DE102009034956A1

DE102009034956A1 - Triebrad eines Nebenaggregatezugs eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102009034956A1
Application number: DE200910034956
Authority: DE
Inventors: Uwe Michael
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Triebrad (1) eines Nebenaggregatezugs eines Verbrennungsmotors, mit einem mit einem Zugmittel in Wirkverbindung stehenden Laufmantel (2), mit einer mit der Antriebsachse eines Nebenaggregats drehfest verbundenen Nabe (3) und mit einer zwischen dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) wirksam angeordneten Dämpfungseinrichtung (4) zur Verminderung von Drehschwingungen, wobei die Dämpfungseinrichtung (4) einen Federspeicher (5) umfasst, der zwischen dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) wirksam angeordnet ist, wobei der Federspeicher (5) mindestens ein als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement (6) aufweist, das in einem Raum (7) zwischen dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) angeordnet ist. Um in kostengünstiger Weise große Verdrehwinkel zwischen dem Laufmantel und der Nabe zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, dass die mindestens eine Schraubenfeder (6) in dem Raum (7) wendelförmig verlaufend angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Triebrad eines Nebenaggregatezugs eines Verbrennungsmotors, mit einem mit einem Zugmittel in Wirkverbindung stehenden Laufmantel, mit einer mit der Antriebsachse eines Nebenaggregats drehfest verbundenen Nabe und mit einer zwischen dem Laufmantel und der Nabe wirksam angeordneten Dämpfungseinrichtung zur Verminderung von Drehschwingungen, wobei die Dämpfungseinrichtung einen Federspeicher umfasst, der zwischen dem Laufmantel und der Nabe wirksam angeordnet ist, wobei der Federspeicher mindestens ein als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement aufweist, das in einem Raum zwischen dem Laufmantel und der Nabe angeordnet ist.
Hintergrund der Erfindung
Zur Vermeidung unerwünschter Drehschwingungen innerhalb eines Nebenaggregatezugs eines Verbrennungsmotors sind Triebräder der genannten Art bekannt. Ein derartiges Triebrad ist beispielsweise in der DE 10 2005 029 351 A1 offenbart. Dieses Dokument offenbart ein scheibenförmiges Bauteil für einen Riementrieb, insbesondere zum Antrieb eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine, das auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine befestigbar ist. Dabei enthält das scheibenförmige Bauteil eine Torsions-Dämpfungseinrichtung, die zwischen einem an der Kurbelwelle befestigbaren Eingangsteil und einem relativ dazu verdrehbaren Ausgangsteil vorgesehen ist, wobei Eingangs- und Ausgangsteil über eine Lagerung zueinander verdrehbar sind.
Eine derartige Lösung gemäß dem Stand der Technik ist auch in den 1 und 2 dargestellt, wobei in 1 der Radialschnitt durch ein Triebrad – ausgeführt als Torsionsfedervorrichtung – dargestellt ist (Schnitt A-A gemäß 2); in 2 ist der zugehörige Schnitt B-B gemäß 1 zu sehen.
In den 1 und 2 ist das Triebrad 1 zu sehen, das ein erstes Bauteil in Form eines Laufmantels 2 aufweist, das relativ zu einem zweiten Bauteil in Form einer Nabe 3 drehbar ist. Zwischen den Teilen 2, 3 ist eine Dämpfungseinrichtung 4 wirksam angeordnet. Die relative Drehung der beiden Teile 2, 3 zueinander wird durch einen Federspeicher 5 der Dämpfungseinrichtung 4 bewerkstelligt, deren Kernkomponente drei Bogen-Druckfedern 6 sind, die in einem Raum zwischen der Nabe 3 und dem Laufmantel 2 angeordnet sind und die jeweils in Feder-Aufnahmen angeordnet sind, die in den Laufmantel 2 und in die Nabe 3 eingearbeitet sind und zusammen ein ausgespartes Volumen bilden, das dem Hüllvolumen der Bogen-Druckfeder 6 entspricht.
Die als Bogenfedern ausgebildeten Federelemente 6 sind dabei als Druckfedern ausgeführt, was eine Führung der Federn 6 in den genannten Federkanälen erforderlich macht, um die Federn bei Druckbeaufschlagung am Ausknicken zu hindern. Mit zunehmender Federlänge steigt dabei die Reibarbeit an, was die maximal technisch beherrschbare Länge der Federn begrenzt.
Dadurch wird es bei großen erforderlichen Verdrehwinkeln erforderlich, eine Reihenschaltung mehrerer Federpakete innerhalb eines Federelements einzusetzen. Dadurch steigt in nachteiliger Weise die Teileanzahl an, was wiederum zu steigenden Kosten führt. Ferner ist es dabei nachteilig, dass die Zuverlässigkeit der Federanordnung sinkt. Außerdem ist es damit nicht bzw. nur schwer möglich, eine hohe Leistungsdichte der Federanordnung aufrecht zu erhalten.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Triebrad der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Nachteile verhindert werden. Demgemäß soll es möglich werden, mit nur einem Federpaket, d. h. ohne Reihenschaltung von Federn, größere Verdrehwinkel zwischen Nabe und Laufmantel zu bewerkstelligen, als dies mit der vorbekannten Lösung der Fall ist. Hierdurch soll eine hohe Leistungsdichte der Dämpfungseinrichtung erzielt werden. Ferner soll die Anordnung sehr zuverlässig arbeiten und kostengünstig herstellbar sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schraubenfeder in dem Raum zwischen Laufmantel und Nabe wendelförmig verlaufend angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Schraubenfeder endseitig so mit dem Laufmantel und der Nabe direkt oder indirekt verbunden und so in dem Raum angeordnet, dass sie bei einer Relativdrehung zwischen Laufmantel und Nabe einer Zugbeanspruchung unterzogen wird.
Bevorzugt sind dabei mehrere Schraubenfedern um den Umfang des Raums parallel zueinander wendelförmig verlaufend angeordnet. Die Schraubenfedern können dabei so eng in dem Raum angeordnet sein, dass sie mit ihrem Außenumfang aneinandergrenzend im Raum angeordnet sind. Es ist sogar möglich, dass die Schraubenfedern so im Raum angeordnet sind, dass ihre Federwindungen zumindest teilweise ineinander eingreifen. Dadurch kann eine noch engere Packung der Schraubenfedern erreicht werden.
In dem Raum kann mindestens ein Stützring die Nabe umfassend angeordnet sein, der einen Teil der mindestens einen Schraubenfeder radial abstützt. Der mindestens eine Stützring stützt dabei vorzugsweise den radial innenliegenden Bereich der radial innenliegenden Windungen der mindestens einen Schraubenfeder radial ab. Alternativ kann auch vorgesehen werden, dass der mindestens eine Stützring den radial innenliegenden Bereich der radial außenliegenden Windungen der mindestens einen Schraubenfeder radial abstützt.
Demgemäß kann der Stützring einmal am Innenradius der Bogenfedern (Schraubenfedern) anliegen oder alternativ im „Eingriff” in den Federwindungen liegen und so auf die Innenseite der Windungen am Außenradius des Federbogens wirken. Die zuletzt genannte Variante spart Bauraum in radialer Richtung, erhöht jedoch die Federlänge bei gleicher Elastizität (Arbeitsspeichervermögen) des Federpakets. Durch die teilweise Nutzung des Raums innerhalb der Federwicklungen kann allerdings bei der zweiten genannten Ausführungsform dennoch eine höhere Leistungsdichtung erreicht werden.
Für beide Varianten ergibt sich prinzipiell die Möglichkeit, die Packungsdichte zu erhöhen, indem die Federn so angeordnet werden, dass sich die Windungen benachbarter Federn gegenseitig durchdringen bzw. überschneiden.
Zur Verringerung der Flächenpressung an den Abstützstellen kann der Stützring an die Form der abzustützenden Federwindungen angepasst sein. Demgemäß ist dann also vorgesehen, dass der mindestens eine Stützring in seinem die mindestens eine Schraubenfeder kontaktierenden Bereich der Kontur der Schraubenfeder angepasst ist.
Es muss dabei nicht unbedingt jede Federwindung abgestützt sein. Gegebenenfalls ist es ausreichend, wenn jede zweite, dritte, etc. Federwindung vom Stützring abgestützt wird.
Vorzugsweise sind mehrere Stützringe in axiale Richtung der Nabe aufeinander folgend vorhanden. Die Stützringe sind dabei bevorzugt axial äquidistant in axiale Richtung der Nabe angeordnet.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Laufmantel und der Nabe eine Rutschkupplung wirksam angeordnet ist. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Rutschkupplung ein eine Reibfläche umfassendes Flanschelement aufweist, wobei die mindestens eine Schraubenfeder an dem Flanschelement direkt oder indirekt angreift.
Die Erfindung schlägt also vor, die Federelemente, die als Schraubenfedern ausgebildet sind, so anzuordnen, dass sie wendelförmig um die Nabe herum verlaufen, wobei bei einer relativen Verdrehung zwischen Nabe und Laufmantel die Schraubenfedern einer Zugbelastung unterworfen sind, nicht – wie im Stand der Technik – einer Druckbelastung. Demgemäß wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Schraubenfedern nicht ausknicken können.
Die Anordnung der Schraubenfedern ist also nicht – wie im Stand der Technik – tangential zur Nabe bzw. zum Laufmantel, sondern die Federn verlaufen unter einem Winkel zur Achse in wendelförmiger bzw. spiralförmiger Weise. Demgemäß erzeugen die Federn bei der Beaufschlagung neben einer Umfangskraft auch eine Axialkraft.
Diese axiale Kraftkomponente der Federkraft kann für eine Rutschkupplung genutzt werden, die in einer Verdrehrichtung eine Momentenübertragung zulässt, so dass die Funktionalität eines Freilaufs entsteht.
Durch die spiral- bzw. wendelförmige Anordnung der Schraubenfedern (Bogenfedern) wird es möglich, diese weitgehend reibungsfrei an mehreren Stellen über Stützringe abzustützen, so dass die Federn ihre Bogenform auch bei Längung beibehalten. Die symmetrische Anordnung der Federn bedingt einen Ausgleich der Federkräfte auf jeden Stützring.
In jeder Ebene und damit auf jedem Stützring ist die längungsbedingte Verdrehung um die Achse der Baugruppe aller Federn gleich, so dass es zu keiner (nennenswerten) Relativbewegung der gestützten Federwindungen untereinander und damit auch zu den frei mitdrehenden Stützringen kommt.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 den Radialschnitt durch ein Triebrad eines Nebenaggregatezugs eines Verbrennungsmotors gemäß dem Schnitt A-A nach 2 gemäß dem Stand der Technik,
2 den Schnitt B-B nach 1 durch das Triebrad,
3 schematisch den Schnitt C-C nach 4 durch ein Triebrad nach einer Ausführungsform der Erfindung, wobei nur der Bereich zwischen der Nabe und dem Laufmantel des Triebrads dargestellt ist,
4 den Radialschnitt D-D nach 3 durch das Triebrad,
5 schematisch den Schnitt E-E nach 6 durch ein Triebrad nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei wieder nur der Bereich zwischen der Nabe und dem Laufmantel des Triebrads dargestellt ist,
6 den Radialschnitt F-F nach 5 durch das Triebrad,
7 die Nabe samt einer Rutschkupplung in deren axialem Endbereich in der Ansicht H nach 8 und
8 den Schnitt G-G nach 7 durch die Nabe samt Rutschkupplung ohne Darstellung weiterer Komponenten, insbesondere ohne Federelemente.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 und 2 ist das Triebrad 1 eines Nebenaggregatezugs eines Verbrennungsmotors gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wie es oben bereits beschrieben wurde. Der Laufmantel 2 (Riemenscheibe, Pulley) weist eine Profilierung auf, die für das Zusammenwirken mit einem (nicht dargestellten) Keilriemen ausgebildet ist. Die Nabe 3 des Triebrads 1 ist drehfest mit einem schwingungsmäßig zu entkoppelnden Nebenaggregat des Verbrennungsmotors verbunden.
Das Triebrad 1 dämpft Torsionsschwingungen zwischen dem Laufmantel 2 und der Nabe 3. Hierfür ist eine Dämpfungseinrichtung 4 vorgesehen, deren zentraler Teil ein Federspeicher 5 ist. Zwischen der radial innenliegend angeordneten Nabe 3 und dem radial außen angeordnetem Laufmantel 2 ist ein Raum 7 ausgebildet, in dem Federelemente 6 in Form von Schraubenfedern angeordnet sind.
Eine erste Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den 3 und 4, die korrespondierende Ansichten des Bereichs zwischen Laufmantel 2 (nicht dargestellt) und Nabe 3 (nur schematisch dargestellt) zeigt. Die hier nur schematisch angedeuteten Schraubenfedern 6 im Raum 7 zwischen Laufmantel 2 und Nabe 3 verlaufen nicht in Umfangrichtung ringförmig um die Nabe 3, wie im Stand der Technik, sondern wendelförmig. Die radial innenliegenden Bereiche der einzelnen Windungen der Schraubenfeder werden von einem Stützring 8 gestützt, der mit Spiel die Nabe 3 umfasst.
Eine ähnliche Ausgestaltung zeigt 5 und 6 für eine etwas andere Ausgestaltung der Erfindung. Ein Unterschied zu der Lösung gemäß 3 und 4 besteht zunächst darin, dass die Schraubenfedern 6 in Umfangsrichtung so eng gepackt sind, dass die einzelnen Windungen der Schraubenfedern 6 ineinander eingreifen bzw. eintauchen. Ein weiterer Unterschied zwischen der Lösung nach 5 und 6 zu derjenigen nach 3 und 4 besteht darin, dass mehrere Stützringe 8 in axiale Richtung der Nabe 3 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Schließlich besteht ein weiterer Unterschied zur vorbeschriebenen Lösung darin, dass die Stützringe 8 die Windungen der Schraubenfedern 6 nicht am radial inneren Bereich der Schraubenfedern 6 abstützen, sondern dass die Stützringe 8 in die Windungen der Schraubenfedern 6 „eintreten” und den radial inneren Bereich der außenliegenden Bereiche der Windungen der Schraubenfedern 6 abstützen.
In den 7 und 8 ist schließlich eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung zu sehen. Hier ist am axialen Ende der Nabe 3 eine Rutschkupplung 9 angeordnet. An der Nabe 3 selber ist ein Flanschelement 12 drehfest angeordnet. Ein weiteres Flanschelement 11 ist drehfest mit dem (nicht dargestellten) Laufmantel des Triebrades drehfest verbunden. Zwischen den beiden Flanschelementen 11, 12 ist eine Reiffläche 10 platziert, die dann, wenn die beiden Flanschelemente 11, 12 axial aneinander gedrückt werden, ein Reibmoment zwischen den Flanschelementen 11, 12 und somit auch zwischen dem Laufmantel 2 und der Nabe 3 erzeugt. Die axiale Andruckkraft der beiden Flanschelemente 11, 12 wird durch die (nicht dargestellten) Schraubenfedern 6 erzeugt, deren Kraftrichtung durch die am Flanschelemente 11 angreifenden Pfeile symbolisiert wird. Durch die Nutzung der Axialkraftkomponente der Schraubenfedern 6 kann also ein Freilaufeffekt an der Rutschkupplung 9 erzeugt werden.
Bezugszeichenliste

1: Triebrad
2: Laufmantel
3: Nabe
4: Dämpfungseinrichtung
5: Federspeicher
6: Federelement (Schraubenfeder)
7: Raum
8: Stützring
9: Rutschkupplung
10: Reibfläche
11: Flanschelement
12: Flanschelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005029351 A1 [0002]

Claims

Triebrad (1) eines Nebenaggregatezugs eines Verbrennungsmotors, mit einem mit einem Zugmittel in Wirkverbindung stehenden Laufmantel (2), mit einer mit der Antriebsachse eines Nebenaggregats drehfest verbundenen Nabe (3) und mit einer zwischen dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) wirksam angeordneten Dämpfungseinrichtung (4) zur Verminderung von Drehschwingungen, wobei die Dämpfungseinrichtung (4) einen Federspeicher (5) umfasst, der zwischen dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) wirksam angeordnet ist, wobei der Federspeicher (5) mindestens ein als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement (6) aufweist, das in einem Raum (7) zwischen dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schraubenfeder (6) in dem Raum (7) wendelförmig verlaufend angeordnet ist.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (6) endseitig so mit dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) direkt oder indirekt verbunden und so in dem Raum (7) angeordnet ist, dass sie bei einer Relativdrehung zwischen Laufmantel (2) und Nabe (3) einer Zugbeanspruchung unterzogen wird.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schraubenfedern (6) um den Umfang des Raums (7) parallel zueinander wendelförmig verlaufend angeordnet sind.
Triebrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfedern (6) mit ihrem Außenumfang aneinandergrenzend im Raum (7) angeordnet sind.
Triebrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfedern (6) so im Raum (7) angeordnet sind, dass ihre Federwindungen zumindest teilweise ineinander eingreifen.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Raum (7) mindestens ein Stützring (8) die Nabe (3) umfassend angeordnet ist, der einen Teil der mindestens einen Schraubenfeder (6) radial abstützt.
Triebrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stützring (8) den radial innenliegenden Bereich der radial innenliegenden Windungen der mindestens einen Schraubenfeder (6) radial abstützt.
Triebrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stützring (8) den radial innenliegenden Bereich der radial außenliegenden Windungen der mindestens einen Schraubenfeder (6) radial abstützt.
Triebrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stützringe (8) in axiale Richtung der Nabe (3) aufeinander folgend vorhanden sind.
Triebrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützringe (8) axial äquidistant in axiale Richtung der Nabe (3) angeordnet sind.
Triebrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stützring (8) in seinem die mindestens eine Schraubenfeder (6) kontaktierenden Bereich der Kontur der Schraubenfeder (6) angepasst ist.
Triebrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Laufmantel (2) und der Nabe (3) eine Rutschkupplung (9) wirksam angeordnet ist.
Triebrad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung (9) ein eine Reibfläche (10) umfassendes Flanschelement (11) aufweist, wobei die mindestens eine Schraubenfeder (6) an dem Flanschelement (11) direkt oder indirekt angreift.