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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung für
die Führung
eines Antriebsriemens mittels einer Rolle, wie sie in der
DE 195 15 351 A beschrieben
ist und nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Insbesondere betrifft die Erfindung
eine Rolle, die mit einem Zahnriemen zusammen wirkt für den Drehantrieb
von Bauteilen und Ausrüstungsteilen des
Motors eines Kraftfahrzeuges.
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Bei einer bekannten Ausgestaltung
wird der Zahnriemen von einem mit der Kurbelwelle des Motors zusammen
wirkenden Ritzel angetrieben und treibt dadurch beispielsweise eine
Nockenwelle an mittels wenigstens eines Nockenwellenritzels. Die Spannung
des Riemens, die einstellbar sein kann, wird von wenigstens einer
Spannrolle bestimmt, die die Außenseite
des Zahnriemens beaufschlagt, wobei im Weg des Riemens außerdem noch
eine weitere gleichartige Rolle angeordnet sein kann.
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Entsprechend einem allgemein bekannten Prinzip
ist der Rollenkörper
drehbar angeordnet und zwar frei drehbar, wobei die im allgemeinen
zylindrische oder kegelstumpfförmige
Umfangsfläche
des Rollenkörpers
an der glatten Außenseite
des Riemens anliegt.
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Um im Hinblick auf den Fahrkomfort
der Insassen des Fahrzeuges störende
Geräusche
zu vermeiden, die infolge des vom Verbrennungsmotor mittels des
Zahnriemens übertragenen
Antriebskräfte auftreten,
die auf erhöhten
dynamischen Spannungen der Riemenabschnitte beruhen, wodurch ein Schlagen
hervorgerufen wird, wurden bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen.
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So wurde zum Beispiel vorgeschlagen,
die längenbezogene
Masse des Riemens zu erhöhen oder
den Oberflächenzustand
der Außenseite
des Riemens zu verändern.
Diese Lösungen
haben sich jedoch nicht als befriedigend erwiesen, da einerseits die
Veränderung
der längenbezogenen
Masse des Riemens in erheblicher Weise das dynamische Verhalten
des Riemens verändert
und andererseits die Veränderung
seines Oberflächenzustandes
nicht unerhebliche Veränderungen
des Verfahrens zur Herstellung des Riemens mit sich bringt und ebenfalls
zu Veränderungen
seines Verhaltens während
des Einsatzes führt.
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Eine weitere Anzahl von Lösungen besteht darin,
die Umfangsfläche
oder Lauffläche
der an der Außenseite
des Riemens anliegenden Rolle zu verändern.
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Dazu gehört auch der Vorschlag, die
Lauffläche
der Rolle dergestalt auszubilden, dass sie eine in Umfangsrichtung
verlaufende Wulst aufweist mit in Form und Höhe variablem Querschnitt.
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Ein weiterer Vorschlag zielt darauf
ab, in der Lauffläche
der Rolle Oberflächenquerschnitte
vorzusehen, die in regelmäßiger oder
in unregelmäßiger Weise
winkelmäßig um die
Drehachse der Rolle herum verteilt sind, wobei die Anzahl dieser
Querschnitte größer ist
als die Anzahl der Rippen des Zahnriemens bezogen auf den Umfang
der Lauffläche.
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Eine weitere Lösung sieht vor, gewollte Kraftvariationen
hervorzurufen durch Ausbilden einer nicht zylindrischen kreisförmigen Gestalt
der Lauffläche
oder durch Vorsorge, dass die Rolle mit zylindrischer kreisförmiger Lauffläche derart
gelagert ist, dass sie eine exzentrische Drehung durchführt.
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Noch ein weiterer Vorschlag besteht
darin, die Lauffläche
nicht rein zylindrisch oder kegelstumpfförmig auszubilden sondern zum
Beispiel derart, dass sie im Querschnitt gesehen eine konkave Krümmung, insbesondere
in Form einer V-förmigen Nut,
aufweist.
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Schließlich wurde auch noch der Vorschlag unterbreitet
im Bereich der Mittenebene in Querrichtung der Rolle eine kontinuierliche
Erhöhung
vorzusehen, die einen rechtwinkligen, gewölbten oder trapezförmigen Querschnitt
aufweist.
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Alle diese bekannten Lösungen sind
jedoch noch mit dem Nachteil behaftet, dass sie nicht vollständig das
Auftreten von störenden
Geräuschen
unterbinden und dass sie zu einem komplizierten Aufbau der Rollen
und/oder zu komplizierten Schritten bei den Verfahren zu ihrer Herstellung
führen,
wodurch die einfache Herstellung einer breiten Palette an unterschiedlichen
Rollen für
den jeweils passenden Einsatz als Funktion der Abmessungen und der Anwendungen
der Riemen erschwert wird.
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Zur Überwindung dieser Nachteile
schlägt die
Erfindung eine Rolle der eingangs genannten Art vor, die dadurch
gekennzeichnet ist, dass die Umfangsfläche des Rollenkörpers in
Axialrichtung wellenförmig
ausgebildet ist.
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Gemäss weiteren Merkmalen der Erfindung:
- – besteht
der Rollenkörper
aus einem Zusammenbau von Scheiben;
- – sind
die Scheiben zueinander benachbart;
- – weisen
die Scheiben eine zylindrische und kreisförmige Gestalt auf;
- – weisen
die kreisförmigen
Scheiben unterschiedliche Durchmesser auf;
- – ist
das Außenprofil
der Scheiben nockenförmig ausgebildet;
- – sind
die Scheiben koaxial;
- – sind
die Scheiben exzentrisch zueinander angeordnet;
- – weisen
die Scheiben im wesentlichen die gleiche Dicke auf;
- – sind
die Scheiben mit abgerundeten Rändern versehen;
- – weisen
die Scheiben in Axialrichtung (A1) ein gewölbtes Profil auf;
- – weist
die Umfangsfläche
der Rolle eine im allgemeinen zylindrische, kegelstumpfförmige oder
gewölbte
Form auf.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang
mit der beigefügten
Zeichnung hervor; darin zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht eines vereinfachten Beispiels
einer Kraftübertragung
mittels eines Zahnriemens, bei der der Riemen durch eine erfindungsgemäß ausgestaltete Rolle
gespannt wird,
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2 eine
Seitenansicht der Spannrolle von 1;
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3 eine
Stirnansicht der Rolle gemäss 2;
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4 und 5 ähnliche Ansichten wie in den 2 und 3 eines anderen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgestalteten
Rolle und
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6 ein
Schema, das die exzentrische Anordnung der Scheiben einer nach der
Erfindung ausgestalteten Rolle erkennen lässt.
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1 zeigt
eine Kraftübertragung 10 mit
einem Zahnriemen 12, der zum Beispiel von einem Ritzel 14 angetrieben
wird, das wiederum mit einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle eines
Verbrennungsmotors für
ein Kraftfahrzeug in Drehverbindung steht.
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Der Riemen 12 überträgt die Kraft
vom Ritzel 14 auf ein Aufnahmeritzel 16, das zum
Beispiel ein Ritzel für
eine (nicht dargestellte) Nockenwelle ist.
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Die Drehachsen der beiden Ritzel 14 und 16 sind
im wesentlichen parallel zueinander.
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In an und für sich bekannter Weise weist
der Zahnriemen 12 die Form eines Endlosbandes mit im wesentlicher.
konstanter Dicke auf, dessen Innenseite 18 mit einer Anzahl
von Rippen oder Zähnen 20 versehen
ist, welche die gezahnte Innenseite des Riemens 12 bilden
und die mit den komplementären Rippen
oder Zähnen
der Ritzel 14 und 16 zusammen wirken.
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Die Außenseite 22 des Zahnriemens 12 weist
die Form eines Endlosbandes mit im wesentlichen glatter Oberfläche auf.
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In an und für sich bekannter Weise wird
der Zahnriemen gespannt und zwar mittels mindestens einer Spannrolle 24,
die frei drehbar um eine Achse A1 angeordnet ist, wobei letztere
im wesentlichen parallel zu den Drehachsen der Ritzel 14 und 16 verläuft.
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Gemäss einem Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung besteht die Rolle 24 aus dem Zusammenbau
von benachbarten Scheiben 26A, 26B, deren Durchmesser,
wie noch näher
ausgeführt
werden wird, unterschiedlich ist und/oder deren Achsen exzentrisch
zueinander sind, dergestalt, dass die Umfangsfläche oder die Umhüllende der
Rolle 24 , die an der Außenseite 22 des Riemens 12 anliegt,
in Axialrichtung wellenförmig
verläuft,
das heißt,
eine Anzahl von Vertiefungen 28 und Erhöhungen 30 aufweist
bei fortschreitender Betrachtung der Umfangsfläche in Querrichtung, das heißt in einer
Richtung parallel zur Drehachse A1 der Rolle 24.
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In dem ersten im Einzelnen in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die
Rolle 24 aus dem Zusammenbau von neun zueinander benachbarten
Scheiben.
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Genauer gesagt befinden sich fünf Scheiben 26A mit
einem großen
Durchmesser und vier Scheiben 26B mit einem kleinen Durchmesser
unter den neun Scheiben, die jeweils zwischen den Scheiben 26A mit
dem großen
Durchmesser eingesetzt sind.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind alle neun
Scheiben koaxial zu einer gemeinsamen Achse angeordnet, die mit
der Drehachse A1 zusammen fällt.
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Damit besteht die Umfangsfläche oder
die äußere Umhüllende des
Körpers
der Rolle 24 aus einer regelmäßigen abwechselnden Anordnung
von Erhöhungen,
die durch die zylindrischen äußeren Laufflächen 28A der
Scheiben mit dem großen Durchmesser
gebildet werden und von Vertiefungen 30B, die durch die
zylindrischen äußeren Laufflächen der
Scheiben 26B mit dem kleinen Durchmesser gebildet werden.
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Bei diesem in den Figuren dargestelltem Ausführungsbeispiel
sind die Scheiben 26A und 26B so dargestellt,
dass sie alle die gleiche Dicke in Axialrichtung aufweisen.
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Ohne den Rahmen der Erfindung zu
verlassen ist es auch möglich,
Scheiben unterschiedlicher Dicke zu verwenden, wobei die Dicke einer
jeden Scheibe vorzugsweise mindestens gleich dem Durchmesser eines
der Kabel oder der Litzen ist, die in bekannter Weise den Hauptabschnitt
oder den Bereich konstanter Dicke des Riemens in Längsrichtung verstärken.
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Die Erfindung ist auch nicht auf
den Zusammenbau zweier Arten von Scheiben unterschiedlicher Durchmesser
begrenzt; so kann der Körper
der Rolle 24 aus einem Zusammenbau einer größeren Anzahl
von unterschiedlichen Scheiben bestehen, wobei die Anzahl einer
jeden Größe der Scheiben vorzugsweise
Scheiben mit gleicher Dicke in Axialrichtung enthält.
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Die abwechselnde Anordnung von Scheiben mit
unterschiedlichen Durchmessern, die zu zwei Arten von Scheiben gehören verhindert
in vorteilhafter Weise ein seitliches Gleiten der Außenseite 22 des Riemens 12 entlang
der Rolle, wenn der Durchmesser der Scheiben abwechselnd entlang
eines Querschnitts durch den Zusammenbau zunimmt und abnimmt.
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Werden die Scheiben konzentrisch
oder koaxial zueinander angeordnet, wie es in den 2 und 3 dargestellt
ist, so bewirkt dieser Zusammenbau eine örtliche Verschiebung der Schwingungen
der Kabel oder Litzen für
die Verstärkung
der Trume des Riemens, die mit der Lauffläche oder der zylindrischen
Außenfläche der
Rolle gerade in Berührung stehen,
wobei diese Verschiebung die Amplitude der Schwingungen der Trume
verringert bei der Ausbildung von Resonanzeffekten.
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Eine variable Verschiebung der Schwingungen
der Kabel oder Litzen kann hervorgerufen werden durch mehr komplizierte
Variationen der Anzahl von verschiedenen Durchmessern der Scheiben über die
Ausdehnung der Rolle in Querrichtung.
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Der Unterschied zwischen den Durchmessern
des aus zwei Arten von Scheiben 26A und 26B bestehenden
Ausführungsbeispiels
nach 1 und 2 kann insbesondere als Funktion
der Dicke des Hauptabschnitts des den Riemen bildenden Bandes bestimmt
werden, das heißt
der Dicke zwischen der Innenseite 18 und der Außenseite 22,
wobei gegebenenfalls die Durchmesser der Kabel oder Litzen der Verstärkung mit
zu berücksichtigen
sind.
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Bei dem zweiten in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der
Körper
der Rolle 24 ebenfalls aus einem Zusammenbau von neun zueinander
benachbarten Scheiben.
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Dieser Zusammenbau enthält Scheiben,
die zu zwei Arten von Scheiben gehören, das heißt Scheiben 26A mit
größerem Durchmesser
und Scheiben 26B mit kleinerem Durchmesser.
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Die vier Scheiben 26A mit
dem größeren Durchmesser
sind allesamt koaxial zueinander auf der gleichen Achse angeordnet,
die der Drehachse A1 der Rolle 24 entspricht.
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Die vier Zwischenscheiben 26B mit
dem kleineren Durchmesser hingegen sind exzentrisch zur geometrischen
Achse A1 angeordnet.
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Die radiale Versetzung der Achse
einer jeden Scheibe 26B1, 26B2, 26B3, 26B4 ist
hierbei gleich groß,
wobei, wie es deutlich aus dem Schema von 5 hervorgeht, die Positionen der Drehachsen AB1,
AB2, AB3, AB4 einer jeden Scheibe 26B1, 26B2, 26B3, 26B4 mit
kleinerem Durchmesser bezüglich
der allgemeinen Drehachse A1 winkelmäßig um 90° um die Achse A1 verteilt angeordnet
sind.
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Demzufolge ist die geometrische Achse
AB2 der zweiten Scheibe 26B2 mit kleinerem Durchmesser
(bei Betrachtung des in 4 dargestellten
Zusammenbaus von oben nach unten) winkellässig um 90° bezüglich der geometrischen Achse
AB1 der ersten Scheibe 26B1 mit kleinerem Durchmesser verschoben,
wobei diese Verschiebung gemäss
dem Schema von 6 im
Gegenuhrzeigersinn fortschreitet.
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Diese winkelmäßige Verschiebung ist aufeinanderfolgend
gleich für
die vier Scheiben 26B kleineren Durchmessers, die in senkrechter
Richtung von oben nach unten angeordnet sind, mit dazwischen angeordneten
Scheiben 26A größeren Durchmessers.
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Die bereits weiter oben erwähnten Variationen
bezüglich
der Dicke der Scheiben und der Anzahl der verschiedenen Arten von
Scheiben gelten auch für
das zweite Ausführungsbeispiel,
das in den 4 und 5 dargestellt ist.
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Die exzentrische Anordnung der zusammengebauten
Scheiben ermöglicht
eine wellenförmige Beaufschlagung
der Gesamtheit an Kabeln oder Litzen der Verstärkung im Riemen, dessen Außenseite mit
der Rolle 24 in Kontakt steht. Diese Wellenform begünstigt eine
induzierte Modifikation der Bedingungen der Schwingungsausbildung
in den Trumen des Riemens unter gleichzeitiger Verhinderung des
Entstehens von Schlagen und Flattern in den Trumen.
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Werden nur einige der Scheiben exzentrisch angeordnet,
so verbleibt der Rest in der konzentrisch zueinander ausgerichteten
Stellung.
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Bei dem in 4 dargestellten Beispiel wird der Durchmesser
einer Art von Scheiben als primärer Durchmesser
bezeichnet, das heißt
der Durchmesser der Scheiben 26A mit dem größeren Durchmesser.
Die Scheiben 26B1 gehören
zur anderen Art von Scheiben, das heißt in diesem Fall zu den Scheiben mit
dem kleineren Durchmesser, die in radialer Richtung exzentrisch
versetzt sind und zwar in variabler Weise je nach der Lage der Scheibe,
wie es oben erläutert
wurde.
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Ohne den Rahmen der Erfindung zu
verlassen können
entweder die Scheiben mit dem kleineren Durchmesser oder die Scheiben
mit dem größeren Durchmesser
exzentrisch versetzt angeordnet werden.
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Die wellenförmige Beaufschlagung durch
die Gesamtanordnung kann auch dadurch erhalten werden, dass eine
exzentrische Anordnung vorgesehen wird, deren Größe variabel ist als Funktion
des Winkelabschnitts der Achse der exzentrischen Scheibe bezüglich der
allgemeinen Drehachse A1 und als Funktion der axialen Stellung der
Scheibe im Zusammenbau.
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Die Erfindung ist ferner nicht auf
einen konstanten exzentrischen Wert für jede exzentrisch angeordnete
Scheibe beschränkt.
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Bei dem in den Figuren dargestellten
Beispiel ist die Größe der Exzentrizität willkürlich gewählt als
konstanter Wert, der im wesentlichen gleich der halben konstanten
Dicke des Hauptabschnitts des Riemens 12 ist.
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Wie es bei dem in den 4 und 5 dargestellten Beispiel der Fall ist,
kann eine in Querrichtung variable Exzentrizität in periodischer Weise erreicht
werden, wobei die Periodizität über wenigstens eine
Umdrehung der Rolle erhalten bleibt.
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Neben einer Verringerung des Schlagens der
Trume des Riemens dient diese Anordnung dazu, die in Querrichtung
auftretenden Variationen der Schwingungen in einer Weise zu verteilen,
die äquivalent
ist über
die gesamte Breite der Lauffläche
um dadurch eine Fehlausrichtung des Riemens in Querrichtung zu vermeiden.
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Die Erfindung ist auch nicht auf
den Fall beschränkt,
in dem jede Scheibe mit einer äußeren zylindrischen
kreisförmigen
Lauffläche
versehen ist.
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So kann der Zusammenbau aus den Scheiben
ganz allgemein eine Form aufweisen, die nicht rotationssymmetrisch
ist, sondern Nockenform aufweist. Dabei wird unter einem Nocken
der Zusammenbau über
die gleiche Breite des Volumens einer primären Scheibe (wie weiter oben
erwähnt)
mit mindestens einer im allgemeinen elliptischen oder runden Scheibe
verstanden, deren exzentrische Anordnung zueinander variabel sein
kann. Jeder Nocken mit geringer Dicke kann eine einfache Gestalt
aufweisen, das heißt
ein einziges Maximum seines Radius besitzen oder kompliziert ausgebildet
sein, mit mehreren Maxima des Radius.
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Wie bei den bereits weiter oben beschriebenen
Beispielen, die zylindrische kreisförmige Scheiben aufweisen, kann
eine wellenförmige
Ausgestaltung der äußeren Umfangsfläche der
Rolle 24 dadurch erhalten werden, dass die Parameter Dicke und
Gestalt der Nocken verändert
werden, sowie deren Exzentrizitäten
unter Beibehaltung des Vorteils hinsichtlich einer Vermeidung eines
ungewollten seitlichen Verschiebeeffektes des Riemens bezüglich der
Rolle.
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Die Erfindung ist auch nicht auf
eine Rolle beschränkt,
die aus dem Zusammenbau von einander benachbarten Scheiben besteht,
da die gesamte gewellte Oberseite der Lauffläche auf eine beliebige andere
Weise erzielt werden kann, insbesondere durch ein Gießverfahren
und/oder eine Bearbeitung.
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Das Profil eines jeden Teils des
Zusammenbaus und insbesondere derjenigen, die die Erhöhungen 28 bilden,
können,
im Querschnitt gesehen, abgerundete Ränder aufweisen um dergestalt
das Risiko einer vorzeitigen Abnutzung der Außenseite 22 des Riemens 12 zu
verringern auf Grund eines seitlichen Gleitens des letzteren bezüglich der
Rolle.
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Die Erfindung ist schließlich auch
nicht auf den Fall beschränkt,
in dem die Rolle 24 als Spannrolle oder Führungsrolle
für einen
Zahnriemen verwendet wird, da die Rolle gemäss der Erfindung im Zusammenhang
mit einer beliebigen Kraftübertragungsanordnung
verwendbar ist, die einen unter Spannung gesetzten Riemen aufweist.
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Ohne den Rahmen der Erfindung zu
verlassen können
die Scheiben auch mit einem in Richtung der Achse A1 gewölbten Profil
versehen sein oder aber abgerundete Ränder aufweisen.
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Ferner kann auch die Umfangsfläche der Rolle
eine im allgemeinen zylindrische, gewölbte oder kegelstumpfförmige Gestalt
aufweisen.