-
Die Erfindung betrifft eine schwingungsentkoppelte Riemenscheibe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
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.
-
Beispiele zur Illustration solcher schwingungsentkoppelter Riemenscheiben zusammen mit Drehschwingungsdämpfern beschreiben die Dokumente
EP 12 66 152 B1 ,
US 60 26 709 A und
US 56 37 041 A . Problematisch an den bekannten Konstruktionen ist, dass die Entkopplung insbesondere bei Verbrennungskraftmaschinen mit Start-Stop-Automatik (SSA) schnell die Grenze ihrer Dauerfestigkeit erreichen kann.
-
Die gattungsgemäße
DE 10 2005 043 575 A1 beschreibt eine Drehfeder zur Anordnung auf oder an einer drehbaren Welle, mit einem eingangsseitigen ersten Bauteil und einem ausgangsseitigen zweiten Bauteil, die zueinander relativ verdrehbar sind, und wobei zwischen ihnen wenigstens ein flaches Federelement wirkt, das am ersten Bauteil und am zweiten Bauteil in Aufnahmen gehalten ist. Die Aufnahmen sind fußförmig und flach ausgebildet. Das Federelement kann aus Federstahl gestanzt sein.
-
Die
EP 17 25 789 B1 gibt eine Riemenscheibenbaueinheit an, die eine spiralförmige Feder besitzt. Die Feder koppelt eine Nabe mit einer Riemenscheibe und kann als Kegel-Schraubenfeder mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet sein. Sie ist an ihren Enden jeweils in Schlitzen an der Nabe und der Riemenscheibe angelenkt.
-
Eine Stahlfeder aus Draht mit Enden, die jeweils um Drehmomentabstützungen herum gewickelt sind, ist nicht angegeben.
-
Die
US 6 044 943 A beschreibt eine Entkopplungseinheit für eine WeIle, wobei Schraubenfedern auf einem Teilkreis zwischen zwei gegeneinander relativ verdrehbaren Bauteilen angeordnet sind. Die Enden der Schraubenfedern sind umgebogen und in entsprechende Öffnungen der Bauteile eingehakt.
-
Die
EP 12 79 807 A1 beschreibt eine Riemenscheibeneinheit mit einer Nabe für eine Antriebswelle und eine koaxial damit in Verbindung stehende Riemenscheibe. Die Nabe und Riemenscheibe sind mittels eines Federelementes, das spiralförmig angeordnet ist, verbunden. Das Federelement kann einen rechteckigen Querschnitt aufweisen oder auch aus Draht bestehen. Angaben zur Befestigung der Enden an Drehmomentabstützungen in Form von Umwicklungen sind der Schrift nicht zu entnehmen.
-
Die
WO 2008/0 04 258 A1 zeigt eine Riemenscheibenanordnung, bei welcher eine Riemenscheibe und eine Nabe miteinander über ein spiralförmiges Federelement mit rechteckigem Querschnitt gekoppelt sind. Ein Ende des Federelementes ist in der Nabe in einem Schlitz befestigt, und ein anderes Ende des Federelementes ist an der Riemenscheibe in einer Aufnahme umhüllend angebracht.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine schwingungsentkoppelte Riemenscheibe zu schaffen, mit der dieses Problem behoben wird.
-
Die Aufgabe wird durch eine schwingungsentkoppelte Riemenscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 weist das zumindest eine Entkopplungselement eine Stahlfeder aus Draht auf, welche an den Enden der Entkopplungselemente jeweils um eine Drehmomentabstützung zur Bildung einer jeweiligen Befestigung herum gewickelt ist.
-
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.
-
Dabei 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.
-
Es ist vorgesehen, 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.
-
Die Stahlfeder kann in unterschiedlichen Ausführungen gestaltet sein. 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.
-
Besonders vorteilhaft ist ferner die Ausgestaltung des Anspruchs 2, da diese einen besonders dauerhaft sicheren Betrieb garantiert.
-
In einer alternativen Ausführung ist das zumindest eine Entkopplungselement als Drehfeder zwischen den Drehmomentabstützungen auf einer spiralförmigen Bahn angeordnet.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Die Erfindung wird nun anhand einer beispielhaften Ausführung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 einen radialen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen schwingungsentkoppelten Riemenscheibe;
-
2 eine gedrehte Draufsicht auf die Riemenscheibe nach 1;
-
3 eine perspektivische Ansicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen schwingungsentkoppelten Riemenscheibe;
-
4 eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines Entkopplungselementes nach 3;
-
5 eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen schwingungsentkoppelten Riemenscheibe; und
-
6 eine Draufsicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen schwingungsentkoppelten Riemenscheibe.
-
Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 stellt einen radialen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen schwingungsentkoppelten Riemenscheibe 5 dar.
-
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.
-
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.
-
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 eine 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.
-
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.
-
Eine Draufsicht auf die Riemenscheibe 5 in ihren Innenraum 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.
-
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.
-
Tragelement 4 und Scheibe 11 bilden einen einfach herzustellenden Flansch 3 zum Beispiel aus kostengünstigen Stanzformteilen aus Metallblech.
-
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.
-
4 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines solchen Entkopplungselementes 7.
-
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.
-
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 10b und 10c. 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.
-
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.
-
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie ist im Rahmen der beigefügten Ansprüche modifizierbar.
-
So können zum Beispiel die Entkopplungselemente 7 andere Formen aufweisen, beispielsweise als Blattfeder mit einem oder mehreren Blättern ausgebildet sein.
-
Es sind auch weniger oder mehr Entkopplungselemente 7 möglich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 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