WO2005100825A1 - Vorrichtung für einen verbrennungsmotor - Google Patents

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auxiliary unit
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Uwe Abraham
Wolfgang Schnapp
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INA Schaeffler KG
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    • F16D7/025—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the friction type with axially applied torque limiting friction surfaces with flat clutching surfaces, e.g. discs
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    • F16H55/36—Pulleys
    • F16H2055/366—Pulleys with means providing resilience or vibration damping

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting a torque from the crankshaft of an internal combustion engine to a drive shaft of an auxiliary unit, in particular a compressor of an air conditioning system, with a belt pulley of a belt drive which is rotatably mounted on a housing of the auxiliary unit and which is movably connected to the drive shaft of the auxiliary unit ,
  • Such a device is known from the publication DE 198 60 150 A1.
  • the compressor of the air conditioning system is usually driven by the crankshaft of the internal combustion engine via a belt drive. If the compressor fails, this can result in the entire drive train of the motor vehicle being blocked and the vehicle no longer being ready to drive.
  • a device for overload protection has therefore already been arranged in such a device, which decouples the compressor shaft from the pulley when it is at a standstill.
  • this device also serves to dampen vibrations in order to keep vibrations transmitted from the crankshaft via the belt drive to the belt pulley away from the compressor shaft. This is achieved by using an elastic one Driver element, which causes both vibration damping and overload protection.
  • the invention has for its object to further develop the device for transmitting the torque so that it can completely dispense with vibration-damping elements, such as elastic drivers.
  • a device limiting the transmissible torque is arranged in the power flow from the pulley to the drive shaft of the auxiliary unit and keeps excessive vibration loads caused by the auxiliary unit away from the belt drive.
  • Such a device which limits the torque and is arranged between the pulley and the drive shaft can then be provided with a one-way clutch.
  • the engine speed and the speed of the aggregate shaft would be in a ratio determined by the gear ratio and the so-called rated aggregate speed would occur.
  • Disturbance variables for example due to the non-uniform speed of the internal combustion engine, both accelerate and decelerate the shaft of the auxiliary unit compared to its nominal speed. In conventional devices, the difference between acceleration and deceleration loads is reduced by using special damping elements.
  • a freewheel according to the invention reduces the load in that the deceleration loads do not arise in the first place, because the freewheel does not transmit any torque in this direction and therefore also does not transmit any loads. This behavior is largely independent of the seeing temperature, and the frequency and amplitude of the drive vibrations occurring. This property of the freewheel is exploited by the integration of the freewheel in the device according to the invention. In addition, when designing the device, a maximum transmissible torque is taken into account, at which further operation of the belt drive is also possible if the aggregate shaft is blocked.
  • the device according to the invention can completely dispense with vibration-damping elements means that an increase in temperature in the device is considerably less. Depending on the load, inexpensive materials can thus be used for the device. In addition, by saving on installation space otherwise provided for vibration-damping elements, less expensive storage can be used.
  • the rolling bearings used in the known devices have to be very low and therefore have to be designed in two rows for reasons of load capacity.
  • the device according to the invention now manages with an inexpensive single-row roller bearing for the pulley.
  • it is to be regarded as advantageous that the damping properties of the device are not or only very slightly dependent on the temperature, since the device does not contain any special damping elements.
  • a freewheel is used which does not allow braking vibrations of the system to occur in the first place.
  • Freewheels have been used for other units, e.g. B. alternators, already proven and help to significantly increase the durability of the aggregate drive and the aggregates.
  • Both idler roller freewheels and sprag freewheels can be used as freewheels. They can have support bearings on both sides and can also be sealed on both sides.
  • the pulley can be made of both metal and plastic.
  • Figure 1 shows a device according to the invention in a longitudinal section
  • Figure 2 shows a further device according to the invention in a longitudinal section
  • Figure 3 shows a third device according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 4 shows a freewheel clutch provided for installation in the devices according to FIGS. 1 and 2, in sections in longitudinal section;
  • FIG. 5 shows a device according to the invention provided with a slip clutch, in sections in longitudinal section;
  • a device according to the invention shown in FIG. 1 contains a pulley 1, which is rotatably mounted on a housing 3 of an auxiliary unit of an internal combustion engine via a roller bearing 2.
  • a snap ring 4 is used for axially fixing the inner ring of the rolling bearing 2 to the housing 3.
  • the pulley 1 is connected to a drive shaft 6 of the auxiliary unit via a flange component 5, namely a hub 7 is attached to one end of the drive shaft 6 and is connected to the flange component 5 via a one-way clutch 8.
  • the one-way clutch 8 transmits the torque in one direction of rotation via the hub 7 to the drive shaft 6 of the auxiliary unit.
  • the one-way clutch 8 is shown in FIG. 4, it has a ring fastened to the hub 7 with the inner race 10, a ring fastened to the inner surface of the flange component 5 with the outer race 11 and pinch rollers 12, which are arranged in a rollable manner between these rings are.
  • Rolling bearings 13 of the one-way clutch 8 adjoin the two axial ends of the pinch rollers 12 in the space formed by the rings 10 and 11. The coupling is sealed on both sides in its installation space.
  • a seal 14 and a cover 15 are used for this.
  • a sprag freewheel can also be used.
  • Such freewheels are generally state of the art. The following features have proven to be particularly favorable for the special function in the aggregate drive:
  • Radial support bearings preferably the roller bearings 13, are arranged on both sides.
  • the ring with the inner race 10 and the ring with the outer race 11 are designed as chipless parts.
  • the freewheel is sealed and greased on both sides.
  • a precise matching of the connecting parts (hub 7 of the drive shaft 6 and flange component 5) for the exact setting of the switching accuracy, the friction torque and the switch-off or slip-through torque is possible.
  • the requirements for the design of the freewheel can also be reset.
  • the direct introduction of the freewheel into the flange component and / or the direct running on the drive shaft and / or a purely chipless design is also conceivable.
  • the device shown in Figure 2 is basically the same. In her, however, a one-piece design of the pulley 1 and the flange member 16 is used. Because of the snap ring 4, a plurality of mounting openings 17 are provided here for mounting in the flange component 16. Through this a pressure can be exerted directly on the inner ring of the rolling bearing 2. The torque can be transmitted from the pulley 1 and the flange component 16, which is made in one piece therewith, to the outer part of the one-way clutch, in a positive and / or non-positive manner.
  • the device shown in FIG. 3 is modified in that the drive shaft 6 has no hub. Therefore, the ring with the inner raceway of the one-way clutch 8 is attached directly to the outer surface of the drive shaft 6.
  • FIG. 5 shows a device in which the ring with the inner race 10 of the one-way clutch 8 is also located directly on the drive shaft 6.
  • the pulley 18 is here connected to the one-way clutch 8 via a multi-part flange component 19, which forms a slip clutch 20.
  • an annular disk 21 connected to the pulley 18 lies axially against a receiving sleeve 22, in which the one-way clutch 8 is held with its ring with the outer raceway 11.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmomentes von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors zu einer Antriebswelle (6) eines Nebenaggregats, mit einer an einem Gehäuse (3) des Nebenaggregats drehbar gelagerten Riemenscheibe (1) eines Riementriebes, welche mit der Antriebswelle (6) des Nebenaggregats bewegungsmäßig verbunden ist, weist erfindungsgemäß in dem Kraftfluss von der Riemenscheibe (1) zu der Antriebswelle (6) des Nebenaggregats eine das übertragbare Drehmoment begrenzende Einrichtung mit einer Freilaufkupplung (8) auf, welche von dem Nebenaggregat hervorgerufene überhöhte Schwingungsbelastungen von dem Riementrieb fernhält.

Description

Bezeichnung der Erfindung Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmomentes von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors zu einer Antriebswelle eines Nebenaggregats, insbesondere eines Kompressors einer Klimaanlage, mit ei- ner an einem Gehäuse des Nebenaggregats drehbar gelagerten Riemenscheibe eines Riementriebes, welche mit der Antriebswelle des Nebenaggregats bewegungsmäßig verbunden ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine solche Vorrichtung ist aus der Druckschrift DE 198 60 150 A1 bekannt. Darin ist erwähnt, dass bei einem mit einer Klimaanlage ausgerüsteten Kraftfahrzeug der Kompressor der Klimaanlage üblicherweise über einen Riementrieb von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben wird. Beim Ausfall des Kompressors kann dies zur Folge haben, dass der gesamte Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs blockiert wird und das Fahrzeug nicht mehr fahrbereit ist. Daher wurde in einer solchen Vorrichtung bereits eine Einrichtung zur Überlastsicherung angeordnet, welche die Kompressorwelle bei deren Stillstand von der Riemenscheibe abkoppelt. Gleichzeitig dient diese Vorrich- tung auch zur Schwingungsdämpfung, um von der Kurbelwelle über den Riementrieb auf die Riemenscheibe übertragene Schwingungen von der Kompressorwelle fern zu halten. Erreicht wird das durch Verwendung eines elastischen Mitnehmerelementes, welches sowohl die Schwingungsdämpfung als auch die Überlastsicherung bewirkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zur Übertragung des Drehmomentes so weiterzuentwickeln, dass sie auf schwingungsdämpfende Elemente, wie elastische Mitnehmer, völlig verzichten kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem Kraftfluss von der Riemenscheibe zu der Antriebswelle des Nebenaggregats eine das übertragbare Drehmoment begrenzende Einrichtung angeordnet ist, welche von dem Nebenaggregat hervorgerufene überhöhte Schwingungsbelastungen von dem Riementrieb fern hält. Eine solche das Drehmoment begrenzende, zwischen der Riemenscheibe und der Antriebswelle angeordnete Einrichtung kann dann mit einer Freilaufkupplung versehen sein.
Die Funktion des Freilaufs bewirkt folgendes für die Schwingungsdämpfung:
Wenn keine äußeren Störgrößen vorhanden wären, würden die Motordrehzahl und die Drehzahl der Aggregatewelle in einem von der Übersetzung festgelegten Verhältnis stehen und es würde sich die so genannte Aggregate- Nenndrehzahl einstellen. Durch Störgrößen, beispielsweise durch die ungleichförmige Drehzahl des Verbrennungsmotors, wird die Welle des Nebenaggre- gats im Vergleich zu ihrer Nenndrehzahl sowohl beschleunigt als auch verzögert. Bei herkömmlichen Vorrichtungen wird die Differenz zwischen Beschleu- nigungs- und Verzögerungsbelastungen durch Verwendung besonderer Dämpfungselemente reduziert.
Der erfindungsgemäße Einsatz eines Freilaufs reduziert die Belastung dadurch, dass die Verzögerungsbelastungen erst gar nicht entstehen, weil der Freilauf in dieser Richtung kein Drehmoment und somit auch keine Belastungen überträgt. Dieses Verhalten ist weitgehend unabhängig von der herr- sehenden Temperatur, sowie der Frequenz und der Amplitude der auftretenden Antriebsschwingungen. Durch die Integration des Freilaufs in der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird diese Eigenschaft des Freilaufs ausgenutzt. Zusätzlich wird bei der Auslegung der Vorrichtung ein maximal übertragbares Dreh- moment berücksichtigt, bei dem ein weiterer Betrieb des Riementriebes auch dann möglich ist, wenn es zu einem Blockieren der Aggregatewelle kommt.
Dadurch, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung ganz auf schwingungsdämp- fende Elemente verzichten kann, ist ein Temperaturanstieg in der Vorrichtung erheblich geringer. Damit können je nach der auftretenden Belastung kostengünstige Werkstoffe für die Vorrichtung verwendet werden. Außerdem kann durch die Einsparung eines sonst für schwingungsdämpfende Elemente vorgesehenen Bauraums eine kostengünstigere Lagerung benutzt werden. Die bei den bekannten Vorrichtungen verwendeten Wälzlager müssen sehr niedrig bauen und deshalb aus Tragzahlgründen zweireihig ausgeführt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt dagegen nun mit einem kostengünstigen einreihigen Wälzlager für die Riemenscheibe aus. Außerdem ist es als vorteilhaft anzusehen, dass die Dämpfungseigenschaften der Vorrichtung nicht bzw. nur sehr gering von der Temperatur abhängig sind, da die Vorrichtung keine besonderen Dämpfungselemente enthält.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommt also ein Freilauf zum Einsatz, der abbremsende Schwingungen des Systems gar nicht erst auftreten lässt. Freiläufe haben sich für andere Aggregate, z. B. Lichtmaschinen, bereits be- währt und tragen dazu bei, die Haltbarkeit des Aggregateriementriebes und der Aggregate erheblich zu erhöhen. Als Freiläufe können sowohl Klemmrollenfreiläufe als auch Klemmkörperfreiläufe zum Einsatz kommen. Sie können jeweils beidseitig Stützlager aufweisen und auch beidseitig abgedichtet sein. Die Riemenscheibe kann sowohl aus Metall als auch aus Kunststoff bestehen. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Längsschnitt;
Figur 2 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Längsschnitt;
Figur 3 eine dritte erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Längsschnitt;
Figur 4 eine für den Einbau in den Vorrichtungen gemäß den Figuren 1 und 2 vorgesehene Freilaufkupplung, ausschnittsweise im Längsschnitt;
Figur 5 eine mit einer Rutschkupplung versehene erfindungsgemäße Vorrichtung, ausschnittsweise im Längsschnitt;
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Eine in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung enthält eine Riemenscheibe 1 , die über ein Wälzlager 2 an einem Gehäuse 3 eines Nebenag- gregats eines Verbrennungsmotors drehbar gelagert ist. Für die axiale Fixierung des Innenringes des Wälzlagers 2 an dem Gehäuse 3 ist ein Sprengring 4 verwendet. Die Riemenscheibe 1 ist über ein Flanschbauteil 5 mit einer Antriebswelle 6 des Nebenaggregats verbunden, und zwar ist an einem Ende der Antriebswelle 6 eine Nabe 7 befestigt, die über eine Freilaufkupplung 8 mit dem Flanschbauteil 5 verbunden ist. An dem äußeren Umfang des Flanschbauteils 5 sind einer oder mehrere radial abstehende Mitnehmer 9 angeordnet, welche in Ausnehmungen der Riemenscheibe 1 eingreifen. Durch den oder die Mitnehmer 9 wird das Drehmoment der Riemenscheibe 1 spielfrei auf das Flanschbauteil 5 übertragen. Die Freilaufkupplung 8 überträgt in einer Drehrichtung das Drehmoment über die Nabe 7 auf die Antriebswelle 6 des Nebenaggregats. Im Einzelnen ist die Freilaufkupplung 8 in Figur 4 dargestellt, sie weist einen an der Nabe 7 befestigten Ring mit der Innenlaufbahn 10, einem an der inneren Oberfläche des Flanschbauteils 5 befestigten Ring mit der Außenlaufbahn 11 und Klemmrollen 12 auf, welche abrollbar zwischen diesen Ringen angeordnet sind. An den beiden axialen Enden der Klemmrollen 12 schließen sich in dem von den Ringen 10 und 11 gebildeten Raum Wälzlager 13 der Freilaufkupplung 8 an. Die Kupplung ist in ihrem Einbauraum beidseitig nach außen abgedichtet. Im Ausführungsbeispiel sind hierfür eine Abdichtung 14 und ein Deckel 15 verwendet. Statt eines Klemmrollenfreilaufs kann auch ein Klemmkörperfreilauf verwendet werden. Solche Freiläufe sind in der Ausführung all- gemeiner Stand der Technik. Für die spezielle Funktion im Aggregateriementrieb haben sich folgende Merkmale als besonders günstig herausgestellt:
Beidseitig sind radiale Stützlager, vorzugsweise die Wälzlager 13, angeordnet. Der Ring mit der Innenlaufbahn 10 und der Ring mit der Außenlaufbahn 11 sind als Spanlosteile ausgeführt. Der Freilauf ist beidseitig abgedichtet und befettet. Ein genaues Abstimmen der Anschlussteile (Nabe 7 der Antriebswelle 6 und Flanschbauteil 5) zur exakten Einstellung der Schaltgenauigkeit, des Reibmomentes und des Abschalt- bzw. Durchrutschmomentes ist möglich. Je nach Anspruch bzw. Erfordernis der Schwingungsreduzierung und der Einstell- genauigkeit des Abschalt- bzw. Durch rutsch momentes können auch die Anforderungen an die Ausführung des Freilaufs zurückgesetzt werden. So ist auch das direkte Einbringen des Freilaufs in das Flanschbauteil und/oder der direkte Lauf auf der Antriebswelle und/oder eine rein spanlose Ausführung vorstellbar.
Die in Figur 2 dargestellte Vorrichtung ist grundsätzlich ebenso aufgebaut. Bei ihr ist jedoch eine einstückige Ausführung der Riemenscheibe 1 und des Flanschbauteils 16 verwendet. Wegen des Sprengringes 4 sind hier für die Montage in dem Flanschbauteil 16 mehrere Montageöffnungen 17 vorgesehen. Durch diese kann unmittelbar auf den Innenring des Wälzlagers 2 ein Druck ausgeübt werden. Die Übertragung des Drehmomentes von der Riemenscheibe 1 und dem damit einstückig ausgeführten Flanschbauteil 16 auf das Außenteil der Freilaufkupplung kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen.
Gegenüber der Ausführung nach Figur 2 ist die in Figur 3 dargestellte Vorrichtung dadurch abgewandelt, dass die Antriebswelle 6 keine Nabe aufweist. Daher ist hier der Ring mit der Innenlaufbahn der Freilaufkupplung 8 unmittelbar an der Mantelfläche der Antriebswelle 6 befestigt.
In Figur 5 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei welcher sich der Ring mit der Innenlaufbahn 10 der Freilaufkupplung 8 ebenfalls unmittelbar auf der Antriebswelle 6 befindet. Die Riemenscheibe 18 ist hier jedoch über ein mehrteiliges Flanschbauteil 19 mit der Freilaufkupplung 8 verbunden, welches eine Rutschkupplung 20 bildet. Dabei liegt eine mit der Riemenscheibe 18 verbundene Kreisringscheibe 21 axial an einer Aufnahmehülse 22 an, in welcher die Freilaufkupplung 8 mit ihrem Ring mit der Außenlaufbahn 11 gehalten ist.
Bezugszahlenliste
Riemenscheibe
Wälzlager
Gehäuse
Sprengring
Flanschbauteil
Antriebswelle
Nabe
Freilaufkupplung
Mitnehmer
Ring mit der Innenlaufbahn
Ring mit der Außenlaufbahn
Klemm rolle
Wälzlager
Abdichtung
Deckel
Flanschbauteil
Montageöffnung
Riemenscheibe
Flanschbauteil
Rutschkupplung
Kreisringscheibe
Aufnahmehülse

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmomentes von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors zu einer Antriebswelle (6) eines Nebenaggregats, insbesondere eines Kompressors einer Klimaanlage, mit einer an einem Gehäuse (3) des Nebenaggregats drehbar gelagerten Riemenscheibe (1, 18) eines Riementriebes, welche mit der Antriebswelle (6) des Nebenaggregats bewegungsmäßig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kraftfluss von der Riemenscheibe (1 , 18) zu der Antriebswelle (6) des Nebenaggregats eine das übertragbare Drehmoment begrenzende Einrichtung angeordnet ist, welche von dem Nebenaggregat hervorgerufene überhöhte Schwingungsbelastungen von dem Riementrieb fernhält.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der Riemenscheibe (1 , 18) und der Antriebswelle (6) angeordnete Einrichtung eine Freilaufkupplung (8) enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (1, 18) mit der Freilaufkupplung (8) über ein Flanschbauteil (5, 16, 19) verbunden ist, wobei jeweils die Riemenscheibe (1, 18) an dem äußeren Umfang und die Freilaufkupplung (8) an dem inneren Umfang des Flanschbauteils (5, 16, 19) angrenzt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufkupplung (8) von einem Ring mit einer Innenlaufbahn (10), einem diesen umgebenden Ring mit einer Außenlaufbahn (11) und zwischen den Ringen angeordneten Klemmrollen (12) oder Klemmkörpern gebildet ist, wobei der Ring mit der Außenlaufbahn (11) an dem Flanschbauteil (5, 16, 19) befestigt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring mit der Innenlaufbahn (10) an der Mantelfläche einer mit der Antriebswelle (6) verbundenen Nabe (7) befestigt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring mit der Innenlaufbahn (10) an der Mantelfläche der Antriebswelle (6) unmittelbar befestigt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (1) mit dem Flanschbauteil (5) über Mitnehmer (9) verbunden ist, welche von dem äußeren Umfang des Flanschbauteils (5) radial abstehend angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (1) mit dem Flanschbauteil (16) einstückig ausgeführt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschbauteil (19) als Rutschkupplungsteil mehrstückig ausgeführt ist, wobei es eine an der Riemenscheibe (18) befestigte Kreisringscheibe (21) enthält, die an einer Aufnahmehülse (22) axial anliegt, in welcher der Ring mit der Außenlaufbahn (11) der Freilaufkupplung (8) befestigt ist.
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