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Die
Erfindung betrifft eine schwingungsentkoppelte Riemenscheibe nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Schwingungsentkoppelte
Riemenscheiben werden u. a. an Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt,
um Drehschwingungen einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle,
der Verbrennungskraftmaschine von der Riemenscheibe und einen damit
verbundenen Riementrieb, zum Beispiel für Aggregate wie
Lichtmaschine, Wasserpumpe usw., von Anregungseinflüssen
der Welle zu entkoppeln. Schwingungsentkoppelte Riemenscheiben können
auch mit Drehschwingungsdämpfern kombiniert werden, um gleichzeitig
die Drehschwingungen der Welle zu dämpfen.
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Beispiele
zur Illustration solcher schwingungsentkoppelter Riemenscheiben
zusammen mit Drehschwingungsdämpfern beschreiben die Dokumente
EP 1266152 B1 ,
US 6,026,709 A und
US 5,637,041 A .
Problematisch an den bekannten Konstruktionen ist, dass die Entkopplung
insbesondere bei Verbrennungskraftmaschinen mit Start-Stop-Automatik
(SSA) schnell die Grenze ihrer Dauerfestigkeiterreichen kann.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine schwingungsentkoppelte
Riemenscheibe zu schaffen, mit der dieses Problem behoben wird.
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Die
Aufgabe wird durch eine schwingungsentkoppelte Riemenscheibe mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 und auch mit den Merkmalen des Anspruchs
2 gelöst.
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Mit
dem Gegenstand des Anspruchs 1 wird vorteilhaft erreicht, dass im
unteren Drehzahlbereich (niedrige Leerlaufdrehzahl) einer Verbrennungskraftmaschine,
mit deren Kurbelwelle die schwingungsentkoppelte Riemenscheibe verbunden
ist, diese eine steife Ankopplung zum Motor aufweist, wohingegen
im Arbeitsbereich, d. h. bei höheren Drehzahlen, die schwingungsentkoppelte
Riemenscheibe eine weiche Ankopplung bietet. Eine derartige Charakteristik
ist besonders vorteilhaft, um eine gute Schwingungsisolation der
Riemenscheibe im Motorbetrieb zu erreichen.
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Besonders
vorteilhaft ist dabei die Ausgestaltung des nebengeordneten – aber
auch auf Anspruch 1 zurückbeziehbaren, Anspruchs 2, da
diese einen besonders dauerhaft sicheren Betrieb garantiert.
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Insbesondere
zeichnet sich die schwingungsentkoppelte Riemenscheibe durch eine
Stahlfederentkopplung aus, die sich für den Start-Stop-Automatik-Betrieb
der Verbrennungskraftmaschine gut eignet und gegenüber
dem Stand der Technik eine höhere Lebensdauer aufweist.
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Die
Erfindung sieht vor, die Riemenscheibe mit einem Tragelement zu
koppeln, welches vorzugsweise Bestandteil eines Flansches ist, der
mit der Kurbelwelle verbindbar ist. Dadurch wird eine besonders
einfache Gestaltung des Flansches und des gesamten Aufbaus ermöglicht.
An dem Flansch kann gleichzeitig ein Drehschwingungsdämpfer
zur Dämpfung von Drehschwingungen der Kurbelwelle angebracht
sein.
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Die
Kopplung wird mittels zumindest eines Entkopplungselementes realisiert,
welches zumindest eine Stahlfeder aufweist. Diese Stahlfeder kann in
unterschiedlichen Ausführungen gestaltet sein, wie zum
Beispiel aus Stahldraht oder Federblättern. Alle diese
Systeme nutzen das Prinzip der Ausknickung, um eine degressive Federkennlinie
aufzuweisen. Diese Systeme können zum Beispiel auch geometrisch
nichtlineare Anordnungen aufweisen, wie beispielsweise eine schräg
eingebaute Schraubendruckfeder. Es ist aber auch möglich,
dass verschiedene Federtypen kombiniert werden, wie zum Beispiel
Schraubendruckfedern und Blattfedern. Ebenso ist es sinnvoll, eine
Feder mit einer linearen Federkennlinie mit einer Feder mit einer
nichtlinearen Federkennlinie zu kombinieren. Dadurch kann die resultierende
Federkennlinie des Entkopplungselementes den Erfordernissen vorteilhaft
angepasst werden.
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In
einer alternativen Ausführung ist das zumindest eine Entkopplungselement
als Drehfeder zwischen den Drehmomentabstützungen auf einer spiralförmigen
Bahn angeordnet.
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In
einer Ausführung sind die Drehmomentabstützungen
auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet, wobei sie Endpunkte
einer Sehne dieses gemeinsamen Teilkreises bilden. Hierbei ist es
in einer Ausführung vorgesehen, dass sich das zumindest eine
Entkopplungselement parallel zu der Sehne und/oder in einem Bogen
zu der Sehne mit zu den Drehmomentabstützungen abgebogenen
Enden erstreckt. Die abgebogenen Enden ermöglichen eine voreingestellte
Abknickrichtung des Entkopplungselementes, zum Beispiel radial nach
außen.
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Dazu
ist das zumindest eine Entkopplungselement innerhalb eines Innenraums
der Riemenscheibe angeordnet. Hierbei können die Ränder
der Riemenscheibe, die den Innenraum radial festlegen, als Anschlag
für ein Ausknicken des zumindest einen Entkopplungselementes
dienen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der gemeinsame
Teilkreis innerhalb eines Durchmesserbereiches eines Schwungrings
des Drehschwingungsdämpfers angeordnet ist. Hierdurch ergibt
sich eine günstige kompakte Anordnung.
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In
bevorzugter Ausführung ist außerdem vorgesehen,
dass das Lagerelement zur Lagerung der Riemenscheibe gegenüber
dem Flansch zwischen dem Tragelement und der Riemenscheibe als Axial- und
Radiallagerung angeordnet ist. Auch dieses ergibt einen vorteilhaft
kompakten Aufbau.
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Die
Erfindung wird nun anhand einer beispielhaften Ausführung
mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher
erläutert. Hierbei zeigen:
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1 einen
radialen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen schwingungsentkoppelten
Riemenscheibe;
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2 eine
gedrehte Draufsicht auf die Riemenscheibe nach 1;
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3 eine
perspektivische Ansicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen schwingungsentkoppelten
Riemenscheibe;
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4 eine
perspektivische, vergrößerte Ansicht eines Entkopplungselementes
nach 3;
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5 eine
Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
schwingungsentkoppelten Riemenscheibe; und
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6 eine
Draufsicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
schwingungsentkoppelten Riemenscheibe.
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Bauteile
mit gleichen oder ähnlichen Funktionen sind in den Figuren
mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 stellt
einen radialen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen schwingungsentkoppelten
Riemenscheibe 5 dar.
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In
diesem ersten Ausführungsbeispiel ist die schwingungsentkoppelte
Riemenscheibe 5 mit einem Drehschwingungsdämpfer 1 gekoppelt.
Der Drehschwingungsdämpfer 1 besitzt einen Schwungring 2,
der in einer Viskoseflüssigkeit innerhalb eines Gehäuses
angeordnet ist. Der Drehschwingungsdämpfer ist über
eine Scheibe 11, mit der er zum Beispiel über
Schweißungen verbunden ist, mit einem Verbindungsabschnitt 12 eines
Tragelementes 4 gekoppelt, zum Beispiel durch Punktschweißung.
Tragelement 4 und Scheibe 11 bilden eine Einrichtung
zur Verbindung mit einer Kurbelwelle, insbesondere einen Flansch 3 zur
Verbindung mit einer Kurbelwelle, mit einer Öffnung 13,
zum Beispiel zur Verbindung mit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine.
Der Drehschwingungsdämpfer 1 dämpft die Drehschwingung
der Kurbelwelle in bekannter Weise.
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Auf
dem Tragelement 4 ist über ein Lagerelement 6 in
Ausbildung als Radial-/Axiallager die Riemenscheibe 5 gelagert
angeordnet. Sie ist gegenüber dem Tragelement 4 und
somit dem damit verbundenen Flansch 3 und Drehschwingungsdämpfer 1 relativ
verdrehbar.
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Die
Riemenscheibe 5 besitzt einen Innenraum, der radial durch
eine Riemenlauffläche und axial durch einen scheibenartigen
Boden der Riemenscheibe 5 festgelegt ist. Innerhalb dieses
Innenraums sind Entkopplungselemente 7 angeordnet, welche
ein schwingungsentkoppelte Verbindung zwischen dem Tragelement 4 und
der Riemenscheibe 5 bilden. Dazu sind die Entkopplungselemente 7 jeweils
mit einem Ende über eine erste Drehmomentabstützung 8 an
dem Tragelement 4 und jeweils mit einem anderen Ende über
eine zweite Drehmomentabstützung 9 an dem scheibenartigen
Boden der Riemenscheibe 5 angebracht.
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In
diesem Beispiel bestehen die Entkopplungselemente 7 aus
Stahlfedern, insbesondere Stahlfederdraht, der an den Enden der
Entkopplungselemente 7 jeweils um eine Drehmomentabstützung 8, 9 herum
gewickelt ist, um eine jeweilige Befestigung zu bilden.
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Eine
Draufsicht auf die Riemenscheibe 5 von in ihren Innenraum
her zeigt 2. Hieraus ist zu ersehen, dass
die Entkopplungselemente 7 in dreifacher Anordnung vorhanden
sind und jeweils zwei parallel verlaufende Stahlfederdrahtwicklungen
besitzen. Die ersten Drehmomentabstützungen 8 sind
auf dem Tragelement 4 in einem kleinen radialen Abstand
zur Riemenlauffläche der Riemenscheibe 5 angeordnet.
Dabei liegen sie im Bereich des Schwungrings 2 des Drehmomentschwingungsdämpfers 1 (siehe
auch 1). Die zweiten Drehmomentabstützungen 9 sind
auf dem scheibenartigen Boden der Riemenscheibe 5 angeordnet,
die in diesem Bereich in diesem Beispiel Ausnehmungen 15 aufweist,
in welchen die ersten Drehmomentabstützungen 8 platziert
sind und sich relativ zu den zweiten Drehmomentabstützungen 9 verdrehen
können. Hierbei liegen die ersten und zweiten Drehmomentabstützungen 8 und 9 auf
einem gemeinsamen Teilkreis 10.
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Jeweils
eine erste und zweite Drehmomentabstützung 8 und 9 ist
durch ein Entkopplungselement 7 verbunden. Eine gedachte
Verbindungslinie der jeweiligen ersten und zweiten Drehmomentabstützung 8 und 9 ist
eine Sehne des Teilkreises 10, an deren Endpunkten jeweils
die ersten und zweiten Drehmomentabstützung 8 und 9 angeordnet
sind. Die Entkopplungselemente 7 verlaufen hier in diesem
Ausführungsbeispiel parallel zu dieser jeweiligen Sehne
in einem radialen Abstand nach außen hin, sind in ihrem
mittleren Bereich leicht nach außen gebogen (mit einem
relativ zu dem Teilkreis größeren Radius), wobei
ihre Enden zu den Drehmomentabstützungen 8, 9 hin
mit einem kleineren Radius hin abgebogen sind. Dadurch wird eine
Ausknickung radial nach außen hin ermöglicht,
die durch den Rand der Riemenscheibe 5, auf welchem die
Riemenlauffläche angeordnet ist, begrenzt. Das Prinzip
dieser Ausknickung ermöglicht hier eine degressive Federkennline
der Entkopplungselemente 7.
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Tragelement 4 und
Scheibe 11 bilden einen einfach herzustellenden Flansch 3 zum
Beispiel aus kostengünstigen Stanzformteilen aus Metallblech.
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3 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der schwingungsentkoppelten
Riemenscheibe 5 mit drei Entkopplungselementen 7,
die hier aus einem gewickelten Federbandstahl bestehen. Die Enden dieser
Entkopplungselemente 7 sind mit angepassten Halterungen
versehen, die in den Drehmomentabstützungen 8, 9 (hier
auf gemeinsamen Teilkreis) verschwenkbar gehalten sind. Die Entkopplungselemente 7 dieses
zweiten Ausführungsbeispiel sind so gestaltet, dass sie
sowohl radial nach außen als auch radial nach innen ausknickbar
sind. Durch Dimensionierung von Wicklungszahl und Federbandstärke
sowie Federwerkstoff ist ein weiter Einsatzbereich möglich.
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4 zeigt
eine vergrößerte Darstellung eine solchen Entkopplungselementes 7.
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In 5 ist
ein drittes Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe 5 dargestellt.
Das Tragelement 4 ist hier in dreiarmiger Gestalt ausgebildet,
wobei an den äußeren Enden der drei Arme jeweils
eine Drehmomentabstützung 8 für jeweils
ein erstes Entkopplungselement 7 in Blattfederausführung
angeordnet ist. Die jeweils korrespondierende Drehmomentabstützung 9 ist ähnlich
wie in 2 an dem Boden der Riemenscheibe 5 angebracht.
Diese Drehmomentabstützungen 8, 9 für
die Blattfedern befinden sich auf unterschiedlichen Teilkreisen 10 und 10a,
wobei sich deren Radien nur gering unterscheiden. Die Drehmomentabstützungen 8, 9 liegen
bezogen auf einen Mittelpunkt der Riemenscheibe 5 in einem
Winkel von ca. 45° bis 90° auseinander.
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Eine
zweite Federart, nämlich eine Schraubendruckfeder, ist
für weitere Entkopplungselemente 7' eingesetzt,
welche hier schräg verlaufend zwischen zwei weiteren Drehmomentabstützungen 8' und 9' angeordnet
ist, die bezogen auf den Mittelpunkt der Riemenscheibe 5 in
einem relativ kleinen Winkel auseinander liegen, zum Beispiel im
Bereich von 10° bis 45°, wodurch sich eine schräge
Anordnung dieser Entkopplungselemente 7' ergibt. Die Schraubendruckfedern 7' sind
hier zwischen Drehmomentabstützungen 9' im Rand
der Riemenscheibe 5 und Drehmomentabstützungen 8' zwischen
den Armen des Tragelementes 4 angeordnet. Diese Drehmomentabstützungen 8', 9' liegen
auf unterschiedlichen Teilkreisen 10c und 10d.
Durch Dimensionierung der Entkopplungselemente 7, 7' ist
eine Anpassung an unterschiedliche Einsatzbereiche in einem weiten
Umfang möglich. So können zum Beispiel lineare
Federkennlinien mit nichtlinearen Federkennlinien kombiniert werden,
um eine gemeinsame degressive Federkennlinie der Gesamtentkopplungselemente 7, 7' zu
erhalten.
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel der schwingungsentkoppelten
Riemenscheibe 5 ist in 6 illustriert.
Hier ist das Tragelement 4 bzw. der Flansch 3 mit
an seinem Umfang angeordneten Drehmomentabstützungen 8 in
zahnartiger Gestalt ausgebildet, wobei korrespondierende Drehmomentabstützungen 9 am
Innenrand der Riemenscheibe eingeformt sind. Zwischen diesen Drehmomentabstützungen 8 und 9 sind
Entkopplungselemente 7 in Spiralform angeordnet, wobei
sie das Tragelement 4 in einem Winkel von fast 360° umschlingen.
Andere Winkel sind natürlich denkbar. In diesem Beispiel
sind die Entkopplungselemente 7 Drehfedern, die aus einem
Federblech gestanzt bzw. gelasert sind. Die Federkennlinie ist dabei
weitestgehend linear, kann aber auch degressiv ausgestaltet sein.
Die einzelnen Federelemente können auch unterschiedliche
Kennlinien aufweisen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. Sie ist im Rahmen der beigefügten
Ansprüche modifizierbar.
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So
können zum Beispiel die Entkopplungselemente 7 andere
Formen aufweisen, beispielsweise als Blattfeder mit einem oder mehreren
Blättern ausgebildet sein.
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Es
sind auch weniger oder mehr Entkopplungselemente 7 möglich.
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- 1
- Drehschwingungsdämpfer
- 2
- Schwungring
- 3
- Flansch
- 4
- Tragelement
- 5
- Riemenscheibe
- 6
- Lagerelement
- 7,
7'
- Entkopplungselement
- 8,
8'
- Erste
Drehmomentabstützung
- 9,
9'
- Zweite
Drehmomentabstützung
- 10,
10a, 10b, 10c
- Teilkreis
- 11
- Scheibe
- 12
- Verbindungsabschnitt
- 13
- Öffnung
- 14
- Innenraum
- 15
- Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1266152
B1 [0003]
- - US 6026709 A [0003]
- - US 5637041 A [0003]