DE102011104244A1

DE102011104244A1 - Riemenscheibeneinrichtung

Info

Publication number: DE102011104244A1
Application number: DE201110104244
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 riemenscheibenseitiges Sekundärbauteil und ein mit der Welle verbundenes Primärbauteil auf. Zwischen der Welle und dem Primärbauteil ist eine Vorrichtung angeordnet, die derart ausgelegt ist, um das Drehmoment der Welle in eine axiale Bewegung des Primärbauteils umzuwandeln.

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 der der Riemenantrieb einen Riemenscheibenfreilauf aufweist. Der Riemenscheibenfreilauf weist ein riemenscheibenseitiges Sekundärbauteil und ein mit der angetriebenen Welle verbundenes Primärbauteil auf. Zwischen der Welle und dem Primärbauteil ist eine Vorrichtung angeordnet, die derart ausgelegt ist, dass das Drehmoment der Welle in eine axiale Bewegung des Primärbauteils umgewandelt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Bewegung des Primärbauteils in eine erste Richtung einen Reibschluss zwischen dem Primärbauteil und den Sekundärbauteil bewirkt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Bewegung des Primärbauteils in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung, eine reibarme Bewegung des Primärbauteils zu dem Sekundärbauteil ermöglicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Primärbauteil und dem Sekundärbauteil wenigstens ein Reibelement angeordnet ist. Vorzugsweise korrespondiert wenigstens ein Bereich des Primärbauteils mit einem entsprechenden Bereich des Sekundärbauteils. Dieser Bereich ist vorzugsweise mit einem reibungsbeeinflussenden Element ausgestaltet, wie z. B. einem Reibbelag oder durch eine angepasste Strukturierung der Oberfläche, die einen hohen Reibwert aufweist.
Die Riemenscheibeneinrichtung weist in einer Ausführungsform ein Element auf, das eine reibkraftschlüssige Verbindung zwischen dem Primärbauteil und dem Sekundärbauteil aufweist, die ein Mindest-Reibmoment erzeugt. Dieses Element kann explizit über z. B. einen Reibfinger, einen Reibring oder einen Reibbelag, bzw. ein integriertes Reibelement, wie beispielsweise eine Wellenfeder oder implizit über eine sichergestellte Mindestreibung zwischen dem Primärbauteil an dem Sekundärbauteil, z. B. im Bereich der Lagerung, erfolgen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Primärbauteil zwei in Axialrichtung gegeneinander verschiebbare Einheiten aufweist. Hierbei umfasst das Primärbauteil vorzugsweise zwei gegensinnig angeordnete verschiebbare Einheiten.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass jede der verschiebbaren Einheiten mit einer separaten Vorrichtung mit der angetriebenen Welle verbunden ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung durch wenigstens eine Gewindestange gebildet ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei gegenläufige Gewindestangen umfasst.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung durch eine Rampe gebildet ist.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Rampe oder ein Schrauben- oder Spindelgewinde, das zwischen dem Drehmoment einleitenden Kurbelwellenbereich und dem Zwischenelement, dem Primärelement, wirkt und eine auf die Reibungsverhältnisse im Kraftübertragungskontakt abgestimmte Steigung aufweist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärbauteil auf dem Primärbauteil über eine Lagerung geführt ist. In einer weiteren Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung bei der das Sekundärbauteil direkt auf der angetriebenen Welle geführt ist, ist zwischen dem Sekundärbauteil und der angetriebenen Welle eine Lagerung angeordnet.
Vorzugsweise weist die Riemenscheibeneinrichtung axial begrenzende Komponenten zum Erzeugen der Pressung im reibkraftschlüssigen Kontakt zur Drehmomentübertragung auf. Die axiale Begrenzung dient auch zur Wegbeschränkung des Sekundärbauteils im Schubbetrieb der Riemenscheibeneinrichtung.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Riemenscheibeneinrichtung sind vorzugsweise so ausgelegt, dass bei steigendem Drehmoment die (An)Pressung steigt und ein Durchrutschen sicher vermieden wird und alle Bauteile ohne Relativbewegung zueinander auf der Kurbelwelle mitdrehen. Sobald das Drehmoment die Richtung wechselt (Schubbetrieb) werden die Verstellelemente, die Sekundärbauteile, verdreht und die Drehmoment übertragende Pressung wird aufgehoben. Die Verstellelemente bewegen sich bis zum Endanschlag und verbleiben dort.
Weitere Relativbewegung von dem Sekundärbauteil zur Kurbelwelle resultieren in einer Relativbewegung zwischen den Primärbauteil und dem Sekundärbauteil bei gleichzeitigem Gleiten in den zu dem Primärbauteil gehörenden Reibkontakten. Sobald das Drehmoment wieder die Richtung wechselt, führt die Reibung der zu den Primärbauteil gehörenden Reibkontakten dazu, dass das Primärbauteil in Richtung einer Verpressung mitgenommen wird.
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:
1a und 1b schematisch den Aufbau einer Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung wobei die Riemenscheibeneinrichtung bei Lastbetrieb und bei Schubbetrieb dargestellt ist;
2 schematisch den Aufbau einer weiteren Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung bei Lastbetrieb mit einem zweiteiligen Primärbauteil;
3 schematisch den Aufbau einer weiteren Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung bei Lastbetrieb wobei zwischen dem Primärbauteil und dem Sekundärbauteil ein Reibelement angeordnet ist;
4 schematisch den Aufbau einer weiteren Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung bei Lastbetrieb wobei das Sekundärbauteil direkt auf der angetriebenen Welle gelagert ist;
5 schematisch den Aufbau einer weiteren Ausführungsform Riemenscheibeneinrichtung bei Lastbetrieb wobei das Primärbauteil zwei getrennte Elemente umfasst.
In 1a und 1b ist schematisch der Aufbau einer ersten Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung 1 gezeigt, wobei die Riemenscheibeneinrichtung 1 in 1a im Lastbetrieb und in 1b im Schubbetrieb dargestellt ist.
In 1a ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Riemenscheibeneinrichtung 1 gezeigt, bei dem ein Primärbauteil 4 verschiebbar auf einem Bereich einer angetriebenen Welle 2 angeordnet ist. Auf dem Primärbauteil 4 ist über eine Lagerung 10 ein Sekundärbauteil 5 angeordnet. Das Sekundärbauteil 5 ist über ein Federelement 12 mit einer Riemenscheibe 11 verbunden. Das Primärbauteil 4 bildet zusammen mit dem Sekundärbauteil 5 und dem Innenanschlag 17 der angetriebenen Weile 2 den Riemenscheibenfreilauf 3.
Ausgehend von dem Sekundärbauteil 5 erstreckt sich in Axialrichtung von dem Sekundärbauteils 5 weg ein Reibfinger 14. Der Reibfinger 14 ist derart ausgebildet, dass zwischen dem Reibfinger 14 und dem Primärbauteil 4 ein Reibelement 15 gehalten wird. Über das Reibelement 15 wird ein Mindest-Reibmoment zwischen den Sekundärbauteil 15 und dem Primärbauteil 4 erzeugt.
Bei dem in 1 dargestellten Lastbetrieb der Riemenscheibeneinrichtung 1 ist das Primärbauteil 4 über die Vorrichtungen 6, 6' in Richtung der Innenseite der Kurbelwelle 2 verschoben. Das mit dem Primärbauteil 4 verbundene Sekundärbauteil 5 reibt über ein Reibelement 7 an dem Innenanschlag 17 der Kurbelwelle 2 wodurch ein Reibschluss zwischen der Riemenscheibeneinrichtung 1 und der Kurbelwelle 2 gebildet ist. Die Bewegung des Primärbauteils 4 bis zum Innenanschlag 17 in Richtung Innenseite der Kurbelwelle 2 wird durch die Gewindestangen 9, 9' erreicht, die zwischen der Drehmoment einleitenden Kurbelwelle 2 und dem Primärbauteil 4 wirkt und eine auf die Reibungsverhältnisse im Kraftübertragungskontakt abgestimmte Steigung aufweisen.
1b zeigt eine Riemenscheibeneinrichtung 1, analog zu der in 1a dargestellten Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung 1 im Schubbetrieb. Hierbei ist das Primärbauteil 4 über die Gewindestangen 9, 9' in Richtung eines Anschlagelements 13 verfahren. Die Verschiebestrecke 16 des Primärbauteils ist durch das Anschlagelement 13 und den Innenanschlag der Kurbelwelle 2 beschränkt. Das Sekundärbauteil 5 ist im Schubbetrieb von dem Innenanschlag 17 der Kurbelwelle 2 beabstandet. Im Schubbetrieb weist des Sekundärbauteil 5 relativ zum Primärbauteil 4 eine, durch das Reibelement 15 beschränkte relative Bewegung auf.
In 2 ist schematisch der Aufbau einer weiteren Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung bei Lastbetrieb mit einem zweiteiligen Primärbauteil gezeigt. In der dargestellten Ausführungsform weist das Primärbauteil zwei getrennte, in entgegengesetzte Richtung bewegbare Einheiten 8, 8' auf. Die beiden Einheiten 8, 8' sind über einen Stift 18 miteinander in Axialrichtung verbunden, wobei der Stift 18 in einer der beiden Einheiten 8, 8' fest angeordnet und in der anderen Einheit in Axialrichtung frei beweglich ist. Im Lastbetrieb liegen sich die beiden Einheiten 8, 8' angetrieben durch die Gewindestangen 9, 9' aufeinander zu. Dadurch entsteht über die Reibelemente 7, 7' ein Reibschluss zwischen dem Sekundärbauteil 5 und den beiden Einheiten 8, 8'. Das Sekundärbauteil 5 ist auf den beiden Einheiten 8, 8' des Primärbauteils gelagert. Aufgrund der axialen Kupplung zwischen den beiden Einheiten 8, 8' über den Stift 18 reicht eine Begrenzung gegen eine axiale Verschiebung im Lastbetrieb aus. In der dargestellten Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung 1 sind zwei axiale Begrenzungen in Form eines Anschlagelements 13 und in Form eines Innenanschlags 17 an der Welle 2 ausgeführt.
In 3 ist schematisch der Aufbau einer weiteren Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung 1 bei Lastbetrieb gezeigt, wobei direkt zwischen dem Primärbauteil 4 und dem Sekundärbauteil 5 ein Reibelement 15 angeordnet ist. Die in 3 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich zu der in den 1a und 1b gezeigten Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung 1 ausgeführt, wobei bei der in 3 gezeigten Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung 1 kein zwischen einem Reibfinger 14 und dem Primärbauteil 4 angeordnetes Reibelement vorliegt. Das Reibelement 15 ist bei der in 3 gezeigten Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung 1 direkt zwischen dem Sekundärbauteil 5 und dem Primärbauteil 4 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist das Reibelement 15 in Axialrichtung zwischen zwei Lagern 10, 10' angeordnet. Über das Reibelement 15 wird eine Mindestreibung zwischen dem Primärbauteil 4 und dem Sekundärbauteil 5 ausgeübt.
In 4 ist schematisch der Aufbau einer weiteren Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung 1 bei Lastbetrieb gezeigt, wobei das Sekundärbauteil 5 direkt auf der angetriebenen Welle 2 gelagert ist. in der dargestellten Ausführungsform der Riemenscheibeneinrichtung 1 ist das Sekundärbauteil 5 über eine Lagerung 14 auf der angetriebenen Welle 2 gelagert. Das Sekundärbauteil 5 weist einen Reibfinger 14 auf, der sich in Axialrichtung von dem Sekundärbauteil 5 weg erstreckt. In Axialrichtung seitlich neben dem Sekundärbauteil 5 ist ein Primärbauteil 4 angeordnet, das über eine Gewindestange 9 mit der Welle 2 verbunden ist. Zwischen dem Reibfinger 14 und dem Primärbauteil 4 ist ein Reibelement 15 angeordnet, das für eine Mindestreibung zwischen dem Primärbauteil 4 und dem Sekundärbauteil 5 sorgt. Zwischen dem Primärbauteil 4 und dem Sekundärbauteil 5 ist ein weiteres Reibelement 7 angeordnet, das bei Lastbetrieb einen Reibschluss zwischen dem mit der angetriebenen Welle 2 verbundenen Primärbauteil 4 und dem riemenscheibenseitigen Sekundärbauteil 5 erzeugt. Das Primärbauteil 4 ist über eine Verschiebestrecke 16 auf der Welle 2 in Axialrichtung der Welle 2 bewegbar. Zur axialen Begrenzung der Bewegungsrichtung des Primärbauteils 4 weist die Riemenscheibeneinrichtung 1 ein Anschlagelement 13 auf.
In 5 ist schematisch der Aufbau einer weiteren Ausführungsform Riemenscheibeneinrichtung 1 bei Lastbetrieb gezeigt, wobei das Primärbauteil zwei getrennte Elemente 8, 8' umfasst. In der dargestellten Ausführungsform weist die Riemenscheibeneinrichtung 1 einen außerhalb des Sekundärbauteils 5 angeordneten Reibfinger 14 auf. Der Reibfinger 14 ist mit dem Sekundärbauteil 5 fest verbunden oder Bestandteil des Sekundärbauteils 5. Der Reibfinger 14 ist zwischen zwei Einheiten 8, 8' über dazwischen liegende Reibelemente 7, 7' geführt. Im Lastbetrieb wird über zwei gegenläufige Gewindestangen 9, 9' von beiden Seiten der Einheiten 8, 8' in Axialrichtung ein Kraft auf den Reibfinger 14 ausgeübt, so dass der Reibfinger 14 zwischen den beiden Einheiten 8, 8' eingeklemmt wird. Die beiden Einheiten 8, 8' sind mit dem Reibfinger 14 über ein Klemmelement 19 verbunden. Das Klemmelement 19 stellt vor allem bei geöffnetem Kontakt sicher, dass die beiden Einrichtungen 8, 8' bei Verdrehung des Sekundärbauteils 5 gegenüber der Welle 2 in der gewünschten Richtung mit bewegt werden. In einer – nicht dargestellten – Ausführungsform sind die beide Einheiten 8, 8' analog zur Ausführung in 2 mit mindestens einem beispielsweise stiftartigen Kopplungselement versehen, das in mindestens einer der beiden Einheiten 8, 8' axial beweglich geführt ist.
Anstelle der Reibelemente 7, 7' kann mindestens an den beiden Einrichtungen 8, 8' und/oder dem Kontaktbereich des Reibfingers 14 eine Oberflächenformgebung z. B. eine Wellung, Verzahnung, Riffelung oder ähnliches vorgesehen sein, die bewirkt, dass sobald der Eingriff bei Annäherung der Bauteile erfolgt, die weitere Schließbewegung nicht über die von den Reibelementen 7, 7' erzeugte Reibkraft, sondern durch den Formschluss der Oberflächenformgebung hervorgerufen wird.
Bezugszeichenliste

1: Riemenscheibeneinrichtung
2: Welle
3: Riemenscheibenfreilauf
4: Primärbauteil
5: Sekundärbauteil
6, 6': Vorrichtung
7, 7': Reibelement
8, 8': Einheiten des Primärbauteils
9, 9': Gewindestange
10, 10': Lagerung
11: Riemenscheibe
12: Federelement
13: Anschlagelement
14: Reibfinger
15, 15': Reibelement
16: Verschiebestrecke
17: Innenanschlag
18: Stift
19: Klemmelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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 riemenscheibenseitiges Sekundärbauteil (5) und ein mit der Welle (2) verbundenes Primärbauteil (4) aufweist, wobei zwischen der Welle (2) und dem Primärbauteil (4) eine Vorrichtung (6) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (6) derart ausgelegt ist, um das Drehmoment der Welle (2) in eine axiale Bewegung des Primärbauteils (2) umzuwandeln.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 1, wobei eine axiale Bewegung des Primärbauteils (4) in eine erste Richtung einen Reibschluss zwischen dem Primärbauteil (4) und dem Sekundärbauteil (5) bewirkt.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 2, wobei eine axiale Bewegung des Primärbauteils (4) in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung, eine reibarme Bewegung des Primärbauteils (4) zu dem Sekundärbauteil (5) ermöglicht.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Primärbauteil (4) und dem Sekundärbauteil (5) wenigstens ein Reibelement (7) angeordnet ist.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Primärbauteil (4) zwei in Axialrichtung gegeneinander verschiebbare Einheiten (8, 8') aufweist.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 5, wobei jede der verschiebbaren Einheiten (8, 8') mit einer separaten Vorrichtung (6, 6') mit der Welle (2) verbunden ist.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (6) durch wenigstens eine Gewindestange (9) gebildet ist.
Riemenscheibeneinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung (6) zwei gegenläufige Gewindestangen (9, 9') umfasst.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung (6) durch eine Rampe gebildet ist.
Riemenscheibeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sekundärbauteil (5) auf dem Primärbauteil (4) über eine Lagerung (10) geführt ist.