DE102007056699A1

DE102007056699A1 - Triebrad eines Nebenaggregatezugs eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102007056699A1
Application number: DE200710056699
Authority: DE
Inventors: Uwe Michael
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-11-24
Filing date: 2007-11-24
Publication date: 2009-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Triebrad (1) eines Nebenaggregatzugs eines Verbrennungsmotors, mit einem mit einem Zugmittel in Wirkverbindung stehenden Laufmantel (2), mit einer mit der Antriebsachse eines Nebenaggregats drehfest verbundenen Nabe (3) und mit einer zwischen dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) wirksam angeordneten Dämpfungseinrichtung (4) zur Verminderung von Drehschwingungen, wobei die Dämpfungseinrichtung (4) einen Federspeicher (5) umfasst, der zwischen dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) wirksam angeordnet ist, wobei der Federspeicher (5) mindestens ein in einer bogenförmig ausgebildeten und zwischen dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) ausgebildeten Aufnahme (6) angeordnetes Federelement (7) aufweist und wobei das Federelement (7) mit seinen Enden (8, 9) an Endanschlägen (10, 11, 12, 13) der Aufnahme (6) anliegt, die an zwei verschiedenen Umfangspositionen des Laufmantels (2) und der Nabe (3) angeordnet sind. Um die Reibung des Federelements in der bogenförmgien Aufnahme zu vermindern, sieht die Erfindung vor, dass mindestens ein Stützelement (14) im Bereich der Umfangserstreckung des Federelements (7) zwischen den Enden (8, 9) des Federelements (7) angeordnet ist, das das Federelement (7) radial abstützt und das seinerseits von mindestens einem Führungselement (15, 16) radial abgestützt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Triebrad eines Nebenaggregatezugs eines Verbrennungsmotors, mit einem mit einem Zugmittel in Wirkverbindung stehenden Laufmantel, mit einer mit der Antriebsachse eines Nebenaggregats drehfest verbundenen Nabe und mit einer zwischen dem Laufmantel und der Nabe wirksam angeordneten Dämpfungseinrichtung zur Verminderung von Drehschwingungen, wobei die Dämpfungseinrichtung einen Federspeicher umfasst, der zwischen dem Laufmantel und der Nabe wirksam angeordnet ist, wobei der Federspeicher mindestens ein in einer bogenförmig ausgebildeten und zwischen dem Laufmantel und der Nabe ausgebildeten Aufnahme angeordnetes Federelement aufweist und wobei das Federelement mit seinen Enden an Endanschlägen der Aufnahme anliegt, die an zwei verschiedenen Umfangspositionen des Laufmantels und der Nabe angeordnet sind.
Hintergrund der Erfindung
Zur Vermeidung unerwünschter Drehschwingungen innerhalb eines Nebenaggregatezugs eines Verbrennungsmotors sind Triebräder der genannten Art bekannt. Derartige Triebräder werden beispielsweise in der DE 10 2005 029 351 A1 , in der DE 42 25 304 A1 , in der JP 2005 282659 A und in der EP 0 782 674 B1 beschrieben.
In der genannten DE 42 25 304 A1 ist ein scheibenförmiges Bauteil für einen Riementrieb beschrieben, insbesondere zum Antrieb eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine, das auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine befestigbar ist. Dabei enthält das scheibenförmige Bauteil eine Dämpfungseinrichtung, die zwischen einem an der Kurbelwelle befestigbaren Eingangsteil und einem relativ dazu verdrehbaren Ausgangsteil vorgesehen ist, wobei Eingangs- und Ausgangsteil über eine Wälzlagerung zueinander verdrehbar sind.
Die DE 10 2005 029 351 A1 zeigt ein Triebrad zum Antreiben eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einer Dämpfungseinrichtung, wobei das Triebrad mit einer Welle gekoppelt ist und wobei die Dämpfungseinrichtung einen ohne Schmiermittel arbeitenden Torsions-Schwingungsdämpfer umfasst.
Beim Einsatz der vorbekannten drehelastischen Übertragungselemente, beispielsweise im Riementrieb der Nebenaggregate von Kfz-Verbrennungsmotoren, werden oft zur Erzeugung der benötigten Elastizität Rundbogenfederpakte eingesetzt, wie sie auch in den genannten Schriften vorgesehen sind. Der häufigste Anwendungsfall ist dabei die schwingungstechnische Entkopplung der Kurbelwelle von der Kurbelwellenriemenscheibe. Die genannten Triebräder kommen aber auch beispielsweise bei der Generatorwellenentkopplung zum Einsatz.
Entsprechend dem Übersetzungsverhältnis sind an der Generatorriemenscheibe etwa drei Mal so große Schwingungsamplituden gegenüber der Kurbelwellenbewegung zu erwarten als im Falle der Kurbelwellenriemenscheibe. Um derart große Schwingungsamplituden aufnehmen zu können, müssen die Rundbogenfedern relativ große Winkel in einem Bogen überstreichen.
In nachteiliger Weise ergibt sich dadurch, dass die Federn zum Ausknicken neigen bzw. hohe Gegenkräfte von den bogenförmigen Federaufnahmen (d. h. von den Federführungen bzw. Federkanälen) aufgenommen werden müssen. Dies führt zu einer relativ hohen Reibung, die sich negativ auswirkt.
Die EP 0 782 674 B1 zeigt hierzu zwar eine Lösung, die allerdings recht aufwändig ist: Hier werden Lagerschalen in den Laufmantel eingesetzt, die eine Gleitfläche für Gleitschuhe bilden, die wiederum an den Windungen der Federn angeordnet werden.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Triebrad der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass eine Führung der Federelemente, insbesondere der Bogenfedern, in einfacher Weise so erfolgt, dass auch bei relativ großen Relativdrehbewegungen zwischen Laufmantel und Nabe des Triebrads die Neigung des Federelements zum Ausknicken und die Reibung des Federelements in seiner bogenförmigen Aufnahme bzw. Führung gering bleiben. Dadurch soll die Reibleistung zwischen den Federelementen und ihren bogenförmigen Aufnahmen gering bleiben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Stützelement im Bereich der Umfangserstreckung des Federelements zwischen den Enden des Federelements angeordnet ist, das das Federelement radial abstützt und das seinerseits von mindestens einem Führungselement radial abgestützt wird.
Das Federelement ist vorzugsweise als Schraubenfeder ausgebildet.
Das Stützelement kann plattenförmig ausgebildet sein. Dieses Plattenelement kann dann zwischen die Windungen der Feder eingebracht bzw. eingeschoben sein. Für eine gute Anlage des Stützelements an der Feder ist bevorzugt die Form des Stützelements an den Kontaktstellen mit dem Federelement kongruent zur Form des Federelements.
Das Führungselement ist mit Vorteil als Ring ausgeführt, der in einem Aufnahmeraum, insbesondere in einer Ringnut, in dem Laufmantel oder einem mit diesem verbundenen Bauteil angeordnet ist. Dabei sind gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zwei axial beabstandet angeordnete Ringe zur Abstützung des Stützelements vorgesehen. Die beiden Ringe können dabei in den axialen Endbereichen des Stützelements angeordnet sein; eine Alternative sieht vor, dass die beiden Ringe von den axialen Endbereichen des Stützelements entfernt angeordnet sind.
Der Ring ist bevorzugt in Umfangsrichtung drehbar in dem Aufnahmeraum, insbesondere in der Ringnut, gelagert. Er kann mindestens eine Ausnehmung für das Stützelement aufweisen. Die Breite der Ausnehmung in Umfangsrichtung kann der Breite des Stützelements entsprechen; dann ist das Stützelement an einer Umfangsstelle des Rings festgelegt. Die Breite der Ausnehmung in Umfangsrichtung kann auch größer sein als die Breite des Stützelements; in diesem Falle kann ein weiteres Stützelement in Umfangsrichtung verschiebbar zu einem ersten Stützelement am Ring angeordnet werden (die Bogenfeder wird in diesem Falle also mit mindestens zwei Stützelementen abgestützt).
Das Federelement besteht gemäß einer Fortbildung aus mehreren einzelnen Federteilen.
Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein einziges Stützelement mittig zwischen den Enden des Federelements in der bogenförmigen Aufnahme angeordnet ist.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass zwei (oder mehr) Stützelemente zwischen den Enden des Federelements in der bogenförmigen Aufnahme angeordnet sind. Die Abstände in Umfangsrichtung zwischen den Stützelementen und den Enden des Federelements sind in diesem Falle vorzugsweise jeweils gleich groß gewählt.
Das Stützelement besteht bevorzugt aus Aluminium oder Magnesium, es kann aber auch aus Kunststoff gefertigt sein. Das Führungselement besteht bevorzugt aus Stahl, Aluminium oder Magnesium.
Es können mindestens zwei parallel zueinander verlaufende Federelemente in der bogenförmig ausgebildeten Aufnahme angeordnet sein; in diesem Falle werden also mehrere Bogenfedern parallel zueinander angeordnet. Der Federspeicher kann schließlich zwei in zwei bogenförmig ausgebildeten Aufnahmen angeordnete Federelemente oder zwei Gruppen parallel zueinander verlaufende Federelemente aufweisen. Die beiden Federelemente bzw. Gruppen von Federelementen erstrecken sich dabei jeweils über knapp 180° Umfangswinkel.
Der Kerngedanke der Erfindung stellt also darauf ab, dass der mittlere Bereich des Federelements (vorzugsweise als Rundbogenfeder ausgebildet) mit dem genannten Führungselement abgestützt wird, das gegenüber den Endanschlägen an den Enden des Federelements beweglich ist. Das vorzugsweise ringförmige Führungselement kann der Bewegung des mittleren Teils der Federn folgen. Es tritt hier also keine Reibung auf.
Zur Aufnahme der Abstützkräfte wird das Kräftegleichgewicht unter Nutzung der Symmetrie der Bogenfeder angewendet. Zur Aufnahme der Reaktionskräfte des Stützelements aus der Führung der Bogenfedern kommen die genannten ring förmigen Führungselemente zum Einsatz, wenn das Stützelement zwischen den Federwindungen wirkt.
Mit dieser Ausgestaltung kann in zuverlässiger Weise sichergestellt werden, dass die Federelemente, insbesondere ausgebildet als Schraubenfedern, in einer solchen Weise in ihrer Aufnahme geführt werden, dass eine Abstützung im Mittenbereich der Feder erfolgt, was ohne Relativbewegung der Feder an der bogenförmigen Federaufnahme stattfindet. Demgemäß ist die Reibung der Feder in ihrer Aufnahme relativ gering und die Reibleistung folglich klein.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 eine geschnittene Darstellung der oberen Hälfte eines Triebrads eines Nebenaggregatezugs eines Verbrennungsmotors im Schnitt A-B gemäß 2 nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 die geschnittene Darstellung des Triebrads im Schnitt C-D gemäß 1,
3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in der zu 2 analogen Darstellung,
4 eine dritte Ausführungsform der Erfindung in der zu 1 analogen Darstellung,
5 eine vierte Ausführungsform der Erfindung in der zu 1 analogen Darstellung und
6 ein ringförmiges Führungselement zur radialen Abstützung eines Stützelements in der Vorderansicht.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 und 2 ist das Triebrad 1 eines Nebenaggregatezugs eines Verbrennungsmotors dargestellt, das als solches vorbekannt ist. Es wird auf die oben genannten Druckschriften verwiesen, wo derartige Triebräder beschrieben sind. Der Laufmantel 2 (Riemenscheibe, Pulley) weist eine Profilierung auf, die für das Zusammenwirken mit einem (nicht dargestellten) Keilriemen ausgebildet ist. Die Nabe 3 des Triebrads 1 ist drehfest mit einem schwingungsmäßig zu entkoppelnden Nebenaggregat des Verbrennungsmotors verbunden.
Das Triebrad 1 dämpft Torsionsschwingungen zwischen dem Laufmantel 2 und der Nabe 3. Hierfür ist eine Dämpfungseinrichtung 4 vorgesehen, deren zentraler Teil ein Federspeicher 5 ist, der vorliegend zwei Gruppen Federelemente 7 in Form von Schraubenfedern aufweist, die in bogenförmig ausgebildeten Aufnahmen 6 angeordnet sind, die zwischen dem Laufmantel 2 und der Nabe 3 ausgebildet sind.
Wie in 1 gesehen werden kann, liegen die beiden Enden 8 und 9 des Federelements 7 an Endanschlägen 10, 11, 12 und 13, die durch die bogenförmige Aufnahme 6 im Laufmantel 2 bzw. in der Nabe 3 gebildet werden. Demgemäß kann der Laufmantel 2 relativ zu der Nabe 3 Drehbewegungen in beiden Drehrichtungen ausführen, die jeweils zu einer Kompression des Federelements 7 führen.
Aus der Zusammenschau der 1 und 2 geht hervor, dass das Federelement 7 (oder genauer gesagt: drei parallel zueinander in der Aufnahme 6 angeordnete Schraubenfedern 7) etwa in der Mitte zwischen den Endanschlägen 10, 11, 12, 13 (in Umfangsrichtung U betrachtet) durch ein plattenförmiges Stützelement 14 radial abgestützt wird. Das Stützelement 14 ist in die Windung der Schraubenfeder 7 eingeschoben und dabei an den Kontaktstellen 17 und 18 (s. 1) zur Feder 7 kongruent, also passend ausgebildet.
Das Stützelement 14 stützt damit radial wirkende Kräfte des Federelements 7 ab, das ohne das Stützelement an der bogenförmigen Aufnahme 6 reibend anliegen würde. Demgemäß wird die Reibleistung vermindert.
Das Stützelement 14 seinerseits ist mittels zweier Führungselemente 15 und 16 (s. 2) in Ringform radial abgestützt. Die beiden Ringe 15, 16 sitzen in entsprechenden Aufnahmeräumen bzw. Ringnuten 19, 20 in einem an den Laufmantel 2 angrenzenden Bauteil bzw. im Laufmantel 2 selber.
Wie in 2 zu sehen ist, wird das Stützelement 14 durch die beiden als Führungselemente fungierenden Ringe 15, 16 geführt bzw. gestützt, die im axialen Endbereich des Stützelements 14 angeordnet sind.
In 3 ist eine hierzu alternative Lösung gezeigt, wonach die beiden Ringe 15, 16 nicht in den axialen Endbereichen des Stützelements 14, sondern im axial mittleren Bereich des Stützelements 14 angeordnet sind.
Die weitere alternative Lösung gemäß 4 zeigt, dass das Federelement 7 nicht zwingend einstückig sein muss. Hier sind zwei Federelemente 7' und 7'' aneinander angrenzend in der bogenförmigen Aufnahme 6 positioniert, wobei das Stützelement 14 zwischen den beiden Federn 7', 7'' angeordnet ist. Es ist also auch möglich, dass die Feder durch mehrere in Reihe geschaltete Federsegmente gebildet wird. Die Abstützung mittels des oder der Stützelemente 14 erfolgt dann an der Stelle der Unterteilung des Federelements 7. Aus einer langen durchgängigen Rundbogenfeder werden so mehrere kleinere Federsegmente. Die durchgängige Feder hat eine höhere Stabilität, insbesondere an der Stelle der Abstützung durch das Stützelement 14. Allerdings ist die Montage schwieriger als bei der Unterteilung der Feder in mehrere Federsegmente.
In 5 ist zu sehen, dass auch mehr als nur ein einziges Stützelement 14 pro bogenförmiger Aufnahme 6 vorgesehen werden kann. Hier sind zwei Stützelemente 14 platziert. Dabei ist der Abstand – in Umfangsrichtung U betrachtet – zwischen den Enden 8, 9 der Feder 7 und den Stützelementen 14 jeweils gleich.
Die Feder 7 wird hier also an mehreren Stellen (an zwei Stellen) des überstrichenen Bogens abgestützt. Hierfür sind vorzugsweise ringförmige Führungselemente 15, 16 vorgesehen, wie sie aus 6 hervorgehen. Der hier zu sehende Ring 15, 16 hat Ausnehmung 21, die der Breite des Stützelements 14 entsprechen. Ferner sind zwei Ausnehmungen 22 vorgesehen, die breiter als die Breite des Stützelements 14 ausgebildet sind.
Damit wird erreicht, dass nur um 180° versetzte (am Umfang gegenüberliegende) Stützelemente 14 über einen gemeinsamen Ring 15, 16 gekoppelt sind, wobei zur definierten Aufnahme der Stützelemente 14 die Aussparungen 21 vorgesehen sind. Da die anderen, in den größeren Ausnehmungen 22 platzierten Stützelemente 14 relativ zu denjenigen, die in den Ausnehmungen 21 angeordnet sind, Relativbewegungen in Umfangsrichtung U ausführen können, sind die Ausnehmungen 22 breiter ausgebildet. Die größeren Ausnehmungen 22 ermöglichen also die Relativbewegung (in Umfangsrichtung U) eines weiteren Paares Stützelemente 14 (die um ca. 60° versetzt positioniert sind). Dieses weitere Paar Stützelemente 14 könnte auch durch ein separates Paar Führungselemente 15, 16 abgestützt werden.
Die Federn 7 sind so reibungsarm in ihren bogenförmigen Aufnahmen 6 geführt, wenngleich sie in der Regel auch teilweise noch Kontakt zur Wandung der Aufnahme 6 haben werden und so mit geringer Neigung zum Ausknicken geführt werden.

1: Triebrad
2: Laufmantel
3: Nabe
4: Dämpfungseinrichtung
5: Federspeicher
6: bogenförmige Aufnahme
7: Federelement
7', 7'': Federelement
8: Ende des Federelements
9: Ende des Federelements
10: Endanschlag
11: Endanschlag
12: Endanschlag
13: Endanschlag
14: Stützelement
15: Führungselement
16: Führungselement
17: Kontaktstelle
18: Kontaktstelle
19: Aufnahmeraum (Ringnut)
20: Aufnahmeraum (Ringnut)
21: Ausnehmung
22: Ausnehmung
U: Umfangsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005029351 A1 [0002, 0004]
- DE 4225304 A1 [0002, 0003]
- JP 2005282659 A [0002]
- EP 0782674 B1 [0002, 0008]

Claims

Triebrad (1) eines Nebenaggregatezugs eines Verbrennungsmotors, mit einem mit einem Zugmittel in Wirkverbindung stehenden Laufmantel (2), mit einer mit der Antriebsachse eines Nebenaggregats drehfest verbundenen Nabe (3) und mit einer zwischen dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) wirksam angeordneten Dämpfungseinrichtung (4) zur Verminderung von Drehschwingungen, wobei die Dämpfungseinrichtung (4) einen Federspeicher (5) umfasst, der zwischen dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) wirksam angeordnet ist, wobei der Federspeicher (5) mindestens ein in einer bogenförmig ausgebildeten und zwischen dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) ausgebildeten Aufnahme (6) angeordnetes Federelement (7) aufweist und wobei das Federelement (7) mit seinen Enden (8, 9) an Endanschlägen (10, 11, 12, 13) der Aufnahme (6) anliegt, die an zwei verschiedenen Umfangspositionen des Laufmantels (2) und der Nabe (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Stützelement (14) im Bereich der Umfangserstreckung des Federelements (7) zwischen den Enden (8, 9) des Federelements (7) angeordnet ist, das das Federelement (7) radial abstützt und das seinerseits von mindestens einem Führungselement (15, 16) radial abgestützt wird.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) als Schraubenfeder ausgebildet ist.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (14) plattenförmig ausgebildet ist.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Stützelements (14) an den Kontaktstellen (17, 18) mit dem Federelement (7) kongruent zur Form des Federelements (7) ist.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (15, 16) als Ring ausgeführt ist, der in einem Aufnahmeraum (19, 20), insbesondere in einer Ringnut, in dem Laufmantel (2) oder einem mit diesem verbundenen Bauteil angeordnet ist.
Triebrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei axial beabstandet angeordnete Ringe (15, 16) zur Abstützung des Stützelements (14) angeordnet sind.
Triebrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringe (15, 16) in den axialen Endbereichen des Stützelements (14) angeordnet sind.
Triebrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringe (15, 16) von den axialen Endbereichen des Stützelements (14) entfernt angeordnet sind.
Triebrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (15, 16) in Umfangsrichtung drehbar in dem Aufnahmeraum (19, 20), insbesondere in der Ringnut, gelagert ist.
Triebrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (15, 16) mindestens eine Ausnehmung (21, 22) für das Stützelement (14) aufweist.
Triebrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Ausnehmung (21) in Umfangsrichtung der Breite des Stützelements (14) entspricht.
Triebrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Ausnehmung (22) in Umfangsrichtung größer ist als die Breite des Stützelements (14).
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) aus mehreren einzelnen Federteilen besteht.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Stützelement (14) mittig zwischen den Enden (8, 9) des Federelements (7) in der bogenförmigen Aufnahme (6) angeordnet ist.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Stützelemente (14) zwischen den Enden (8, 9) des Federelements (7) in der bogenförmigen Aufnahme (6) angeordnet sind.
Triebrad nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände in Umfangsrichtung zwischen den Stützelementen (14) und den Enden (8, 9) des Federelements (7) jeweils gleich groß sind.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (14) aus Aluminium oder Magnesium besteht.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (14) aus Kunststoff besteht.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (15, 16) aus Stahl, Aluminium oder Magnesium besteht.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei parallel zueinander verlaufende Federelemente (7) in der bogenförmig ausgebildeten Aufnahme (6) angeordnet sind.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Federspeicher (5) zwei in zwei bogenförmig ausgebildeten Aufnahmen (6) angeordnete Federelemente (7) oder zwei Gruppen parallel zueinander verlaufende Federelemente (7) aufweist.