DE102018114078A1

DE102018114078A1 - Riemenscheibenentkoppler

Info

Publication number: DE102018114078A1
Application number: DE102018114078.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Hauck; Jens Schäfer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2019-12-19
Also published as: CN112005026A; WO2019238169A1; US20210239201A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Riemenscheibenentkoppler (1) zur Drehmomentübertragung zwischen dem Riemen eines Riementriebs und einer damit in Antriebsverbindung stehenden Welle (2), aufweisend:- eine an der Welle zu befestigende Nabe (5),- eine auf der Nabe drehbar gelagerte Riemenscheibe (3)- und zwei das Drehmoment zwischen der Riemenscheibe und der Nabe übertragende Schraubendrehfedern (18, 19), die parallel geschaltet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler zur Drehmomentübertragung 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
- und zwei das Drehmoment zwischen der Riemenscheibe und der Nabe übertragende Schraubendrehfedern.

Derartige Riemenscheibenentkoppler, die im Englischen üblicherweise als Decoupler oder Isolator bezeichnet sind, finden sich insbesondere im Nebenaggregate-Riementrieb eines Verbrennungsmotors, um die von dessen Kurbelwelle in den Riementrieb eingeleiteten Drehschwingungen und -ungleichförmigkeiten zu kompensieren. Die Kompensation erfolgt durch die entkoppelnde Wirkung der Schraubendrehfedern, die je nach Ausführung des Riemenscheibenentkopplers das Drehmoment entweder von der Riemenscheibe auf die Nabe oder von der Nabe auf die Riemenscheibe oder in beide Richtungen elastisch übertragen. Die letztgenannte Ausführung findet typischerweise Verwendung bei Trieben mit Riemen-Start-Stopp Funktion mittels eines Startergenerators, der im generatorischen Betrieb vom Riemen angetrieben wird und im motorischen Betrieb den Riemen antreibt.
Gattungsgemäße Riemenscheibenentkoppler mit jeweils zwei Schraubendrehfedern sind aus der WO 2013/ 124 009 A1 und der US 2018/0087599 A1 bekannt. Die Schraubendrehfedern dieser bekannten Riemenscheibenentkoppler sind in Reihe geschaltet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Charakteristik der Drehmomentübertragung eines Riemenscheibenentkopplers der eingangs genannten Art konstruktiv zu verbessern.
Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach sollen die Schraubendrehfedern parallel geschaltet sein. Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers mit Federparallelschaltung besteht gegenüber der Reihenschaltung darin, dass die Übertragung des vom Startergenerator eingeleiteten Start- oder Boostmoments, das typischerweise um den Faktor fünf größer als das vom Startergenerator abgenommene Generatormoment ist, auf zwei Federn bei dann vergleichsweise kleinen Materialspannungen aufgeteilt wird. Folglich kann die Federdimensionierung innerhalb der Grenzen einer erhöhten Drehmomentübertragung bei unveränderten Federspannungen einerseits und einer erhöhten Federlebensdauer bei unveränderter Drehmomentübertragung andererseits optimiert werden.
Die erfindungsgemäße Parallelschaltung der Schraubendrehfedern ist nicht auf die Verwendung bei Riemenscheibenentkopplern für Startergeneratoren beschränkt, die Drehmoment in beide Drehrichtungen übertragen. Vielmehr können auch solche Entkoppler damit ausgerüstet werden, die lediglich Generatormoment vom Riemen auf den Generator übertragen und einen Freilauf haben, der das im wesentlichen drehmomentfreie Überholen des Generators zulässt. Die Federparallelschaltung ist grundsätzlich auch bei einem Entkoppler möglich, der lediglich Drehmoment von einem Riemenstarter auf den Riemen überträgt und einen Freilauf hat, der in der dazu umgekehrten Drehmomentrichtung die Drehmomentübertragung verhindert.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers dargestellt ist. Es zeigen jeweils perspektivisch:

1 den Riemenscheibenentkoppler im Längsschnitt;
2 die als Federsatz ausgebildeten Schraubendrehfedern;
3 einen riemenscheibenseitigen Federteller als Einzelteil
4 und einen nabenseitigen Federteller als Einzelteil.

Der in 1 dargestellte Riemenscheibenentkoppler 1 sitzt auf der Welle 2 eines Startergenerators, die in der eingezeichneten Pfeilrichtung dreht. Der Riemenscheibenentkoppler 1 umfasst eine hohlzylindrische Riemenscheibe 3, deren von einem Keilrippenriemen umschlungene Außenmantelfläche ein korrespondierendes Poly-V-Profil 4 als Riemenabgriff hat und die drehbar auf einer fest an der Welle 2 verschraubten Nabe 5 gelagert ist. Die Nabe 5 hat im Mittelabschnitt ein Innengewinde 6 und am generatorfernen, vorderen Endabschnitt einen Innenvielzahn 7 als Eingriffskontur für das Schraubwerkzeug. Nach dem Aufschrauben der Nabe 5 wird eine Sicherungshülse 8 mit einem mit dem Schraubwerkzeug korrespondierenden Außenvielzahn 9 in den Innenvielzahn 7 eingesetzt und mit der Welle 2 verschraubt, so dass die Schraubverbindung zwischen der Welle 2 und der Nabe 5 bei antreibendem Startergenerator gegen unkontrolliertes Lösen gesichert ist.
Die radiale Lagerung der Riemenscheibe 3 auf der Nabe 5 erfolgt über ein zweireihiges Nadellager 10, das im Axialbereich des Poly-V-Profils 4 angeordnet ist. Das Nadellager 10 ist mit einem auf der Nabe 5 aufgepressten Lagerinnenring 11, einem in der Riemenscheibe 3 eingepressten Lageraußenring 12 und zwei darin abwälzenden Nadelkränzen 13 und 14 als montagefertige Baueinheit ausgebildet. Die axiale Lagerung der Riemenscheibe 3 auf der Nabe 5 erfolgt über einen sich radial auswärts erstreckenden Bund 15 des Lagerinnenrings 11, der einerseits als Anlauf für einen in der Riemenscheibe 3 eingepressten Stützring 16 und andererseits als Anlauf für einen sich radial einwärts erstreckenden Bund 17 des Lageraußenrings 12 dient.
Der Riemenscheibenentkoppler 1 umfasst weiterhin zwei parallel geschaltete Schraubendrehfedern 18 und 19, die je nach Betriebsmodus des Startergenerators Drehmoment zwischen der Welle 2 und dem Riemen übertragen, wobei die Federelastizität den Startergenerator von den Drehschwingungen der Kurbelwelle entkoppelt. Im Start- und Boostbetrieb erfolgt die Drehmomentübertragung von der Welle 2 auf den Riemen via Nabe 5 - Schraubendrehfedern 18, 19 - Riemenscheibe 3 und im Generatorbetrieb vom Riemen auf die Welle 2 via Riemenscheibe 3 - Schraubendrehfedern 18, 19 - Nabe 5.
Die Schraubendrehfedern 18, 19 bilden den in 2 dargestellten Federsatz, wobei die äußere Schraubendrehfeder 19 die innere Schraubendrehfeder 18 bei gleicher Federlänge und innerhalb desselben axialen Bauraums koaxial umschließt. Die Schraubendrehfedern 18, 19 sind gleichgängig und jeweils aus Rechteckdraht gewickelt, der so dimensioniert ist, dass die mit dem übertragenen Drehmoment korrespondierenden Materialspannungen beider Schraubendrehfedern 18, 19 im wesentlichen gleich hoch sind. Sowohl der Innendurchmesser Di der äußeren Schraubendrehfeder 19 als auch der Außendurchmesser Da der inneren Schraubendrehfeder 18 sind größer als der Durchmesser Dob des Poly-V-Profils 4, so dass die Schraubendrehfedern 18, 19 insbesondere das vergleichsweise hohe Start- oder Boostmoment des Startergenerators mit ausreichender Dauerfestigkeit übertragen können. Unter dem Durchmesser Dob ist der auf Kugeln gemessene Prüfdurchmesser des Poly-V-Profils 4 (Diameter over balls) zu verstehen.
Aufgrund der vergleichsweise großen Federdurchmesser sind die Riemenscheibe 3 und die Nabe 5 jeweils mehrteilig. Die Riemenscheibe 3 umfasst ein erstes Riemenscheibenteil 20 mit dem darauf angeformten Poly-V-Profil 4 und ein mit dem ersten Riemenscheibenteil 20 drehfest verbundenes zweites Riemenscheibenteil 21, das als Federteller 22 (s. 3) für die im Antrieb seitens der Riemenscheibe 3 verlaufenden Schraubendrehfederenden 23 und 24 ausgebildet ist. Die Nabe 5 umfasst ein erstes Nabenteil 25 mit dem darin eingeformten Innengewinde und ein mit dem ersten Nabenteil 25 drehfest verbundenes zweites Nabenteil 26, das als Federteller 27 (s. 3) für die im Antrieb seitens der Nabe 5 verlaufenden Schraubendrehfederenden 28 und 29 ausgebildet ist. Das Schraubendrehfederende 29 ist mit dem in 2 nicht sichtbaren Schraubendrehfederende 24 identisch.
Wie es in Zusammenschau der 2 bis 4 deutlich wird, ist der Wickelkörper der Schraubendrehfedern 18, 19 jeweils zylindrisch, wobei die Schraubendrehfederenden 23, 24 und 28, 29 gegenüber dem jeweiligen Wickelkörper sekantenförmig abgewinkelt und in korrespondierenden Aufnahmen 30 und 31 bzw. 32 und 33 der zugehörigen Federteller 22, 27 drehfest eingehängt sind. Ausgehend von den Aufnahmen 30, 31 bzw. 32, 33 steigen beide Federteller 22, 27 entsprechend den Stirnseiten der Schraubendrehfedern 18, 19 axial rampenförmig an, um die Schraubendrehfedern 18, 19 axial abzustützen. Deren Wickelrichtung ist so gewählt, dass das Start- und Boostmoment über den umfänglichen Druckkontakt der Aufnahmen 30 bis 33 mit den umfänglichen Stirnseiten 34 bis 37 der Schraubendrehfederenden 23, 24 und 28, 29 übertragen wird, wobei sich die Wickelkörper der Schraubendrehfedern 18, 19 im Durchmesser aufweiten. In umgekehrter Richtung wird das Generatormoment über den Formschluss der Aufnahmen 30 bis 33 mit den drehsicher darin eingehängten Schraubendrehfederenden 23, 24 und 28, 29 übertragen, wobei sich die Wickelkörper der Schraubendrehfedern 18, 19 im Durchmesser zusammenziehen.
Das zweite Riemenscheibenteil 21 hat am generatorfernen Ende eine im Durchmesser gestufte Erweiterung 38, in die nach dem Verschrauben des Riemenscheibenentkopplers 1 auf die Welle 2 eine Schutzkappe 39 eingeschnappt wird.
Bezugszeichenliste

1: Riemenscheibenentkoppler
2: Welle
3: Riemenscheibe
4: Poly-V-Profil
5: Nabe
6: Innengewinde
7: Innenvielzahn
8: Sicherungshülse
9: Außenvielzahn
10: Nadellager
11: Lagerinnenring
12: Lageraußenring
13: Nadelkranz
14: Nadelkranz
15: Bund
16: Stützring
17: Bund
18: Schraubendrehfeder
19: Schraubendrehfeder
20: erstes Riemenscheibenteil
21: zweites Riemenscheibenteil
22: Federteller
23: erstes Schraubendrehfederende
24: zweites Schraubendrehfederende
25: erstes Nabenteil
26: zweites Nabenteil
27: Federteller
28: Schraubendrehfederende
29: Schraubendrehfederende
30: Aufnahme
31: Aufnahme
32: Aufnahme
33: Aufnahme
34: Stirnseite
35: Stirnseite
36: Stirnseite
37: Stirnseite
38: Erweiterung
39: Schutzkappe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/124009 A1 [0003]
US 2018/0087599 A1 [0003]

Claims

Riemenscheibenentkoppler (1) zur Drehmomentübertragung zwischen dem Riemen eines Riementriebs und einer damit in Antriebsverbindung stehenden Welle (2), aufweisend: - eine an der Welle (2) zu befestigende Nabe (5), - eine auf der Nabe (5) drehbar gelagerte Riemenscheibe (3) - und zwei das Drehmoment zwischen der Riemenscheibe (3) und der Nabe (5) übertragende Schraubendrehfedern (18, 19), dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubendrehfedern (18, 19) parallel geschaltet sind.
Riemenscheibenentkoppler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubendrehfedern (18, 19) das Drehmoment sowohl von der Riemenscheibe (3) auf die Nabe (5) als auch von der Nabe (5) auf die Riemenscheibe (3) übertragen.
Riemenscheibenentkoppler (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (3) ein Poly-V-Profil (4) als Riemenabgriff hat, wobei die Schraubendrehfedern (18, 19) als Federsatz ausgebildet sind und der Innendurchmesser (Di) der äußeren Schraubendrehfeder (19) größer als der Durchmesser (Dob) des Poly-V-Profils (4) ist.
Riemenscheibenentkoppler (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (Da) der inneren Schraubendrehfeder (18) größer als der Durchmesser (Dob) des Poly-V-Profils (4) ist.
Riemenscheibenentkoppler (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (3) mehrteilig ist und ein erstes Riemenscheibenteil (20), auf dem das Poly-V-Profil (4) ausgebildet ist, und ein mit dem ersten Riemenscheibenteil (20) drehfest verbundenes zweites Riemenscheibenteil (21) umfasst, das als Federteller (22) für die im Antrieb seitens der Riemenscheibe (3) verlaufenden Schraubendrehfederenden (23, 24) ausgebildet ist, die drehfest mit dem zweiten Riemenscheibenteil (21) verbunden sind.
Riemenscheibenentkoppler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (5) mehrteilig ist und ein erstes Nabenteil (25) zur Befestigung auf der Welle (2) und ein mit dem ersten Nabenteil (25) drehfest verbundenes zweites Nabenteil (26) umfasst, das als Federteller (27) für die im Antrieb seitens der Nabe (5) verlaufenden Schraubendrehfederenden (28, 29) ausgebildet ist, die drehfest mit dem zweiten Nabenteil (26) verbunden sind.
Riemenscheibenentkoppler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubendrehfedern (18, 19) gleichgängig gewickelt sind.