DE10012233A1

DE10012233A1 - Riemenscheibe

Info

Publication number: DE10012233A1
Application number: DE2000112233
Authority: DE
Inventors: Norbert Bethke; Horst Steinbinder; Holger Konanz; Diethard Sauermann
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2001-09-20

Abstract

Riemenscheibe (1), die unter Zwischenschaltung einer Rutschkupplung (3) auf einer Nabe (2) angeordnet ist, wobei die Rutschkupplung (3) ein Federelement (Schraubendruckfeder 4) aufweist, das einerseits gegenüber der Nabe (2) axial abgestützt ist und das andererseits zur Rotationsachse koaxial angeordnete Kegelflächen (8, 9, 11, 12, 15, 16, 17, 18) gegeneinander drückt, von denen eine der Nabe (2) und von denen eine andere der Riemenscheibe (1) zugeordnet ist, wobei die Kegelflächen (8, 9, 11, 12, 15, 16, 17, 18) sowohl als Reibflächen zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen der Nabe (2) und der Riemenscheibe (1) als auch als Lagerflächen zur Lagerung der Riemenscheibe (1) auf der Nabe (2) vorgesehen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Riemenscheiben, wie sie vorzugsweise in Riementrieben von Brennkraftmaschinen eingesetzt werden. Die Erfindung betrifft insbesondere solche Riemenscheiben, die auf Antriebswellen von im Riementrieb angeordneten Nebenaggregaten vorgesehen werden.

Die Riemenscheiben werden in jüngerer Zeit vorwiegend durch sog. Keilrippen riemen angetrieben. Insbesondere in Hubkolben-Brennkraftmaschinen werden von der Kurbelwelle verursachte Drehungleichförmigkeiten in den Riementrieb übertragen. Diese Drehungleichförmigkeiten bewirken kurzzeitig extrem hohe Verzögerungen bzw. Beschleunigungen des Riemens. Wenn die Riemenschei be auf einer drehträgen Welle angeordnet ist, beispielsweise auf einer Gene ratorwelle, dann kann die Riemenscheibe diesen schnellen Verzögerungen und Beschleunigungen nicht folgen. Es kommt zum Schlupf zwischen Riemen und Riemenscheibe, der einen unerwünschten Verschleiß oder störende Geräu sche verursacht.

Zur Beseitigung dieses Nachteils sind bereits zahlreiche Lösungen vorge schlagen worden. Aus DE 36 10 415 C2 beispielsweise ist eine Riemenan triebs-Brennkraftmaschine bekannt geworden, bei der zwischen der Riemen scheibe und der Antriebswelle eines Generators ein Freilauf zwischenge schaltet ist. Dieser Freilauf kuppelt bei den erwähnten starken Verzögerungen des Riemens aus, so dass die drehträge Welle des Generators frei weiter dre hen kann. Der Schlupf zwischen Riemen und Riemenscheibe ist somit auf ein Minimum reduziert, idealerweise völlig beseitigt. Allerdings können hohe Be schleunigungen nicht abgekoppelt werden; der Freilauf kuppelt in Beschleuni gungs- bzw. Antriebsrichtung ein.

GB 20 96 237-A schlägt zur Lösung des beschriebenen Problems vor, eine Flüssigkeitskupplung zwischen die Riemenscheibe und die Generatorwelle vorzusehen. Bei einer derartigen Lösung sind allerdings in aufwändiger Weise Dichtungen vorzusehen, ferner ist eine einwandfreie Lagerung der Riemen scheibe auf der Nabe zu gewährleisten.

In DE 196 53 386 A1 ist das Problem dadurch gelöst, dass zwischen die Rie menscheibe und die Nabe eine Schraubendrehfeder eingesetzt ist, die einer seits an der Nabe und die andererseits an der Riemenscheibe befestigt ist. Die Riemenscheibe kann unter der Einwirkung der Drehungleichförmigkeiten ge genüber der Nabe oszillieren, wobei die Schraubendrehfeder verdreht wird. Da der Verdrehwiderstand abhängig vom Drehwinkel ist, ist nicht auszuschließen, dass bei größeren Schwenkwinkeln der Verdrehwiderstand so groß wird, dass die Verzögerung der Riemenscheibe in unerwünschter Weise dennoch auf die Generatorwelle übertragen wird.

Bei den bekannten Lösungen wird die Verzögerungsphase der Drehungleich förmigkeit von der Antriebswelle eines Nebenaggregates abgekoppelt oder gedämpft, so daß der Schlupf weitgehend reduziert ist. Ohne diese Abkoppe lung/Dämpfung würden sich auch Kraftspitzen im Riemen einstellen. Aller dings sind die bekannten Lösungsvorschläge durchweg aufwendig in ihrer Her stellung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Riemenscheibe anzu geben, die einfach herzustellen ist und bei der Kraftspitzen im Riemen redu ziert sind.

Die erfindungsgemäße Riemenscheibe ist unter Zwischenschaltung einer Rutschkupplung auf einer Nabe angeordnet, wobei die Rutschkupplung ein Federelement aufweist, das einerseits gegenüber der Nabe axial abgestützt ist und das andererseits zur Rotationsachse koaxial angeordnete Kegelflächen gegeneinander drückt, von denen eine der Nabe und von denen eine andere der Riemenscheibe zugeordnet ist, wobei die Kegelflächen sowohl als Reibflä chen zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen der Nabe und der Rie menscheibe als auch als Lagerflächen zur Lagerung der Riemenscheibe auf der Nabe vorgesehen sind.

Die Rutschkupplung ist derart ausgelegt, dass bei Überschreiten eines vorge gebenen Drehmomentes eine Relativdrehung zwischen der Riemenscheibe und der Nabe in beiden Drehrichtungen der Riemenscheibe stattfindet. Unter halb dieses vorgegebenen Drehmomentes findet keine Relativdrehung statt. Die Spitzen der starken Verzögerungen und Beschleunigungen infolge der Drehungleichförmigkeiten werden demzufolge dadurch von der Antriebswelle abgekoppelt, dass die Kegelflächen der Rutschkupplung durchrutschen. Kraft spitzen im Riemen sind also reduziert.

Während einer Relativdrehung zwischen der Riemenscheibe und ihrer Nabe muss sichergestellt sein, dass die Riemenscheibe einwandfrei auf der Nabe gelagert bleibt. Dies wird ebenfalls durch die Kegelflächen sichergestellt, die bei der beschriebenen Relativdrehung als Lagerflächen dienen. Die Kege lanordnung ermöglicht die Aufnahme von axialen und radialen Lagerkräften. Die beschriebene Kegelanordnung ermöglicht zum einen ein Verspannen der aneinander anliegenden Kegelflächen, und zum anderen werden axiale und radiale Lagerkräfte von der Riemenscheibe einwandfrei über die Kegel in die Nabe übertragen.

Als Federelement eignen sich beispielsweise alle herkömmlichen Federtypen wie Schraubenfedern oder Tellerfedern, aber auch hydraulische oder pneuma tische Federelemente.

Bei höheren Drehzahlen der Hubkolben-Brennkraftmaschine nimmt der Ein fluss der beschriebenen Drehungleichförmigkeiten deutlich ab. So ist es möglich, dass die Riemenscheibe gemeinsam mit der Nabe ohne irgendwelche Relativverdrehungen ein Drehmoment von der Riemenscheibe auf die An triebswelle übertragen kann.

Gegenüber den bekannten Lösungen weist die erfindungsgemäße Riemen scheibe verschiedene Vorteile auf. Zum einen entfallen Maschinenelemente wie Freiläufe, insbesondere die üblicherweise verwendeten Klemmrollenfrei läufe, die aus einer Vielzahl von Einzelteilen bestehen, und bei der eine auf wändige Lagerung zwischen der Riemenscheibe und der Nabe vorzusehen ist, damit die Klemmrollen einwandfrei in ihren Klemmspalten positioniert sind.

Es sind auch keine speziellen Dichtungen erforderlich, da auf die Verwendung von Flüssigkeitskupplungen verzichtet wird.

Außerdem ist eine Verdrehung zwischen der Riemenscheibe und der Nabe nicht auf einen bestimmten Verdrehwinkel beschränkt, wie es beispielsweise gemäß DE 196 53 386 A1 der Fall ist.

Gegenüber den bekannten Lösungen ermöglicht die erfindungsgemäße Rie menscheibe ein definiertes Durchrutschen in beiden Drehrichtungen der Rie menscheibe.

Eine besonders einfache erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, dass die Riemenscheibe aus Kunststoff und die Nabe aus Metall gebildet sind. Die Rie menscheibe kann in diesem Fall auf besonders einfache Art und Weise im Spritzverfahren aus Kunststoff hergestellt werden. In diesem Fall können die Kegelflächen unmittelbar an der Nabe und an der Riemenscheibe ausgebildet sein, so dass die Werkstoffpaarung für die Reibflächen Kunststoff-Stahl ist.

Es ist aber auch möglich, zwischen der Riemenscheibe und der Nabe einen Reibbelag anzuordnen, so dass eine Gleitreibung zwischen der Nabe und dem Reibbelag und/oder zwischen der Riemenscheibe und dem Reibbelag bei Überschreiten eines vorgegebenen Drehmomentes stattfindet. Der Reibbelag kann auch an der Riemenscheibe oder an der Nabe befestigt sein.

Es kann auch zweckmäßig sein, ein zusätzliches Lager, insbesondere Wälzla ger zur Lagerung der Riemenscheibe auf der Welle vorzusehen. Ein Radialril lenkugellager beispielsweise kann sowohl eine radiale als auch eine axiale Lagerung übernehmen.

Vorzugsweise ist die Riemenscheibe mit einer koaxial angeordneten Kegelöff nung versehen. Die Wand der Kegelöffnung kann zugleich die Kegelfläche bilden.

Eine erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, dass das Federelement an der Riemenscheibe angreift und diese mit der ihr zugeordneten Kegelfläche gegen die der Nabe zugeordneten Kegelfläche anfedert. In diesem Fall ist es zweckmäßig, dass die Riemenscheibe eine zentrale Durchgangsöffnung auf weist, die eine sich auf ein axiales Ende hin erweiternde Kegelöffnung umfasst. Die vorzugsweise aus Blech im Tiefziehverfahren hergestellte Riemenscheibe weist einen gefalteten Bord auf, an dem das Federelement angreift. Der gefal tete Bord ist vorzugsweise zwischen der Kegelöffnung einer benachbarten Zy linderöffnung angeordnet. Zwischen der Nabe und der Riemenscheibe kann eine Buchse angeordnet sein, deren zylindrischer Mantel an der Wand der Zylinderöffnung anliegt und deren Radialbord an dem gefalteten Bord der Rie menscheibe anliegt. Bei dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung wird neben den beschriebenen Kegelflächen zusätzlich für eine einwandfreie Lagerung die Buchse eingesetzt.

Die Mantelfläche des zylindrischen Mantels und die Wand der Zylinderöffnung sind dabei als Lagerflächen ausgebildet, wobei möglich ist, dass die Stirnfläche des Radialbordes und die Stirnfläche des gefalteten Bordes als weitere Reib flächen ausgebildet ist.

Das Federelement kann raumsparend in dem von dem zylindrischen Mantel der Buchse und der Nabe begrenzten Ringraum angeordnet sein, wobei das Federelement vorzugsweise als Schraubenfeder ausgebildet ist, die an dem Radialbord der Buchse angreift.

Eine andere erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, dass die Nabe ein axial verschiebliches Kegelstück aufweist, an dem das Federelement angreift und dieses mit der ihm zugeordneten Kegelfläche gegen die der Riemenschei be zugeordnete Kegelfläche anfedert. Bei dieser erfindungsgemäßen Weiter bildung kann die Riemenscheibe beispielsweise an einer Schulter der Nabe axial abgestützt sein, wobei das axial vorgespannte Kegelstück die Riemen scheibe gegen diese Schulter andrückt.

Die Riemenscheibe kann zwei sich in entgegengesetzten Richtungen zu ihren axialen Enden hin erweiternde Kegelöffnungen aufweisen. Diese Riemen scheibe ist wegen der großen Kegelöffnungen vom Gewicht her besonders leicht. Bei dieser erfindungsgemäßen Riemenscheibe können zu beiden axia len Seiten der Riemenscheibe jeweils zwei Kegelflächen vorgesehen sein, die der Nabe und der Riemenscheibe zugeordnet sind. Die Riemenscheibe ist demzufolge in beiden axialen Richtungen einwandfrei gehalten, zum anderen werden radiale Lagerkräfte über die Kegelflächen einwandfrei übertragen. Weiterhin steht eine ausreichend große Reibfläche zur Verfügung, um auch große Drehmomente zu übertragen.

Wenn die Nabe einen koaxial angeordneten Kegel umfasst, kann diese Rie menscheibe zwischen diesem koaxial angeordneten Kegel und dem axial ver schieblichen Kegelstück angeordnet sein. Die von dem Federelement auf das Kegelstück übertragene Druckkraft wird in diesem Fall zunächst in die Riemen scheibe eingeleitet und von dort in den koaxial angeordnete Kegel der Nabe weitergeleitet. Die Mantelfläche der Nabe kann dabei unmittelbar als Kegelflä che ausgebildet sein. Zur Abstützung des Federelementes an der Nabe kann es zweckmäßig sein, einen Flansch vorzusehen, der lösbar an der Nabe befe stigt ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von drei in insgesamt drei Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Riemen scheibe;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Riemenscheibe und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Riemenscheibe.

Gemäß Fig. 1 ist eine Riemenscheibe 1 auf einer Nabe 2 unter Zwischen schaltung einer Rutschkupplung 3 angeordnet. Die Rutschkupplung 3 weist eine Schraubendruckfeder 4 auf, die einerseits an einem Flansch 5 abgestützt ist, der lösbar an der Nabe 2 befestigt ist. Andererseits greift die Schrauben druckfeder 4 an einem Kegelstück 6 an, das axial verschieblich, aber drehfest auf der Nabe 2 angeordnet ist.

Die Riemenscheibe 1 weist eine Durchgangsöffnung 7 auf, die zu den axialen Enden der Riemenscheibe 1 hin in sich erweiternde Kegelöffnungen übergeht. Die Wände dieser Kegelöffnungen bilden Kegelflächen 8, 9, die sowohl als Reibflächen zur Übertragung eines Reibmomentes zwischen der Nabe 2 und der Riemenscheibe 1 als auch als Lagerflächen zur Lagerung der Riemen scheibe 1 auf der Nabe 2 vorgesehen sind.

Die Nabe 2 weist einen einstückig angeformten Kegel 10 auf, dessen Kegelflä che 11 mit der Kegelfläche 9 der Riemenscheibe 1 zusammenarbeitet. Die Ke gelfläche 11 ist ebenfalls als Reibfläche und als Lagerfläche ausgebildet.

Die Kegelfläche 12 des Kegelstücks 6 arbeitet mit der Kegelfläche 8 der Rie menscheibe 1 zusammen, wobei die Kegelfläche 12 ebenfalls als Reibfläche und als Lagerfläche ausgebildet ist.

Unter einer axial wirksamen Kraftkomponenten der Schraubendruckfeder 4 wird das Kegelstück 6 gegen die Riemenscheibe 1 angedrückt, wobei sich die Riemenscheibe 1 in axialer und in radialer Richtung an dem Kegel 10 der Nabe 2 abstützt. Die zwischen dem Kegelstück 6 und die Riemenscheibe 1 bzw. dem Kegel 10 und der Riemenscheibe 1 wirksame Reibung ist so eingestellt, dass Drehmomente bis zu einem vorgegebenen Grenzdrehmoment einwandfrei von der Riemenscheibe 1 auf die Nabe 2 und von dort auf eine nicht dargestellte Antriebswelle übertragen werden. Bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzdrehmomentes rutscht die Rutschkupplung 3 durch, wobei sich eine Re lativdrehung zwischen der Riemenscheibe 1 und der Nabe 2 einstellt. Auch unter einer Relativdrehung ist eine einwandfreie axiale und radiale Abstützung der Riemenscheibe 1 auf der Nabe gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Riemenscheibe nach Fig. 2 unterscheidet sich von der aus der Fig. 1 im wesentlichen dadurch, dass zwischen dem Kegelstück 6 und der Riemenscheibe 1 bzw. zwischen dem Kegel 10 und der Riemenscheibe 1 jeweils ein Reibbelag 13, 14 angeordnet ist. Diese Reibbeläge 13, 14 können lose angeordnet sein, sie können aber auch entweder mit dem Kegel 10 bzw. dem Kegelstück 6 oder mit der Riemenscheibe 1 drehfest verbunden sein. Wirksame Kegelflächen können also hier die äußeren Kegelflächen 15, 16 oder die inneren Kegelflächen 17, 18 der Reibbeläge 13, 14 sein.

Die erfindungsgemäße Riemenscheibe nach Fig. 3 unterscheidet sich von der aus der Fig. 2 im wesentlichen dadurch, dass anstelle eines Kegelstücks eine aus Kunststoff gebildete Buchse 19 vorgesehen ist, die axial verschieblich aber drehfest auf der Nabe 2 angeordnet ist. Zwischen dem zylindrischen Mantel 20 der Buchse 19 und der Nabe 2 ist ein Ringraum gebildet, in dem die Schrau bendruckfeder 4 angeordnet ist. Die äußere Mantelfläche des zylindrischen Mantels 20 der Buchse 19 und die Wand einer Zylinderöffnung der Riemenscheibe 1 bilden Lagerflächen 21, 22 zur radialen Lagerung der Riemenschei be 1 gegenüber der Nabe 2. Der Radialbord 23 der Buchse 19 ist gegen einen gefalteten Bord 24 der Riemenscheibe 1 angedrückt. Die aneinanderanliegen den Flächen des gefalteten Bordes 24 und des Radialbordes 23 bilden Reib flächen 25, 26, um ein Reibmoment von der Riemenscheibe 1 auf die Nabe 2 zu übertragen. Ebenso wie bei den vorangegangenen erfindungsgemäßen Riemenscheiben wird eine axiale Kraftkomponente der Schraubendruckfeder 4 in die Riemenscheibe 1 eingeleitet und wieder in die Nabe 2 weitergeleitet.

Bezugszeichen

1

Riemenscheibe

2

Nabe

3

Rutschkupplung

4

Schraubendruckfeder

5

Flansch

6

Kegelstück

7

Durchgangsöffnung

8

Kegelfläche

9

Kegelfläche

10

Nabe

11

Kegelfläche

12

Kegelfläche

13

Reibbelag

14

Reibbelag

15

Kegelfläche

16

Kegelfläche

17

Kegelfläche

18

Kegelfläche

19

Buchse

20

zylindrischer Mantel

21

Lagerfläche

22

Lagerfläche

23

Radialbord

24

gefalteter Bord

25

Reibfläche

26

Reibfläche

Claims

1. Riemenscheibe (1), die unter Zwischenschaltung einer Rutschkupplung (3) auf einer Nabe (2) angeordnet ist, wobei die Rutschkupplung (3) ein Fe derelement (Schraubendruckfeder 4) aufweist, das einerseits gegenüber der Nabe (2) axial abgestützt ist und die andererseits zur Rotationsachse koaxial angeordnete Kegelflächen (8, 9, 11, 12, 15, 16, 17, 18) gegenein ander drückt, von denen eine der Nabe (2) und von denen eine andere der Riemenscheibe (1) zugeordnet ist, wobei die Kegelflächen (8, 9, 11, 12, 15, 16, 17, 18) sowohl als Reibflächen zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen der Nabe (2) und der Riemenscheibe (1) als auch als Lagerflä chen zur Lagerung der Riemenscheibe (1) auf der Nabe (2) vorgesehen sind.

2. Riemenscheibe nach Anspruch 1, bei der die Riemenscheibe (1) aus Kunststoff und die Nabe (2) aus Metall gebildet sind.

3. Riemenscheibe nach Anspruch 1, bei der zwischen der Riemenscheibe (1) und der Nabe (2) ein Reibbelag (13, 14) angeordnet ist.

4. Riemenscheibe nach Anspruch 3, bei der der an der Riemensscheibe (1) befestigte Reibbelag (13, 14) eine der Kegelflächen aufweist.

5. Riemenscheibe nach Anspruch 3, bei der der an der Nabe (2) der Riemen scheibe (1) befestigte Reibbelag (13, 14) eine der Kegelflächen aufweist.

6. Riemenscheibe nach Anspruch 1, bei der die Riemenscheibe (1) eine koa xial angeordnete Kegelöffnung aufweist.

7. Riemenscheibe nach Anspruch 6, bei der die Wand der Kegelöffnung die Kegelfläche (8, 9) bildet.

8. Riemenscheibe nach Anspruch 1, bei der das Federelement (Schrauben druckfeder 4) an der Riemenscheibe (1) angreift und diese mit der ihr zuge ordneten Kegelfäche (8, 9) gegen die der Nabe (2) zugeordneten Kegelflä che (11, 12) anfedert.

9. Riemenscheibe nach den Anspruch 8, die eine zentrale Durchgangsöffnung aufweist, die eine sich auf ein axiales Ende hin erweiternde Kegelöffnung umfaßt.

10. Riemenscheibe nach Anspruch 9, bei der die vorzugsweise aus Blech im Tiefziehverfahren hergestellte Riemenscheibe einen gefalteten Bord (24) umfaßt, an dem das Federelement (Schraubendruckfeder 4) angreift.

11. Riemenscheibe nach Anspruch 10, bei der die Durchgangsöffnung eine dem anderen axialen Ende benachbart angeordnete Zylinderöffnung auf weist, zwischen der und der Kegelöffnung der gefaltete Bord (24) angeord net ist.

12. Riemenscheibe nach Anspruch 11, bei der zwischen der Nabe (2) und der Riemenscheibe (1) eine Buchse (19) angeordnet ist, dessen zylindrischer Mantel (20) an der Wand der Zylinderöffnung anliegt, und deren Radialbord (23) an dem gefalteten Bord (24) anliegt.

13. Riemenscheibe nach Anspruch 12, bei der die Mantelfläche des zylindri schen Mantels (20) und die Wand der Zylinderöffnung als Lagerflächen (21, 22) ausgebildet sind.

14. Riemenscheibe nach Anspruch 13, bei der die Stirnfläche des Radialbordes (23) und die Stirnfläche des gefalteten Bordes (24) als Reibflächen (25, 26) ausgebildet sind.

15. Riemenscheibe nach Anspruch 12, bei der in dem von dem axialen Schen kel der L-förmigen Buchse (19) und der Nabe (2) begrenzten Ringraum das vorzugsweise als Schraubendruckfeder (4) ausgebildete Federelement an geordnet ist, die an dem Radialbord (24) der Buchse (19) angreift.

16. Riemenscheibe nach Anspruch 1, bei der die Nabe (2) ein axial verschieb liches Kegelstück (6) aufweist, an dem das Federelement (Schrauben druckfeder 4) angreift und dieses mit der ihm zugeordneten Kegelfäche (12) gegen die der Riemenscheibe (1) zugeordnete Kegelfläche (8) anfedert.

17. Riemenscheibe nach Anspruch 1, bei der zwei an der Riemenscheibe (1) ausgebildete Kegelöffnungen sich in entgegengesetzten Richtungen zu den axialen Enden der Riemenscheibe (1) hin erweitern.

18. Riemenscheibe nach Anspruch 1, bei der die Nabe (2) einen koaxial ange ordneten Kegel (10) umfasst.

19. Riemenscheibe nach Anspruch 18, bei der die Mantelfläche (10) des Kegels die Kegelfläche (11) bildet.

20. Riemenscheibe nach Anspruch 1, bei der ein an der Nabe (2) vorzugsweise lösbar befestigter Flansch (5) vorgesehen ist, an dem das Federelement (Schraubendruckfeder 4) axial abgestützt ist.