change according to the needs of the market.
  • cars of the class small cars and microcars are classified according to European classification of the class of Subcompact Car and in the British market they correspond to the class Supermini or the class City Car.
  • Examples of the micro car class are a Volkswagen up! or a Renault Twingo.
  • Examples of the small car class are an Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta or Renault Clio.
  • the traction mechanism drive of the drive train proposed here has, at least in the axial direction with respect to the axis of rotation of the Switzerlandstoffinentkopplers, a small size, at the same time a maximum generated
  • Torque gradient in all, inclusive abusive handling following operating conditions can be limited to a reliable and component-saving area.
  • Fig. 1 a Switzerlandstoffinentkoppler in section
  • Fig. 2 designed as a bow spring coil spring with different
  • Fig. 3 schematically the deformation process to the adjacent block
  • FIG. 4 shows a torque-path diagram with comparison of the helical spring characteristic of the helical spring according to FIG. 3 to a conventional spring characteristic of the same spring diameter; and
  • FIG. 5 shows a drive train in a motor vehicle with a traction mechanism drive.
  • Fig. 1 is a Switzerlandstoffinentkoppler 1, for example, a pulley on the crankshaft 3 of an internal combustion engine 4 (see FIG. 5) in
  • crankshaft connection 7 which is fixedly connected here by means of a central screw 31 with the crankshaft 3 to transmit torque.
  • the component referred to here as crankshaft 3 is a sleeve-like intermediate component, which is connected by means of a shaft-hub connection with the actual, mostly forged, crankshaft is.
  • the shaft connection 7 directly with the
  • Schwingungsentkopplers 8 which here comprises a coil spring 9, connected to the shaft connection 7 torque transmitting and at the same time decoupled vibration.
  • Fig. 2 is a coil spring 9, which is designed as a bow spring, shown schematically in section. This coil spring 9 thus has a bent
  • a first coil turn 1 1 and a second coil turn 12 are alternately provided, preferably over the entire spring length of the coil spring 9, which alternately have a (here larger) first diameter 14 and a (smaller here) second diameter 15.
  • the first diameter 14 differs from the second one
  • Diameter 15 is no longer, preferably much less, than the amount of the wire diameter 32. It can be seen that in this embodiment, a peripheral envelope 18, which is drawn in each case by the radially outer maxima of the spring wire, a bow with a constant angle change, ie a constant derivative, forms. On the inside, the maximum inwardly projecting portions of the spring wire form a zigzag pattern, so so here is the
  • Spring diameter 17 is not constant.
  • the circumferential envelope 18 is in this case therefore with a constant radius to the axis of rotation 2 of the
  • Fig. 3 are two first helical coils 1 1 with a second
  • the spring axis 10 is simplified as straight here shown wherein in an embodiment as a bow spring, for example, as shown in Fig. 2, diffracted. It can be seen that the pairs of contact surfaces 13 each have a normal 16, which are inclined to the spring axis 10 aligned. In a further load from the illustrated block state, the first coil turns 1 1 and the second soft
  • Screw thread 12 off. With dashed lines, the resulting positions of the screw coils 1 1 and 12 are shown starting from the block state in a frictional deformation state. This is a radial offset 33, which for the first helical coils 1 1 with the larger here first
  • Diameter 14 (see FIG. 2) with respect to the spring axis 10 to the outside and for the second screw thread 12 with the smaller diameter here second 15 (see FIG. 2) with respect to the spring axis 10 is directed inwards. Furthermore, there is a compression offset 34, so that the coil spring 9 starting from the
  • Block state is further compressed.
  • a torque-path diagram 35 is shown in which a
  • Torque 37 is shown via a spring 36.
  • a spring 36 For explanation, reference is made to the illustrations in Figs. 2 and 3, which reference is not a generality limitation. There are for comparison one
  • the spring process begins, starting from the relaxed spring right at Vorspannanschlag 38, which the installation length of the
  • Coil spring 9 determined.
  • the coil spring 9 is up to a
  • Block stop 40 on the intermediate compression path 39 (idealized pure) elastic, so conventional, compressed.
  • the coil spring 9 is so
  • the way 43 is significantly steeper than the conventional way 45, because the friction component is significantly larger than in the conventional coil spring with core spring.
  • the kink on the way 43 in the deformation region 41 is due to the fact that initially the compression offset 34 forms the larger proportion and after the kink of the radial offset 33 forms the larger proportion. This is due to the circular shape of the spring wire and the increasing rigidity to a radial expansion or compression of the screw turns 1 1 and 12.
  • Fig. 5 is a drive train 20 in a motor vehicle 25 with a
  • Traction drive 19 shown schematically, which is preferably set up as a PO Mild Hybrid.
  • the crankshaft 3 is arranged by means of a Verbrennerrads 21 for at least one operating state as a drive for the traction drive 19.
  • the crankshaft 3 by means of the auxiliary unit 23, for example, a starter generator over the
  • Traction drive 19 drivable.
  • a traction means 6, for example a belt, is provided, which around the auxiliary wheel 22 of the auxiliary unit 23 to the
  • Combustion wheel 21 and in the same way to drive one (optional)
  • Air compressor 29 stretched.
  • a left drive wheel 26 and a right drive wheel 27 can be driven.
  • Vibration decoupler brings to block, with the same or less

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zugmittelscheibenentkoppler (1) mit einer Rotationsachse (2) für eine Kurbelwelle (3) einer Verbrennungskraftmaschine (4), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: eine Zugmittelaufnahme (5) zum Wandeln eines Drehmoments in eine Zugkraft eines Zugmittels (6) und/oder umgekehrt; einen Wellenanschluss (7) zum drehmomentübertragenden Anschließen an eine Welle (3); einen Schwingungsentkoppler (8) zwischen der Zugmittelaufnahme (5) und dem Wellenanschluss (7) zum Unterbrechen einer Schwingungsübertragung zwischen der Zugmittelaufnahme (5) und dem Wellenanschluss (7), wobei der Schwingungsentkoppler (8) zumindest eine Schraubenfeder (9) mit einer Federachse (10) umfasst. Der Zugmittelscheibenentkoppler (1) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (9) solche Schraubenwindungen (11, 12) aufweist, dass jeweils benachbarte und in einer Blocksituation über ein Kontaktflächenpaar (13) in Kontakt stehende Schraubenwindungen (11, 12) in der Blocksituation auf einem zueinander unterschiedlichen Durchmesser (14, 15) angeordnet sind und in der Blocksituation die Normale (16) des Kontaktflächenpaars (13) zu der Federachse (10) geneigt ist. Mittels des hier vorgeschlagenen Zugmittelscheibenentkopplers ist eine Minderung der Wirkung eines Einschlags bei einer Drehmomentbelastung, welche den Schwingungsentkoppler auf Block bringt, bei gleicher oder geringerer Bauraumanforderung erreicht.

Description

Zugmittelscheibenentkoppler mit einer Rotationsachse
Die Erfindung betrifft einen Zugmittelscheibenentkoppler mit einer Rotationsachse für eine Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, einen Zugmitteltrieb mit einem solchen Zugmittelscheibenentkoppler, einen Antriebsstrang mit einem solchen
Zugmitteltrieb, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang. Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Riemenscheibenentkoppler (RSE) bekannt, bei welchen eine Dämpfungseinrichtung zwischen einem an der Welle befestigbaren Eingangsteil und einem Ausgangsteil vorgesehen ist. Das Ausgangsteil ist zur Aufnahme einer Riemenscheibe eingerichtet. Ein solcher
Riemenscheibenentkoppler ist beispielsweise aus der DE 42 25 304 A1 bekannt. Aus der DE 10 2009 039 989 A1 ist in einer Weiterentwicklung eine Riemenscheibe bekannt, bei welcher ein Freiwinkel vorliegt, über welchen das Ausgangsteil frei von einer (entgegen gerichteten) Kraft relativ zu dem Eingangsteil verdrehbar ist.
Hierdurch soll das Aufbauen einer Resonanz bei Ereignissen wie Start-Stopp, niedrigen Drehzahlen und/oder Lastwechseln vermieden werden. Gemäß der
WO 2012/000 470 A1 ist in einer noch weiteren Entwicklung der Riemenscheibe für einen solchen Freiwinkel eine entgegen gerichtete Kraft zum einen eine reibbehaftete Anlage von dem Eingangsteil an dem Ausgangsteil vorgesehen und zum anderen ein Energiespeicherelement bei einem Eingangsanschlag am Ende des Freiwinkels. Hierdurch soll der Einschlag bei Erreichen des Endes des Freiwinkels abgemildert werden.
Zur Vermeidung hoher Drehmomentgradienten an der Schnittstelle zwischen
Kurbelwelle und Riemenscheibe ist derzeit keine zufriedenstellende Lösung bekannt. Die Vermeidung hoher Drehmomentgradienten ist beispielsweise unerlässlich, wenn die Riemenscheibe mittels einer Zentralverschraubung mit der Kurbelwelle verbunden ist, weil bei einem Überschreiten des zulässigen Drehmomentgradienten die Schraube gelöst und/oder überdehnt werden kann. Vor allem bei einer Anwendung bei einer Verbrennungskraftmaschine mit Zweimassenschwungrad (ZMS) sind beispielsweise beim Betrieb mit Handschaltung ein Auf-Block-Bringen des Zweimassenschwungrads (der sogenannte Impact im ZMS) und andere missbräuchliche Manöver nicht aus zu schließen. Diese lösen einen hohen Drehzahlgradienten aus, welcher bei aktuellen Antriebssystemen zu Überlastungen führen können.
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, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft einen Zugmittelscheibenentkoppler mit einer Rotationsachse für eine Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
eine Zugmittelaufnahme zum Wandeln eines Drehmoments in eine Zugkraft eines Zugmittels und/oder umgekehrt;
einen Wellenanschluss zum drehmomentübertragenden Anschließen an eine
Welle;
einen Schwingungsentkoppler zwischen der Zugmittelaufnahme und dem Wellenanschluss zum Unterbrechen einer Schwingungsübertragung zwischen der Zugmittelaufnahme und dem Wellenanschluss, wobei der Schwingungsentkoppler zumindest eine Schraubenfeder mit einer Federachse umfasst.
Der Zugmittelscheibenentkoppler ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder solche Schraubenwindungen aufweist, dass jeweils benachbarte und in einer Blocksituation über ein Kontaktflächenpaar in Kontakt stehende
Schraubenwindungen in der Blocksituation auf einem zueinander unterschiedlichen Durchmesser angeordnet sind und in der Blocksituation die Normale des
Kontaktflächenpaars zu der Federachse geneigt ist. Der hier vorgeschlagene Zugmittelscheibenentkoppler ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment mittels eines Zugmittels, beispielsweise eines Riemens, bevorzugt eines Keilriemens einer Verbrennungskraftmaschine, auf ein Nebenaggregat zu übertragen oder eine Zugkraft von dem Zugmittel aufzunehmen und als Drehmoment über einen Wellenanschluss abzugeben. Ersterer Zustand ist beispielsweise jener zum Antreiben eines Generators zur Erzeugung von elektrischer Spannung. Letzterer Zustand ist beispielsweise ein Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines
Startergenerators, beispielsweise ein sogenannter Riemenstarter, wobei der
Zugmittelscheibenentkoppler an der Kurbelwelle eine Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, bevorzugt in einer Ausführung als PO Mild Hybrid. Ein PO Mild Hybrid umfasst eine Verbrennungskraftmaschine und einen Startergenerator, welcher mittels eines Zugmitteltriebs verbunden ist. Der Startergenerator ist beispielsweise zum Rekuperieren, (Warm-) Anlassen, und unter Umständen zum Boosten, also zur Superposition der Drehmomentabgabe der Verbrennungskraftmaschine und des Startergenerators, eingerichtet. PO Mild Hybride weisen in der Regel nur geringe
Speicherkapazitäten für elektrische Energie und teilweise ein Bordspannungsnetz mit einer vergleichsweise geringen Spannung.
Der hier vorgeschlagene Zugmittelscheibenentkoppler ist aber auch an einem
Nebenaggregat, wie zum Beispiel einem Startergenerator oder einer einem
Klimakompressor im Zugmitteltrieb einsetzbar.
Die Zugmittelaufnahme ist ein ringartiges Element, welches eine geeignete
Außenoberfläche zur reibschlüssigen und/oder formschlüssigen Kraftübertragung zwischen der Zugmittelaufnahme und einem aufgespannten Zugmittel, beispielsweise einem Keilriemen, aufweist. Im Zentrum des Zugmittelscheibenentkopplers ist ein Wellenanschluss vorgesehen, über welchen der Zugmittelscheibenentkoppler drehmomentübertragend an eine Welle, beispielsweise die Kurbelwelle einer
Verbrennungskraftmaschine, anschließbar ist.
Zwischen dem Wellenanschluss und der Zugmittelaufnahme ist ein
Schwingungsentkoppler vorgesehen, welcher dazu eingerichtet ist, eine Übertragung von Schwingungen, beispielsweise ausgehend von der Kurbelwelle, von dem
Wellenanschluss und der Zugmittelaufnahme und/oder umgekehrt zu unterbinden. Das Unterbrechen der Schwingungsübertragung, wobei zugleich eine (nahezu) unbeeinträchtigte Drehmomentübertragung möglich ist, also das Entkoppeln von Schwingungen, wird vor allem dadurch erreicht, dass durch elastische Einspeicherung der eingetragenen Schwingungsenergie zumindest ein Großteil der
Schwingungsenergie erst verzögert und damit vergleichmäßigt auf die
Zugmittelaufnahme beziehungsweise den Wellenanschluss übertragen wird. Oftmals wird darüber hinaus ein Dämpfungseffekt erzielt, wodurch Schwingungsenergie dissipativ aufgenommen wird, beispielsweise in Wärme umgewandelt wird.
Für eine verlustarme Entkopplung wird hier im Schwingungsentkoppler eine
Schraubenfeder eingesetzt, bei welcher ein besonders hoher Anteil der eingetragenen Energie elastisch gespeichert wird und als mechanische Energie, hier also als
Drehmoment, wieder freigegeben wird. Die Schraubenfeder weist eine Federachse auf, zu welcher die Schraubenwindungen radial gewunden angeordnet sind. Die Federachse ist dabei gerade oder gebogen. Bei einer konventionellen Schraubenfeder ist der radiale Abstand der Schraubenwindungen zu der Federachse über die Länge der Schraubenfeder (nahezu) konstant. Wird eine solche konventionelle
Schraubenfeder auf Block belastet, so werden die benachbarten
Schraubenwindungen derart miteinander in Kontakt gebracht, dass die Normale der so gebildeten Kontaktflächen paare parallel zu der Federachse, beziehungsweise bei einer gebogenen Federachse parallel zu dem jeweiligen (infinitesimalen) Abschnitt der Federachse ausgerichtet ist. Somit schlägt die Schraubenfeder mit einem steilen unstetigen Beschleunigungszuwachs in einer Blocksituation ein. In der Regel wird die Lebensdauer der Schraubenfeder hierdurch erheblich verkürzt und in Reihe
geschaltete Elemente beschädigt.
Zur Vermeidung eines übermäßigen Drehmomentgradienten infolge einer solchen Blocksituation ist es bisher eine bekannte Maßnahme, Reibelemente oder eine zusätzliche Feder kurz vor dem Auf-B lock-Bringen zwischenzuschalten. Um einen erforderlichen Reibwert zu erzeugen sind beispielsweise Maßnahmen wie
Laserstrukturieren oder Aufbringen diamantbeschichteter Folien, (werkzeugfallender) Prägung und weitere Maßnahmen bekannt. Weiterhin ist der Einsatz einer
Rutschkupplung für ein Überlastmoment bekannt. Alle bekannten Maßnahmen haben jedoch den Nachteil, dass sie teuer sind und/oder zusätzlichen Bauraum benötigen. Aus dem Bereich des Zweimassenschwungrads ist eine Bogenfeder bekannt, wie sie beispielsweise in der WO 99/49 234 A1 offenbart ist. Im Zusammenhang mit einem Zweimassenschwungrad ist es aufgrund der Größe der gegenläufig schwingenden großen Massen und der auslegungsgemäßen Federkernlinie der eingesetzten
Bogenfeder zu vermeiden, dass die Bogenfeder bei einer Blocksituation (Impact im ZNS) bricht. Darum wird in der WO 99/49 234 A1 vorgeschlagen, eine Bogenfeder einzusetzen, bei welcher jeweils benachbarte Schraubenwindungen mit einem unterschiedlichen Windungsdurchmesser ausgestattet sind, sodass die benachbarten Schraubenwindungen in einer Blocksituation ein Kontaktflächenpaar bilden, dessen Normale zu der Federachse beziehungsweise dem jeweils zugehörigen infinitesimalen Abschnitt der Federachse geneigt ist. Damit wird den Federwindungen eine eindeutige radiale Ausweichrichtung vorgegeben und folglich in einer Blocksituation die
Belastung für die Schraubenfeder reduziert.
Aufgrund der deutlich geringeren Kräfte an einem bekannten
Zugmittelscheibenentkoppler im Vergleich zu einem Zweimassenschwungrad ist ein Brechen der dort eingesetzten Schraubenfeder nicht zu erwarten. Hier ist aber ein Einsatz einer solchen Schraubenfeder, bei welcher die benachbarten
Schraubenwindungen einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, dennoch vorteilhaft, weil aus der Begrenzung des Beschleunigungsanstiegs beim Übergang in die Blocksituation infolge des radialen Auseinanderzwingens der
Schraubenwindungen und des materialgleichen Kontakts bei den
Kontaktflächenpaaren (hoher Reibbeiwert) diese reibende Relativbewegung zu einer ergänzenden dissipativen Energieaufnahme führen.
Hier wird nun vorgeschlagen, eine Schraubenfeder einzusetzen, welche nicht nur auf Block bringbar ist, das heißt der konventionelle Kompressionsweg der
Schraubenfeder ist zurückgelegt, sondern darüber hinaus dazu eingerichtet ist, einen Verformungsweg zurückzulegen, bei welchem zumindest über einen Längenbereich, bevorzugt über die gesamte Federlänge, die benachbarten Schraubenwindungen ineinander rutschen. Im Bereich des Verformungswegs weichen die benachbarten Schraubenwindungen mit unterschiedlichem Windungsdurchmesser bei einem
(geneigten) Kontaktflächenpaar bezogen auf die Federachse nach radial innen und radial außen aus und legen dabei noch einen Stauchweg in die gegenseitig axiale Überlappung zurück.
Es wurde festgestellt, dass der dissipative Energieaufnahmebeitrag im Bereich des Verformungswegs bei einer Schraubenfeder, deren benachbarte
Schraubenwindungen zumindest bereichsweise jeweils einen unterschiedlichen Windungsdurchmesser aufweisen, infolge des ineinander Rutschens der
benachbarten Schraubenwindungen nach Erreichen einer Blocksituation, das heißt der konventionelle Kompressionsweg der Schraubenfeder ist zurückgelegt, eine derart große Minderung des Drehmomentgradienten bewirkt, dass auf einige oder jegliche der vorgenannten Maßnahmen zur Minderung des Beschleunigungseinschlags bei einer Blocksituation verzichtet werden kann. Jedenfalls ist ein in Drehrichtung vorgelagerter (teil-) elastischer Sicherheitsanschlag zur Begrenzung des maximalen Verdrehwinkels vor einer Blocksituation nicht nötig.
Die zusätzlichen Fertigungskosten für eine solche Sonder-Schraubenfeder sind in einer Serienproduktion oder Massenfertigung vernachlässigbar. Gleichzeitig sind die Anforderungen an den Bauraum bezogen auf die Rotationsachse des
Zugmittelscheibenentkopplers in Umfangsrichtung, zum Beispiel im Vergleich zum Einsatz eines Elastomeranschlags, oder in radialer Richtung, bei einem zu der
Schraubenfeder parallel geschalteten zusätzlichen Federelement, gering oder nicht vorhanden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist zentral im Schraubenfederkern eine weitere Schraubenfeder, als Kernfeder bezeichnet, vorgesehen, welche über den gesamten Weg oder einen Teilweg der Stauchung der Schraubenfeder die Federkraft unterstützt, also eine superponierte Federkennlinie vorliegt. Bevorzugt ist diese Kernfeder im Endzustand der Schraubenfeder mit unterschiedlichen
Schraubenwindungen nicht auf Block gebracht. Diese Kernfeder stützt die
Schraubenfeder gegen ein Ausknicken und/oder begrenzt ein übermäßiges Verformen der Schraubenwindungen, wenn diese aus Block gebracht gegeneinander
verrutschen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Zugmittelscheibenentkoppler ist die Schraubenfeder eine Bogenfeder.
Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist die Schraubenfeder des
Schwingungsentkopplers als Bogenfeder ausgeführt, wodurch eine Bauform mit geringem radialen Bauraum und/oder eine große Federlänge im Vergleich zu einer Schraubenfeder mit gerader Federachse erreichbar ist. Vorteilhaft ist hierbei darüber hinaus, dass die benachbarten Schraubenwindungen bereits geneigt zueinander angeordnet sind und somit der Unterschied im Windungsdurchmesser zweier benachbarter Schraubenwindungen aufgrund des intrinsischen Neigungsversatzes geringer ausgeführt werden kann als dies bei einer Schraubenfeder mit gerader Federachse der Fall ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Zugmittelscheibenentkoppler ist die Ableitung der in dem Zugmittelscheibenentkoppler radial maximal außen angeordnete Umfangsumhüllende der Schraubenfeder konstant.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die (mathematische) Ableitung der außenseitigen Umfangsumhüllenden der Schraubenfeder über die Federlänge konstant. Das bedeutet bei einer Ausführung der Schraubenfeder mit gerader Federachse ist die Umfangsumhüllende parallel zu der Federachse und gerade geformt. Bei einer Ausführungsform als Bogenfeder ist die Umfangsumhüllende eine Kurve mit konstantem Änderungswinkel. Die Umfangsumhüllende wird beim
Stauchvorgang weder von den kleineren Schraubenwindungen noch von den größeren Schraubenwindungen überschritten.
Die Umfangsumhüllende ist hierbei durch die Berührungstangente am Außenumfang der Schraubenwindungen bezogen auf die Rotationsachse des
Zugmittelscheibenentkopplers gelegt, und bildet bevorzugt in Richtung Federachse ein Schalensegment, besonders bevorzugt eine Halbschale. Die Umfangsumhüllende ist somit eine Linie beziehungsweise extrudierte Schale, welche bei einer Bogenfeder eine Kurve formt, wobei die Linie, beziehungsweise die radial maximal außen in der extrudierten Schale angeordnete Linie, in einer Ebene senkrecht zu der
Rotationsachse des Zugmittelscheibenentkopplers, in welcher die Federachse liegt oder bei einer bezogen auf die Rotationsachse axial nicht konzentrischen, beispielsweise eiförmigen, Schraubenwindung parallel dazu angeordnet ist.
Dadurch dass die Ableitung der radial maximal außen angeordnet
Umfangsumhüllenden konstant ist, ist die hier vorgeschlagene Schraubenfeder wie eine konventionelle Schraubenfeder einbaubar und von einem Außengehäuse dauerhaft beanstandet. Alternativ ist diese Schraubenfeder zum Führen der
Schraubenfeder in einen, reibungsarmen oder reibungsbehafteten, Kontakt mit einer Führungsfläche bringbar, ohne dass die Funktion der Schraubenfeder in der
Blocksituation, aber auch im konventionellen Betrieb des
Zugmittelscheibenentkopplers gestört ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Zugmittelscheibenentkoppler ist die zumindest eine Schraubenfeder das einzige elastische Federmittel des
Schwingungsentkopplers.
Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist kein weiteres elastisches Federmittel vorgesehen, welches beispielsweise erst kurz vor einer oder bei einer Blocksituation in Anschlag gebracht ist beziehungsweise in Wirkeingriff gebracht ist. Vielmehr ist die Schraubenfeder allein für die erwünschte Reduzierung der Drehmomentüberhöhung ausreichend. Besonders bevorzugt sind außer einem Dämpfungsfett in der
Einhausung der Schraubenfeder, soweit dies notwendig ist, auch keine weiteren Dämpfungsmittel vorgesehen. Die Elastizität und Dämpfungseigenschaften von in Reihe oder parallel geschalteter Bauteile des Zugmittelscheibenentkopplers sind bei dieser Ausführungsform gegenüber der Elastizität der Schraubenfeder
beziehungsweise den Dämpfungseigenschaften des Schwingungsentkopplers, bevorzugt allein des Dämpfungsfetts und der Schraubenfeder, vernachlässigbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zusätzlich als Dämpfungselement eine Führungsfläche für eine Bogenfeder mit einer Reiboberfläche beziehungsweise einem Reibbelag vorgesehen, wobei bevorzugt die Schraubenfeder erst kurz vor, bei oder nach einer Blocksituation mit dieser Reibeinrichtung infolge von radialem elastischem Aufdehnen in reibenden Kontakt gebracht ist. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Zugmitteltrieb für einen Antriebsstrang, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
ein Verbrennerrad;
ein Nebenrad;
ein Zugmittel zum Übertragen eines Drehmoments zwischen dem
Verbrennerrad und dem Nebenrad; und
einen Zugmittelscheibenentkoppler nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei der Zugmittelscheibenentkoppler das
Verbrennerrad bildet.
Der hier vorgeschlagene Zugmitteltrieb ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment mittels eines Zugmittels, zum Beispiel einem Riemen, bevorzugt einem Keilriemen, von einem Verbrennerrad auf ein Nebenrad und/oder umgekehrt zu übertragen. Das Verbrennerrad ist beispielsweise mit einer Kurbelwelle einer
Verbrennungskraftmaschine verbunden. Das Nebenrad ist beispielsweise mit der Eingangswelle eines Generators oder einem Klimakompressor verbunden. Der hier vorgeschlagene Zugmitteltrieb ist für einen sicheren Betrieb mit begrenztem
maximalen Drehmomentgradienten auf das Verbrennerrad beziehungsweise auf die Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine eingerichtet. Die
drehmomentübertragende Verbindung von dem Wellenanschluss mit der
angeschlossenen Welle ist beispielsweise mittels einer Zentralverschraubung gebildet. Hierdurch ist mit geringem Aufwand der Wellenanschluss auf einen sicheren Drehmomentgradientenbereich begrenzt belastbar. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle, zumindest ein Nebenaggregat mit einer Nebenwelle und einen Zugmitteltrieb gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Kurbelwelle über das Verbrennerrad mittels des Zugmitteltriebs über das entsprechende Nebenrad mit der zumindest einen Nebenwelle entkoppelt
drehmomentübertragend verbunden ist.
Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle auf, welche mittels des Zugmitteltriebs die Nebenwelle eines
Nebenaggregats antreibt, beispielsweise die Antriebswelle eines Generators oder eines Klimakompressors. Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang weist ein
Zugmittelbetrieb mit zumindest konventionell geringem Bauraum oder demgegenüber verringerten Bauraum auf, wobei zugleich eine sichere
Drehmomentgradientenbegrenzung ohne kostspielige oder bauraumaufwendige Maßnahmen einstellbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest ein Antriebsrad, welches mittels eines Antriebsstrangs gemäß der obigen Beschreibung antreibbar ist.
Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die Verbrennungskraftmaschine vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering. Ähnlich gestaltet sich der Einsatz in motorisierten Zweirädern, für welche eine deutlich gesteigerte Leistung bei gleichbleibendem Bauraum gefordert wird.
Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Funktionseinheiten in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner.
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
Der hier vorgeschlagene Zugmitteltrieb des Antriebsstrangs weist, zumindest in axialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse des Zugmittelscheibenentkopplers, eine geringe Baugröße auf, wobei zugleich ein maximal erzeugter
Drehmomentgradient in allen, inklusive missbräuchlichen Handhabungen folgenden, Betriebszuständen auf einen betriebssicheren und bauteilschonenden Bereich begrenzbar ist.
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
Fig. 1 : ein Zugmittelscheibenentkoppler im Schnitt; Fig. 2: eine als Bogenfeder ausgeführte Schraubenfeder mit unterschiedlichen
Durchmessern an den benachbarten Schraubenwindungen;
Fig. 3: schematisch der Verformungsvorgang an den benachbarten auf Block
gebrachten Schraubenwindungen;
Fig. 4: ein Drehmoment-Weg-Diagramm mit Vergleich der Schraubenfederkennlinie der Schraubenfeder gemäß Fig. 3 zu einer konventionellen Federkennlinie gleichen Federdurchmessers; und Fig. 5: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit Zugmitteltrieb.
In Fig. 1 ist ein Zugmittelscheibenentkoppler 1 , beispielsweise eine Riemenscheibe an der Kurbelwelle 3 einer Verbrennungskraftmaschine 4 (vergleiche Fig. 5) im
Querschnitt dargestellt. Radial außenseitig befindet sich die Zugmittelaufnahme 5, welche hier für einen Keilriemen eingerichtet ist. Zentral befindet sich der
Wellenanschluss 7, welcher hier mittels einer Zentralverschraubung 31 mit der Kurbelwelle 3 drehmomentübertragend fest verbunden ist. Das hier als Kurbelwelle 3 bezeichnete Bauteil ist ein hülsenartiges Zwischenbauteil, welches mittels einer Welle- Nabe-Verbindung mit der eigentlichen, meist geschmiedeten, Kurbelwelle verbunden ist. Es ist jedoch auch möglich, den Wellenanschluss 7 unmittelbar mit der
Kurbelwelle 3 zu verbinden und daher wird hier dieses Zwischenbauteil als
Kurbelwelle 3 bezeichnet. Die Zugmittelaufnahme 5 ist mittels eines
Schwingungsentkopplers 8, welcher hier eine Schraubenfeder 9 umfasst, mit dem Wellenanschluss 7 drehmomentübertragend und zugleich schwingungsentkoppelt verbunden. Somit ist eine Zugkraft von der Zugmittelaufnahme 5
schwingungsentkoppelt als Drehmoment auf die Kurbelwelle 3 und umgekehrt übertragbar. In Fig. 2 ist schematisch eine Schraubenfeder 9, welche als Bogenfeder ausgeführt ist, im Schnitt dargestellt. Diese Schraubenfeder 9 weist also eine gebeugte
Federachse 10 auf, um welche die Windungen der Schraubenfeder 9 symmetrisch gewunden sind. Hierbei sind jedoch abwechselnd eine erste Schraubenwindung 1 1 und eine zweite Schraubenwindung 12 vorgesehen, bevorzugt über die gesamte Federlänge der Schraubenfeder 9, welche abwechselnd einen (hier größeren) ersten Durchmesser 14 und einen (hier kleineren) zweiten Durchmesser 15 aufweisen.
Bevorzugt unterscheidet sich der erste Durchmesser 14 von dem zweiten
Durchmesser 15 um nicht mehr, bevorzugt deutlich weniger, als den Betrag des Drahtdurchmessers 32. Hierbei ist zu erkennen, dass bei diesem Ausführungsbeispiel eine Umfangsumhüllende 18, welche jeweils durch die radial außenliegenden Maxima des Federdrahts gezogen ist, einen Bogen mit konstanter Winkeländerung, also einer konstanten Ableitung, bildet. Innenseitig bilden die maximal nach innen ragenden Anteile des Federdrahtes ein Zickzack-Muster, sodass also hier der
Federdurchmesser 17 nicht konstant ist. Die Umfangsumhüllende 18 ist hierbei also mit einem konstanten Radius zu der Rotationsachse 2 des
Zugmittelscheibenentkopplers 1 (vergleiche Fig. 1 ) ausgebildet und somit für ein konventionelles geführtes Anliegen, beispielsweise innenseitig an der
Zugmittelaufnahme 5, geeignet. In Fig. 3 sind zwei erste Schraubenwindungen 1 1 mit einer zweiten
Schraubenwindung 12 einer Schraubenfeder 9 auf Block gebracht, also am Ende des Kompressionswegs gezeigt. Diese entsprechend beispielsweise den innenseitigen Abschnitten der Schraubenfeder 9 gemäß Fig. 2. Die Federachse 10 ist hier vereinfacht als gerade dargestellt wobei sie bei einer Ausführung als Bogenfeder, beispielsweise wie in Fig. 2 dargestellt, gebeugt ist. Hierbei ist zu erkennen, dass die Kontaktflächenpaare 13 jeweils eine Normale 16 aufweisen, welche geneigt zu der Federachse 10 ausgerichtet sind. Bei einer weiteren Belastung aus dem dargestellten Blockzustand weichen die ersten Schraubenwindungen 1 1 und die zweite
Schraubenwindung 12 aus. Mit gestrichelten Linien sind die resultierenden Positionen der Schraubenwindungen 1 1 und 12 ausgehend von dem Blockzustand in einen reibenden Verformungszustand dargestellt. Hierbei liegt ein Radialversatz 33 vor, welcher für die ersten Schraubenwindungen 1 1 mit dem hier größeren ersten
Durchmesser 14 (vergleiche Fig. 2) bezogen auf die Federachse 10 nach außen und für die zweite Schraubenwindung 12 mit dem hier kleineren zweiten Durchmesser 15 (vergleiche Fig. 2) bezogen auf die Federachse 10 nach innen gerichtet ist. Weiterhin liegt ein Stauchversatz 34 vor, sodass die Schraubenfeder 9 ausgehend vom
Blockzustand noch weiter gestaucht wird.
In Fig. 4 ist ein Drehmoment-Weg-Diagramm 35 gezeigt, bei welchem ein
Drehmoment 37 über einen Federweg 36 dargestellt ist. Zur Erläuterung wird auf die Darstellungen in Fig. 2 und Fig. 3 Bezug genommen, wobei diese Bezugnahme keine Beschränkung der Allgemeinheit darstellt. Es sind zum Vergleich eine
Schraubenfeder 9 mit den charakteristischen Schraubenwindungen 1 1 und 12 im Vergleich zu einer konventionellen Schraubenfeder mit einer Kernfeder dargestellt, wobei die Kernfeder erst ab einem Kernfedereingriff 40 in Anspruch genommen wird, also in Eingriff steht. Der Federvorgang beginnt ausgehend von der entspannten Feder rechts beim Vorspannanschlag 38, welcher die Einbaulänge der
Schraubenfeder 9 bestimmt. Die Schraubenfeder 9 wird bis zu einem
Blockanschlag 40 über den dazwischenliegenden Kompressionsweg 39 (idealisiert rein) elastisch, also konventionell, gestaucht. Die Schraubenfeder 9 ist also
konventionell und auf gleichem Bauraum einsetzbar.
Nun folgt der Verformungsweg 41 bis zum geometrischen Anschlag 42, bei dessen Erreichen sich die Schraubenfeder 9 wie ein Festkörperanschlag verhält oder auch bei Überlastung bricht. Bei der konventionellen Schraubenfeder mit Kernfeder verläuft der konventionelle Hinweg infolge des Eingriffs der Kernfeder steiler, also steifer, als im Kompressionsweg 39 infolge der Superposition der Kernfederkraft und
Schraubenfederkraft sowie Reibung zwischen diesen ineinanderlaufenden Federn. Bei dem Knick im Verformungsweg 41 ist die konventionelle Schraubenfeder und/oder die Kernfeder auf Block gebracht und der konventionelle Hinweg 45 steigt rasant an bis zum geometrischen Anschlag 42 an. Der konventionelle Rückweg 46 verläuft weniger steif beziehungsweise steil als der konventionelle Hinweg 45, weil beim Entspannen die Reibung zwischen den konventionellen Schraubenwindungen und/oder der konventionellen (äußeren) Schraubenfeder und der (inneren) Kernfeder im Entspannungszustand nicht mit einer von außen aufgebrachten Flächenpresskraft belastet wird. Daraus folgt eine konventionelle Hysteresearbeit 49 (zwischen dem konventionellen Hinweg 45 und dem konventionellen Rückweg 46 eingeschlossene Fläche).
Bei der Schraubenfeder 9 mit den charakteristischen Schraubenwindungen 1 1 und 12 verläuft der Hinweg 43 deutlich steiler als der konventionelle Hinweg 45, weil der Reibungsanteil deutlich größer ist als bei der konventionellen Schraubenfeder mit Kernfeder. Der Knick beim Hinweg 43 im Verformungsbereich 41 ist dadurch bedingt, dass zunächst der Stauchversatz 34 den größeren Anteil bildet und nach dem Knick der Radialversatz 33 den größeren Anteil bildet. Dies ist durch die kreisrunde Form des Federdrahtes bedingt und die zunehmende Steifigkeit gegenüber einem radialen Aufdehnen beziehungsweise Stauchen der Schraubenwindungen 1 1 und 12. Beim Entformen des Rückwegs 44 im Verformungsweg 41 liegt auf dem
Kontaktflächenpaar 13 keine äußere Flächenpresskraft an, sodass sich hier eine geringere Steifigkeit ergibt.
Die Differenz zwischen dem Hinweg 43 und dem Rückweg 44 ist im Vergleich zu der Differenz von konventionellem Hinweg 45 zu konventionellem Rückweg 46 deutlich größer, sodass deutlich mehr Hysteresearbeit geleistet wird, nämlich (rein
mathematisch betrachtet) die konventionelle Hysteresearbeit plus die zusätzliche Hysteresearbeit 49. Daraus folgt, dass eine deutliche Steigerung des
Dämpfungseffekts unter gleicher Bauraumforderung und bei gleichem Verhalten im Kompressionsweg 39 erzielbar ist.
In Fig. 5 ist ein Antriebsstrang 20 in einem Kraftfahrzeug 25 mit einem
Zugmitteltrieb 19 schematisch dargestellt, welcher bevorzugt als PO Mild Hybrid eingerichtet ist. Hierbei ist eine Verbrennungskraftmaschine 4 mit einer Kurbelwelle 3, dargestellt als drei-zylindrige Verbrennungskraftmaschine, mit seiner Motorachse 30 quer zur Längsachse 28 und vorne im Kraftfahrzeug 25 angeordnet. Die Kurbelwelle 3 ist mittels eines Verbrennerrads 21 für zumindest einen Betriebszustand als Antrieb für den Zugmitteltrieb 19 eingerichtet. Alternativ ist die Kurbelwelle 3 mittels des Nebenaggregats 23, beispielsweise einem Starter-Generator, über den
Zugmitteltrieb 19 antreibbar. Hierzu ist ein Zugmittel 6, beispielsweise ein Riemen, vorgesehen, welcher um das Nebenrad 22 des Nebenaggregats 23, um das
Verbrennerrad 21 und in gleicher weise zum Antrieb eines (optionalen)
Klimakompressors 29 gespannt. Mittels dieses Antriebsstrangs 20 sind ein linkes Antriebsrad 26 und ein rechtes Antriebsrad 27 antreibbar.
Mittels des hier vorgeschlagenen Zugmittelscheibenentkopplers ist eine Minderung der Wirkung eines Einschlags bei einer Drehmomentbelastung, welche den
Schwingungsentkoppler auf Block bringt, bei gleicher oder geringerer
Bauraumanforderung erreicht.
Bezuqszeichenliste Zugm itteischeibenentkoppler
Rotationsachse
Kurbelwelle
Verbrennungskraftmaschine
Zugmittelaufnahme
Zugmittel
Wellenanschluss
Schwingungsentkoppler
Schraubenfeder
Federachse
erste Schraubenwindung
zweite Schraubenwindung
Kontaktflächenpaar
erster Durchmesser
zweiter Durchmesser
Normale des Kontaktflächenpaars
Federdurchmesser
Umfangsumhüllende
Zugmitteltrieb
Antriebsstrang
Verbrennerrad
Nebenrad
Nebenaggregat
Nebenwelle
Kraftfahrzeug
linkes Antriebsrad
rechtes Antriebsrad
Längsachse
Klimakompressor
Motorachse
Zentralverschraubung Drahtdurchmesser
Radialversatz
Stauchversatz
Drehmoment-Weg-Diagramm
Federweg
Drehmoment
Vorspannanschlag
Kompressionsweg
Blockanschlag / Kernfedereingriff
Verformungsweg
geometrischer Anschlag
Hinweg (Federkennlinie beim Stauchvorgang)
Rückweg (Federkennlinie beim Entspannen)
konventioneller Hinweg (Federkennline beim Stauchvorgang) konventioneller Rückweg (Federkennline beim Entspannen) elastische Federkennlinie
konventionelle Hysteresearbeit
zusätzliche Hysteresearbeit

Claims

Patentansprüche
Zugmittelscheibenentkoppler (1 ) mit einer Rotationsachse (2) für eine
Kurbelwelle (3) einer Verbrennungskraftmaschine (4), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
eine Zugmittelaufnahme (5) zum Wandeln eines Drehmoments in eine Zugkraft eines Zugmittels (6) und/oder umgekehrt;
einen Wellenanschluss (7) zum drehmomentübertragenden Anschließen an eine Welle (3);
einen Schwingungsentkoppler (8) zwischen der Zugmittelaufnahme (5) und dem Wellenanschluss (7) zum Unterbrechen einer
Schwingungsübertragung zwischen der Zugmittelaufnahme (5) und dem Wellenanschluss (7), wobei der Schwingungsentkoppler (8) zumindest eine Schraubenfeder (9) mit einer Federachse (10) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schraubenfeder (9) solche Schraubenwindungen (1 1 , 12) aufweist, dass jeweils benachbarte und in einer Blocksituation über ein
Kontaktflächenpaar (13) in Kontakt stehende Schraubenwindungen (1 1 , 12) in der Blocksituation auf einem zueinander unterschiedlichen
Durchmesser (14,15) angeordnet sind und in der Blocksituation die
Normale (16) des Kontaktflächenpaars (13) zu der Federachse (10) geneigt ist.
Zugmittelscheibenentkoppler (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die
Schraubenfeder (9) eine Bogenfeder ist.
Zugmittelscheibenentkoppler (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ableitung der in dem Zugmittelscheibenentkoppler (1 ) radial maximal außen angeordnete Umfangsumhüllende (18) der Schraubenfeder (9) konstant ist.
Zugmittelscheibenentkoppler (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Schraubenfeder (9) das einzige elastische
Federmittel des Schwingungsentkopplers (8) ist. Zugmitteltrieb (19) für einen Antriebsstrang (20), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
ein Verbrennerrad (21 );
ein Nebenrad (22);
ein Zugmittel (6) zum Übertragen eines Drehmoments zwischen dem Verbrennerrad (21 ) und dem Nebenrad (22); und
einen Zugmittelscheibenentkoppler (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zugmittelscheibenentkoppler (1 ) das Verbrennerrad (21 ) bildet.
Antriebsstrang (20) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (4) mit einer Kurbelwelle (3), zumindest ein Nebenaggregat (23) mit einer Nebenwelle (24) und einen Zugmitteltrieb (19) nach Anspruch 5, wobei die Kurbelwelle (3) über das Verbrennerrad (21 ) mittels des Zugmitteltriebs (19) über das
entsprechende Nebenrad (22) mit der zumindest einen Nebenwelle (24) entkoppelt drehmomentübertragend verbunden ist.
Kraftfahrzeug (25), aufweisend zumindest ein Antriebsrad (26,27), welches mittels eines Antriebsstrangs (20) nach Anspruch 6 antreibbar ist.
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