DE102011103479A1

DE102011103479A1 - Riemenscheibeneinrichtung

Info

Publication number: DE102011103479A1
Application number: DE201110103479
Authority: DE
Inventors: Dr. Stuffer Andreas
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2012-04-19

Abstract

Es wird eine Riemenscheibeneinrichtung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer angetriebenen Welle und einem Riemenantrieb mit einem Riemenscheibenfreilauf angegeben. Der Riemenscheibenfreilauf weist ein mit der Welle verbundenes Primärbauteil auf. Zwischen dem Primärbauteil und einem riemenscheibenseitigen Sekundärbauteil ist ein ringförmiges, flexibles Zwischenelemente angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibeneinrichtung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer angetriebenen Welle und einem Riemenantrieb mit einem Freilauf.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 35 889 A1 ist eine Freilaufkupplung bekannt, die zwischen einer Riemenscheibe und einer Welle angeordnet ist. Die bekannte Freilaufkupplung eignet sich zum Antrieb eines Generators und ist Bestandteil einer Riemenscheibe, die zum Antrieb des Generators dient. Durch den Einsatz der Freilaufkupplung wird eine Eigendämpfung ermöglicht, so dass die Drehmomentübertragung des Zugmitteltriebs verbessert wird.
Aus der europäischen Patentschrift EP 0 980 479 B1 ist ein Riemenantriebssystem mit einer Generatorverbindungsfreilaufkupplung bekannt, die eine Torsionswickelfeder und einen Einweg-Kupplungsmechanismus umfasst. Dadurch können die Antriebsdrehmomente der Generator-Riemenscheibe auf eine Nabe nachgiebig übertragen werden. Darüber hinaus kann die Riemenscheibe des Generators von der Nabe in eine Richtung abgekoppelt werden.
Aus der deutschen Patentschrift DE 196 36 628 C1 ist ein Freilauf mit einem Klemmkörper bekannt, der durch eine sich in Umfangsrichtung eines Spalts erstreckende, elastisch verformte Spiralfeder gebildet ist.
Aus der europäischen Patentschrift EP 0 782 674 B1 ist ein Kurbelwellenentkuppler mit einer richtungsgeschalteten Kupplung bekannt, die dazu dient, selektiv Rotationskräfte zwischen einer Einbaunabe und einer Riemenscheibe zu übertragen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 029 351 A1 ist ein Triebrad zum Antreiben eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine mit einer Dämpfungseinrichtung bekannt.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bauraumneutrale Lösung für Riemenscheibeneinrichtung mit einem Riemenscheibenfreilauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Die Aufgabe ist bei einer Riemenscheibeneinrichtung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer angetriebenen Welle und einem Riemenantrieb gelöst, bei dem der Riemenantrieb einen Riemenscheibenfreilauf aufweist, der ein mit der Welle verbundenes Primärbauteil aufweist. Zwischen dem Primärbauteil und einem riemenscheibenseitigen Sekundärbauteil ist ein ringförmiges flexibles Zwischenelement angeordnet.
Vorzugsweise ist die Riemenscheibeneinrichtung als Kurbelwellenriemenscheibe ausgebildet. Die Kurbelwellenriemenscheibe ist vorzugsweise mit der Kurbelwelle eines Fahrzeugmotors verbunden. Hierbei kann es sich beispielsweise um den Motor eines Kraftwagens, beispielsweise eine Personenkraftwagens oder auch den Motor eines Kraftrades, beispielsweise eines Motorrades handeln.
Das Zwischenelement umfasst vorzugsweise einen elastischen Werkstoff. Bevorzugt weist das Zwischenelement einen Elastomer auf.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement mehrere Ausnehmungen aufweist. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen in dem Zwischenelement entlang des Umfangs des Zwischenelements hintereinander angeordnet.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Primärbauteil mit Mitnehmerelementen verbunden ist. Vorzugsweise weist das Primärbauteil mehrerer Mitnehmerelemente auf. Besonders bevorzugt sind die Mitnehmerelemente in dem gleichen Abstand zueinander an dem Primärbauteil angeordnet. Besonders bevorzugt weisen die Mitnehmerelemente den gleichen Abstand zueinander auf, wie die Ausnehmungen des Zwischenelements zueinander beabstandet sind.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerelemente eine für die jeweilige Betätigungsrichtung der Kurbelwellenriemenscheibe angepasste Form aufweisen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur an das Mitnehmerelement wenigstens teilweise an die Innenkontur der Ausnehmung des Zwischenelements angepasst ist.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement in der Ausnehmung frei beweglich ist. Vorzugsweise weist die Ausnehmung hierbei eine etwas größere Aussparung auf, als für die Aufnahme des Mitnehmerelements theoretisch notwendig wäre.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement in Lastrichtung ein keilförmiges Ende aufweist. Vorzugsweise weist das Mitnehmerelement in Lastrichtung ein derart geformtes Ende auf, dass wenigstens zwei gegenüberliegende Seiten des Endes in einem spitzen Winkel, d. h. zwischen 0 und 90° aufeinander zulaufen. Die Spitze des Mitnehmerelements kann hierbei ein abgeflachtes Ende aufweisen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement entgegen der Lastrichtung eine Form aufweist, die sich von der Form des Mitnehmerelements in Lastrichtung unterscheidet. Vorzugsweise weist das Mitnehmerelement entgegen der Lastrichtung ein schmaleres Ende auf, als in Lastrichtung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement in Lastrichtung derart geformt ist, dass bei Kontakt des Mitnehmerelements mit dem Zwischenelement in Lastrichtung das Zwischenelement verdrehsicher an das Sekundärbauteil angepresst ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement entgegen der Lastrichtung derart geformt ist, dass bei Kontakt des Mitnehmerelements mit dem Zwischenelement entgegen der Lastrichlung, das Zwischenelement verdrehbar an dem Sekundärbauteil anliegt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Ausnehmungen des Zwischenelements ein durch die Mitnehmerelemente verformbarer Steg angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Steg elastisch. Bei einer Entlastung des Stegs, also wenn das Mitnehmerelement nicht mehr auf den Steg drückt, kehrt der Steg vorzugsweise wieder in seine Ausgangsform zurück.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch kennzeichnet, dass wenigstens zwei benachbarte Ausnehmungen des Zwischenelements über einen Durchbruch miteinander verbunden sind.
Durch die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Riemenscheibeneinrichtung ist eine nahezu bauraumneutrale Ausführung möglich.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Riemenscheibeneinrichtung in Schnittdarstellung durch die Hauptrotationsachse,
2 schematisch einen Ausschnitt des Zwischenelements der Riemenscheibeneinrichtung als Ausschnitt in abgewickelter Darstellung,
3a und 3b schematisch einen Ausschnitt des Zwischenelements bei Kontakt des Mitnehmerelements mit dem Zwischenelement entgegen der Lastrichtung und in Lastrichtung,
4a bis 4c verschiedene Positionen des Mitnehmerelements in der Aussparung des Zwischenelements,
5 eine weitere Ausführungsform des Zwischenelements und Mitnehmerelements.
In 1 ist schematisch der Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Riemenscheibeneinrichtung 1 gezeigt. Die Riemenscheibeneinrichtung 1 ist mit einer Kurbelwelle 2 verbunden. Die Riemenscheibeneinrichtung 1 weist zwischen einem Primärbauteil 4 und einem riemenscheibenseitigen Sekundärbauteil 5 ein ringförmiges, flexibles Zwischenelement 6 auf. Das Zwischenelement 6 weist definierte Aussparungen 7 auf. Das Primärbauteil 4 ist mit Mitnehmerelementen 8 verbunden. Die definierten Aussparungen 7 des Zwischenelements 6 sind auf die Anordnung der Mitnehmerelemente 8 des Primärbauteils 4 abgestimmt. Das Primärbauteil 4 bildet zusammen mit dem Sekundärbauteil 5, dem Zwischenelement 6 und den Mitnehmerelementen 8 einen Riemenscheibenfreilauf 3.
Zur reibkraftschlüssigen Kraftübertragung zwischen dem Zwischenelement 6 und dem Sekundärbauteil 5 weist das Sekundärbauteil 5 zylinderförmige Flächenabschnitte auf. Das Sekundärbauteil 5 ist in der dargestellten Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung 1 mit einer verdrehbar gelagerten Riemenscheibe 13 über eine oder mehrere Dämpfungsfedern 14 verbunden. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Kurbelwellenriemenscheibe 1 kann das Sekundärbauteil 5 auch fest mit der Riemenscheibe 13 verbunden sein.
Zwischen dem Sekundärbauteil 5 und der verdrehbar angeordneten Riemenscheibe 13 ist in der dargestellten Ausführungsform eine Lagerung 12 angeordnet. Zur Abstützung von axial- und Radialkräften sowie Kippmomenten ist zwischen den Sekundärbauteil 5 und dem Primärbauteil 4 eine Lagerung 12' angeordnet.
In 2 ist schematisch ein Ausschnitt des Zwischenelements 6 einer erfindungsgemäßen Riemenscheibeneinrichtung 1 dargestellt. Das Zwischenelement 6 ist zwischen Bereichen des Sekundärbauteils 5 und des Primärbauteils 4 angeordnet. Das Zwischenelement 6 weist mehrere regelmäßig angeordnete, voneinander beabstandete Aussparungen 7, 7' auf.
In den Aussparungen 7, 7' des Zwischenelements 6 ist jeweils ein Mitnehmerelement 8, 8' angeordnet. Die Mitnehmerelemente 8, 8' sind mit einem Primärbauteil 4 der Riemenscheibeneinrichtung verbunden. Die Mitnehmerelemente 8, 8' weisen in Längsrichtung eine asymmetrischen Form auf, wobei das in 2 auf der rechten Seite angeordnete Ende der Mitnehmerelemente 8, 8' in der dargestellten Ausführungsform keilförmig ausgeführt ist. Das gegenüberliegende Ende der Mitnehmerelemente 8, 8' weist in der dargestellten Ausführungsform die Form eines Zapfen auf. Die Aussparungen 7, 7' des Zwischenelements 6 sind zumindest teilweise an die Außenkontur der Mitnehmerelemente 8, 8' angepasst.
In 3a ist ein Ausschnitt des Zwischenelements 6 dargestellt. Hierbei drückt das Mitnehmerelement 8 entgegen der Lastrichtung gegen das linke Ende der Aussparung 7 des Zwischenelements 6 und übt eine Kraft in Richtung des Stegs 10 der Aussparung 7 aus.
Durch die Krafteinwirkung des Mitnehmerelements 8 auf den Steg 10 des Zwischenelements 6 wird dieses entgegen der Richtung des Sekundärbauteiles 5 und des Primärbauteils 4 komprimiert. Dadurch wird die Flächenpressung zwischen dem Zwischenelement 6 und dem zylinderförmigen Flächenabschnitten des Sekundärbauteils 5 und des Primärbauteils 4 reduziert, so dass eine Verdrehung zwischen dem Primärbauteil 4 und dem Sekundärbauteil 5 mit einem relativ geringen Drehmoment – Schleppmoment – möglich ist.
In 3b ist ein Ausschnitt des Zwischenelements 6 analog der in 3a dargestellten Ausführungsform gezeigt, bei der das Mitnehmerelement 8 in Lastrichtung gegen das rechte Ende der Aussparung 7 des Zwischenelements 6 drückt und dadurch eine Kraft auf das Zwischenelement 6 ausübt. Die tangential auf die Aussparung 7 im Zwischenelement 6 einwirkende Kraft wird hierbei in radial wirkende Kräfte umgelenkt, die sich an dem zylinderförmigen Flächen des Sekundärbauteils 5 und des Primärbauteils 4 abstützen. Die Reibwerte und die Geometrie des Zwischenelements 6 bzw. des Sekundärbauteils 5 und des Primärbauteils 4 sind so gewählt, dass ein selbstverstärkender Effekt eintritt und abgesehen von einer elastischen Verformung des Zwischenelements 6 keine Verdrehung mehr zwischen dem Primärbauteil 4 und dem Sekundärbauteil 5 erfolgen kann.
Vorzugsweise wird zwischen dem Sekundärbauteil 5 und dem Zwischenelement 6 eine Mindestreibung ausgeübt, die durch ein Übermaß zwischen in mindestens einem der zylindrischen Flächenabschnitte des Sekundärbauteils 5 und dem Zwischenelement 6 erfolgt oder durch eine Reibung/Anpressung in axialer Richtung erfolgt. Diese Mindestspreizung bewirkt, dass das Zwischenelement 6 einer Verdrehung im Sekundärbauteil 5 eine Gegenkraft entgegensetzt.
In den 4a bis 4c ist eine weitere Ausführungsform des Zwischenelements 6 dargestellt, bei der zwischen den einzelnen Aussparungen 7, 7' ein verformbarer Steg 10 angeordnet ist. Der verformbare Steg 10 bewirkt, dass bevor die abgestimmten Geometriebereiche zwischen dem Mitnehmerelement 8 und dem Zwischenelement 6 in Kontakt treten der Steg 10 deformiert und eine weitere radiale Kraftkomponente erzeugt wird. Dadurch wird die Grundreibung zwischen dem Zwischenelement 6 zum Sekundärbauteil 5 erhöht.
Hierbei zeigt die 4a den Zustand, bei dem das Mitnehmerelement 8 entgegen der Lastrichtung mit dem linken Ende des Mitnehmerelements 8 gegen den Steg 10 der Aussparung 7 drückt. In 4b weist das Mitnehmerelement in Lastrichtung mit seinem rechten Ende einen Kontakt mit dem Steg 10 des Zwischenelements 6 auf. Hierbei ist der Steg 10 noch nicht deformiert. Gemäß 4c drückt das Mitnehmerelement 8 stärker auf den Steg 10 des Zwischenelements 6 und verformt diesen. Hierbei wird eine zusätzliche radiale Kraftkomponente erzeugt, die die Grundreibung zwischen dem Zwischenelement 6 und dem Sekundärbauteil 5 erhöht.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform des Zwischenelements 6 und des Mitnehmerelements 8 dargestellt. Hierbei sind die benachbarten Aussparungen 7 über einen Durchbruch 11 miteinander verbunden. Die Bereiche des Zwischenelements 6, die in Kontakt mit den Enden des Mitnehmerelements 8 kommen, weisen in der dargestellten Ausführungsform die Form einer Nocke auf. Durch die Nockenform führt eine Verdrehung das Primärbauteil 4 mit dem Mitnehmerelement 8 in Lastrichtung zu einer Rollbewegung dieser Bereiche auf den Mitnehmerelementen 8. Durch die offene Form wird dabei die Klemmung deutlich verstärkt.
Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform ist bei der Rollbewegung des Kontaktes des Mitnehmerelements 8 mit der Aussparung 7 des Zwischenelements 6 eine hohe Reibungszahl vorteilhaft. Bei den in den 2 bis 4c gezeigten Ausführungsformen hingegen ist es zur Umsetzung der Tangential- in einer Radialkraft von Vorteil, wenn die Wirkflächenpaare, also die in Kontakt stehenden Enden der Mitnehmerelemente mit dem Zwischenelement, möglichst reibungsarm sind. Die Wirkflächenpaare zwischen Zwischenelement 6, Sekundärbauteil 5 und Primärbauteil 4 können ein- oder beidseitig mit einer Modifikation wie z. B. Beschichtung oder Oberflächenstrukturierung versehen sein, um die Reibungszahl zu einem gewünschten Maß hin zu beeinflussen.
Bezugszeichenliste

1: Riemenscheibeneinrichtung
2: Welle
3: Riemenscheibenfreilauf
4: Primärbauteil
5: Sekundärbauteil
6: Zwischenelement
7, 7': Ausnehmung
8, 8': Mitnehmerelement
9: keilförmiges Ende
10, 10': Steg
11: Durchbruch
12, 12': Lagerung
13: Riemenscheibe
14: Dämpfungsfeder

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 19535889 A1 [0002]
EP 0980479 B1 [0003]
DE 19636628 C1 [0004]
EP 0782674 B1 [0005]
DE 102005029351 A1 [0006]

Claims

Riemenscheibeneinrichtung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer angetriebenen Welle (2) und einem Riemenantrieb mit einem Riemenscheibenfreilauf (3), wobei der Riemenscheibenfreilauf (3) ein mit der angetriebenen Welle (2) verbundenes Primärbauteil (4) aufweist, und wobei zwischen dem Primärbauteil (4) und einem riemenscheibenseitigen Sekundärbauteil (5) ein ringförmiges, flexibles Zwischenelement (6) angeordnet ist.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Zwischenelement (6) mehrere Ausnehmungen (7, 7') aufweist.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Primärbauteil (4) mit Mitnehmerelementen (8, 8') verbunden ist.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Mitnehmerelemente (8) eine für die jeweilige Betätigungsrichtung der Riemenscheibeneinrichtung (1) angepasste Form aufweisen.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 4, wobei die Außenkontur des Mitnehmerelements (8) wenigstens teilweise an die Innenkontur der Ausnehmung (7) des Zwischenelements (6) angepasst ist.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 5, wobei das Mitnehmerelement (8) in der Ausnehmung (7) frei beweglich ist.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Mitnehmerelement (8) in Lastrichtung ein keilförmiges Ende (9) aufweist.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Mitnehmerelement (8) entgegen der Lastrichtung eine Form aufweist, die sich von der Form des Mitnehmerelements (8) in Lastrichtung unterscheidet.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 8, wobei das Mitnehmerelement (8) in Lastrichtung derart geformt ist, dass bei Kontakt des Mitnehmerelements (8) mit dem Zwischenelement (6) in Lastrichtung das Zwischenelement (6) verdrehsicher an das Sekundärbauteil (5) angepresst ist.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 8, wobei das Mitnehmerelement (8) entgegen der Lastrichtung derart geformt ist, dass bei Kontakt des Mitnehmerelements (8) mit dem Zwischenelement (6) entgegen der Lastrichtung das Zwischenelement (6) verdrehbar an dem Sekundärbauteil (5) anliegt.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen zwei Ausnehmungen (7, 7') ein durch die Mitnehmerelemente (8, 8') verformbarer Steg (10) angeordnet ist.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei wenigstens zwei benachbarte Ausnehmungen (7, 7') über einen Durchbruch (11) miteinander verbunden sind.