DE102011104241A1

DE102011104241A1 - Riemenscheibeneinrichtung

Info

Publication number: DE102011104241A1
Application number: DE201110104241
Authority: DE
Inventors: Dr. Stuffer Andreas
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2011-12-29

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 angetriebenen Welle verbundenes Primärbauteil auf. Ein riemenscheibenseitiges Sekundärbauteil ist mit einem Mitnehmer verbunden ist. Zwischen dem Mitnehmer und dem Primärbauteil sind Reibelemente angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibeneinrichtung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer angetriebenen Welle und einen 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 Kurbelwellenentkoppler 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 eine 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 Überkragen eines Drehmoments einer angetriebenen Welle und einem Riemenantrieb mit einem Riemenscheibenfreilauf gelöst. Der Riemenscheibenfreilauf weist ein mit der angetriebenen Welle verbundenes Primärbauteil auf. Ein riemenscheibenseitiges Sekundärbauteil ist mit einem Mitnehmer verbunden. Zwischen dem Mitnehmer und dem Primärbauteil sind Reibelemente 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.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente zu beiden Seiten des Mitnehmers zwischen dem Mitnehmer und dem Primärbauteil angeordnet sind.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente in Richtung des Mitnehmers regelmäßige Ausbuchtungen aufweisen.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbuchtungen symmetrisch zu beiden Seiten des Mitnehmers angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Reibelemente achssymmetrisch zur Umfangsrichtung des Umfangs des Mitnehmers ausgebildet.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbuchtungen eine nahezu dreieckförmige Gestalt aufweisen.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbuchtungen in eine erste Richtung flach abfallen und in eine zweite entgegengesetzte Richtung steil abfallen. In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, dass zwischen dem steil abfallenden Bereich und den flach abfallenden Bereich ein gerade verlaufender Bereich angeordnet ist.
Besonders bevorzugt sind die Ausbuchtungen derart ausgebildet, dass diese für den an den Reibelementen reibenden Mitnehmer eine Rampe bilden. Die Rampe steigt von einer Seite flach an und fällt zu einer weiteren Seite steil ab. Durch die Ausformung der Rampe drückt der Mitnehmer die Reibelemente gegen das Primärbauteil.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer in Längsrichtung in regelmäßigen Abständen Bereiche mit einer überdurchschnittlich großen Breite sowie Bereiche mit einer unterdurchschnittlich kleinen Breite aufweisen. Vorzugsweise weist der Mitnehmer in Längsrichtung angeordnete Verdickungen auf, die in ihrer Form nahezu an die Außenkontur der Reibelemente angepasst sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bereiche mit überdurchschnittlich großer Breite und die Bereiche mit unterdurchschnittlich kleiner Breite in Umfangsrichtung der Riemenscheibeneinrichtung mehrfach wiederholen. Vorzugsweise weist die Riemenscheibeneinrichtung in Umfangsrichtung Abschnitte auf, in denen der Mitnehmer vorzugsweise mehrere abwechselnd angeordnete Bereiche mit überdurchschnittlich großer Breite sowie unterdurchschnittlich kleiner Breite aufweist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche des Mitnehmers mit der unterdurchschnittlich kleinen Breite in dem Bereich der größten Ausdehnung der Ausbuchtungen der Reibelemente eingreifen. Vorzugsweise verjüngt sich der Bereich eines Mitnehmers ausgehend von einem Bereich mit einer überdurchschnittlich großen Breite hin zu einem Bereich mit einer unterdurchschnittlich kleinen Breite in der Form, wie die Ausbuchtung des Reibelements in Richtung des Mitnehmers anwächst.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer in Lastrichtung derart auf die Reibelemente drückt, dass durch die Reibelemente eine axiale Kraft auf das Primärbauteil ausübbar ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer in einer mit dem Primärbauteil verbundenen Vorrichtung gelagert ist. Vorzugsweise ist der Mitnehmer zwischen zwei Reibelemente auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet, wobei der Mitnehmer zu einer dritten Seite hin eine Lagerung aufweist.
Vorzugsweise bestehen die Reibelemente aus einem Material, dass mit dem Material des Mitnehmers eine reibkraftschlüssige Verbindung zu dem Primärbauteil aufbaut. Vorzugsweise bestehen die Reibelemente aus einem elastischen Kunststoff, wie beispielsweise einem Elastomer.
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 Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung im Querschnitt,
2 schematisch einen Schnitt entlang der Achse A-A' gemäß der Riemenscheibeneinrichtung der 1.
In 1 ist schematisch der Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Riemenscheibeneinrichtung 1 im Querschnitt gezeigt. Die Riemenscheibeneinrichtung 1 ist mit einer Welle 2 verbunden. Die Riemenscheibeneinrichtung 1 umfasst ein Primärbauteil 4, das mit einer angetriebenen Welle 2 verbunden ist. Vorzugsweise ist die Welle 2 als Kurbelwelle ausgeführt. In der dargestellten Ausführungsform ist das Primärbauteil 4 durch zwei getrennte Teilelemente aufgebaut. Die beiden Teilelemente des Primärbauteils 4 bilden im äußeren Bereich eine Schalenform. Der äußere Bereich des Primärbauteils 4 bildet zusammen mit einem Sekundärbauteil 5 und Reibelementen 7, 7' einen Riemenscheibenfreilauf 3.
Das Sekundärbauteil 5 umfasst einen Mitnehmer 6 sowie eine Riemenscheibe 12, die unter anderem über Federelemente 14 mit dem Mitnehmer 6 verbunden ist. Der Mitnehmer 6 ist über Reibelement 7, 7' in dem äußeren Bereich das Primärbauteils 4 seitlich geführt. Nach unten hin ist der Mitnehmer 6 über eine Lagerung 13 geführt. Die Lagerung 13 kann beispielsweise durch ein Nadellager gebildet sein.
In der dargestellten Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung 1 ist zwischen dem Mitnehmer 6 und dem äußeren Bereich des Primärbauteils 4 eine Vorrichtung 11 angeordnet.
Die Vorrichtung 11 bildet an drei Seiten um den Mitnehmer 6 eine Art Zwischenkäfig. Die Vorrichtung 11 ist abschnittsweise im Bereich der Seitenwände zur Aufnahme der Reibelemente 7, 7' wenigstens teilweise ausgespart. Die Reibelemente 7, 7' sind in den Aussparungen der Vorrichtung 11 gegen Verdrehung gesichert sowie axial verschiebbar geführt.
In 2 ist schematisch ein Schnitt entlang der Achse A-A' gemäß der Riemenscheibeneinrichtung aus 1 gezeigt. 2 zeigt einen Ausschnitt des Primärbauteils 4, bei dem zwischen zwei Reibelementen 7, 7' ein Teil des Mitnehmers 6 angeordnet ist. Der Mitnehmer 6 weist in Längsrichtung Bereiche 9, 9' mit einer überdurchschnittlich großen Breite sowie Bereiche 10, 10' mit einer unterdurchschnittlich kleinen Breite auf. Die Bereiche 9, 9' mit der überdurchschnittlich großen Breite wechseln sich mit den Bereichen 10, 10' mit der unterdurchschnittlich kleinen Breite ab. Die Breite des Mitnehmers 6 nimmt von dem Bereich 9, 9' mit der überdurchschnittlich großen Breite zu dem Bereich 10, 10' mit der unterdurchschnittlich kleinen Breite stetig langsam ab. Von den Bereich 10, 10' mit der unterdurchschnittlich kleinen Breite steigt die Breite des Mitnehmers 6 in einer Stufe auf den Bereich 9, 9' mit der überdurchschnittlich großen Breite an.
Die Reibelemente 7, 7' weisen in regelmäßigen Abständen auf beiden Seiten Ausbuchtungen 8, 8' auf. Die Ausbuchtungen 8, 8' weisen hierbei in etwa die Form eines rechtwinkligen Dreiecks auf. Die Ausbuchtungen 8, 8' bilden Rampen die langsam ansteigen und im Bereich 15 der größten Ausdehnung der Ausbuchtungen 8, 8' steil abfallen. Durch die symmetrische Ausführung der Reibelemente 7, 7' entsteht durch die Ausbuchtungen 8, 8' eine beidseitige Doppelrampe. Die Form der Reibelemente 7, 7' ist vorzugsweise nahezu an die Außenform des Mitnehmers 6 angepasst. Die Form der Reibelemente 7, 7' sowie die Außenkontur des Mitnehmers 6 sind aufeinander derart angepasst, dass der Mitnehmer 6 die Reibelemente 7, 7' in Drehrichtung, also hier durch eine Bewegung des Mitnehmers 6 von links nach rechts, gegen die Seitenwände des Primärbauteils 4 drückt. In entgegengesetzte Richtung, also von rechts nach links bilden die Ausbuchtungen 8, 8' der Reibelemente 7, 7' einen Anschlag für den Mitnehmer 6, die eine weitere relative Verdrehung verhindern. Der Kontaktbereich des Mitnehmers 6 und der Reibelemente 7, 7 weist einen möglichst geringen Reibwert auf.
Die Reibelemente 7, 7 können in einem axialen reibschlüssigen Kontakt mit den Seitenwänden des Primärbauteils 4 treten. Wird ein Drehmoment in einer gewünschten Richtung, hier von links nach rechts, eingeleitet, so wird aufgrund der günstigeren Reibungsverhältnisse der Mitnehmer 6 des Riemenscheibenfreilaufs 3 gegenüber der Vorrichtung 11 verdreht. Dabei werden die Reibelemente 7, 7' solange axial nach außen bewegt, bis ein Kräftegleichgewicht mit den Elementen das Primärbauteils 4 und der Rampengeometrie erreicht ist.
Unterstützt durch geeignete Modifikationen der Wirkflächenpaare, also zwischen Reibelementen 7, 7' und Primärbauteil 4, sind der Reibwert und die über den Zusammenhang aus Keilwinkel und Drehmoment resultierende Normalkraft an diesen Stellen so groß, dass das gewünschte Drehmoment reibkraftschlüssig übertragen werden kann. Bei entgegengesetzten Drehmoment findet keine Anpressung statt und die Riemenscheibeneinrichtung 1 wird von den Reibelementen 7, 7' bis an deren Anschlagbereiche, den Bereich 15 der größten Ausdehnung der Ausbuchtungen 8, 8', der Mitnehmer 6 mit den entsprechenden Bereichen verdreht.
Die Riemenscheibeneinrichtung 1 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass bei steigendem Drehmoment die Anpressung steigt und dadurch ein Rutschen sicher vermieden wird und alle Bauteile ohne Relativbewegung zueinander auf der Kurbelwelle mitdrehen. Sobald das Drehmoment die Richtung wechselt (Schubbetrieb) wird die Spreizung der Doppelrampe der Reibelemente 7, 7' zurückgenommen. Der Mitnehmer 6 bewegt sich bis zum Endanschlag und verbleibt dort. Weitere Relativbewegungen der Riemenscheibeneinrichtung 1 zur Kurbelwelle 2 resultieren in Relativbewegung zwischen dem Primärbauteil 4 und der Vorrichtung 11. Sobald das Drehmoment wieder die Richtung wechselt, führt die Reibung zwischen der Vorrichtung 11 und dem Primärbauteil 4 dazu, dass sich der Mitnehmer 6 bevorzugt gegen die Vorrichtung 11 verdreht und einen Reibkraftschluss zur Drehmomentübertragung wieder herbeiführt.
Bezugszeichenliste

1: Riemenscheibeneinrichtung
2: Welle
3: Riemenscheibenfreilauf
4: Primärbauteil
5: Sekundärbauteil
6: Mitnehmer
7, 7': Reibelement
8, 8': Ausbuchtung
9, 9': Bereich mit überdurchschnittlich großem Umfang
10, 10': Bereich mit unterdurchschnittlich kleinem Umfang
11: Vorrichtung
12: Riemenscheibe
13: Lagerung
14: Federelement
15: Bereich der größten Ausdehnung
A-A': Schnittachse

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, wobei ein riemenscheibenseitiges Sekundärbauteil (5) mit einem Mitnehmer (6) verbunden ist, und wobei zwischen dem Mitnehmer (6) und dem Primärbauteil (4) Reibelemente (7, 7') angeordnet sind.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Reibelemente (7, 7') zu beiden Seiten des Mitnehmers (6), zwischen dem Mitnehmer (6) und dem Primärbauteil (4) angeordnet sind.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reibelemente (7, 7') in Richtung des Mitnehmers regelmäßige Ausbuchtungen (8, 8') aufweisen.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Ausbuchtungen (8') symmetrisch zu beiden Seiten des Mitnehmers (6) angeordnet sind.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Ausbuchtungen (8, 8') eine dreieckförmige Gestalt aufweisen.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Ausbuchtungen (8, 8') in eine erste Richtung flach abfallen und in eine zweite entgegengesetzte Richtung steil abfallen.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mitnehmer (6) in Längsrichtung in regelmäßigen Abständen Bereiche (9, 9') mit einer überdurchschnittlich großen Breite, sowie Bereiche (10, 10') mit einer unterdurchschnittlich kleinen Breite aufweisen.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 7, wobei sich die Bereiche (9, 9') mit überdurchschnittlich großer Breite und die Bereiche (10, 10') mit einer unterdurchschnittlich kleinen Breite in Umfangsrichtung der Riemenscheibeneinrichtung (1) mehrfach wiederholen.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Bereiche (10, 10') des Mitnehmers (6) mit der unterdurchschnittlich kleinen Breite in dem Bereich der größten Ausdehnung (15) der Ausbuchtungen (8, 8') der Reibelemente (7, 7') eingreifen.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem Anspruch 9, wobei der Mitnehmer (6) in Lastrichtung derart auf die Reibelemente (7, 7') drückt, dass durch die Reibelemente (7, 7') eine axiale Kraft auf das Primärbauteil (4) ausübbar ist.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mitnehmer (6) in einer mit dem Primärbauteil (4) drehbar verbundenen Vorrichtung (11) gelagert ist.