DE69407584T2

DE69407584T2 - In ihrem wirksamen durchmesser veränderbare riemenscheibe mit stabilisierungsvorrichtung für den treibring

Info

Publication number: DE69407584T2
Application number: DE69407584T
Authority: DE
Inventors: Steven Donowski
Original assignee: GKN Technology Ltd
Current assignee: GKN Technology Ltd
Priority date: 1993-06-03
Filing date: 1994-05-24
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2014-05-25
Also published as: JP3266618B2; GB9311499D0; EP0700493B1; DE69407584D1; EP0700493A1; WO1994029616A1; US5709624A; JPH09500704A

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung, umfassend ein endloses flexibles Antriebselement, z. B. einen Riemen, und eine Riemenscheibe, mit der das Antriebselement zusammenwirkt und deren effektiver Durchmesser veränderlich ist, um ein variables Übersetzungsverhältnis zwischen der genannten Riemenscheibe und zumindest einer weiteren Riemenscheibe, mit der das Antriebselement zusammenwirkt, bereitzustellen.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Antriebsanordnung mit einer Riemenscheibe, die ein Paar Scheibenelemente umfaßt, die um eine Achse drehbar und relativ zueinander in Richtung der genannten Achse bewegbar gehalten sind, wobei die Scheibenelemente im allgemeinen kegelstumpfförmige Antriebsflächen aufweisen, die einander zugewandt sind und eine im allgemeinen V- profilförmige Ringnut zwischen sich definieren, und einen Antriebsring, der zwischen den Scheibenelementen angeordnet ist und eine mit dem flexiblen Antriebselement in Kontakt befindliche äußere Umfangsfläche sowie Seitenflächen aufweist, die an den einander zugewandten im allgemeinen kegelstumpfförmigen Antriebsflächen der Scheibenelemente anliegen, wobei der Antriebsring zwischen den Scheibenelementen festgehalten wird und in der Lage ist, diesen gegenüber eine exzentrische Position einzunehmen, wenn die Abmessungen der Ringnut, die durch die jeweilige relative axiale Position der Scheibenelemente definiert sind, dies erlauben. Eine Antriebsanordnung, die eine solche Riemenscheibe mit variablem effektivem Durchmesser umfaßt, wird nachfolgend als Antriebsanordnung der spezifizierten Art bezeichnet.
Wenn der Abstand zwischen den Antriebsflächen der Scheibenelemente zunimmt (d.h. die V-profilförmige Ringnut zwischen diesen breiter wird), ist der Antriebsring in der Lage, eine zunehmend exzentrische Position gegenüber den Scheibenelementen einzunehmen und wird auch durch die Spannung des flexiblen Antriebselements, das von ihm angetrieben wird, dazu gezwungen. Es kann die Spannung im Antriebselement sein, die den Antriebsring veranlaßt, eine exzentrische Position einzunehmen und die die Scheibenelemente auseinandertreibt. Da die Drehzahl, mit der der Antriebsring von den Scheibenelementen angetrieben wird, vom effektiven Durchmesser abhängt, mit dem der Antriebsring mit diesen zusammenwirkt, wird der effektive Durchmesser der Riemenscheibe kleiner, wenn die Exzentrizität des Antriebsrings steigt.
Eine Antriebsanordnung der spezifizierten Art kann ein Nebenantriebssystem eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug umfassen. Es ist üblich, daß die Nebenaggregate, zu denen Drehstromlichtmaschine, Wasserpumpe, Kühlgebläse, Servopumpe oder Klimaanlagenverdichter oder alle genannten Vorrichtungen zählen können, von der Motorkurbelwelle über einen Riemen angetrieben werden. Wenn eine Riemenscheibe mit variablem effektivem Durchmesser an der Motorkurbelwelle vorgesehen ist, kann ein veränderliches Übersetzungsverhältnis zwischen der Kurbelwelle und den Nebenaggregaten bereitgestellt werden, so daß letztere mit einer angemessen hohen Drehzahl angetrieben werden, wenn der Motor langsam läuft, aber nicht überdreht werden, wenn der Motor bei seiner maximalen Drehzahl betrieben wird. Es sind natürlich zusätzlich Mittel in der Antriebsordnung erforderlich, um die erforderliche Spannung im Riemen aufrechtzuerhalten oder um eine drehzahlabhängige Zunahme der Riemenspannung zu bewirken.
Ein Problem, das in einer Antriebsordnung der spezifizierten Art auftreten kann, besteht darin, daß der Antriebsring, anstatt stabil in einer exzentrischen Position zu laufen, instabil werden kann, indem die Rotationsachse des Antriebsrings nicht exakt parallel zu der Achse bleibt, um die die Scheibenelemente rotieren. Der Antriebsring kann die Neigung haben, zu kippen oder zu flattern, wodurch Abrieb an der Riemenscheibe entsteht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Problem in einer Antriebsanordnung der spezifizierten Art zu lösen oder zumindest zu reduzieren.
Eine Antriebsanordnung der spezifizierten Art ist in der FR-A-1 172 466 offenbart. Sie enthält weder Angaben zu irgendwelchen Neigungen des Antriebsrings zu kippen oder zu flattern, noch zu irgendwelchen Mitteln, um dies zu unterbinden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Antriebsanordnung der spezifizierten Art bereitgestellt, in der ein Stabilisierungselement vorgesehen ist, das direkt mit dem Antriebsring zusammenwirkt, um die Rotationsachse des Antriebsrings parallel oder im wesentlichen parallel zur Rotationsachse der Scheibenelemente zu halten.
Vorzugsweise wirkt das Stabilisierungselement mit der Umfangsfläche des Antriebsrings zusammen.
In bevorzugter Ausführung umfaßt das Stabilisierungselement einen Rollenkörper, der drehbar um eine Achse und so gehalten ist, daß sich die Rotationsachse des Rollenkörpers auf die Rotationsachse der Scheibenelemente zu- und von ihr fortbewegen kann, wenn sich die exzentrische Position des Antriebsrings ändert. Der Rollenkörper kann beispielsweise an einem Lenker angeordnet sein, der schwenkbar ist, um die Rotationsachse des Rollenkörpers in Bezug auf die Rotationsachse der Scheibenelemente zu verschieben. Ein solcher Lenker ist vorzugsweise um eine Achse schwenkbar, die gegenüber der Rotationsachse der Scheibenelemente feststeht.
Vorzugsweise ist der Rollenkörper durch eine Feder vorgespannt ist, so daß er an den Antriebsring angedrückt wird.
Der Rollenkörper kann formschlüssig mit dem Antriebsring im Eingriff sein. Wenn der Antriebsring beispielsweise eine Umfangsfläche aufweist, die mit einem sogenannten Vielfachkeil- Antriebsriemen zusammenwirken kann, wobei der Antriebsring eine Anzahl von V-förmigen Ringnuten aufweist, kann der Rollenkörper eine Umfangsfläche haben, die der Querschnittsform eines solchen Antriebsriemens oder eines Teils des Antriebsriemens entspricht, um mit der Umfangsfläche des Antriebsrings zusammenzuwirken.
Als Alternative kann der Rollenkörper eine Außenfläche aufweisen, die mit dem Antriebsring reibschlüssig zusammenwirkt. Der Rollenkörper kann z. B. einfach eine zylindrische Außenfläche haben, die bei Zusammenwirken mit dem Antriebsring eine stabilisierende Wirkung ausübt.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, wobei
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung zeigt, die bei einem Verbrennungsmotor verwendet wird;
Fig. 2 schematisch einen Ausschnitt einer Riemenscheibe mit variablem effektivem Durchmesser zeigt, die einen Teil der Antriebsanordnung bildet; und
Fig. 3 das Stabilisierungselement der Antriebsanordnung zeigt.
Figur 1 der Zeichnungen zeigt schematisch das Nebenantriebssystem eines in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Verbrennungsmotors. Es umfaßt ein endloses flexibles Antriebselement, nämlich einen Riemen 10, der um eine Anzahl von Riemenscheiben läuft, von denen eine erste Riemenscheibe, allgemein mit 11 bezeichnet, an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Die weiteren Riemenscheiben, um die der Riemen 10 serpentinenförmig läuft, sind die Riemenscheiben einer Servopumpe 12, einer Klimaanlagenverdichter 13, einer Umlenkscheibe 14, einer Drehstromlichtmaschine 15, einer Spannvorrichtung 16 und einer Wasserpumpe 17.
Die Konfiguration der Riemenscheibe 11 an der Kurbelwelle des Motors ist schematisch, aber detaillierter in Figur 2 dargestellt. Eine Welle 20, die mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist, trägt auf einer Zwischenbuchse 21 zwei Scheibenelemente 22, 23, die einander zugewandte, im allgemeinen kegelstumpfförmige Antriebsflächen 24, 25 aufweisen. Die Flächen 24, 25 können exakt kegelstumpfförmig sein oder leicht von dieser Form abweichen, indem sie beispielsweise eine Krümmung bei Schnittansicht aufweisen. Die zwei Scheibenelemente sind relativ zueinander entlang ihrer Rotationsachse beweglich, die mit der Achse der Kurbelwelle des Motors zusammenfällt, so daß die im allgemeinen V-profilförmige Ringnut, die zwischen den Antriebsflächen 24, 25 definiert ist, in der Breite veränderlich ist. Zwischen den zwei Scheibenelementen ist ein Antriebsring 26 vorgesehen, der eine äußere Umfangsfläche 27 zum Eingriff mit dem Riemen 10 und Seitenflächen aufweist, die an den einander zugewandten Antriebsflächen 24, 25 der Scheibenelemente 22, 23 anliegen. In Figur 2 sind die Scheibenelemente in einer Relativposition zueinander dargestellt, in die sie durch (nicht dargestellte) Federmittel gedrängt werden, so daß die Ringnut, die zwischen ihnen definiert ist, ihre kleinstmögliche Breite hat und der Antriebsring 26 so festgehalten wird, daß er konzentrisch mit den Scheibenelementen läuft. Es versteht sich, daß der Antriebsring bei Zunahme der Breite der V-förmigen Ringnut zwischen den Scheibenelementen in der Lage ist, exzentrisch gegenüber den Scheibenelementen zu laufen, wobei er auf einem kleineren Durchmesser an den Scheibenelementen anliegt und so den effektiven Durchmesser der Riemenscheibe reduziert.
In der Praxis muß solch ein exzentrisches Laufen des Antriebsrings zwangsläufig durch eine Erhöhung der Spannung im Riemen 10 erfolgen, was durch die Spannvorrichtung 16 gesteuert wird. Wenn die Riemenspannung erhöht wird, kommt ein Punkt, bei dem die vom Antriebsring in Axialrichtung zwischen die Scheibenelemente eingebrachte Kraft die Kraft der Federmittel übersteigt, die die Scheibenelemente zusammendrückt, so daß die Scheibenelemente auseinandergedrängt werden und der Antriebsring exzentrisch läuft. Die gestrichelte Linie in Figur 1 zeigt die Position der Riemenscheibe der Spannvorrichtung 16, wenn eine solche Spannungserhöhung erfolgt ist, und die exzentrische Position des Antriebsrings ist mit gestrichelter Linie bei 26a dargestellt. Die Spannvorrichtung ist so angeordnet, daß sie in Abhängigkeit von der Motordrehzahl reagiert, so daß, wenn der Motor mit niedriger Drehzahl läuft, der Antriebsring sich in seiner konzentrischen Position befindet, wie in Figur 2 zu sehen ist, und die Nebenaggregate im Vergleich zum Motor schnell angetrieben werden, während bei Zunahme der Motordrehzahl der Antriebsring gezwungen wird, eine exzentrische Position einzunehmen, so daß die Nebenaggregate weniger schnell im Vergleich zur Motordrehzahl angetrieben werden.
Um den Antriebsring 26 so zu halten, daß seine Rotationsachse parallel oder so parallel wie möglich zur Rotationsachse der Scheibenelemente 22, 23 ist, sind Stabilisierungsmittel vorgesehen, die allgemein mit der Bezugsziffer 30 in Figur 1 bezeichnet und detaillierter in Figur 3 dargestellt sind. Die Stabilisierungsmittel umfassen ein Stabilisierungselement in der Form eines Rollenkörpers 31, der auf einem Zapfen 32 mittels Lagern 33 gehalten wird. Auf einer Befestigungsplatte 36, die z. B. am Motor angebracht ist, sitzt der Zapfen 32 auf einem Lenker 34, der um eine Achse 35 schwenkbar ist. Ein Schwenken des Lenkers 34 bewegt den Zapfen 32, der das Stabilisierungselement 31 trägt, in Bezug auf die Achse der Scheibenelemente 22, 23 der Kurbelwellenriemenscheibe 11 auf sie zu und von ihr weg. Nicht dargestellte Federvorspannmittel sind vorgesehen, um das Stabilisierungselement 31 an die Umfangsfläche des Antriebsrings anzudrücken.
Wie in Figur 3 zu sehen ist, weist das Stabilisierungselement 31 eine Außenfläche 37 auf, die formschlüssig mit der Umfangsfläche 27 des Antriebsrings 26 im Eingriff ist. Auf diese Weise trägt das Stabilisierungselement dazu bei, daß der Antriebsring nicht flattert und daß dessen Achse gegenüber der Achse der Scheibenelemente nicht kippt.
Alternativ zu einer Außenfläche 37 am Stabilisierungselement 31, die formschlüssig mit der Umfangsfläche 27 des Antriebsrings 26 zusammenwirkt, kann das Stabilisierungselement eine Außenfläche aufweisen, z.B. eine einfache zylindrische Konfiguration, die reibschlüssig mit der Außenumfangsfläche des Antriebsrings zusammenwirkt. Solch ein Zusammenwirken übt genügend stabilisierende Wirkung auf den Antriebsring auf, um ein Kippen oder Flattern desselben zu verhindern.

Claims

1. Antriebsanordnung, umfassend ein endloses flexibles Antriebselement (10) und eine Riemenscheibe (11), mit der das Antriebselement (10) zusammenwirkt und deren effektiver Durchmesser veränderlich ist, um ein variables Übersetzungsverhältnis zwischen der genannten Riemenscheibe und zumindest einer weiteren Riemenscheibe, mit der das Antriebselement zusammenwirkt, bereitzustellen, wobei die genannte Riemenscheibe (11) ein Paar Scheibenelemente (22, 23) umfaßt, die um eine Achse drehbar und relativ zueinander in Richtung der genannten Achse bewegbar gehalten sind, wobei die Scheibenelemente im allgemeinen kegelstumpfförmige Antriebsflächen (24, 25) aufweisen, die einander zugewandt sind und eine im allgemeinen V-profilförmige Ringnut zwischen sich definieren, und einen Antriebsring (26), der zwischen den Scheibenelementen angeordnet ist und eine mit dem flexiblen Antriebselement in Kontakt befindliche äußere Umfangsfläche (27) sowie Seitenflächen aufweist, die an den einander zugewandten im allgemeinen kegelstumpfförmigen Antriebsflächen (24, 25) der Scheibenelemente anliegen, wobei der Antriebsring zwischen den Scheibenelementen festgehalten wird und in der Lage ist, diesen gegenüber eine exzentrische Position einzunehmen, wenn die Abmessungen der Ringnut, die durch die jeweilige relative axiale Position der Scheibenelemente definiert sind, dies erlauben, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stabilisierungselement (31) vorgesehen ist, das direkt mit dem Antriebsring zusammenwirkt, um die Rotationsachse des Antriebsrings parallel oder im wesentlichen parallel zur Rotationsachse der Scheibenelemente zu halten.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Stabilisierungselement (31) mit der genannten Umfangsfläche (27) des Antriebsrings (26) zusammenwirkt.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, wobei das genannte Stabilisierungselement einen Rollenkörper (31) umfaßt, der drehbar um eine Achse und so gehalten ist, daß sich die Rotationsachse des Rollenkörpers auf die Rotationsachse der Scheibenelemente (22, 23) zu- und von ihr fortbewegen kann, wenn sich die exzentrische Position des Antriebsrings ändert.

4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenkörper (31) auf einem Lenker (34) angeordnet ist, der schwenkbar ist, um die Rotationsachse des Rollenkörpers in Bezug auf die Rotationsachse der Antriebsscheiben zu verschieben.

5. Antriebsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenkörper (31) durch eine Feder vorgespannt ist, so daß er am Antriebsring (26) anliegt.

6. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenkörper (31) formschlüssig mit dem Antriebsring (26) im Eingriff ist.

7. Antriebsanordnung nach Anspruch 6, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Antriebselement (10) einen Vielfachkeil- Antriebsriemen umfaßt, wobei der Antriebsring eine Anzahl von V-förmigen Ringnuten an seiner Umfangsfläche (27) aufweist und der Rollenkörper (31) eine Umfangsfläche (37) hat, die zumindest teilweise der Querschnittsform eines solchen Antriebsriemens entspricht.

8. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenkörper (31) eine Umfangsfläche aufweist, die reibschlüssig mit dem Antriebsring (26) zusammenwirkt.

9. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein Hilfsantriebssystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs darstellt.