DE4426690C1 - Riemenscheibe für ein Riementriebsystem eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibe für ein Riementriebsy­ stem eines Kraftfahrzeugs mit einer Riemenscheibennabe, die auf eine Antriebswelle aufsetzbar ist, sowie mit einem Torsions­ schwingungsdämpfer zur Dämpfung von Riemenschwingungen des Rie­ mentriebsystems.

Bekannte Riementriebsysteme für Kraftfahrzeuge werden aufgrund der hohen spezifischen Auslastung von Kraftfahrzeugverbrennungs­ motoren, insbesondere durch den Einsatz von Zusatzaggregaten, relativ stark beansprucht. Ein Riementriebsystem, dessen Antrieb von einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors abgeleitet ist, dient neben dem Antrieb einer Lichtmaschine des Fahrzeugs auch für den Antrieb von Zusatzaggregaten, wie einer Wasserpumpe, ei­ ner Lenkhilfepumpe und einem Klimakompressor. Insbesondere bei Vierzylindermotoren weist die Kurbelwelle bei niederen Motor­ drehzahlen eine relativ große Drehungleichförmigkeit auf, die in Verbindung mit dem zusätzlichen Antrieb von weiteren Aggregaten wie Klimakompressor, Lenkhilfepumpe und Wasserpumpe eine relativ hohe Schwingungsbeanspruchung des Riementriebs verursacht. Die freien Trumlängen des Keilriemens des Riementriebsystemes werden daher zu relativ hohen Transversalschwingungen angeregt, die ei­ nen frühzeitigen Verschleiß des Keilriemens bewirken.

Um den Riemenverschleiß zu reduzieren und eine geringere Schwin­ gungsbeanspruchung zu erzielen, ist es bekannt (DE 89 12 387 U1), eine Riemenscheibe eines solchen Riementriebsystems mit ei­ nem Torsionsschwingungsdämpfer in Form eines elastischen Dämpfungselementes vorzusehen. Dabei weist die Riemenscheibe zwischen einem Riemenscheibenring und einer Riemenscheibennabe ein Lager für die Aufnahme radialer Auflagekräfte des Keilrie­ mens sowie das zur Torsionsschwingungsdämpfung vorgesehene, ne­ ben dem Lager angeordnete elastische Dämpfungselement auf. Die­ ses elastische Dämpfungselement verbindet den Riemenscheibenring und die Riemenscheibennabe zur Übertragung tangentialer An­ triebskräfte miteinander, wobei Riemenscheibenring und Riemen­ scheibennabe unter Scherbeanspruchung des Dämpfungselementes ge­ geneinander elastisch verdrehbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Riemenscheibe für ein Riemen­ triebsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels de­ rer eine verbesserte Riemenlaufruhe erzielt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Dämpfung der Riemen­ schwingungen zusätzlich zu dem Torsionsschwingungsdämpfer ein Freilauf vorgesehen ist. Der Freilauf beruhigt Drehschwingungen der Riemenscheibe dadurch, daß er ein Über-holen der Drehzahl der Antriebswelle gestattet, ohne daß dadurch eine nachteilige Beaufschlagung der Riemenscheibe erfolgt. Der Riemenscheibenlauf wird dadurch vergleichmäßigt, wodurch auch die Riemenschwingungen reduziert werden. Der Freilauf reduziert daher, wie auch der Torsionsschwingungsdämpfer, Torsions­ schwingungen der Riemenscheibe. Dabei wirkt der Freilauf entwe­ der parallel zu dem Torsionsschwingungsdämpfer oder - je nach Abstimmung der Dämpfungseigenschaften - auch alternativ zu die­ sem. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird eine Verbesserung der Riemenlaufruhe des Riementriebsystems erzielt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Torsionsschwingungs­ dämpfer als Dämpfungssystem in einem Arbeitsbereich für hohe Drehzahlen der Antriebswelle ausgebildet, und der Freilauf dämpft, wie oben beschrieben, Torsionsschwingungen der Riemenscheibe in einem Arbeitsbereich niedriger Drehzahlen, wobei jedes Dämpfungssystem sich in dem Ar­ beitsbereich des anderen Dämpfungssystems wie ein starres System verhält. Durch diese Ausgestaltung übernimmt alternativ entweder der Freilauf oder der Torsionsschwingungsdämpfer die Dämpfung der auftretenden Schwingungen, so daß über den gesamten Dreh­ zahlbereich der Antriebswelle und damit eines zugeordneten Ver­ brennungsmotors eine gleichmäßige Dämpfung der Riemenschwingun­ gen erzielbar ist. Dabei dient der Freilauf zur Dämpfung bei niedrigen Drehzahlen der Antriebswelle, der Torsionsschwingungs­ dämpfer hingegen zur Dämpfung bei hohen Drehzahlen der Antriebs­ welle. Unter der Antriebswelle ist insbesondere die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors zu verstehen.

Die Riemenscheibe umfaßt daher eine Funktionsumschaltung, in der der Freilauf und dem Torsionsschwingungsdämpfer jeweils ein un­ terschiedliches Schwingungsansprechverhalten aufweisen. Die Funktionstrennung erfolgt dabei sowohl drehzahl- als auch schwingwinkelabhängig. In dem Arbeitsbereich des Freilaufes ver­ hält sich der Torsionsschwingungsdämpfer wie ein starres System. Entsprechend umgekehrt verhält sich der Freilauf im Arbeitsbe­ reich des Torsionsschwingungsdämpfers ebenfalls entsprechend einem starren System.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Torsions­ schwingungsdämpfer ein zwischen der Riemenscheibennabe und einem Schwungring angeordnetes Elastomer auf, und der Freilauf ist axial versetzt zu dem Elastomer angeordnet. Dadurch wird die ra­ diale Bauhöhe der Riemenscheibe relativ gering gehalten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Freilauf radial versetzt zu dem Elastomer des Torsionsschwingungsdämpfers ange­ ordnet. Dadurch wird die axiale Baulänge der Riemenscheibe ge­ ring gehalten.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt die obere Hälfte einer symmetrischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Riemenscheibe, bei der radial innerhalb eines Tor­ sionsschwingungsdämpfers ein Freilauf vorgesehen ist,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer Riemenscheibe ähn­ lich Fig. 1, bei der der Freilauf axial versetzt zu dem Torsionsschwingungsdämpfer angeordnet ist,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Riemenscheibe, bei der der Freilauf radial außerhalb des Torsionsschwingungsdämpfers vorgesehen ist,

Fig. 4 ein Ersatzbild der Riemenscheibe nach Fig. 3 in dem Arbeitsbereich des Torsionsschwingungsdämpfers, in dem sich der Freilauf wie ein starres System verhält,

Fig. 5 ein weiteres Ersatzbild der Riemenscheibe nach Fig. 3 im Arbeitsbereich des Freilaufes, in dem sich der Torsionsschwingungsdämpfer wie ein starres System verhält und

Fig. 6 ein Funktionsschaubild der Riemenscheibe nach Fig. 3, in dem der Schwingwinkel über der Kurbelwellendreh­ zahl aufgetragen ist.

Eine Riemenscheibe nach Fig. 1 ist radial symmetrisch zu ihrer Mittel­ längsachse (1) aufgebaut und Teil eines Riementriebsystems für Hilfsaggregate eines Kraftfahrzeugs. Die Riemenscheibe weist ei­ ne Riemenscheibennabe (2) auf, die auf eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs aufsetzbar und drehfest mit dieser verbindbar ist. Im Bereich ihres Außenumfangs weist die Riemenscheibe ein Riemenrad (5) auf, das für die Aufnahme eines Keilrippenriemens des Riementriebsystems ausgebildet ist. Das Riemenrad (5) ist auf der Sekundärseite eines Freilaufes (6) angeordnet, der auf der Riemenscheibennabe (2) sitzt. Die Rie­ menscheibennabe (2) stellt daher relativ zum Riemenrad (5) und auf den Freilauf (6) bezogen die Primärseite dar. Der Freilauf (6) ist beim Ausführungsbeispiel als Rollenfreilauf ausgebildet. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung werden je nach den gewünschten Anforderungen andere Freilaufsysteme eingesetzt. Die Riemenscheibennabe (2) weist einen axial neben dem Freilauf (6) radial abragenden Ringflansch auf, der einen Auflagering für ein Elastomer (3) bildet. Der Auflagering und das ringbandförmige Elastomer (3) sind radial oberhalb des Freilaufes (6) angeordnet und überlappen in axialer Richtung sowohl das Riemenrad (5) als auch den Freilauf (6). Das sekundärseitige Riemenrad (5) und das auf dem Auflagering angeordnete Elastomer (3) überlappen sich daher axial. Durch die axiale Ineinander­ schachtelung der verschiedenen Elemente der Riemenscheibe wird in axialer Richtung eine relativ geringe Baulänge der Riemen­ scheibe erzielt. Sekundärseitig zu dem als Primärseite für das Elastomer (3) dienenden Auflagering ist ein Schwungring (4) vor­ gesehen, so daß das Elastomer (3) radial zwischen dem Auflage­ ring und dem Schwungring (4) eingebettet ist. Als Elastomer (3) ist ein Kautschuk vorgesehen, der sowohl an den Auflagering als auch an den Schwungring (4) anvulkanisiert oder zwischen beiden montiert (eingeschossen) ist. Dadurch wird für die Riemenscheibe ein Torsionsschwingungsdämpfer gebildet, der aus der primärseitigen Riemenscheibennabe (2), dem Elastomer (3) und dem sekundärseitigen Schwungring (4) besteht.

Sowohl der Freilauf (6) als auch der Torsionsschwingungsdämpfer (2, 3, 4) dienen zur Dämpfung von Torsionsschwingungen und damit zur Dämpfung von Transversalschwingungen des Keilrippenriemens des Riementriebsystems. Je nachdem, wie das Ansprechverhalten des Freilaufes (6) und des Torsionsschwingungsdämpfers (2, 3, 4) definiert sind, überlagern sich entweder die Arbeitsbereiche des Freilaufes (6) und des Torsionsschwingungsdämpfers, oder sie wirken alternativ in aufeinanderfolgenden Arbeitsbereichen. Die zweite Lösung ist anhand der Fig. 2 bis 6 nachfolgend ausführ­ lich dargestellt.

Die Riemenscheibe nach Fig. 2 ist ebenfalls radial symmetrisch zu ihrer Mittellängsachse (1) ausgebildet und auf einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors befestigbar. Sie weist eine Riemenscheiben­ nabe (2a) auf, die mit einem primärseitigen Auflagering sowohl für den Torsionsschwingungsdämpfer als auch für einen Freilauf (6a) versehen ist. Der Freilauf (6a) und das Elastomer (3a) ein­ schließlich des mit dem Elastomer (3a) verbundenen Schwungringes (4a) sind daher axial nebeneinander angeordnet. Der Torsions­ schwingungsdämpfer ist dabei - auf den Austritt der Kurbelwelle aus dem Verbrennungsmotor bezogen - axial vor dem Freilauf (6a) angeordnet. Sekundärseitig ist auf dem Freilauf (6a) ein Riemen­ rad (5a) zur Führung eines Keilrippenriemens vorgesehen. Dieses Riemenrad (5a) ist axial hinter dem Schwungring (4a) angeordnet. Dadurch, daß der Freilauf (6a) und der Torsionsschwingungs­ dämpfer (2a, 3a, 4a) axial nebeneinander angeordnet sind, ergibt sich eine vergleichsweise geringe radiale Bauhöhe, auch wenn die axiale Länge der Riemenscheibe relativ zu der Ausführungsform nach Fig. 1 vergrößert ist.

Bei der Riemenscheibe nach Fig. 3 ist eine Riemenscheibennabe (2b) vorgesehen, die auf einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmo­ tors befestigbar ist. Bei dieser Riemenscheibe ragt die Riemen­ scheibennabe (2b) jedoch - auf die Zeichenebene bezogen - nach links ab, so daß sich auch der Austritt der Kurbelwelle aus dem Verbrennungsmotor im Gegensatz zu den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 auf der linken Seite befindet. Die Riemenscheiben­ nabe (2b) weist einen Auflagering auf, auf dem das Elastomer (3b) angebracht ist. Radial oberhalb des Elastomeres (3b) ist ein Schwungring (4b) vorgesehen. Radial oberhalb des Schwungrin­ ges (4b) ist ein Freilauf (6b) und radial oberhalb des Freilau­ fes (6b) schließlich ein Riemenrad (5b) angeordnet. Die ver­ schiedenen Elemente der Riemenscheibe sind daher schichtartig übereinandergeordnet. Der Auflagering der Riemenscheibennabe (2b), d. h. die Riemenscheibennabe (2b) selbst, bildet die Pri­ märseite für den Torsionsschwingungsdämpfer, der Schwungring (4b) bildet die Sekundärseite des durch das Elastomer (3b) defi­ nierten Torsionsschwingungsdämpfers. Der Schwungring (4b) bildet gleichzeitig jedoch die Primärseite des Freilaufes (6b), das Riemenrad (5b) hingegen bildet die Sekundärseite des Freilaufes (6b). Das Ansprechverhalten des Elastomers (3b) und des Freilau­ fes (6b) sind so aufeinander abgestimmt, daß das Elastomer (3b) sich im Arbeitsbereich des Freilaufes (6b) (bei kleinen Drehzahlen) und umgekehrt der Freilauf (6b) sich im Arbeitsbereich des Elastomers (3b) (bei größeren Drehzahlen) und da­ mit des Torsionsschwingungsdämpfers jeweils starr verhält. Dies ist durch das Schaubild nach Fig. 6 verdeutlicht. Dabei wird das den Freilauf (6b) umfassende Dämpfungssystem mit dem Be­ zugszeichen (8) und das durch den Torsionsschwingungsdämpfer ge­ bildete Dämpfungssystem mit dem Bezugszeichen (7) versehen (Fig. 4 und 5 ). Da insbesondere bei vierzylindrigen Verbrennungsmoto­ ren die Kurbelwelle in unteren Drehzahlbereichen des Verbren­ nungsmotors relativ ungleichmäßig läuft, muß das Dämpfungssystem (8) relativ große Schwingwinkel (α) aufnehmen können. Beim in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Dämp­ fungssystem (8) in einem Arbeitsbereich (I) für untere Kurbel­ wellendrehzahlen zwischen 600 und 2000 bis 2500 Umdrehungen pro Minute wirksam. Das Dämpfungssystem (7) hingegen wird erst in einem Arbeitsbereich (II), der sich an den Arbeitsbereich (I) anschließt, ab Drehzahlen von etwa 2000 bis 2500 Umdrehungen pro Minute bis hin zu den maximalen Kurbelwellendrehzahlen wirksam. Die Schwingwinkel (α) sind in diesem Bereich wesentlich geringer und betragen maximal noch etwa 0,5°. Im Arbeitsbereich (II) wirkt der Freilauf wie ein starres System, was in Fig. 4 symboli­ siert ist. Die Schwungmasse für das Elastomer (3b) des Torsions­ schwingungsdämpfers bilden daher neben dem Schwungring (4b) zu­ sätzlich der Freilauf (6b) und das Riemenrad (5b). Im Arbeitsbe­ reich (I) hingegen verhält sich das Elastomer (3b) derart steif, daß es wie ein starres System wirkt, so daß die Primärseite des Freilaufes (6b) im Arbeitsbereich (I) neben dem Auflagering der Riemenscheibennabe (2b) zusätzlich das Elastomer (3b) und der Schwungring (4b) bilden.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird daher mit einfachen Mit­ teln ein gleichmäßiger und ruhiger Riemenlauf des Riementriebsy­ stems über den gesamten Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors und damit der Kurbelwelle erzielt.

Claims (4)

1. Riemenscheibe für ein Riementriebsystem eines Kraftfahrzeugs mit einer Riemenscheibennabe, die auf eine Antriebswelle auf­ setzbar ist, sowie mit einem Torsionsschwingungsdämpfer zur Dämpfung von Riemenschwingungen des Riementriebsystems, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung der Riemenschwingungen zusätzlich zu dem Tor­ sionsschwingungsdämpfer (3, 3a, 3b) ein Freilauf (6, 6a, 6b) vor­ gesehen ist.

2. Riemenscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsschwingungsdämpfer (3, 3a, 3b) als Dämpfungssy­ stem (7) in einem Arbeitsbereich (II) für hohe Drehzahlen der Antriebswelle ausgebildet ist, und als Dämpfungssystem (8) in einem Arbeitsbereich (I) niedriger Drehzahlen der Freilauf (6b) vorgesehen ist, wobei jedes Dämpfungssystem (7, 8) sich in dem Arbeitsbereich (I, II) des anderen Dämpfungssystems (7, 8) wie ein starres System verhält.

3. Riemenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsschwingungsdämpfer ein zwischen der Riemenschei­ bennabe (2a) und einem Schwungring (4a) angeordnetes Elastomer (3a) aufweist und der Freilauf (6a) axial versetzt zu dem Ela­ stomer (3a) angeordnet ist.

4. Riemenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (6, 6b) radial versetzt zu dem Elastomer (3, 3b) des Torsionsschwingungsdämpfers angeordnet ist.