DE19613150A1

DE19613150A1 - Riemenscheibe

Info

Publication number: DE19613150A1
Application number: DE19613150A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Schmid
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1996-11-14

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ausgleich von Drehzahlschwankun gen in einem Zugmitteltrieb, insbesondere einem Riementrieb einer Brenn kraftmaschine, der von Drehschwingungen einer Kurbelwelle beaufschlagt ist, gemäß den oberbegriffsbildenden Merkmalen von Anspruch 1.

Durch die diskontinuierliche Arbeitsweise der Brennkraftmaschine und durch die dabei auftretenden Massenkräfte ist die am Kurbelzapfen der Kurbelwelle wirksame Tangentialkraft ungleichförmig, d. h. das Drehmoment der Brenn kraftmaschine schwankt beim Umlauf der Kurbelwelle infolge der periodisch veränderlichen Kräfte in dem Triebwerk um einen Mittelwert, den die gekoppel te Brennkraftmaschine im Beharrungszustand aufnimmt. Diese Arbeitsweise der Brennkraftmaschine ruft Drehzahlschwankungen, insbesondere Veränderungen der Winkelgeschwindigkeit hervor, die sich z. B. auf einen gekoppelten Zug mitteltrieb übertragen.

Die Drehzahlschwankungen führen unter anderem zu einer starken Belastung der Zugmitteltriebe, die zum Antrieb der Steuerorgane und der Zusatzaggregate eingesetzt sind und entsprechend der größten auftretenden Belastung dimensio niert sein müssen. Außerdem bewirkt die Ungleichförmigkeit in den Zugmittel trieben eine Geräuschanregung, die sich nachteilig auf den Komfort des Fahr zeugs sowie auf den Verschleiß im Zugmitteltrieb auswirkt.

Zur Vermeidung dieser für einen Zugmitteltrieb nachteiligen Drehzahlschwan kungen ist aus der DE-A 34 30 298 eine Riemenscheibe bekannt, bei der die Laufscheibe von der Nabe durch einen Gummikörper entkoppelt ist. Der scheibenförmig gestaltete Gummikörper ist dabei an der Nabe bzw. der Lauf scheibe unlösbar befestigt. Die Laufscheibe besitzt einseitig einen Radialschen kel, der über ein Lager eine Relativverdrehung der Laufscheibe zur Nabe ermöglicht. Im eingebauten Zustand dieser bekannten Riemenscheibe erfolgt eine Drehmomentübertragung von der Nabe, die auf dem Kurbelwellenende drehfest angeordnet ist, über den Gummikörper auf die Laufscheibe, die über ihre Mantelfläche kraftschlüssig am Riementrieb an liegt. Diese bekannte Ein richtung erfordert insbesondere in axialer Richtung einen nachteilig großen Bauraum und besitzt außerdem eine temperaturabhängig sich verändernde Federcharakteristik des Gummikörpers, der außerdem den hohen, im Bereich der Brennkraftmaschine auftretenden Umgebungstemperaturen nicht standhält sowie nicht ölresistent ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kostengünstige, auf vorgegebene Zugmitteltriebe leicht abstimmbare Einrichtung zu schaffen, die auftretende Drehzahlschwankungen wirksam ausgleicht und bei einem geringen erforderli chen Bauraum eine exakte Führung der Laufscheibe zur Nabe in axialer und radialer Richtung sicherstellt.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß ist zwischen der Laufscheibe und der Nabe ein an beiden Laufteilen befestigtes Federelement aus Stahl vorgesehen, das eine weiche Verdrehfeder bildet. Das eine drehrichtungsunabhängige oder drehrichtungs abhängige Federcharakteristik aufweisende Federelement zeichnet sich aus durch eine bauraumsparende Anordnung. Mittels einer entsprechenden Werk stoffauswahl für das Federelement und eine entsprechende Dimensionierung ist ein optimaler Ausgleich von Drehzahlschwankungen erreichbar. Zur Verbes serung der Lebensdauer des Zugmitteltriebs, insbesondere des Riemens, kann das Federelement als weiche Verdrehfeder ausgelegt werden. Ein solches Federelement ermöglicht einen wirksamen Ausgleich, der Drehzahlschwankun gen, ohne dabei nachteilig große Beschleunigungskräfte auf den Zugmitteltrieb zu übertragen. In vorteilhafter Weise verändert das aus Stahl hergestellte Feder element weder aufgrund von Temperaturschwankungen noch bei einem Kontakt mit Öl die Federcharakteristik und eignet sich daher vorzugsweise für Brenn kraftmaschinen. Das erfindungsgemäße Federelement zeichnet sich außerdem durch eine exakte Führung zwischen der Laufscheibe und der Nabe sowohl in axialer als auch in radialer Richtung aus. Die Einrichtung gemäß der Erfindung, eingebracht in eine Riemenscheibe, ermöglicht eine Drehmomentübertragung von der Laufscheibe zur Nabe oder eine entgegengesetzte Übertragungsrich tung.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7.

Es ist zweckmäßig gemäß Anspruch 2, eine formschlüssige Befestigung des Federelements sowohl an der Laufscheibe als auch an der Nabe vorzusehen. Dazu ist beispielsweise das Federelement am Innen- und Außendurchmesser mit einer umlaufenden Verzahnung versehen, die in eine entsprechende Gegenver zahnung der Laufscheibe und der Nabe eingreift, die eine leichte Montage der Einrichtung ermöglicht. Der Erfindungsgedanke schließt alternativ oder zusätz lich zu einer formschlüssigen Befestigung auch eine kraftschlüssige Befestigung ein.

Als Maßnahme zur Veränderung der Chrarakteristik des Federelementes, ins besondere zur Schaffung einer weichen Verdrehfeder ist nach Anspruch 3 das Federelement umfangsverteilt geschlitzt ausgeführt. Die radial vom Außen umfang der von der Innenbohrung des Federelementes bzw. wechselweise zueinander angeordneten Schlitze bewirken eine größere Elastizität des Feder elementes.

In Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 besteht das Federelement aus einzelnen an der Laufscheibe und der Nabe fixierten Stäben, die beabstandet, beispielsweise in Längsnuten der Nabe und der Laufscheibe geführt sind. Die Anordnung der einzelnen Stäbe kann dabei so erfolgen, daß deren Breite in Umfangsrichtung der Riemenscheibe angeordnet ist oder alternativ in Richtung der Längsachse der Riemenscheibe ausgerichtet ist.

Zur Schaffung einer kostengünstig herstellbaren Einrichtung sind nach Anspruch 5 die Laufscheibe und die Nabe als ein Ziehteil spanlos durch ein Tiefziehver fahren herstellbar, bei dem sich neben einem Kostenvorteil ein Gewichtsvorteil einstellt.

Gemäß Anspruch 6 ist für die erfindungsgemäße Einrichtung eine einstückige Ausbildung der Laufscheibe der Nabe und des Federelements vorgesehen, mit dem der Bauteileumfang deutlich reduzierbar ist und sich außerdem eine Montageerleichterung einstellt.

Nach Anspruch 7 kann eine erfindungsgemäß gestaltete Riemenscheibe sowohl an einem Zapfenende der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine als auch an einer Generatorantriebswelle eingesetzt werden, sowie auch an einem beliebigen anderen mit dem Zugmitteltrieb in Verbindung stehenden Aggregat. Die Anord nung unmittelbar an der Kurbelwelle bewirkt eine Einflußnahme auf Drehzahl schwankungen des gesamten Zugmitteltriebs. Eine Anordnung der erfindungs gemäßen Einrichtung an dem Generator sorgt für einen Ausgleich der Beschleu nigungskräfte auf die relativ große Drehmasse des Generators, wodurch der Zugmitteltrieb wirksam entlastet wird.

Aus den Zeichnungen und der zugehörigen Beschreibung sind weitere Merkma le der Erfindung zu entnehmen, die den Erfindungsgedanken weiter verdeutli chen. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Halbschnitt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Riemenscheibe;

Fig. 2 in einer Vorderansicht die Riemenscheibe gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Riemenscheibe in der Vorderansicht mit einem zu Fig. 2 alternativ gestalteten Federelement.

Der Aufbau einer erfindungsgemäßen Riemenscheibe 1 ist der Fig. 1 zu entnehmen. Danach ist die Riemenscheibe 1 mit einer Nabe 2 drehfest auf einem Wellenende 3 befestigt, das beispielsweise das Ende einer Kurbelwelle einer in Fig. 1 nicht dargestellten Brennkraftmaschine bildet. Auf einer Mantel fläche 4 der Nabe 2, die gestuft gestaltet ist, ist in einem erhöhten Abschnitt von einer Stirnseite 5 ausgehend, eine Verzahnung 6 eingebracht, in die radiale Vorsprünge 7 eines Federelements 8a formschlüssig eingreifen. Das Feder element 8a weist am Außenumfang ebenfalls radiale Vorsprünge 9 auf, die in eine Verzahnung 10 einer Laufscheibe 11 eingreifen. Zu Erreichung einer Lage fixierung des scheibenförmig gestalteten, aus Stahl hergestellten Federelementes 8a ist jeweils ein Sicherungsring 12, 13 in eine Umlaufnut eingesetzt, die in der Nabe 2 bzw. der Laufscheibe 11 im Bereich der Verzahnungen vorgesehen sind. An einer Mantelfläche der Laufscheibe 11 liegt kraftschlüssig ein Riemen 14 an. Die Anlageseiten dieser Bauteile sind mit einer übereinstimmend geform ten Profilierung versehen. Die Nabe 2 dient in einem radial abgesetzten Bereich der Mantelfläche 4 zur Aufnahme eines Wälzlagers 15, das axial an einer Schulter 16 anliegt und durch einen Sicherungsring 17 an der Nabe 2 lagefixiert ist. Zur Überbrückung eines radialen Abstandes zwischen dem Wälzlager 15 und der Laufscheibe 11 ist ein Zwischenring 18 vorgesehen, der unlösbar innenseitig an der Laufscheibe 11 beispielsweise durch eine Lötung, Schwei ßung oder eine Schrumpfverbindung befestigt ist.

Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung

Ein Antrieb eines Zugmitteltriebs, von dem in Fig. 1 der Riemen 14 dargestellt ist, erfolgt vom Wellenende 3 und der damit verbundenen Nabe 2 auf das Federelement 8a, das als Übertragungsglied zwischen der Nabe 2 und der Laufscheibe 11 dient, wobei die Laufscheibe 11 unmittelbar mit dem Riemen 14 in Verbindung steht. Der erfindungsgemäße Aufbau der Riemenscheibe 1 gewährleistet eine zeitweise Entkopplung der Laufscheibe 11 von der Nabe 2, bedingt durch die Wirkungsweise des Federelementes 8a, das eine aufkom mende Drehungleichförmigkeit des Wellenendes und die damit auftretenden Drehzahlschwankungen aufgrund seiner Elastizität ausgleicht, d. h. die Be schleunigungskräfte nicht in vollem Umfang auf die Laufscheibe 11 überträgt und damit für eine Beruhigung des Zugmitteltriebs beiträgt. Die sich dabei ein stellende Relativverdrehung zwischen der Nabe 2 und der Laufscheibe 11 ermöglicht das Wälzlager 15, das dem Federelement 8a axial beabstandet nebengeordnet ist und über das die Laufscheibe eine Relativverdrehung zur Nabe 2 ausführen kann.

Fig. 2 zeigt in einer Vorderansicht die Riemenscheibe 1 und verdeutlicht dabei insbesondere die geometrische Gestaltung des Federelements 8a. Das sym metrisch gestaltete Federelement 8a ist versehen mit jeweils zueinander gegen überliegend angeordneten, radial nach innen gerichteten Vorsprüngen 7 und radial nach außen gerichteten Vorsprüngen 9, die aufgrund einer entsprechen den Werkstoffwahl und/oder Dimensionierung der Vorsprünge 7, 9 eine ge wünschte Elastizität sowie einen Ausgleich von Drehzahlschwankungen des Federelementes 8a sicherstellen. Die Wirkungsweise des Federelements 8a ist dabei unabhängig von der Richtung der Kraftübertragung, d. h. sowohl die Nabe 2 als auch die Laufscheibe 11 sind als Antriebs- oder Abtriebsteil einsetz bar.

Die Fig. 3 zeigt ein zu Fig. 2 abweichend gestaltetes Federelement 8b, das aus einzelnen Segmenten 19 besteht, die ebenfalls gleichmäßig umfangsverteilt einen radialen Abstand überbrückend zwischen der Nabe 2 und der Laufschei be 11 eingesetzt sind. Die freien Enden der Segmente 19 greifen dabei ebenfalls in eine Verzahnung 6 der Nabe bzw. in eine Verzahnung 10, eingebracht innenseitig in die Laufscheibe 11 ein und sind dabei lagefixiert. Das Feder element 8b weist dabei eine höhere Elastizität auf im Vergleich zum Feder element 8a gemäß Fig. 2 und stellt damit eine weitere Verdrehfeder dar. Die in den Fig. 2 und 3 in einer Vorderansicht abgebildeten Federelemente 8a, 8b stellen beispielhaft gestaltete Ausführungen dar. Der Erfindungsgedanke schließt auch davon abweichend gestaltete Federelemente ein.

Bezugszeichenliste

1 Riemenscheibe
2 Nabe
3 Wellenende
4 Mantelfläche
5 Stirnseite
6 Verzahnung
7 Vorsprung
8a Federelement
8b Federelement
9 Vorsprung
10 Verzahnung
11 Laufscheibe
12 Sicherungsring
13 Sicherungsring
14 Riemen
15 Wälzlager
16 Schulter
17 Sicherungsring
18 Distanzring
19 Segment.

Claims

1. Einrichtung zum Ausgleich von Drehzahlschwankungen in einem Zugmittel trieb, insbesondere einem Riementrieb einer Brennkraftmaschine, der von Drehschwingungen einer Kurbelwelle beaufschlagt ist, wobei die als Riemen scheibe (1) ausgebildete Einrichtung zwei konzentrisch zueinander angeordnete Bauteile umfaßt, eine am Zugmitteltrieb anliegende Laufscheibe (11) und eine dazu radial innen angeordnete Nabe (2), wobei diese Bauteile über ein Feder element (8a, 8b) verbunden sind, dem axial beabstandet ein Wälzlager (15) nebengeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Federelement (8a, 8b) eine aus Stahl hergestellte, drehrichtungsunabhängige oder drehrichtungsabhängige Verdrehfeder eingesetzt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein als Scheibe ausge bildetes Federelement (8a, 8b), das formschlüssig sowohl an der Laufscheibe (11) als auch an der Nabe (2) befestigt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Federelement, das gleichmäßig umfangsverteilt geschlitzte Ausnehmungen aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Federelement (8b), das sich aus einzelnen an der Laufscheibe (11) und an der Nabe (2) fixierten Segmenten (19) zusammensetzt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufscheibe (11) und die Nabe (2) spanlos durch ein Tiefziehverfahren hergestellt sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine einstückige Aus bildung der Nabe (2), der Laufscheibe (11) und des Federelementes (8a, 8b).

7. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung der Riemenscheibe (1) an einem Wellenende (3) der Kurbelwelle, dem Zapfenende eines Generators oder einem beliebigen anderen mit dem Zugmitteltrieb in Verbindung stehenden Aggregats.