Nebenaggregate
von Brennkraftmaschinen wurden in der Vergangenheit mit einem V-förmig ausgebildeten
Keilriemen angetrieben. Aufgrund gestiegener Komfortansprüche nimmt
die Zahl der Nebenaggregate ständig
zu, sodass neben dem Generator und der Kühlmittelpumpe auch die Integration
von beispielsweise Lenkhilfepumpe und Klimakompressor in den Nebenaggregatetrieb
erforderlich wurde.
Wenn
diese Nebenaggregate mechanisch angetrieben werden, so wird ein über die
Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebener Riementrieb zur
Leistungsübertragung
verwendet. Oftmals werden durch den Riementrieb auch weitere Aggregate, wie
beispielsweise Lüfter,
mechanische Lader oder Pumpen angetrieben, sodass die zum Antrieb
der genannte Aggregate notwendige Leistung mit einem einfachen V-förmigen Keilriemen
nicht mehr übertragen
werden kann.
Um
nun hier Abhilfe zu schaffen, werden sogenannte Keilrippenriemen
eingesetzt, die einen Unterbau aus mehreren V-förmigen Rippen aufweisen, die
in einem Verbund aus einem Brückengewebe
und darin eingelagerten Zugsträngen
stehen, sodass durch die außen
liegenden Flächen
der V-förmigen mehreren
nebeneinander liegenden Rippen eine größere zur reibungsbasierten
Kraftübertragung
erforderliche Kontaktfläche
zur Verfügung
steht.
Die
Keilrippenriemen laufen dabei auf Keilrippenscheiben, die beispielsweise
an den vorstehend genannten Aggregaten angeordnet sind. Wenn mit
einem, einen solchen Keilrippenriementrieb aufweisenden Fahrzeug
eine Wasserdurchfahrt vorgenommen wird oder auch das Fahrzeug auf
einer asphaltierten Strasse durch eine mit Wasser gefüllte Straßenvertiefung
fährt,
so kann das in den Einlaufbereich zwischen dem Keilrippenriemen
und der Keilrippenscheibe geschleuderte oder strömende Wasser dafür sorgen,
dass der Keilrippenriemen kurzzeitig seinen Reibschlusskontakt mit
der Keilrippenscheibe verliert, die Kraftübertragung zwischen dem Riemen
und der Scheibe wird kurzzeitig unterbrochen, sodass es beispielsweise
im Falle einer über den
Keilrippenriemen angetriebenen Lenkhilfepumpe zu einer kurzzeitigen
Unterbrechung der Servowirkung durch die Lenkhilfepumpe kommen kann.
Das in den Einlaufbereich zwischen der Keilrippenscheibe und dem
Keilrippenriemen gelangende Wasser führt zur Bildung eines hydrodynamischen
Tragfilms, sodass der Keilrippenriemen an der Keilrippenscheibe
aufschwimmt und durchrutscht. Dieses Phänomen kann auch akustisch als
Pfeifen des Keilrippenriementriebs wahrgenommen werden. Auch führt ein solches
Durchrutschen zu einem erhöhten
Verschleiß des
Keilrippenriemens.
Die
Aufgabe, erhöhtem
Verschleiß des
Keilrippenriemens entgegenzuwirken ist bereits in einer Zahl von
Druckschriften bekannt geworden, die sich mit dem Problem der Steigerung
der Lebensdauer des Keilrippenriemens auseinandersetzen.
So
ist anhand der japanischen Veröffentlichung
JP-2002039291 A ein Keilrippenriemen mit V-förmigen Rippen bekannt geworden,
bei dem mittels unterschiedlicher Teilungen des Keilrippenriemens
und der Keilrippenscheibe der Schlupf verringert werden soll und
die Übertragungskraft
vergrößert werden
soll.
Anhand
der US-5,492,507 A ist ein Keilrippenriemen bekannt geworden, bei
dem das Problem des Brechens der Rippen beseitigt werden soll, indem
der der Rippenscheibe zugewandte Bereich des Riemens nicht bearbeitet
wird, sodass keine aufgrund der Bearbeitung mit einer Schleifscheibe
entstehenden Mikrorisse auftreten, die sich im Betrieb des Keilrippenriemens
vergrößern können.
Anhand
der US-4,330,287 A ist ein Keilrippenriemen bekannt geworden, der
zur Verlängerung der
Standzeit des Keilrippenriemens im Kontaktbereich mit der Keilrippenscheibe
seitlich angeordnete konvexe Kontaktzonen aufweist, die beim Einlaufvorgang
des Keilrippenriemens abgetragen werden, sodass sich möglichst
spielfreier Kontakt zwischen dem Keilrippenriemen und der Keilrippenscheibe
einstellt und damit aufgrund der so aufeinander eingelaufenen Kontaktzone
sich ein gutes Tragbild zwischen dem Keilrippenriemen und der Keilrippenscheibe
einstellt.
Auch
die Druckschrift US-4,047,446 A befasst sich mit dem Problem der
Verlängerung
der Lebensdauer des Keilrippenriemens. Zu diesem Zweck ist es hieraus
bekannt geworden, den Keilrippenriemen auf der Keilrippenscheibe
mit einem Kopfspiel zu betreiben, es also sowohl im Bereich unterhalb des
Rippenkopfes des Keilrippenriemens als auch oberhalb des Rippenkopfes
der Rippen der Keilrippenscheibe nicht zu einem körperlichen
Kontakt mit dem jeweils anderen Reibungspartner kommt.
Schließlich befasst
sich die US-5,803,855 A zwar mit dem Problem der Ansammlung von
Wasser oder Schmutz im Kontaktbereich zwischen der Keilrippenscheibe
und dem Keilrippenriemen, wobei hieraus aber ebenfalls wie aus der
vorstehend genannten US-4,047,446 A nur das Vorsehen von Leerräumen zwischen
dem Rippenkopf und dem Rippengrund der beiden Reibpartner vorgesehen
ist.
Auch
wurde bereits versucht, die mit dem Keilrippenriementrieb übertragbare
Leistung dadurch zu erhöhen,
dass die Keilrippenscheibe so modifiziert wird, dass im Kontaktbereich
zwischen Rippenflanken der Keilrippenscheibe und Rippenflanken des Keilrippenriemens
an der Keilrippenscheibe Erhebungen vorgesehen sind, die in diesem
Kontaktbereich zu lokal höheren
Normalkräften
führen
als im erhebungsfreien Kontaktbereich der Rippenflanken.
So
ist anhand der
EP 0
947 735 A1 eine Keilrippenscheibe bekannt geworden, die
an den Flanken der Rippen der Keilrippenscheibe kugelsegmentförmige Vorsprünge oder
Sphäroide
besitzt, die sich in Richtung der gegenüberliegenden Rippenflanken der
Keilrippenscheibe erstrecken und dazu führen, dass der in die Zwischenräume zwischen
die Rippenflanken der Keilrippenscheibe einlaufende Keilrippenriemen
in dem Bereich zwischen den Sphäroiden mit
höherer
Druckbelastung beaufschlagt wird als in dem sphäroidfreien Kontaktbereich und
somit die mit der so modifizierten Keilrippenscheibe übertragbare Leistung
ansteigt, da der Reibungskoeffizient aufgrund den Sphäroiden verglichen
mit glatt ausgebildeten Rippenflanken ansteigt.
Wenn
nun der so geklemmte Keilrippenriemen im Auslaufbereich der Keilrippenscheibe
diese wieder verlassen soll, so führt dies aufgrund der erhöhten Druckspannungen
im Kontaktbereich zwischen den Sphäroiden und dem Keilrippenriemen aber
zu einem „Mitnahmeeffekt" der Sphäroide, sodass
der Auslauf des Keilrippenriemens aus dieser so modifizierten Keilrippenscheibe
nicht weich, sondern ruckartig erfolgt und dies zu einerseits einer
erhöhten
Belastung des Keilrippenriemens führt und andererseits auch eine
Schwingungsanregung in den Keilrippenriementrieb bringt, da der
den Zwischenraumbereich der einzelnen Rippen der Keilrippenscheibe
verlassende Keilrippenriemen von den Sphäroiden noch mitgenommen wird
und somit der Auslauf ruckartig erfolgt und der Keilrippenriemen
in seine eine geradlinige Konfiguration zwischen zwei benachbarten
Keilrippenscheiben einnehmende Lage zurückschwingt. Auch ist anhand
der genannten Druckschrift auch eine sinusschwingungsförmige Modifikation
der Rippen der Keilrippenscheibe bekannt geworden, was zu Scherbelastung
am Keilrippenriemen führt
und damit zu einer Belastung, für
die der Keilrippenriemen auslegungstechnisch nicht vorgesehen ist.
Schließlich ist
anhand der
US-PS 4,905,361 eine
Keilrippenscheibe bekannt geworden, bei der der Bereich zwischen
den einzelnen Rippen aufgeraut wird, beispielsweise mittels einer
Sandstrahlbehandlung oder einer chemischen Oberflächenbehandlung.
Eine solchermaßen
aufgeraute Oberfläche führt aber
zu einer erhöhten
Abrasionswirkung am Keilrippenriemen.
Ausgehend
hiervon liegt der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde,
eine Keilrippenscheibe für
einen Keilrippenriementrieb zu schaffen, die einerseits ein weiches
Einlaufen des Keilrippenriemens in den Kontaktbereich zwi schen den
einander gegenüberliegenden
Rippen der Keilrippenscheibe ermöglicht,
dort, verglichen mit glatt ausgebildeten Rippenflanken der Keilrippenscheibe höhere Normalkräfte zwischen
den Rippenflanken der Keilrippenscheibe und des Keilrippenriemens entstehen
und dann andererseits auch trotz der höheren Normalkräfte ein
sanftes und weiches Auslaufen des Keilrippenriemens aus dem Kontaktbereich ermöglicht wird,
ohne dass es zu ungewünschten Schwingungen
im Keilrippenriementrieb kommt.
Auch
soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Keilrippenscheibe
angegeben werden.
Die
Erfindung schafft nun zur Lösung
dieser Aufgabe eine Keilrippenscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben. Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen
Keilrippenscheibe nach dem Anspruch 7 bereit.
Die
Erfindung sieht nun zur Lösung
der vorstehend genannten Aufgabe hinsichtlich eine Keilrippenscheibe
für einen
Keilrippenriementrieb vor, wobei die Keilrippenscheibe an einem
Scheibengrundkörper
angeordnete, zueinander beabstandete, sich radial auswärts weitgehend
keilförmig
verjüngende erste
Rippen mit ersten Rippenflanken besitzt, die zum Kontakt mit zweiten
Rippenflanken zweiter Rippen eines Keilrippenriemens ausgebildet
sind, wobei an den ersten Rippenflanken Erhebungen vorgesehen sind,
die sich in einen Raum zwischen den ersten Rippenflanken erstrecken
derart, dass im Kontaktbereich der Erhebungen und der zweiten Rippenflanken eine
lokal höhere
Normalkraft vorliegt als im erhebungsfreien Kontaktbereich der ersten
und zweiten Rippenflanken und wobei die Erhebungen entlang der Umfangsrichtung
der ersten Rippen in Achsrichtung der Rotationsachse betrachtet
zunächst
ansteigend und nach einem Wendepunkt abfallend ausgebildet sind
und von der Rotationsachse des Scheibenkörpers radial auswärts gerichtet
in Achsrichtung der Rotationsachse betrachtet zunächst ansteigend ausgebildet
und dann abfallend ausgebildet sind und die Erhebungen in einer
Aufrissprojektion jeweils ähnlich
einem rechtwinkligem Dreieck ausgebildet sind, dessen Hypotenuse
eine vom geradlinigen Verlauf abweichenden, insbesondere parabelbogenförmigen Verlauf
besitzt.
Durch
die Ausbildung der Erhebungen derart, dass diese entlang der Umfangsrichtung
der ersten Rippen in Achsrichtung der Rotationsachse zunächst ansteigend
ausgebildet sind, wird ein sanftes Einlaufen des Keilrippenriemens
auf die Erhebungen an den ersten Rippen der Keilrippenscheibe erreicht, wobei
hierzu die Ausbildung der Erhebungen von der Rotationsachse des
Scheibengrundkörpers
radial auswärts
gerichtet in Achsrichtung der Rotationsachse betrachtet als zunächst ansteigend
und dann nach einem Wendepunkt abfallend beiträgt. Damit weisen die Erhebungen
Einlaufflächen
oder Auflaufflächen auf,
die ein sanftes und stoßbelastungsfreies
Einlaufen des Keilrippenriemens auf die ersten Rippenflanken ermöglichen.
Wenn
nun die Erhebungen entlang der Umfangsrichtung der ersten Rippen
in Achsrichtung der Rotationsachse betrachtet werden, so fallen
diese nach einem Wendepunkt ab. Diese Konfiguration in Verbindung
mit der radial auswärts
von der Rotationsachse des Scheibegrundkörpers weg abfallenden Ausbildung
der Erhebungen nach also einem jeweils höchsten Punkt trägt dazu
bei, dass beim Einlaufen des Keilrippenriemens auf die Erhebungen
zunächst Normalkräfte zwischen
den Rippenflanken des Keilrippenriemens und den Erhebungen den ersten
Rippen der Keilrippenscheibe ansteigen und diese nach einem jeweiligen
Normalkraftmaximum beim Auslaufen des Keilrippenriemens, d. h. also
aus dem Kontaktbereich des Keilrippenriemens mit den Erhebungen
heraus, zwischen den zweiten Rippenflanken des Keilrippenriemens
und den Erhebungen an den Rippen des Scheibengrundkörpers langsam
wieder abnehmen und es somit nicht zu einem Mitnahmeeffekt auf den
Keilrippenriemen kommt, wenn dieser aus seinem Eingriff mit der
Keilrippenscheibe ausspurt. Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft
herausgestellt, wenn die Erhebungen in einer Aufrissprojektion jeweils ähnlich einem
rechtwinkligem Dreieck ausgebildet sind, dessen Hypotenuse einem vom
geradlinigen Verlauf abweichenden, insbesondere parabelbogenförmigen Verlauf
besitzt. Mit dieser erfindungsgemäß vorgesehenen Konfiguration der
Keilrippenscheibe wird also das Problem des Durchrutschens des Keilrippenriemens
auf der Keilrippenscheibe beseitigt, da sich zwischen den Rippenflanken
des Keilrippenriemens und den Rippenflanken der Rippen der Keilrippenscheibe
im Bereich der Erhebungen lokal höhere Normalkräfte ausbilden als
im erhebungsfreien Kontaktbereich der ersten und zweiten Rippenflanken
und aber dort trotz dieser Ausbildung der höheren Normalkräfte der
Keilrippenriementrieb nicht einer erhöhten Schwingungsanregung ausgesetzt
ist, wie dies beim Stand der Technik mit dem kugelsegmentförmigen Erhebungen
an den Rippenflanken der Rippen des Scheibengrundkörpers der
Fall ist.
Auch
wird mit dieser erfindungsgemäßen Konfiguration
der Keilrippenscheibe das Problem übermäßigen Verschleißes des
Keilrippenriemen beseitigt, wie dies bei aufgerauten Rippenflanken
des Scheibengrundkörpers
der Fall ist. Eine aufgeraute Oberfläche an den ersten Rippenflanken
sorgt nämlich
dafür,
dass am Keilrippenriemen eine erhöhte Abrasionswirkung zu beobachten
ist und damit ein übermäßiger Verschleiß des Keilrippenriemens
eintritt, der bei der erfindungsgemäßen Rippenscheibe nicht vorliegt.
Die
Erfindung kann dadurch weitergebildet werden, dass der Steigungswinkel
einer Tangentialfläche
jeder Erhebung, bezogen auf eine die Rotationsachse rechtwinklig
schneidende Mittenebene der ersten Rippen in ansteigendem Bereich
der Erhebungen größer ist
als im abfallenden Bereich. Diese Weiterbildung sorgt dafür, dass
ein rascher Anstieg der Normalkräfte
zwischen den Erhebungen des Keilrippenriemens möglich ist und die Normalkräfte nach dem
Normalkraftmaximum mit einem niedrigeren Gradienten abfallen als
der Gradient beim Aufbau der Normalkräfte. Somit wird ein weiches
und sanftes Ausspuren des Keilrippenriemens an den Erhebungen ermöglicht.
Es
hat sich darüber
hinaus als vorteilhaft dargestellt, dass die ersten Rippen eine
in einer Aufrissprojektion sägezahnähnliche
Ausbildung aufweisen. Dadurch wird eine einstückige Ausbildung der Erhebungen
und der ersten Rippen erreicht, sodass die Rippen nach dem jeweiligen
Bereich der Erhebungen eine solche Konfiguration besitzen, wie dies
bei bekannten Keilrippenscheiben der Fall ist, was das sanfte Ausspuren
des Keilrippenriemens aus dem Eingriff mit den Erhebungen weiter
unterstützt.
Es
ist dabei nach der Erfindung vorgesehen, dass entlang der Umfangsrichtung
der ersten Rippen im gleichen Winkelabstand verteilt Erhebungen
vorgesehen sind, sodass über
den gesamten Außenumfang
der Keilrippenscheibe ein zunächst
sanftes Einspuren des darüber
laufenden Keilrippenriemens stattfindet mit einem darauf folgenden
Anstieg der Normalkraft im Bereich zwischen den Rippenflanken des
Keilrippenriemens und den Erhebungen an den ersten Rippenflanken
und nach dem jeweils lokalen Normalkraftmaximum ein sanftes Ausspuren
des Keilrippenriemens von dem Rippenflanken des Scheibengrundkörpers ermöglicht wird.
Die
Erfindung zeichnet darüber
hinaus dadurch aus, dass die Erhebungen an allen dem Keilrippenriemen
zugewandten Flächen
verrundet ausgebildet sind. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass
Kanten oder der gleichen an den Erhebungen außerhalb des Kontaktbereichs
der Erhebungen mit dem Keilrippenriemen liegen und an keiner Stelle
des Kontaktbereichs der Erhebungen und des Keilrippenriemens Kerbwirkung
erzeugende oder Verschleiß erzeugende
scharfkantige Vorsprünge
oder der gleichen vorgesehen sind. Die vorstehend genannte Keilrippenscheibe
kann aus einem metallischen Werkstoff und/oder einem Kunststoffwerkstoff
gefertigt werden.
Wenn
eine Fertigung der Keilrippenscheibe aus metallischem Werkstoff
bevorzugt wird, dann ist es möglich,
die Erhebungen am Scheibengrundkörper
mittels eines Rollvorgangs mit einem Rollwerkzeug zu erzeugen. Zur
Herstellung der rotationssymmetrischen Keilrippenscheibe kann ein
rotationssymmetrisches Rollwerkzeug vorgesehen werden, mit dem die
Erhebungen am Scheibengrundkörper
mittels eines, einem Einkämmvorgang ähnlichem
Rollvorgang geschaffen werden.
Bei
einem mit einem Kunststoffwerkstoff gefertigten Scheibengrundkörper können die
Erhebungen mittels eines Formschiebewerkzeugs in der Form beispielsweise
eines Sichelschiebers gefertigt werden. Mit beiden Fertigungsverfahren
wird er reicht, dass die Erhebungen an ihren dem Keilrippenriemen
zugewandten Flächen
verrundet ausgebildet sind und keine scharfen Kanten, Trennkanten,
Hinterschneidungen und dergleichen besitzen und somit eine Beschädigung des
Keilrippenriemens ausgeschlossen ist und darüber hinaus kein Mitnahmeeffekt
am Keilrippenriemen beim Auslaufen des Keilrippenriemens aus dem
Eingriff mit der erfindungsgemäßen Keilrippenscheibe
auftritt.