DE102010027112A1

DE102010027112A1 - Profilierte Lauffläche einer Riemenscheibe

Info

Publication number: DE102010027112A1
Application number: DE201010027112
Authority: DE
Inventors: Bernd Hartmann; Niels Flämig
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2012-01-19

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Riemenscheibe (1) eines Zugmitteltriebs, die einen Laufmantel (4) umfasst, an dessen Lauffläche (6) im Betriebszustand ein Riemen (5) geführt ist. Die Gestaltung der Lauffläche (6) der Riemenscheibe (1) umfasst Maßnahmen zur Aufnahme und/oder zur Weiterleitung eines zwischen dem Riemen (5) und der Lauffläche (6) der Riemenscheibe (1) eintretenden Mediums. Dazu ist die Lauffläche (6) symmetrisch oder asymmetrisch profiliert oder strukturiert und schließt auf der oder in der Lauffläche (6) beliebig ausgebildete Ausnehmungen (11) oder Erhebungen (12, 13) ein.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibe eines Zugmitteltriebs, die einen Laufmantel umfasst, an deren Lauffläche im Betriebszustand ein Zugmittel geführt ist. Die Gestaltung der Lauffläche sieht vor, dass diese die Aufnahme und/oder die Weiterleitung eines zwischen dem Zugmittel und der Lauffläche eintretenden flüssigen Mediums gewährleistet.
Riemenscheiben in vielfältigen Ausführungsformen werden in Zugmitteltrieben eingesetzt, die mittels eines Zugmittels zur Übertragung von Antriebsmomenten zwischen zumindest zwei Riemenscheiben vorgesehen sind. Heutige Brennkraftmaschinen besitzen überwiegend zwei getrennte Zugmitteltriebe. Über den Aggregatetrieb werden unterschiedliche Aggregate, wie beispielsweise Generator, Klimakompressor und/oder Wasserpumpe angetrieben. Der Steuertrieb, der auch als Synchrontrieb bezeichnet wird, ist zum Antrieb mindestens einer Nockenwelle bestimmt. Zur Erzielung eines ausreichenden Umschlingungsbereiches von dem Zugmittel an den einzelnen Riemenscheiben werden in beiden Zugmitteltrieben von Brennkraftmaschinen zur Führung des Zugmittels bei Bedarf Umlenkrollen eingesetzt. Weiterhin kann mit derartigen Umlenkrollen eine definierte Riemenführung zwischen vorgegebenen Einbauverhältnissen der Brennkraftmaschine realisiert werden.
Riementriebe von Brennkraftmaschinen sind aufgrund der Anordnung im Motorraum eines Kraftfahrzeugs kritischen Randbedingungen unterworfen, wie z. B. Staub, Schnee oder Regen. Der Eintritt von Wasser in einen Einlaufbereich zwischen dem Riemen und der Lauffläche der Riemenscheibe kann dazu führen, dass der Riemen kurzzeitig seinen Reibschlusskontakt zur Riemenscheibe verliert und eine Kraftübertragung unterbrochen ist. Das eintretende Wasser führt zur Bildung eines hydrodynamischen Tragfilms, wodurch der Riemen an der Lauffläche der Riemenscheibe aufschwimmt und durchrutscht, verbunden mit einer nachteiligen Geräuschemission.
Als Maßnahme, um den Schlupf zwischen den Riemenscheiben und einem Keilrippenriemen zu verringern, ist aus der JP 2002 039 291 A bekannt, unterschiedliche Teilungen der V-förmigen Rippen des Keilrippenriemens und der Keilrippenscheibe vorzusehen. Gemäß der US 5,803,855 A sind zur Aufnahme von Wasser bestimmte Leerräume zwischen dem Rippenkopf und dem Rippengrund beider Reibpartner, des Keilrippenriemens und der Keilrippenscheibe vorgesehen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Riemenscheibe zu schaffen, die Maßnahmen vorsieht, um ein Aufschwimmen und einen Schlupf zwischen der Lauffläche und einer ebenen, glatten Kontaktfläche des Riemens zu unterbinden.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Spannrolle gemäß den oberbegriffsbildenden Merkmalen von Anspruch 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die diesem Anspruch nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß Anspruch 1 umfasst die Riemenscheibe eine Lauffläche, die symmetrisch oder asymmetrisch profiliert oder strukturiert ist oder in der Lauffläche beliebig ausgebildete Erhebungen oder Ausnehmungen einschließt. Dieser konstruktive Aufbau der Laufscheibe vermeidet im Betriebszustand des Zugmitteltriebs eine geschlossene Kontaktfläche des Riemens an der Lauffläche der Riemenscheibe. Vielmehr bilden sich Hohlräume zwischen der Lauffläche der Riemenscheibe und dem Riemen oder Ausnehmungen innerhalb der Lauffläche, die ein Entweichen von einem flüssigen Medium ermöglichen oder ein über den Einlaufbereich eingetretenes flüssiges Medium aufnehmen. Gleichzeitig bleibt eine ausreichende, einen Riemenschlupf verhindernde Riemenkontaktfläche an der Riemenscheiben-Lauffläche bestehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind auf der Lauffläche der Riemenscheibe umfangsverteilt, als Wülste, Stege oder als Halbzylinder gestaltete Erhebungen vorgesehen. Diese vielfältig gestalteten Erhebungen können sich bspw. geradlinig parallel zur Drehachse der Riemenscheibe erstrecken und dabei regelmäßig in gleichen Abständen umfangsverteilt oder unregelmäßig angeordnet sein. Weiterhin bietet es sich an, wechselweise schräg oder geneigte Erhebungen vorzusehen, die sich über die gesamte Breite der Riemenscheibe oder über einen Teilbereich der Breite der Lauffläche erstrecken. Durch die Erhebungen der Riemenscheibe stellt sich im Betriebszustand des Zugmitteltriebs ein hochfrequenter Wechsel ein zwischen unmittelbar an der Lauffläche und den Erhebungen der Riemenscheibe anliegenden Abschnitten des Riemens ein.
Eine alternativ erfindungsgemäß ausgeführte Riemenscheibe umfasst eine als Noppenprofil ausgebildete Lauffläche. Bevorzugt sind dazu konkav aus der Lauffläche hervortretende Erhebungen vorgesehen, an deren Kopfkontur der Riemen geführt ist. Der sich dabei einstellende Zwischenraum zwischen einzelnen Erhebungen dient zur Aufnahme eines flüssigen Mediums. Alternativ dazu bietet es sich an, die Lauffläche mit konvexen Ausnehmungen zu versehen, die im Betriebszustand des Zugmitteltriebs zur Aufnahme eines flüssigen Mediums, insbesondere Wasser oder Öl vorgesehen sind. Zur Realisierung des Noppenprofils bietet es sich bevorzugt an, die Lauffläche mittels einer Materialstrahlung zu bearbeiten.
Die Erfindung schließt weiterhin eine Lauffläche ein, die als Durchlässe ausgebildete Ausnehmungen einschließt. Bei dieser Laufflächengestaltung wird das flüssige Medium aus der Kontaktzone zwischen dem Riemen und der Lauffläche durch die Ausnehmungen radial in Richtung der Riemenscheibennabe verdrängt.
Die erfindungsgemäßen Laufflächenkonzepte sind bevorzugt für Zugmitteltriebe geeignet, bei denen das Zugmittel, der Riemen mit einer glatten Außenseite oder glatten Innenseite an der strukturierten Lauffläche der Riemenscheibe geführt ist.
Zur Realisierung der Erfindung ist bevorzugt eine Riemenscheibe vorgesehen, bei der zumindest der Laufmantel aus einem Kunststoff hergestellt ist. Als Kunststoff eignet sich insbesondere ein faserverstärkter Thermoplast wie zum Beispiel PA 66-GF 35. Bei Bedarf kann die erfindungsgemäße Riemenscheibe aus einem alternativen Kunststoff, aus einem Blechwerkstoff oder aus Aluminium hergestellt werden.
Zur Schaffung einer bauteiloptimierten Riemenscheibe bietet es sich an, den Laufmantel unmittelbar form- und/oder kraftschlüssig an einem Außenring eines Wälzlagers zu fixieren. Dazu bietet es sich an, den Lageraußenring in einem Kunststoff-Spritzgusswerkzeug einzulegen, wobei der Außenring vom Kunststoff umspritzt wird.
Gemäß einer bevorzugten Anwendung wird die erfindungsgemäße Riemenscheibe einem antreibenden oder abgetriebenen Aggregat zugeordnet. Weiterhin bietet es sich an, die erfindungsgemäße Riemenscheibe als Umlenkrolle oder Spannrolle eines Spannsystems des Zugmitteltriebs auszulegen.
Außerdem kann die gemäß der Erfindung gestaltete Riemenscheibe in einem Zugmitteltrieb eingesetzt werden, bei dem das Zugmittel in einer ölhaltigen Umgebung bzw. bereichsweise in einem Ölbad umläuft. Aufgrund der erfindungsgemäß profiliert oder strukturiert gestalteten Lauffläche kann das über den Einlaufbereich in die Kontaktzone zwischen der Lauffläche und den Riemen eingetretene Öl kurzfristig entweichen. Dadurch stellt sich eine kraftschlüssige Anlage des Riemens an der Riemenscheibe ein, die einen nachteiligen Riemenschlupf wirksam unterbindet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere die Erfindung erläuternde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von. Zeichnung näher dargelegt. Es zeigen:
1 in einem Halbschnitt eine Riemenscheibe mit einer erfindungsgemäß gestalteten Lauffläche;
2–7 jeweils in einer Ansicht die Riemenscheibe, mit gegenüber der 1 abweichend gestalteten Laufflächen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt eine aus Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten Thermoplast hergestellte Riemenscheibe 1, die über eine Nabe 2 mit einem Wälzlager 3 verbunden ist, zur Bildung einer Baueinheit. Die Riemenscheibe 1 wird außenseitig von einem Laufmantel 4 umschlossen, der im Einbauzustand der Riemenscheibe 1 mit einem Zugmittel, einem Riemen 5 eines Zugmitteltriebs in Verbindung steht. Der Riemen 5 ist dabei mit einer glatten Innenseite oder Außenseite an einer Lauffläche 6 des Laufmantels 4 abgestützt. Die bevorzugt als ein Spritzgussteil gestaltete Riemenscheibe 1 umschließt mit der Nabe 2 formschlüssig einen äußeren Lagerring 7 des Wälzlagers 3, welches als doppelreihiges Rillenkugellager ausgeführt ist und deren Wälzkörper 8 innenseitig an dem Lagerring 9 geführt sind. Als Maßnahme um ein flüssiges Medium, insbesondere Öl oder Wasser, das über einen Einlaufbereich in eine von der Lauffläche 6 und dem Riemen 5 begrenzte Kontaktzone 10 weiterzuleiten oder aufzunehmen, sind in dem Laufmantel 4 Ausnehmungen 11 eingebracht. Diese auch als Durchlässe zu bezeichnenden Ausnehmungen 11 ermöglichen ein Verdrängen des flüssigen Mediums von der Kontaktzone 10 in Richtung der Nabe 2. Diese Maßnahme vermeidet ein nachteiliges, einen Schlupf bewirkendes Aufschwimmen des Riemens 5 auf der Lauffläche 6.
Die 2 bis 7 zeigen alternativ ausgeführte Laufflächen 6 zur Aufnahme oder Weiterleitung eines flüssigen Mediums aus der Kontaktzone 10.
Gemäß der 2 umfasst die Lauffläche 6 der Riemenscheibe 1 regelmäßig oder unregelmäßig angeordnete, sich über die Breite der Lauffläche 6 erstreckende Erhebungen 12. Durch eine entsprechende Beabstandung der z. B. als Wulst gestalteten Erhebungen 12 ist der die Riemenscheibe 1 begrenzt umschließende Riemen 5 im Betriebszustand des Zugmitteltriebs, ausschließlich an den Erhebungen 12 abgestützt. Folglich stellen sich seitlich offene Hohlräume zur Aufnahme des hydraulischen Mediums ein, die von den Erhebungen 12 und radial von der Lauffläche 4 und dem Riemen 5 begrenzt sind.
Die 3 zeigt abweichend zu der 2 pfeilförmig und gleichzeitig zueinander auf der Lauffläche 6 versetzt angeordnete Erhebungen 13, deren Länge ≥ der halben Breite der Lauffläche 6 entsprechen.
Die Lauffläche 6 gemäß den 4 und 5 umfasst abweichend zur 3 wechselweise geradlinig und geneigt ausgerichtete Erhebungen 13.
Die Lauffläche 6 gemäß 6 bildet ein Noppenprofil 14, das eine Vielzahl von konvex aus der Lauffläche 6 heraustretenden Noppen umfasst. Alternativ dazu bietet es sich an, ein Noppenprofil 14 mit konkav gestalteten Ausnehmungen zu gestalten. Unabhängig von der konkreten Ausbildung kann das zur Aufnahme des hydraulischen Mediums bestimmte Noppenprofil 14 mittels einer Materialbestrahlung realisiert werden.
Die 7 zeigt alternativ zu der 1 eine als Lochprofil 15 gestaltete Lauffläche 6, in der eine Vielzahl von relativ kleinen, eng zueinander beabstandeten Bohrungen oder Ausnehmungen eingebracht sind, durch die im Betriebszustand des Zugmitteltriebs ein hydraulisches Medium von der Lauffläche 6 verdrängt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Riemenscheibe
2: Nabe
3: Wälzlager
4: Laufmantel
5: Riemen
6: Lauffläche
7: Lagerring
8: Wälzkörper
9: Lagerring
10: Kontaktzone
11: Ausnehmung
12: Erhebung
13: Erhebung
14: Nockenprofil
15: Lochprofil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002039291 A [0004]
US 5803855 A [0004]

Claims

Riemenscheibe (1) eines Zugmitteltriebs, die einen Laufmantel (4) umfasst, an deren Lauffläche (6) im Betriebszustand ein Riemen (5) geführt ist, wobei die Gestaltung der Lauffläche (6) die Aufnahme und/oder die Weiterleitung eines sich zwischen dem Riemen (5) und der Lauffläche (6) eintretenden Mediums gewährleistet, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (6) symmetrisch oder asymmetrisch profiliert oder strukturiert ist und dazu auf der oder in der Lauffläche (6) beliebig ausgebildete Ausnehmungen (11) oder Erhebungen (12, 13) einschließt.
Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Lauffläche (6) umfangsverteilt als Wülste, Stege oder als Halbzylinder gestaltete Erhebungen (12, 13) vorgesehen sind.
Riemenscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Lauffläche (6) angeordneten Erhebungen (12, 13) geradlinig, geneigt, regelmäßig oder geteilt verlaufend angeordnet sind.
Riemenscheibe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (6) als ein Noppenprofil (14) ausgebildet ist.
Riemenscheibe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Noppenprofil (14) der Lauffläche (6) mittels einer Materialbestrahlung hergestellt wird.
Riemenscheibe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die als ein Lochprofil (15) ausgebildete Lauffläche (6) als Durchlässe ausgeführte Ausnehmungen umfasst.
Riemenscheibe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der strukturierten Lauffläche (6) der Riemenscheibe (1) der Riemen (5) mit einer glatten Außenseite oder glatten Innenseite geführt ist.
Riemenscheibe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Laufmantel (4) der Riemenscheibe (1) aus einem Kunststoff, insbesondere einem verstärkten Thermoplast (PA 66-GF 35) hergestellt ist.
Riemenscheibe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufmantel (4) der Riemenscheibe (1) formund/oder kraftschlüssig an einem äußeren Lagerring (7) eines Wälzlagers (3) fixiert ist.
Riemenscheibe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (1) als Umlenkrolle oder Spannrolle eingesetzt ist oder einem Aggregat oder einem Spannsystem des Zugmitteltriebs zugeordnet ist.
Riemenscheibe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (1) einem in einer ölhaltigen Umgebung umlaufenden Riementrieb zugeordnet ist.