DE102007003405A1

DE102007003405A1 - Freilaufriemenscheibe

Info

Publication number: DE102007003405A1
Application number: DE102007003405A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. Wiesneth (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2008-07-24
Also published as: WO2008090018A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine insbesondere in einer Riemenscheibe eines Zugmitteltriebs integrierte Freilaufeinrichtung (1b). Der Aufbau umfasst eine Freilaufkupplung (11), der beidseitig ein Wälzlager (12a, 12b) zugeordnet ist. Zur Schaffung eines vergrößerten Schmierstoffreservoirs (27a, 27b) ist die Freilaufeinrichtung (1b) mit Abstandsnocken (24a, 24b), die zwischen dem Käfig (15) der Freilaufkupplung (11) und den Käfigen (16a, 16b) der Wälzlager (12a, 12b) vorgesehen sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist eine Freilaufeinrichtung, die zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Aggregat, insbesondere einer Riemenscheibe eines Zugmitteltriebs vorgesehen ist. Dabei ist die Freilaufeinrichtung in einem Ringspalt eingesetzt, der radial außen von einer Laufscheibe und radial innen von einer Nabe begrenzt ist. Die Freilaufeinrichtung schließt einen Innenring sowie einen Außenring ein, zwischen denen zur Bildung von Wälzlagern Wälzkörper sowie eine Freilaufkupplung angeordnet sind. Die Einzelteile des Wälzlagers sowie der Freilaufkupplung sind dabei in getrennten Käfigen geführt.
Hintergrund der Erfindung
Zugmitteltriebe von Brennkraftmaschinen sind der Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle ausgesetzt, die durch den Verbrennungsverlauf der Brennkraftmaschine verursacht wird. Die Drehungleichförmigkeit erzeugt Wechselmomente im Zugmitteltrieb, die insbesondere durch große Drehmassen von Aggregaten, wie beispielsweise einem Generator oder einem Klimakompressor das Zugmittel des Zugmittelstriebs stark belasten.
Als Maßnahme die Zugmittelbelastung in den Zugmitteltrieb zu reduzieren, ist aus der DE 195 11 188 A1 ein Generatorfreilauf bekannt, der in einer Antriebsscheibe des riemengetriebenen Generators integriert ist. Der Generatorfreilauf ist so aufgebaut und in die Antriebsscheibe integriert, dass in einer Beschleunigungsphase des Zugmitteltriebs, die von der Kurbelwelle in das Zugmittel eingeleitete Drehbewegung durch den eingekoppelten Freilauf unmittelbar auf den Generator übertragen wird. Bei einer Eigenverzögerung des Generators, die kleiner ist als eine Verzögerung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bewirkt die bekannte Freilaufeinrichtung eine Entkopplung des Antriebs. Der konkrete Aufbau dieser bekannten Freilaufeinrichtung schließt eine zentrisch positionierte Freilaufkupplung ein, der sich beidseitig unmittelbar Wälzlager anschließen. Bei dieser Anordnung kommt es zu einer unmittelbaren Abstützung der Klemmrollenkäfige mit den Wälzkörperkäfigen. Dieser Aufbau bildet kein bzw. nur ein begrenztes Schmierstoffreservoir der Freilaufeinrichtung.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Problemstellung der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Freilaufeinrichtung zu schaffen, die zur Erzielung einer verbesserten Lebensdauer ein vergrößertes Schmierstoffreservoir einschließt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, zwischen dem Käfig der Freilaufkupplung und den Käfigen der Wälzlager Abstandsnocken vorzusehen. Durch die Abstandsnocken werden definierte Einbaulagen der Freilaufkupplung und der Wälzlager erreicht. Gleichzeitig schaffen diese Abstandsnocken Freiräume, die als Schmierstoffreservoir nutzbar sind, um eine längerfristige Befettung aller Bauteile der Freilaufeinrichtung zu gewährleisten, verbunden mit einer deutlich gesteigerten Lebensdauer und der damit unmittelbar in Verbindungen stehenden Bauteile, wie die Freilauf-Riemenscheibe bzw. der Generator.
Die Funktionsgrenzen heutiger Aggregatetriebe werden durch die sich vergrößernde Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine, der zunehmenden Generatorleistung und die damit verbundene Zunahme der Massenträgheit des Generatorläufers häufig erreicht bzw. überschritten. Die Auswirkungen auf den Aggregatetrieb sind z. B. erhöhte Schwingungen des Zugmittels, Riemenschlupf und daraus resultierender Verschleiß sowie inakzeptable Ausschläge der Zugmittel-Spannvorrichtung. Lastenhefte heutiger Fahrzeughersteller fordern darüber hinaus eine deutlich gesteigerte Lebensdauer aller verwendeten Aggregate. Diese Forderung ist somit auch auf die Freilaufriemenscheibe des Zugmitteltriebs übertragbar. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Freilaufeinrichtung kann das zur Verfügung stehende Schmierstoffreservoir deutlich, das heißt um mehr als 50% erhöht werden. Durch unmittelbar zwischen der Freilaufkupplung und den Wälzkörpern angeordnete Freiräume kann der Schmierstoff aus dem vergrößerten Reservoir direkt den am stärksten beanspruchten Bauteilen zugeführt werden, was sich positiv auf die Lebensdauersteigerung der Freilaufeinrichtung auswirkt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Freilaufeinrichtung sieht jeweils vier symmetrisch angeordnete Abstandsnocken vor, die beidseitig der Freilaufeinrichtung angeordnet, den Abstand zu den Wälzlagern definieren. Durch vier Abstandsnocken ist sichergestellt, das die jeweiligen Käfige der als auch Stützlager zu bezeichnenden Wälzlager und der Freilaufkupplung exakt positioniert sind und zum anderen ein sich ausreichend großes Schmierstoffreservoir einstellt.
Das erfindungsgemäße Schmierstoffreservoir errechnet sich wie folgt:
mit:

z: = Anzahl der Fettreservoir (z = 2 → beidseitiges Fettreservoir)
D: = Außenlaufbahndurchmesser
d: = Innenlaufbahndurchmesser
h_Nocke: = Höhe der Nocke (Tiefe des Fettreservoirs)
n_Nocke: = Anzahl Nocke je Seite
d_Nocke: = Nockendurchmesser

Für eine Freilaufeinrichtung, deren Außenlaufbahndurchmesser (D) gleich 34 mm und deren Innenlaufbahndurchmesser (d) gleich 28,5 mm beträgt in Verbindung einer Höhe des Abstandsnockens (h_N) von 2 mm sowie eines Nockenmessers (d_N) von 2 mm, ergibt sich ein Schmierstoffreservoir von 500 mm³ je Seite. Dieses Volumen führt zu einem über 50% erhöhten Schmierstoffreservoir gegenüber bisheriger Freilaufeinrichtungen. Da die Lebensdauer der Freilaufeinrichtung durch die Schmierstoff- bzw. Fettgebrauchsdauer im Freilauf bestimmt wird, stellt sich durch die Erfindung eine deutlich erhöhte Lebensdauer der Freilaufriemenscheibe ein.
Vorteilhaft ist der Käfig der Freilaufkupplung beidseitig mit axial vorstehenden Abstandsnocken versehen. Die als auch Butzen zu bezeichnenden Abstandsnocken stützen sich am freien Ende an den Käfigen der Wälzlager ab. Alternativ dazu schließt die Erfindung Käfige der Wälzlager ein, die jeweils einseitig axial vorstehende Abstandsnocken einschließen, deren freie Enden an den Käfig der Freilaufkupplung abgestützt sind. Zu Erzielung einer einstückigen Bauweise bietet es sich an, die Abstandnocken an dem Kunststoffkäfig der Freilaufkupplung oder dem Kunststoffkäfig der Wälzkörper anzuspritzen.
Zur Schaffung einer Baueinheit umfasst die Freilaufeinrichtung einen Innenring sowie einen Außenring, die übereinstimmend spanlos aus Blech hergestellt sind. Die auch als Innenhülse bzw. Außenhülse zu bezeichnenden Bauteile schließen dabei zumindest einen rechtwinklig abgekanteten Bord ein.
Ein bevorzugter Aufbau sieht vor, dass die Wälzlager der Freilaufeinrichtung jeweils außen an Borden des Außenrings bzw. der Außenhülse axial geführt sind. Eine definierte Einbaulage des Außenrings wird dabei sichergestellt, indem ein Bord des Außenrings an einem Bord des Innenrings abgestützt ist.
Die kompakte Baueinheit der erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung unterstreichend, schließt diese weiterhin Abdichtelemente ein, wodurch das Bauteil, in dem die Freilaufeinrichtung integriert ist keine separate Abdichtung erfordert. Aufgrund des vergrößerten Schmierstoffreservoirs kann durch den erfindungemäßen Aufbau die Abdichtung innerhalb der Freilaufeinrichtung integriert werden. Dazu sind bevorzugt dem Außenring unmittelbar beidseitig Dichtringe zugeordnet. Eine exakte Einbaulage der Dichtringe kann dabei erreicht werden, in dem diese in eine Bördelstufe des Außenrings eingelegt werden, die durch ein nachfolgendes Bördeln des Außenringbordes lagefixiert werden. Im Einbauzustand stützt sich eine elastische Dichtlippe des Dichtrings kraftschlüssig an einer Mantelfläche des Innenrings ab, zur Schaffung einer beidseitig wirksamen Abdichtung der Freilaufeinrichtung.
Alternativ zu einer innerhalb der Freilaufeinrichtung integrierten Abdichtung bietet es sich an, elastische Abdichtelemente an den freien Enden von den Borden des Außenrings anzuordnen, die einen sich einstellenden Ringsspalt zwischen den Borden des Außenrings und der Mantelfläche des Innenrings wirksam abdichten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand von 5 Figuren dargestellt, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, welche nachfolgend erläutert werden. Es zeigen:
1 in einer Einzelteilzeichnung eine erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung;
2 die Freilaufeinrichtung in eine Schnittansicht gemäß dem Verlauf 2-2 aus 1;
3 eine alternativ zu 1 gestaltete Freilaufeinrichtung, in der ein Dichtring integriert ist;
4 das Detail „X" aus 3 in einem vergrößerten Maßstab;
5 eine Freilaufriemenscheibe im Längsschnitt, in der eine Freilaufeinrichtung bekannter Bauart integriert ist.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Neugestaltung einer Freilaufeinrichtung 1a, die in einer bekannten Freilaufriemenscheibe 2 integriert ist, welche in 5 in einem Längsschnitt dargestellt ist. Die Freilaufriemenscheibe 2 steht beispielsweise mit einem in 5 nicht abgebildeten Generator oder einem Klimakompressor in Verbindung. Ein ebenfalls nicht abgebildetes Zugmittel, insbesondere ein Profilriemen verbindet die Freilaufriemenscheibe 2 mit einer Antriebsscheibe der Brennkraftmaschine. Ein entsprechendes Layout des Zugmitteltriebs kann beispielsweise der Druckschrift DE 36 10 415 A in 3 entnommen werden. Der Aufbau der Freilaufriemenscheibe 2 umfasst eine Laufscheibe 3, in deren Aufnahmebohrung 4 ein Zwischenring 5 eingepresst ist. Ein kreisringförmig gestalteter Einbauraum 6, der außenseitig von dem Zwischenring 5 und radial innen von einer Nabe 7 begrenzt ist, die zur Aufnahme der Freilaufeinrichtung 1a. Über ein Gewinde 8 ist die Nabe 7 formschlüssig mit einer Eingangswelle 17 versehen, die beispielsweise mit einem Generator oder einem Kompressor in Verbindung steht.
Die eine Baueinheit bildende Freilaufeinrichtung 1a schließt einen spanlos hergestellten, die Nabe 7 umschließenden Innenring 9 ein, sowie einen ebenfalls spanlos hergestellten, dem Zwischenring 5 zugeordneten Außenring 10. Die Freilaufeinrichtung 1a umfasst eine mittig angeordnete Freilaufkupplung 11a, der jeweils seitlich ein Wälzlager 12a, 12b zugeordnet ist. Klemmkörper 13 der Freilaufkupplung 11a wie auch die Wälzkörper 14a, 14b der Wälzlager 12a, 12b sind in vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten Käfigen 15, 16a, 16b formschlüssig eingesetzt und geführt. Der Aufbau der Freilaufeinrichtung 1a sieht außerdem vor, dass die Käfige 15, 16a, 16b der Freilaufkupplung 11a sowie der Wälzlager 12a, 12b gegenseitig abgestützt sind und außenseitig an radial nach innen gerichteten Borden 18a, 18b des Außenrings 10 geführt sind. Auf der von der Eingangswelle 17 abgewandten Seite bildet der Innenring 9 einen radial nach außen gerichteten Bord 19, der mit dem endseitigen Bord 18a des Außenrings 10 zusammenwirkt.
Zur Abdichtung des Einbauraums 6 auf der zur Eingangswelle 17 weisenden Seite ist ein in der Laufscheibe 3 eingesetzter Dichtring 20 vorgesehen, dessen elastische Dichtlippe kraftschlüssig auf einer Mantelfläche 22 des Innenrings 9 abgestützt ist. Zur Erzielung einer hohen Lebensdauer der Freilaufriemenscheibe 2 bzw. wartungsfreien Anordnung der Freilaufeinrichtung 1a ist die Größe des Schmierstoffreservoirs innerhalb der Freilaufeinrichtung 1a entscheidend. Durch die unmittelbare gegenseitige Abstützung der Käfige 15, 16a, 16b stellt sich jeweils ein nur begrenzter Vorratsraum 23a, 23b ein, der mit einem geeigneten Schmierstoff, insbesondere einem Fett gefüllt werden kann.
Die 1 bis 4 zeigen neue Gestaltungsmerkmale von Freilaufeinrichtungen 1b und 1c, wobei eine Vielzahl von Bauelementen der erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung 1b, 1c mit der in 5 abgebildeten Freilaufeinrichtung 1a übereinstimmen. Ähnliche Bauteile der Freilaufeinrichtungen sind daher mit übereinstimmenden Bezugsziffern versehen. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich auf die unterschiedlichen Gestaltungsmerkmale.
Die 1 zeigt die Freilaufeinrichtung 1b, die abweichend zur der Freilaufeinrichtung 1a gemäß 5 Käfige 25, 26a, 26b einschließt, die nicht über eine umlaufend geschlossene Kontaktfläche gegeneinander abgestützt sind. Anstelle dessen sind zwischen den Käfigen 25, 26a, 26b wie in 2 verdeutlicht, partiell angeordnete Abstütznocken 24a, 24b angeordnet. Vorteilhaft sind diese Abstütznocken 24a, 24b einstückig beidseitig an dem Käfig 25 der Freilaufkupplung 11 angespritzt und stützen sich über das freie Ende an dem Käfig 26a, 26b der Wälzlager 12a, 12b ab. Aufgrund der versetzten Abstandsnocken 24a, 24b bilden sich große für die Freilaufeinrichtung 1b, insbesondere für die Freilaufkupplung 11 zur Verfügung stehende Schmierstoffreservoirs, wodurch eine erhöhte Lebensdauer der Freilaufeinrichtung 1b realisierbar ist.
Die 3 und 4 beziehen sich auf die Freilaufeinrichtung 1c, die abweichend zu den Freilaufeinrichtungen 1a und 1b eine integrierte Abdichtung einschließt. Das erfindungsgemäße Konzept, bei dem zwischen der Freilaufkupplung 11 und den Wälzlagern 12a, 12b Abstütznocken 24a, 24b vorgesehen sind ermöglicht innerhalb der Freilaufeinrichtung 1c eine Abdichtung zu integrieren. Durch angepasste, d. h. verkürzte Abstütznocken 24a, 24b wird ein axialer Freiraum geschaffen, der die Anordnung einer Abdichtung zwischen dem Bord 18b und dem Wälzlager 12b ermöglicht. Die 4 die in einem vergrößerten Maßstab das Detail "X" gemäß 3 zeigt, verdeutlich den Aufbau der Abdichtung. Diese umfasst einen Dichtring 28, der in eine Bördelstufe 30 eingesetzt wird, bevor anschließend der Bord 18b durch ein rechtwinkliges Abkanten geformt wird. Der folglich lagefixierte Dichtring 28 bildet innenseitig eine elastische Dichtlippe 29, die kraftschlüssig an der Mantelfläche 22 des Innenrings 9 abgestützt ist. Der Dichtring 21 bewirkt eine wirksame Abdichtung eines sich zwischen dem Bord 18a und dem Innenring 9 einstellenden Ringspalts 31.

1a: Freilaufeinrichtung
1b: Freilaufeinrichtung
1c: Freilaufeinrichtung
2: Freilaufriemenscheibe
3: Laufscheibe
4: Aufnahmebohrung
5: Zwischenring
6: Einbauraum
7: Nabe
8: Gewinde
9: Innenring
10: Außenring
11: Freilaufkupplung
12a: Wälzlager
12b: Wälzlager
13: Klemmkörper
14a: Wälzkörper
14b: Wälzkörper
15: Käfig
16a: Käfig
16b: Käfig
17: Eingangswelle
18a: Bord
18b: Bord
19: Bord
20: Dichtring
21: Dichtlippe
22: Mantelfläche
23a: Vorratsraum
23b: Vorratsraum
24a: Abstandsnocken
24b: Abstandsnocken
25: Käfig
26a: Käfig
26b: Käfig
27a: Schmierstoffreservoir
27b: Schmierstoffreservoir
28: Dichtring
29: Dichtlippe
30: Bördelstufe
31: Ringspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19511188 A1 [0003]
- DE 3610415 A [0022]

Claims

Freilaufeinrichtung, die zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Aggregat, insbesondere einer Freilaufriemenscheibe (2) eines Zugmitteltriebs, in einem weitestgehend kreisringförmig gestalteten Einbauraum (6) zwischen einer Nabe (7) und einer Laufscheibe (3) integriert ist, wobei die Freilaufeinrichtung (1a, 1b, 1c) einen Innenring (9) und einen Außenring (10) umfasst, die jeweils zur Bildung von Wälzlagern (12a, 12b) Wälzkörper (14a, 14b), sowie eine Freilaufkupplung (11) einschließen, deren Einzelteile jeweils in einem Käfig (15, 16a, 16b) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaffung von einem Schmierstoffreservoir (27a, 27b) und zur Erzielung definierter Einbaulagen der Wälzlager (12a, 12b) und der Freilaufkupplung (11), zwischen dem Käfig (15) der Freilaufkupplung (11) und den Käfigen (16a, 16b) der Wälzlager (12a, 12b) Abstandsnocken (24a, 24b) vorgesehen sind.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, die beidseitig der Freilaufkupplung (11) zumindest zwei Abstandsnocken (24a, 24b) einschließt.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Käfig (15) der Freilaufkupplung (11) einstückig mit axial vorstehenden Abstandsnocken versehen ist, deren freie Enden an den Käfigen (16a, 16b) der Wälzlager (12a, 12b) abgestützt sind.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Käfige (16a, 16b) der Wälzlager (12a, 12b) jeweils einseitig axial vorstehende Abstandsnocken (24a, 24b) aufweisen, die mit dem freien Ende an dem Käfig (15) der Freilaufkupplung (11) abgestützt sind.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 3 oder nach Anspruch 4, bei der die axial vorstehenden Abstütznocken (24a, 24b) an den aus Kunststoff hergestellten Käfigen (15, oder 16a, 16b) zur Bildung einer einstückigen Baueinheit angespritzt sind
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, die zur Schaffung einer Baueinheit einen Innenring (9) sowie einen Außenring (10) einschließt, die übereinstimmend spanlos aus Blech hergestellt sind, wobei jeder Ring zumindest einen rechtwinklig in Richtung des benachbarten Rings abgekanteten Bord (18a, 18b, 19) einschließt.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Wälzlager (12a, 12b) über zugehörige Käfige (16a, 16b) an den Borden (18a, 18b) des Außenrings (10) axial geführt sind und weiterhin der Bord (18a) des Außenrings mit dem Bord (19) des Innenrings (9) zusammenwirkt.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, die zur Abdichtung eines sich zwischen dem Außenring (10) und dem Innenring (9) einstellenden Ringspaltes (31) einen Dichtring (28) einschließt.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, bei dem zur Abdichtung des Ringspaltes (31) ein unmittelbar mit dem Bord (18b) des Außenrings (10) zusammenwirkendes Dichtelement an der Mantelfläche (22) des Innenrings (9) abgestützt ist.