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Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler zur Drehmomentübertragung vom Riemen eines Nebenaggregate-Riementriebs auf die Welle eines der Nebenaggregate, umfassend:
- - eine Riemenscheibe als Antrieb,
- - eine auf der Welle zu befestigende Nabe als Abtrieb,
- - eine das Drehmoment übertragende Schraubendrehfeder, die Endwindungen mit schenkellosen Federenden hat, deren umfängliche Stirnseiten sich in Druckkontakt mit einem antriebseitigen Drehanschlag und einem abtriebseitigen Drehanschlag befinden,
- - und eine mit der Schraubendrehfeder in Reihe geschaltete Einwegkupplung, die im geöffneten Kupplungszustand ein Überholen der Nabe gegenüber der Riemenscheibe zulässt und als Schlingband ausgebildet ist, das sich in Richtung der Drehachse des Riemenscheibenentkopplers erstreckt und radial zwischen der Riemenscheibe und der Schraubendrehfeder angeordnet ist,
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Das Schlingband befindet sich im geschlossenen Kupplungszustand in einem das Drehmoment übertragenden Reibeingriff mit einer ersten Innenmantelfläche, die gegenüber der Riemenscheibe drehfest ist, und mit einer zweiten Innenmantelfläche, die gegenüber der Riemenscheibe drehbar und gegenüber dem antriebseitigen Drehanschlag drehfest ist.
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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 Schraubendrehfeder, die das Drehmoment von der Riemenscheibe auf die typischerweise auf der Welle eines Generators sitzende Nabe elastisch überträgt. Bei verzögert rotierendem Antrieb lässt die geöffnete Einwegkupplung das Überholen der trägen Generatorwelle gegenüber dem Riemen zu. Gattungsgemäße Riemenscheibenentkoppler sind beispielsweise aus der
DE 10 2015 224 608 A1 und der
DE 10 2015 202 527 B3 bekannt.
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Die Schraubendrehfedern der Riemenscheibenentkoppler sind bei der Drehmomentübertragung öffnend belastet und haben schenkellose Federenden, deren umfängliche Stirnflächen keine Zugkräfte auf die zugehörigen Drehanschläge und folglich kein Drehmoment im entgegen gerichteten Drehsinn übertragen können. Falls dann das Reibmoment des geöffneten und durchrutschenden Schlingbands ausreichend hoch ist, kann es ohne konstruktive Gegenmaßnahmen zum unerwünschten Rampenhochlauf der Federenden gegenüber den Drehanschlägen kommen. Diese Relativverdrehung der Federenden gegenüber den Drehanschlägen, die im Englischen auch als ramp-up bekannt ist, geht typischerweise mit einer übermäßigen mechanischen Belastung und einer hohen Geräuschentwicklung des Riemenscheibenentkopplers einher.
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Der aus der
DE 10 2015 224 608 A1 bekannte Riemenscheibenentkoppler umfasst als Gegenmaßnahme einen anti-ramp-up Mechanismus, bei dem die Federenden gegenüber den Drehanschlägen formschlüssig gegen Verdrehen gesichert sind.
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Der anti-ramp-up Mechanismus des aus der
DE 10 2015 202 527 B3 bekannten Riemenscheibenentkopplers umfasst eine Mitnehmerscheibe, die bei überholender Nabe die beiden Drehanschläge drehfest miteinander koppelt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Riemenscheibenentkoppler der eingangs genannten Art mit konstruktiv vereinfachtem anti-ramp-up Mechanismus anzugeben.
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Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach sollen die Endwindungen der Schraubendrehfeder einerseits im Axialbereich der zweiten Innenmantelfläche im Schlingband und andererseits in einer dritten Innenmantelfläche, die gegenüber dem abtriebseitigen Drehanschlag drehfest ist, eingepresst sein. Der Pressverband bewirkt, dass die Endwindungen der Schraubendrehfeder kraftschlüssig gegenüber der ersten und zweiten Innenmantelfläche verdrehgesichert sind und folglich dabei auch die beiden Drehanschläge gegen gegenseitiges Verdrehen sichern.
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Dieser erfindungsgemäße anti-ramp-up Mechanismus ermöglicht es außerdem, die Windungsanzahl des Schlingbands im axialen Bereich der zweiten Innenmantelfläche und folglich deren Breite zugunsten des kleinen Baulängenbedarfs des Riemenscheibenentkopplers vergleichsweise kurz auszuführen. Denn der in diesem Bereich vorliegende Pressverband der Schraubendrehfeder mit dem Schlingband verstärkt im geschlossenen Kupplungszustand dessen Haftreibung gegenüber der zweiten Innenmantelfläche, wenn sich die Schraubendrehfeder unter Übertragung des Drehmoments radial aufweitet und als zusätzliche äußere Kraft das Schlingband gegen die zweite Innenmantelfläche presst.
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Unter dem Begriff „vergleichsweise kurz“ ist vorliegend zu verstehen, dass für die Breite B1 der ersten Innenmantelfläche und die Breite B2 der zweiten Innenmantelfläche das Verhältnis gilt: B1 / B2 > 1,5.
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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 im Längsschnitt;
- 2 den Riemenscheibenentkoppler in perspektivischer Explosion;
- 3 die Mitnehmerhülse gemäß den 1 und 2 als Einzelteil;
- 4 die Nabe gemäß den 1 und 2 als Einzelteil.
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Die 1 und 2 zeigen den Riemenscheibenentkoppler 1 in verschiedenen Darstellungen. Eine hohlzylindrische Riemenscheibe 2, deren vom Riemen umschlungener Außenmantel ein dem Keilrippenprofil des Riemens entsprechendes Poly-V-Profil 3 aufweist, wird vom Riemen in der in 2 eingezeichneten Drehrichtung angetrieben. Die Riemenscheibe 2 ist drehbar auf einer Nabe 4 gelagert, die fest auf der Generatorwelle verschraubt wird. Die Lagerung der Riemenscheibe 2 auf der Nabe 4 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 5, und das Gleitlager ist ein Radiallagerring 6 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 7, in die nach dem Verschrauben des Riemenscheibenentkopplers 1 auf die Generatorwelle eine nicht dargestellte Schutzkappe eingeschnappt wird.
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Die für die Funktion des Riemenscheibenentkopplers 1 wesentlichen Komponenten sind eine als Schlingband 8 ausgebildete Einwegkupplung und eine - bezüglich des Drehmomentflusses von der Riemenscheibe 2 auf die Nabe 4 - mit dem Schlingband 8 in Reihe geschaltete Schraubendrehfeder 9. Das Schlingband 8 und die Schraubendrehfeder 9 erstrecken sich koaxial zueinander in Richtung der Drehachse 10 des Riemenscheibenentkopplers 1, wobei das Schlingband 8 radial zwischen der Riemenscheibe 2 und der Schraubendrehfeder 9 angeordnet ist und folglich die Schraubendrehfeder 9 umschließt.
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Die Schraubendrehfeder 9 ist mit einem trapezförmigen Drahtquerschnitt links gewickelt und hat Endwindungen 11 und 12 mit schenkellosen Federenden. Das Schlingband 8 ist mit einem rechteckigen Drahtquerschnitt rechts und zylindrisch gewickelt. Die Endwindung 11 hat eine umfängliche Stirnseite 13, die sich in Druckkontakt mit einem antriebseitigen Drehanschlag 14 an einem Federteller 15 befindet. Dieser ist Teil einer in 3 als Einzelteil dargestellten Mitnehmerhülse 16. Die umfängliche Stirnseite 17 der Endwindung 12 befindet sich mit einem abtriebseitigen Drehanschlag 18 in Druckkontakt. Der Drehanschlag 18 ist Teil eines Federtellers 19, der gemäß 4 an der Nabe 4 angeformt ist.
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Die Mitnehmerhülse 16 ist mit einem sich an den Federteller 15 anschließenden Hülsenabschnitt 20 drehbar in einer Antriebshülse 21 gelagert, die in der Riemenscheibe 2 eingepresst ist, und mittels eines Axiallagerrings 26 gegen den Innenring des Kugellagers 5 abgestützt. Das Schlingband 8 ist mit radialer Vorspannung in einer ersten Innenmantelfläche 22 der Antriebshülse 21 und in einer zweiten Innenmantelfläche 23 des Hülsenabschnitts 20 aufgenommen und erlaubt im geöffneten, d.h. gegenüber der Innenmantelfläche 22 durchrutschenden Kupplungszustand ein Überholen der Nabe 4 gegenüber der Riemenscheibe 2. Die mit der radialen Vorspannung einhergehende Kontaktreibung bewirkt, dass sich das Schlingband 8 in der Antriebshülse 21 und der Mitnehmerhülse 16 bis zum Erreichen des geschlossenen Kupplungszustands aufweitet. In diesem Zustand befindet sich das Schlingband 8 im schlupffreien Reibeingriff mit den beiden Innenmantelflächen 22 und 23, wobei das von der antreibenden Riemenscheibe 2 eingeleitete Drehmoment über die mit dem geschlossenen Schlingband 8 in Reihe geschaltete Schraubendrehfeder 9 via antriebseitiger Drehanschlag 14 - Stirnseite 13 - Stirnseite 17 - abtriebseitiger Drehanschlag 18 elastisch auf die Nabe 4 übertragen wird.
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Der erfindungsgemäße anti-ramp-up Mechanismus, der dem Reibmoment des im geöffneten Kupplungszustand durchrutschenden Schlingbands 8 entgegen wirkt, besteht konstruktiv darin, dass die Endwindungen 11 und 12 der Schraubendrehfeder 9 jeweils mittels eines Pressverbands gegenüber dem Federteller 19 mit dem (dazu drehfesten) abtriebseitigen Drehanschlag 18 einerseits und gegenüber dem Federteller 15 mit dem (dazu drehfesten) antriebseitigen Drehanschlag 14 andererseits gegen Verdrehen gesichert sind. Die Endwindungen 11 und 12 haben hierzu einen gegenüber den dazwischen liegenden Federwindungen größeren Windungsdurchmesser und sind einerseits in einer dritten Innenmantelfläche 24 eines sich an den Federteller 19 anschließenden Hülsenabschnitts 25 der Nabe 4 und andererseits im Schlingband 8 im Axialbereich der zweiten Innenmantelfläche 23 eingepresst.
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Jeder Pressverband der Endwindungen 11, 12 ist so dimensioniert, dass das Losbrechmoment der Endwindungen wesentlich größer als das Reibmoment des in der ersten Innenmantelfläche 22 durchrutschenden Schlingbands 8 ist. Vorliegend beträgt das Losbrechmoment mindestens 2 Nm gegenüber dem Reibmoment von maximal 1 Nm.
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Der Pressverband der Endwindung 11 mit dem Schlingband 8 verstärkt dessen radiale Vorspannung gegen die zweite Innenmantelfläche 23. Daher ist es in diesem Axialbereich für den schlupffreien Eingriff des Schlingbands 8 ausreichend, dass dort das Schlingband 8 mit vergleichsweise wenigen Windungen im Eingriff ist, zumal die Durchmessererweiterung der mit dem übertragenen Drehmoment belasteten Schraubendrehfeder 9 die Haftreibung des Schlingbands 8 mit der zweiten Innenmantelfläche 23 verstärkt. Vorliegend gilt für die Breite B1 der ersten Innenmantelfläche 22 und die Breite B2 der zweiten Innenmantelfläche 23 das Verhältnis: B1 / B2 > 1,5.
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In einer alternativen Ausführung können die Schraubendrehfeder und das Schlingband auch in kinematischer Umkehrung angeordnet sein: In diesem nicht dargestellten Fall befindet sich das Schlingband radial zwischen der Nabe und der Schraubendrehfeder, deren Endwindungen in einer Innenmantelfläche der Riemenscheibe einerseits und in einer Innenmantelfläche der Mitnehmerhülse andererseits eingepresst sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riemenscheibenentkoppler
- 2
- Riemenscheibe
- 3
- Poly-V-Profil
- 4
- Nabe
- 5
- Kugellager
- 6
- Radiallagerring
- 7
- Erweiterung
- 8
- Schlingband
- 9
- Schraubendrehfeder
- 10
- Drehachse
- 11
- Endwindung
- 12
- Endwindung
- 13
- Stirnseite
- 14
- antriebseitiger Drehanschlag
- 15
- Federteller
- 16
- Mitnehmerhülse
- 17
- Stirnseite
- 18
- abtriebseitiger Drehanschlag
- 19
- Federteller
- 20
- Hülsenabschnitt
- 21
- Antriebshülse
- 22
- erste Innenmantelfläche
- 23
- zweite Innenmantelfläche
- 24
- dritte Innenmantelfläche
- 25
- Hülsenabschnitt
- 26
- Axiallagerring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015224608 A1 [0003, 0005]
- DE 102015202527 B3 [0003, 0006]
