DE4435201A1 - Riemenscheiben-Abkopplung für Kolbenmotoren - Google Patents
Riemenscheiben-Abkopplung für KolbenmotorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Riemenscheiben-Abkopplung für
Kolbenmotoren gemäß Patentanmeldung P 43 22 710, mit einer auf
der Kurbelwelle des Motors drehfest montierten Nabe, einer
relativ zu dieser verdrehbaren Riemenscheibe mit einer Riemen
spur, sowie Endanschlägen zur Begrenzung der Relativbewegung
zwischen der Nabe und der Riemenscheibe.
Bei Verbrennungskraftmaschinen, wie Benzin- oder Diesel
motoren, voll führt die Kurbelwelle während des Betriebes gas
kraftinduzierte Drehschwingungen unterschiedlicher Frequenz,
die auf die angetriebenen Aggregate wie Getriebe, Einspritz
pumpe, Ölpumpe, Lüfter, Nockenwelle, Lichtmaschine, Wasser
pumpe, Servopumpe, Klimakompressor, mechanische Aufladesysteme
usw. übertragen werden. Diese Drehschwingungen können bei
spielsweise im Getriebe Zahnradgeräusche verursachen, die bei
heutigen Kraftfahrzeugen mit besonders guter Geräuschdämpfung,
insbesondere solchen der Komfortklasse, als besonders störend
empfunden werden.
Zur Verringerung solcher Getriebegeräusche werden z. B. so
genannte Zweimassenschwungräder verwendet, während für den
Abbau der massenkraftinduzierten Drehschwingungen höherer
Frequenzen Ein- und Zweimassenschwingungsdämpfer Verwendung
finden. Der Einsatz der vorstehend erwähnten Zweimassen
schwungräder, welche die niederfrequent abgestimmte Ent
kopplung von zwei Schwungrädern ermöglicht, läßt allerdings
die Amplituden der die Ungleichförmigkeit erzeugenden gas
kraftinduzierten niederfrequenten Drehschwingungen erheblich
ansteigen.
Insbesondere beim Starten bzw. Abstellen von Kolbenmotoren
erreichen diese Schwingungen Amplitudenwerte bis ca. +/- 15°
und führen zu erheblichen Problemen bei der Übertragung der
erforderlichen Leistungen auf die genannten Aggregate. Dies
gilt insbesondere für Motoren mit Mehrventiltechnik, sowie
Direkteinspritzung mit und ohne zusätzliche Aufladung, vor
allem im Dieselbereich mit den bekannt hohen Verbrennungs
drücken.
Da die Kraftübertragung von der Kurbelwelle auf die ange
triebenen Aggregate üblicherweise über Keil-/Keilrippenriemen
oder Zahnriemen erfolgt, werden diese relativ hohen nieder
frequenten Drehschwingungen häufig mit schädlicher Wirkung auf
diese Aggregate übertragen. Dabei kann der für die Kraftüber
tragung verwendete Riemen ebenfalls in kritische Schwingungen
versetzt werden. Da diese Schwingungen ein Über- bzw. Absprin
gen der Riemen zur Folge haben könnten, ist es notwendig,
diese besonders straff zu spannen bzw. automatisch nach
spannende Elemente zu verwenden, um Folgeschäden zu vermeiden.
Jedoch bestehen derzeit erhebliche Probleme bei der Verwendung
von Riemenspannsystemen, die ohne zusätzliche hydraulische
Dämpfung betrieben werden.
Eine geeignete Möglichkeit zur Reduzierung dieser niederfre
quenten Drehschwingungen besteht darin, die Riemenscheibe von
der Kurbelwelle abzukoppeln. Hierzu ist es bekannt geworden,
die Riemenscheibe so mit der Nabe zu verbinden, daß zwischen
der Riemenscheibe und der Nabe eine Relativdrehbewegung er
möglicht wird. Hierbei ist es jedoch unumgänglich, die Rela
tivdrehbewegung zu bedämpfen und außerdem Endanschläge zur
Begrenzung der möglichen Relativbewegung vorzusehen, um Schä
den an den Übertragungselementen zu vermeiden.
Derartig aus geführte Lösungen weisen jedoch den entscheidenden
Nachteil auf, daß sie infolge der Verwendung von Stahlfedern
keine ausreichende Dämpfung realisieren können, sondern le
diglich eine abkoppelnde Wirkung bei niedriger Frequenz bie
ten, aber hohe Amplituden zwischen der Nabe und der Riemen
scheibe beim Anlassen und Abstellen des Motors nicht verhin
dern können, was zu einem problematischen Flattern des an
treibenden Riemens führen kann.
Aus der DE 41 08 480 C2 ist nun eine elastische Kupplung mit
zusammengefaßter Lagerung und Drehbegrenzung bekannt geworden,
bei der ein Nabenring und ein diesen teilweise umschließender
Schwungring vorgesehen sind, die um eine gemeinsame Achse
relativ zueinander verdrehbar angeordnet sind. Zwischen dem
Naben- und dem Schwungring befindet sich ein ringförmig an
geordneter Federkörper aus einem elastomeren Material, wobei
die Drehbewegung durch Anschlagflächen, die durch Flansche in
Verbindung mit zugehörigen Ausnehmungen gebildet werden, be
grenzt wird. Die Drehmomentübertragung erfolgt hier durch den
Federkörper und durch Reibflächen und/oder die Anschläge,
wobei für die Dämpfung der Relativdrehbewegungen zwischen dem
Nabenring und dem Schwungring angeordnete Gleitflächen ver
wendet werden. Diese Gleitflächen dienen gleichzeitig zur
Übertragung von Radialkräften.
Mit einer solchen Anordnung können höherfrequente Schwingungen
und niederfrequente Schwingungen geringer Amplitude gut ge
dämpft werden, wobei allerdings niederfrequente Schwingungen
mit hoher Amplitude nahezu nicht gedämpft werden, da der
Federkörper ein relativ hartes Ansprechverhalten zeigt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine kom
pakte Riemenscheiben-Abkopplung für Kolbenmotoren zu schaffen,
die mit einfachen Mitteln eine wirksame Reduzierung der
niederfrequenten Schwingungen hoher Amplitude, der sogenannten
Ungleichförmigkeiten, auf dem Antriebsriemen erlaubt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß feder
bildende viskoelastische Segmente und Rippen aus einem nicht
nachgiebigem Material einander abwechselnd und abstandsweise
kammartig ineinandergreifend auf einer Kreisbahn zwischen der
Riemenscheibe und der Nabe angeordnet sind, und daß die Seg
mente und die Rippen jeweils einseitig entweder mit der
Riemenscheibe oder der Nabe verbunden sind.
Durch diese Lösung wird eine weitgehende Abkopplung der
Riemenscheibe von der Nabe erreicht, so daß gaskraftinduzierte
Schwingungen niedriger Frequenz und hoher Amplitude nicht,
oder nur in geringem Maße auf die Riemenscheibe übertragen
werden. Die Drehmomentübertragung erfolgt durch die visko
elastischen Segmente, vorzugsweise aus Gummi bestehend, indem
diese sich entsprechend der Amplitude der Schwingung mehr oder
weniger stark gegen die Rippen drücken, mit denen sie kamm
artig im Eingriff stehen. Dabei erfolgt durch die federbilden
den viskoelastischen Segmente gleichzeitig eine Dämpfung der
Schwingungen, d. h. die hohen Amplituden der Drehschwingungen -
resultierend aus der Ungleichförmigkeitsbewegung der Kurbel
welle - werden effektiv bedämpft. Damit wird auf einfache
Weise erreicht, daß diese relativ hohen niederfrequenten Dreh
schwingungen nicht auf die angetriebenen Aggregate übertragen
und die ansonsten auftretenden kritischen Schwingungen der
Riemen vermieden werden.
In einer fertigungstechnisch vorteilhaften Fortbildung der
Erfindung sind die viskoelastischen Segmente auf einer inneren
Kreisringbahn der Nabe abstandsweise zueinander angeordnet und
radial einwärts gerichtet, wobei die Rippen radial auswärts
gerichtet aus der Riemenscheibe hervorstehen und jeweils
zwischen zwei benachbarten Segmenten angeordnet sind.
Um eine möglichst gute Kraftübertragung zu erreichen, befinden
sich zwischen den Rippen jeweils Aussparungen, in die die Seg
mente eingreifen.
Die Segmente tauchen weiterhin in der Nullage berührungslos in
die Aussparungen zwischen den Rippen ein, so daß sowohl ein
Freigang, als auch ein einstellbares entsprechend weiches
Ansprechen erreicht wird.
In einer weiteren Fortbildung der Erfindung sind die Segmente
durch festhaftendes Vulkanisieren an dem Rohrabschnitt mit der
Nabe verbunden, so daß eine besonders dauerhafte Verbindung
erreicht wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekenn
zeichnet, daß die Segmente einen pilzförmigen Querschnitt
aufweisen, wodurch das einstellbare weiche Ansprechen der
federnden/dämpfenden Segmente erreicht wird.
Es ist weiterhin zweckmäßig, die Form der Aussparungen
zwischen den Rippen so auszugestalten, daß sie der Form der
Segmente derart angepaßt sind, daß die erforderliche Kennlinie
der Federsteifigkeit erreicht wird.
Die Segmente können eine derartige konstruktive und/oder
viskoelastische Einstellung aufweisen, daß die rückstellende
Federwirkung zwischen der Nabe und der Riemenscheibe weich
einsetzt.
Ein besonders günstiges Abkopplungsverhalten wird erreicht,
wenn die Federrate der Segmente eine nichtlineare Kennlinie
aufweist.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekenn
zeichnet, daß die Segmente mit reibungsvermindernden Additiven
versehen sind, wobei beispielsweise der Gummimischung der
Segmente Graphit hinzugefügt werden kann. Diese Additive be
wirken bezüglich des Abriebes eine wesentliche Erhöhung der
Lebensdauer, da dadurch die Reibung zwischen den Segmenten und
den Rippen wesentlich verringert wird.
Anstelle der Beimischung von Graphit können die Segmente und/-
oder die Rippen mit einer PTFE-Beschichtung versehen werden,
die ebenfalls zu einer Verminderung der Reibung führt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die
Relativbewegung zwischen der Nabe und der Riemenscheibe durch
wenigstens zwei Endanschläge auf ein vorgegebenes Maß be
grenzt, vorzugsweise kleiner +/- 15°.
Besonders günstige Kraftübertragungsverhältnisse ohne Quer
kräfte werden erreicht, wenn das Wälzlager, die Segmente, die
Rippen und die Riemenspur auf einer gemeinsamen Symmetrieebene
radial übereinander angeordnet sind. Diese besondere Ausge
staltung hat den Vorteil, daß durch die Riemenscheiben-Abkopp
lung selbst keine Taumelbewegungen erzeugt werden.
Zur gleichzeitigen Dämpfung von massenkrafterregten Schwingun
gen höherer Frequenz ist es zweckmäßig, auf der Nabe zusätz
lich ein Feder-Masse-System in Form eines Tilgungssystems,
bestehend aus wenigstens einer Tilgerschwungmasse und einer
zugehörigen Gummispur, zu installieren, d. h. einen
Schwingungstilger bekannter Bauart zu bilden, der auch als
Zweimassenschwingungstilger ausgeführt sein kann.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung der Riemenscheiben Abkopplung,
und
Fig. 2 eine im Schnitt dargestellte ausschnittsweise Seiten
ansicht der Riemenscheiben-Abkopplung.
Entsprechend Fig. 1 besteht die Riemenscheiben-Abkopplung aus
einer Nabe 1, die mit einer nicht dargestellten Antriebswelle
eines Kraftfahrzeuges verdrehfest verbunden werden kann und
einer relativ zu dieser verdrehbaren Riemenscheibe 2. Die
Riemenscheibe 2 ist mit einer Riemenspur 3 - hier in Form
einer 6-rilligen Keilriemenspur dargestellt - versehen. Diese
Riemenspur 3 dient zur Aufnahme und Führung eines sogenannten
Keilrippenriemens, der seinerseits Aggregate wie Licht
maschine, Wasserpumpe, Servopumpe, Klimakompressor, Lüfter,
mechanisches Aufladesystem usw. antreibt.
Zur Realisierung einer besonders reibungsarmen Relativbewegung
zwischen der Nabe 1 und der Riemenscheibe 2 ist zwischen
diesen ein Wälzlager 4 derart angeordnet, daß dessen Innenring
5 mit der Nabe 1 und dessen Außenring 6 mit der Riemenscheibe
2 fest verbunden ist. Zur Gewährleistung einer präzisen axia
len Führung der Riemenscheibe 2 ist das Wälzlager 4 als Kugel
lager ausgebildet, wobei selbstverständlich auch ein einstell
bares Kegelrollenlager, oder ein Gleitlager, verwendet werden
kann.
Zur Übertragung von Drehmomenten und zur Dämpfung von nieder
frequenten Drehschwingungen größerer Amplitude zwischen der
Nabe 1 und der Riemenscheibe 2 sind auf einer in der Riemen
scheibe 2 befindlichen Kreisringbahn 7 gleichmäßig verteilte
viskoelastische Segmente 8, beispielsweise aus Gummi be
stehend, angeordnet, die radial einwärts gerichtet sind. Die
Segmente 8 sind festhaftend auf einem Rohrabschnitt 9 vulkani
siert, der in die Kreisringbahn 7 der Nabe 1 eingepreßt ist.
Diese Segmente 8 stehen mit nichtelastischen Rippen 10 kamm
artig im Eingriff, die mit der Riemenscheibe 2 fest verbunden
sind.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind gleichmäßig auf der
Kreisringbahn 7 verteilte Segmente 8 vorgesehen, wobei die
Anzahl je nach der Größe der zu übertragende Drehmomente ge
wählt werden kann. Die mit der Riemenscheibe 2 verbundenen
Rippen 10 ragen jeweils zwischen die Segmente 8 hinein, ohne
diese in der Nullage zu berühren. Um bei einer Relativbewegung
zwischen der Nabe 1 und der Riemenscheibe 2 ein weiches An
sprechen zu erreichen, befinden sich zwischen den Rippen 10
jeweils Aussparungen 11, deren Form gezielt der Form der Seg
mente 8 angepaßt ist, wobei die Rippen 10 beidseitig angeord
nete schräge Anlaufflanken 12 aufweisen.
Dadurch wird erreicht, daß die Kontaktfläche zwischen den
Segmenten 8 und den Rippen 10 mit steigender Auslenkung zu
nimmt und somit sich die rückstellende Kraft nichtlinear ver
größert, so daß die gaskraftinduzierten Schwingungen in dem
erforderlichem Maß aufgefangen und nicht oder nur in geringem
Maße auf die Riemenscheibe 2 übertragen werden.
Die durch die Segmente 8 erzeugte rückstellende Kraft kann
auch durch eine entsprechende Einstellung der Federrate der
Segmente 8 und/oder deren äußerer Form verändert werden, so
daß eine nichtlineare Kennlinie erreicht wird.
Um die Relativbewegung zwischen der Nabe 1 und der Riemen
scheibe 2 bei extremen Drehmomenten bzw. Drehmomentschwankun
gen in Grenzen zu halten, sind zusätzliche Endanschläge 13
vorgesehen (Fig. 1). Diese Endanschläge 13 beschränken die
maximale Relativdrehbewegung zweckmäßigerweise auf kleiner +/-
15°. Diese Begrenzung dient zur Vermeidung einer Schädigung
bzw. zur Reduzierung des Verschleißes der Segmente 8 und somit
der Erhöhung der Lebensdauer der Riemenscheiben-Abkopplung.
Um eine möglichst hohe mechanische Belastbarkeit der Riemen
scheibe 2 zu erreichen, sind das Wälzlager 4, die Segmente 8,
die Rippen 10 und die Riemenspur 3 auf einer gemeinsamen
Symmetrieebene radial übereinander angeordnet. Dadurch werden
die vom Riemen ausgeübten Zugkräfte optimal über das Wälzlager
4 auf die Nabe 1 übertragen und somit Querkräfte vermieden.
Damit wird auf einfache Weise verhindert, daß die Riemen
scheiben-Abkopplung Taumelbewegungen ausführt.
Die vorstehend beschriebene Riemenscheiben-Abkopplung kann
auch durch ein Tilgungssystem, bestehend aus wenigstens einer
Tilgerschwungmasse 14 und einer zugehörigen Gummispur 15
zwischen der Nabe 1 und der Tilgerschwungmasse 14 zur Dämpfung
von Schwingungen höherer Frequenz ergänzt werden. Dieses auf
eine definierte Eigenfrequenz abgestimmte Tilgungssystem
befindet sich, wie in Fig. 1 dargestellt, im festem Verbund
mit der Nabe 1, wobei die Feder durch die Gummispur 15 gebil
det wird und die Tilgerschwungmasse 14 als ein die Nabe 1
umschließender Ring ausgebildet ist. Selbstverständlich können
auch Zweimassentilger bekannter Bauart verwendet werden. Die
Konstruktion besteht dann aus zwei Schwungmassen, die konzen
trisch zueinander angeordnet und untereinander und über zwei
Gummispuren mit der Nabe 1 verbunden sind.
Bezugszeichenliste
1 Nabe
2 Riemenscheibe
3 Riemenspur
4 Wälzlager
5 Innenring
6 Außenring
7 Kreisringbahn
8 Segment
9 Rohrabschnitt
10 Rippe
11 Aussparung
12 Anlaufflanke
13 Endanschlag
14 Tilgerschwungmasse
15 Gummispur
2 Riemenscheibe
3 Riemenspur
4 Wälzlager
5 Innenring
6 Außenring
7 Kreisringbahn
8 Segment
9 Rohrabschnitt
10 Rippe
11 Aussparung
12 Anlaufflanke
13 Endanschlag
14 Tilgerschwungmasse
15 Gummispur
Claims (17)
1. Riemenscheiben-Abkopplung für Kolbenmotoren mit einer auf
der Kurbelwelle des Motors drehfest montierten Nabe, einer
relativ zu dieser mittels eines Wälzlagers verdrehbaren
Riemenscheibe mit einer Riemenspur, sowie Endanschlägen
zur Begrenzung der Relativbewegung zwischen der Nabe und
der Riemenscheibe, dadurch gekennzeich
net, daß federbildende viskoelastische Segmente (8) und
Rippen (10) aus einem nichtnachgiebigem Material einander
abwechselnd und abstandsweise kammartig ineinandergreifend
auf einer Kreisbahn zwischen der Riemenscheibe (2) und der
Nabe (1) angeordnet sind, und daß die Segmente (8) und die
Rippen (10) jeweils einseitig entweder mit der Riemen
scheibe (2) oder der Nabe (1) verbunden sind.
2. Riemenscheiben-Abkopplung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die viskoelastischen
Segmente (8) auf einer inneren Kreisringbahn (12) der Nabe
(1) abstandsweise nebeneinander angeordnet und radial ein
wärts gerichtet sind.
3. Riemenscheiben-Abkopplung nach Anspruch 1 und 2, da
durch gekennzeichnet, daß die Rippen
(10) radial auswärts gerichtet aus der Riemenscheibe (2)
hervorstehen und jeweils zwischen zwei benachbarten Seg
menten (8) angeordnet sind.
4. Riemenscheiben-Abkopplung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß sich zwischen den Rippen
(10) jeweils Aussparungen (11) befinden, in die die Seg
mente (8) eintauchen.
5. Riemenscheiben-Abkopplung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Segmente (8) in der
Nullage berührungslos in die Aussparungen (11) zwischen
den Rippen (10) eintauchen.
6. Riemenscheiben-Abkopplung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente (8) durch festhaftende Vulkanisation an dem Rohr
abschnitt (9) mit der Nabe (1) verbunden sind.
7. Riemenscheiben-Abkopplung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente (8) einen pilzförmigen Querschnitt aufweisen.
8. Riemenscheiben-Abkopplung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Form der Aussparungen (11) der Form der Segmente (8) ange
paßt ist.
9. Riemenscheiben-Abkopplung nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente (8) eine derartige konstruktive und/oder visko
elastische Einstellung aufweisen, daß die rückstellende
Federwirkung zwischen der Nabe (1) und der Riemenscheibe
(2) weich einsetzt.
10. Riemenscheiben-Abkopplung nach einem der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Federrate der Segmente (8) eine nichtlineare Kennlinie
aufweist.
11. Riemenscheiben-Abkopplung nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente (8) mit reibungsvermindernden Additiven versehen
sind.
12. Riemenscheiben-Abkopplung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gummimischung der
Segmente (8) Graphit zugefügt ist.
13. Riemenscheiben-Abkopplung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Segmente (8) und/
oder die Rippen (10) mit einer PTFE-Beschichtung versehen
sind.
14. Riemenscheiben-Abkopplung nach einem der Ansprüche 1 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Relativbewegung zwischen der Nabe (1) und der Riemen
scheibe (2) durch wenigstens zwei Endanschläge (13) auf
ein vorgegebenes Maß begrenzt wird.
15. Riemenscheiben-Abkopplung nach den Ansprüchen 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Wälzlager (4), die Segmente (8), die Rippen (10) und die
Riemenspur (3) auf einer gemeinsamen Symmetrieebene radial
übereinander angeordnet sind.
16. Riemenscheiben-Abkopplung nach den Ansprüchen 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß mit der
Nabe (1) ein Tilgungssystem, bestehend aus wenigstens
einer Tilgerschwungmasse (14) und einer zugehörigen Gummi
spur (15), zur Dämpfung von Drehschwingungen höherer Fre
quenz verbunden ist.
17. Riemenscheiben-Abkopplung nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß das Tilgungssystem als
Zweimassen-Schwingungssystem ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19944435201 DE4435201C2 (de) | 1993-07-08 | 1994-09-30 | Riemenscheiben-Abkopplung für Kolbenmotoren |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19934322710 DE4322710A1 (de) | 1993-07-08 | 1993-07-08 | Riemenscheiben-Abkopplungssystem für Kolbenmotoren |
DE19944435201 DE4435201C2 (de) | 1993-07-08 | 1994-09-30 | Riemenscheiben-Abkopplung für Kolbenmotoren |
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DE4435201A1 true DE4435201A1 (de) | 1996-04-04 |
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DE19944435201 Expired - Fee Related DE4435201C2 (de) | 1993-07-08 | 1994-09-30 | Riemenscheiben-Abkopplung für Kolbenmotoren |
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DE (1) | DE4435201C2 (de) |
Cited By (1)
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EP1612386A1 (de) * | 2004-07-02 | 2006-01-04 | LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG | Triebrad zum Antreiben eines Nebenaggregates eines Fahrzeuges |
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- 1994-09-30 DE DE19944435201 patent/DE4435201C2/de not_active Expired - Fee Related
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