DE102020118374B4

DE102020118374B4 - Riemenscheibenentkoppler

Info

Publication number: DE102020118374B4
Application number: DE102020118374.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Götz; Eugen Bauer; Gunnar Pralle
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2040-07-14
Also published as: DE102020118374A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Riemenscheibenentkoppler (1) zur Drehmomentübertragung zwischen dem Riemen (4) eines Riementriebs und einer damit in Antriebsverbindung stehenden Welle, aufweisend:- eine an der Welle zu befestigende Nabe (9),- eine auf der Nabe drehbar gelagerte Riemenscheibe (5),- und eine im Drehmomentfluss zwischen der Riemenscheibe und der Nabe angeordnete Reihenschaltung aus einem Schlingband (16), einer Drehfeder (17) und einem Mitnehmer (23), der das Drehmoment zwischen dem Schlingband und der Drehfeder überträgt.Das Schlingband befindet sich in umfänglichem Reibkontakt mit einer gegenüber der Riemenscheibe oder der Nabe drehfesten ersten Mantelfläche (19) und mit einer gegenüber dem Mitnehmer drehfesten zweiten Mantelfläche (22). Einem ersten Schlingbandende (18) liegt eine gegenüber der Riemenscheibe oder der Nabe drehfeste erste Axialstirnfläche (32) gegenüber, und dem zweiten Schlingbandende (21) liegt eine gegenüber dem Mitnehmer drehfeste zweite Axialstirnfläche (33) gegenüber. Die Schlingbandenden haben jeweils der gegenüberliegenden Axialstirnfläche zugewandte Abstützpunkte (P1, P2), die umfänglich versetzt in einer zur Drehachse (10) des Riemenscheibenentkopplers senkrechten Ebene (E1, E2) verlaufen.

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 eine im Drehmomentfluss zwischen der Riemenscheibe und der Nabe angeordnete Reihenschaltung aus einem Schlingband, einer Drehfeder und einem Mitnehmer, der das Drehmoment zwischen dem Schlingband und der Drehfeder überträgt,

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 Drehfeder, die je nach Ausführung des Riemenscheibenentkopplers das Drehmoment von der Riemenscheibe auf die Nabe und/oder von der Nabe auf die Riemenscheibe elastisch überträgt. Das mit der Drehfeder in Reihe geschaltete Schlingband dient als Einwegkupplung, die im geöffneten Zustand ein Überholen des Abtriebsteils gegenüber dem Antriebsteil zulassen. Zu den bekannten Ausführungen zählen:

- Riemenscheibenentkoppler, die drehfest mit der Kurbelwelle verbunden sind und Drehmoment von der Kurbelwelle auf den Riemen übertragen. Das Schlingband lässt im geöffneten Zustand das Überholen des Riemens gegenüber der Kurbelwelle zu. Ein derartiger Riemenscheibenentkoppler ist beispielsweise aus der DE 10 2015 202 043 A1 und der WO 2004/ 011 818 A1 sowie aus der WO 2013/ 155 615 A1 bekannt.
- Riemenscheibenentkoppler, die drehfest mit der Welle eines Generators verbunden sind und Drehmoment vom Riemen auf die Generatorwelle übertragen. Das Schlingband lässt im geöffneten Zustand das Überholen der Generatorwelle gegenüber dem Riemen zu. Ein derartiger Riemenscheibenentkoppler ist ebenfalls aus der DE 10 2015 202 043 A1 und außerdem aus der US 45 156 E (in manchen Datenbanken als US RE45 156 E auffindbar) sowie der WO 2019/ 113 658 A1 bekannt.

Die CA 2 891 258 A1 offenbart einen Riemenscheibenentkoppler mit einer radial zwischen dem Schlingband und der Drehfeder angeordneten Schraubenfeder, die die drehmomentbedingte Aufweitung der Drehfeder begrenzt. Die Schraubenfeder ist umfänglich wellenförmig gewickelt, damit sich deren Windungen weder mit den Windungen des Schlingbands noch mit den Windungen der Drehfeder verhaken.
Je nach Reihenfolge der Anordnung von Drehfeder und Schlingband im Drehmomentfluss befindet sich die erste Axialstirnfläche entweder seitens der Riemenscheibe oder seitens der Nabe. Auf dem Generator angeordnete Riemenscheibenentkoppler sind typischerweise so aufgebaut, dass das Schlingband die Drehfeder radial umschließt. In diesem Fall sind die erste Axialstirnfläche und die erste Mantelfläche gegenüber der Riemenscheibe drehfest, und die erste Mantelfläche ist eine Innenmantelfläche.
Die Axialstirnflächen des Mitnehmers und der Riemenscheibe bzw. der Nabe begrenzen die mögliche Axialverlagerung des Schlingbands innerhalb des Riemenscheibenentkopplers.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Riemenscheibenentkopplers der eingangs genannten Art konstruktiv zu verbessern.
Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach sollen die Schlingbandenden jeweils der gegenüberliegenden Axialstirnfläche zugewandte Abstützpunkte haben, die umfänglich versetzt in einer zur Drehachse des Riemenscheibenentkopplers senkrechten Ebene verlaufen. Gegenüber einem rein helixförmigen Wickelkörper bewirkt diese erfindungsgemäße Formgebung der Schlingbandfeder, dass der axiale Abstand der Schlingbandenden zu der jeweils gegenüberliegenden Axialstirnfläche nicht nur an einem, sondern an zwei oder mehr Umfangspunkten vergleichsweise klein ist. Das reduziert den maximal möglichen Kippwinkel des unter Drehmomentbelastung dazu neigenden Schlingbands, gegenüber der Drehachse des Riemenscheibenentkopplers zu verkippen und infolgedessen zu verklemmen und unerwünschte Axialkraft aufzubauen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers zum Anbau an den Generator eines Nebenaggregate-Riementriebs einer Brennkraftmaschine dargestellt ist. Es zeigen.

1 den Riementrieb in schematischer Darstellung;
2 den Riemenscheibenentkoppler im Längsschnitt;
3 den Mitnehmer des Riemenscheibenentkopplers in perspektivischer Darstellung;
4 die Nabe des Riemenscheibenentkopplers in perspektivischer Darstellung;
5 das Schlingband des Riemenscheibenentkopplers in perspektivischer Darstellung;
6 das Schlingband gemäß 5 in Seitenansicht.

Der erfindungsgemäße Riemenscheibenentkoppler 1 ist gemäß 1 auf dem Generator 2 eines Riementriebs einer Brennkraftmaschine angeordnet. Der von der Riemenscheibe 3 der Kurbelwelle in der eingezeichneten Umlaufrichtung angetriebene Riemen 4 umschlingt die Riemenscheibe 5 des Riemenscheibenentkopplers 1, die Riemenscheibe 6 eines Klimakompressors und eine Umlenkrolle 7. Das Vorspannen des Riemens 4 erfolgt mittels eines Riemenspanners 8.
Die Riemenscheibe 5 des in 2 im Längsschnitt dargestellten Riemenscheibenentkopplers 1 hat eine vom Riemen 4 umschlungene Außenmantelfläche, die der Poly-V-Form des Riemens 4 entsprechend profiliert ist. Die Riemenscheibe 5 ist hohlzylindrisch und um die Drehachse 10 des Riemenscheibenentkopplers 1 drehbar auf einer Nabe 9 gelagert, die fest mit der Welle des Generators 2 verschraubt wird. Hierzu hat die Nabe 9 im Mittelabschnitt ein Innengewinde 11 und am generatorfernen, vorderen Endabschnitt einen Innenvielzahn 12 als Eingriffskontur für das Schraubwerkzeug. Die Lagerung der Riemenscheibe 5 auf der Nabe 9 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 13, und das Gleitlager ist ein Radiallagerring 14 aus Polyamid, der mit dem Innendurchmesser der Riemenscheibe 5 in unmittelbarem Gleitkontakt steht.
Die Riemenscheibe 5 hat am generatorfernen Ende eine im Durchmesser gestufte Erweiterung, in die nach dem Verschrauben der Nabe 9 auf die Generatorwelle eine Schutzkappe 15 eingeschnappt wird.
Die für die Funktion des Riemenscheibenentkopplers 1 wesentlichen Komponenten sind eine als Schlingband 16 ausgebildete Einwegkupplung und eine als Schraubendrehfeder ausgebildete Drehfeder 17, die bezüglich des Drehmomentflusses von der Riemenscheibe 5 auf die Nabe 9 mit dem Schlingband 16 in Reihe geschaltet ist. Das Schlingband 16 und die Drehfeder 17 erstrecken sich koaxial zueinander in Richtung der Drehachse 10, wobei das Schlingband 16 radial zwischen der Riemenscheibe 5 und der Drehfeder 17 angeordnet ist und folglich die Drehfeder 17 umschließt.
Das Schlingband 16 befindet sich im geschlossenen Kupplungszustand, wenn die Drehfeder 17 Drehmoment in einem ersten Drehsinn gemäß der in 1 eingezeichneten Umlaufrichtung des Riemens 4 von der Riemenscheibe 5 auf die Nabe 9 überträgt. Dabei werden Drehschwingungen der Riemenscheibe 5 infolge der entkoppelnden Elastizität der Drehfeder 17 in stark geglättetem Umfang auf die Nabe 9 übertragen. Sowohl das rechts gewickelte Schlingband 16 als auch die links gewickelte Drehfeder 17 sind bei der Übertragung des Drehmoments auf die Generatorwelle in Wickelöffnungsrichtung belastet und weiten sich dabei radial auf. Dabei verspannt sich das im Drehmomentfluss seitens der Riemenscheibe 5 verlaufende erste Schlingbandende 18 (s. 5, 6) gegen die innere Mantelfläche 19 einer zylindrischen Hülse 20, die in der Riemenscheibe 5 mittels eines Pressverbands drehbefestigt ist. Das im Drehmomentfluss seitens der Drehfeder 17 verlaufende zweite Schlingbandende 21 (s. 5, 6) verspannt sich gegen die innere Mantelfläche 22 eines Mitnehmers 23, der mit dem Schlingband 16 und der Drehfeder 17 in Reihe geschaltet ist und das Drehmoment vom Schlingband 16 auf die Drehfeder 17 überträgt. Der Mitnehmer 23 ist ebenfalls als Hülse ausgebildet, die gegenüber der Riemenscheibe 5 und der Nabe 9 um die Drehachse 10 drehbar in der Hülse 20 gelagert ist.
Die Drehfeder 17 liegt axial mit deren Federenden 24 und 25 an Federtellern 26 bzw. 27 an. Der antriebseitige, d.h. der im Drehmomentfluss seitens der Riemenscheibe 5 verlaufende erste Federteller 26 ist durch einen Boden 28 des in 3 als Einzelteil dargestellten Mitnehmers 23 gebildet. Der abtriebseitige, d.h. der im Drehmomentfluss seitens der Nabe 9 verlaufende zweite Federteller 27 ist drehfest mit der in 4 als Einzelteil dargestellten Nabe 9 verbunden und vorliegend drehfester Teil der Nabe 9. Die Einleitung des auf die Generatorwelle übertragenen Drehmoments in die Drehfeder 17 erfolgt antriebseitig über den Druckkontakt eines am Boden 28 des Mitnehmers 23 angeformten Drehanschlags 29 mit der umfänglichen Stirnfläche des ersten Federendes 24. Die abtriebseitige Drehmomentübertragung erfolgt über den Druckkontakt der umfänglichen Stirnfläche des zweiten Federendes 25 mit einem Drehanschlag 30 am zweiten Federteller 27. Die auf den Mitnehmer 23 wirkenden Axialkräfte der Drehfeder 17 werden über einen Gleitlagerring 34 am Innenring des Kugellagers 13 abgestützt.
Die äußere Mantelfläche 31 des in den 5 und 6 dargestellten Schlingbands 16 steht permanent in umfänglichem Reibkontakt mit den inneren Mantelflächen 19 und 22, rutscht aber im geöffneten Kupplungszustand in der Hülse 20 und/oder im Mitnehmer 23 durch und ermöglicht dadurch ein Überholen der (trägen) Generatorwelle und der darauf befestigten Nabe 9 gegenüber der Riemenscheibe 5.
Wie es in Zusammenschau mit 1 deutlich wird, ist die in 6 eingezeichnete Länge L des Schlingbands 16, d.h. der Abstand zwischen dessen Schlingbandenden 18 und 21, kleiner als der Abstand D zwischen einer an der Hülse 20 angeformten ersten Axialstirnfläche 32, die dem ersten Schlingbandende 18 gegenüberliegt, und einer durch den Boden 28 des Mitnehmers 23 gebildeten zweiten Axialstirnfläche 33, die dem zweiten Schlingbandende 21 gegenüberliegt. Eine betriebliche Axialverlagerung und ein damit einhergehendes Verkippen des Schlingbands 16 gegenüber der Drehachse 10 wird dadurch minimiert, dass die Form der Schlingbandenden 18, 21 von der reinen Helixform des dazwischen liegenden Schlingband-Wickelkörpers abweicht. Die Schlingbandenden 18, 21 sind so geformt, dass sie jeweils der gegenüberliegenden Axialstirnfläche 32 bzw. 33 zugewandte Abstützpunkte P1 und P2 haben, die umfänglich versetzt in einer zur Drehachse 10 des Riemenscheibenentkopplers 1 senkrechten Ebene E1 bzw. E2 verlaufen. Die Abstützpunkte P1 und P2, die lediglich am ersten Schlingbandende 18 eingezeichnet und am zweiten Schlingbandende 21 symmetrisch dazu sind, begrenzen vorliegend einen Umfangswinkel, innerhalb dessen die Schlingbandenden 18, 21 - zu den Ebenen E1, E2 identisch - stirnseitig eben sind. Der Umfangswinkel beträgt vorliegend etwa 180°.

Claims

Riemenscheibenentkoppler (1) zur Drehmomentübertragung zwischen dem Riemen (4) eines Riementriebs und einer damit in Antriebsverbindung stehenden Welle, aufweisend: - eine an der Welle zu befestigende Nabe (9), - eine auf der Nabe (9) drehbar gelagerte Riemenscheibe (5), - und eine im Drehmomentfluss zwischen der Riemenscheibe (5) und der Nabe (9) angeordnete Reihenschaltung aus einem Schlingband (16), einer Drehfeder (17) und einem Mitnehmer (23), der das Drehmoment zwischen dem Schlingband (16) und der Drehfeder (17) überträgt, wobei sich das Schlingband (16) in umfänglichem Reibkontakt mit einer gegenüber der Riemenscheibe (5) oder der Nabe (9) drehfesten ersten Mantelfläche (19) und mit einer gegenüber dem Mitnehmer (23) drehfesten zweiten Mantelfläche (22) befindet, einem ersten Schlingbandende (18) eine gegenüber der Riemenscheibe (5) oder der Nabe (9) drehfeste erste Axialstirnfläche (32) gegenüberliegt und dem zweiten Schlingbandende (21) eine gegenüber dem Mitnehmer (23) drehfeste zweite Axialstirnfläche (33) gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlingbandenden (18, 21) jeweils der gegenüberliegenden Axialstirnfläche (32, 33) zugewandte Abstützpunkte (P1, P2) haben, die umfänglich versetzt in einer zur Drehachse (10) des Riemenscheibenentkopplers (1) senkrechten Ebene (E1, E2) verlaufen.
Riemenscheibenentkoppler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützpunkte (P1, P2) einen Umfangswinkel begrenzen, innerhalb dessen die Schlingbandenden (18, 21) eben sind.
Riemenscheibenentkoppler (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangswinkel zumindest 180° beträgt.