DE102004028484A1

DE102004028484A1 - Reibradantrieb

Info

Publication number: DE102004028484A1
Application number: DE102004028484A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kraft; Johann Singer; Michael Dipl.-Ing. Bogner (FH); Ralf Dipl.-Ing. Walter; Horst Dipl.-Ing. Adel (FH); Diethard Dipl.-Ing. Sauermann
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2005-12-29
Also published as: EP1753975A1; WO2005121601A1; CN1973150A; US20080268999A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reibradantrieb, insbesondere zum reibschlüssigen Antrieb eines Nebenaggregates eines Verbrennungsmotors, mit einem verstellbaren Reibrad (3, 3'), das mindestens an einer Kontaktscheibe (7, 9) eines Abtriebsorgans (8) und/oder eines Antriebsorgans (10) anpressbar ist. DOLLAR A Ein besonders einfaches, mechanisch funktionierendes Reibrad (3, 3') wird dadurch erreicht, dass dieses eine auf einem motorfesten Wälzlager (19) gelagerte Laufscheibe (5) mit einer Keilringnut (24) aufweist, deren Breite durch axial verstellbare, federkraftbeaufschlagte Seitenwände (21) variierbar ist, und dass ein Reibring (4, 4'), dessen Durchmesser den der Keilringnut (24) übersteigt, in dieselbe einschiebbar ist, so dass der Reibring (4, 4') exzentrisch zu derselben angeordnet und in ihr radial beweglich geführt sowie federnd gelagert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Reibradantrieb zum reibschlüssigen Antrieb eines Nebenaggregats eines Verbrennungsmotors, mit einem verstellbaren Reibrad, das mindestens an eine Kontaktscheibe eines Abtriebsorgans und/oder eines Antriebsorgans anpressbar ist.
Alternativ bietet sich ein Reibradantrieb mit einem verstellbaren Reibrad an, das an die Kontaktscheibe eines Antriebsorgans angepresst werden kann und das einen Eigenantrieb aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Aus der DE 196 35 808 A1 ist ein Reibradantrieb der zuvor genannten Bauart bekannt. Diese Offenlegungsschrift bezieht sich auf einen Reibradantrieb, der für ein Fahrzeug ausgebildet ist. Er dient dazu, den konventionellen Antrieb des Fahrzeugs bei Bedarf durch einen zusätzlichen Antrieb der normalerweise nicht angetriebenen Fahrzeugräder zu unterstützen.

Der Reibradantrieb umfasst einen Elektromotor, der über ein Getriebe ein Reibrad antreibt, das bedarfsabhängig in Richtung einer Radfelge verstellbar ist. Die über dem Reibradantrieb elektrisch angetriebenen Räder unterstützen die konventionell angetriebenen Räder bei mangelnder Haftreibung, die beispielsweise bei Glatteis auftreten kann oder bei mangelnder Leistung des konventionellen Antriebs z. B. an zu großen Steigungen.

Nachteilig an dem oben beschriebenen Reibradantrieb ist, dass aufgrund von dessen eigenständigem Antrieb eine große Anzahl zusätzlicher Bauteile erforderlich ist, die die Störanfälligkeit sowie den nötigen Bauraum und das Gewicht der Anlage erhöhen.

Bei einem Reibradantrieb eines Nebenaggregats, bei dem das Reibrad zwischen der Kurbelwelle und dem Nebenaggregat motorfest und starr angeordnet ist und bei dem die Anpresskraft des Reibrads für die Übertragung des Antriebsmoments des Nebenaggregats ausgelegt ist, bewirken mögliche Fertigungstoleranzen, z. B. in der Position des Nebenaggregats und in der Riemendicke sowie Temperaturdifferenzen der Bauteile und Rundlauffehler sowie Verschleiß eine unzulässige Absenkung der Anpresskraft mit entsprechendem Schlupf. Deshalb ist eine profilaktische Erhöhung der Anpresskraft erforderlich, die erhöhte Walkarbeit mit Reiberwärmung und vorzeitigem Verschleiß zur Folge hat.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reibradantrieb für ein Nebenaggregat eines Verbrennungsmotors zu schaffen, wobei der Reibradantrieb mit geringem Bauaufwand den für die reibschlüssige Übertragung des Antriebsmoments erforderlichen Anpressdruck des Reibrads mit akzeptablen Toleranzen einhält.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.

Da der Reibring durch die beide Seitenwände axial beaufschlagende Federmittel in reibschlüssigem Druckkontakt mit den Kontaktscheiben des Abtriebs- und Antriebsorgans steht, werden sämtliche Untermaße der Reibpartner durch radiales Verschieben des Reibrings ausgeglichen. Da die Untermaße nur geringe Werte aufweisen, bedingt ihr Ausgleich durch eine geringe, aus der Keilringnut führende Radialbewegung des Reibrings eine nur geringe Absenkung der Anpresskraft desselben. Umgekehrt erlaubt die federnde Lagerung des Reibrings bei Übermaß der Reibpartner ein Ausweichen des Reibrings in die Keilringnut hinein, wodurch die Anpresskraftspitzen eines starren Reibrads vermieden werden. Durch die automatische Anpassung der radialen Lage des Reibrings an dessen jeweilige Untermaß-/Übermaßsituation ändert sich dessen Anpresskraft nur geringfügig. Auf diese Weise wird ein durch Schlupf oder durch Drucküberlastung bedingter Verschleiß des Reibrings vermieden.

Von Vorteil für eine exakte Ausbildung und Funktion der in der Breite verstellbaren Keilringnut besteht darin, dass die Laufscheibe eine kreiszylindrische Hülse aufweist, auf der je ein zylindrischer Abschnitt der Seitenwände axial geführt ist, der fest mit einem konischen Abschnitt derselben verbunden ist und die zusammen die in der Breite verstellbare Keilringnut bilden.

Ein geringer axialer Platzbedarf des Reibrads wird dadurch erreicht, dass die Federmittel beispielsweise als Tellerfedern ausgebildet sind, die sich auf Endanschlägen der kreiszylinderförmigen Hülse und auf dem konischen Abschnitt der Seitenwände abstützen.

Eine degressive Federkennlinie der Tellerfeder kombiniert den Vorteil eines geringen axialen Platzbedarfs durch das anfänglich rasche Ansteigen der Federkraft mit einer geringfügig ansteigenden Federkraft im Endbereich des Federhubs. Dadurch wirken sich geringe Lageänderungen des Reibrings nur unwesentlich auf die Anpresskraft des Reibrads aus.

Eine Voreinstellung des Reibrings wird während der Montage des Reibrads dadurch erreicht, dass die Exzentrizität und damit die Anpresskraft des an den Kontaktscheiben des Abtriebs- und Antriebsorgans anliegenden Reibrings durch Verschieben des motorfesten Wälzlagers entlang einer Spannwirklinie der Laufscheibe voreingestellt wird. Die genaue Größe der Exzentrizität des Reibrings stellt sich unter den jeweils herrschenden Randbedingungen von z. B. der Bauteiltemperatur und dem Verschleiß der Reibpartner mit Hilfe des gefederten Reibrings automatisch ein.

Konische Reibringe aus Stahl oder Leichtmetall eignen sich besonders gut für hohe Anpresskräfte, da die relativ großen, konischen Berührungsflächen des Reibrings und der Keilringnut eine relativ geringe Flächenpressung zwischen den selben bedingen, die einen entsprechend geringen Verschleiß verursachen.

Ist eine nur geringe Anpresskraft ausreichend für die Übertragung des Drehmoments des Nebenaggregats, bietet ein kreis- oder ellipsenförmiger Querschnitt des Reibrings Vorteile, zumal wenn dieser hohl ist und aus Elastomermaterial besteht. Ähnlich einem Luftreifen passt sich dessen Anpressfläche problemlos den Unebenheiten und Maßabweichungen der Reibpartner an, ohne größere Schwankungen der Anpresskraft zu verursachen.

Aufgrund der trockenen Gleitreibung, die zwischen den Bauteilen des Reibrads herrscht, wird deren Relativbewegung gedämpft, was einen erschütterungsarmen Lauf des Reibrads bewirkt.

Eine besonders einfache Lösung des mit dem Reibradantrieb kombinierten Zugmittelantriebs wird dadurch erreicht, dass das Abtriebsorgan nicht als Zugmittel umschlossene Kontakt- bzw. Keilriemenscheibe der Kurbelwelle sondern als Leertrum des Zugmittels ausgebildet ist, das als Normalriemen dem Antrieb beispielsweise eines Generators und eines Klimakompressors dient. Das Reibrad ist in diesem Fall zugleich eine Umlenk- und Beruhigungsrolle für das Leertrum.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist. Dabei zeigen:
1 eine Ansicht eines kombinierten Reibrad- und Zugmittelantriebs mit einem erfindungsgemäßen Reibrad, das in mittelbarem Druckkontakt zu einer Kontaktscheibe eines Abtriebsorgans steht;
2 eine Ansicht eines kombinierten Reibrad- und Zugmittelantriebs gemäß 1, bei dem das erfindungsgemäße Reibrad in unmittelbarem Druckkontakt zu einem Leertrum des Zugmittelantriebs steht;
3 ein Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Reibrad mit einem Reibring von keilförmigem Querschnitt;
4 ein Längsschnitt wie in 3, jedoch mit einem Reibring von ovalem Querschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine Ansicht eines Reibradantriebs 1 dargestellt, der mit einem Zugmittelantrieb 2 kombiniert ist.
Der Reibradantrieb 1 umfasst ein erfindungsgemäßes Reibrad 3, 3', das einen Reibring 4, 4', der in einer Keilringnut 24 einer motorfest angeordneten Laufscheibe 5 radial beweglich gelagert ist. Der Aufbau des Reibrads 3, 3' wird bei der Beschreibung der 3 und 4 genauer behandelt. Der Reibring 4, 4' steht mit einer von einem Zugmittel 6 umschlossenen Kontakt- bzw. Riemenscheibe 7 eines Abtriebsorgans 8 einer Kurbelwelle 27 in mittelbarer, reibschlüssiger Verbindung, während der mit einer Kontaktscheibe 9 eines Antriebsorgans 10 eines Nebenaggregats 11 in unmittelbarem Reibkontakt steht. Bei dem Nebenaggregat 11 handelt es sich beispielsweise um eine Kühlmittelpumpe. Der Zugmittelantrieb 2 dient dem Antrieb eines Generators 12 und eines Klimakompressors 13. Dazu verbindet das Zugmittel 6, das als Normalriemen ausgebildet ist, alle zugehörigen Kontaktscheiben mit der Kontaktscheibe 7, die verdrehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist und zugleich das Abtriebsorgan 8 bildet.
Zum Voreinstellen der Anpresskraft des Reibrings 4, 4', der an den Kontaktscheiben 7 und 9 anliegt, wird die Laufscheibe 5 auf einer durch einen Pfeil dargestellten Spannwirklinie 14 verschoben. Dabei erreicht der Reibring 4, 4' den Bereich seiner tiefsten Einschiebung 26 in die Keilringnut 24.
In 2 ist eine Ansicht eines alternativen Reibradantriebs 1' und ein mit diesem kombinierter alternativer Zugmittelantrieb 2' dargestellt. Diese sind durch die Lage des Reibrads 3, 3' gegenüber dem Zugmittel 6 charakterisiert. Als Abtriebsorgan dient hierbei ein Leertrum 15 des Zugmittels 6, das wie die Kontaktscheibe 9 des Nebenaggregats 11 in unmittelbarem, reibschlüssigen Kontakt mit dem Reibring 4, 4' steht. Auf diese Weise dient der Reibring 4, 4' zugleich als Umlenk- und Beruhigungsrolle für das Leertrum 15.
3 zeigt einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Reibrad 3. Dieses weist eine Laufscheibe 5 und einen Reibring 4 auf. Die Laufscheibe 5 besitzt eine kreiszylindrische Hülse 18, die auf einem Wälzlager 19 gelagert ist. Das Wälzlager 19 ist durch eine Spannschraube 20 mit einem nicht dargestellten Motorgehäuse fest verbunden. Auf der Hülse 18 befinden sich zwei spiegelbildlich angeordnete, gleiche Seitenwände 21, die axial verschiebbar sind. Die Seitenwände 21 bestehen aus je einem zylindrischen Abschnitt 22 und einem mit diesem fest verbundenen konischen Abschnitt 23. Der zylindrische Abschnitt 22 dient der axialen Führung der Seitenwände 21 auf der Hülse 18, die konischen Abschnitte 23 bilden zusammen eine in der Breite verstellbare Keilringnut 24 für den Reibring 4. Dieser besitzt einen größeren Durchmesser als die Keilringnut 24.
Die Seitenwände 21 sind durch entgegenwirkende, axiale Federkräfte beaufschlagt. Im vorliegenden Fall ist je eine Tellerfeder 25 vorgesehen, die sich auf Endanschlägen 17 der Hülse 18 und auf den konischen Abschnitten 23 der Seitenwände 21 abstützen. Sie sind mit Schlitzen ausgeführt und besitzen eine degressive Kennlinie. Durch die auf die Seitenwände 21 wirkenden Federkräfte wird der Reibring 4 zwischen diesen eingeklemmt und erfährt aufgrund der keilringförmigen, glatten Flanken der Keilringnut 24 und des Reibrings 4 eine radial wirkende Kraftkomponente, die als Anpresskraft auf die Kontaktscheiben 7, 9 bzw. auf das Leertrum 15 des Zugmittels 6 wirkt.
Da die Seitenwände 21 der Keilringnut 24 federnd ausweichen, kann sich der Reibring 4 den Unebenheiten und Maßabweichungen der Reibpartner automatisch anpassen. Bei den in Frage kommenden geringen radialen Bewegungen des Reibrings 4 sind die Schwankungen von dessen Anpressdruck gering, so dass eine Überlastung des Reibrads 3 oder ein Schlupf desselben vermieden werden.
4 unterscheidet sich von 3 lediglich durch einen Reibring 4', der einen ovalen oder kreisförmigen Querschnitt mit einem ringförmigen Hohlraum 16 aufweist und der aus Polymermaterial gefertigt ist. Der Reibring 4' passt sich ähnlich einem Luftreifen den eventuellen Unebenheiten und Maßabweichungen der Reibpartner flexibel an und vermeidet so größere Schwankungen der Anpresskraft des Reibrads 3'.

1, 1': Reibradantrieb
2, 2': Zugmittelantrieb
3, 3': Reibrad
4, 4': Reibring
5: Laufscheibe
6: Zugmittel
7: Kontaktscheibe / Riemenscheibe (Abtriebsorgan)
8: Abtriebsorgan
9: Kontaktscheibe (Antriebsorgan)
10: Antriebsorgan
11: Nebenaggregat
12: Generator
13: Klimakompressor
14: Spannwirklinie (Pfeil)
15: Leertrum
16: Hohlraum
17: Endanschlag
18: Hülse
19: Wälzlager
20: Spannschraube
21: Seitenwand
22: zylindrischer Abschnitt
23: konischer Abschnitt
24: Keilringnut
25: Tellerfeder
26: tiefste Einschiebung des Reibrings
27: Kurbelwelle

Claims

Reibradantrieb, insbesondere zum reibschlüssigen Antrieb eines Nebenaggregates eines Verbrennungsmotors, mit einem verstellbaren Reibrad (3, 3'), das mindestens an eine Kontaktscheibe (7, 9) eines Abtriebsorgans (8) und/oder eines Antriebsorgans (10) anpressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibrad (3, 3') eine auf einem motorfesten Wälzlager (19) gelagerte Laufscheibe (5) mit einer Keilringnut (24) aufweist, deren Breite durch axial verstellbare, federkraftbeaufschlagte Seitenwände (21) variierbar ist und dass ein Reibring (4, 4'), dessen Durchmesser den der Keilringnut (24) übersteigt, in dieselbe einschiebbar ist, so dass der Reibring (4, 4') exzentrisch zu derselben angeordnet und in ihr radial beweglich geführt sowie federnd gelagert ist, wobei der Reibring (4, 4') durch die in axialer Richtung federbeaufschlagten Seitenwände (21) im Bereich von dessen tiefster Einschiebung (26) in die Keilringnut (24) mit einer Radialkraft beaufschlagt ist, die zum reibschlüssigen Druckkontakt desselben mit den Kontaktscheiben (7, 9) des Abtriebs- und Antriebsorgans (8, 10) führt.
Reibradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufscheibe (5) eine kreiszylindrische Hülse (18) aufweist, die auf dem motorfesten Wälzlager (19) gelagert ist und auf der je ein zylindrischer Abschnitt (22) der Seitenwände (21) axial geführt ist.
Reibradantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Abschnitt (22) der Seitenwände (21) fest mit einem konischen Abschnitt (23) derselben verbunden ist, die zusammen die in der Breite verstellbare Keilringnut (24) für den Reibring (4, 4') bilden.
Reibradantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel beispielsweise als Tellerfedern (25) ausgebildet sind, die sich auf Endanschlägen (26) der kreiszylinderförmigen Hülse (18) und auf dem konischen Abschnitt (23) der Seitenwände (21) abstützen.
Reibradantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkennlinie der Tellerfedern (25) vorzugsweise degressiv ausgelegt ist.
Reibradantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität und damit die Anpresskraft des an den Kontaktscheiben (7, 9) des Abtriebs- und Antriebsorgans (8, 10) anliegenden Reibrings (4, 4') durch Verschieben des motorfesten Wälzlagers (19) entlang einer Spannwirklinie (14) der Laufscheibe (5) voreinstellbar ist.
Reibradantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Reibrings (4) eine Keilform aufweist, die dem Querschnitt der von den Seitenwänden (21) gebildeten Keilringnut (24) entspricht, wobei der keilförmige Reibring (4) vorzugsweise aus Stahl oder Leichtmetall gefertigt ist.
Reibradantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Reibrings (4') kreisförmig oder oval ausgebildet ist und vorzugsweise einen ringförmigen Hohlraum 28 aufweist sowie vorzugsweise aus Elastomermaterial gefertigt ist.
Reibradantrieb nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Relativbewegung zwischen den Bauteilen des Reibrads (3, 3') zumindest teilweise trockene Gleitreibung herrscht.
Reibradantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsorgan (8) als Zugmittel umschlossene Kontakt- bzw. Keilriemenscheibe (7) der Kurbelwelle (27) oder als Leertrum (15) eines Zugmittelantriebs (2, 2') ausgebildet ist, dessen als Normalriemen ausgebildetes Zugmittel (6) vorzugsweise dem Antrieb eines Generators (12) und eines Klimakompressors (13) dient.