-
Die Erfindung betrifft einen Entkoppler zur Übertragung eines Antriebsmoments von einem Drehantrieb auf einen Drehabtrieb, mit:
- - einem im Antriebsmomentfluss seitens des Drehantriebs angeordneten Antriebsteil,
- - einem im Antriebsmomentfluss seitens des Drehabtriebs angeordneten Abtriebsteil,
- - einer im Antriebsmomentfluss zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil angeordneten Reihenschaltung aus einer Schraubendrehfeder und einer Einwegkupplung, die in Antriebsdrehrichtung ein Überholen des Abtriebsteils gegenüber dem Antriebsteil zulässt,
- - einem im Antriebsmomentfluss seitens des Antriebsteils angeordneten ersten Federteller für das erste Ende der Schraubendrehfeder
- - und einem im Antriebsmomentfluss seitens des Abtriebsteils angeordneten zweiten Federteller für das zweite Ende der Schraubendrehfeder.
-
Die Federenden liegen an umfänglichen Stufen der Federteller stirnseitig an und weiten die Schraubendrehfeder unter Übertragung des Antriebsmoments radial auf. Die Federenden und die Federteller haben gegenseitige Verdrehsicherungen, die jeweils in Antriebsdrehrichtung eine Relativverdrehung des zweiten Federtellers gegenüber dem zweiten Federende und des ersten Federendes gegenüber dem ersten Federteller formschlüssig verhindern.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Nebenaggregate-Riementrieb mit einem Entkoppler der genannten Art.
-
Derartige Entkoppler (Englisch: Decoupler) sind typischerweise als Riemenscheiben-Entkoppler eines Nebenaggregate-Riementriebs einer Brennkraftmaschine ausgebildet. Sie können als Kurbelwellen-Entkoppler auf der Kurbelwelle oder als Generator-Entkoppler auf dem Generator angeordnet sein und den Eintrag von Drehschwingungen und -ungleichförmigkeiten der Kurbelwelle in den Nebenaggregate-Riementrieb bzw. in den Generator kompensieren. Die Reihenschaltung aus der Einwegkupplung und der Schraubendrehfeder überträgt im geschlossenen Zustand der Einwegkupplung das Antriebsmoment vom Antriebsteil auf das Abtriebsteil, wobei die Elastizität der Schraubendrehfeder die Drehungleichförmigkeiten glättet. Bei verzögert rotierendem Antriebsteil öffnet die Einwegkupplung, wobei - dann umgekehrt - kein nennenswertes Drehmoment vom Abtriebsteil auf das Antriebsteil übertragen werden kann. Im Falle des Generator-Entkopplers kann dann die mit relativ großer Massenträgheit behaftete Welle des Generators dessen Riemenscheibe überholen.
-
Ein Generator-Entkoppler geht beispielsweise aus der
US 8,047,920 B2 hervor. Die Einwegkupplung ist als Schlingband ausgebildet, das in der Reihenschaltung antriebseitig und radial zwischen der Schraubendrehfeder und der Riemenscheibe angeordnet ist. Obwohl das Schlingband bei überholender Generatorwelle geöffnet ist, kann das Reibmoment zwischen dem Innenmantel der Riemenscheibe und dem daran anliegenden Schlingband zu einer Relativverdrehung der beiden Federteller führen, wobei sich die Enden der Schraubendrehfeder von den umfänglichen Stufen der rampenförmigen Federteller entfernen und an deren Rampen hochlaufen. Der dabei infolge der Rampengeometrie effektiv abnehmende Axialbauraum für die Schraubendrehfeder kann bewirken, dass die Schraubendrehfeder die beiden Federteller axial auseinander drückt und so den Entkoppler gleichsam axial sprengt. Eine ebenso unerwünschte Konsequenz ist die auffällige Akustik des Entkopplers, wenn ein oder beide Federenden wiederholt an den Rampen hochlaufen und nach jeder Umdrehung an den Stufen zurück schnappen.
-
Als Lösung für dieses Problem schlägt die
US 8,047,920 B2 einen sogenannten Anti-ramp-up Mechanismus vor, der die unerwünschte Relativverdrehung der beiden Federteller blockiert. Im Überholbetrieb laufen dann beide Federteller synchron und als Einheit mit der Schraubendrehfeder um und verhindern so den Rampenhochlauf der Federenden. Das Blockieren erfolgt konstruktiv durch Drehanschläge, die einerseits am Abtriebsteil und andererseits am antriebseitigen Federteller befestigt sind und im Überholbetrieb diesen Federteller mitnehmen.
-
Ein Entkoppler mit einem derartigen Anti-ramp-up Mechanismus ist auch aus der
DE 10 2015 202 527 B3 bekannt.
-
Ein Entkoppler der eingangs genannten Art, der mit einer dazu alternativen Konstruktion den Rampenhochlauf der Federenden verhindert, geht aus der
DE 10 2015 202 043 A1 hervor. In diesem Fall werden die Federenden jeweils mittels eines umfänglichen Form-Schlüsse mit dem zugehörigen Federteller gegen Wegdrehen von dessen umfänglicher Stufe gesichert.
-
-
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Entkoppler der eingangs genannten Art bzw. einen Nebenaggregate-Riementrieb mit einem solchen Entkoppler in konstruktiv vorteilhafter Weise weiter zu entwickeln.
-
Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach sollen die Federenden jeweils einen ersten Windungsabschnitt mit einem lokalen mittleren Windungsdurchmesser, der gegenüber dem mittleren Windungsdurchmesser der Schraubendrehfeder kleiner ist, und einen daran anschließenden zweiten Windungsabschnitt mit einem lokalen mittleren Windungsdurchmesser, der gegenüber dem mittleren Windungsdurchmesser der Schraubendrehfeder größer ist, haben, wobei die ersten und zweiten Windungsabschnitte in dazu korrespondierend geformten Taschen der Federteller unter Bildung des Formschlusses eingepasst sind.
-
Die erfindungsgemäße Formgebung der Federnenden, deren lokale mittlere Windungsdurchmesser im Bogenbereich des ersten Windungsabschnitts negativ und im Bogenbereich des zweiten Windungsabschnitts positiv vom (globalen) mittleren Windungsdurchmesser der Schraubendrehfeder abweichen, erlaubt die Herstellung einer - in Bezug auf das den Rampenhochlauf verhindernde Haltemoment - radial besonders kompakt bauenden Formschlussverbindung der Federenden mit den Federtellern.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Entkopplers für den im Nebenaggregate-Riementrieb einer Brennkraftmaschine angeordneten Generator dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 den Riementrieb in schematischer Darstellung
- 2 den Entkoppler in perspektivischem Längsschnitt;
- 3 den Entkoppler in explodierter Darstellung aus einer ersten Perspektive;
- 4 den Entkoppler in explodierter Darstellung aus einer zweiten Perspektive;
- 5 den Schnitt I-I gemäß 2;
- 6 den Schnitt II-II gemäß 2;
- 7 die Schraubendrehfeder in Draufsicht.
-
Der in 1 dargestellte Nebenaggregate-Riementrieb 1 einer Brennkraftmaschine umfasst einen erfindungsgemäßen Entkoppler 2, der - generisch formuliert - Antriebsmoment von einem Drehantrieb 3 auf einen Drehabtrieb 4 überträgt. Der Entkoppler 2 ist vorliegend auf einem Generator 5 angeordnet und treibt die Generatorwelle 6 als Drehabtrieb 4 an. Der Drehantrieb 3 des Entkopplers 2 ist der in der eingezeichneten Richtung umlaufende Riemen 7, der eine den Riemen 7 antreibende Riemenscheibe 8 einer Kurbelwelle, eine Umlenkrolle 9, eine Riemenscheibe 10 eines Klimakompressors, eine Spannrolle 11 eines den Riemen 7 vorspannenden Riemenspanners und eine Riemenscheibe 12 des Entkopplers 2 als im Antriebsmomentfluss seitens des Drehantriebs 3 angeordnetes Antriebsteil 13 umschlingt.
-
Die 2 bis 4 zeigen den Aufbau und die Einzelteile des Entkopplers 2 in verschiedenen Darstellungen. Die Riemenscheibe 12, deren vom Riemen 7 umschlungener Außenmantel ein der Poly-V-Form des Riemens 7 entsprechendes Profil 14 hat, wird vom Riemen 7 in der in eingezeichneten Drehrichtung angetrieben. Die Riemenscheibe 12 ist hohlzylindrisch und drehbar auf einer Nabe 15 gelagert, die - als im Antriebsmomentfluss seitens des Drehabtriebs 4 angeordnetes Abtriebsteil 16 - fest mit der Generatorwelle 6 verschraubt wird. Hierzu hat die Nabe 15 im Mittelabschnitt 17 ein (nicht dargestelltes) Innengewinde und am generatorfernen, vorderen Endabschnitt einen Innenvielzahn 18 als Eingriffskontur für das Schraubwerkzeug. Die Lagerung der Riemenscheibe 12 auf der Nabe 15 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 19, und das Gleitlager ist ein Radiallagerring 20 aus Polyamid, der mit dem Innendurchmesser der Riemenscheibe 12 in unmittelbarem Gleitkontakt steht.
-
Die Riemenscheibe 12 hat am generatorfernen Ende eine im Durchmesser gestufte Erweiterung 21, in die nach dem Verschrauben des Entkopplers 2 auf die Generatorwelle 6 eine nicht dargestellte Schutzkappe eingeschnappt wird.
-
Die für die Entkoppel- und Freilauffunktion des Entkopplers 2 wesentlichen Komponenten sind eine Einwegkupplung 22 und eine Schraubendrehfeder 23, die als Reihenschaltung im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe 12 als Antriebsteil 13 und der Nabe 15 als Abtriebsteil 16 angeordnet sind. Die Einwegkupplung 22, die in der Antriebsdrehrichtung ein Überholen der Nabe 15 und mithin der Generatorwelle 6 gegenüber der Riemenscheibe 12 zulässt, ist ein im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe 12 und der Schraubendrehfeder 23 angeordnetes Schlingband 24, das sich koaxial zur Schraubendrehfeder 23 und zur Drehachse 25 des Entkopplers 2 erstreckt und die Schraubendrehfeder 23 umschließt.
-
Das Schlingband 24 ist rechts gewickelt, und die Schraubendrehfeder 23 ist links gewickelt. Bei der Übertragung des Antriebsmoments verspannt sich das im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe 12 verlaufende erste Schlingbandende 26 gegen den zylindrischen Innenmantel einer Hülse 27, die in der Riemenscheibe 12 mittels eines Pressverbands drehbefestigt ist. Das im Antriebsmomentfluss seitens der Schraubendrehfeder 23 verlaufende zweite Schlingbandende 28 verspannt sich gegen den zylindrischen Innenmantel einer weiteren Hülse 29, die in der ersten Hülse 27 drehbar gelagert ist. Die als Blechformteil hergestellte drehbare Hülse 29 ist Teil eines im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe 12 angeordneten ersten Federtellers 30 für das dortige erste Ende der Schraubendrehfeder 23. Ein im Antriebsmomentfluss seitens des Abtriebsteils 16 angeordneter zweiter Federteller 31 für das zweite Ende der Schraubendrehfeder 23 ist einstückig an der Nabe 15 angeformt und hat am Außenmantel eine Umlaufnut 32, die den Radiallagerring 20 axial einfasst. Die Federteller 30, 31 haben der stirnseitigen Kontur der Schraubendrehfeder 23 entsprechend axial rampenförmig ansteigende und an umfänglichen Stufen 33 und 34 zurückspringende Federanlageflächen 35 und 36. Die beiden Federenden 37 und 38 liegen stirnseitig an den Stufen 33 und 34 an und weiten die Schraubendrehfeder 23 unter Übertragung des Antriebsmoments radial auf. Die Schraubendrehfeder 23 ist mit axialer Vorspannkraft zwischen den Federtellern 30, 31 eingespannt, wobei der erste Federteller 30 die Vorspannkraft am Innenring des Kugellagers 19 abstützt.
-
Das in die Riemenscheibe 12 eingeleitete Antriebsmoment wird durch Haftreibung zwischen dem aufgeweiteten Schlingband 24 und den beiden Hülsen 27, 29 über den ersten Federteller 30 in die (Drehschwingungen im Antriebsmoment entkoppelnde) Schraubendrehfeder 12 eingeleitet und von dort in geglätteter Form auf den zweiten Federteller 31 und die Nabe 15 übertragen.
-
Das Schlingband 24 ermöglicht bei Drehmomentumkehr ein Überholen der Nabe 15 als Abtriebsteil 16 gegenüber der Riemenscheibe 12 als Antriebsteil 13 und mithin der Generatorwelle 6 als Drehabtrieb 4 gegenüber dem Riemen 7 als Drehantrieb 3. In diesem Zustand zieht sich das Schlingband 24 auf seinen (unbelasteten) Ausgangsdurchmesser zusammen und rutscht in einer oder beiden Hülsen 27, 29 durch. Das dabei übertragbare Drehmoment reduziert sich auf das Gleitreibmoment zwischen den beiden durchrutschenden Kontaktpartnern. Im antriebsmomentfreien Betriebszustand des Entkopplers 2, in dem die Nabe 15 die Riemenscheibe 12 in Antriebsdrehrichtung (s. 2 bis 4) überholt, führt die Gleitreibung des dann durchrutschenden Schlingbands 24 dazu, dass ein oder beide Federenden 37, 38 der Schraubendrehfeder 23 mit einem Reibmoment beaufschlagt werden, das die Federenden 37, 38 in die Umfangsrichtung der axial ansteigenden Federanlageflächen 35, 36 beaufschlagt. Dieser unerwünschte Rampenhochlauf der Schraubendrehfeder 23 an einem oder beiden Federtellern 30, 31 wird durch einen Anti-ramp-up Mechanismus verhindert, der unter Einbeziehung der 5 bis 7 erläutert sei.
-
Die Federenden 37, 38 und die Federteller 30, 31 haben gegenseitige Verdrehsicherungen, die jeweils in Antriebsdrehrichtung eine Relativverdrehung des zweiten Federtellers 31 gegenüber dem zweiten Federende 38 und des ersten Federendes 37 gegenüber dem ersten Federteller 30 formschlüssig verhindern. Der verdrehsichernde Formschluss ist dadurch gebildet, dass die Federenden 37, 38 jeweils einen ersten Windungsabschnitt 39 mit einem lokalen mittleren Windungsdurchmesser, der gegenüber dem mittleren Windungsdurchmesser 40 der Schraubendrehfeder 23 kleiner ist, und einen daran anschließenden zweiten Windungsabschnitt 41 mit einem lokalen mittleren Windungsdurchmesser, der gegenüber dem mittleren Windungsdurchmesser 40 der Schraubendrehfeder 23 größer ist, haben, und dass die ersten und zweiten Windungsabschnitte 39, 41 in dazu korrespondierend geformten Taschen 42 und 43 der Federteller 30, 31 eingepasst sind. Die in 7 eingezeichnete Drahthöhe H der Schraubendrehfeder 23 ist über alle Federwindungen konstant.
-
Der Formschluss ermöglicht die Übertragung von umfänglichen Zugkräften an den Federenden 37, 38, so dass sich auch im Überholbetrieb des Entkopplers 2 trotz des dann wirkenden Gleitreibmoments des durchrutschenden Schlingbands 24 die relative Umfangsposition der Federenden 37, 38 gegenüber den Federtellern 30, 31, wie sie im Antriebsmoment übertragenden Druckkontakt der Stufen 33, 34 mit den umfänglichen Stirnseiten 44 und 45 (s. 3) der Federenden 37, 38 vorliegt, nicht wesentlich verändert.
-
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen die (im Durchmesser kleineren) ersten Windungsabschnitte 39 stirnseitig an den Stufen 33, 34 an. Der mittlere Windungsdurchmesser der (im Durchmesser größeren) zweiten Windungsabschnitte 41 ist in einem Winkelbereich maximal, der auch den Federquerkraftabstützwinkel von 90° zu den Stirnseiten 44, 45 der ersten Windungsabschnitte 39 einschließt.
-
Der erste Federteller 30 ist mit der drehbaren Hülse 29 und einer dazu drehfesten Gleitlagerscheibe 46 zweiteilig. Die Gleitlagerscheibe 46 ist ein Spritzgießteil aus Kunststoff, das am Innenring des Kugellagers 19 drehbar abgestützt ist und dabei die axiale Vorspannkraft der Schraubendrehfeder 23 auf den Innenring überträgt. Die umfängliche Stufe 33 ist durch die umfängliche Stirnseite eines an der Hülse 29 angeformten Kreisringstücks 47 gebildet, und die Gleitlagerscheibe 46 hat eine umfängliche Gegenstufe 48, die an der anderen umfänglichen Stirnseite des Kreisringstücks 47 anliegt und die Gleitlagerscheibe 46 gegen Verdrehen in Antriebsdrehrichtung relativ zur Hülse 29 sichert.
-
Die Form der das erste Federende 37 aufnehmenden Tasche 42 ist durch die Hülse 29 und die Gleitlagerscheibe 46 gebildet. Der Innenumfang des ersten Federendes 37 schmiegt sich im Bogenbereich seines ersten und zweiten Windungsabschnitts 39, 41 an eine bezüglich der Drehachse 25 rampenförmig ansteigende Stützkontur 49 der Gleitlagerscheibe 46 an. Der Außenumfang des ersten Federendes 37 schmiegt sich im Bogenbereich seines ersten und zweiten Windungsabschnitts 39, 41 an eine bezüglich der Drehachse 25 ebenfalls rampenförmig ansteigende Stützkontur 50 der Hülse 29 an.
-
Die Form der das zweite Federende 38 aufnehmenden Tasche 43 ist lediglich durch den zweiten Federteller 31 gebildet. Der Innenumfang des zweiten Federendes 38 schmiegt sich im Bogenbereich seines ersten und zweiten Windungsabschnitts 39, 41 an eine Stützkontur 51 an, die bei der Stufe 34 beginnt und bezüglich der Drehachse 25 ebenfalls rampenförmig ansteigt. Der Außenumfang des ersten Federendes 38 schmiegt sich im Bogenbereich seines ersten und zweiten Windungsabschnitts 39, 41 an eine bezüglich der Drehachse 25 ebenfalls rampenförmig ansteigende Stützkontur 52 an.
