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Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler zur Antriebsmomentübertragung zwischen dem Riemen eines Riementriebs und einer damit in Antriebsverbindung stehenden Welle, aufweisend:
- - eine an der Welle zu befestigende Nabe,
- - eine auf der Nabe drehbar gelagerte Riemenscheibe,
- - eine im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe und der Nabe angeordnete Reihenschaltung aus einer Einwegkupplung und einer Schraubendrehfeder mit einem ersten Federende und einem zweiten Federende,
- - einen im Antriebsmomentfluss seitens des ersten Federendes verlaufenden ersten Drehanschlag
- - und einen im Antriebsmomentfluss seitens des zweiten Federendes verlaufenden zweiten Drehanschlag.
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Dabei wird das Antriebsmoment bei geschlossener Einwegkupplung über den Druckkontakt der Federenden mit den Drehanschlägen übertragen.
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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. Die Einwegkupplung überträgt im geschlossenen Zustand das Antriebsmoment von der Riemenscheibe auf die Nabe, wobei die Elastizität der mit der Einwegkupplung in Reihe geschalteten Schraubendrehfeder die aus dem Riementrieb stammenden Drehungleichförmigkeiten glättet. Bei verzögert rotierender Riemenscheibe öffnet die Einwegkupplung, 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 der
DE 10 2015 202 043 A1 , der
DE 10 2015 202 527 B3 und der
US 9,759 ,
274 B2 bekannt. Jeder dieser bekannten Riemenscheibenentkoppler hat einen eigenen Mechanismus, der den sogenannten Rampenhochlauf der durch das Antriebsmoment stets in Wickelöffnungsrichtung belasteten Schraubendrehfeder (Englisch: „ramp-up“) verhindert. Dieser höchst unerwünschte Rampenhochlauf resultiert bei überholender Nabe aus dem Schleppreibmoment der dann geöffneten Einwegkupplung, das dem Antriebsmoment entgegengerichtet ist und - bei Fehlen einer Gegenmaßnahme - zu einer Relativverdrehung eines oder beider Federenden gegenüber den Drehanschlägen der Federteller führt. Der Rampenhochlauf geht typischerweise mit einer übermäßigen mechanischen Belastung und einer hohen Geräuschentwicklung des Riemenscheibenentkopplers einher. Die aus den zitierten Druckschriften bekannten „Anti-Ramp-Up“ Mechanismen arbeiten im wesentlichen wie folgt:
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DE 10 2015 202 043 A1 : Die Federteller, an denen die Federenden anliegen, sind formschlüssig in beide Drehrichtungen mit den Federenden verbunden.
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DE 10 2015 202 527 B3 : Die Nabe ist mit einem Mitnehmer versehen, der die beiden Drehanschläge bei Erreichen eines Freiwinkels drehfest miteinander koppelt.
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US 9,759 ,
274 B2 : Die Federenden sind keilförmig und in korrespondierenden Taschen der jeweiligen Federteller selbsthemmend befestigt, so dass die Federenden die Schraubendrehfeder auch in Wickelschließrichtung belasten können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Riemenscheibenentkoppler der eingangs genannten Art mit einem alternativen „Anti-Ramp-Up“ Mechanismus anzugeben.
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Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll der Riemenscheibenentkoppler eine im Antriebsmomentfluss angeordnete Parallelschaltung aus der Schraubendrehfeder und einem Schlingband aufweisen, das bei geöffneter Einwegkupplung die Drehanschläge unter Übertragung eines dem Antriebsmoment entgegen gerichteten Schleppreibmoments der geöffneten Einwegkupplung drehfest miteinander koppelt. Aufgrund der Parallelschaltung des Schlingbands mit der Schraubendrehfeder wird das Antriebsmoment sowohl von der Schraubendrehfeder als auch vom Schlingband übertragen, wobei sowohl die Schraubendrehfeder als auch das Schlingband in Wickelöffnungsrichtung belastet sind. Umgekehrt wird das Schlingband mit dem entgegen gerichteten Schleppreibmoment der geöffneten Einwegkupplung in Wickelschließrichtung belastet und umschlingt - ja nach konstruktiver Schlingbandausführung - einen oder zwei Reibkontaktpartner drehfest, die ihrerseits drehfest mit den Drehanschlägen verbunden sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Riemenscheibenentkoppler für den im Nebenaggregate-Riementrieb einer Brennkraftmaschine angeordneten Generator dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
- 1 den ersten Riemenscheibenentkoppler im Längsschnitt;
- 2 den ersten Riemenscheibenentkoppler in perspektivisch explodierter Darstellung;
- 3 Komponenten des ersten Riemenscheibenentkopplers in perspektivisch explodiertem Halbschnitt;
- 4 die Nabe des ersten Riemenscheibenentkopplers in perspektivischer Darstellung;
- 5 das Schlingband des ersten Riemenscheibenentkopplers in perspektivischer Darstellung;
- 6 den zweiten Riemenscheibenentkoppler im Längsschnitt;
- 7 das Schlingband des zweiten Riemenscheibenentkopplers in perspektivischer Darstellung;
- 8 den ersten Federteller des zweiten Riemenscheibenentkopplers in perspektivischer Darstellung.
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Die 1 und 2 zeigen das erste Ausführungsbeispiel eines Riemenscheibenentkopplers 1 in verschiedenen Darstellungen. Eine hohlzylindrische Riemenscheibe 2, deren vom Riemen umschlungene Außenmantelfläche der Poly-V-Form des Riemens entsprechend profiliert ist, wird vom Riemen in der in 2 eingezeichneten Drehrichtung angetrieben. Die Riemenscheibe 2 ist drehbar auf einer Nabe 3 gelagert, die fest mit der Welle des Generators verschraubt wird und die Generatorwelle antreibt. 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 mit dem Innendurchmesser der Riemenscheibe 2 in unmittelbarem Gleitkontakt steht.
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Die Riemenscheibe 2 hat am generatorfernen Ende eine im Durchmesser gestufte Erweiterung 8, in die nach dem Verschrauben des Riemenscheibenentkopplers 1 auf die Generatorwelle eine Schutzkappe 9 eingeschnappt wird.
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Die für die Funktion des Riemenscheibenentkopplers 1 wesentlichen Komponenten sind eine als Schlingband ausgebildete Einwegkupplung 10 und eine Schraubendrehfeder 11, die bezüglich des Antriebsmomentflusses von der Riemenscheibe 2 auf die Nabe 3 mit der Einwegkupplung 10 in Reihe geschaltet ist. Die Einwegkupplung 10 und die Schraubendrehfeder 11 erstrecken sich koaxial zueinander und zur Drehachse 12 des Riemenscheibenentkopplers 1, wobei die Einwegkupplung 10 radial zwischen der Riemenscheibe 2 und der Schraubendrehfeder 11 angeordnet ist und folglich die Schraubendrehfeder 11 umschließt.
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Die Einwegkupplung 10 befindet sich im geschlossenen Zustand, wenn die Schraubendrehfeder 11 Antriebsmoment im Antriebsdrehsinn gemäß der eingezeichneten Pfeilrichtung von der Riemenscheibe 2 auf die Nabe 3 überträgt. Dabei werden Drehschwingungen der Riemenscheibe 2 infolge der entkoppelnden Elastizität der Schraubendrehfeder 11 in stark geglättetem Umfang auf die Nabe 3 übertragen. Sowohl die rechts gewickelte Einwegkupplung 10 als auch die links gewickelte Schraubendrehfeder 11 haben beidseitig schenkellose Enden, die die Einwegkupplung 10 bzw. die Schraubendrehfeder 11 bei der Übertragung des Antriebsmoments auf die Generatorwelle in Wickelöffnungsrichtung belasten und dabei radial aufweiten. Dabei verspannt sich ein im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe 2 verlaufender erster Endabschnitt 13 der Einwegkupplung 10 gegen die Innenmantelfläche 14 einer zylindrischen Antriebshülse 15, die in der Riemenscheibe 2 mittels eines Pressverbands drehbefestigt ist. Der im Antriebsmomentfluss seitens der Schraubendrehfeder 11 verlaufende zweite Endabschnitt 16 der Einwegkupplung 10 verspannt sich gegen die Innenmantelfläche 17 einer zylindrischen Außenhülse 18, die Teil einer gegenüber der Riemenscheibe 2 und der Nabe 3 um die Drehachse 12 drehbaren Mitnehmerhülse 19 ist. Diese ist mittels der Außenhülse 18 drehbar in der Antriebshülse 15 gelagert, wobei die Innenmantelfläche 14 der Antriebshülse 15 und die Innenmantelfläche 17 der Außenhülse 18 den gleichen Durchmesser haben und die radial einwärts vorgespannten Windungen der Einwegkupplung 10 umschließen. Die Mitnehmerhülse 19 ist mit einer zylindrischen Innenhülse 20, die zur Außenhülse 18 koaxial ist, und einem Boden 21, der die Außenhülse 18 mit der Innenhülse 20 radial verbindet, als einstückiges Blechumformteil hergestellt (s. 3).
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Wie es in Zusammenschau mit den 3 und 4 deutlich wird, liegt die Schraubendrehfeder 11 mit einem ersten Federende 22 an einem ersten Federteller 23, der im Antriebsmomentfluss antriebseitig durch den Boden 21 gebildet ist, und mit einem zweiten Federende 24 an einem zweiten Federteller 25 an, der im Antriebsmomentfluss abtriebseitig durch die Nabe 3 gebildet ist. Die Federteller 23, 25 haben der axial stirnseitigen Kontur der Schraubendrehfeder 11 entsprechend axial rampenförmig ansteigende und an umfänglichen Drehanschlägen 26, 27 zurückspringende Federanlageflächen. Die Federanlagefläche des ersten Federtellers 23 ist durch mehrere am Boden 21 angeformte Vorsprünge gebildet, von denen in 3 die Vorsprünge 28 und 29 erkennbar sind. Die auf den Boden 21 wirkenden Axialkräfte der Schraubendrehfeder 11 werden über einen Gleitlagerring 30 am Innenring 31 des Kugellagers 6 abgestützt.
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Die Einleitung des von der Riemenscheibe 2 auf die Nabe 3 übertragenen Antriebsmoments in die Schraubendrehfeder 11 erfolgt über den Druckkontakt des ersten Drehanschlags 26 am ersten Federteller 23 mit der umfänglichen Stirnfläche 32 des ersten Federendes 22. Der Antriebsmomentfluss verläuft abtriebseitig über den Druckkontakt der umfänglichen Stirnfläche 33 des zweiten Federendes 24 mit dem zweiten Drehanschlag 27 an der Nabe 3. Die Druckkontakte belasten die Schraubendrehfeder 11 in Wickelöffnungsrichtung und verlaufen in normal zur Umfangsrichtung orientierten Ebenen, so dass durch diese Kontakte in Wickelschließrichtung wirkende Zugkräfte auf die Federenden 22, 24 nicht übertragen werden können.
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Im geöffneten Kupplungszustand rutscht die Einwegkupplung 10 in der Antriebshülse 15 und/oder in der Mitnehmerhülse 19 durch, wobei die (träge) Generatorwelle und die darauf befestigte Nabe 3 die Riemenscheibe 2 überholen. Das der Gleitreibung zwischen den beiden durchrutschenden Kontaktpartnern entsprechende Schleppreibmoment hat einen dem Antriebsmoment entgegen gerichteten Drehsinn und beaufschlagt daher die Drehanschläge 26, 27 im Sinne einer sich umfänglich von den Stirnflächen 32, 33 der zugehörigen Federenden 22, 24 beabstandenden Relativverdrehung.
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Dieser unerwünschte Rampenhochlauf der Schraubendrehfeder 11 wird erfindungsgemäß dadurch verhindert, dass bei überholender Nabe 3 ein (weiteres) Schlingband 34 die Federteller 23, 25 und damit die Drehanschläge 26, 27 drehfest miteinander koppelt. Das Schlingband 34 ist mit der Schraubendrehfeder 11 parallel geschaltet, wobei dessen Windungen - wie in den 1 und 2 ersichtlich - ebenfalls links gewickelt und zwischen die Windungen der Schraubendrehfeder 11 eingeschraubt sind. 5 zeigt das Schlingband 34 als Einzelteil, das beim ersten Ausführungsbeispiel des Riemenscheibenentkopplers 1 zwei schenkellose Bandenden 35 und 36 hat. Der Innenmanteldurchmesser des Schlingbands 34 ist etwas kleiner als der Innenmanteldurchmesser der Schraubendrehfeder 11, wobei die Innenmantelfläche 37 des ersten Bandendes 35 mit der Außenmantelfläche 38 der Innenhülse 20 in vorgespanntem Reibkontakt steht und wobei die Innenmantelfläche 39 des zweiten Bandendes 36 mit der Außenmantelfläche 40 der Nabe 3 in vorgespanntem Reibkontakt steht. Die bei überholender Nabe 3 in diesen Reibkontakten entstehenden Reibkräfte ziehen das Schlingband 34 in Wickelschließrichtung zu, so dass das Schlingband seinerseits eine Relativverdrehung der Nabe 3 gegenüber der Mitnehmerhülse 19 und damit eine zum Rampenhochlauf führende Relativverdrehung der Drehanschläge 26, 27 blockiert und das Schleppreibmoment der durchrutschenden Einwegkupplung 10 von der Nabe 3 auf die Riemenscheibe 2 überträgt.
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Das Schlingband 34 hat dieselbe Windungsanzahl wie die Schraubendrehfeder 11, so dass die Drehanschläge 26, 27 bei Übertragung des Antriebsmoments sowohl mit den umfänglichen Stirnflächen 32, 33 der Federenden 22, 24 als auch mit umfänglichen Stirnflächen 41 und 42 der Bandenden 35 bzw. 36 in Druckkontakt stehen und einen Teil des Antriebsmoments über das parallel zur Schraubendrehfeder 11 geschaltete Schlingband 34 übertragen. Die mit der teilweisen Antriebsmomentübertragung einhergehende Wickelöffnung des Schlingbands 34 verhindert dessen vorzeitiges Schließen bei einem Verdrehwinkel der Riemenscheibe 2 gegenüber der Nabe 3, bei dem die Schraubendrehfeder 11 noch mit Antriebsmoment belastet ist.
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Der in den 6 bis 8 dargestellte Riemenscheibenentkoppler 1' unterscheidet sich von dem zuvor erläuterten ersten Ausführungsbeispiel durch die kraftübertragende Verbindung des Schlingbands 34' mit der Mitnehmerhülse 19'. Bei dieser zweiten Ausführung ist das erste Bandende 35' nicht schenkellos, sondern weist einen in Richtung der Drehachse 12 abgewinkelten Schenkel 43 auf, der in eine umfängliche Aussparung 44 im Vorsprung 28' des ersten Federtellers 23' eingreift. Damit ist das Schlingband 34' mit dem ersten Bandende 35' in beide Drehrichtungen formschlüssig mit dem ersten Federteller 23' verbunden. Der zweite Federteller 25 ist über den vorgespannten Reibkontakt der Außenmantelfläche 40 der Nabe 3 mit der nahezu vollständigen Innenmantelfläche 39 des Schlingbands 34' einschließlich dessen zweiten Bandendes 36 kraftschlüssig verbunden. Die Innenhülse 20 des ersten Ausführungsbeispiels entfällt bei der Mitnehmerhülse 19'.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riemenscheibenentkoppler
- 2
- Riemenscheibe
- 3
- Nabe
- 4
- Innengewinde
- 5
- Innenvielzahn
- 6
- Kugellager
- 7
- Radiallagerring
- 8
- Erweiterung
- 9
- Schutzkappe
- 10
- Einwegkupplung
- 11
- Schraubendrehfeder
- 12
- Drehachse
- 13
- erster Endabschnitt der Einwegkupplung
- 14
- Innenmantelfläche der Antriebshülse
- 15
- Antriebshülse
- 16
- zweiter Endabschnitt der Einwegkupplung
- 17
- Innenmantelfläche der Außenhülse
- 18
- Außenhülse
- 19
- Mitnehmerhülse
- 20
- Innenhülse
- 21
- Boden
- 22
- erstes Federende
- 23
- erster Federteller
- 24
- zweites Federende
- 25
- zweiter Federteller
- 26
- erster Drehanschlag
- 27
- zweiter Drehanschlag
- 28
- Vorsprung
- 29
- Vorsprung
- 30
- Gleitlagerring
- 31
- Innenring
- 32
- Stirnfläche des ersten Federendes
- 33
- Stirnfläche des zweiten Federendes
- 34
- Schlingband
- 35
- erstes Bandende
- 36
- zweites Bandende
- 37
- Innenmantelfläche des ersten Bandendes
- 38
- Außenmantelfläche der Innenhülse
- 39
- Innenmantelfläche des zweiten Bandendes
- 40
- Außenmantelfläche der Nabe
- 41
- Stirnfläche des ersten Bandendes
- 42
- Stirnfläche des zweiten Bandendes
- 43
- Schenkel
- 44
- Aussparung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015202043 A1 [0004, 0005]
- DE 102015202527 B3 [0004, 0006]
- US 9759 [0004, 0007]
- US 274 B2 [0004, 0007]
