DE102009039989B4 - Riemenscheibe mit Federdämpfereinrichtung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibe zum Abzweigen mechanischer Energie eines Verbrennungsmotors mittels eines Riemens, mit einem einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehfest zuordenbaren Eingangsteil, einem koaxial und um einen Drehwinkel relativ verdrehbar zu dem Eingangsteil gelagertes sowie dem Riemen zuordenbares Ausgangsteil und einer zwischen das Eingangsteil und das Ausgangsteil geschalteten Federdämpfereinrichtung mit zumindest einer Bogenfeder zum Dämpfen von Drehschwingungen.
- Riemenscheiben können zum Antreiben von Aggregaten mittels des Verbrennungsmotors dienen. Dazu können die Riemenscheibe und das Aggregat mittels des Riemens einander zugeordnet werden. Bei dem Aggregat kann es sich beispielsweise um einen Startergenerator handeln, wobei auch mechanische Energie von dem Startergenerator auf den Verbrennungsmotor, beispielsweise zum Anlassen, übertragen werden kann. Die noch nicht veröffentlichte Anmeldung derselben Anmelderin mit dem Aktenzeichen
DE 10 2007 058 018 A1 sieht ein Konzept zur Reduzierung von Schwingungsenergie bei Start-Stopp-Vorgängen und bei niedrigen Drehzahlen mit einer sogenannten verschleppten Reibung vor. Eine weitere noch nicht veröffentlichte deutsche Anmeldung derselben Anmelderin mit dem AktenzeichenDE 10 2009 004 713 A1 zeigt eine andere Möglichkeit, die im Vorschalten eines schubseitig wirkenden Freilaufs besteht. DieDE 10 2005 043 563 B3 betrifft eine Riemenscheibe, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Freigang vorgesehen ist, der es ermöglicht, das erste und das zweite Bauteil relativ zueinander über einen begrenzten Winkelbereich zu verdrehen, ohne dass die Feder dabei verformt wird. DieDE 41 03 213 A1 betrifft eine Riemenscheibe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die an einer Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine, wie der Kurbelwelle befestigbar ist, bei der zwischen einem mit der Abtriebswelle fest verbundenen Eingangsteil und einem als Riemenlaufring ausgebildeten Ausgangsteil eine in Umfangsrichtung elastische Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte und/oder alternative Riemenscheibe anzugeben.
- Die Aufgabe ist bei einer Riemenscheibe zum Abzweigen mechanischer Energie eines Verbrennungsmotors mittels eines Riemens, mit einem einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehfest zuordenbaren Eingangsteil, einem koaxial und um einen Drehwinkel relativ verdrehbar zu dem Eingangsteil gelagerten sowie dem Riemen zuordenbaren Ausgangsteil und einer zwischen das Eingangsteil und das Ausgangsteil geschalteten Federdämpfereinrichtung mit zumindest einer Bogenfeder zum Dämpfen von Drehschwingungen, dadurch gelöst, dass sich der Drehwinkel aus einem Federwegwinkel, bei dem das Eingangsteil und das Ausgangsteil entgegen einer Federkraft der zumindest einen Bogenfeder der Federdämpfereinrichtung relativ zueinander verdrehbar sind, und einem Freiwinkel, mit einem Betrag von zumindest 5 Grad, bei dem das Eingangsteil und das Ausgangsteil im Wesentlichen frei von der Federkraft der zumindest einen Bogenfeder der Federdämpfereinrichtung relativ zueinander verdrehbar sind, zusammensetzt. Der Verbrennungsmotor, das Eingangsteil und das Ausgangsteil der Riemenscheibe und/oder das mittels der Riemenscheibe angetriebene Aggregat bilden ein schwingungsfähiges System, das vorteilhaft mittels des Freiwinkels so verstimmt werden kann, dass ein Aufbauen einer Resonanz verhinderbar oder zumindest auf ein Minimum reduzierbar ist, insbesondere bei Ereignissen wie Start-Stopp, niedrigen Drehzahlen und/oder Lastwechseln. Vorteilhaft kann der Freiwinkel ±a wie ein schubseitiger Freilauf wirken, wobei vorteilhaft in einem Schubbetrieb nach Aufzehren des Freiwinkels ±a dennoch eine Drehmomentübertragung möglich ist. Dies kann beispielsweise zum Anlassen des Verbrennungsmotors oder für eine Rekuperation in einer Schubphase ausgenutzt werden.
- Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Freiwinkel zumindest 10 Grad, insbesondere zumindest 15 Grad, bevorzugt zwischen 15 Grad und 55 Grad, insbesondere zwischen 25 Grad und 45 Grad beträgt. Der Freiwinkel kann vorteilhaft an die Erfordernisse beziehungsweise die zu vermeidenden Resonanzereignisse angepasst werden.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass das Eingangsteil und das Ausgangsteil mittels eines Gleitlagers relativ verdrehbar zueinander gelagert sind. Vorteilhaft kann ein Gleitlager auf einfache Art und Weise realisiert werden, beispielsweise mittels eines einfachen Gleitrings.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass das Eingangsteil und das Ausgangsteil mittels eines Wälzlagers relativ verdrehbar zueinander gelagert sind. Vorteilhaft ist mittels des Wälzlagers eine präzise und vergleichsweise reibungsarme Lagerung des Eingangsteils und des Ausgangsteils möglich.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass das Eingangsteil einen Eingangsdämpferkäfig und das Ausgangsteil einen Ausgangsdämpferkäfig aufweist, jeweils zum Umschlingen und Lagern der zumindest einen Bogenfeder in zumindest einem Federraum. Der Eingangsdämpferkäfig und der Ausgangsdämpferkäfig sind gemeinsam mit dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil ebenfalls relativ verdrehbar zueinander angeordnet. Der Eingangsdämpferkäfig und der Ausgangsdämpferkäfig können axial benachbart zueinander angeordnet sein und die zumindest eine Bogenfeder mittels des dadurch gebildeten Federraums umschließen. Vorteilhaft können über die Bogenfeder beim relativen Verdrehen des Eingangsteils und des Ausgangsteils Federkräfte zum Dämpfen von Drehschwingungen übertragen werden. Ferner ist es möglich, mittels Reibung der zumindest einen Bogenfeder an dem zumindest einen Federraum des Eingangsdämpferkäfigs und des Ausgangsdämpferkäfigs eine weitere Dämpfung der relativen Verdrehbewegung des Eingangsteils zum Ausgangsteil zu ermöglichen.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass der zumindest eine Federraum mittels Verdrehen des Eingangsteils und des Ausgangsteils längenvariabel ist. Vorteilhaft kann dabei die zumindest eine Bogenfeder zusammengedrückt werden und die Federkräfte auf das Eingangsteil und das Ausgangsteil übertragen. Jeweilige Enden des längenvariablen Federraums können dazu entsprechende Federanschläge, an denen die zumindest eine Bogenfeder anschlagen kann, bilden.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass der zumindest eine Federraum bogenförmig ist und ein maximales Bogenmaß aufweist, das bei kraftloser Bogenfeder einen Freiraum aufweist, dessen Bogenmaß dem Freiwinkel entspricht. Vorteilhaft ist der Federraum länger als die darin eingeschlossene Bogenfeder, wobei die überschießende Länge, also der Freiraum, den Freiwinkel ermöglicht, der ohne Übertragung der Federkräfte der zumindest einen Bogenfeder in positiver und negativer Richtung durchlaufen beziehungsweise verkürzt werden kann. Unabhängig davon ist es möglich, beim Verkleinern des Freiraums, weitere Reibkräfte zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil zu übertragen, beispielsweise mittels einer zusätzlichen weiteren Reibeinrichtung, insbesondere des Gleitlagers und/oder mittels Reibung der zumindest einen Bogenfeder an dem Eingangsdämpferkäfig und/oder dem Ausgangsdämpferkäfig.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass das Eingangsteil eine dem Verbrennungsmotor zuordenbare Nabe und einen dieser drehfest zugeordneten Nabenflansch aufweist, wobei der Nabenflansch dem Eingangsdämpferkäfig formschlüssig, reibschlüssig und/oder mittels Eingangsmitnehmerbolzen drehfest zugeordnet ist. Vorteilhaft kann ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor auf den Eingangsdämpferkäfig und von dort nach Aufzehren des Freiwinkels auf die zumindest eine Bogenfeder übertragen werden.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass das Ausgangsteil einen dem Riemen zuordenbaren Riemenlaufring aufweist, wobei der Riemenlaufring dem Ausgangsdämpferkäfig formschlüssig, reibschlüssig und/oder mittels Ausgangsmitnehmerbolzen drehfest zugeordnet ist. Vorteilhaft kann von dem Riemen über den Riemenlaufring nach Aufzehren des Freiwinkels ±a ein Drehmoment auf die zumindest eine Bogenfeder übertragen werden.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Riemenscheibe ist vorgesehen, dass das Eingangsteil einen Kurbelwellenschwingungsdämpfer mit einer dem übrigen Eingangsteil zugeordneten Mitnehmerscheibe und einem der Mitnehmerscheibe mittels einer Elastomerfeder schwingfähig zugeordneten Massering aufweist. Vorteilhaft können mittels des Kurbelwellenschwingungsdämpfers beim Betrieb des Verbrennungsmotors auftretende Schwingungen bedämpft werden, insbesondere mittels Tilgung. Vorteilhaft kann der Kurbelwellenschwingungsdämpfer auf kritische Eigenfrequenzen abgestimmt sein.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt einer Riemenscheibe mit einem mittels eines Gleitlagers relativ verdrehbar zueinander gelagerten Eingangsteil und Ausgangsteil; -
2 einen Querschnitt der in1 gezeigten Riemenscheibe mit Sicht auf einen Ausgangsdämpferkäfig; -
3 einen detaillierteren Halbschnitt des in1 gezeigten Längsschnitts der Riemenscheibe mit einer Federdämpfereinrichtung; -
4 der in2 gezeigte Querschnitt der Riemenscheibe, wobei im Vergleich drei Bogenfedern einseitig an dem sichtbaren Eingangsdämpferkäfig anschlagen; -
5 eine dreidimensionale Explosionsansicht von schräg vorne der in den1 bis4 gezeigten Riemenscheibe; -
6 einen Längsschnitt einer weiteren Riemenscheibe, wobei im Unterschied das Eingangsteil und das Ausgangsteil mittels eines Wälzlagers relativ verdrehbar zueinander gelagert sind; -
7 einen detaillierteren Halbschnitt der in6 gezeigten Riemenscheibe mit einer Federdämpfereinrichtung; -
8 eine dreidimensionale Explosionsansicht von schräg vorne der in den6 und7 gezeigten Riemenscheibe und -
9 ein Schaubild einer Torsionskennlinie der in den1 bis5 beziehungsweise6 bis8 gezeigten Riemenscheibe. -
1 zeigt einen Längsschnitt einer Riemenscheibe1 zum Abzweigen mechanischer Energie eines in1 lediglich mittels des Bezugszeichens3 angedeuteten Verbrennungsmotors mittels eines in1 nicht dargestellten Riemens. Die Riemenscheibe1 kann beispielsweise einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors3 drehfest zugeordnet werden und mechanische Energie von der Kurbelwelle auf einen Riemenlaufring5 der Riemenscheibe1 übertragen. Auf dem Riemenlaufring5 kann ein Riemen laufen, der beispielsweise einen Startergenerator des Verbrennungsmotors3 antreiben kann. - Die Riemenscheibe
1 weist eine dem Verbrennungsmotor3 zuordenbare Nabe7 auf, die der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors3 drehfest zuordenbar ist. Die Nabe7 ist weiteren Bauteilen der Riemenscheibe1 drehfest zugeordnet, die ein Eingangsteil9 der Riemenscheibe1 bilden. Das Eingangsteil9 der Riemenscheibe1 weist einen Nabenflansch11 , einen Kurbelwellenschwingungsdämpfer13 sowie einen Eingangsdämpferkäfig15 auf. Alternativ kann das Eingangsteil9 auch ohne den Kurbelwellenschwingungsdämpfer13 ausgeführt werden. Der Kurbelwellenschwingungsdämpfer13 weist eine dem Nabenflansch11 drehfest zugeordnete Mitnehmerscheibe17 auf, die mittels einer Elastomerfeder19 schwingfähig einem Massering21 zugeordnet ist. Der Kurbelwellenschwingungsdämpfer13 kann nach dem Tilgerprinzip beim Verbrennungsmotor3 auftretende Schwingungen reduzieren beziehungsweise dämpfen. Das Eingangsteil9 ist mittels eines Gleitlagers23 einem Ausgangsteil25 der Riemenscheibe1 zugeordnet. Das Ausgangsteil25 ist mittels des Gleitlagers23 relativ verdrehbar zu dem Eingangsteil9 angeordnet. Das Eingangsteil9 und das Ausgangsteil25 sind koaxial zu einer Drehachse27 der Riemenscheibe1 angeordnet. Dabei können sich zur Übertragung der mechanischen Energie das Eingangsteil9 und das Ausgangsteil25 um die Drehachse27 drehen und können dabei um diese relativ zueinander zusätzlich verdreht werden. Das Ausgangsteil25 weist neben dem Riemenlaufring5 einen Ausgangsdämpferkäfig29 auf. -
2 zeigt einen Querschnitt der in1 gezeigten Riemenscheibe1 , wobei der Ausgangsdämpferkäfig29 in einer Draufsicht sichtbar ist. -
3 zeigt einen Halbschnitt des in1 dargestellten Längsschnitts der Riemenscheibe1 , wobei eine Federdämpfereinrichtung31 detailliert dargestellt ist. -
4 zeigt den in2 dargestellten Querschnitt der Riemenscheibe1 , wobei drei Bogenfedern33 der Federdämpfereinrichtung31 in einer Anschlagposition dargestellt sind. In2 befinden sich die Bogenfedern33 in einer mittigen Position innerhalb eines von dem Eingangsdämpferkäfig15 und dem Ausgangsdämpferkäfig29 jeweils gebildeten Federraums35 . -
5 zeigt eine dreidimensionale Explosionsansicht von schräg vorne auf den Kurbelwellenschwingungsdämpfer13 , der in den1 bis4 gezeigten Riemenscheibe1 . Im Folgenden wird auf die1 bis5 Bezug genommen. - Der Eingangsdämpferkäfig
15 und der Ausgangsdämpferkäfig29 weisen jeweils drei gekrümmte Ausnehmungen37 mit einem im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt auf. Die Ausnehmungen37 sind kreisförmig gekrümmt und sind so benachbart zueinander angeordnet, dass diese insgesamt die drei Federräume35 zur Aufnahme der drei Bogenfedern33 bilden. Jeder Federraum35 weist einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf, der an eine Außenkontur beziehungsweise einen Durchmesser der Bogenfedern33 angepasst ist. Die Federräume35 beziehungsweise die zugehörigen Ausnehmungen37 weisen ein Bogenmaß auf, das einem Winkel γ entspricht. Wenn der Eingangsdämpferkäfig15 und der Ausgangsdämpferkäfig29 so gegenüber angeordnet sind, dass die Ausnehmungen37 bündig zueinander sind, ergibt sich also ein Federraum35 , der als maximale umfängliche Ausdehnung den Winkel γ ausmacht. Die Ausnehmungen37 des Ausgangsdämpferkäfigs29 und des Eingangsdämpferkäfigs15 sind durch Anschläge begrenzt, an denen die Bogenfedern33 anschlagen können. In2 sind die Bogenfedern33 mittig in den Federräumen35 angeordnet, schlagen also nicht an den Anschlägen39 an. In4 schlagen die Bogenfedern33 beispielhaft jeweils an einem der Anschläge39 an. Es ist zu erkennen, dass, wie in4 dargestellt, zwischen einem der Anschläge39 und der Bogenfeder33 je nach Drehstellung des Eingangsteils9 relativ zum Ausgangsteil25 ein Freiraum41 verbleiben kann. Bei korrespondierend gegenüber angeordneten Ausnehmungen37 weist dieser Freiraum41 eine maximale umfängliche Ausdehnung beziehungsweise ein Bogenmaß auf, das einem Freiwinkelα entspricht. Bei einer relativen Verdrehung des Ausgangsteils25 zu dem Eingangsteil9 kann vorteilhaft zunächst der Freiraum41 , ausgehend von der in4 gezeigten Stellung, in positiver oder negativer Drehrichtung verkleinert werden, bevor die Bogenfedern33 zwischen den Anschlägen39 der Ausnehmungen37 eingespannt werden. Vorteilhaft kann in positiver Drehrichtung und in negativer Drehrichtung, ausgehend von der in4 gezeigten Stellung, zunächst der Freiwinkel ±a überstrichen werden, wobei der Drehbewegung keine Federkraft der Bogenfedern33 entgegenwirkt. Bei einer weiteren relativen Verdrehung kann diese entgegen der Federkraft der Bogenfedern33 erfolgen. Dies kann so lange erfolgen, bis die Bogenfedern33 auf Block gefahren sind, wobei je nach Drehrichtung ein Federwinkel ±φ überstrichen werden kann. Der dann noch verbleibende Federraum35 entspricht einem Blockwinkelβ der Bogenfedern33 . Die Winkelα ,β ,γ ,δ sowieφ sind in4 eingezeichnet. Es gilt: ein Drehwinkel ±δ der Riemenscheibe1 setzt sich zusammen aus dem maximalen Federwinkel ±φ plus dem Freiwinkel ±a, entspricht also der Addition des zweifachen des in4 eingezeichneten Federwinkelsφ der Bogenfedern33 plus des zweifachen des in4 eingezeichneten Freiwinkelsα des Freiraums41 . - Zusätzlich zur Federkraft der Bogenfedern
33 können bei einer relativen Drehbewegung des Ausgangsteils25 zum Eingangsteil9 noch Reibkräfte auftreten. Diese können beispielsweise zwischen den Bogenfedern33 und dem von dem Ausgangsdämpferkäfig29 und dem Eingangsdämpferkäfig15 gebildeten Federräumen35 ausgehen, wobei die Bogenfedern33 in einem reibenden Anlagekontakt zu den Federräumen35 stehen können. Um ein möglichst verschleißfreies Gleiten der Bogenfedern33 zu ermöglichen, können die Dämpferkäfige15 ,29 aus Kunststoff gefertigt sein oder entsprechende Reibschalen aufweisen. Zum Einstellen einer entsprechenden Reibkraft und zum axialen Führen der Dämpferkäfige15 ,29 beziehungsweise des Eingangsteils9 und des Ausgangsteils25 können Anlaufscheiben43 ,47 vorgesehen sein. Die Anlaufscheiben43 ,47 können beispielsweise elastische Eigenschaften aufweisen, um damit eine Anpresskraft auf die Bogenfedern33 einzustellen. Eine erste Anlaufscheibe43 ist zwischen dem Nabenflansch11 und einem Ende eines Bundes45 des Riemenlaufrings5 angeordnet. Eine zweite Anlaufscheibe47 ist zwischen einem umfänglichen Vorsprung49 der Nabe7 und einem weiteren Ende des Bundes45 des Riemenlaufrings5 angeordnet. Vorteilhaft kann der Riemenlaufring5 und damit das Ausgangsteil25 axial zwischen den Anlaufscheiben43 und47 geführt werden. - Wie in
5 ersichtlich, weisen der Eingangsdämpferkäfig15 sowie der Ausgangsdämpferkäfig29 jeweils eine Vielzahl von auf einem Umfang angeordnete Noppen51 auf, die formschlüssig jeweils in entsprechende Bohrungen53 des Nabenflansches11 beziehungsweise des Riemenlaufrings5 eingreifen können. Vorteilhaft kann der Ausgangsdämpferkäfig29 mittels der Noppen51 und der Bohrungen53 formschlüssig dem Riemenlaufring5 drehfest zugeordnet werden. Analog dazu kann der Eingangsdämpferkäfig15 mittels der Noppen51 den Bohrungen53 des Nabenflansches11 formschlüssig drehfest zugeordnet werden. - Zusätzlich und/oder alternativ kann der Ausgangsdämpferkäfig
29 mittels drei Ausgangsmitnehmerbolzen55 dem Riemenlaufring5 drehfest zugeordnet werden. Analog dazu kann alternativ der Eingangsdämpferkäfig15 mittels drei Eingangsmitnehmerbolzen57 drehfest dem Nabenflansch11 zugeordnet werden. Die Mitnehmerbolzen55 ,57 können dazu in entsprechende Bohrungen59 der Dämpferkäfige29 ,15 und in jeweils drei der Bohrungen53 des Nabenflansches11 beziehungsweise des Riemenlaufrings5 eingebracht werden. - Wie in
5 ersichtlich, können für Montage-, Sicherungs- und/oder Zentrierungszwecke zwei Bolzen61 zum Zuordnen des Nabenflansches11 zum Kurbelwellenschwingungsdämpfer13 vorgesehen sein. In endgültigem montierten Zustand der Riemenscheibe11 sind der Kurbelwellenschwingungsdämpfer13 , der Nabenflansch11 und die Nabe7 mittels nicht dargestellten Verschraubungen einander drehfest zugeordnet. -
6 zeigt einen Längsschnitt einer weiteren Riemenscheibe1 .7 zeigt einen detaillierteren Halbschnitt der in6 gezeigten Riemenscheibe1 .8 zeigt eine Explosionsdarstellung der in6 und7 dargestellten Riemenscheibe1 . Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zur Darstellung gemäß der1 bis5 eingegangen. - Im Unterschied sind das Eingangsteil
9 und das Ausgangsteil25 mittels eines Wälzlagers63 relativ verdrehbar einander zugeordnet. Das Wälzlager63 übernimmt die Funktionen des in den1 bis5 gezeigten Gleitlagers23 sowie der Anlaufscheiben43 und47 , die daher gemäß den Darstellungen der6 bis8 entfallen können. Als weiterer Unterschied ist der Riemenlaufring5 tellerförmig in Richtung der Kurbelwelle des nicht dargestellten Verbrennungsmotors3 geöffnet, wobei in axialer Richtung gesehen die Positionen des Eingangsdämpferkäfigs15 und des Ausgangsdämpferkäfigs29 vertauscht sind. Außerdem sind bei der Riemenscheibe1 gemäß der Darstellung der6 bis8 die Funktionen der Nabe7 und des Nabenflansches11 in einem Nabeneingangsteil65 vereint. Das Nabeneingangsteil65 kann der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors3 drehfest zugeordnet werden. Außerdem kann das Nabeneingangsteil65 dem Eingangsdämpferkäfig15 drehfest zugeordnet werden. Als weiterer Unterschied weisen der Eingangsdämpferkäfig15 sowie der Ausgangsdämpferkäfig29 jeweils kreisförmig gekrümmte Rippen67 auf, die jeweils gegenüberliegend der die Federräume35 bildenden Ausnehmungen37 angeordnet sind. Die Rippen67 des Eingangsdämpferkäfigs15 können formschlüssig in kreisbogenförmige Schlitze69 des Nabeneingangsteils65 des Eingangsteils9 eingreifen. Die Rippen67 des Ausgangsdämpferkäfigs29 können formschlüssig in kreisbogenförmige Schlitze69 des Riemenlaufrings5 des Ausgangsteils25 eingreifen. - Zur Aufnahme des Wälzlagers
63 weist das Nabeneingangsteil65 einen eine innere Lageraufnahme bildenden Vorsprung71 auf, auf den das Wälzlager63 passgenau aufbringbar ist. Der Vorsprung71 kann in den Riemenlaufring5 zentrisch eingreifen, der einen abgewinkelten Bund73 aufweist, der eine äußere Lageraufnahme des Wälzlagers63 bildet. In montiertem Zustand ist das Wälzlager63 passgenau zwischen dem Vorsprung71 des Nabeneingangsteils65 und dem Bund73 des Riemenlaufrings5 angeordnet. -
9 zeigt ein Schaubild75 einer Torsionskennlinie77 des in den1 bis5 beziehungsweise 6 bis 8 dargestellten Riemenscheibendämpfers1 . Auf einer x-Achse 79 des Schaubildes75 ist ein Verdrehwinkel des Eingangsteils9 relativ zum Ausgangsteil25 aufgetragen. Auf einer y-Achse81 des Schaubilds75 ist ein der Verdrehbewegung entgegenwirkendes Torsionsmoment, das von den Bogenfedern33 aufgebracht wird, aufgetragen. Es ist zu erkennen, dass beim Überstreichen des Freiwinkels ±a der relativen Verdrehbewegung des Eingangsteils9 zum Ausgangsteil25 keine Kraft entgegenwirkt. Die Darstellung gemäß9 kann idealisiert sein, wobei zusätzlich auftretende Reibungskräfte, die zu einer hystereseförmigen Ausbildung der Torsionskennlinie77 führen würden, vernachlässigt sind. Weiter ist der Torsionskennlinie77 zu entnehmen, dass auf einer, in9 linksseitig dargestellten Schubseite83 , das Torsionsmoment linear ansteigt. Während des linearen Anstiegs des schubseitigen Torsionsmoments wird der Winkel -φ überstrichen. Sobald der Winkel -φ aufgebraucht ist, also das Eingangsteil9 und das Ausgangsteil25 an einem nicht weiter dargestellten optionalen Anschlag aneinander anschlagen oder die Bogenfedern33 auf Block gefahren sind, steigt das Torsionsmoment quasi unendlich an. Auf einer, in9 rechtsseitig dargestellten Zugseite85 ergibt sich ein drehsymmetrischer Verlauf der Torsionskennlinie77 , wobei ebenfalls während eines linearen Anstiegs des Torsionsmoments der Federwinkel +φ überstrichen wird, so lange, bis das Torsionsmoment quasi unendlich ansteigt. - Zusätzlich ist in
9 mittels einer nach unten zeigenden Zeitachse87 ein Zeitverlauf89 von möglicherweise auftretenden Drehschwingungen des Eingangsteils9 relativ zum Ausgangsteil25 eingezeichnet. Es ist ersichtlich, dass die Schwingung teilweise in den Federwinkel +φ entgegen der Federkräfte der Bogenfedern33 und oszillierend dazu in den Freiwinkel ±a hinein verläuft. Der Zeitverlauf89 kann, was in9 nicht näher dargestellt ist, entgegen der Federkräfte der Bogenfedern33 und beim Aufbrauchen des Freiwinkels ±a unterschiedliche Verläufe, insbesondere Steigungen und/oder Amplituden, aufweisen. Dadurch kann vorteilhaft das schwingungsfähige System der Riemenscheibe1 so verstimmt werden, dass Resonanzkatastrophen vermeidbar sind. Ferner ist dem Zeitverlauf89 zu entnehmen, dass bei dem Oszillieren der Freiwinkel ±a nicht gänzlich aufgebraucht wird. Vorteilhaft kann dieser so ausgelegt werden, dass ein beiderseitiges Anschlagen der Bogenfedern vermeidbar ist. - Gemäß den
1 bis5 erfolgt die Zentrierung der Riemenscheibe1 über das Gleitlager23 . Die Riemenscheibe1 , die einen Schwingungsdämpfer darstellt, besteht aus zwei Teilen, einem mittels der Federdämpfereinrichtung31 dargestellten Torsionsschwingungsdämpfer und dem optionalen Kurbelwellenschwingungsdämpfer13 . Beide werden über die Nabe7 zentriert, die an der nicht dargestellten Kurbelwelle mittels nicht näher dargestellter Axialschrauben befestigbar ist. - Der Kurbelwellenschwingungsdämpfer
13 weist die Mitnehmerscheibe17 , die mit der Nabe7 über die nicht dargestellten Axialschrauben verbunden ist und den Massering21 auf. Der Massering21 ist über die Elastomerfeder19 mit der Mitnehmerscheibe17 gekoppelt. Ein Massenträgheitsmoment des Masserings21 und eine Federsteifigkeit der Elastomerfeder19 können vorteilhaft auf Torsionseigenfrequenzen der Kurbelwelle abgestimmt werden. - Ein Riemenantriebsmoment kann über den Nabenflansch
11 auf den Eingangsdämpferkäfig15 geleitet werden. Dieser Eingangsdämpferkäfig15 kann über Formschluss mit dem Nabenflansch11 verbunden sein. - Zusätzlich können zur weiteren Stabilisierung die Eingangsmitnehmerbolzen
57 in den Nabenflansch11 genietet werden, die über die Bohrungen59 im Eingangsdämpferkäfig15 einen Teil des Riemenantriebsmoments formschlüssig übertragen können. - Der Eingangsdämpferkäfig
15 umfasst halbseitig die Bogenfedern33 , die das Riemenantriebsmoment aufnehmen und auf den Ausgangsdämpferkäfig29 , der die Bogenfedern33 ebenfalls halbseitig umfasst, weiterleiten. - Dieser ist formschlüssig mit dem Riemenlaufring
5 verbunden, der das Riemenantriebsmoment auf den nicht näher dargestellten Riemen weiterleitet. - Auch hier können zur Stabilisierung die Ausgangsmitnehmerbolzen
55 in den Riemenlaufring5 genietet werden, die über Bohrungen59 im Ausgangsdämpferkäfig29 einen Teil des Riemenantriebsmoments formschlüssig übertragen. Der Riemenlaufring5 ist mittels des Gleitlagers23 auf der Nabe7 zentriert und in Umfangsrichtung drehbar. - Seitlich wird der Riemenlaufring
5 durch die Anlaufscheiben43 und47 , die sich an der Nabe7 beziehungsweise dem Nabenflansch11 abstützen, axial gehalten. - Eine Radial- und Fliehkraftabstützung der Bogenfedern
33 kann durch eine Durchmesserzentrierung der Dämpferkäfige15 ,29 im Nabenflansch11 beziehungsweise des Riemenlaufrings5 erfolgen. - Die Bogenfedern
33 können beispielsweise trocken in Kunststoffdämpferkäfigen laufend dargestellt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, mittels zusätzlicher Abdichtelemente ein Laufen im Fett zu realisieren. Dies kann beispielsweise wie in der deutschen Anmeldung derselben Anmelderin mit dem AktenzeichenDE 10 2006 053 766.1 erfolgen. Diese Anmeldung wird durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht. - In der Darstellung gemäß den
2 und4 ist deutlich zu erkennen, dass die Bogenfedern33 in Umfangsrichtung den vorteilhaften Freiwinkel ±a zu den Dämpferkäfigen15 und29 aufweisen, der sich gemäß der Darstellung in2 in der mittigen Position der Bogenfedern33 in zweimal den halben Wert a/2 des dem Freiraum41 entsprechenden Freiwinkels ±a aufteilt. In einem Betrieb ohne Last kann sich eine zufällige Lage der Bogenfedern33 einstellen. - Wie in
9 zu erkennen, besitzt die Torsionskennlinie77 den signifikanten Freiwinkel mit dem Betrag α ≥ 5 Grad, vorzugsweise zwischen 15 Grad und 55 Grad. Während des Durchlaufens dieses Freiwinkels ±α werden die Bogenfedern33 im Wesentlichen lastfrei, mit Ausnahme von form- oder fliehkraftbedingter Fremdreibung, durch die Kanäle beziehungsweise Federräume35 der Dämpferkäfige15 ,29 geschoben. Nach einem Aufbrauchen des Freiwinkels ±a werden die Bogenfedern33 belastet und um die zug- oder schubseitigen Winkel +φ beziehungsweise -φ komprimiert. - Ein Endanschlag kann entweder über entsprechende, in den
1 bis8 nicht näher dargestellte Anschlagelemente zwischen dem Riemenlaufring5 und dem Nabenflansch11 oder durch Blocken der Bogenfedern33 erfolgen. Mittels der Zeitachse87 ist stilisiert ein Dämpferschwingungswinkel bei Ereignissen, wie beispielsweise Start-Stopp und Lastwechsel, zum Beispiel Zuschalten von Verbrauchern, dargestellt. - Durch das dargestellte zugseitige Schwingen in der Zugstufe, siehe Bezugszeichen
85 in9 , innerhalb des Winkels +φ mit einer definierten Federrate und in der Leerstufe innerhalb des Freiwinkels ±a, die sich vorteilhaft wie ein schubseitiger Freilauf auswirkt, mit einer Federrate0 , wird das Schwingungssystem so verstimmt, dass das Aufbauen einer Resonanz bei einem der oben genannten Zustände wirkungsvoll verhindert werden kann. - Die Winkel ±α und ±φ sowie die Federraten der Bogenfedern
33 können konstruktiv so abgestimmt beziehungsweise definiert werden, dass über alle Zustände ein Anschlagen an den zugseitigen oder schubseitigen Anschlag beziehungsweise ein Blocken der Bogenfedern33 sicher verhinderbar ist. Vorzugsweise kann eine Auslegung so erfolgen, dass der Dämpfer beziehungsweise die Riemenscheibe1 nur innerhalb des Winkelbereichs -φ der Schubseite83 beziehungsweise +φ der Zugseite85 schwingt. Vorteilhaft können dadurch störende Anschlaggeräusche vermieden werden, wobei sich eine insgesamt kostengünstige Lösung ohne zusätzliche Bauelemente ergibt. - Bei der Riemenscheibe
1 gemäß der Darstellung in den6 bis8 ist das Wälzlager63 vorgesehen. Ferner kann mittels des Nabeneingangsteils65 das Riemenantriebsmoment direkt auf den Eingangsdämpferkäfig15 übertragen werden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Riemenscheibe
- 3
- Verbrennungsmotor
- 5
- Riemenlaufring
- 7
- Nabe
- 9
- Eingangsteil
- 11
- Nabenflansch
- 13
- Kurbelwellenschwingungsdämpfer
- 15
- Eingangsdämpferkäfig
- 17
- Mitnehmerscheibe
- 19
- Elastomerfeder
- 21
- Massering
- 23
- Gleitlagers
- 25
- Ausgangsteil
- 27
- Drehachse
- 29
- Ausgangsdämpferkäfig
- 31
- Federdämpfereinrichtung
- 33
- Bogenfeder
- 35
- Federraum
- 37
- Ausnehmung
- 39
- Anschläge
- 41
- Freiraum
- 43
- erste Anlaufscheibe
- 45
- Bund
- 47
- zweite Anlaufscheibe
- 49
- Vorsprung
- 51
- Noppen
- 53
- Bohrungen
- 55
- Ausgangsmitnehmerbolzen
- 57
- Eingangsmitnehmerbolzen
- 59
- Bohrungen
- 61
- Bolzen
- 63
- Wälzlager
- 65
- Nabeneingangsteil
- 67
- Rippen
- 69
- Schlitze
- 71
- Vorsprung
- 73
- Bund
- 75
- Schaubild
- 77
- Torsionskennlinie
- 79
-
x -Achse - 81
-
y -Achse - 83
- Schubseite
- 85
- Zugseite
- 87
- Zeitachse
- 89
- Zeitverlauf
Claims (10)
- Riemenscheibe (1) zum Abzweigen mechanischer Energie eines Verbrennungsmotors (3) mittels eines Riemens, mit: - einem einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (3) drehfest zuordenbaren Eingangsteil (9), - einem koaxial und um einen Drehwinkel (±δ) relativ verdrehbar zu dem Eingangsteil (9) gelagerten sowie dem Riemen zuordenbaren Ausgangsteil (25), - einer zwischen das Eingangsteil (9) und das Ausgangsteil (25) geschalteten Federdämpfereinrichtung (31) mit zumindest einer Bogenfeder (33) zum Dämpfen von Drehschwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Drehwinkel (±δ) aus einem Federwinkel ±φ, bei dem das Eingangsteil (9) und das Ausgangsteil (25) entgegen einer Federkraft der zumindest einen Bogenfeder (33) der Federdämpfereinrichtung (31) relativ zueinander verdrehbar sind, und einem Freiwinkel (±α), mit einem Betrag α von zumindest 5 Grad, bei dem das Eingangsteil (9) und das Ausgangsteil (25) im Wesentlichen frei von der Federkraft der zumindest einen Bogenfeder (33) der Federdämpfereinrichtung (31) relativ zueinander verdrehbar sind, zusammensetzt.
- Riemenscheibe nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiwinkel (±α) zumindest 10 Grad, insbesondere zumindest 15 Grad, bevorzugt zwischen 15 Grad und 55 Grad, insbesondere zwischen 25 Grad und 45 Grad, beträgt.
- Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (9) und das Ausgangsteil (25) mittels eines Gleitlagers (23) relativ verdrehbar zueinander gelagert sind.
- Riemenscheibe nach einem der
Ansprüche 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (9) und das Ausgangsteil (25) mittels eines Wälzlagers (63) relativ verdrehbar zueinander gelagert sind. - Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (9) einen Eingangsdämpferkäfig (15) und das Ausgangsteil (25) einen Ausgangsdämpferkäfig (29) aufweist, jeweils zum Umschließen und Lagern der zumindest einen Bogenfeder (33) in zumindest einem Federraum (35).
- Riemenscheibe nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Federraum (35) mittels Verdrehen des Eingangsteils (9) und des Ausgangsteils (25) längenvariabel ist.
- Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden zwei Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Federraum (35) bogenförmig ist und ein maximales Bogenmaß aufweist, das bei kraftloser Bogenfeder (33) einen Freiraum aufweist, dessen Bogenmaß dem Freiwinkel (a) entspricht.
- Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden drei Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (9) eine dem Verbrennungsmotor (3) zuordenbare Nabe (7) und einen dieser drehfest zugeordneten Nabenflansch (11) aufweist, wobei der Nabenflansch (11) dem Eingangsdämpferkäfig (15) formschlüssig, reibschlüssig und/oder mittels Eingangsmitnehmerbolzen (57) drehfest zugeordnet ist.
- Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden vier Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsteil (25) einen dem Riemen zuordenbaren Laufring (5) aufweist, wobei der Riemenlaufring (5) dem Ausgangsdämpferkäfig (29) formschlüssig, reibschlüssig und/oder mittels Ausgangsmitnehmerbolzen (55) drehfest zugeordnet ist.
- Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (9) einen Kurbelwellenschwingungsdämpfer (13) mit einer dem übrigen Eingangsteil drehfest zugeordneten Mitnehmerscheibe (17) und einem der Mitnehmerscheibe (17) mittels einer Elastomerfeder (19) schwingungsfähig zugeordneten Massering (21) aufweist.
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