JP2007078185A - ベルトプーリ - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト力変動が低く抑制されるようにベルトプーリをさらに改善する。
【解決手段】 ベルト用の載置面４と、第１の部材１１および第２の部材１２とを備え、前記両部材のうち一方が入力側に、かつ他方が出力側に配設されており、前記第１および第２の部材が互いに相対的に回転可能であり、かつ前記第１および第２の部材の間に前記第１および第２の部材の相対回転運動時に変形されるばね２が作用する回転軸Ｄの周りで回動可能であるベルトプーリ。本発明は、第１および第２の部材を互いに相対的に制限された角度範囲にわたって回転することを可能にし、その際にばねが変形されない自由行程を設けたことを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸を中心として回転可能なベルトプーリであって、ベルト用の載置面と、第１の部材および第２の部材とを備え、該両部材のうち一方が入力側にかつ他方が出力側に配設されており、当該第１の部材および第２の部材が互いに相対回転可能であり、当該第１の部材と第２の部材との間でばねが作用しており、該ばねが、前記第１および第２の部材の相対回転運動時に変形されるものに関する。

ベルトプーリは以前から様々な駆動目的に使用されてきた。ベルトプーリの重要な用途は、ユニット、特に、例えば照明機械、ウォーターポンプ、エアコンプレッサといったベルトを利用する補助ユニットの駆動用の動力機械または自動車における使用である。この場合、動力機械が、内燃機関において個々のシリンダ内での規則的な非連続の燃料燃焼に起因しかつベルト駆動の負荷の増大を引き起こしうる回転不均一性を有することを考慮しなければならない。この回転不均一性によって、張力変動が増大し、これにより、ベルト摩耗が増大し、場合によってはベルトきしみ音が増大しうる。

入力部と、この入力部と相対的に回転可能である出力部とを有し、これらの入力部および出力部が減衰装置を介して周方向に圧縮可能である圧縮コイルばねと回転結合しているベルト用の駆動ディスクが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この駆動ディスクは、振動を低減させるために、マスダンパを有する振動吸収ダンパを備えている。しかし、ベルト力（ベルト張力、Riemenkraefte）は、この形態によってまだ所望の程度までには低減されていない。そのため、この構造では、ベルト摩耗が増大しうる。

ベルトプーリ内の回転振動の減衰のために、ベルトプーリにフリーホイール装置を設けることも提案されている（例えば、特に特許文献２を参照）。この構成により、力がベルトプーリから一方の回転方向にのみ伝達され、他方の回転方向ではフリーホイールが作用するようになっている。この公知の形態の欠点は、フリーホイールによるベルト力の変動の最適な低減が依然として達成されていないことである。
独国特許第４２２５３１４号明細書 独国特許出願公開第１９５１１１８８号明細書

本発明の課題は、ベルト力の変動が低く抑制されるようにベルトプーリをさらに改善することである。

この課題は、第１の部材および第２の部材を互いに相対的に制限された角度範囲にわたって回転することを可能にし、その際にばねが変形しない自由行程を設けることによって解決される。

ばね作用を、制限された角度範囲内での第１の部材と第２の部材との間での相対運動を可能にする自由行程と組み合せることによって、特に良好なベルト力の低減が達成される。第１の部材および第２の部材が静止位置から出発して第１の方向へ相対運動する時には、ばねが作用し、回転振動の伝達が低減される。これに対して、第１の部材および第２の部材が静止位置から出発して逆の第２の方向へ互いに相対的に移動する時、自由行程があることによって、制限された角度範囲にわたりばねが変形されず、それにより、第１の部材と第２の部材との間での力の伝達が広範に低減される。

本発明の有利な実施形態によれば、ばねは金属ばねとして形成されており、特に周方向に少なくとも第１の部材の円周の一部にわたって延長する少なくとも１つのばね要素を有している。本発明によれば、例えばＣ字形、弓形、鎌形および／または環状円弧形に形成されかつ曲げねじりばねを形成できるようなばね要素によって、ベルトプーリのコンパクトな構造形状が可能となる。

本発明によれば、さらに、少なくとも１つのばね要素が、第１の接続区分を介して第１の部材に設けた第１の対向支承部と、第２の接続区分を介して第２の部材に設けた第２の対向支承部と接続されうる。

この場合、自由行程は、前記角度範囲で第１の部材および第２の部材の互いの相対的な回動がばねの変形なしに行われるように、ばね体の第１の接続区分が第１の対向支承部に対して相対的に可動となっていることによって、特に簡単に達成することができる。さらに、前記自由行程がばねの領域に作られている前記形態により、特にコンパクトなベルトプーリの構造形状が可能となる。

第１の対向支承部が連行部を有していて、この連行部が、第１および第２の部材の相対運動時に、静止位置から出発して第１の回転方向に第１の接続区分を連行し、逆の回転方向に前記角度範囲にわたって解除されていることにより、第１の部材および第２の部材の間の自由行程を簡単かつ堅牢に実現することができる。

本発明の特に有利な実施形態によれば、前記連行部と前記第１の接続区分は、特に、互いに対向させた（嵌り合う）鉤形開口を有する鉤形に形成されている。

有利には、第１および第２の部材の間の相対運動の最大角度範囲を制限する、前記第１および第２の部材の間に作用する少なくとも１つのストッパを設けている。

本発明により、前記角度範囲が１２０°未満、特に８０°未満、好ましくは５０°未満の値に制限されかつ／または前記角度範囲が１°を超える、特に２．５°を超える値に制限されていると有利であることが分かっている。

本発明の有利な実施形態によれば、第２の接続区分は、第２の対向支承部の回転運動時に常にばねが移動するように、この第２の対向支承部と接続されている。

特に、ベルトプーリの振動技術的な特性は、部分空間に分割された中空が設けられており、この部分空間が少なくとも１つの減衰路を介して互いに接続されていて、前記中空が少なくとも部分的に減衰流体で充填されており、第１の部材および第２の部材の相対運動時に、減衰流体が前記部分空間の間の減衰路を通して移動するように前記部分空間の少なくとも１つの体積が変化するようになっていることで改善される。この構成によって第１の部材および第２の部材の間の相対運動の液圧式の減衰が達成される。さらに、この減衰により、例えば第１の接続区分と第１の対向支承部との間で、発生する力ばかりでなく騒音も効果的に低減する。

有利には、前記部分空間の少なくとも１つは、第１の部材と第２の部材との間に半径方向に配設されている。

特に効果的な減衰は、第１の部材および／または第２の部材が、中空内に突出する少なくとも１つの押出体を有していて、この押出体によって、第１の部材および第２の部材の相対運動時に、前記部分空間の少なくとも１つの体積が変化する場合に達成することができる。

減衰路の横断面の大きさを、第１の部材および第２の部材の相対位置に応じて変化させることによっても改良がなされる。これにより、第１の部材と第２の部材との間での可能な相対運動に沿って変位に依存する減衰を達成することができ、その場合、減衰路横断面が小さいと流動抵抗がより高いので、減衰力は増大し、減衰路の横断面積が大きいと減衰力は減少する。

さらに、本発明により、ばねは機能技術的に並列または直列接続で配設されている少なくとも２つのばね要素を有することができる。

以下に、本発明を図面に基づき詳細に説明する。

各図に、回転軸Ｄの周りで回転可能であり、第１の部材１１と第２の部材１２とを有するベルトプーリ１を示す。入力側の第１の部材１１は半径方向内側に配置され、リング状に形成されている。ハブ状のこの第１の部材１１を介して、ベルトプーリは駆動軸、例えば自動車（図示せず）のエンジンのクランクシャフトに固定するもしくはそれに被せるように固定することができる。

半径方向外側に配置された出力側の第２の部材１２は、第１の部材１１に対し相対回転可能である。第１および第２の部材の間には、ばね２が作用する。

第２の部材１２は、ベルト（図示せず）用の載置面４を形成する取り囲む環状の部分３を有する。この場合、載置面４は、周囲に延びる溝５と、ベルト案内用の隆起した縁部６とを有する。

第１および第２の部材１１、１２の相対回転時に変形するばね２は、ばね鋼製の金属ばねとして形成されている。前記ばねは、図示した実施形態では、回転軸Ｄの軸線方向に並設された４つのばね要素７、７’、７’’、７’’’を有する。前記ばね要素７、７’、７’’、７’’’は互いに同一である。

各ばね要素７、７’、７’’、７’’’は、第１の接続区分８を介して第１の部材１１に設けられた第１の対向支承部９に、また第２の接続区分１０を介して第２の部材１２に設けた第２の対向支承部１３に接続されている。

ばね要素７、７’、７’’、７’’’の配置および実施形態、ならびにそれらの第１の部材１１および第２の部材１２との接続については、特にばね要素７の記述で例示的に説明する。その他のばね要素７’、７’’、７’’’も、打抜部品として同一に形成されており、かつばね要素７と同様の方法で第１および第２の部材１１、１２に固定されている。

ばね２は、曲げねじりばねとして形成されており、コンパクトな構造形状を特徴とする。ばね２を形成するばね要素７、７’、７’’および７’’’の各々は、Ｃ字形、弓形、鎌形および／または環セグメント形に形成することができる。図示の実施形態では、各ばね要素７、７’、７’’、７’’’は２７０°を超える角度範囲にわたって第１の部材１１の周りに延びている。この場合、ばね要素７、７’、７’’、７’’’は、第１の部材１１および第２の部材１２に対して半径方向外側へ配設されており、これらの部材の周りに延在する。この場合、第１の接続区分８および第２の接続区分１０は、半径方向内側へ直角に曲げて形成されている。

この場合、個々のばね要素７、７’、７’’、７’’’は、機能技術上、並列に接続されて配置されている。

各図面に示したベルトプーリ１は、いわゆる自由行程を有しており、この自由行程によって、第１の部材１１および第２の部材１２が、ばね要素７、７’、７’’、７’’’を有するばね２を変形させることなく、制限された角度範囲にわたって少なくとも一方向へ互いに相対回転することが可能となる。ここで、自由行程という語は、特に本質的なばね２の変形なしでの、第１の部材１１と第２の部材１２との間での自由な運動の機能を表す。この自由行程を得るために、第１の接続区分８は第１の対向支承部９と相対的に可動に形成されており、しかも第１の部材１１および第２の部材１２の互いに相対的な回転を前記角度範囲内でばね２の変形なしに行うことができるように形成されている。そのために、第１の対向支承部９は連行部１４を有する。該連行部は、第１の部材１１および第２の部材１２の相対運動時に、静止位置から出発して第１の回転方向へ第１の接続区分８がばね要素７を連行するように形成されている。静止位置から出発して逆に設定された第２の回転方向への運動時には、連行部１４は第１の接続区分８を連行せず、この第１の接続区分８に対して自由に運動する。

第１の部材１１において、連行部１４は、外側に向く突出部を形成している。その反対の側にも、外側に向く別の突出部が形成されている。この両突出部は、後述の押出体２５、２５’を形成する。

第２の部材１２には、両側に、内側に向く突出部が設けられており、これらの突出部は連行部１４のためのストッパ１５ａ、１５ｂ、１５ｃおよび１５ｄを形成し、これにより、第１の部材１１と第２の部材１２との間での自由運動の領域を制限する。この場合、本発明によれば、前記角度範囲は１２０°未満、特に８０°未満、有利には５０°未満の値に制限されている。図示の実施形態では、この角度範囲は約５０°である。そして、幾つかの適用事例において、角度範囲が１°超える、特に２．５°を超える場合が有利である。

図示の実施形態では、第１の対向支承部９の連行部１４と第１の接続区分８は鉤形に形成されており、その鉤形開口が互いに相対している。第１の接続区分８および対向支承部９（もしくは連行部１４）の突出する部分は、噛み合わせることができる。

ばね要素７の第２の接続区分１０は、図示のように、第２の対向支承部１３もしくは第２の部材１２の回転運動時に常にばね要素７が移動されるように、第２の対向支承部１３と接続されている。第１の接続区分８および第１の対向支承部９の場合と異なり、第２の接続区分１０および第２の対向支承部１３の構成は、これらの部材間で相対運動することができないようになっている。この場合、第２の接続区分１０は拡大された脚体として形成されており、この脚体は、対応して成形された、第２の部材１２の、第２の対向支承部１３を形成する凹部内に収容されている。この脚体は、ばね要素７から第２の対向支承部１３への力の均一な導入を提供する。

ばね力の吸収および伝達のために、第１の部材１１は、ばね要素７、７’、７’’、７’’’の数に相当する数の互いに同一の第１の動力伝達要素１６、１６’、１６’’、１６’’’を有し、それらの中には、各ばね要素７、７’、７’’、７’’’のために各１つの対向支承部９が形成されている。第１の動力伝達要素１６、１６’、１６’’、１６’’’を有する第１の対向支承部９は、ねじとして形成された結合手段１７を介してハブ要素１８と接続されている。この場合、図示の実施形態では、円周に４つの結合手段１７が配置されている。ハブ要素１８は薄板からリング状に形成されており、断面がＣ字形でほぼ同じ長さでかつ互いに直角に配置された３つのハブ区分１９、１９’、１９’’を有する。前記ハブ区分１９、１９’、１９’’によって形成された空間内には、ばね要素７、７’、７’’、７’’’が収容されている。この場合、ハブ区分１９には、内側に向くさらなるハブ区分１９’’’が直角に配設されている。

ばね力の吸収および伝達のために、第２の部材１２は、ばね要素７、７’、７’’、７’’’の数に相当する数の互いに同一の第２の動力伝達要素２０、２０’、２０’’、２０’’’を有し、それらの中には、各ばね要素７、７’、７’’、７’’’のために各１つの第２の対向支承部１３が形成されている。この場合、第２の動力伝達要素２０、２０’、２０’’、２０’’’は、ねじとして形成された結合手段２１を介して、周囲に延びるリング２２に接続されており、このリングには、半径方向外側に向く直角に曲げられた保持区分２３を介して、ベルト用の載置面４を形成する環状の部分３が配設されている。リング２２および保持区分２３は、この場合ねじとして形成された結合手段３１を介して相互に緊定されている。第２の動力伝達要素２０、２０’、２０’’、２０’’’の各々は、開いたほぼＣ字形の形状を有し、かつ第１の動力伝達要素１６、１６’、１６’’、１６’’’に隣接してそれぞれ第１の動力伝達要素の円周の部分にわたって延びている。

第２の部材１２のリング２２と第１の部材１１との間には、転がり軸受３２が設けられており、この軸受を介して第１の部材１１および第２の部材１２を互いに回転させることができる。別法として滑り軸受を設けることもできる。

しかし、静的または動的不平衡を防止するために、内側の２つのばね要素７’および７’’、およびこれらに所属する第１の動力伝達要素１６’、１６’’および第２の動力伝達要素２０’、２０’’は、外側の２つのばね要素７、７’’’、およびこれらに所属する第１の動力伝達要素１６、１６’’’および第２の動力伝達要素２０、２０’’’に対して回転軸Ｄ周りに約１８０°ずらして配設されている。

図示のベルトプーリは、部分空間２４、２４’、２４’’、２４’’’、２４’’’’に分割された中空を有し、この中空は少なくとも部分的に減衰流体（図示せず）で充填されている。この場合、第１の部材１１は、中空の中に突出する押出体２５、２５’を有し、この押出体は、第１の部材１１および第２の部材１２の相対運動時に部分空間２４、２４’の体積を変化させる。部分空間２４、２４’は、減衰路を介して互いに接続されており、減衰路は、本質的に、押出体２５と第２の動力伝達要素２０との間のギャップによって形成されている。第１および第２の部材の相対運動時に連行部１４がストッパ１５ｃの方向に向かって移動すると、部分空間２４の体積は縮小され、同時に部分空間２４’の体積は拡大される。その結果、減衰流体が減衰路を通って部分空間２４から部分空間２４’へ移動する。その際、減衰路の断面積が部分空間２４、２４’の断面積よりも極めて小さいので、流体の流れは、第１の部材１１および第２の部材１２の間での運動を減衰する抵抗を生ぜしめる。有利には、その場合の減衰路の断面積の大きさは、第１および第２の部材の相対位置に応じて変化する。本発明によれば、第１の部材１１および第２の部材１２が、制限された角度範囲の終端領域に相対して位置する場合、中央領域にある場合よりも断面積が小さく、これにより減衰がより大きくなるように、減衰路の断面が構成されている。

上記の回転減衰と平行して、連行部１４によって、部分空間２４’’の体積が縮小され、部分空間２４’’’の体積が拡大される。連行部１４および接続区分８の周囲を流体は、これら両部材８、１４によって決定されるギャップを通して流れるので、このことが回転減衰に大きく寄与する。

前記減衰機構は、第１の部材１１および第２の部材１２から逆方向への相対運動時にも同様に効果的である。特に、中空２４’’’’からの流体の押出しによって、連行部１４から第１の接続区分８内への互いに噛み合う方向への減衰された摺動が達成される。

減衰機能を改善するために、個々のばね要素７と７’との間、および７’’と７’’’との間にそれぞれリング状のディスク２６が設けられている。中空は、外方に向けてシーリング２７、２８を介して密閉されている。シーリング２７はラジアルシャフトシールリングとして形成されており、そのシールリップは外方に向くリング２２の側に当接する。シーリング２８は第２の部材１２に固定されており、第１の部材１１でそのシールリップと当接する。

第１の部材１１、特にそのハブ区分１９’’には、外側に回転振動吸収ダンパが配設されている。該吸収体はゴムばね３０を介してハブ区分１９’’に固定されたリング状の回転質量体２９を有する。

右側の部分断面図による本発明に係るベルトプーリの斜視図である。 左側の部分断面図による図１に示したベルトプーリの斜視図である。 Ａ−Ａ面に沿った図１および２に示したベルトプーリの断面図である。 Ｂ−Ｂ面に沿った図１および２に示したベルトプーリの断面図である。 Ｃ−Ｃ面に沿った図１および２に示したベルトプーリの断面図である。 図１および２に示したベルトプーリのばね配列の平面図である。

符号の説明

１ ベルトプーリ
２ ばね
３ 環状の部分
４ ベルト用載置面
５ 溝
６ 周縁部
７、７’、７’’、７’’’ ばね要素
８ 第１の接続区分
９ 第１の対向支承部
１０ 第２の接続区分
１１ 第１の部材
１２ 第２の部材
１３ 第２の対向支承部
１４ 連行部
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ ストッパ
１６、１６’、１６’’、１６’’’ 第１の動力伝達要素
１７ 結合手段
１８ ハブ要素
１９、１９’、１９’’、１９’’’ ハブ区分
２０、２０’、２０’’、２０’’’ 第２の動力伝達要素
２１ 結合手段
２２ リング
２３ 保持区分
２４、２４’、２４’’、２４’’’、２４’’’’ 部分空間
２５、２５’ 押出体
２６ ディスク
２７ シーリング
２８ シーリング
２９ 回転質量体
３０ ゴムばね
３１ 結合手段
３２ 転がり軸受
Ｄ 回転軸

Claims (13)

1. 回転軸（Ｄ）を中心に回転可能なベルトプーリであって、ベルト用の載置面（４）と、第１の部材および第２の部材（１１、１２）とを備えていて、該両部材のうち一方が入力側に、他方が出力側に配設されており、当該第１の部材および第２の部材（１１、１２）が互いに相対回動可能であり、当該第１の部材および第２の部材（１１、１２）の間でばね（２）が作用していて、該ばねが、前記第１の部材および第２の部材（１１、１２）の相対回転運動時に変形される、ベルトプーリであって、
   前記第１の部材および第２の部材（１１、１２）を、制限された角度範囲にわたってばね（２）の変形なしで互いに相対回転可能にする自由行程が設けられている、ベルトプーリ。
2. 前記ばね（２）が、金属ばねとして形成されており、特に、周方向に第１の部材（１１）の円周の少なくとも一部にわたって延びる少なくとも１つのばね要素（７、７’、７’’、７’’’）を有している、請求項１に記載のベルトプーリ。
3. 前記少なくとも１つのばね要素（７、７’、７’’、７’’’）が、第１の接続区分（８）を介して第１の部材（１１）に設けられている第１の対向支承部（９）と接続されており、第２の接続区分（１０）を介して第２の部材（１２）に設けられている第２の対向支承部（１３）と接続されている、請求項１または２に記載のベルトプーリ。
4. 前記自由行程を得るために、ばね体（７、７’、７’’、７’’’）の第１の接続区分（８）が、第１の対向支承部（９）に対して相対的に可動であって、その場合、前記角度範囲内で前記第１の部材および第２の部材（１１、１２）の互いの相対回動が、ばね（２）の変形なしに行われるようになっている、請求項３に記載のベルトプーリ。
5. 前記第１の対向支承部（９）が、連行部（１４）を有しており、該連行部が、第１の部材および第２の部材（１１、１２）の相対運動時に静止位置から出発して第１の回転方向に第１の接続区分（８）を連行し、逆の回転方向に前記角度範囲にわたって該第１の接続区分を解除する、請求項３または４に記載のベルトプーリ。
6. 前記連行部（１４）および前記第１の接続区分（８）が、鉤形に形成され、特に、互いに対向させた鉤形開口を有するように形成されている、請求項５に記載のベルトプーリ。
7. 前記第１および第２の部材（１１、１２）の間で作用する少なくとも１つのストッパ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）が設けられており、該ストッパが、前記第１の部材および第２の部材（１１、１２）の間で相対運動の最大角度範囲を制限している、請求項１から６のいずれか１項に記載のベルトプーリ。
8. 前記角度範囲が１２０°未満、特に８０°未満、有利には５０°未満の値に制限されかつ／または１°を超える、特に２．５°を超える値に制限されている、請求項１から７のいずれか１項に記載のベルトプーリ。
9. 前記第２の接続区分（１０）が前記第２の対向支承部（１３）と接続されており、これにより、該第２の対向支承部（１３）の回転運動時に常にばね（２）が移動するようになっている、請求項１から８のいずれか１項に記載のベルトプーリ。
10. 部分空間（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２４’’’’）に分割された中空が設けられており、該部分空間（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２４’’’’）が少なくとも１つの減衰路を介して互いに接続され、前記中空が少なくとも部分的に減衰流体で充填され、第１の部材および第２の部材（１１、１２）の相対運動時に、減衰流体が前記部分空間（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２４’’’’）の間の減衰路を通して移動するように前記部分空間（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２４’’’’）の少なくとも１つの体積が変化するようになっている、請求項１から９のいずれか１項に記載のベルトプーリ。
11. 前記部分空間（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２４’’’’）の少なくとも１つが、半径方向に第１の部材および第２の部材（１１、１２）の間に配設されている、請求項１０に記載のベルトプーリ。
12. 前記第１の部材（１１）および／または第２の部材（１２）が、中空内に突出する少なくとも１つの押出体（２５、２５’）を有しており、該押出体が、前記第１の部材および第２の部材（１１、１２）の相対運動時に部分空間（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２４’’’’）の少なくとも１つの体積を変化させる、請求項１０または１１に記載のベルトプーリ。
13. 前記減衰路の横断面の大きさが、第１の部材および第２の部材（１１、１２）の相対位置に応じて変化する、請求項１０から１２のいずれか１項記載のベルトプーリ。

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