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Die
Erfindung betrifft eine Umlenkrolle für einen Endlosriementrieb,
mit einem Rollenkörper,
dem eine Lageraufnahme zugeordnet ist und mit einem der Lageraufnahme
zugeordneten Lager.
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Endlosriementriebe,
also Endlostriebe mit einem Riemen, werden in unterschiedlichen
Anwendungen zur Momentübertragung
von einem Abtriebsrad eines Antriebs auf ein Antriebsrad eines anzutreibenden
Elements genutzt. Dabei wirkt der Riemen mit den weiteren Elementen
des Endlosriementriebs, zum Beispiel Rollen oder Rädern, kraftschlüssig und/oder
formschlüssig
zusammen. Ein Endlosriementrieb dient zum Beispiel der Momentübertragung vom
Abtriebsrad einer Kurbelwelle als Antrieb auf das Antriebsrad einer
Nockenwelle als anzutreibendes Element. Um bei vorgegebener Anordnung
von Antrieb und anzutreibendem Element eine bestimmte Führungsbahn
des Endlosriementriebs zu erreichen, wird zum Beispiel in einem
Zugtrum des Endlosriementriebs eine Umlenkrolle angeordnet. Ergibt
sich eine Drehungleichförmigkeit
der Drehzahl des Antriebs- und/oder des Abtriebsrades bei der Momentübertragung,
so werden die aus der Drehungleichförmigkeit resultierenden Drehbeschleunigungen
auch auf die Umlenkrolle übertragen.
Insbesondere bei einem formschlüssigen
Riementrieb kommt es aufgrund der auftretenden Kräfte auf
die Flanken der den Formschluss bildenden Strukturen (zum Beispiel den
Zähnen
eines Zahnriemens) zu einem erhöhten Verschleiß des Riemens.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umlenkrolle für den Endlosriementrieb
bereitzustellen, die den Verschleiß des Riemens aufgrund von
auftretenden Drehungleichförmigkeiten
beim Endlosriementrieb vermeidet.
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Hierzu
ist vorgesehen, dass die Lageraufnahme das Lager im Schlupfsitz
aufnimmt. Damit die Drehungleichförmigkeiten des Endlosriementriebs nur
einen kleinen Teil der Umlenkrolle beschleunigen und/oder verzögerern,
wird das Lager durch Zulassen eines Schlupfs bezüglich dieser Drehungleichförmigkeiten
von der Lageraufnahme entkoppelt. Somit wird weniger Masse der Umlenkrolle
beschleunigt/verzögert.
Dadurch werden auch die resultierenden, den Riemen stark belastenden
Kräfte
und somit der Verschleiß des
Riemens reduziert. Die Drehungleichförmigkeiten und resultierenden
Drehbeschleunigungen wirken – bei
Ausnutzung dieses Schlupfs – nicht
auf das Lager, so dass des sen Massenträgheit nicht zum Verschleiß des Riemens
beiträgt.
Wird der Rollenkörper
so ausgestaltet, dass er möglichst
wenig Massenträgheit
aufweist, so werden die aus den Drehbeschleunigungen resultierenden
Kräfte
weiter reduziert. Der Einsatz einer solchen Umlenkrolle, deren Lageraufnahme
das Lager im Schlupfsitz aufnimmt, ist vorzugsweise bei einer Anordnung
der Umlenkrolle im Zugtrum des Endlosriementriebs vorteilhaft, insbesondere
wenn zwischen dem die Drehungleichförmigkeiten generierenden Element
(Antrieb oder anzutreibendes Element) und der Umlenkrolle kein Element
angeordnet ist, das eine hohe Massenträgheit aufweist.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drehpunkt
des Lagers exzentrisch versetzt zum Drehpunkt der Lageraufnahme liegt.
Dazu weist der Innenumfang der Lageraufnahme insbesondere einen
größeren Durchmesser
auf als der Außendurchmesser
des Lagers. Durch dieses „Auseinanderfallen" des Drehpunkts (der
Drehachse) des Lagers und des Drehpunkts (der Drehachse) der Lageraufnahme
kann die Lageraufnahme gegenüber dem
Lager im Berührpunkt
von Lageraufnahme und Lager verschwenkt werden, beziehungsweise
gegenüber
dem Lager hin- und herwippen. Durch ein solches Verschwenken können durch
die Drehungleichförmigkeiten
hervorgerufene hochfrequente Stöße der bei
der Momentübertragung
auf die Umlenkrolle aufgefangen werden, sodass der Verschleiß des Riemens
aufgrund von Drehungleichförmigkeiten
weiter reduziert wird.
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Mit
Vorteil ist vorgesehen, dass die Lageraufnahme das Lager axial abstützende Axialhaltemittel aufweist.
Diese können
zum Beispiel als die umlaufenden Außenkanten des Lagers übergreifende Strukturen
ausgebildet sein.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Axialhaltemittel
Ringstege sind. Die Ringstege übergreifen
beidseitig – zumindest
bereichsweise – einen
Außenbereich
des Lagers. In diesem Bereich befindet sich der Berührpunkt
zwischen der Lageraufnahme und dem Lager. Die Lageraufnahme bildet
mit ihren Ringstegen eine Aufnahmenut zur Aufnahme des Lagers.
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Weiterhin
ist mit Vorteil vorgesehen, dass auf der Lageraufnahme eine Lauffläche angeordnet
ist. Die Lauffläche
ist eine Mantelfläche
des Rollenkörpers,
die auf der Lageraufnahme angeordnet ist. Auf der Lauffläche läuft in einem
Umlenkbereich oder einem Umlenkpunkt der Endlosriementrieb über die Umlenkrolle.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lauffläche Zähne aufweist.
Somit ist der Rollenkörper
in Art eines Zahnrades, insbesondere eines Stirnrades ausgebildet.
Die Zähne der
Umlenkrolle kämmen
dabei insbesondere mit Zähnen
des als Zahnriemen ausgebildeten Riemen des Endlosriementriebs.
Die Zähne
der Umlenkrolle und die Zähne
des Endlosriementriebs bilden somit im Umlenkbereich oder im Umlenkpunkt
eine formschlüssige
Verbindung. Dazu ist die Umlenkrolle auf einer verzahnten Seite
des Endlosriementriebs angeordnet.
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Schließlich ist
mit Vorteil vorgesehen, dass die Umlenkrolle eine Spannrolle ist.
Eine als Spannrolle ausgebildete Umlenkrolle ist Teil einer Riemenspannvorrichtung
zum spannen des Riemens des Endlosriementriebs. Die Riemenspannvorrichtung bringt über die
Spannrolle eine Spannkraft auf den Riemen des Endlosriementriebs
auf, die diesen fest führt.
Dazu ist die Spannrolle an einem Exzenter der Riemenspannvorrichtung
in einer Schwenkachse drehbar gelagert. Der Exzenter ist dabei zum
Beispiel als verschwenkbar gelagerter Arm ausgebildet, wobei die
Drehachse der Spannrolle exzentrisch zur Schwenkachse liegt.
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Die
Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
und zwar zeigen:
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1 ein
Endlosriementrieb mit einer im Zugtrum des Endlosriementriebs angeordneten
Umlenkrolle,
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2 eine
Seitenansicht der Umlenkrolle der 1 und
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3 einen
Schnitt durch die Umlenkrolle entlang der in der 2 eingezeichneten
Ebene A-A.
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Die 1 zeigt
einen als Endlosriementrieb 1 ausgebildeten Endlostrieb
(Endlosumschlingungstrieb) 2, bei dem ein als Zahnrad 3 ausgebildetes
Abtriebsrad 4 eines Antriebs über einen als Zahnriemen 5 ausgebildeten
Riemen 6 mit einem als Zahnrad 7 ausgebildeten
Antriebsrad 8 eines anzutreibenden Elements verbunden ist.
Der Endlostrieb 2 in diesem Ausführungsbeispiel ist ein Endlosriementrieb 1 zur Steuerung
eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine durch einen Kurbeltrieb
der Brennkraftmaschine. Dabei ist der Kurbeltrieb der Antrieb und
der Ventiltrieb das anzutreibende Element. Das Abtriebsrad 4 ist
auf dem Kurbeltrieb (der Kurbelwelle) der Brennkraftmaschine angeordnet
und das Antriebsrad 7 auf einer Nockenwelle des Ventiltriebs.
Die Zähne 9 des als
Zahnrad 3 ausgebildeten Abtriebsrad 4 und die Zähne 9 des
als Zahnrad 6 ausgebildeten Antriebsrad 7 kämmen jeweils
mit den Zähnen 10 des
Zahnriemens 5 auf dessen Innenseite 11. Zwischen
dem Abtriebsrad 4 und dem Antriebsrad 7 ist auf
der Innenseite 11 des Riemens 6 an einem Zugtrum 12 des Endlostriebs 2 eine
Umlenkrolle 13 angeordnet. Auf der der Innenseite 11 des
Zugtrums 12 gegenüberliegenden
Außenseite 14,
die keine Zähne
aufweist, ist zwischen dem Abtriebsrad 4 des Antriebs und
der Umlenkrolle 13 eine weitere Rolle 15 angeordnet. Diese
Rolle 15 weist eine glatte Mantelfläche 16 auf, so dass
eine rein kraftschlüssige
Verbindung zwischen der Rolle 15 und dem Riemen 6 des
Endlostriebs 2 besteht. Die auf der Innenseite 11 angeordnete
Umlenkrolle 13 weist einen Rollenkörper 17 auf, dem eine
Lageraufnahme 18 zur Aufnahme eines zugeordneten Lagers 19 zugeordnet
ist. Über
das Lager 19 ist die Umlenkrolle 13 drehbar und
gehäusefest
mit der Brennkraftmaschine verbunden.
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Die 2 zeigt
eine Seitenansicht der Umlenkrolle 11 im Detail, die im
Wesentlichen der Seitenansicht der 1 entspricht.
Die 3 zeigt einen Schnitt durch die Umlenkrolle 11 entlang
der in der 2 eingezeichneten Ebene A-A.
Das als Wälzlager 20 ausgebildete
Lager 19 weist einen Innenring 21, einen Außenring 22 mit
zwischen dem Innenring 21 und dem Außenring 22 angeordneten
Wälzkörpern 23 auf.
Das Lager 19 ist mit seinem Innenring 21 fest
auf einer gehäusefesten
Welle 24 gelagert. Es ergibt sich ein Drehpunkt 25 beziehungsweise
eine entsprechende Drehachse des Lagers 19, die der Mittelachse
der Welle 24 entspricht. Ein Außenbereich 26 des
Lagers 19 am Außenring 22 ist
zumindest bereichsweise in der Lageraufnahme 18 im Schlupfsitz
aufgenommen. Zur axialen Abstützung des
Lagers 19 gegenüber
der Lageraufnahme 16 weist diese an ihren axial gegenüberliegenden
Enden 27, 28 jeweils ein das Lager 19 axial
abstützendes
Axialhaltemittel 29 auf. Diese Axialhaltemittel 29 sind
als radial nach innen weisende Ringstege 30 ausgebildet.
Am Außenumfang
des Rollenkörpers 17 (beziehungsweise
der Lageraufnahme 18) ist eine Lauffläche 31 angeordnet,
die die Zähne 10 aufweist.
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Der
Durchmesser (Innenumfang) I der Lageraufnahme 18 ist größer als
der Durchmesser (Außenumfang)
D des Lagers 19. Aufgrund des unterschiedlichen Durchmessers
D, I des Lagers 19 und der Lageraufnahme 18 nimmt
die Lageraufnahme 18 das Lager 19 im Schlupfsitz
auf und ermöglicht
einen Schlupf der Lageraufnahme 18 gegenüber dem
Lager 19. Da nur ein kleiner Winkelbereich (ein Umlenkbereich)
der Umlenkrolle 13 von dem Zahnriemen 5 umschlungen
ist – wie 1 zeigt – ergibt
sich ein definierter Berührpunkt 32 beziehungsweise
eine axial verlaufende Berührlinie,
in dem das Lager 19 die Lageraufnahme 18 berührt. Der
Unterschied der Durchmesser D, I ist in den Figuren 1 bis 3 extrem groß, die Höhe/Länge des
Ringstegs hingegen sehr klein dargestellt, was lediglich der deutlichen
Illustration dient. Der Außenbereich
des Lagers 19 ist alternativ von der Lageraufnahme 18 vollumfänglich aufgenommen.
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Es
ergibt sich folgende Funktion der Umlenkrolle 13, deren
zugeordnete Lageraufnahme 18 das Lager 19 im Schlupfsitz
aufnimmt: Durch die Drehungleichförmigkeiten der Drehbewegung
des Antriebsrades 7, beziehungsweise des Abtriebsrades 4,
ergeben sich zum Beispiel bei einer im Mittel konstanten Drehzahl
zusätzliche
Drehbeschleunigungen, die auf die Umlenkrolle 13 übertragen
werden. Da die Umlenkrolle 13 ein Massenträgheitsmoment
besitzt, ergeben sich resultierende Kräfte auf die Flanken der Zähne 10 der
Umlenkrolle 13 und auf die Zähne 9 des Zahnriemens 5.
Durch diese Kräfte
auf die Zähne 9 des
Zahnriemens 5 kommt es zu einem erhöhten Verschleiß des Zahnriemens 5.
Um diesen Verschleiß zu
reduzieren wird das Massenträgheitsmoment
des Rollenkörpers 17 durch
Wahl eines Materials mit geringer Dichte gering gehalten. Der Rollenkörper 17 besteht
daher insbesondere aus einem Material geringer Dichte, vorzugsweise
einem Kunststoff. Weiterhin wird der Rollenkörper 17 vom Lager 19 durch
den Schlupf zwischen Lager 19 und Lageraufnahme 18 bezüglich der
Drehungleichförmigkeiten
entkoppelt. Durch den Schlupfsitz des Lagers 19 in der
Lageraufnahme 18 wird erreicht, dass die Drehungleichförmigkeiten
lediglich die Lageraufnahme 18 beschleunigen und/oder verzögern. Da
die Lageraufnahme 18 ein geringes Massenträgheitsmoment aufweist,
ergeben sich nur geringe Kräfte
auf die Zähne 9 des
Zahnriemens 5. Um diese Kräfte auf die Zähne 9 weiter
zu reduzieren, ist der Drehpunkt 25 des Lagers 19 exzentrisch
versetzt zu einem sich aus dem Innendurchmesser I und dem Berührpunkt 32 ergebenen
Drehpunkt 33 der Lageraufnahme 18. Dies ermöglicht ein
Kippen beziehungsweise Verschwenken und Pendeln der Lageraufnahme 18 um den
Berührpunkt 32 zwischen
Lager 19 und Lageraufnahme 18. Durch dieses Verschwenken
der Lageraufnahme 18 im vom Umlenkbereicht vorgegebenen Berührpunkt 32 werden
die Kräfte
aufgrund der die Lageraufnahme beschleunigenden und/oder verzögernden
Drehungleichförmigkeiten
weiter reduziert.
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In
einer alternativen – hier
nicht dargestellten – Ausgestaltung
der Umlenkrolle 13 ist diese als Spannrolle ausgebildet.
Dazu ist die als Spannrolle ausgebildete Umlenkrolle 13 nicht
auf einer gehäusefesten
Welle 24, sondern an einer auf einem gegen den Endlosumschlingungstrieb 2 vorgespannten
Exzenter gelagerten Welle drehbar gelagert. Der Exzenter ist zum
Beispiel ein in einem gehäusefesten Drehpunkt
verschwenkbar gelagerter Hebel, der die Welle zur drehbaren Lagerung
der Spannrolle beabstandet zum Drehpunkt aufweist.
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- 1
- Riementrieb
- 2
- Endlostrieb
- 3
- Zahnrad
- 4
- Abtriebsrad
- 5
- Zahnriemen
- 6
- Riemen
- 7
- Zahnrad
- 8
- Antriebsrad
- 9
- Zahn
- 10
- Zahn
- 11
- Innenseite
- 12
- Zugtrum
- 13
- Umlenkrolle
- 14
- Außenseite
- 15
- Rolle
- 16
- Mantelfläche
- 17
- Rollenkörper
- 18
- Lageraufnahme
- 19
- Lager
- 20
- Wälzlager
- 21
- Innenring
- 22
- Außenring
- 23
- Wälzkörper
- 24
- Welle
- 25
- Drehpunkt
(Lager)
- 26
- Außenbereich
- 27
- Ende
- 28
- Ende
- 29
- Axialhaltemittel
- 30
- Ringsteg
- 31
- Lauffläche
- 32
- Berührpunkt
- 33
- Drehpunkt
(Lageraufnahme)
- D,I
- Durchmesser