DE10151795A1

DE10151795A1 - Riemenscheibe

Info

Publication number: DE10151795A1
Application number: DE2001151795
Authority: DE
Inventors: Uwe Michael; Peter Kattwinklel
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2003-04-30
Also published as: WO2003036114A2; WO2003036114A3; AU2002349349A1

Abstract

Eine Riemenscheibe ist mit einer Nabe (2) und mit einem Laufmantel (1) versehen. Zwischen der Nabe (2) und dem Laufmantel ist eine Freilaufkupplung angeordnet. Zwischen der Nabe (2) und dem Laufmantel (1) ist ferner eine Rutschkupplung angeordnet, die unterhalb eines Grenzdrehmomentes die Nabe (2) und den Laufmantel (1) reibschlüssig verbindet und die oberhalb des Grenzdrehmomentes die Nabe (2) von dem Laufmantel (1) in Freilaufrichtung der Freilaufkupplung entkoppelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Riemenscheiben. Im Aggregatetrieb von modernen Brennkraftmaschinen sind auf der Antriebswelle der Lichtmaschine oftmals Riemenscheiben angeordnet, zwischen deren Nabe und deren Laufmantel eine Freilaufkupplung angeordnet ist. Die Erfindung betrifft insbesondere die zuletzt genannten Riemenscheiben.

Aus DE 195 11 188 C2 beispielsweise ist eine Vorrichtung zum Dämpfen von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang bekannt geworden. Eine Riemenscheibe ist auf einer Antriebswelle einer Lichtmaschine angeordnet, wobei zwischen dem Laufmantel und der Nabe eine wälzgelagerte Freilaufkupplung angeordnet ist. Die Freilaufkupplung übernimmt dabei die Aufgabe, die Fase der Verzögerung der Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle von der drehträgen Antriebswelle abzukoppeln. Die Drehungleichförmigkeiten sind bedingt durch den Verbrennungsprozess der Kolbenbrennkraftmaschine.

Ferner ist vorgeschlagen worden, die Kurbelwellenriemenscheibe zu entkoppeln, bspw. über ein zwischen Kurbelwelle und Riemenscheibe angeordnetes Gummielement. Bei dieser Anordnung werden die Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle von allen im Riementrieb angeordneten Nebenaggregaten mehr oder weniger abgekoppelt. Allerdings treten hier Probleme beim Starten des Motors auf, da eine Resonanzstelle durchlaufen werden muß. Denn die entkoppelte Kurbelwellenriemenscheibe bildet mit den im Riementrieb angeordneten Nebenaggregaten ein schwingungsfähiges System. Aus diesem Grund kann ein sogenanntes Start-Stop-Quietschen auftreten aufgrund von Schlupf zwischen der Lichtmaschinenriemenscheibe und Riemen. Der Schlupf tritt auf, wenn ein an der Lichtmaschinenwelle angreifendes Moment erreicht ist, das höher als ein Grenzdrehmoment ist. Das Grenzdrehmoment entspricht dem vom Riemen auf die Riemenscheibe übertragbaren Moment.

Die Kombination der eingangs erwähnten Anordnung des Freilaufs zwischen Riemenscheibe und Lichtmaschinenwelle mit der entkoppelten Kurbelwellenriemenscheibe erzeugt jedoch ein neues Problem: Zwar ist das Start-Stop Quietschen beseitigt. Allerdings steigt die Resonanzdrehzahl in etwa auf die Leerlaufdrehzahl des Motors. Dadurch treten unzulässig hohe Schwingwinkel der Kurbelwellenriemenscheibe gegenüber der Kurbelwelle auf. Dadurch ist der Verschleiß an der Kupplungsstelle zwischen Kurbelwelle und Kurbelwellenriemenscheibe erhöht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Riemenscheibe anzugeben, bei der diese Nachteile behoben sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Riemenscheibe gemäß Anspruch 1 gelöst. Unterhalb des Grenzdrehmomentes verbindet die erfindungsgemäß vorgesehene Rutschkupplung die Nabe mit dem Laufmantel reibschlüssig, weil diese gerade auf dieses Grenzdrehmoment eingestellt ist. Bei Leerlaufdrehzahl des Motors oder höherer Drehzahl ist das Grenzdrehmoment unterschritten. Hier liegt also eine Situation vor, in der die Lichtmaschinenriemenscheibe starr mit der Lichtmaschinenwelle verbunden ist. Die Kurbelwellenriemenscheibe kann also entkoppelt werden, ohne daß das eingangs erwähnte Problem auftritt, wonach überhöhte Schwingwinkel an der entkoppelten Kurbelwellenriemenscheibe auftreten.

Beim Starten des Motors können Drehmomente auftreten, die größer als das Grenzdrehmoment sind. In dieser Situation kann kein Schlupf zwischen Riemen und Lichtmaschinenriemenscheibe auftreten, weil die erfindungsgemäße Rutschkupplung ein Durchrutschen der Riemenscheibe gegenüber der Lichtmaschinenwelle ermöglicht. Das Start-Stop Quietschen ist beseitigt.

Für den gesamten in der Praxis auftretenden Drehzahlbereich ist demzufolge gewährleistet, daß einerseits beim Starten das Start-Stop Quietschen beseitigt ist und daß andererseits gerade bei Leerlaufdrehzahl keine unzulässigen Schwingwinkel an der Kurbelwellenriemenscheibe auftreten. Die Rutschkupplung ist so eingestellt, daß bei Leerlaufdrehzahl oder höheren Drehzahlen in der Verzögerungsphase der Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle die Lichtmaschinenriemenscheibe starr mit der Lichtmaschinenwelle gekoppelt ist. Der Freilauf wird in dieser Situation wirkungslos oder wenigstens annäherungsweise wirkungslos.

Als Freilaufkupplung können beispielsweise Klemmkörperfreiläufe und Schlingfederfreiläufe, aber auch Klemmrollenfreiläufe eingesetzt werden.

Eine erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, dass der Laufmantel über Gleitkörper radial gegenüber der Nabe gelagert ist, wobei zwischen den Gleitkörpern einerseits und der Nabe und/oder dem Laufmantel andererseits eine Festkörperreibung eingestellt ist. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Gleitkörper übernehmen demzufolge zwei Funktionen: erstens gewährleisten sie eine einwandfreie radiale Lagerung, so dass auch die Funktion eines beispielsweise eingesetzten Klemmrollenfreilaufs gewährleistet ist. Zweitens übernehmen Sie die Funktion einer Rutschkupplung, die oberhalb eines eingestellten Grenzdrehmomentes durchrutscht und die unterhalb des Grenzdrehmomentes ein Drehmoment einwandfrei zwischen Laufmantel und Nabe überträgt.

In bekannter Weise kann zwischen der Nabe und dem Laufmantel stirnseitig eine Anlaufscheibe angeordnet sein. Allerdings sieht eine erfindungsgemäße Weiterbildung vor, dass zwischen der Anlaufscheibe einerseits und dem Laufmantel und/oder der Nabe andererseits ein Reibkörper für eine Festkörperreibung vorgesehen ist. Zum Aufbringen der Festkörperreibung kann eine gespannte Feder vorgesehen sein, die den Reibkörper zwischen der Anlaufscheibe einerseits und dem Laufmantel und/oder der Nabe andererseits einspannt.

Wenn eine Freilaufkupplung mit Klemmkörpern vorgesehen ist, die gegen Klemmbahnen angefedert sind, wobei die eine Klemmbahn dem Laufmantel und die andere Klemmbahn der Nabe zugeordnet ist, sieht eine besondere erfindungsgemäße Weiterbildung vor, dass der Klemmkörper durch einen Keilkörper gebildet ist, dessen eine Reibfläche gegen die eine ebenfalls als Reibfläche ausgebildete Klemmbahn angedrückt ist, wobei die Reibflächen oberhalb des Grenzdrehmomentes in Freilaufrichtung durchrutschen. In diesem Fall übernimmt die hier vorgesehene Kupplung zwei Funktionen: einerseits ist in der Freilaufrichtung ein definiertes Reibmoment eingestellt, so dass ein Durchrutschen lediglich bei Überschreiten eines Grenzdrehmomentes möglich ist. Zweitens ist in der entgegengesetzten Sperrrichtung des Freilaufs gewährleistet, dass eine Verdrehung zwischen Laufmantel und Nabe wegen einer kraftschlüssigen Verbindung aufgrund des Freilaufs nicht möglich ist.

Eine andere erfindungsgemäße Rutschkupplung kann einen Hebel umfassen, der Reibflächen gegeneinander anfedert, von denen die eine der Nabe und von denen die andere dem Laufmantel zugeordnet ist. Zwischen dem Hebel und der dem Laufmantel bzw. der Nabe zugeordneten Reibfläche kann auch ein Reibring angeordnet sein, der unter der Kraft des beaufschlagten Hebels gegen die Reibfläche der Nabe bzw. des Laufmantels angedrückt wird.

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

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Riemenscheibe im Längsschnitt,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild zu der erfindungsgemäßen Riemenscheibe aus Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Riemenscheibe im Längsschnitt,

Fig. 4 eine modifizierte erfindungsgemäß vorgesehene Rutsch- und Freilaufkupplung,

Fig. 5 eine weitere modifizierte erfindungsgemäße Rutsch- und Freilaufkupplung,

Fig. 6 ein Ersatzschaltbild zu der Rutsch- und Freilaufkupplung aus Fig. 5,

Fig. 7 eine weitere Rutsch- und Freilaufkupplung.

Die erfindungsgemäße Riemenscheibe aus Fig. 1 weist einen Laufmantel 1, eine Nabe 2 und einen zwischen der Nabe 2 und dem Laufmantel 1 angeordneten wälzgelagerten Freilauf auf, der aus einem Klemmrollenfreilauf 3 und zu beiden Stirnseiten des Klemmrollenfreilaufs 3 angeordneten Radialwälzlagern 4 gebildet ist. Der Freilauf bildet eine sogenannte Freilaufeinheit, bei der der Klemmrollenfreilauf 3 und die Radialwälzlager 4 zwischen einer inneren und einer äußeren Hülse 5, 6 angeordnet sind. Der Figur ist zu entnehmen, dass die Riemenscheibe auf einer Antriebswelle 7 eines nicht weiter dargestellten Nebenaggregates aufgeschraubt ist.

Stirnseitig ist an dem Laufmantel 1 eine Anlaufscheibe 8 befestigt. Zwischen einem stirnseitig angebrachten Deckel 9 und der Anlaufscheibe 8 ist eine Reibscheibe 10 vorgesehen, die an der Nabe 2 drehfest aufgenommen ist. In der Darstellung ist die Reibscheibe 10 elastisch zwischen dem Deckel 9 und der Anlaufscheibe 8 eingespannt. Eine Relativdrehung zwischen der Reibscheibe 10 und dem Laufmantel 1 bzw. der Anlaufscheibe 10 ist erst oberhalb eines Grenzdrehmomentes möglich. Wenn beispielsweise die erfindungsgemäße Riemenscheibe im Aggregatetrieb einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird, und zwar auf der Generatorwelle, kann dieses Grenzdrehmoment dann überschritten werden, wenn bei einer starken Verzögerung der Kurbelwelle das Trägheitsmoment der sich drehenden Generatorwelle entsprechend groß ist. Unerwünschte quietschende Geräusche insbesondere beim Anlassen bzw. Abstellen des Motors können durch das definiert eingestellte Grenzdrehmoment vermieden werden.

Fig. 2 zeigt ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Reibscheibe aus Fig. 1, wobei mit der Positionsziffer 11 eine Rutschkupplung und mit der Positionsziffer 12 eine zu der Rutschkupplung 11 parallel geschaltete Freilaufkupplung bezeichnet ist.

Die erfindungsgemäße Reibscheibe nach Fig. 3 unterscheidet sich von der aus der Fig. 1 im Wesentlichen dadurch, dass anstelle der oben beschriebenen Radialwälzlager Gleitkörper 13 vorgesehen sind, die in andauerndem reibenden Kontakt mit der inneren Hülse 5 und/oder der äußeren Hülse 6 stehen, wobei die äußere Hülse 6 drehfest mit dem Laufmantel 1 und die innere Hülse 5 drehfest mit der Nabe 2 angeordnet sind. Unterhalb des Grenzdrehmomentes findet demzufolge keine Relativdrehung zwischen dem Laufmantel 1 und der Nabe 2 statt, wohingegen bei Überschreiten des Grenzdrehmomentes ein Durchrutschen in Freilaufrichtung des Klemmrollenfreilaufs 3 möglich ist. Die Gleitkörper 13 sind demzufolge Teil der Rutschkupplung und Teil der Freilaufkupplung.

Bei dieser erfindungsgemäßen Riemenscheibe kann eine Reibscheibe, wie sie weiter oben beschrieben wurde, entfallen.

Anstelle des Klemmrollenfreilaufs können auch gemäß Fig. 4 Klemmkörper 14 vorgesehen sein, die gegen Klemmbahnen 15, 16 mittels einer Feder 17 angefedert sind. Die dem nicht weiter dargestellten Laufmantel 1 zugeordnete Klemmbahn 15 ist zylindrisch ausgebildet. Die der nicht weiter dargestellten Nabe 2 zugeordnete Klemmbahn 16 ist in Form mehrerer über den Umfang verteilt angeordneter Klemmrampen 18 gebildet. Die Klemmrampen 18 begrenzen gemeinsam mit der zylindrischen Klemmbahn 15 keilförmige Klemmspalte 19. Die Klemmkörper 14 weisen ebenfalls eine Keilform auf. Beim Verdrehen des Laufmantels 1 im Uhrzeigersinn wird der keilförmige Klemmkörper 14 durch die Federkraft der Feder 17 und die Reibkraft zwischen Laufmantel 1 und Klemmkörper 14 in den Klemmspalt 19 gezogen und der Freilauf blockiert. Beim Verdrehen in entgegengesetzter Richtung drückt die Reibkraft, die von dem Laufmantel auf den keilförmigen Klemmkörper 14 übertragen wird diesen entlang der Klemmrampe 18 abwärts, so dass kein Blockieren stattfinden kann. Die Feder 17 sorgt für eine definierte Anpresskraft zwischen dem keilförmigen Klemmkörper 14 und der zylindrischen Klemmbahn 15, wodurch in dieser Drehrichtung ein definiertes Reibmoment erzeugt wird. Die einander berührenden Flächen des keilförmigen Klemmkörpers 14 und der zylindrischen Klemmbahn 15 sind in Reibkontakt wesentlich größer als bei einer Klemmrolle, wodurch dem Verschleiß am Klemmkörper 14 infolge des hohen Reibmomentes entgegengewirkt wird. In dem einen Drehsinn arbeitet die in Fig. 4 abgebildete Kupplung demzufolge als Rutschkupplung und in dem entgegengesetzten Drehsinn als Freilaufkupplung.

Eine modifizierte Kupplung, die in dem einen Drehsinn als Freilaufkupplung und im entgegengesetzten Drehsinn als Rutschkupplung arbeitet, zeigt auch Fig. 5. Hier ist zwischen dem Laufmantel 1 und der Nabe 2 stirnseitig ein Ring 20 angeordnet. Der Ring 20 weist mehrere über den Umfang verteilt angeordnete, aus der Ringebene herausgebogene Hebel 21 auf. Die freien Hebelenden sitzen in Nuten 22 eines Reibrings 23, der unter der Kraft der vorgespannten Hebel 21 mit seiner Reibfläche 24 gegen eine Reibfläche 25 des Laufmantels 1 angedrückt ist. Bei Verdrehung des Laufmantels 1 in der Darstellung von links nach rechts wird der Reibring 23 unter der wirksamen Reibkraft zwischen Laufmantel 1 und Reibring 23 ein Stück nach rechts mitgenommen, wobei sich die Hebelarme 21 unter Abnahme der wirkenden Reibkraft neigen. In diesem Drehsinn arbeitet die hier abgebildete Kupplung als Rutschkupplung. In dem entgegengesetzten Drehsinn wird der Reibring 23unter der wirksamen Reibkraft ein Stück von rechts nach links verdreht, wobei sich die Hebelarme 21 weiter aufrichten und den Reibring 23 zunehmend gegen den Laufmantel 1 anpressen, so dass eine reibschlüssige Verbindung hergestellt ist. In diesem Drehsinn arbeitet die hier abgebildete Kupplung demzufolge als Freilaufkupplung im Sperrbetrieb.

Fig. 6 zeigt als Ersatzschaubild eine Riemenscheibe mit einer Kupplung gemäß Fig. 5, wobei mit der Positionsziffer 24 eine kombinierte Rutsch- und Freilaufkupplung gemäß Fig. 5 bezeichnet ist.

Ebenfalls nach dem Hebelprinzip arbeitet die in Fig. 7 abgebildete Kupplung, wobei jedoch anstelle eines Ringes wie in Fig. 5 mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Hebel 25 vorgesehen sind, die mit ihrem einen Ende in Mulden 26 der Nabe 2 und mit ihren entgegengesetzten Enden in den Mulden 22 des Reibrings 23 angeordnet sind. Ferner ist eine Feder 27 vorgesehen, die den Hebel 25 in eine Richtung anfedert, so dass sich dieser Hebel 25 aufrichtet und den Reibring 23 mit seiner Reibfläche 24 gegen die Reibfläche 25 des Laufmantels 1 andrückt. Die Wirkungsweise dieser Kupplung entspricht der Kupplung gemäß Fig. 5. Liste der Bezugszeichen 1 Laufmantel
2 Nabe
3 Klemmrollenfreilauf
4 Radialwälzlager
5 innere Hülse
6 äußere Hülse
7 Antriebswelle
8 Anlaufscheibe
9 Deckel
10 Reibscheibe
11 Rutschkupplung
12 Freilaufkupplung
13 Gleitkörper
14 Klemmkörper
15 Klemmbahn
16 Klemmbahn
17 Feder
18 Klemmrampe
19 Klemmspalt
20 Ring
21 Hebel
22 Nut
23 Reibring
24 Rutsch- und Freilaufkupplung
25 Hebel
26 Mulde
27 Feder

Claims

1. Riemenscheibe, mit einer Nabe (2) und mit einem Laufmantel (1), und mit einer zwischen der Nabe (2) und dem Laufmantel (1) wirksam angeordneten Freilaufkupplung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Nabe (2) und dem Laufmantel (1) eine Rutschkupplung (10, 11, 21, 23) wirksam angeordnet ist, die unterhalb eines Grenzdrehmomentes die Nabe (2) und den Laufmantel (1) reibschlüssig verbindet, und die oberhalb des Grenzdrehmomentes die Nabe (2) von dem Laufmantel (1) in Freilaufrichtung der Freilaufkupplung (3, 12, 14, 21, 23, 24, 25) entkoppelt.

2. Riemenscheibe nach Anspruch 1, bei der der Laufmantel (1) über Gleitkörper (13) radial gegenüber der Nabe (2) gelagert ist, wobei zwischen den Gleitkörpern (13) einerseits und der Nabe (2) und/oder dem Laufmantel (1) andererseits eine Festkörperreibung eingestellt ist.

3. Riemenscheibe nach Anspruch 1, bei der zwischen der Nabe (2) und dem Laufmantel (1) stirnseitig eine Anlaufscheibe (8) angeordnet ist, wobei zwischen der Anlaufscheibe (8) einerseits und dem Laufmantel (1) und/oder der Nabe (2) andererseits ein Reibkörper (10, 23) für eine Festkörperreibung vorgesehen ist.

4. Riemenscheibe nach Anspruch 3, bei der eine gespannte Feder (21, 27, 17, 9) den Reibkörper (10, 23, 14) zwischen der Anlaufscheibe (8) einerseits und dem Laufmantel (1) und/oder der Nabe (2) andererseits einspannt.

5. Riemenscheibe nach Anspruch 1, bei der die Freilaufkupplung Klemmkörper (14) umfasst, die gegen Klemmbahnen (16, 18, 15) angefedert sind, wobei die eine Klemmbahn (15) dem Laufmantel (1) und die andere Klemmbahn (16, 18) der Nabe (2) zugeordnet ist.

6. Riemenscheibe nach Anspruch 5, bei der der Klemmkörper durch einen Keilkörper (14) gebildet ist, dessen eine Reibfläche gegen die eine als Reibfläche ausgebildete Klemmbahn (15) angedrückt ist, wobei die Reibflächen oberhalb des Grenzdrehmomentes durchrutschen.

7. Riemenscheibe nach Anspruch 1, bei der ein Hebel (21, 25) Reibflächen gegen einander anfedert, von denen die eine der Nabe (2) und von denen die andere dem Laufmantel (1) zugeordnet ist.