DE4103213A1 - Riemenscheibe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die an einer Abtriebswelle einer Brenn­ kraftmaschine, wie der Kurbelwelle, befestigbar ist, bei der zwischen einem mit der Abtriebswelle fest verbundenen Ein­ gangsteil und einem als Riemenlaufring ausgebildeten Aus­ gangsteil eine in Umfangsrichtung elastische Dämpfungsein­ richtung vorgesehen ist, wobei Eingangs- und Ausgangsteil zueinander über ein Wälzlager gelagert sind und sowohl das Eingangs- als auch das Ausgangsteil Abstützbereiche aufweisen für Kraftspeicher der Dämpfungseinrichtung.

Eine derartige Riemenscheibe zum Antrieb eines Riementriebes ist zum Beispiel durch die DE-OS 34 02 001 bekannt geworden.

Der vorliegenden Erfindüng lag die Aufgabe zugrunde, derarti­ ge Riemenscheiben zu verbessern, insbesondere bezüglich deren Funktion und Lebensdauer. Die erfindungsgemäße Riemenscheibe soll einen optimalen Betrieb von Nebenaggregaten, wie Lüfter, Servopumpen, Klimaanlagen usw. von Brennkraftmaschinen bei Kraftfahrzeugen ermöglichen, und zwar über den gesamten, während des Betriebes einer Brennkraftmaschine bzw. eines Kraftfahrzeuges auftretenden Drehzahlbereich, das bedeutet also, über das gesamte Drehzahlspektrum von zumindest Leer­ laufdrehzahl bis zulässiger Maximaldrehzahl der Brennkraft­ maschine. Weiterhin soll durch die erfindungsgemäße Ausge­ staltung der Riemenscheibe bei einer gegebenen Auslegung einer Riemenscheibe die Einsatzmöglichkeit dieser Scheibe für Riementriebe mit unterschiedlichem Schwingungsverhalten möglich sein. Außerdem soll die Riemenscheibe in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellbar sein.

Dies wird gemäß der Erfindung durch das Kennzeichen des Anspruches 1 erzielt.

Zweckmäßige Weiterbildungen, Verbesserungen und weitere erfinderische Merkmale des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der folgenden Figurenbe­ schreibung, wobei Merkmale, die in Verbindung mit dieser Figurenbeschreibung offenbart werden, zumindest in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 ebenfalls eine Erfindung darstellen können.

Die in Fig. 1 dargestellte Riemenscheibe ist auf einer Ab­ triebswelle eines Motors, wie zum Beispiel der Kurbelwelle 2 einer Brennkraftmaschine, drehfest aufgenommen. Die Riemen­ scheibe 1 ist in zwei Massenteile 3 und 4 aufgeteilt, wobei zwischen diesen beiden Massenteilen 3 und 4 ein drehelasti­ scher Dämpfer 5 angeordnet ist. Das Massenteil 3 besteht aus einer Nabe 6, die auf der Welle 2 drehfest ist sowie aus zwei Gehäuseteilen 7, 8, die eine ringförmige Kammer 9 begrenzen, in der der Dämpfer 5 aufgenommen ist. Die beiden Gehäuseteile 7 und 8 sind durch Blechformteile gebildet, welche radial außen miteinander verschweißt sind, wodurch die Kammer 9 abgedichtet ist. Das Massenteil 4 besteht aus einem Flansch 10, der gleichzeitig das Ausgangsteil des Dämpfers 5 bildet sowie aus den mit dem Flansch 10 fest verbundenen Riemen­ laufring 11, welcher bei dem dargestellten Ausführungs­ beispiel für die Aufnahme von zwei Riemen ausgebildet ist. Die beiden Massenteile 3 und 4 sind zueinander relativ verdrehbar über eine Lagerung 12 gelagert, die bei diesem Ausführungsbeispiel ein Wälzlager 12 umfaßt.

Der Flansch 10 besitzt an seinem Außenumfang radiale Ausleger 13, welche Abstütz- bzw. Beaufschlagungsbereiche für die Kraftspeicher in Form von Schraubenfedern 13 des Dämpfers 5 bilden. Die weiteren Abstütz- bzw. Beaufschlagungsbereiche für diese Federn 13 sind durch Anformungen an den Gehäusetei­ len 7, 8 oder durch Befestigung von Anschlagmitteln an diesen Gehäuseteilen 7, 8, und zwar in Umfangsrichtung betrachtet zwischen den Federn 13, gebildet. Der sich zwischen den beiden Gehäuseteilen 7 und 8 radial erstreckende Flansch 10 ist an seinem radial inneren Bereich mit dem Riemenlaufring 11 vernietet, wobei das Gehäuseteil 8 sich axial zwischen den radial verlaufenden Bereichen der Riemenscheibe 11 und dem Flansch 10 befindet.

Zur Verringerung des Verschleißes an den radialen Abstützbe­ reichen der ringkanalartigen Aufnahme 9 für die Federn 13, ist eine eine höhere Härte aufweisende Einlage 14, zum Beispiel aus Stahlband, vorgesehen, die sich über den Umfang der ringkanalartigen Aufnahme 9 erstreckt und die Federn 13 im radial äußeren Bereich zumindest teilweise umschließt. Bei rotierender Einrichtung stützen sich die Federn 13 infolge der auf sie einwirkenden Fliehkraft über ihre Windungen an dem Stahlband 14 ab.

Über den Umfang der Einrichtung 1 betrachtet, sind zweckmäßi­ gerweise zwei Schraubenfedern 13 vorgesehen, die sich je­ weils, zumindest annähernd, über 165° des Umfanges erstrec­ ken. Die Anzahl der Federn und die winkelmäßige Erstreckung derselben können zur besseren Anpassung des Schwingverhaltens der Riemenscheibe 1 an die jeweiligen Einsatzbedingungen variiert werden. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn nicht mehr als vier Federn verwendet werden und die einzelnen Federn eine winkelmäßige Erstreckung aufweisen, die zwischen 90° und 175°, vorzugsweise im Bereich von 130° bis 170° liegt. Durch den Einsatz derart dimensionierter Federn kann die von allen Federn 13 des Dämpfers 5 aufgebrachte Dreh­ momentrate bzw. Verdrehwiderstandsrate sehr gering gehalten werden, nämlich zweckmäßigerweise in einem Bereich zwischen 0,5 bis 2,5 Nm pro Grad, wobei für die meisten Anwendungsfäl­ le Drehmomentraten in der Größenordnung zwischen 1,2 bis 1,8 Nm von Vorteil sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Riemenscheibe 1 können große Verdrehwinkel zwischen den beiden Massenteilen 3 und 4 erzielt werden, wodurch eine bessere Dämpfung der auftretenden Schwingungen erzielt werden kann, da aufgrund der möglichen großen Relativverdrehung zwischen den beiden Massenteilen 3 und 4 die zwischen diesen wirksame Dämpfungs­ rate über einen großen oder gar über fast den gesamten Ver­ drehwinkel niedrig sein kann. Die Relativverdrehung zwischen den beiden Massenteilen 3 und 4 wird durch auf-Block-gehen der Windungen der Federn 13 begrenzt. Zur einfacheren Montage und zur Reduzierung der in den Schraubenfedern 13 auftreten­ den Spannungen aufgrund der Verformungen, sind die Schrauben­ federn 13 zumindest annähernd auf den Krümmungsradius, der ihrer Einbaulage entspricht, vorgekrümmt bzw. vorgebogen. Das bedeutet also, daß die Federn im entspannten Zustand bereits kreisbogenförmig ausgebildet sind.

Zur Reduzierung des Verschleißes, ist in der nach außen hin abgedichteten Kammer 9 ein viskoses Medium, wie zum Beispiel Fett, enthalten, wobei die Füllung derart vorgenommen werden kann, daß lediglich die äußeren Bereiche der Schraubenfedern 13 in das Fett eintauchen.

Die Kammer 9 ist abgedichtet durch ein axial federndes, scheibenartiges Bauteil 15, das membranartig ausgebildet ist. Das membranartige Bauteil 15 besitzt einen radial inneren Bereich, der axial eingespannt ist zwischen inneren Bereichen des Flansches 10 und radial inneren Bereichen des Riemenlaufringes 11, sowie einen radial äußeren federnd verspannten Bereich, der sich an radial inneren Bereichen des Gehäuseteiles 8 axial abstützt.

Um besonders hohe Drehmomentspitzen abzubauen, kann zwischen den beiden Massenteilen 3 und 4, zusätzlich zu dem drehela­ stischen Dämpfer 5, noch eine mit diesem in Reihe geschaltete Rutschkupplung bzw. Drehmomentbegrenzungskupplung vorgesehen werden. Hierfür können beispielsweise die radial inneren Be­ reiche des Flansches 10 zwischen Reibflächen, die vom Riemen­ laufring 11 getragen werden, axial eingespannt werden.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin eine Tilgermasse 16 vorgesehen, die über einen Kraftspeicher in Form eines Gummiringes 17 auf den äußeren Bereichen der Nabe 6 aufgenommen ist. Die Tilgermasse 16 ist jedoch für viele Anwendungsfälle nicht erforderlich.

Radial innen ist die Kammer 9 durch das Lager 12 abgedichtet.

Der erfindungsgemäße Aufbau ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise der Riemenscheibe 1, da der Dämpfer 5 sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung im wesentli­ chen innerhalb des Riemenlaufringes 11 aufgenommen ist.

Die Abdichtung 15 erzeugt weiterhin eine Reibungshysterese zwischen den beiden Massenteilen 3 und 4, welche parallelge­ schaltet ist zu den Federn 13. Eine weitere Reibungsdämpfung kann durch entsprechende Auslegung des Lagers 12 erzielt werden. Für manche Einsatzfälle kann es weiterhin zweckmäßig sein, wenn zusätzliche Reibmittel vorgesehen werden, die eine Reibungshysterese erzeugen und die parallel oder in Reihe zu den Federn 13 wirksam sind. Dabei können die Reibungseinrich­ tungen über den gesamten Bereich, über den die Kraftspeicher 13 wirksam sind, wirken, oder diese Reibungseinrichtungen können lediglich über einen Teilbereich des zwischen den beiden Massenteilen 3 und 4 möglichen Gesamtverdrehwinkels wirksam sein. Hierfür können sich sogenannte Lastreibeinrich­ tungen, die mit wenigstens einem Kraftspeicher 13 zusammen­ wirken oder sogenannte verschleppte Reibeinrichtungen, welche einen Freiwinkel aufweisen, über den sie nicht wirksam sind, eignen.

Vorteilhaft ist es, wenn das Verhältnis zwischen dem Massen­ trägheitsmoment aller von der Riemenscheibe 1 angetriebenen Aggregate bzw. Nebenaggregate und dem Massenträgheitsmoment der Riemenscheibe 1 oder dem Massenträgheitsmoment des Riemenscheibenteils 4 größer 10 ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Riemenscheibe 101 unterscheidet sich gegenüber der in Fig. 1 gezeigten im wesentlichen dadurch, daß der Flansch 110 das Eingangsteil für den drehelastischen Dämpfer 105 bildet und die schalenartigen Körper 107, 108, welche die im wesentlichen abgedichtete Kammer 9 begrenzen, als Ausgangsteil für den Dämpfer 105 ausgebildet sind. Der Flansch 110 ist mit der Nabe 106 über eine Drehmomentbegrenzungskupplung 118 verbunden. Die Drehmomentbegrenzungskupplung 118 umfaßt zwei scheibenartige Teile 119, 120, die über Nietverbindungen 106a mit der Nabe 106 fest verbunden sind. Die radial innerhalb des Dämpfers 105 sich befindenden Bereiche des Flansches 110 sind axial zwischen den Reibbereichen 119a, 120a der beiden scheibenar­ tigen Teile 119, 120 verspannt. Zur Abdichtung der Kammer 109 ist die in axialer Richtung elastisch verspannte Membran 115 zwischen dem Teil 119 und radialen Bereichen der Nabe 106 axial eingespannt und stützt sich weiterhin mit radial äuße­ ren Bereichen an radial inneren Bereichen des dem Motor zugewandten Gehäuseteiles 108 ab.

Das Gehäuseteil 107 ist radial innen mit einem Nabenkörper 107a fest verbunden. Dieser Nabenkörper 107a dient zur Lagerung des den Riemenlaufring 111 aufweisenden Massenteiles 104 auf der Nabe 106 des anderen Massenteiles 103. Die Lagerung 112 umfaßt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zwei axial hintereinander bzw. nebeneinander angeordnete Wälzlager. Der Riemenlaufring 111 umgreift die schalenartigen Körper 107, 108, welche die Kammer 109 begrenzen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Riemenscheibe wird erzielt, daß die Eigenresonanz des Systems, welches die Riemenscheibe und die von dieser anzutreibenden Aggregate umfaßt, unter die Leerlaufdrehzahl der antreibenden Maschine, wie Brennkraftmaschine, verlagert werden kann, so daß ein überkritischer Betrieb des Riementriebs ermöglicht wird. In Kraftfahrzeugen kann durch die erfindungsgemäße Auslegung die Resonanzdrehzahl des die Riemenscheibe und die anzutreibenden Aggregate umfassenden Systems weit unter die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine gedrückt werden, so daß während des normalen Betriebes des Kraftfahrzeuges im Riementrieb keine Resonanz auftreten kann. Die Resonanzdrehzahl des Riemen­ triebs kann in die Größenordnung von 100 bis 300 Umdrehungen gelegt werden, so daß bereits beim Anlassen der Brennkraftma­ schine diese Resonanzdrehzahl durchfahren wird, wobei die Anlassermaschine gewährleistet, daß das System nicht in der Resonanz hängenbleibt.

Claims (3)

1. Riemenscheibe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die an einer Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine, wie der Kurbelwelle, befestigbar ist, bei der zwischen einem mit der Abtriebswelle fest verbundenen Eingangsteil und einem als Riemenlaufring ausgebildeten Ausgangsteil eine in Umfangsrichtung elastische Dämpfungseinrichtung vorgese­ hen ist, wobei Eingangs- und Ausgangsteil zueinander über ein Wälzlager gelagert sind und sowohl das Eingangs- als auch das Ausgangsteil Abstützbereiche aufweisen für Kraftspeicher, gekennzeichnet durch die Kombination von mindestens vier der nachfolgend angeführten Merkmale:

• - Es sind über den Umfang zwei Schraubendruckfedern vorgesehen.
• - Die Drehmomentrate beträgt 0,5 bis 2,5 Nm pro Grad, vorzugsweise 1,2 bis 1,8 Nm pro Grad.
• - Die Federn erstrecken sich jeweils im Bereich von 90° bis 175°, vorzugsweise im Bereich von 130° bis 170°.
• - Die Begrenzung der Relativverdrehung von Eingangs- und Ausgangsteil wird durch auf Block gehende Federn erzielt.
• - Die Federn sind zumindest annähernd auf den Krümmungsradius, der ihrer Anordnung entspricht, vorgebogen.
• - Die Federn sind innerhalb eines im wesentlichen abgedichteten Gehäuses untergebracht, das zumindest teilweise mit einem viskosen Medium, wie Fett, gefüllt ist.
• - Die Federn sind radial außen durch schalenartig ausgebildete Elemente abgestützt.
• - Die im wesentlichen abgedichtete Kammer ist unmit­ telbar gebildet durch das Eingangs- und das Aus­ gangsteil und abgedichtet durch eine an einem der Teile befestigte und am anderen Teil anliegende Dichtung.
• - Die Dichtung liegt reibend an dem anderen Teil an und stellt die einzige durch Reibung wirksame Dämpfung dar.
• - Das Eingangsteil ist mit einem Tilger verbunden.
• - Das Gehäuse der im wesentlichen flüssigkeitsdich­ ten Kammer ist einstückig ausgebildet mit dem Riemenlaufring.
• - Im Kraftübertragungsweg zwischen Ein- und Ausgangsteil ist eine Drehmomentbegrenzungskupp­ lung vorgesehen.
• - Das Verhältnis der Massenträgheitsmomente

2. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsteil das Gehäuse der im wesentlichen abgedichteten Kammer bildet.

3. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen abgedichtete Gehäuse das Ausgangsteil ist und den Riemenlaufring trägt.