DE102004035596A1

DE102004035596A1 - Vorrichtung zur Übertragung von Momenten, insbesondere für Verdichter von Kraftfahrzeug-Klimaanlagen

Info

Publication number: DE102004035596A1
Application number: DE200410035596
Authority: DE
Inventors: Otfried Schwarzkopf; Daniel Damson; Thomas Hartmann
Original assignee: Zexel Valeo Compressor Europe GmbH
Current assignee: Valeo Compressor Europe GmbH
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2006-03-16

Abstract

Vorrichtung (1) zur Übertragung von Momenten, insbesondere zwischen einem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs und einem Verdichter (15) einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, mit einer einer Riemenscheibe (10) zugeordenten Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) und einer einer Mitnehmervorrichtung der Riemenscheibe zugeordeten Naben-Baugruppe (NK1, NK2, NK3), wobei der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) und/oder der Naben-Baugruppe (NK1, NK2, NK3) mindestens eine Zusatzmasse (18, 18a, 18b) zugeordnet ist, derart, daß das Verhältnis J/m des Massenträgheitsmomentes J der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) und/oder der Naben-Baugruppe (NK1, NK2, NK3) zur Masse m derselben im Vergleich zu einer Riemenscheiben-Baugruppe und/oder Naben-Baugruppe ohne Zusatzmasse erhöht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Momenten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Verdichter, insbesondere einen Axialkolbenverdichter für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18.
Verdichter für die Anwendung in Fahrzeug-Klimaanlagen werden üblicherweise über einen Riementrieb von einem Verbrennungsmotor mit Hilfe einer Riemenscheibe angetrieben. In der Vergangenheit wurden Axialkolbenverdichter für Fahrzeug-Klimaanlagen meist mit magnetisch betätigten Kupplungen betrieben, um den Kraftfluß in ausgeschaltetem Zustand zu unterbrechen. Ein solcher Antrieb ist z.B. aus der US 6,244,408 B1 bekannt.
Bei neuartigeren Verdichtern wird die Riemenscheibe nicht über eine Magnetkupplung zugeschaltet, sondern der Verdichter wird kupplungslos über die Riemenscheibe angetrieben. Eine Trennung des Kraftflusses vom Riementrieb ist dabei nicht mehr vorgesehen. Beispiele hierfür sind aus der DE 100 30 068 A1 , der DE 198 60 150 A1 und der DE 101 52 424 A1 bekannt.
Aufgrund des permanenten Antriebs ist es notwendig, gegebenenfalls die Verdichterleistung durch Minimierung des Kolbenhubs auf ein möglichst kleines Niveau abzuregeln. Im Schadensfall des Verdichters, beispielsweise durch ein Blockieren des Verdichtertriebwerks aufgrund eines Triebwerkschadens, wird der Kraftfluß durch ein Konstruktionselement, welches eine definierte und vorbestimmte Sollbruchstelle darstellt, begrenzt.
Das ist notwendig, da jegliche Entkopplungsmöglichkeit, die in Form der Magnetkupplung vorlag, entfällt. Ein solches Merkmal wird z.B. in der JP 2002-372130 A beschrieben.
Aus der DE 102 22 135 ist weiterhin ein Begrenzungselement zur Begrenzung eines Drehmomentes bekannt.
Der kupplungslose Antrieb über die Riemenscheibe oder der direkte Antrieb durch die Riemenscheibe erfordert ein Dämpfungselement zwischen der Riemenscheibe und der Nabe bzw. der Verdichterwelle. Dieses Dämpfungselement, das beispielsweise aus Kautschuk, Gummi, Butyl-Kunststoffe (z.B. Butylkautschuk), EPDM, NBR, FKM oder aus AM gefertigt ist, dämpft Schwingungen, Stöße und auch Drehmoment- und Geschwindigkeitsungleichförmigkeiten aus dem Riementrieb oder dem Verdichter. In der Regel wird auch beim Betrieb mittels Magnetkupplung ein Dämpfer eingesetzt, wie z.B. aus der US 6,244,408 B1 bekannt ist.
Nach dem Stand der Technik werden häufig Riemenscheiben aus Stahl oder anderen metallischen Werkstoffen verwendet. Bei neueren Verdichtern geht die Tendenz jedoch häufig dazu, Kunststoff-Riemenscheiben zum Einsatz zu bringen, wie dies beispielsweise aus den bereits erwähnten Druckschriften DE 100 30 068 A1 , DE 198 60 150 A1 und DE 101 52 424 A1 bekannt ist.
Aus der DE 198 60 150 beispielsweise ist eine Riemenscheibe aus Kunststoff, genauer gesagt aus Duroplast, bekannt. Der Vorteil einer Kunststoff-Riemenscheibe liegt in der Möglichkeit der freien Formgebung, so daß eine spanende oder formende (Rollieren) nachträgliche Bearbeitung der Riemenscheibe weitgehend entfällt. Trotz vergleichsweise hoher spezifischer Werkstoffkosten bei vielen Kunststoffen, verglichen mit dem Werkstoff Stahl, erreicht man durch die Kunststoffanwendung einen erheblichen Kostenvorteil. Ein weiterer Vorteil liegt in dem geringeren Gewicht der Riemenscheibe.
Problematisch bei Riemenscheiben aus Kunststoff ist jedoch, daß nur noch vergleichsweise geringe Massenträgheitsmomente durch die Riemenscheibe bereitgestellt werden. Es ist bekannt, daß je nach Applikation und der Beschaffenheit des Riementriebs durchaus ein bestimmtes, signifikantes Massenträgheitsmoment des Verdichters erwünscht bzw. sogar erforderlich ist. Im wesentlichen wird das gesamte Massenträgheitsmoment, das sich aus der Addition der einzelnen Massenträgheitsmomente „J_yy" des Triebwerks und der Riemenscheiben-Baugruppe ergibt, im wesentlichen durch die Riemenscheiben und weniger durch das Verdichtertriebwerk bestimmt. Durch den Einsatz einer Kunststoff-Riemenscheibe sinken die Massenträgheitsmomente des Verdichters deutlich ab, was sich hinsichtlich einer erwünschten Dämpfung nachteilig auswirkt. Ferner wird der Gleichförmigkeitsgrad beispielsweise der Momentenverläufe ungünstig beeinflußt.
Demnach ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Übertragung von Momenten anzugeben, bei der die Massenträgheitsmomente der Riemenscheibe deutlich höher sind, als bei einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik, und somit je nach Applikation die gewünschte Dämpfung und einen verbesserten Gleichförmigkeitsgrad z.B. der Momentenverläufe bereitzustellen, wobei die Lösung zusätzlich kostengünstig sein soll.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verdichter für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs anzugeben, der die vorstehend näher bezeichneten Anforderungen erfüllt.
Hinsichtlich des Vorrichtungsaspekts wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei bevorzugte Weiterentwicklungen und Ausführungsformen in den Unteransprüchen beschrieben sind. Hinsichtlich des Verdichters wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 19 gelöst.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung ist es demnach, daß bei einer Vorrichtung zur Übertragung von Momenten (insbesondere von Momenten zwischen einem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs und einem Verdichter einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage), die eine Riemenscheiben-Baugruppe und eine Naben-Baugruppe umfaßt, der Riemenscheiben-Baugruppe und/oder der Naben-Baugruppe mindestens eine Zusatzmasse zugeordnet ist. Die Zusatzmasse ist der Riemenscheiben-Baugruppe und/oder der Naben-Baugruppe derart zugeordnet, daß das Verhältnis J/m des Massenträgheitsmoments J (wobei J hier und in der Folge für J_yy steht) der Riemenscheiben-Baugruppe und/oder Naben-Baugruppe zur Masse m besagter Riemenscheiben-Baugruppe und/oder Naben-Baugruppe im Vergleich zu einer Riemenscheiben-Baugruppe und/oder Naben-Baugruppe ohne Zusatzmasse erhöht ist. Der Vorteil einer der Riemenscheiben-Baugruppe und/oder Naben-Baugruppe zugeordneten Zusatzmasse ist das höhere Massenträgheitsmoment J der jeweiligen Baugruppe bei einer nach wie vor relativ geringen Gesamtmasse derselben, womit eine gewünschte, bessere Dämpfung und ein verbesserter Gleichlaufförmigkeitsgrad beispielsweise der Momentenverläufe im Gegensatz zu einer Vorrichtung ohne Zusatzmasse zu erzielen sind. Diese Lösung ist darüber hinaus ein kostengünstiger Weg, die gewünschten Verbesserungen zu erzielen.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß im Grundgedanken der Erfindung eingeschlossen ist, die erfindungswesentlichen Merkmale nicht nur bei Kunststoff-Riemenscheiben, sondern auch bei Riemenscheiben aus Stahl (insbesondere auf Riemenscheiben kleineren Durchmessers) zu implementieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Zusatzmasse im Bereich der radial inneren Begrenzung eines einen Riemen tragenden ringförmigen Bauteils der Riemenscheiben-Baugruppe angeordnet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Zusatzmasse in einem Durchmesserbereich der Riemenscheiben- bzw. Naben-Baugruppe von etwa 85 mm bis etwa 120 mm, bezogen auf eine Wellenmittelachse der Riemenscheibe, angeordnet. Die beiden vorstehend erläuterten konstruktiven Maßnahmen tragen dafür Sorge, daß das Massenträgheitsmoment der Baugruppe(n), insbesondere das Massenträgheitsmoment der Zusatzmasse, durch die Plazierung der Zusatzmasse in einer relativ großen Entfernung von einer Wellenmittelachse relativ groß wird, obwohl eine relativ kleine Masse bzw. eine Zusatzmasse mit einer relativ geringen Masse zum Einsatz kommt.
Die mindestens eine Zusatzmasse ist bevorzugt an einer Axialseite der Riemenscheiben-Baugruppe befestigt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Zusatzmasse durch Schrauben sowie zusätzlich oder alternativ durch Klemmelemente und zusätzlich oder auch alternativ durch Klebstoff an der Riemenscheiben-Baugruppe befestigt. Weiterhin erfolgt die Befestigung der mindestens einen Zusatzmasse bevorzugt form- oder kraftschlüssig. Bei den vorstehend beschriebenen Maßnahmen handelt es sich um konstruktiv einfach ausführbare Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Vorzugsweise sind an der Riemenscheiben-Baugruppe Stellen reduzierter Materialansammlung vorgesehen, bei denen es sich insbesondere um Bohrungen und zusätzlich oder auch alternativ um anderweitige Aussparungen an der Riemenscheiben-Baugruppe handeln kann, mit denen die mindestens eine Zusatzmasse in Eingriff steht. Dies ermöglicht eine besonders einfache und sichere Befestigung der Zusatzmasse bzw. der Zusatzmassen an der Riemenscheiben-Baugruppe.
An der Riemenscheibe wird bevorzugt ein Dämpfer durch die mindestens eine Zusatzmasse bzw. deren Halterung oder deren Halterungen derart gehalten, daß er bei Überschreiten einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit der Riemenscheibe aus seiner Posi tion gelöst wird bzw. sich aus derselben löst. Dabei ist einerseits denkbar, daß der Dämpfer durch die Zusatzmasse selbst, insbesondere durch Bereiche der Zusatzmasse, die mit der Riemenscheibengruppe bzw. der Riemenscheibe in Eingriff stehen, verbunden ist bzw. durch diese gehalten wird, oder aber auch mit einer Halterung, die die Zusatzmasse an der Riemenscheibe hält, in Eingriff steht bzw. durch diese gehalten wird. Durch ein Lösen des Dämpfers bei Überschreiten einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit wird eine einfache Sollbruchstelle, die einer Überlast der anzutreibenden Vorrichtung entgegenwirkt, zur Verfügung gestellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Zusatzmasse radial am Innendurchmesser eines bzw. des einen bzw. den Riemen tragenden ringförmigen Bauteils an einer der anzutreibenden Vorrichtung zugewandten Seite angeordnet. Dadurch wird einerseits eine Konstruktion vereinfacht, bei der die Zusatzmasse den Dämpfer an der Riemenscheiben-Baugruppe bzw. an der Riemenscheibe hält, auf der anderen Seite wird genügend Platz für das Anbringen eines bzw. des Dämpfers an der der anzutreibenden Vorrichtung abgewandten Seite geschaffen.
Die mindestens eine Zusatzmasse ist vorzugsweise in einem von einem bzw. dem einen bzw. den Riemen tragenden ringförmigen Bauteil und von einem scheibenförmigen Bauteil begrenzten Winkelraum angeordnet. Dies stellt eine Anordnung in einer relativ großen Entfernung von der Mittelachse der Riemenscheibe und somit ein günstiges Verhältnis zwischen Massenträgheitsmoment und Masse der Riemenscheiben-Baugruppe sicher.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Zusatzmasse eine Dichte von mehr als etwa 6 g/cm³ bzw. etwa das Dreifache der Dichte des Riemenscheibenwerkstoffs auf. Vorzugsweise ist die mindestens eine Zusatzmasse aus Grauguß (GG), Sphäroguß (GGG), Stahl oder Messing gefertigt. Eine große Dichte bzw. eine Fertigung der Zusatzmasse aus den vorstehend erwähnten Materialien stellt ein optimales Massenträgheitsmoment bei einem nicht zu großen Volumen der Zusatzmasse sicher.
Die mindestens eine Zusatzmasse ist bevorzugt in etwa gleichmäßig, insbesondere ringförmig, über den Umfang der Riemenscheiben-Baugruppe verteilt angeordnet. Insbesondere bei einem Vorhandensein von mehreren Zusatzmassen ergeben sich mannigfaltige Variationsmöglichkeiten, die Massen gleichmäßig über den Umfang zu verteilen, wobei die jeweils vorteilhafteste Variante ausgewählt werden kann. Vorzugsweise ist die mindestens eine Zusatzmasse konzentrisch um die Mittelachse der Riemenscheibe bzw. der Riemenscheiben-Baugruppe angeordnet. Derartige konstruktive Maßnahmen sorgen für einen ruhigen Lauf der Riemenscheibe.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Riemenscheiben-Baugruppe einschließlich der mindestens einen Zusatzmasse ein Massenträgheitsmoment-Massen-Verhältnis J/m von mindestens 1,2 auf, was ebenfalls für eine gute Laufruhe der Riemenscheibe sorgt.
Das Massenträgheitsmoment J der Riemenscheiben-Baugruppe einschließlich der mindestens einen Zusatzmasse ist vorzugsweise größer als ein Massenträgheitsmoment J* (J* steht hier und in der Folge für J*_yy) der anzutreibenden Vorrichtung, genauer gesagt größer als ein Massenträgheitsmoment J* der rotierenden Teile (beispielsweise Antriebswelle, Mitnehmer und Schrägscheibe im Falle eines Verdichters) der anzutreibenden Vorrichtung, also beispielsweise größer als ein Massenträgheitsmoment J* der rotierenden Teile eines Verdichters einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage. Dadurch läßt sich beispielsweise bei größeren Verdichtern berücksichtigen, daß in der Regel in diesen Fällen ein größeres Massenträgheitsmoment, also mehr Dämpfung, erforderlich ist (dies resultiert daraus, daß bei größeren Fahrzeugen größere Aggregate im Riemenstrang befindlich sind).
Die Zusatzmasse ist vorzugsweise integraler Bestandteil eines bzw. des einen bzw. den Riemen tragenden Bauteils und/oder eines bzw. des scheibenförmigen Bauteils und/oder eines bzw. des Dämpfers. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Zusatzmasse in ein oder mehrere dieser Bauteile der Riemenscheiben-Baugruppe (einschließlich eines bzw. des Dämpfers) eingegossen und/oder durch diese Bauteile bzw. den Dämpfer oder eines der Bauteile bzw. den Dämpfer ummantelt. Dies stellt eine elegante konstruktive Maßnahme dar, durch die vermieden werden kann, daß die Zusatzmasse als eigenständiges Bauteil zu der Riemenscheiben-Baugruppe hinzu tritt. Durch das Eingießen bzw. der Annahme der Zusatzmasse als integraler Bestandteil der Riemenscheiben-Baugruppe einschließlich des Dämpfers wird eine hohe Sicherheit bei einem gleichzeitigen möglichst kleinen Platzbedarf sichergestellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein bzw. der Dämpfer an einem bzw. dem einen bzw. den Riemen tragenden Bauteil angeordnet bzw. befestigt, wodurch ein möglichst großes Massenträgheitsmoment bereitgestellt wird.
Abschließend sei angemerkt, daß die im Zusammenhang mit der Riemenscheiben-Baugruppe bevorzugten Stellen zur Anbringung der Zusatzmasse(n) analog auch für die Naben-Baugruppe bevorzugte Stellen zur Anbringung der Zusatzmasse(n) darstellen. So ist beispielsweise auch an der Naben-Baugruppe eine Anbringung an einer Axialseite (soweit bauartbedingt möglich) denkbar.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung schließt die Verwendung einer Vorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben ist, zum Momentenübertrag auf eine Antriebswelle bzw. eine Nabe eines Verdichters, insbesondere eines Verdichters für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage ein.
Eine Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe hinsichtlich des Verdichter-Aspekts ergibt sich durch einen Verdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 18. Dieser Verdichter, insbesondere ein Axialkolbenverdichter für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, umfaßt einen Antriebswelle, mit welcher der Verdichter antreibbar ist, und ferner eine Vorrichtung gemäß der vorstehenden Beschreibung, die zum Antrieb der bzw. zum Momentenübertrag auf die Antriebswelle des Verdichters an dieser angeordnet ist. Die Vorteile ergeben sich parallel zu der Diskussion der Vorteile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Erfindung wird nachfolgend in Hinsicht auf weitere Vorteile und Merkmale beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in:
1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Übertragung von Momenten in einer teilweisen Schnittansicht;
2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Übertragung von Momenten gemäß dem Stand der Technik;
3 die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung;
4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung;
5 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung; und
6 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfaßt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Übertragung von Momenten eine Riemenscheibe 10, die über einen nicht dargestellten Riemen mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs verbunden ist und somit von dieser angetrieben wird. Die Riemenscheibe 10 ist mittels eines Lagers 11 auf einem zapfenförmigen Ansatz 12 eines Verdichtergehäuses 13 gelagert. Eine Antriebswelle 14 des Verdichters 15 ist mit einer Nabe der Riemenscheibe 16 verbunden (wobei angemerkt sei, daß diese Verbindung in der vorliegenden Ausführungsform form- und kraftschlüssig ist, wobei auch lediglich Formschlüssigkeit bzw. Kraftschlüssigkeit ausreichend ist). Zur Schwingungsdämpfung umfaßt die Vorrichtung 1 weiterhin einen Dämpfer 17, der in der vorliegenden Ausführungsform aus Gummi gefertigt ist, wobei jeder elastomere Werkstoff, der für eine Dämpfung von Schwingungen und dgl. sorgen kann, in gleicher Weise zum Einsatz kommen könnte. Um das Verhältnis J/m zwischen Massenträgheitsmoment J der Riemenscheibe und ihrer Masse m zu erhöhen und somit einen höheren Dämpfungsgrad zu erhalten, ist eine Zusatzmasse 18 an einem inneren Umfangsrand der Riemenscheibe 10 angeordnet. Um die wesentlichen Punkte der Erfindung einfacher verdeutlichen zu können und um auf einfache Weise eine quantitative Aussage über Massen m als auch über Massenträgheitsmomente J treffen zu können, seien eine Vorrichtung 1, wie sie in der 1 dargestellt ist, sowie weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in der Folge in einer vereinfachten schematisierten Darstellung betrachtet.
In der vereinfachten Darstellung werden die Bestandteile der Riemenscheibe durch einfache Hohlzylinder schematisch dargestellt. Die Vereinfachung kommt der Realität relativ nahe und gibt ferner die Möglichkeit, die Massenträgheitsmomente sehr einfach nachzurechnen, da hinsichtlich der Massenträgheitsmomente die (relativ einfache) Formel für einen Hohlzylinder zur Anwendung kommen kann und die einzelnen Massenträgheitsmomente sich ferner addieren. Die vorliegenden vereinfachten Skizzen sind dabei hauptsächlich dazu gedacht, einerseits eine Relation zwischen einer Vorrichtung zur Übertragung von Momenten gemäß dem Stand der Technik und einer Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung als auch die Tendenzen zwischen verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung aufzuzeigen.
Wie aus 2 am Beispiel einer Riemenscheibenvorrichtung gemäß dem Stand der Technik ersichtlich, umfaßt eine Vorrichtung 1 zur Übertragung von Momenten in einer schematischen Darstellung im wesentlichen drei Bauteile RK1 bis RK3, die einer Riemenscheibe zugeordnet werden können, einen Dämpfer, der mit DK bezeichnet ist und drei Elemente, die einer der Riemenscheibe zugeordneten Mitnehmervorrichtung zugeordnet werden können und mit NK1 bis NK3 bezeichnet sind. Die Elemente NK1 bis NK3 seien in der Folge als Naben-Baugruppe bezeichnet, während die Elemente RK1 bis RK3 als Riemenscheiben-Baugruppe bezeichnet werden. Bei den vorstehend erwähnten Bauteilen handelt es sich im einzelnen um schematische Darstellungen der folgenden Bauteile: RK1 stellt eine Nabe der Riemenscheibe dar, RK2 stellt einen Verbindungssteg dar und RK3 einen riementragenden Bereich; NK1 symbolisiert eine Nabe des Mitnehmers der Riemenscheibe bzw. eine Befestigung der Welle, NK2 eine axiale Begrenzung des Dämpfers DK, die gegebenenfalls in Formschluß zum Dämpfer steht, und eine zusätzliche Begrenzungseinrichtung, die eine Sollbruchstelle für den Fall, daß der Verdichter eine Überlast erfährt, aufweist; und NK3 stellt eine radiale Begrenzung des Dämpfers dar, die wiederum gegebenenfalls in Formschluß zum Dämpfer steht. Ferner ist in der Zeichnung noch ein Lageraußenring dargestellt, der mit L bezeichnet ist.
Wie bereits vorstehend erwähnt, sind in den 3 bis 6 verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt, wobei die Ausführungsform der 3 stilisiert und schematisch die Vorrichtung 1 gemäß 1 wiedergibt. Wie sowohl aus 1 als auch aus 3 ersichtlich, ist in der entsprechenden Ausführungsform die Zusatzmasse 18 im Bereich der radial inneren Begrenzung der Riemenscheibe 10 der 1 bzw. in der schematischen Darstellung im Bereich der radial inneren Begrenzung eines den Riemen tragenden ringförmigen Bauteils RK3 angeordnet.
Die Zusatzmasse ist in allen vier Ausführungsformen in einem Durchmesserbereich der Riemenscheiben-Baugruppe von etwa 85 mm bis etwa 120 mm bezogen auf eine Wellenmittelachse W des Verdichters 15 angeordnet (typischerweise liegen Riemenscheiben-Durchmesser im Bereich von etwa 90 mm bis 120 mm). Durch die Anbringung im vorstehend genannten Durchmesserbereich wird sichergestellt, daß mit einer relativ geringen Masse ein relativ großes Massenträgheitsmoment erreicht werden kann. Wie aus 3 ersichtlich, ist die Zusatzmasse gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform an einer Axialseite der Riemenscheiben-Baugruppe an den Bauteilen RK2 und RK3 befestigt. Die Zusatzmasse ist dabei in einem von den beiden vorstehend erwähnten Bauteilen, nämlich dem den Riemen tragenden ringförmigen Bauteil RK3 und einem scheibenförmigen Bauteil RK2 begrenzten Winkelraum angeordnet. Die Befestigung der Zusatzmasse erfolgt bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen durch einen Klebstoff jedoch sind genauso gut eine Befestigung der Zusatzmasse durch Schrauben und/oder Klemmelemente denkbar, wobei auch in diesen Fällen Klebstoff für einen zusätzlichen Halt und zusätzliche Sicherheit sorgen kann. Die Zusatzmasse ist ferner gemäß der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform an einer dem Verdichter 15 zugewandten Seite angeordnet.
In einer zweiten Ausführungsform gemäß 4 bzw. in einer dritten Ausführungsform gemäß 5 ist die Zusatzmasse 18 jeweils an dem ringförmigen Bauteil RK3, das in etwa der Riemenscheibe 10 der 1 entspricht, angebracht. Wie aus den beiden Figuren ersichtlich, wird die Zusatzmasse dabei nicht durch die radiale Erstreckung der Riemenscheibe begrenzt, sondern erstreckt sich sogar über diese hinaus, was zu einem optimalen Massenträgheitsmoment führt. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist die Zusatzmasse 18 auf der dem Verdichter abgewandten Seite angeordnet, wohingegen sie gemäß der dritten Ausführungsform auf der dem Verdichter zugewandten Seite des ringförmigen Bauteils RK3 angeordnet ist.
Selbstverständlich ist die Anzahl der vorhandenen Zusatzmassen nicht auf eins begrenzt, was aus einer vierten Ausführungsform, die in 6 dargestellt ist, ersichtlich wird. In dieser Ausführungsform sind zwei Zusatzmassen 18a und 18b der Vorrichtung 1 zugeordnet, wobei die Zusatzmassen 18a und 18b ferner ein integraler Bestandteil der Riemenscheiben-Baugruppe, genauer gesagt des ringförmigen Bauteils RK3 (im Falle der Zusatzmasse 18b) sowie des Dämpfers DK (im Falle der Zusatzmasse 18a) sind. Die Zusatzmasse 18b ist in der vierten bevorzugten Ausführungsform gemäß 6 in das ringförmige Bauteil RK3, das wie auch die weiteren Bestandteile der Riemenscheiben-Baugruppe aus Kunststoff gefertigt ist, eingegossen. Die Zusatzmasse 18a wird durch den Dämpfer DK aus Gummi ummantelt.
Für alle Ausführungsformen gilt gleichermaßen, daß der Dämpfer DK an dem den Riemen tragenden Bauteil RK3 angeordnet ist, und daß das Massenträgheitsmoment J der Riemenscheiben-Baugruppe einschließlich der Zusatzmasse bzw. der Zusatzmasse größer ist als ein Massenträgheitsmoment J* des anzutreibenden Verdichters. Ferner sei an dieser Stelle angemerkt, daß selbstverständlich auch mehr als zwei Zusatzmassen denkbar sind. Es gilt weiterhin für alle vier bevorzugten Ausführungsformen, daß durch die Riemenscheiben-Baugruppe einschließlich der Zusatzmasse bzw. der Zusatzmassen sich ein Verhältnis J/m des Massenträgheitsmoments J zu der Masse m von mindestens 1,2 ergibt.
Die Zusatzmasse bzw. die Zusatzmassen sind in allen Fällen konzentrisch um die Wellenmittelachse W angeordnet, wobei die Zusatzmasse bzw. die Zusatzmassen in etwa gleichmäßig und ringförmig über den Umfang der Riemenscheiben-Baugruppe verteilt ist/sind. Die Zusatzmasse(n) der vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen weist/weisen eine Dichte von mehr als 7 g/cm³ auf und ist/sind aus Grauguß (GG) hergestellt, wobei angemerkt sei, daß die Zusatzmasse ohne jegliche Beeinträchtigung auch beispielsweise aus Sphäroguß (GGG), Stahl oder Messing oder jedem anderen geeigneten Material mit einer entsprechend hohen Dichte gefertigt sein kann. Es ist auch vorstellbar, daß bei Vorhandensein mehrerer Zusatzmassen in einer Vorrichtung diese aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
Angemerkt sei, daß in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die in den Figuren nicht dargestellt ist, Bohrungen und/oder Aussparungen an der Riemenscheiben-Baugruppe, insbesondere am scheibenförmigen Bauteil RK2, vorgesehen sind, mit denen die Zusatzmasse bzw. die Zusatzmassen in Eingriff steht. Eine besonders einfache konstruktive Ausführungsform wird dadurch bereitgestellt, daß die Zusatzmasse, die mit der Riemenscheiben-Baugruppe in Eingriff steht, gleichzeitig (am einfachsten durch zu den Bohrungen bzw. Aussparungen komplementäre Zapfen bzw. bolzenartige Abschnitte der Zusatzmasse bzw. Zusatzmassen) den Dämpfer DK hält. Bei Überschreiten einer vorbestimmten Geschwindigkeit, für die die Belastung des Verdichters zu groß würde, löst sich in dieser Ausführungsform einerseits die Zusatzmasse aufgrund der Zentrifugalkraft aus ihrer Position und gleichzeitig löst sich auch der Dämpfer DK aus seiner Position, da die Zusatzmasse den Dämpfer DK nicht mehr haltert. Der Verdichter wird danach nicht mehr angetrieben und kann so vor einem Schaden durch Überlast bewahrt werden.
In einer weiteren (nicht dargestellten) bevorzugten Ausführungsform bildet bzw. bilden die Zusatzmasse(n) der Vorrichtung 1 zugeordnete Kühlrippen, wodurch gleichzeitig eine effektive Kühlung der Vorrichtung erzielt wird.
In der Folge seien die Vorteile, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gegenüber einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik bietet, anhand der schemenhaften Zeichnungen quantitativ erläutert.
Für eine Kunststoff-Riemenscheibe ergibt sich normalerweise für die komplette Baugruppe eine Masse m von etwa 500 g, wobei der Wert je nachdem, um welchen Riemenscheiben-Durchmesser es sich handelt, und je nachdem, welcher Riemen verwendet wird (hier spielt die Anzahl der Rillen und die Höhe der Riemenscheibe eine Rolle) unterschritten oder überschritten werden kann. In die Berechnung der Masse m und des Massenträgheitsmoments J gehen die einzelnen Bauteile NK1, NK2, NK3, RK1, RK2, RK3, DK und L ein.
In den nachfolgenden Tabellen 1 bis 4 sind neben den Abmessungen der einzelnen Bauteile der Naben-Baugruppe, der Riemenscheiben-Baugruppe, des Dämpfers und ggf. der Zusatzmasse auch die Gesamtmasse der Vorrichtung und deren gesamtes Massenträgheitsmoment angegeben, und zwar in den Tabellen 1 und 2 für eine Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik ohne Zusatzmasse(n), und in den Tabellen 3 und 4 für eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Zusatzmasse.
In diesem Zusammenhang sei auf die Formeln, die zur Berechnung der Massenträgheitsmomente J, der Masse sowie des Volumens eines Hohlzylinders dienen, verwiesen. Sie lauten folgendermaßen: J = ½ m (R2+r2) m = ρ × V V = π/4 × (D2-d2) × h,wobei R und r der Außenradius und der Innenradius des Hohlzylinders, sowie D und d der Außendurchmesser bzw. der Innendurchmesser des Hohlzylinders sind. Ferner ist ρ die Dichte des Materials, aus dem der Hohlzylinder gefertigt ist, und π entspricht 3,1415....
In Tabelle 1 sind die entsprechenden Werte für eine Riemenscheibe aus Kunststoff der eine Dichte von 1,85 g/cm³ aufweist, sowie eine Nabe aus Stahl, die eine Dichte von 7,9 g/cm³ aufweist, und einen Dämpfer aus Gummi, der eine Dichte von 1,5 g/cm³ aufweist, dargestellt.
Tabelle 1:
In Tabelle 2 sind dazu im Vergleich die Werte für eine Vorrichtung (wiederum gemäß dem Stand der Technik und ohne Zusatzmasse) für eine Riemenscheibe und eine Nabe aus Stahl mit jeweils einer Dichte von 7,9 g/cm³ und einem Dämpfer aus Gummi mit einer Dichte von 1,5 g/cm³ dargestellt.
Tabelle 2:
Wie aus Tabelle 1 und 2 ersichtlich, erhält man für eine Riemenscheibe aus Kunststoff in einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik ein sehr kleines J/m-Verhältnis von etwa 1,07 bei einer (gewünschten) geringen Gesamtmasse der Vorrichtung von etwa 456 g, wohingegen man ein (annehmbares) J/m-Verhältnis von etwa 1,45 für eine Riemenscheibe aus Stahl erhält, wobei das Gewicht einer derartigen Vorrichtung allerdings mit etwa 1067 g zu Buche schlägt. Ein derart hohes Gesamtgewicht sollte gerade in modernen Anlagen bzw. bei modernen Kraftfahrzeugen, bei denen eine möglichst hohe Gewichtsersparnis erstrebenswert ist, vermieden werden.
Im Vergleich hierzu sei auf die nachfolgenden Tabellen 3 und 4 verwiesen, in denen die Werte für Riemenscheiben-Baugruppen aus Kunststoff mit einer Dichte von 1,85 g/cm³, einer Naben-Baugruppe aus Stahl mit einer Dichte von 7,90 g/cm³ und einem Dämpfer aus Gummi mit einer Dichte von 1,50 g/cm³ für Zusatzmassen aus Stahl mit einer Dichte von 7,90 g/cm³ betrachtet sind. In Tabelle 3 werden die Werte für eine Zusatzmasse mit einer Masse von etwa 353 g dargestellt, in Tabelle 4 für eine Zusatzmasse mit einer Masse von etwa 398 g.
Tabelle 3:
Tabelle 4:
Wie aus den beiden vorstehenden Tabellen ersichtlich, ergibt sich für beide erfindungsgemäße Vorrichtungen ein befriedigendes J/m-Verhältnis von etwa 1,30 im Falle einer Zusatzmasse von etwa 353 g, und ein J/m-Verhältnis von etwa 1,51 im Falle einer Zusatzmasse von etwa 398 g, bei einer im Vergleich zu einer Stahl-Riemenscheibe deutlich niedrigeren Masse von etwa 800 g.
Es sei an dieser Stelle noch darauf verwiesen, daß sich mit Hilfe der Zusatzmasse(n) je nach Durchmesser der Riemenscheibe und Größe der Zusatzmasse ein (beliebig festlegbares) gewünschtes Massenträgheitsmoment für jeden beliebigen Riemenscheiben-Durchmesser einstellen läßt.
Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit fester Merkmalskombination beschrieben wird, umfaßt sie doch auch die denkbaren weiteren vorteilhaften Kombinationen dieser Merkmale, wie sie insbesondere, aber nicht erschöpfend, durch die Unteransprüche angegeben sind. Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

1: Vorrichtung zur Übertragung von Momenten
10: Riemenscheibe
11: Lager
12: Ansatz
13: Verdichtergehäuse
14: Antriebswelle
15: Verdichter
16: Nabe der Riemenscheibe
17: Dämpfer
18: Zusatzmasse
18a: Zusatzmasse
18b: Zusatzmasse
NK1: Nabe des Mitnehmers
NK2: axiale Begrenzung des Dämpfers DK
NK3: radiale Begrenzung des Dämpfers DK
RK1: Nabe der Riemenscheibe
RK2: Verbindungssteg
RK3: Riementragender Bereich
DK: Dämpfer
L: Lageraußenring
W: Wellenmittelachse

Claims

Vorrichtung (1) zur Übertragung von Momenten, insbesondere zwischen einem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs und einem Verdichter (15) einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, mit einer einer Riemenscheibe (10) zugeordneten Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) und einer einer Mitnehmervorrichtung der Riemenscheibe zugeordneten Naben-Baugruppe (NK1, NK2, NK3), dadurch gekennzeichnet, daß der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) und/oder der Naben-Baugruppe (NK1, NK2, NK3) mindestens eine Zusatzmasse (18, 18a, 18b) zugeordnet ist derart, daß das Verhältnis J/m des Massenträgheitsmomentes J der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) und/oder der Naben-Baugruppe (NK1, NK2, NK3) zur Masse m derselben im Vergleich zu einer Riemenscheiben-Baugruppe und/oder Naben-Baugruppe ohne Zusatzmasse erhöht ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Zusatzmasse (18, 18a, 18b) im Bereich einer radial inneren Begrenzung eines einen Riemen tragenden ringförmigen Bauteils (RK3) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Zusatzmasse (18, 18a, 18b) in einem Durchmesserbereich der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) von etwa 85 mm bis etwa 120 mm, bezogen auf eine Wellenmittelachse (W), angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Zusatzmasse (18, 18a, 18b) an einer Axialseite der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) befestigt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Zusatzmasse (18, 18a, 18b) durch Schrauben und/oder Klemmelemente und/oder Klebstoff an der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) befestigt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Stellen reduzierter Materialansammlung, insbesondere Bohrungen und/oder Aussparungen an der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) vorgesehen sind, mit denen die mindestens eine Zusatzmasse (18, 18a, 18b) in Eingriff steht.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dämpfer (17, DK) durch die mindestens eine Zusatzmasse (18, 18a, 18b) bzw. deren Halterungen) an der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) gehalten wird derart, daß er sich bei Überschreiten einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) aus seiner Position löst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (18, 18a, 18b) radial am Innendurchmesser eines/des einen/den Riemen tragenden ringförmigen Bauteils (RK3) an einer der anzutreibenden Vorrichtung zugewandten Seite angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Zusatzmasse (18, 18a, 18b) in einem von einem/dem einen/den Riemen tragenden ringförmigen Bauteil (RK3) und einem scheibenförmigen Bauteil (RK2) begrenzten Winkelraum angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Zusatzmasse (18, 18a, 18b) eine Dichte von mehr als etwa 6 g/cm³ aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Zusatzmasse (18, 18a, 18b) aus Grauguß (GG), Sphäroguß (GGG), Stahl oder Messing gefertigt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Zusatzmasse (18, 18a, 18b) in etwa gleichmäßig, insbesondere ringförmig über den Umfang der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) verteilt angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Zusatzmasse (18, 18a, 18b) konzentrisch um eine Mittelachse (W) der Riemenscheibe angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) einschließlich der mindestens einen Zusatzmasse (18, 18a, 18b) ein Verhältnis J/m von mindestens 1,2 besitzt, wobei J das Massenträgheitsmoment und m die Masse der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) darstellen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Massenträgheitsmoment J der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) einschließlich der mindestens einen Zusatzmasse (18, 18a, 18b) größer als ein Massenträgheitsmoment J* der anzutreibenden Vorrichtung ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (18, 18a, 18b) integraler Bestandteil einer/des einen/den Riemen tragenden Bauteils (RK3) und/oder eines/des scheibenförmigen Bauteils (RK2) und/oder eines/des Dämpfers (17, DK) ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (18, 18a, 18b) in ein oder mehrere Bauteile der Riemenscheiben-Baugruppe (RK1, RK2, RK3) einschließlich eines/des Dämpfers (17, DK) eingegossen und/oder durch diese(s) ummantelt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein/der Dämpfer (17, DK) an einem/dem einen/den Riemen tragenden Bauteil (RK3) angeordnet bzw. befestigt ist.
Verdichter (15), insbesondere Axialkolbenverdichter für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer Antriebswelle, mittels welcher dieser antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der bzw. zum Momentenübertrag auf die Antriebswelle des Verdichters eine Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche an derselben angeordnet ist.
Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zum Momentenübertrag auf eine Antriebswelle eines Verdichters (15), insbesondere eines Verdichters für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage.