DE102008054010A1

DE102008054010A1 - Dämpfungselement, ein Elastomer enthaltend, für Zugmittel eines Zugmitteltriebs in oder an einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008054010A1
Application number: DE200810054010
Authority: DE
Inventors: Sebastian Block; Michael Kastner
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2010-05-06
Also published as: WO2010049201A1

Abstract

Dämpfungselement, ein Elastomer enthaltend, für Zugmittel (2), wie Riemen oder Kette eines Zugmitteltriebs (1), in oder an einer Brennkraftmaschine, welches als ein auf das Zugmittel (2) wirkendes, druckbeaufschlagtes Elastomerkissen (7, 18) ausbildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Dämpfungselement, ein Elastomer enthaltend, für Zugmittel, wie Riemen oder Kette, eines Zugmitteltriebs in oder an einer Brennkraftmaschine.
Hintergrund der Erfindung
Dämpfungselemente dieser Bauart werden vorzugsweise in Zugmitteltrieben für Brennkraftmaschinen zum Antrieb einzelner Aggregate, wie beispielsweise Wasserpumpe, Klimakompressor und Lenkhilfspumpe eingesetzt, wobei der Antrieb von der Kurbelwelle mittels einer Riemen- oder Zahnscheibe erfolgt. Weiterhin sind diese Dämpfungselemente für einen als Steuertrieb zu bezeichnenden Zugmitteltrieb der Brennkraftmaschine bestimmt, der zum Antrieb einer Nockenwelle bzw. mehrerer Nockenwellen vorgesehen ist. Das Dämpfungselement hat die Aufgabe, selbsttätig eine Schwingungsdämpfung zu gewähr leisten, unabhängig von dem Einsatzort in der Brennkraftmaschine und dem Verschleißzustand des Zugmittels.
Aus der EP 0 373 056 B1 (= US 5 033 423 ) ist eine Spannvorrichtung mit einem als Spannelement und Dämpfungselement wirkenden Elastomer bekannt. Die Spannvorrichtung umfasst einen schwenkbaren Spannhebel mit einer am Zugmittel anliegenden Spannrolle. Der Spannhebel ist um eine Schwenkachse schwenkbar an einem brennkraftmaschinenfesten Bauteil gelagert. Die erforderliche Vorspannung wird mittels konzentrisch zur Schwenkachse angeordneten, durch die Schwenkbewegung des Spannhebels auf Scherung beanspruchten Elastomerelementen erzeugt. Da Elastomere bekanntermaßen eine große innere Dämpfungsfähigkeit aufweisen, dient das Elastomerelement gleichzeitig als Spannelement und als Dämpfungselement. Um die hohe erforderliche Vorspannung bei gleichzeitig hoher Dämpfungswirkung zu erreichen, sind die Elastomerelemente unter einem hohen Axialdruck in Richtung der Schwenkachse des Spannhebels gelagert, wodurch sich eine komplizierte Bauweise und eine schwierige Montage ergeben.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Dämpfungselement der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, das mit geringem Aufwand herstellbar und zu montieren ist, wobei bei geringen Federkräften eine hohe Dämpfungswirkung erreicht wird und ein Betrieb sowohl in trockener als auch in öliger Umgebung möglich sein soll.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Dämpfungselement, ein Elastomer enthaltend, für Zugmittel, wie Riemen oder Kette, eines Zugmitteltriebes in oder an einer Brennkraftmaschine, das erfindungsgemäß aus einem auf das Zugmittel wirkenden, druckbeaufschlagten Elastomerkissen besteht. Dieses Elastomerkissen soll in oder an einem brennkraftmaschinenfesten Bauteil angeordnet sei, welches direkt auf das Zugmittel wirken und in diesem Fall zusätzlich auch als Spannelement dienen kann. Hierbei kann das Elastomerkissen vorteilhafterweise wenigstens in demjenigen Bereich mit einer reibungsvermindernden Beschichtung versehen sein, der das Zugmittel berührt.
Das Elastomerkissen kann parallel zu einem federnd am Zugmittel anliegenden Spannschuh am Zugmittel anliegen und die Dämpfung übernehmen, während der Spannschuh nur die Funktion des Spannelements übernimmt. Das Elastomerkissen kann aber auch in einem schwenkbaren Spannschuh angeordnet sein und dort entweder nur als Dämpfelement oder aber sowohl als Dämpfungselement als auch als Spannelement dienen.
Das Elastomerkissen lässt sich als geometrisch einfache Form gestalten und den jeweiligen räumlichen Gegebenheiten anpassen und wird nur auf Druck beansprucht, sodass aufwendig herzustellende Elastomer-Metall-Verbindungen nicht erforderlich sind.
Wenn der Zugmitteltrieb als Riementrieb ausgebildet ist, der üblicherweise in trockener Umgebung arbeitet, kann das Elastomerkissen aus einem Elastomer bestehen, das nicht schmiermittelfest zu sein brauchte.
Handelt es sich bei dem Zugmitteltrieb um einen Kettentrieb zum Antrieb von Nockenwellen, der üblicherweise innerhalb des Motorgehäuses angeordnet ist und daher in öliger Umgebung arbeitet, muss das Elastomerkissen zumindest an seiner Oberfläche aus einem schmiermittelfesten Elastomer hergestellt sein, die auf dem Markt zu Verfügung stehen.
Das Elastomerkissen kann massiv aus einem Elastomer bestehen, so dass die Dämpfungswirkung allein durch das Elastomer erzielt wird.
Besonders vorteilhaft ist eine hohle Ausbildung des Elastomerkissens, das sich mit einem viskosen Fluid füllen lässt. Es ist aber auch möglich, das Elastomerkissen so herzustellen, dass es aus einer dichten Haut und einem offenporigen Kern besteht, so dass sich die Poren bei der Vervollständigung des Elastomerkissens mit dem viskosen Fluid füllen lassen.
Als Fluid zum Füllen des Elastomerkissens sind beispielsweise dilatante Fluide sehr gut geeignet, da deren Viskosität mit zunehmender Verformungsgeschwindigkeit zunimmt, so dass schnelle Schwingungen des Zugmittels stärker gedämpft werden als langsame Schwingungen, ohne dass besondere Ventilmechanismen erforderlich sind.
Ein weiteres gut geeignetes Fluid ist ein rheopexes Fluid, dessen Viskosität mit zunehmender Beanspruchungszeit zunimmt.
In Sonderfällen können auch thixotrope Fluide als Füllmittel geeignet sein, bei denen ein Abfall der Viskosität mit zunehmender Beanspruchungszeit auftritt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das Elastomerkissen in einem schwenkbaren Spannschuh mit einer als Wickelfeder ausgebildeten, um eine Schwenkachse des Spannschuhs angeordneten Spannfeder angeordnet ist, wovon sich ein Ende der Spannfeder am Elastomerkissen und das andere Ende der Spannfeder an einem brennkraftmaschinenfesten Bauteil abstützt. Hierbei ist die Spannfeder das Spannelement, das den Spannschuh gegen das Zugmittel drückt, während das Elastomerkissen als Dämpfungselement wirkt, wobei die Abstützkraft der nachstellenden Feder auf das Elastomerkissen geleitet wird und dieses bei dynamischem Kraftanstieg im Zugmittel gestaucht wird und dabei Energie dissipiert. Fällt die Kraft wieder auf die Federkraft ab, entspannt sich das Elastomerkissen in seine Ausgangslage.
Konstruktiv lässt sich die Spannfeder vorteilhafterweise in einem Ringraum um eine Nabe des Spannschuhs anordnen, während das Elastomerkissen in einer benachbarten Tasche angeordnet ist, wobei das eine Ende der Spannfeder in einem Spalt zwischen einer Wand der Tasche und dem Elastomerkissen eingreift. Wenn die Tasche zum Ringraum hin offen ausgebildet wird, kann das Elastomerkissen bereichsweise an der Spannfeder anliegen und dort eine zusätzliche Dämpfungskraft durch Reibung bewirken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Varianten schematisch dargestellt ist. Darin zeigt
1 einen Zugmitteltrieb mit einem Elastomerkissen als Dämpfungselement und einem Spannschuh als Spannelement, sowie
2 eine vergrößerte, perspektivische Darstellung eines Spannschuhs mit Spannfeder und einem Elastomerkissen als Dämpfungselement.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Zugmitteltriebs 1 mit einem um ein Antriebsrad 3, angetriebene Räder 4, 5 und einem Umlenkrad 6 herumgeführten Zugmittel 2, das als Riemen oder Kette ausgebildet sein kann. In 1 liegt ein federbeaufschlagter, um eine Schwenkachse schwenkbarer Spannschuh 9 am Zugmittel 2 an. Dieser Spannschuh 9 ist hier als reines Spannelement ohne Dämpfungswirkung dargestellt. Das am Zugmittel 2 anliegende Dämpfungselement besteht aus einem reibungsfesten Elastomerkissen 7, das an einem brennkraftmaschinenfesten Bauteil 8 befestigt ist und am Zugmittel 2 anliegt. Querschwingungen des Zugmittels 2 werden durch das Elastomerkissen 7 gedämpft. Derartige Elastomerkissen 7 lassen sich an jedem freien Trum des Zugmittels 2 anordnen, um dort Querschwingungen zu dämpfen, auch parallel zum Spannschuh 9.
Das Elastomerkissen 7 kann massiv aus einem Elastomer bestehen, so dass die Dämpfungswirkung durch die innere Dämpfung des Elastomermaterials bewirkt wird. Das Elastomerkissen 7 wird vorzugsweise ausschließlich auf Druck und nicht auf Scherung beansprucht.
Eine gewünschte Dämpfungswirkung, die von der inneren Dämpfung im Elastomer unabhängig ist, lässt sich erreichen, wenn das Elastomerkissen 7 hohl oder mit einem offenporigen Schaumkern ausgebildet und mit einem viskosen Fluid gefüllt ist.
Wenn als viskoses Fluid ein dilatantes Fluid gewählt wird, nimmt die Viskosität mit zunehmender Verformungsgeschwindigkeit des Elastomerkissens zu, so dass die Dämpfung umso stärker wird, je hochfrequenter die Schwingungen des Zugmittels sind.
Als viskoses Fluid lässt sich auch ein rheopexes Fluid verwenden, dessen Viskosität mit zunehmender Beanspruchungszeit zunimmt und bei Nachlassen der Beanspruchung auch wieder abnimmt.
Soll die Dämpfungswirkung mit zunehmender Beanspruchungszeit abnehmen, lassen sich thixotrope Fluide verwenden, deren Viskosität mit zunehmender Beanspruchungszeit abnimmt.
Während der in 1 dargestellte Spannschuh 9 nur als Spannelement wirkt, kann der Spannschuh 9 gemäß 2 sowohl als Spannelement als auch als Dämpfungselement wirken.
Der Spannschuh 9 ist um eine Nabe 10 schwenkbar an einem nicht dargestellten brennkraftmaschinenfesten Bauteil gelagert und liegt mit seinem Arm 19 am Zugmittel 2 an, wie dies in 1 dargestellt ist. Um die Nabe 10 herum ist ein Ringraum 11 gebildet, der zur Aufnahme einer als Wickelfeder ausgebildeten Spannfeder 12 dient. Ein erstes, abgebogenes Ende 13 der Spannfeder 12 ist in einem Spalt 17 angeordnet, der zwischen einer Wand 16 einer Tasche 15 für ein Elastomerkissen 18 und dem Elastomerkissen 18 selbst gebildet ist. Ein zweites Ende 14 der Spannfeder 12 stützt sich an einem brennkraftmaschinenfesten Bauteil in nicht dargestellter Weise ab.
Wenn der Arm 19 des Spannschuhs 9, wie in 1 dargestellt, vorgespannt durch die Spannfeder 12 am Zugmittel 2 anliegt, stützt sich das abgebogene Ende 13 der Spannfeder 12 am Elastomerkissen 18 ab und komprimiert dieses. Das Elastomerkissen 18 dämpft die Bewegung des Spannschuhs 9, wobei die Dämpfungswirkung durch die erwähnten unterschiedlichen Füllungsfluide des Elastomerkissens 18 einstellbar ist. Die durch das Elastomerkissen 18 über das Federende 13 ausgeübte Dämpfung wirkt im Wesentlichen in eine Richtung bei einer Bewegung des Spannschuhs 9, welche die Spannung der Spannfeder 12 verstärkt.
Eine zusätzliche, in beide Richtungen wirkende Dämpfung wird dadurch erzielt, dass die Tasche 15 zum Ringraum 11 hin offen ist, so dass das Elastomerkissen 18 an der Spannfeder 12 anliegt. Dabei wird die Kraft, mit der das Elastomerkissen 18 an der Spannfeder 12 anliegt, einerseits durch das Volumen des Elastomerkissens 18 in der Tasche 15 und andererseits durch die Kompression des Elastomerkissens 18 durch das Federende 13 bestimmt. Dadurch wird eine Reibungsdämpfung über die Spannfeder 12 in beiden Bewegungsrichtungen des Spannschuhs 9 erreicht, die mit größer werdender Kompression des Elastomerkissens 18 verstärkt wird.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Elastomerkissens 7, 18 lässt sich auf einfachste Weise eine Dämpfung der Schwingungen des Zugmittels 2 erreichen, wobei sich die Federkräfte reduzieren lasen und dennoch die Dämpfung des Zugmitteltriebes sichergestellt ist.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern erstreckt sich auf alle durch die Patentansprüche erfassten Ausführungsformen. So kann der Spannschuh 9 linear verschiebbar statt schwenkbar an einem brennkraftmaschinenfesten Bauteil angeordnet sein und/oder die Anpresskraft durch das Elastomerkissen allein oder in Verbindung mit einer Spannfeder bewirkt sein.

1: Zugmitteltrieb
2: Zugmittel
3: Antriebsrad
4: Angetriebenes Rad
5: Angetriebenes Rad
6: Umlenkrad
7: Elastomerkissen
8: Brennkraftmaschinenfestes Bauteil
9: Spannschuh
10: Nabe
11: Ringraum
12: Spannfeder
13: Erstes Federende
14: Zweites Federende
15: Tasche
16: Wand
17: Spalt
18: Elastomerkissen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0373056 B1 [0003]
- US 5033423 [0003]

Claims

Dämpfungselement, ein Elastomer enthaltend, für Zugmittel (2) wie Riemen oder Kette, eines Zugmitteltriebs (1) in oder an einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch ein auf das Zugmittel (2) wirkendes, druckbeaufschlagtes Elastomerkissen (7, 18).
Dämpfungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerkissen (7, 18) massiv aus einem Elastomer besteht.
Dämpfungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerkissen (7, 18) mit einem viskosen Fluid gefüllt ist.
Dämpfungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerkissen (7, 18) aus einer dichten Haut und einem offenporigen Schaumkern besteht und die Poren mit einem viskosen Fluid gefüllt sind.
Dämpfungselement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerkissen (7, 18) mit einem rheopexen Fluid gefüllt ist.
Dämpfungselement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerkissen (7, 18) mit einem dilatanten Fluid gefüllt ist.
Dämpfungselement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerkissen (7, 18) mit einem thixotropen Fluid gefüllt ist.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerkissen (7) zusätzlich als Spannelement ausgebildet ist.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerkissen (7) so in oder an einem brennkraftmaschinenfesten Bauteil (8) angeordnet ist, das es direkt auf das Zugmittel (2) wirkt.
Dämpfungselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerkissen (7) wenigstens in demjenigen Bereich mit einer reibungsvermindernden Beschichtung versehen ist, der das Zugmittel (2) berührt.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerkissen (18) in einem sich federnd an einem brennkraftmaschinenfesten Bauteil abstützenden, federnd am Zugmittel (2) anliegendem Spannschuh (9) angeordnet ist.
Dämpfungselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerkissen (18) in einem schwenkbaren Spannschuh (9) mit einer als Wickelfeder ausgebildeten, um eine Schwenkachse des Spannschuhs (9) angeordneten Spannfeder (12) angeordnet ist, wovon sich ein Federende (13) der Spannfeder (12) am Elastomerkissen (18) und das andere Federende (14) der Spannfeder (12) an einem brennkraftmaschinenfesten Bauteil abstützt.
Dämpfungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannfeder (12) in einem Ringraum (11) um eine Nabe (10) des Spannschuhs (9) angeordnet ist, dass das Elastomerkissen (18) in einer Tasche (15) des Spannschuhs (9) angeordnet ist, und dass das eine Federende (13) der Spannfeder (12) in einem Spalt (17) zwischen einer Wand (16) der Tasche (15) und dem Elastomerkissen (18) eingreift.
Dämpfungselement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche (15) zum Ringraum (11) hin offen ist und das Elastomerkissen (18) bereichsweise an der Spannfeder (12) anliegt.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerkissen aus einem schmiermittelfesten Elastomer hergestellt ist.