DE10114079A1 - Schwingungsentkoppelte Riemenscheibe - Google Patents
Schwingungsentkoppelte RiemenscheibeInfo
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Abstract
Schwingungsentkoppelte Riemenscheibe, die durch einen Kupplungskörper (2) aus gummielastischem Werkstoff drehelastisch mit einer Nabe (3) verbunden ist, wobei zwischen Riemenscheibe (1) und einem Nabenring (5) eine magnetisch-wirksame Dämpfungsvorrichtung (7) angeordnet ist, durch welche eine Dämpfung und/oder Begrenzung der Relativverdrehungen von Riemenscheibe (1) und Nabenring (5) erreicht wird.
Description
Entkoppelte Riemenscheiben haben die Aufgabe die Drehzahlschwankungen
der Kurbelwelle vom Riementrieb zum Antrieb der Nebenaggregate
fernzuhalten. Hierfür wird eine Kupplung zwischen Kurbelwelle und
Riemenscheibe eingefügt, deren Torsionssteifigkeit so gewählt wird, dass die
erste angeregte Torsionseigenfrequenz des Nebenaggregate-
Riementriebsystems mit genügendem Abstand unterhalb der Leerlaufdrehzahl
des Motors zu liegen kommt. Die Entkopplungswirkung der Kupplung im
Drehzahlbereich des Motors ist umso besser, je geringer die Dämpfung der
Kupplung eingestellt werden kann. Hierbei tritt jedoch der Nachteil auf, dass bei
jedem Start oder Stopp des Verbrennungsmotors die erste Systemresonanz
durchfahren werden muss, wobei die funktionsbedingt weiche, dämpfungsarme
Kupplung sehr große Resonanzausschläge macht. Häufig sind die
angekoppelten Massen des Riementriebs nicht in der Lage diesen
Resonanzausschlägen zu folgen. Es kommt zu Riemenschlupf verbunden mit
nicht akzeptablen Geräuschen und Riemenverschleiß.
In der DE 199 19 449 A1 ist eine Möglichkeit für eine Begrenzung der
Resonanzausschläge enthalten. Sie beruht darauf, den Verdrehausschlägen
immer ab einer bestimmten Größe mit einem mechanischen Reibmoment
entgegenzuwirken. Von Nachteil hierbei ist, dass die Funktion nicht über eine
Motorlebensdauer innerhalb der zulässigen Toleranzen gewährleistet werden
kann. Die Einstellung und der Verschleiß der Reibpartner können nicht über die
gesamte Motorlebensdauer garantiert werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
schwingungsentkoppelte Riemenscheibe zu schaffen, welche die oben
genannten Nachteile vermeidet. Die Riemenscheibe soll über die gesamte
Motorlebensdauer in ihrer Funktion innerhalb der zulässigen Toleranzen
verbleiben, einen möglichst geringen Verschleiß haben und nicht akzeptable
Geräusche durch Riemenschlupf und dergleichen vermeiden. Die Lösung der
gestellten Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die
Unteransprüche 2 bis 15 geben vorteilhafte Ausbildungen des
Erfindungsgedankens wieder. Die erfindungsgemäße Lösung beruht in der
Verwendung einer schwingungsentkoppelten Riemenscheibe, die durch einen
Kupplungskörper aus gummielastischem Werkstoff drehelastisch mit einer
Nabe verbunden ist, wobei zwischen Riemenscheibe und Nabenring eine
magnetisch-wirksame Dämpfungsvorrichtung angeordnet ist. Die Anordnung ist
so gewählt, dass sie eine Dämpfung bei den Schwingungen der
Riemenscheibe und auch eine Begrenzung von extremen Relativverdrehungen
von Riemenscheibe zum Nabenring bewirkt. Da die bisher üblichen
mechanischen Federn wegfallen, fällt auch der hierdurch entstehende
Verschleiß fort. Die magnetische Dämpfung der Riemenscheibe in Verbindung
mit der gummielastischen Verwendung zwischen Nabenring und
Riemenscheibe ergibt eine Lösung mit hoher Wirksamkeit, ohne dass
besonderer Verschleiß auftritt.
In vorteilhafter Weise kann die Riemenscheibe oder der Nabenring mit
zumindest einem ersten Permanentmagneten verbunden sein, welcher dem
Nabenring oder der Riemenscheibe mit radialem Abstand benachbart
zugeordnet ist. Der erste Permanentmagnet kann also in der Riemenscheibe
oder im Nabenring angebracht sein. Im Bereich des ersten
Permanentmagneten wird der Abstand zu dem gegenüberliegenden
Vorrichtungsteil in Umfangsrichtung so gewählt, dass der vorhandene Luftspalt
eine radiale Höhe hat, die ausgehend von einer herstellbedingten Null-Lage
von Riemenscheibe und Nabenring zueinander zu beiden Seiten in
Umfangsrichtung reduziert wird. Hierdurch wird bei einer Abweichung von der
Null-Lage die Rückstellkraft des Magneten mit zunehmender Abweichung von
der Null-Lage ständig erhöht, so dass die Riemenscheibe in ihre Null-Lage
zurückgedrückt wird.
Um einen guten Magnetfluss zu erreichen, kann die Riemenscheibe oder der
Nabenring aus einem weichmagnetischen Material bestehen. Besonders
günstig ist eine Ausführungsform, bei der der erste Permanentmagnet mittels
eines Jochs aus weichmagnetischem Material mit der Riemenscheibe oder
dem Nabenring verbunden ist. Die anderen Teile von Riemenscheibe und
Nabenring bleiben dabei unverändert. Dieses Joch kann hohlzylindrisch
ausgebildet sein.
Zur Verstärkung der magnetischen Kräfte kann dem ersten Permanentmagnet
ein zweiter Permanentmagnet in Umfangsrichtung mit Abstand benachbart
zugeordnet sein, der in dem Nabenring oder der Riemenscheibe angebracht ist.
Möglich ist aber auch eine Ausführungsform, bei der in Umfangsrichtung
beiderseits des ersten Permanentmagneten und/oder des zweiten
Permanentmagneten gegenüberliegend jeweils ein weiterer dritter und vierter
Permanentmagnet angeordnet ist, wodurch ein magnetisch wirksamer
Anschlag zur Begrenzung extremer Relativverdrehungen von Riemenscheibe
und Nabenring gebildet wird. Wenn der erste und zweite Permanentmagnet
zum Beispiel an der Riemenscheibe angebracht sind, so werden der dritte und
vierte Permanentmagnet gegenüberliegend am Nabenring angeordnet.
Die magnetischen Felder der Permanentmagnete werden radial ausgerichtet.
Bei den magnetisch wirksamen Anschlägen zur Begrenzung extremer
Relativverdrehungen von Riemenscheibe und Nabenring sind die
magnetischen Felder des ersten und/oder des zweiten Permanentmagneten
den magnetischen Felder des dritten und vierten Permanentmagneten
entgegengerichtet. Die magnetische Feldstärke des ersten und/oder zweiten
Permanentmagneten wird auf die Größe der Kupplung abgestimmt. Die
Feldstärken des dritten und vierten Magneten werden so gewählt, dass eine
Begrenzung der Kupplungsausschläge gewährleistet ist.
Die Riemenscheibe und der Nabenring werden über ein Lager in radialer
Richtung konzentrisch zueinander geführt. Dieses Lager wird vorzugsweise als
Gleitlager ausgebildet. Mit seiner radialen Außenseite liegt es an der
Innenfläche der Riemenscheibe an. Mit seiner radialen Innenseite ist es auf
einem Lagerträger des Nabenrings abgestützt. Das Lager selbst kann einen
Stahlkäfig aufweisen.
Um eine gute axiale Führung der Vorrichtung sicher zu stellen, ist es günstig
wenn die einander zugewandten Wirkflächen, im Längsschnitt der
Riemenscheibe betrachtet, geometrisch ausgeformt sind und zwar indem sie
auf der dem ersten und/oder zweiten Permanentmagneten radial
zugewandten Seite konkav ausgebildet werden. Hierdurch wird einer
Axialverschiebung aus der Symmetrie hinaus entgegengewirkt. Es werden
Rückstellkräfte aufgebaut werden, welche die Riemenscheibe in ihre axiale
Null-Lage zurückführen.
Der erfindungsgemäße Vorschlag ergibt eine schwingungsentkoppelte
Riemenscheibe, die berührungslos und damit verschleiß- und wartungsfrei ist.
Die Permanentmagnete benötigen geringen Bauraum und sind kostengünstig.
Auch sind sie im vorgesehenen Anwendungsbereich in ihrer Wirkung
unabhängig von auftretenden Temperaturänderungen und Verschmutzungen
durch Motorenöl. Die Maximalausschläge der Riemenscheibe können reduziert
werden, wodurch die Kupplung entlastet wird. Die Kupplung unterliegt auch
ohne aufliegenden Riemen nicht der Gefahr, zerstört zu werden. Eine
Dämpfung im überkritischen Bereich ist nicht gegeben, so dass alle Vorteile
einer entkoppelten Riemenscheibe erhalten bleiben. Der Kupplungskörper aus
gummielastischem Werkstoff kann in seinem Volumen erheblich reduziert
werden.
In der beiliegenden Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des
vorliegenden Erfindungsgedankens dargestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 schematisch eine Riemenscheibe im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Riemenscheibe gemäß einem Querschnitt nach
der Linie A-A der Fig. 1,
Fig. 3 eine andere Riemenscheibe im Längsschnitt mit einer
gegenüberliegenden Anordnung der Permanentmagnete,
Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie B-B der Fig. 3 und
Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Riemenscheibe mit konvexer Ausbildung
der Nabe zur axialen Lagerunterstützung der Riemenscheibe.
In der Fig. 1 sind nur die erfindungsrelevanten Teile der
schwingungsentkoppelten Riemenscheibe im Längsschnitt gezeigt. Die
Riemenscheibe 1 ist über den Kupplungskörper 2 aus gummielastischem
Werkstoff drehelastisch mit der Nabe 3 verbunden. Hierfür kann die Buchse 30
zwischengeschaltet sein. Die Nabe 3 ist auf eine nicht näher gezeigte Welle
drehfest aufgesetzt. Die Nabe 3 ist mit einer Nabenscheibe 4 fest verbunden,
die mit einem Nabenring 5 versehen, auf dem die Riemenscheibe 1 unter
Zwischenschaltung des Gleitlagers 6 gelagert ist. Die Riemenscheibe 1 ist
hierfür entsprechend mit einem Hohlraum ausgebildet. Die Riemenscheibe 1 ist
dem Nabenring 5 gegenüber mit einem ersten und zweiten
Permanentmagneten 7 versehen, die an der Riemenscheibe 1 mit radialem
Abstand zum Nabenring 5 angeordnet sind. Die Permanentmagnete 7 sind
über das Joch 8 aus weichmagnetischem Material mit der Riemenscheibe 1
verbunden.
In der Fig. 2 ist ein Ausschnitt der schwingungsentkoppelten Riemenscheibe im
Schnitt gemäß der Linie A-A der Fig. 1 gezeigt. Auf dem unteren Arm der
Riemenscheibe 1 ist das Joch 8, auf dem zwei nebeneinander liegende
Permanentmagnete 7 angebracht sind, angeordnet. Die Permanentmagnete 7
stellen den ersten und zweiten Permanentmagneten dar, die mit tangentialem
Abstand 9 zueinander angebracht sind. Im Nabenring 5 im Bereich der
Permanentmagnete 7 ist dieser tangentiale Abstand konkav muldenartig im
Nabenring 5 ausgebildet. Dadurch findet in den Randbereichen der Mulde im
Nabenring 5 eine Bündelung der Magnetlinien statt und die entstehenden
Magnetkräfte sind bestrebt, die Permanentmagnete 7 in ihre Mittellage zu
drücken. Hier sei bemerkt, dass dies auch funktioniert, wenn nur ein
Permanentmagnet 7 eingesetzt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind
jedoch zwei Permanentmagnete 7 vorgesehen, die mit zwei weiteren, dritten
und vierten Permanentmagneten 10 zusammenwirken. Diese
Permanentmagnete 10 sind in den Nabenring 5 eingefügt. Die
Permanentmagnete 7 und 10 sind mit ihren Polen so ausgerichtet, dass sie
sich gegenseitig abstoßen und infolge dessen werden die Permanentmagnete
7 und damit die Riemenscheibe 1 in ihrer Mittellage gehalten beziehungsweise
dahin zurückgedrückt. In der bevorzugten Ausführungsform wird eine Vielzahl
von Permanentmagneten 7, 10 auf dem Umfang der Riemenscheibe 1
beziehungsweise des Nabenrings 5 angebracht.
Im Ausführungsbeispiel ist der Luftspalt 9 lediglich gegenüber den
Permanentmagneten 7 konkav ausgebildet, indem der Nabenring 5 mit einer
Mulde 11 versehen ist. Es ist natürlich auch möglich, die Permanentmagnete 7
nicht auf dem Joch 8 anzuordnen, sondern in das Joch 8 einzufügen, wie das
mit den Permanentmagneten 10 im Nabenring 5 geschehen ist. Auf diese
Weise kann der Abstand zwischen dem Joch 8 und dem Nabenring 5 verringert
werden. In diesem Fall ist es besonders günstig wenn auch im Joch 8
gegenüber den Permanentmagneten 10 Mulden eingefügt werden, um eine
entsprechende Bündelung der Magnetlinien zu erreichen.
In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die
Beschränkung der Relativbewegung zwischen Nabe 3 und Riemenscheibe 1
durch Magnetkräfte dadurch erreicht wird, dass zwei konzentrisch
ineinanderliegende und sich nicht berührende Zylinder 12 und 13 vorgesehen
sind, die beispielsweise aus gespritzten Verbundmagnetwerkstoffen bestehen
können. Der Zylinder 12 ist mit dem Nabenring 5 und der Zylinder 13 mit der
Riemenscheibe 1 verbunden.
Wie aus der Fig. 4 ersichtlich, die einen Ausschnitt aus der Riemenscheibe
gemäß dem Schnitt B-B der Fig. 3 zeigt, sind in den Zylindern 12 und 13
abwechselnd die Permanentmagnete 14 und 15 beziehungsweise 16 und 17
vorhanden, welche die Riemenscheibe 1 in ihrer Null-Lage gegenüber dem
Nabenring 5 halten. Verdreht sich die Riemenscheibe 1 relativ zum Nabenring
5 beziehungsweise Nabe 3 (Fig. 3), so treten in Abhängigkeit des
Relativwinkels hohe magnetische Kräfte auf, die die Bewegung der
Riemenscheibe 1 begrenzen und umkehren. Die Anzahl der
Permanentmagnete 14 bis 17 hängt von der zu begrenzenden
Relativbewegung ab. Sie sind gleichmäßig auf dem Umfang der
Riemenscheibe 1 beziehungsweise des Nabenrings 5 verteilt.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 wird der grundsätzliche Aufbau, wie in
der Fig. 1 und 2 geschildert ist, beibehalten. Abweichend hiervon wird jedoch
der Nabenring 5 auf seiner Innenseite mit einer konkaven Mulde 20 versehen
und der Permanentmagnet 7 mit einer daran angepassten konvexen
Auswölbung 21 ausgestattet. Beide sind etwa symmetrisch zum Mittelkreis 22
ausgerichtet. Auf diese Weise wird die axiale Führung von Riemenscheibe 1
und Nabenring 5 verbessert. Bei einer axialen Verschiebung aus der
Symmetrie hinaus werden Rückstellkräfte aufgebaut, die die Riemenscheibe 1
in ihre vorherige Stellung zurückführen.
Bei allen Ausführungsformen ist darauf zu achten, dass die Luftspaltgeometrie
so ausgeführt wird, dass im Bereich kleiner Relativbewegungen von
Riemenscheibe 1 zum Nabenring 5 ein großer Luftspalt vorliegt und somit nur
eine geringe Kopplung des Magnetfeldes zwischen Nabenring 5 und
Riemenscheibe 1 zustande kommt. Erst bei großen Relativbewegungen, die
nach der Erfindung bedämpft werden sollen, wird der Luftspalt derartig verengt,
dass starke Kopplungen auftreten und ein hoher Bremseffekt erzielt wird. Die
Permanentmagnete 10, deren magnetisches Feld dem Feld der Magnete 7
entgegen gerichtet ist, führen zu so großen abstoßenden Kräften, dass sie eine
Begrenzung der Relativbewegung ergeben.
Claims (14)
1. Schwingungsentkoppelte Riemenscheibe die durch einen
Kupplungskörper (2) aus gummielastischem Werkstoff drehelastisch mit
einer Nabe (3) verbunden ist, wobei zwischen Riemenscheibe (1) und
einem Nabenring (5) eine magnetisch-wirksame Dämpfungsvorrichtung
(7) angeordnet ist, durch welche eine Dämpfung und/oder Begrenzung
der Relativverdrehungen von Riemenscheibe (1) und Nabenring (5)
erreicht wird.
2. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Riemenscheibe (1) oder der Nabenring (5) mit zumindest einem ersten
Permanentmagneten (7) verbunden ist, dass der erste Permanentmagnet
(7) dem Nabenring (5) oder der Riemenscheibe (1) mit radialem Abstand
(9) benachbart zugeordnet ist und dass der im Bereich des ersten
Permanentmagneten (7) durch den Abstand (9) gebildete Luftspalt eine
radiale Höhe aufweist, die ausgehend von einer herstellungsbedingten
Null-Lage von Riemenscheibe (1) und Nabenring (5) in Umfangsrichtung
beidseitig reduziert ist.
3. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (1) oder der Nabenring (5) aus
einem weichmagnetischem Material bestehen.
4. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Permanentmagnet (7) mittels eines Jochs
(8) aus weichmagnetischem Material mit der Riemenscheibe (1) oder dem
Nabenring (5) verbunden ist.
5. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Joch (8) hohlzylindrisch ausgebildet ist.
6. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass dem ersten Permanentmagneten (7) ein zweiter
Permanentmagnet (7) in Umfangsrichtung mit Abstand benachbart
zugeordnet ist, der in dem Nabenring (5) oder der Riemenscheibe (1)
angebracht ist.
7. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung beidseitig des ersten
Permanentmagneten (7) und/oder zweiten Permanentmagneten (7)
gegenüberliegend jeweils ein dritter und vierter Permanentmagnet (10)
angeordnet ist, die einen magnetisch wirksamen Anschlag zur
Begrenzung extremer Relativverdrehungen von Riemenscheibe (1) und
Nabenring (5) bilden.
8. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die magnetischen Felder der Permanentmagneten
(7, 10) radial ausgerichtet sind.
9. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die magnetischen Felder des ersten und/oder
zweiten Permanentmagneten (7) den magnetischen Feldern des dritten
und vierten Permanentmagneten (10) entgegengerichtet sind.
10. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (1) oder der Nabenring (5)
mittels eines Lagers (6) in radialer Richtung konzentrisch zueinander
geführt sind.
11. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das Lager (6) als Gleitlager ausgebildet ist.
12. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass das Gleitlager (6) radial außenseitig die Innenfläche
der Riemenscheibe (1) anliegend berührt und radial innenseitig auf einem
Lagerträger des Nabenrings (5) abgestützt ist.
13. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass das Lager (6) einen Stahlkäfig aufweist.
14. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass der Luftspalt (9), im Längsschnitt der
Riemenscheibe (1) betrachtet, auf der dem ersten und/oder zweiten
Permanentmagneten (7) radial zugewandten Seite konkav ausgebildet ist.
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Publications (2)
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ID=7678589
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DE2001114079 Expired - Lifetime DE10114079C2 (de) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | Schwingungsentkoppelte Riemenscheibe |
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