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Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler zur Antriebsmomentübertragung vom Riemen eines Nebenaggregate-Riementriebs auf die Welle eines der Nebenaggregate, mit:
- - einer auf der Welle zu befestigenden Nabe,
- - einer auf der Nabe drehbar gelagerten Riemenscheibe
- - und einer im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe und der Nabe angeordneten Reihenschaltung aus einem Schlingband und einer Schraubendrehfeder, deren Wicklungen sich jeweils unter Übertragung des Antriebsmoments radial aufweiten, wobei die Schraubendrehfeder im wesentlichen konzentrisch zur Drehachse des Riemenscheibenentkopplers verläuft und vom Schlingband umschlossen ist.
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Drehschwingungen und -ungleichförmigkeiten, die von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine in deren Nebenaggregate-Riementrieb eingeleitet werden, können bekanntlich durch Riemenscheibenentkoppler kompensiert werden, die im Englischen üblicherweise als Decoupler oder Isolator bezeichnet und typischerweise als Generator-Riemenscheibe ausgebildet sind. Das Schlingband dient als Einwegkupplung, die im geschlossenen Zustand das Antriebsmoment von der Riemenscheibe auf die Nabe überträgt, wobei die Elastizität der mit dem Schlingband in Reihe geschalteten Entkopplerfeder die aus dem Riementrieb stammenden Drehungleichförmigkeiten glättet. Bei verzögert rotierender Riemenscheibe öffnet das Schlingband, wobei - dann umgekehrt - kein nennenswertes Drehmoment von der Nabe auf die Riemenscheibe übertragen werden kann, so dass die träge Generatorwelle die Riemenscheibe überholen kann.
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Gattungsgemäße Riemenscheibenentkoppler sind beispielsweise aus
DE 10 2015 202 527 B3 ,
DE 10 2015 224 608 A1 ,
DE 10 2016 211 558 A1 oder
US 7,975,821 B1 bekannt. Die gegenüber der Kurbelwelle typischerweise um den Faktor drei bis vier höhere Drehzahl des Riemenscheibenentkopplers bewirkt, dass bereits eine kleine Konzentrizitätsabweichung der Schraubendrehfeder von der Drehachse eine störende Unwucht des rotierenden Riemenscheibenentkopplers erzeugt. Als kompensierende Gegenmaßnahme ist es in der
EP 0 980 479 B1 vorgeschlagen, anstelle einer Schraubendrehfeder zwei gegenläufige Spiralfedern als entkoppelnde Elastizität zu verwenden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wuchtung eines Riemenscheibenentkopplers der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll das Schlingband einen von der Kreisform abweichenden Wicklungsabschnitt haben, der einen damit axial überlappenden Wicklungsendabschnitt der Schraubendrehfeder mit ersten und zweiten Windungsabschnitten umschließt, für deren Radialabstände S1 und S2 zum Wicklungsendabschnitt der Schraubendrehfeder zwecks deren Zentrierung zur Drehachse die Beziehung gilt: S2 < S1.
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Der nicht kreisförmige Wicklungsabschnitt des Schlingbands, das die Schraubendrehfeder - zumindest lokal - mit unterschiedlich großen Radialabständen umschließt, ermöglicht es einerseits, dass der entsprechend des größeren Radialabstands S1 erforderliche Ringraum für die sich unter Übertragung des Antriebsmoments radial aufweitende Wicklung der Schraubendrehfeder erhalten wird. Anderseits kann das Schlingband neben seiner Funktion als Freilauf auch die Zentrierfunktion übernehmen, mittels der das Radialspiel des vom Schlingband umschlossenen Wicklungsendabschnitts der Schraubendrehfeder gemäß des dort relativ kleinen Radialabstands S2 so begrenzt wird, dass die verbleibende Unwucht der rotierenden Schraubendrehfeder einen zulässigen Bereich nicht überschreitet.
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Durch die Integration der Federzentrierfunktion in das Schlingband kann der erfindungsgemäße Riemenscheibenentkoppler bauraumneutral ausgeführt werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers für den im Nebenaggregate-Riementrieb einer Brennkraftmaschine angeordneten Generator dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 den Riemenscheibenentkoppler in perspektivischer Teilschnittdarstellung;
- 2 den Riemenscheibenentkoppler im Längsschnitt;
- 3 das Detail X aus 2;
- 4 das Detail Y aus 2;
- 5 die Schraubendrehfeder des Riemenscheibenentkopplers in perspektivischer Einzelteildarstellung;
- 6 das Schlingband des Riemenscheibenentkopplers in perspektivischer Einzelteildarstellung und
- 7 das Schlingband in axialer Draufsicht.
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Die 1 und 2 zeigen den Riemenscheibenentkoppler 1 in verschiedenen Schnittdarstellungen. Eine hohlzylindrische Riemenscheibe 2, deren vom Riemen umschlungener Außenmantel der Poly-V-Form des Riemens entsprechend profiliert ist, wird vom Riemen in der in 1 eingezeichneten Drehrichtung angetrieben. Die Riemenscheibe 2 ist drehbar auf einer Nabe 3 gelagert, die fest mit der Generatorwelle verschraubt wird. Hierzu hat die Nabe 3 im Mittelabschnitt ein Innengewinde 4 und am generatorfernen, vorderen Endabschnitt einen Innenvielzahn 5 als Eingriffskontur für das Schraubwerkzeug. Die Lagerung der Riemenscheibe 2 auf der Nabe 3 erfolgt am generatorseitigen Ende radial und axial mittels eines Wälzlagers und am generatorfernen Ende radial mittels eines Gleitlagers. Das Wälzlager ist ein einreihiges und beidseitig abgedichtetes Kugellager 6, und das Gleitlager ist ein Radiallagerring 7 aus Polyamid, der am Außenmantel eines hohlzylindrischen Lagerabschnitts 8 der Nabe 3 axial eingefasst ist und mit dem Innenmantel der Riemenscheibe 2 in unmittelbarem Gleitkontakt steht.
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Die Riemenscheibe 2 hat am generatorfernen Ende eine im Durchmesser gestufte Erweiterung 9, in die nach dem Verschrauben des Riemenscheibenentkopplers 1 auf die Generatorwelle eine Schutzkappe 10 eingeschnappt wird.
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Die für die Funktion des Riemenscheibenentkopplers 1 wesentlichen Komponenten sind eine als Schlingband 11 ausgebildete Einwegkupplung und eine - bezüglich des Antriebsmomentflusses von der Riemenscheibe 2 auf die Nabe 3 - mit dem Schlingband 11 in Reihe geschaltete Schraubendrehfeder 12. Wie später in größerem Detail erläutert, erstreckt sich die Schraubendrehfeder 12 weitestgehend koaxial zur Drehachse 13 des Riemenscheibenentkopplers 1. Das Schlingband 11 ist radial zwischen der Riemenscheibe 2 und der Schraubendrehfeder 12 angeordnet und umschließt folglich die Schraubendrehfeder 12. Die Schraubendrehfeder 12 hat einen trapezförmigen Drahtquerschnitt, und das Schlingband 11 hat einen rechteckigen Drahtquerschnitt.
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Sowohl das rechts gewickelte Schlingband 11 als auch die links gewickelte Schraubendrehfeder 12 haben beidseitig schenkellose Enden, die die Wicklungen des Schlingbands 11 bzw. der Schraubendrehfeder 12 bei der Übertragung des Antriebsmoments radial aufweiten. Dabei verspannt sich ein im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe 2 verlaufender Wicklungsabschnitt 14 des Schlingbands 11 gegen den zylindrischen Innenmantel einer Antriebshülse 15, die in der Riemenscheibe 2 mittels eines Pressverbands befestigt ist. Ein im Antriebsmomentfluss seitens der Schraubendrehfeder 12 verlaufender Wicklungsabschnitt 16 des Schlingbands 11 verspannt sich gegen den zylindrischen Innenmantel einer Mitnehmerhülse 17, die gegenüber der Riemenscheibe 2 drehbar und vorliegend in der Antriebshülse 15 gelagert ist. Der Innenmantel der Antriebshülse 15 und der Innenmantel der Mitnehmerhülse 17 sind gleich groß.
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Das von der Riemenscheibe 2 eingeleitete Antriebsmoment wird durch Haftreibung zwischen der Antriebshülse 15 und dem Wicklungsabschnitt 14 des Schlingbands 11 einerseits und zwischen dem Wicklungsabschnitt 16 des Schlingbands 11 und der Mitnehmerhülse 17 andererseits in die Schraubendrehfeder 12 eingeleitet und von dort aus auf die Nabe 3 übertragen. Die auf die Mitnehmerhülse 17 wirkenden Axialkräfte der Schraubendrehfeder 12 werden über einen Axiallagerring 18 am Innenring 19 des Kugellagers 6 abgestützt.
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Das antriebseitige Federende 20 der in 5 als Einzelteil dargestellten Schraubendrehfeder 12 liegt an einem mit der Mitnehmerhülse 17 drehfesten Federteller 21 an, und das abtriebseitige Federende 22 liegt an einem mit der Nabe 3 drehfesten Federteller 23 an. Der antriebseitige Federteller 21 ist Teil der als Blechumformteil hergestellten Mitnehmerhülse 17. Der abtriebseitige Federteller 23 ist ebenfalls einteilig mit der Nabe 3 ausgebildet und geht in deren hohlzylindrischen Lagerabschnitt 8 über. Die beiden Federteller 21, 23 haben jeweils der stirnseitigen Kontur der Schraubendrehfeder 12 entsprechend eine axial rampenförmig ansteigende und an einer umfänglichen Stufe zurückspringende Federanlagefläche. Das von der Riemenscheibe 2 auf die Nabe 3 übertragene Antriebsmoment wird über den Druckkontakt zwischen den umfänglichen Stirnseiten 24 und 25 der Federenden 20 bzw. 22 und den - in den Figuren nicht sichtbaren - Stufen der Federteller 21 bzw. 23 übertragen.
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Das Schlingband 11 ermöglicht ein Überholen der Generatorwelle und der darauf befestigten Nabe 3 gegenüber der Riemenscheibe 2. In diesem Zustand zieht sich das Schlingband 11 auf seinen (unbelasteten) Ausgangsdurchmesser zusammen und rutscht in einer oder beiden Hülsen 15, 17 durch, wobei sich das dann übertragbare Drehmoment auf das Gleitreibmoment zwischen den beiden durchrutschenden Kontaktpartnern reduziert. Die Gleitreibung bewirkt, dass ein oder beide Federenden 20, 22 der Schraubendrehfeder 12 mit einem Reibmoment beaufschlagt werden, das die Federenden 20, 22 in die axial ansteigende Umfangsrichtung der Federanlageflächen an den Federtellern 21 bzw. 23 beaufschlagt. Dieser unerwünschte Rampenhochlauf der Schraubendrehfeder 12 wird durch einen sogenannten Anti-ramp-up Mechanismus verhindert. Dabei bilden die Federenden 20, 22 mit den Federtellern 21 bzw. 23 gegenseitige Drehanschläge, die seitens der Schraubendrehfeder 12 durch miteinander identische Aussparungen 26 an den Federenden 20, 22 und seitens der Federanlageflächen durch Vorsprünge 29 gemäß 7 auf den Federtellern 21, 23 gebildet sind. Diese Drehanschläge ermöglichen es, dass sich auch im Überholbetrieb des Riemenscheibenentkopplers 1 trotz des dann wirkenden Gleitreibmoments die relative Umfangsposition der Federenden 20, 22 gegenüber den Federtellern 21, 23, wie sie im Antriebsmoment übertragenden Druckkontakt vorliegt, nicht oder nicht wesentlich verändert.
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Die 6 und 7 zeigen eine erfindungsgemäße Formgebung des dort als Einzelteil dargestellten Schlingbands 11. Die endseitigen Windungen des Wicklungsabschnitts 16, der gemäß 2 den axial damit überlappenden Wicklungsendabschnitt mit dem antriebseitigen Federende 22 der Schraubendrehfeder 12 umschließt, weichen von der Kreisform ab. Diese Windungen setzen sich aus ersten und zweiten Windungsabschnitten 27 bzw. 28 zusammen, die auf Kreisbögen mit unterschiedlich großen Radien R1 bzw. R2 verlaufen. Der Radius R2 der zweiten Windungsabschnitte 28 ist größer als der Radius R1 der ersten Windungsabschnitte 27, und der Radialabstand S2 der zweiten Windungsabschnitte 28 zur Schraubendrehfeder 12 ist kleiner als der Radialabstand S1 der ersten Windungsabschnitte 27.
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Diese Größenbeziehungen, nämlich S2 < S1 und R2 > R1 sind den bemaßten 4 und 7 entnehmbar. Sie ermöglichen es, dass sich das Schlingband 11 einerseits mit den ersten Windungsabschnitten 27 in permanentem Reibkontakt mit dem Innenmantel der Mitnehmerhülse 17 befindet und andererseits mit den zweiten Windungsabschnitten 28 den antriebseitigen Wicklungsendabschnitt der Schraubendrehfeder 12 so zur Drehachse 13 zentriert, dass die durch das Radialspiel der rotierenden Schraubendrehfeder 12 bedingte Unwucht des Riemenscheibenentkopplers 1 auf ein zulässiges Maß beschränkt wird.
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In einer nicht dargestellten Alternativausführung können die ersten Windungsabschnitte 27 beispielsweise gerade, d.h. auf einer Sekante durch den zylindrischen Hüllkreis des Schlingbands 11 verlaufen.
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Die gegenüberliegende Zentrierung der Schraubendrehfeder 12 zur Drehachse 13 erfolgt durch die Nabe 4, die den anderen Wicklungsendabschnitt der Schraubendrehfeder 12 mit dem hohlzylindrischen Lagerabschnitt 8 umschließt. Wie in 3 vergrößert dargestellt, ist der Innenmantel des Lagerabschnitts 8 im Durchmesser so gestuft, dass dessen Radialabstand S3 zum abtriebseitigen Federende 22 deutlich kleiner als der Radialabstand zu der dazu benachbarten Federwindung und als der Radialabstand S1 ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riemenscheibenentkoppler
- 2
- Riemenscheibe
- 3
- Nabe
- 4
- Innengewinde
- 5
- Innenvielzahn
- 6
- Kugellager
- 7
- Radiallagerring
- 8
- Lagerabschnitt
- 9
- Erweiterung
- 10
- Schutzkappe
- 11
- Schlingband
- 12
- Schraubendrehfeder
- 13
- Drehachse
- 14
- antriebseitiger Wicklungsabschnitt des Schlingbands
- 15
- Antriebshülse
- 16
- abtriebseitiger Wicklungsabschnitt des Schlingbands
- 17
- Mitnehmerhülse
- 18
- Axiallagerring
- 19
- Innenring
- 20
- antriebseitiges Federende
- 21
- antriebseitiger Federteller
- 22
- abtriebseitiges Federende
- 23
- abtriebseitiger Federteller
- 24
- Stirnseite des antriebseitigen Federendes
- 25
- Stirnseite des abtriebseitigen Federendes
- 26
- Aussparung
- 27
- erster Windungsabschnitt
- 28
- zweiter Windungsabschnitt
- 29
- Vorsprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015202527 B3 [0003]
- DE 102015224608 A1 [0003]
- DE 102016211558 A1 [0003]
- US 7975821 B1 [0003]
- EP 0980479 B1 [0003]
