DE102009039989A1

DE102009039989A1 - Riemenscheibe

Info

Publication number: DE102009039989A1
Application number: DE102009039989A
Authority: DE
Inventors: Steffen Lehmann; Dimitri Sieber; Christian Fechler
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-09-15
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2029-09-04
Also published as: DE102009039989B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibe zum Abzweigen mechanischer Energie eines Verbrennungsmotors mittels eines Riemens, mit einem einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehfest zuordenbaren Eingangsteil, einem koaxial und um einen Drehwinkel relativ verdrehbar zu dem Eingangsteil gelagerten sowie dem Riemen zuordenbaren Ausgangsteil, einer zwischen das Eingangsteil und das Ausgangsteil geschalteten Federdämpfereinrichtung mit zumindest einer Bogenfeder zum Dämpfen von Drehschwingungen. Um eine verbesserte und/oder alternative Riemenscheibe bereitzustellen, ist vorgesehen, dass sich der Drehwinkel aus einem Federwinkel, bei dem das Eingangsteil und das Ausgangsteil entgegen einer Federkraft der zumindest einen Bogenfeder der Federdämpfereinrichtung relativ zueinander verdrehbar sind, und einem Freiwinkel, mit einem Betrag von zumindest 5°, bei dem das Eingangsteil und das Ausgangsteil im Wesentlichen frei von der Federkraft der zumindest einen Bogenfeder der Federdämpfereinrichtung relativ zueinander verdrehbar sind, zusammensetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibe zum Abzweigen mechanischer Energie eines Verbrennungsmotors mittels eines Riemens, mit einem einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehfest zuordenbaren Eingangsteil, einem koaxial und um einen Drehwinkel relativ verdrehbar zu dem Eingangsteil gelagertes sowie dem Riemen zuordenbares Ausgangsteil und einer zwischen das Eingangsteil und das Ausgangsteil geschalteten Federdämpfereinrichtung mit zumindest einer Bogenfeder zum Dämpfen von Drehschwingungen.
Riemenscheiben können zum Antreiben von Aggregaten mittels des Verbrennungsmotors dienen. Dazu können die Riemenscheibe und das Aggregat mittels des Riemens einander zugeordnet werden. Bei dem Aggregat kann es sich beispielsweise um einen Startergenerator handeln, wobei auch mechanische Energie von dem Startergenerator auf den Verbrennungsmotor, beispielsweise zum Anlassen, übertragen werden kann. Die noch nicht veröffentlichte Anmeldung derselben Anmelderin mit dem Aktenzeichen DE 10 2006 061 544.1 sieht ein Konzept zur Reduzierung von Schwingungsenergie bei Start-Stopp-Vorgängen und bei niedrigen Drehzahlen mit einer sogenannten verschleppten Reibung vor. Eine weitere noch nicht veröffentlichte deutsche Anmeldung derselben Anmelderin mit dem Aktenzeichen DE 10 2008 006 316.9 zeigt eine andere Möglichkeit, die im Vorschalten eines schubseitig wirkenden Freilaufs besteht. Die DE 10 2005 043 563 B3 betrifft eine Riemenscheibe, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Freigang vorgesehen ist, der es ermöglicht, das erste und das zweite Bauteil relativ zueinander über einen begrenzten Winkelbereich zu verdrehen, ohne dass die Feder dabei verformt wird. Die DE 41 03 213 A1 betrifft eine Riemenscheibe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die an einer Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine, wie der Kurbelwelle befestigbar ist, bei der zwischen einem mit der Abtriebswelle fest verbundenen Eingangsteil und einem als Riemenlaufring ausgebildeten Ausgangsteil eine in Umfangsrichtung elastische Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte und/oder alternative Riemenscheibe anzugeben.
Die Aufgabe ist bei einer Riemenscheibe zum Abzweigen mechanischer Energie eines Verbrennungsmotors mittels eines Riemens, mit einem einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehfest zuordenbaren Eingangsteil, einem koaxial und um einen Drehwinkel relativ verdrehbar zu dem Eingangsteil gelagerten sowie dem Riemen zuordenbaren Ausgangsteil und einer zwischen das Eingangsteil und das Ausgangsteil geschalteten Federdämpfereinrichtung mit zumindest einer Bogenfeder zum Dämpfen von Drehschwingungen, dadurch gelöst, dass sich der Drehwinkel aus einem Federwegwinkel, bei dem das Eingangsteil und das Ausgangsteil entgegen einer Federkraft der zumindest einen Bogenfeder der Federdämpfereinrichtung relativ zueinander verdrehbar sind, und einem Freiwinkel, mit einem Betrag von zumindest 5 Grad, bei dem das Eingangsteil und das Ausgangsteil im Wesentlichen frei von der Federkraft der zumindest einen Bogenfeder der Federdämpfereinrichtung relativ zueinander verdrehbar sind, zusammensetzt. Der Verbrennungsmotor, das Eingangsteil und das Ausgangsteil der Riemenscheibe und/oder das mittels der Riemenscheibe angetriebene Aggregat bilden ein schwingungsfähiges System, das vorteilhaft mittels des Freiwinkels so verstimmt werden kann, dass ein Aufbauen einer Resonanz verhinderbar oder zumindest auf ein Minimum reduzierbar ist, insbesondere bei Ereignissen wie Start-Stopp, niedrigen Drehzahlen und/oder Lastwechseln. Vorteilhaft kann der Freiwinkel ±α wie ein schubseitiger Freilauf wirken, wobei vorteilhaft in einem Schubbetrieb nach Aufzehren des Freiwinkels ±α dennoch eine Drehmomentübertragung möglich ist. Dies kann beispielsweise zum Anlassen des Verbrennungsmotors oder für eine Rekuperation in einer Schubphase ausgenutzt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Freiwinkel zumindest 10 Grad, insbesondere zumindest 15 Grad, bevorzugt zwischen 15 Grad und 55 Grad, insbesondere zwischen 25 Grad und 45 Grad beträgt. Der Freiwinkel kann vorteilhaft an die Erfordernisse beziehungsweise die zu vermeidenden Resonanzereignisse angepasst werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass das Eingangsteil und das Ausgangsteil mittels eines Gleitlagers relativ verdrehbar zueinander gelagert sind. Vorteilhaft kann ein Gleitlager auf einfache Art und Weise realisiert werden, beispielsweise mittels eines einfachen Gleitrings.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass das Eingangsteil und das Ausgangsteil mittels eines Wälzlagers relativ verdrehbar zueinander gelagert sind. Vorteilhaft ist mittels des Wälzlagers eine präzise und vergleichsweise reibungsarme Lagerung des Eingangsteils und des Ausgangsteils möglich.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass das Eingangsteil einen Eingangsdämpferkäfig und das Ausgangsteil einen Ausgangsdämpferkäfig aufweist, jeweils zum Umschlingen und Lagern der zumindest einen Bogenfeder in zumindest einem Federraum. Der Eingangsdämpferkäfig und der Ausgangsdämpferkäfig sind gemeinsam mit dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil ebenfalls relativ verdrehbar zueinander angeordnet. Der Eingangsdämpferkäfig und der Ausgangsdämpferkäfig können axial benachbart zueinander angeordnet sein und die zumindest eine Bogenfeder mittels des dadurch gebildeten Federraums umschließen. Vorteilhaft können über die Bogenfeder beim relativen Verdrehen des Eingangsteils und des Ausgangsteils Federkräfte zum Dämpfen von Drehschwingungen übertragen werden. Ferner ist es möglich, mittels Reibung der zumindest einen Bogenfeder an dem zumindest einen Federraum des Eingangsdämpferkäfigs und des Ausgangsdämpferkäfigs eine weitere Dämpfung der relativen Verdrehbewegung des Eingangsteils zum Ausgangsteil zu ermöglichen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass der zumindest eine Federraum mittels Verdrehen des Eingangsteils und des Ausgangsteils längenvariabel ist. Vorteilhaft kann dabei die zumindest eine Bogenfeder zusammengedrückt werden und die Federkräfte auf das Eingangsteil und das Ausgangsteil übertragen. Jeweilige Enden des längenvariablen Federraums können dazu entsprechende Federanschläge, an denen die zumindest eine Bogenfeder anschlagen kann, bilden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass der zumindest eine Federraum bogenförmig ist und ein maximales Bogenmaß aufweist, das bei kraftloser Bogenfeder einen Freiraum aufweist, dessen Bogenmaß dem Freiwinkel entspricht. Vorteilhaft ist der Federraum länger als die darin eingeschlossene Bogenfeder, wobei die überschießende Länge, also der Freiraum, den Freiwinkel ermöglicht, der ohne Übertragung der Federkräfte der zumindest einen Bogenfeder in positiver und negativer Richtung durchlaufen beziehungsweise verkürzt werden kann. Unabhängig davon ist es möglich, beim Verkleinern des Freiraums, weitere Reibkräfte zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil zu übertragen, beispielsweise mittels einer zusätzlichen weiteren Reibeinrichtung, insbesondere des Gleitlagers und/oder mittels Reibung der zumindest einen Bogenfeder an dem Eingangsdämpferkäfig und/oder dem Ausgangsdämpferkäfig.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass das Eingangsteil eine dem Verbrennungsmotor zuordenbare Nabe und einen dieser drehfest zugeordneten Nabenflansch aufweist, wobei der Nabenflansch dem Eingangsdämpferkäfig formschlüssig, reibschlüssig und/oder mittels Eingangsmitnehmerbolzen drehfest zugeordnet ist. Vorteilhaft kann ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor auf den Eingangsdämpferkäfig und von dort nach Aufzehren des Freiwinkels auf die zumindest eine Bogenfeder übertragen werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass das Ausgangsteil einen dem Riemen zuordenbaren Riemenlaufring aufweist, wobei der Riemenlauf ring dem Ausgangsdämpferkäfig formschlüssig, reibschlüssig und/oder mittels Ausgangsmitnehmerbolzen drehfest zugeordnet ist. Vorteilhaft kann von dem Riemen über den Riemenlaufring nach Aufzehren des Freiwinkels ±α ein Drehmoment auf die zumindest eine Bogenfeder übertragen werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass das Eingangsteil einen Kurbelwellenschwingungsdämpfer mit einer dem übrigen Eingangsteil zugeordneten Mitnehmerscheibe und einem der Mitnehmerscheibe mittels einer Elastomerfeder schwingfähig zugeordneten Massering aufweist. Vorteilhaft können mittels des Kurbelwellenschwingungsdämpfers beim Betrieb des Verbrennungsmotors auftretende Schwingungen bedämpft werden, insbesondere mittels Tilgung. Vorteilhaft kann der Kurbelwellenschwingungsdämpfer auf kritische Eigenfrequenzen abgestimmt sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt einer Riemenscheibe mit einem mittels eines Gleitlagers relativ verdrehbar zueinander gelagerten Eingangsteil und Ausgangsteil;
2 einen Querschnitt der in 1 gezeigten Riemenscheibe mit Sicht auf einen Ausgangsdämpferkäfig;
3 einen detaillierteren Halbschnitt des in 1 gezeigten Längsschnitts der Riemenscheibe mit einer Federdämpfereinrichtung;
4 der in 2 gezeigte Querschnitt der Riemenscheibe, wobei im Vergleich drei Bogenfedern einseitig an dem sichtbaren Eingangsdämpferkäfig anschlagen;
5 eine dreidimensionale Explosionsansicht von schräg vorne der in den 1 bis 4 gezeigten Riemenscheibe;
6 einen Längsschnitt einer weiteren Riemenscheibe, wobei im Unterschied das Eingangsteil und das Ausgangsteil mittels eines Wälzlagers relativ verdrehbar zueinander gelagert sind;
7 einen detaillierteren Halbschnitt der in 6 gezeigten Riemenscheibe mit einer Federdämpfereinrichtung;
8 eine dreidimensionale Explosionsansicht von schräg vorne der in den 6 und 7 gezeigten Riemenscheibe und
9 ein Schaubild einer Torsionskennlinie der in den 1 bis 5 beziehungsweise 6 bis 8 gezeigten Riemenscheibe.
1 zeigt einen Längsschnitt einer Riemenscheibe 1 zum Abzweigen mechanischer Energie eines in 1 lediglich mittels des Bezugszeichens 3 angedeuteten Verbrennungsmotors mittels eines in 1 nicht dargestellten Riemens. Die Riemenscheibe 1 kann beispielsweise einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 3 drehfest zugeordnet werden und mechanische Energie von der Kurbelwelle auf einen Riemenlaufring 5 der Riemenscheibe 1 übertragen. Auf dem Riemenlaufring 5 kann ein Riemen laufen, der beispielsweise einen Startergenerator des Verbrennungsmotors 3 antreiben kann.
Die Riemenscheibe 1 weist eine dem Verbrennungsmotor 3 zuordenbare Nabe 7 auf, die der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 3 drehfest zuordenbar ist. Die Nabe 7 ist weiteren Bauteilen der Riemenscheibe 1 drehfest zugeordnet, die ein Eingangsteil 9 der Riemenscheibe 1 bilden. Das Eingangsteil 9 der Riemenscheibe 1 weist einen Nabenflansch 11, einen Kurbelwellenschwingungsdämpfer 13 sowie einen Eingangsdämpferkäfig 15 auf. Alternativ kann das Eingangsteil 9 auch ohne den Kurbelwellenschwingungsdämpfer 13 ausgeführt werden. Der Kurbelwellenschwingungsdämpfer 13 weist eine dem Nabenflansch 11 drehfest zugeordnete Mitnehmerscheibe 17 auf, die mittels einer Elastomerfeder 19 schwingfähig einem Massering 21 zugeordnet ist. Der Kurbelwellenschwingungsdämpfer 13 kann nach dem Tilgerprinzip beim Verbrennungsmotor 3 auftretende Schwingungen reduzieren beziehungsweise dämpfen. Das Eingangsteil 9 ist mittels eines Gleitlagers 23 einem Ausgangsteil 25 der Riemenscheibe 1 zugeordnet. Das Ausgangsteil 25 ist mittels des Gleitlagers 23 relativ verdrehbar zu dem Eingangsteil 9 angeordnet. Das Eingangsteil 9 und das Ausgangsteil 25 sind koaxial zu einer Drehachse 27 der Riemenscheibe 1 angeordnet. Dabei können sich zur Übertragung der mechanischen Energie das Eingangsteil 9 und das Ausgangsteil 25 um die Drehachse 27 drehen und können dabei um diese relativ zueinander zusätzlich verdreht werden. Das Ausgangsteil 25 weist neben dem Riemenlaufring 5 einen Ausgangsdämpferkäfig 29 auf.
2 zeigt einen Querschnitt der in 1 gezeigten Riemenscheibe 1, wobei der Ausgangsdämpferkäfig 29 in einer Draufsicht sichtbar ist.
3 zeigt einen Halbschnitt des in 1 dargestellten Längsschnitts der Riemenscheibe 1, wobei eine Federdämpfereinrichtung 31 detailliert dargestellt ist.
4 zeigt den in 2 dargestellten Querschnitt der Riemenscheibe 1, wobei drei Bogenfedern 33 der Federdämpfereinrichtung 31 in einer Anschlagposition dargestellt sind. In 2 befinden sich die Bogenfedern 33 in einer mittigen Position innerhalb eines von dem Eingangsdämpferkäfig 15 und dem Ausgangsdämpferkäfig 29 jeweils gebildeten Federraums 35.
5 zeigt eine dreidimensionale Explosionsansicht von schräg vorne auf den Kurbelwellenschwingungsdämpfer 13, der in den 1 bis 4 gezeigten Riemenscheibe 1. Im Folgenden wird auf die 1 bis 5 Bezug genommen.
Der Eingangsdämpferkäfig 15 und der Ausgangsdämpferkäfig 29 weisen jeweils drei gekrümmte Ausnehmungen 37 mit einem im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt auf. Die Ausnehmungen 37 sind kreisförmig gekrümmt und sind so benachbart zueinander angeordnet, dass diese insgesamt die drei Federräume 35 zur Aufnahme der drei Bogenfedern 33 bilden. Jeder Federraum 35 weist einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf, der an eine Außenkontur beziehungsweise einen Durchmesser der Bogenfedern 33 angepasst ist. Die Federräume 35 beziehungsweise die zugehörigen Ausnehmungen 37 weisen ein Bogenmaß auf, das einem Winkel γ entspricht. Wenn der Eingangsdämpferkäfig 15 und der Ausgangsdämpferkäfig 29 so gegenüber angeordnet sind, dass die Ausnehmungen 37 bündig zueinander sind, ergibt sich also ein Federraum 35, der als maximale umfängliche Ausdehnung den Winkel γ ausmacht. Die Ausnehmungen 37 des Ausgangsdämpferkäfigs 29 und des Eingangsdämpferkäfigs 15 sind durch Anschläge begrenzt, an denen die Bogenfedern 33 anschlagen können. In 2 sind die Bogenfedern 33 mittig in den Federräumen 35 angeordnet, schlagen also nicht an den Anschlägen 39 an. In 4 schlagen die Bogenfedern 33 beispielhaft jeweils an einem der Anschläge 39 an. Es ist zu erkennen, dass, wie in 4 dargestellt, zwischen einem der Anschläge 39 und der Bogenfeder 33 je nach Drehstellung des Eingangsteils 9 relativ zum Ausgangsteil 25 ein Freiraum 41 verbleiben kann. Bei korrespondierend gegenüber angeordneten Ausnehmungen 37 weist dieser Freiraum 41 eine maximale umfängliche Ausdehnung beziehungsweise ein Bogenmaß auf, das einem Freiwinkel α entspricht. Bei einer relativen Verdrehung des Ausgangsteils 25 zu dem Eingangsteil 9 kann vorteilhaft zunächst der Freiraum 41, ausgehend von der in 4 gezeigten Stellung, in positiver oder negativer Drehrichtung verkleinert werden, bevor die Bogenfedern 33 zwischen den Anschlägen 39 der Ausnehmungen 37 eingespannt werden. Vorteilhaft kann in positiver Drehrichtung und in negativer Drehrichtung, ausgehend von der in 4 gezeigten Stellung, zunächst der Freiwinkel ±α überstrichen werden, wobei der Drehbewegung keine Federkraft der Bogenfedern 33 entgegenwirkt. Bei einer weiteren relativen Verdrehung kann diese entgegen der Federkraft der Bogenfedern 33 erfolgen. Dies kann so lange erfolgen, bis die Bo genfedern 33 auf Block gefahren sind, wobei je nach Drehrichtung ein Federwinkel ±φ überstrichen werden kann. Der dann noch verbleibende Federraum 35 entspricht einem Blockwinkel β der Bogenfedern 33. Die Winkel α, β, γ, δ sowie φ sind in 4 eingezeichnet. Es gilt: ein Drehwinkel ±δ der Riemenscheibe 1 setzt sich zusammen aus dem maximalen Federwinkel ±φ plus dem Freiwinkel ±α, entspricht also der Addition des zweifachen des in 4 eingezeichneten Federwinkels φ der Bogenfedern 33 plus des zweifachen des in 4 eingezeichneten Freiwinkels α des Freiraums 41.
Zusätzlich zur Federkraft der Bogenfedern 33 können bei einer relativen Drehbewegung des Ausgangsteils 25 zum Eingangsteil 9 noch Reibkräfte auftreten. Diese können beispielsweise zwischen den Bogenfedern 33 und dem von dem Ausgangsdämpferkäfig 29 und dem Eingangsdämpferkäfig 15 gebildeten Federräumen 35 ausgehen, wobei die Bogenfedern 33 in einem reibenden Anlagekontakt zu den Federräumen 35 stehen können. Um ein möglichst verschleißfreies Gleiten der Bogenfedern 33 zu ermöglichen, können die Dämpferkäfige 15, 29 aus Kunststoff gefertigt sein oder entsprechende Reibschalen aufweisen. Zum Einstellen einer entsprechenden Reibkraft und zum axialen Führen der Dämpferkäfige 15, 29 beziehungsweise des Eingangsteils 9 und des Ausgangsteils 25 können Anlaufscheiben 43, 47 vorgesehen sein. Die Anlaufscheiben 43, 47 können beispielsweise elastische Eigenschaften aufweisen, um damit eine Anpresskraft auf die Bogenfedern 33 einzustellen. Eine erste Anlaufscheibe 43 ist zwischen dem Nabenflansch 11 und einem Ende eines Bundes 45 des Riemenlaufrings 5 angeordnet. Eine zweite Anlaufscheibe 47 ist zwischen einem umfänglichen Vorsprung 49 der Nabe 7 und einem weiteren Ende des Bundes 45 des Riemenlaufrings 5 angeordnet. Vorteilhaft kann der Riemenlaufring 5 und damit das Ausgangsteil 25 axial zwischen den Anlaufscheiben 43 und 47 geführt werden.
Wie in 5 ersichtlich, weisen der Eingangsdämpferkäfig 15 sowie der Ausgangsdämpferkäfig 29 jeweils eine Vielzahl von auf einem Umfang angeordnete Noppen 51 auf, die formschlüssig jeweils in entsprechende Bohrungen 53 des Nabenflansches 11 beziehungsweise des Riemenlaufrings 5 eingreifen können. Vorteilhaft kann der Ausgangsdämpferkäfig 29 mittels der Noppen 51 und der Bohrungen 53 formschlüssig dem Riemenlaufring 5 drehfest zugeordnet werden. Analog dazu kann der Eingangsdämpferkäfig 15 mittels der Noppen 51 den Bohrungen 53 des Nabenflansches 11 formschlüssig drehfest zugeordnet werden.
Zusätzlich und/oder alternativ kann der Ausgangsdämpferkäfig 29 mittels drei Ausgangsmitnehmerbolzen 55 dem Riemenlaufring 5 drehfest zugeordnet werden. Analog dazu kann alternativ der Eingangsdämpferkäfig 15 mittels drei Eingangsmitnehmerbolzen 57 drehfest dem Nabenflansch 11 zugeordnet werden. Die Mitnehmerbolzen 55, 57 können dazu in entsprechende Bohrungen 59 der Dämpferkäfige 29, 15 und in jeweils drei der Bohrungen 53 des Nabenflansches 11 beziehungsweise des Riemenlaufrings 5 eingebracht werden.
Wie in 5 ersichtlich, können für Montage-, Sicherungs- und/oder Zentrierungszwecke zwei Bolzen 61 zum Zuordnen des Nabenflansches 11 zum Kurbelwellenschwingungsdämpfer 13 vorgesehen sein. In endgültigem montierten Zustand der Riemenscheibe 11 sind der Kurbelwellenschwingungsdämpfer 13, der Nabenflansch 11 und die Nabe 7 mittels nicht dargestellten Verschraubungen einander drehfest zugeordnet.
6 zeigt einen Längsschnitt einer weiteren Riemenscheibe 1. 7 zeigt einen detaillierteren Halbschnitt der in 6 gezeigten Riemenscheibe 1. 8 zeigt eine Explosionsdarstellung der in 6 und 7 dargestellten Riemenscheibe 1. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zur Darstellung gemäß der 1 bis 5 eingegangen.
Im Unterschied sind das Eingangsteil 9 und das Ausgangsteil 25 mittels eines Wälzlagers 63 relativ verdrehbar einander zugeordnet. Das Wälzlager 63 übernimmt die Funktionen des in den 1 bis 5 gezeigten Gleitlagers 23 sowie der Anlaufscheiben 43 und 47, die daher gemäß den Darstellungen der 6 bis 8 entfallen können. Als weiterer Unterschied ist der Riemenlaufring 5 tellerförmig in Richtung der Kurbelwelle des nicht dargestellten Verbrennungsmotors 3 geöffnet, wobei in axialer Richtung gesehen die Positionen des Eingangsdämpferkäfigs 15 und des Ausgangsdämpferkäfigs 29 vertauscht sind. Außerdem sind bei der Riemenscheibe 1 gemäß der Darstellung der 6 bis 8 die Funktionen der Nabe 7 und des Nabenflansches 11 in einem Nabeneingangsteil 65 vereint. Das Nabeneingangsteil 65 kann der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 3 drehfest zugeordnet werden. Außerdem kann das Nabeneingangsteil 65 dem Eingangsdämpferkäfig 15 drehfest zugeordnet werden. Als weiterer Unterschied weisen der Eingangsdämpferkäfig 15 sowie der Ausgangsdämpferkäfig 29 jeweils kreisförmig gekrümmte Rippen 67 auf, die jeweils gegenüberliegend der die Federräume 35 bildenden Ausnehmungen 37 angeordnet sind. Die Rippen 67 des Eingangsdämpferkäfigs 15 können formschlüssig in kreisbogenförmige Schlitze 69 des Nabeneingangsteils 65 des Eingangsteils 9 eingreifen. Die Rippen 67 des Ausgangsdämpferkäfigs 29 können formschlüssig in kreisbogenförmige Schlitze 69 des Riemenlaufrings 5 des Ausgangsteils 25 eingreifen.
Zur Aufnahme des Wälzlagers 63 weist das Nabeneingangsteil 65 einen eine innere Lageraufnahme bildenden Vorsprung 71 auf, auf den das Wälzlager 63 passgenau aufbringbar ist. Der Vorsprung 71 kann in den Riemenlaufring 5 zentrisch eingreifen, der einen abgewinkelten Bund 73 aufweist, der eine äußere Lageraufnahme des Wälzlagers 63 bildet. In montiertem Zustand ist das Wälzlager 63 passgenau zwischen dem Vorsprung 71 des Nabeneingangsteils 65 und dem Bund 73 des Riemenlaufrings 5 angeordnet.
9 zeigt ein Schaubild 75 einer Torsionskennlinie 77 des in den 1 bis 5 beziehungsweise 6 bis 8 dargestellten Riemenscheibendämpfers 1. Auf einer x-Achse 79 des Schaubildes 75 ist ein Verdrehwinkel des Eingangsteils 9 relativ zum Ausgangsteil 25 aufgetragen. Auf einer y-Achse 81 des Schaubilds 75 ist ein der Verdrehbewegung entgegenwirkendes Torsionsmoment, das von den Bogenfedern 33 aufgebracht wird, aufgetragen. Es ist zu erkennen, dass beim Überstreichen des Freiwinkels ±α der relativen Verdrehbewegung des Eingangsteils 9 zum Ausgangsteil 25 keine Kraft entgegenwirkt. Die Darstellung gemäß 9 kann idealisiert sein, wobei zusätzlich auftretende Reibungskräfte, die zu einer hystereseförmigen Ausbildung der Torsionskennlinie 77 führen würden, vernachlässigt sind. Weiter ist der Torsionskennlinie 77 zu entnehmen, dass auf einer, in 9 linksseitig dargestellten Schubseite 83, das Torsionsmoment linear ansteigt. Während des linearen Anstiegs des schubseitigen Torsionsmoments wird der Winkel –φ überstrichen. Sobald der Winkel –φ aufgebraucht ist, also das Eingangsteil 9 und das Ausgangsteil 25 an einem nicht weiter dargestellten optionalen Anschlag aneinander anschlagen oder die Bogenfedern 33 auf Block gefahren sind, steigt das Torsionsmoment quasi unendlich an. Auf einer, in 9 rechtsseitig dargestellten Zugseite 85 ergibt sich ein drehsymmetrischer Verlauf der Torsionskennlinie 77, wobei ebenfalls während eines linearen Anstiegs des Torsionsmoments der Federwinkel +φ überstrichen wird, so lange, bis das Torsionsmoment quasi unendlich ansteigt.
Zusätzlich ist in 9 mittels einer nach unten zeigenden Zeitachse 87 ein Zeitverlauf 89 von möglicherweise auftretenden Drehschwingungen des Eingangsteils 9 relativ zum Ausgangsteil 25 eingezeichnet. Es ist ersichtlich, dass die Schwingung teilweise in den Federwinkel +φ entgegen der Federkräfte der Bogenfedern 33 und oszillierend dazu in den Freiwinkel ±α hinein verläuft. Der Zeitverlauf 89 kann, was in 9 nicht näher dargestellt ist, entgegen der Federkräfte der Bogenfedern 33 und beim Aufbrauchen des Freiwinkels ±α unterschiedliche Verläufe, insbesondere Steigungen und/oder Amplituden, aufweisen. Dadurch kann vorteilhaft das schwingungsfähige System der Riemenscheibe 1 so verstimmt werden, dass Resonanzkatastrophen vermeidbar sind. Ferner ist dem Zeitverlauf 89 zu entnehmen, dass bei dem Oszillieren der Freiwinkel ±α nicht gänzlich aufgebraucht wird. Vorteilhaft kann dieser so ausgelegt werden, dass ein beiderseitiges Anschlagen der Bogenfedern vermeidbar ist.
Gemäß den 1 bis 5 erfolgt die Zentrierung der Riemenscheibe 1 über das Gleitlager 23. Die Riemenscheibe 1, die einen Schwingungsdämpfer darstellt, besteht aus zwei Teilen, einem mittels der Federdämpfereinrichtung 31 dargestellten Torsionsschwingungsdämpfer und dem optionalen Kurbelwellenschwingungsdämpfer 13. Beide werden über die Nabe 7 zentriert, die an der nicht dargestellten Kurbelwelle mittels nicht näher dargestellter Axialschrauben befestigbar ist.
Der Kurbelwellenschwingungsdämpfer 13 weist die Mitnehmerscheibe 17, die mit der Nabe 7 über die nicht dargestellten Axialschrauben verbunden ist und den Massering 21 auf. Der Massering 21 ist über die Elastomerfeder 19 mit der Mitnehmerscheibe 17 gekoppelt. Ein Massenträgheitsmoment des Masserings 21 und eine Federsteifigkeit der Elastomerfeder 19 können vorteilhaft auf Torsionseigenfrequenzen der Kurbelwelle abgestimmt werden.
Ein Riemenantriebsmoment kann über den Nabenflansch 11 auf den Eingangsdämpferkäfig 15 geleitet werden. Dieser Eingangsdämpferkäfig 15 kann über Formschluss mit dem Nabenflansch 11 verbunden sein.
Zusätzlich können zur weiteren Stabilisierung die Eingangsmitnehmerbolzen 57 in den Nabenflansch 11 genietet werden, die über die Bohrungen 59 im Eingangsdämpferkäfig 15 einen Teil des Riemenantriebsmoments formschlüssig übertragen können.
Der Eingangsdämpferkäfig 15 umfasst halbseitig die Bogenfedern 33, die das Riemenantriebsmoment aufnehmen und auf den Ausgangsdämpferkäfig 29, der die Bogenfedern 33 ebenfalls halbseitig umfasst, weiterleiten.
Dieser ist formschlüssig mit dem Riemenlaufring 5 verbunden, der das Riemenantriebsmoment auf den nicht näher dargestellten Riemen weiterleitet.
Auch hier können zur Stabilisierung die Ausgangsmitnehmerbolzen 55 in den Riemenlaufring 5 genietet werden, die über Bohrungen 59 im Ausgangsdämpferkäfig 29 einen Teil des Riemenantriebsmoments formschlüssig übertragen. Der Riemenlaufring 5 ist mittels des Gleitlagers 23 auf der Nabe 7 zentriert und in Umfangsrichtung drehbar.
Seitlich wird der Riemenlaufring 5 durch die Anlaufscheiben 43 und 47, die sich an der Nabe 7 beziehungsweise dem Nabenflansch 11 abstützen, axial gehalten.
Eine Radial- und Fliehkraftabstützung der Bogenfedern 33 kann durch eine Durchmesserzentrierung der Dämpferkäfige 15, 29 im Nabenflansch 11 beziehungsweise des Riemenlaufrings 5 erfolgen.
Die Bogenfedern 33 können beispielsweise trocken in Kunststoffdämpferkäfigen laufend dargestellt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, mittels zusätzlicher Abdichtelemente ein Laufen im Fett zu realisieren. Dies kann beispielsweise wie in der deutschen Anmeldung derselben Anmelderin mit dem Aktenzeichen DE 10 2006 053 766.1 erfolgen. Diese Anmeldung wird durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
In der Darstellung gemäß den 2 und 4 ist deutlich zu erkennen, dass die Bogenfedern 33 in Umfangsrichtung den vorteilhaften Freiwinkel ±α zu den Dämpferkäfigen 15 und 29 aufweisen, der sich gemäß der Darstellung in 2 in der mittigen Position der Bogenfedern 33 in zweimal den halben Wert α/2 des dem Freiraum 41 entsprechenden Freiwinkels ±α aufteilt. In einem Betrieb ohne Last kann sich eine zufällige Lage der Bogenfedern 33 einstellen.
Wie in 9 zu erkennen, besitzt die Torsionskennlinie 77 den signifikanten Freiwinkel mit dem Betrag α ≥ 5 Grad, vorzugsweise zwischen 15 Grad und 55 Grad. Während des Durchlaufens dieses Freiwinkels ±α werden die Bogenfedern 33 im Wesentlichen lastfrei, mit Ausnahme von form- oder fliehkraftbedingter Fremdreibung, durch die Kanäle beziehungsweise Federräume 35 der Dämpferkäfige 15, 29 geschoben. Nach einem Aufbrauchen des Freiwinkels ±α werden die Bogenfedern 33 belastet und um die zug- oder schubseitigen Winkel +φ beziehungsweise –φ komprimiert.
Ein Endanschlag kann entweder über entsprechende, in den 1 bis 8 nicht näher dargestellte Anschlagelemente zwischen dem Riemenlaufring 5 und dem Nabenflansch 11 oder durch Blocken der Bogenfedern 33 erfolgen. Mittels der Zeitachse 87 ist stilisiert ein Dämpferschwingungswinkel bei Ereignissen, wie beispielsweise Start-Stopp und Lastwechsel, zum Beispiel Zuschalten von Verbrauchern, dargestellt.
Durch das dargestellte zugseitige Schwingen in der Zugstufe, siehe Bezugszeichen 85 in 9, innerhalb des Winkels +φ mit einer definierten Federrate und in der Leerstufe innerhalb des Freiwinkels ±α, die sich vorteilhaft wie ein schubseitiger Freilauf auswirkt, mit einer Federrate 0, wird das Schwingungssystem so verstimmt, dass das Aufbauen einer Resonanz bei einem der oben genannten Zustände wirkungsvoll verhindert werden kann.
Die Winkel ±α und ±φ sowie die Federraten der Bogenfedern 33 können konstruktiv so abgestimmt beziehungsweise definiert werden, dass über alle Zustände ein Anschlagen an den zugseitigen oder schubseitigen Anschlag beziehungsweise ein Blocken der Bogenfedern 33 sicher verhinderbar ist. Vorzugsweise kann eine Auslegung so erfolgen, dass der Dämpfer beziehungsweise die Riemenscheibe 1 nur innerhalb des Winkelbereichs –φ der Schubseite 83 beziehungsweise +φ der Zugseite 85 schwingt. Vorteilhaft können dadurch störende Anschlaggeräusche vermieden werden, wobei sich eine insgesamt kostengünstige Lösung ohne zusätzliche Bauelemente ergibt.

Bei der Riemenscheibe 1 gemäß der Darstellung in den 6 bis 8 ist das Wälzlager 63 vorgesehen. Ferner kann mittels des Nabeneingangsteils 65 das Riemenantriebsmoment direkt auf den Eingangsdämpferkäfig 15 übertragen werden. Bezugszeichenliste

1	Riemenscheibe	47	zweite Anlaufscheibe
3	Verbrennungsmotor	49	Vorsprung
5	Riemenlaufring	51	Noppen
7	Nabe	53	Bohrungen
9	Eingangsteil	55	Ausgangsmitnehmerbolzen
11	Nabenflansch	57	Eingangsmitnehmerbolzen
13	Kurbelwellenschwingungsdämpfer	59	Bohrungen
15	Eingangsdämpferkäfig	61	Bolzen
17	Mitnehmerscheibe	63	Wälzlager
19	Elastomerfeder	65	Nabeneingangsteil
21	Massering	67	Rippen
23	Gleitlagers	69	Schlitze
25	Ausgangsteil	71	Vorsprung
27	Drehachse	73	Bund
29	Ausgangsdämpferkäfig	75	Schaubild
31	Federdämpfereinrichtung	77	Torsionskennlinie
33	Bogenfeder	79	x-Achse
35	Federraum	81	y-Achse
37	Ausnehmung	83	Schubseite
39	Anschläge	85	Zugseite
41	Freiraum	87	Zeitachse
43	erste Anlaufscheibe	89	Zeitverlauf
45	Bund

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006061544 [0002]
- DE 102008006316 [0002]
- DE 102005043563 B3 [0002]
- DE 4103213 A1 [0002]
- DE 102006053766 [0049]

Claims

Riemenscheibe (1) zum Abzweigen mechanischer Energie eines Verbrennungsmotors (3) mittels eines Riemens, mit: – einem einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (3) drehfest zuordenbaren Eingangsteil (9), – einem koaxial und um einen Drehwinkel (±δ) relativ verdrehbar zu dem Eingangsteil (9) gelagerten sowie dem Riemen zuordenbaren Ausgangsteil (25), – einer zwischen das Eingangsteil (9) und das Ausgangsteil (25) geschalteten Federdämpfereinrichtung (31) mit zumindest einer Bogenfeder (33) zum Dämpfen von Drehschwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Drehwinkel (±δ) aus einem Federwinkel ±φ, bei dem das Eingangsteil (9) und das Ausgangsteil (25) entgegen einer Federkraft der zumindest einen Bogenfeder (33) der Federdämpfereinrichtung (31) relativ zueinander verdrehbar sind, und einem Freiwinkel (±α), mit einem Betrag α von zumindest 5 Grad, bei dem das Eingangsteil (9) und das Ausgangsteil (25) im Wesentlichen frei von der Federkraft der zumindest einen Bogenfeder (33) der Federdämpfereinrichtung (31) relativ zueinander verdrehbar sind, zusammensetzt.
Riemenscheibe nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiwinkel (±α) zumindest 10 Grad, insbesondere zumindest 15 Grad, bevorzugt zwischen 15 Grad und 55 Grad, insbesondere zwischen 25 Grad und 45 Grad, beträgt.
Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (9) und das Ausgangsteil (25) mittels eines Gleitlagers (23) relativ verdrehbar zueinander gelagert sind.
Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (9) und das Ausgangsteil (25) mittels eines Wälzlagers (63) relativ verdrehbar zueinander gelagert sind.
Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (9) einen Eingangsdämpferkäfig (15) und das Ausgangsteil (25) einen Ausgangsdämpferkäfig (29) aufweist, jeweils zum Umschließen und Lagern der zumindest einen Bogenfeder (33) in zumindest einem Federraum (35).
Riemenscheibe nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Federraum (35) mittels Verdrehen des Eingangsteils (9) und des Ausgangsteils (25) längenvariabel ist.
Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden zwei Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Federraum (35) bogenförmig ist und ein maximales Bogenmaß aufweist, das bei kraftloser Bogenfeder (33) einen Freiraum aufweist, dessen Bogenmaß dem Freiwinkel (α) entspricht.
Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden drei Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (9) eine dem Verbrennungsmotor (3) zuordenbare Nabe (7) und einen dieser drehfest zugeordneten Nabenflansch (11) aufweist, wobei der Nabenflansch (11) dem Eingangsdämpferkäfig (15) formschlüssig, reibschlüssig und/oder mittels Eingangsmitnehmerbolzen (57) drehfest zugeordnet ist.
Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden vier Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsteil (25) einen dem Riemen zuordenbaren Laufring (5) aufweist, wobei der Riemenlaufring (5) dem Ausgangsdämpferkäfig (29) formschlüssig, reibschlüssig und/oder mittels Ausgangsmitnehmerbolzen (55) drehfest zugeordnet ist.
Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (9) einen Kurbelwellenschwingungsdämpfer (13) mit einer dem übrigen Eingangsteil drehfest zugeordneten Mitnehmerscheibe (17) und einem der Mitnehmerscheibe (17) mittels einer Elastomerfeder (19) schwingungsfähig zugeordneten Massering (21) aufweist.