Vorrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang, insbesondere in einem Zugmitteltrieb einer Hubkolben- brennkraftmaschine für deren Zusatzaggregate, mit einer Freilaufkupplung, die zwischen einer Riemenscheibe und einer Nabe angeordnet ist, wobei die Nabe mit einer Eingangswelle eines Zusatzaggregats und die Riemenscheibe über ein Zugmittel mit einer Kurbelwelle verbunden sind, und wobei die Freilaufkupp¬ lung einen die Nabe umgebenden und an dieser befestigten Innenring und ei¬ nen den Innenring mit radialem Spiel umgebenden, an der Riemenscheibe be¬ festigten Außenring aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Bedingt durch die zunehmenden Bestrebungen der Automobilindustrie, den durchschnittlichen Treibstoffverbrauch zu reduzieren, wird bei einer Brenn- kraftmaschine beispielsweise ein riemengetriebener Starter-Generator verwen¬ det. Diese neuartige Technologie kommt vorzugsweise in Kombination mit Benzin- oder Dieselmotoren mit Direkteinspritzung zum Einsatz. Aufgrund der ungünstigen Triebwerksdynamik, die derartige Motoren aufweisen, liegt der Wunsch nahe, einen Zugmitteltrieb mit einer Generator-Freilauf-Riemen- scheibe (OAP, Overrunning Alternator Pulley) einsetzen zu können. Dabei soll die bewährte Arbeitsweise eines Generatorfreilaufs genutzt werden. Ein solcher mit einer Riemenscheibe kombinierter Freilauf ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 195 11 188 A1 bekannt. Ein derartiger Freilauf über¬ trägt die von der Kurbelwelle generierten Momente des Zugmitteltriebs auf eine Eingangswelle des Nebenaggregats. Die Freilauf-Riemenscheibe mindert die von der Kurbelwelle herrührenden Ungleichförmigkeiten, indem sie teilweise „durchrutscht". Dieses Verhalten ist bei Verwendung eines Starters als Neben¬ aggregat unerwünscht. Dieser stellt insofern ein besonderes Nebenaggregat dar, als die Momentenübertragung umgekehrt vom Nebenaggregat auf die Kur¬ belwelle erfolgt. Es ist daher erforderlich, in der Startphase den Generator dreh- fest mit der Riemenscheibe zu verbinden.

Andererseits ist es nach der Startphase für ein optimales Funktionieren des Generators notwendig, für diesen einen möglichst gleichförmigen Antrieb be¬ reitzustellen, was über einen Freilauf geschehen kann. Die in der DE 44 34 324 vorgestellte Lösung, eine hydrostatische Kupplung zu verwenden, um Neben¬ aggregate in eine Antriebseinheit einzukuppeln, scheidet aus, da in der Start¬ phase nicht notwendigerweise ein hydraulischer Druck vorherrschen muss.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Startfähigkeit der Brenn¬ kraftmaschine über den Generator zu ermöglichen. Zu diesem Zweck soll in der Generator-Freilauf-Riemenscheibe ein Startmechanismus integriert werden, welcher nach einem Startvorgang in Abhängigkeit von der Drehzahl die Start¬ funktion von der Riemenscheibe selbsttätig abkoppelt.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass zwischen der Riemenscheibe und der Nabe eine Freilaufkupplung angeordnet ist, die einen die Nabe umgebenden und an dieser befestigten Innenring und einen den Innenring mit radialem Spiel umgebenden, an der Riemenscheibe befestigten Außenring aufweist. Dabei sind im Innenring mindestens ein fliehkraftabhängig betätigtes Verriegelungs¬ element und im Außenring mindestens eine Verriegelungsaufnahme angeord- net.

Unterhalb einer bestimmten Grenzdrehzahl, also im Stillstand sowie bei niedri¬ ger Motordrehzahl, greift das Verriegelungselement in die Verriegelungsauf¬ nahme. Damit sind die Riemenscheibe und die Nabe, die mit der Eingangswelle des Generators verbunden ist, verriegelt, so dass das Zusatzaggregat Genera¬ tor als Starter benutzt werden kann. Während des Starts wird das Drehmoment von der Eingangswelle des Zusatzaggregats in den Innenring eingeleitet und über die formschlüssige Verriegelung auf den Außenring und dann über die Riemenscheibe auf einen mit der Kurbelwelle verbundenen Riemen übertra- gen: Die Brennkraftmaschine kann somit gestartet werden.

Bei höheren Drehzahlen verlassen die Verriegelungselemente fliehkraftbedingt die Verriegelungsaufnahmen des Außenrings und geben diesen gegenüber dem Innenring mit der Nabe frei. In diesem Fall wirkt zwischen der Nabe und der Riemenscheibe nur die Freilaufkupplung, und das Zusatzaggregat kann als Generator benutzt werden. Die Riemenscheibe kann ihre normale Funktion bei abgekoppelter Generatormasse erfüllen. Die Erfindung ermöglicht somit den Einsatz eines Starter-Generators im Riementrieb einer Brennkraftmaschine.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die Anordnung des Verriegelungsele¬ ments am Innenring. Beim Abstellen der Brennkraftmaschine bleibt das Verrie¬ gelungselement bei nicht mehr rotierendem Außenring und einem immer noch durch die nachlaufende Eingangswelle rotierenden Innenring in seiner Position, bis die Drehzahl des Innenrings unter die vorbestimmte Grenzdrehzahl fällt. Dann ist auch die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Innen- und Außenring so klein, dass das Verriegelungselement sicher und schnell verrasten kann. Bei einer Anordnung des Verriegelungselements am Außenring hingegen wäre das Einrasten so lange unterbunden, wie der Innenring sich zu schnell dreht. Dies macht sich einerseits durch unerwünschte, schnell aufeinanderfolgende, kla- ckende Rastgeräusche bemerkbar, andererseits schädigt dieser Vorgang das Material.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung von mehreren Verriegelungsaufnah¬ men am Außenring. Dadurch kann der notwendige Verdrehwinkel zwischen Innenring und Außenring möglichst klein gehalten werden. Befinden sich meh¬ rere Verriegelungselemente am Innenring, so ist es besonders zweckmäßig, eine Verzahnung am Außenring als Verriegelungsaufnahmen auszubilden, wo- bei deren Zahnzahl ein ganzzahliges Vielfaches der Verriegelungselementan¬ zahl ist. Dadurch können alle Verriegelungselemente gleichzeitig verrasten, was die Belastungen reduziert und die Zeit des Einrastens weiter verkürzt.

Der Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht auf einen Star- ter-Generator beschränkt. Diese kann vielmehr überall dort in einen Antriebs¬ strang eingesetzt werden, wo Vorrichtungen zur Dämpfung von Drehschwin¬ gungen nach dem Stand der Technik angeordnet sind.

Zusammenfassend ergibt sich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung den Starter eines Starter-Generators bei Erreichen einer Grenzdrehzahl zuverlässig koppelt und entkoppelt bei gleichzeitiger Minimierung der Geräuschemission und des Materialverschleißes.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines besonders vorteilhaften Ausfüh¬ rungsbeispiels näher erläutert und in den dazugehörigen Zeichnungen darge¬ stellt. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt einer Vorrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen nach dem Stand der Technik Figur 2 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen

Figur 3a einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung ent¬ lang der Schnittlinie Ill-Ill vor dem Startvorgang der Brenn¬ kraftmaschine

Figur 3b einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung ent¬ lang der Schnittlinie HI-III nach dem Startvorgang der Brennkraftmaschine

Figur 4 einen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Vor¬ richtung vor dem Startvorgang der Brennkraftmaschine

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Eine in Figur 1 dargestellte vorbekannte Vorrichtung zur Dämpfung von Dreh¬ schwingungen umgibt eine Eingangswelle 1 eines nicht dargestellten Nebenag- gregats. Die Eingangswelle 1 wird über eine Riemenscheibe 2 und einen nicht näher dargestelltes Zugmittel von einer Abtriebsscheibe angetrieben, die mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden ist. Die Riemenscheibe 2 weist in ihrem Inneren einen Armierungsring 3 auf. In einer Bohrung 4 dieses Rings ist eine aus einer Freilaufkupplung 5 und zwei Zylinderrollenlagern 6 und 7 bestehende Baueinheit eingesetzt. Dabei sind für die Baueinheit ein gemein¬ samer Lageraußenring 8 und ein gemeinsamer Lagerinnenring 9 vorgesehen. Der Lagerinnenring 9 weist mehrere, am Umfang verteilt angeordnete, nicht näher dargestellte Klemmrampen auf, die mit einer entsprechenden Anzahl von Klemmrollen 10 zusammenwirken. Dabei sind die Klemmrollen in einem Käfig 11 geführt und mittels nicht näher dargestellter Federn gegenüber dem Klemm¬ rampen vorgespannt. Der Lageraußenring 8 ist im wesentlichen hülsenförmig ausgebildet und hat über seine gesamte Länge einen gleichbleibenden Innen¬ durchmesser, wobei er Laufbahnen für die Zylinderrollenlager 6 und 7 sowie die Klemmrollen 10 bildet.

Der Lagerinnenring 9 ist an seinem von dem Nebenaggregat abgewandten Ende mit einem radial nach außen gerichteten Bord 12 versehen, der sich stirnseitig an einer Anlaufscheibe 13 abstützt, welche im Armierungsring 3 fi¬ xiert ist. An seinem anderen axialen Ende weist der Lagerinnenring 9 eine Schulter 14 auf, die beispielsweise zahnartig ausgebildet ist und in einzelne Längsnuten 15 eingreift, die wiederum Bestandteil einer Nabe 16 sind. An sei¬ nem einen Ende hat der Lageraußenring 8 einen ersten Bord 17, der von dem Bord 12 des Lagerinnenringes 9 hintergriffen wird. Ein zweiter Bord 18 des La¬ geraußenringes 8, der an dessen dem Zusatzaggregat zugewandtem Ende vorgesehen ist, hintergreift einen Käfig 19 des Zylinderrollenlagers 7. Diesem zweiten Bord 18 benachbart ist ein Radialdichtring 20 angeordnet, der in die Riemenscheibe 2 eingesetzt ist und eine schleifende Dichtung mit dem La- gerinnenring 9 bildet. Zum Zwecke der Befestigung der Nabe 16 auf der Ein¬ gangswelle 1 weist die Nabe 16 ein Innengewinde 21 auf, wobei im Inneren der Nabe 16 mit Abstand zu diesem Innengewinde 21 ein als Kerbverzahnung aus¬ gebildetes Vielzahnprofil 22 für einen Angriff eines Montagewerkzeugs vorge¬ sehen ist. Die Riemenscheibe 2 ist an ihrem von dem Zusatzaggregat abge- wandten Ende mittels eines Deckels 23 verschlossen, welcher einen axial vor¬ stehenden Rand 24 aufweist. Dieser ist am Umfang der Riemenscheibe 2 ein¬ geschnappt.

Eine in den Figuren 2, 3a und 3b dargestellte, erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Wesentlichen ebenso aufgebaut, wie die in Figur 1 dargestellte Vorrich¬ tung. Sie unterscheidet sich von dieser jedoch dadurch, dass zwischen ihrer Riemenscheibe 25 und ihrer Nabe 26 zusätzlich zu der Baueinheit bestehend aus einer Freilaufkupplung 27 mit einem Lageraußenring 28, einem Lagerin¬ nenring 29, Klemmrollen 30 und Wälzlagern 31 und 32 eine Fliehkraftkupplung 33 angeordnet ist. Diese besteht aus einem Innenring 34 mit einem Verriege¬ lungselement 36 und einem Außenring 35 mit Verriegelungsaufnahmen 37.

Der Innenring 34 ist auf die Nabe 26 von einem stirnseitigen Ende aus aufge- steckt und mit dieser fest verbunden. Er enthält mehrere, von seiner äußeren Oberfläche ausgehende Ausnehmungen 38, in die in Umfangsrichtung die Ver¬ riegelungselemente 36 angeordnet sind. Es ist besonders zweckmäßig, die Ausnehmungen 38 in gleichmäßigen Abständen am Innenring 34 anzuordnen. Der Außenring 35 umgibt den Innenring 34 konzentrisch mit einem radialen Spiel. Er ist in einer ringförmigen konzentrischen Aushöhlung der Riemen¬ scheibe 25 von einer Stirnseite aus eingesetzt und an der Riemenscheibe 25 befestigt.

Die Verriegelungselemente 36 sind als Klinken 39 ausgebildet. Die Lagerung der Klinken ist dabei derart ausgebildet, dass bei rotierendem Innenring 34 das eine Ende der Klinke nach radial außen und das andere Ende nach radial innen ausgelenkt werden. Dazu dürfen Massenschwerpunkt und Drehpunkt nicht ü- bereinstimmen. Bei einer symmetrisch geformten Klinke aus homogenem Ma- terial ist das durch eine asymmetrische Anlenkung der Klinken 39 möglich. Da¬ durch weisen sie einen kurzen Hebel 40 und einen langen Hebel 41 auf, wobei auf den kurzen Hebel 40 ein Federelement 42 nach radial außen wirkt. Auf dem langen Hebel 41 kann zur Verstärkung der Fliehkraft eine Zusatzmasse 43 be¬ festigt sein.

Im Ruhezustand der Vorrichtung (Figur 3a) befinden sich die langen Hebel 41 durch den Federdruck in den Ausnehmungen 38 radial weitest möglich innen. Gleichzeitig wird auf die kurzen Hebel 40 durch das Federelement 42 eine nach außen gerichtete Kraft ausgeübt, so dass die kurzen Hebel 40 sich in den für sie vorgesehenen Verriegelungsaufnahmen 37 befinden. Die Verriegelungs¬ aufnahmen 37 lassen sich besonders einfach als Zähne 45 realisieren. Sind diese Zähne 45 über den Umfang des Außenrings 35 gleichmäßig verteilt und bildet ihre Anzahl ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Verriegelungs¬ elemente 37, so können alle Verriegelungselemente 37 gleichzeitig in die Zäh- ne 45 eingreifen. Dadurch wird es möglich, größere Kräfte zu übertragen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt: Während des Starts der Brennkraftmaschine wird ein Drehmoment von der Eingangswelle über die Na- be 26 in den mit den mit den Klinken 39 versehenen Innenring 34 eingeleitet. Dieses Startmoment wird mittels der Klinken 39 auf den formschlüssig in der Riemenscheibe 25 sitzenden Außenring 35 übertragen. Die Brennkraftmaschi¬ ne wird über ein die Riemenscheibe 25 umgebendes Zugmittel gestartet.

Dreht nun der Innenring mit einer Drehzahl unterhalb der Grenzdrehzahl, wirkt auf die langen Hebel 41 eine höhere Zentrifugalkraft als auf die kurzen Hebel 40. Die Zentrifugalkraft wirkt also der Federkraft entgegen. Die Federkonstante des Federelements 42 ist so beschaffen, dass sich die auf die Klinke 39 von der Feder ausgeübte Kraft und die Zentrifugalkraft bei der Grenzdrehzahl kom¬ pensieren. Steigt die Drehzahl weiter an, überkompensiert die Zentrifugalkraft die Federkraft, und das lange Ende 41 der Klinke bewegt sich nach außen, während das kurze Ende 40 sich nach radial innen bewegt. Dadurch erfolgt eine Entriegelung der Fliehkraftkupplung 33 (Figur 3b), der Innenring 34 ge- langt mit dem Außenring 34 außer Eingriff. Die Freilauf-Riemenscheibe 25 ist dann von der Generatormasse abgekuppelt und kann ihre normale Funktion erfüllen.

Die Grenzdrehzahl kann dabei so gewählt werden, dass sie knapp unter der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine liegt. Dies stellt sicher, dass im Normalbetrieb die Fliehkraftkupplung 33 immer entriegelt ist. Nach dem Aus¬ schalten der Brennkraftmaschine verringert sich die Drehzahl der Kurbelwelle und damit des Außenrings 35 schnell. Die Drehzahl des Innenrings 34 mit den Klinken 39 fällt langsamer. Fällt dessen Drehszahl schließlich unter die Grenz- drehzahl, erfolgt dann schlagartig die erneute Verriegelung mit dem Außenring 35.

Um die Abstimmung der Masse der Klinken 39, der Länge der kurzen Hebel 40 und langen Hebel 41 und des Federelements 42 zu erleichtern, lassen sich zwei Zusatzmaßnahmen vorsehen. Zum einen kann am langen Hebel 41 eine Zusatzmasse 43 angeordnet sein, die die Wirkung der Fliehkraft erhöht. Das Material und die Form der Zusatzmasse 43 können dabei den Gegebenheiten beliebig angepasst werden. Zum anderen können die Positionen, die der lange Hebe! 41 oder der kurze Hebel 40 bei unterschiedlichen Drehzahlen einnehmen durch Vorsprünge 44 (Figuren 3a und 4) begrenzt werden. Dies stellt sicher, dass insbesondere bei hohen Drehzahlen der lange Hebel 41 nicht so weit nach außen bewegt wird, dass er mit dem Außenring 35 in Kontakt gerät und damit Geräusche und Verschleiß verursacht. Bezugszahlenliste

1 Eingangswelle 32 Wälzlager 2 Riemenscheibe 33 Fliehkraftkupplung 3 Armierungsring 34 Innenring 4 Bohrung 35 Außenring 5 Freilaufkupplung 36 Verriegelungselement 6 Zylinderrollenlager 37 Verriegelungsaufnahme 7 Zylinderrollenlager 38 Ausnehmung 8 Lageraußenring 39 Klinken 9 Lagerinnenring 40 kurzer Hebel 10 Klemmrolle 41 langer Hebel 11 Käfig 42 Federelement 12 Bord 43 Zusatzmasse 13 Anlaufscheibe 44 Vorsprung 14 Schulter 45 Zähne 15 Längsnut 16 Nabe 17 erster Bord 18 zweiter Bord 19 Käfig 20 Radialdichtring 21 Innengewinde 22 Vielzahnprofil 23 Deckel 24 Rand 25 Riemenscheibe 26 Nabe 27 Freilaufkupplung 28 Lageraußenring 29 Lagerinnenring 30 Klemmrolle 31 Wälzlager