DE102004015954A1

DE102004015954A1 - Umschlingungstrieb

Info

Publication number: DE102004015954A1
Application number: DE200410015954
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Pflug (FH); Rainer BAUMÜLLER; Thomas Dipl.-Ing. Bertelshofer (FH); Peter Dipl.-Ing. Kelm; Tino Dipl.-Ing. Hänsel; Martin Dipl.-Ing. Assel
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2005-11-10
Also published as: WO2005106286A1

Abstract

Umschlingungstrieb, insbesondere Steuerungsantrieb für eine Brennkraftmaschine oder eines ihrer Nebenaggregate, mit einem antreibenden Rad und einem abtreibenden Rad und einem sie verbindenden Umschlingungsmittel, wobei wenigstens eines der Räder so ausgebildet ist, dass es bei der Rotation dem Trieb eine Ungleichförmigkeit aufprägt, wobei die zwischen Radnabe und Radumfang ein Einfedern der Umfangsfläche ermöglichenden Federstrukturen vorgesehen sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Umschlingungstrieb, insbesondere Steuerungsantrieb für eine Brennkraftmaschine oder eines ihrer Nebenaggregate, mit einem antreibenden Rad und einem abtreibenden Rad und einem sie verbindenden Umschlingungsmittel, wobei wenigstens eines der Räder so ausgebildet ist, dass es bei der Rotation dem Trieb eine Ungleichförmigkeit aufprägt.

Insbesondere Steuerungsantriebe von Brennkraftmaschinen mit einem Kurbelwellen- Antriebsrad, zumindest einem Nockenwellen-Abtriebsrad und einer Kette oder Zahnriemen, oder aber andere an Brennkraftmaschinen vorhandene Aggregatantriebe, sind aufgrund von Drehmomentschwankungen bzw. Winkelgeschwindigkeitsänderungen Schwingungsänderungen unterworfen, die in Resonanzbereichen zu hörbaren Geräuschen führen können. Damit verbunden sind erhöhte Reibungskräfte, die die Lebensdauer des Umschlingungstriebes sowie dessen Wirkungsgrad beeinträchtigen können.

Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen ist bereits vorgeschlagen worden, wenigstens eines der Räder so auszubilden, dass es bei der Rotation dem Trieb eine Ungleichförmigkeit aufprägt, wobei dies bei der DE 195 20 508 A1 dadurch erreicht wird, dass das entsprechende Rad unrund ausgebildet und/oder exzentrisch gelagert ist. Ein solches unrundes oder exzentrisch gelagertes Rad muss in einer definierten Frequenz und Phasenlage betrieben werden, damit die gegebene Ungleichförmigkeit des Umschlingungstriebes überlagert und damit eine Resonanzverschiebung bewirkt wird. Eine Anpassung an Änderungen und Schwankungen der Ungleichförmigkeit des Triebs bedingt durch die verschiedenen Steuerorgane und Schlepphebel kann ein solches auf eine ganz bestimmte Unrundheit oder eine bestimmte Achsversetzung ausgelegte Rad nicht bieten.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Umschlingungstrieb der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass sich eine dynamische Veränderung der aufgeprägten Ungleichförmigkeit ergibt, sodass über den gesamten Arbeitsbereich und Drehzahlbereich eine entsprechende Korrektur stattfinden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen Radnabe und Radumfang ein Einfedern der Umfangsfläche ermöglichende Federstrukturen vorgesehen sind, wobei diese Federstrukturen bei einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch, vorzugsweise zwei bis vier, äquidistant verteilte Durchbrüche gebildet sein können. Durch diese relativ großflächigen Durchbrüche sind die nurmehr eine relativ geringe radiale Stärke aufweisenden Umfangsrandbereiche federnd deformierbar und können somit auf durch Drehmomentschwankungen und Winkelgeschwindigkeitsänderungen resultierende Kräfte durch entsprechendes Einfedern reagieren. Zusätzlich zu diesem Einfedern kann auch die Querelastizität der zwischen den Durchbrüchen stehen bleibenden Speichen ausgenutzt werden, indem diese Speichen gegenüber einem Radius vorlaufend oder nachlaufend geneigt ausgebildet sind. Je nach Art der Neigungsrichtung ergibt sich dabei eine größere oder kleinere Elastizität, sodass hierbei auch drehrichtungsabhängige Verformungen ausgenutzt werden können.

Die Speichen müssen dabei nicht gerade ausgebildet sein, sondern es könnten auch gebogene Speichen verwendet werden, wobei diese gebogene Form speziell im Hinblick auf die Beeinflussung der Radverformung in unterschiedlichen Drehrichtungen sehr sinnvoll ist (progressive oder degressive Federsteifigkeit). Darüber hinaus kann der Querschnitt einer Speiche variabel sein (z.B. in der Mitte verdickt). Dadurch lässt sich ebenfalls das Verformungsverhalten beeinflussen.

Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Rad im Wesentlichen topfförmige ausgebildet ist mit einer entsprechend hohen Radnabe, ist vorgesehen, dass der Laufring mit definierten, äquidistant verteilten Stärkeschwankungen ausgebildet ist, wodurch sich in entsprechender Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel Verformungsmöglichkeiten ergeben, durch die den durch Drehmomentschwankungen und Winkelgeschwindigkeitsänderungen erzeugten Kräften im Umschlingungstrieb entgegengewirkt werden kann. Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, dass, wie bei einem dritten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, der Laufring und die Nabe durch einen mit einem Federelement ausgefüllten Spalt getrennt sind, wobei dieses Federelement im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Elastomerschicht sein kann. Eine solche Zwischenschicht aus einem Federelement ermöglicht neben einem federnd verzögerten Verdrehen der daran angrenzenden Bereiche in Umfangsrichtung auch ein radiales Einfedern des äußeren Laufrings und auf diese Art und Weise die gleichen Korrekturverformungen wie bei den anderen beiden Ausführungsformen.

Als Materialien für die federnden Elemente kommen nicht nur die bereits vorstehend angesprochenen Elastomerfedern in Betracht, sondern auch aktive Werkstoffe, wie z. B. elektro- oder magnetorheologische Materialien. Darüber hinaus könnte das Federelement auch ein Viscodämpfer sein. Auch hier wäre der Einsatz aktiver Werkstoffe denkbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 bis 3 Ansichten unterschiedlicher Ausführungsbeispiele eines Rads für einen Umschlingungstrieb mit entsprechend der Zylinderzahl des Motors abgewandelter Anzahl von Durchbrüchen für ein radial federndes Verbiegen des Laufrings,
4 bis 6 abgewandelte Ausführungsbeispiele der 1 bis 3, wobei jeweils die Speichen zwischen den Durchbrüchen gegenüber dem Radius schräggestellt sind,
7 eine Ansicht eines topfförmigen Rades mit definierten äquidistant verteilten Stärkeschwankungen des Laufrings,
8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in 7,
9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX in 7,
10 bis 12 Ansichten topfförmiger Räder mit zwischen Laufring und Nabe angeordneten Federelementen und
13 einen Schnitt längs der Linie XIII-XIII in 12.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 3 sind die dort gezeigten Räder, die sowohl flache Räder als auch topfförmige Räder sein könnten, mit Durchbrüchen 1, 1' bzw. 1'' versehen, sodass steife und elastische Durchmesserbereiche entstehen. Dadurch können unter Belastung die elastischen Bereiche 2, 2', 2'' radial einfedern und kurzfristig eine kraftabhängige Teilkreisveränderung zulassen. Durch geschicktes Auslegen der Größe der Teilkreisveränderungen und entsprechendes Winkelpositionieren im Verhältnis zum Triebverhalten können Schwingungen/Belastungen positiv verändert werden. Die 1 zeigt dabei ein Rad für einen Vierzylinder-Reihenmotor, bei dem die Kurbelwelle doppelt so schnell wie die Nockenwelle dreht, während die Ausführungsbeispiele nach den 2 und 3 typische Räder zeigen, wie sie für andere Zylinderzahlen geeignet sind. Die Anordnung nach 2 ist für einen Drei- oder Sechszylindermotor gedacht.
In den 4 und 6 sind abgewandelte Ausführungsbeispiele der 1 bis 3 dargestellt, wobei durch schräges Anstellen der Stegwinkel, also durch Neigen der Speichen gegenüber dem Radius eine drehrichtungsabhängige Elastizität erzeugt werden kann. Geht man von einer Drehrichtung entsprechend dem Pfeil 3 in 2 aus, so ist bei einem äußeren Drehmoment in Richtung des Schrägungswinkels der Speichen 4, 4' und 4'' eine hohe Elastizität gegeben, während bei einem äußeren Drehmoment entgegen der Richtung des Schrägungswinkels eine niedrigere Elastizität vorhanden ist.
Die 7 bis 9 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen bei einem im Wesentlichen topfförmig ausgebildeten Rad die Wandstärke des Laufrings 5 mit definierten Stärkeschwankungen so ausgeführt ist, dass aufgrund von Änderungen der radialen Biegefähigkeit unter Last ein „dynamischer" Teilkreis entsteht. Durch geschicktes Auslegen der Größe der Teilkreisveränderung und entsprechendes Winkelpositionieren im Verhältnis zum Triebverhalten können Schwingungen oder Belastungen positiv verändert werden.
Die 10 bis 11 wiederum zeigen topfförmige Räder, bei denen in radialen Kreissegmenten federnde Elemente, insbesondere Elastomere 7, 8, eingebracht sind, sodass unter Last die Scheibe/ oder das Rad elastisch zurückweichen kann. Dadurch ergibt sich kurzfristig eine Veränderung des Teilkreises. Durch Abstimmung von Federrate und äußerer Last kann ein Trieb hinsichtlich Laufruhe optimiert werden. Die Anordnung des federnden Elements kann sowohl im Bereich des äußeren Durchmessers -Laufring 5 – (10) als auch im Bereich der Nabe 6 (11) oder aber auch in beiden Bereichen (12) liegen. Das jeweils bevorzugt als Elastomer ausgebildete federnde Element ist in den 10 bis 13 mit 7 bzw. 8 bezeichnet.

1: Durchbruch
1': Durchbruch
1'': Durchbruch
2: elastischer Bereich
2': elastischer Bereich
2'': elastischer Bereich
3: Pfeil
4: Steg
4': Steg
4'': Steg
5: Laufring
6: Nabe
7: federndes Element
8: federndes Element

Claims

Umschlingungstrieb, insbesondere Steuerungsantrieb für eine Brennkraftmaschine oder eines ihrer Nebenaggregate, mit einem antreibenden Rad und einem Abtreibenden Rad und einem sie verbindenden Umschlingungsmittel, wobei wenigstens eines der Räder so ausgebildet ist, dass es bei der Rotation dem Trieb eine Ungleichförmigkeit aufprägt, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen Radnabe und Radumfang ein Einfedern der Umfangsfläche ermöglichende Federstrukturen vorgesehen sind.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad mit, vorzugsweise zwei bis vier, äquidistant verteilten Durchbrüchen versehen ist.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen zwischen den Durchbrüchen gegenüber einem Radius vor- oder nachlaufend geneigt verlaufen.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen gebogen sind.
Umschlingungstrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Speichen sich über die Länge ändert.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad im Wesentlichen topfförmig ausgebildet ist, dessen Laufring mit definierten äquidistant verteilten Stärkeschwankungen ausgebildet ist.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufring und die Nabe durch einen mit einem Federelement ausgefüllten Spalt getrennt sind.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine Elastomerschicht ist.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement durch aktive Werkstoffe, z. B. elektro- und magnetorheologische Materialien, gebildet ist.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement als Viscodämpfer ausgebildet ist.