-
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 Federteller steigen axial rampenförmig an, und die daran anliegenden Schraubendrehfederenden weiten die Schraubendrehfeder unter Übertragung des Antriebsmoments radial auf.
-
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 gattungsgemäßer 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 Federanlagestufen 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 Riemenscheibenentkoppler 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 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.
-
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Entkoppler der eingangs genannten Art mit einer alternativen Konstruktion anzugeben, die das Rampenhochlaufen der Schraubendrehfeder ebenfalls verhindert.
-
Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach sollen die Schraubendrehfederenden und die Federteller gegenseitige Drehanschläge haben, die jeweils in Antriebsdrehrichtung eine Relativverdrehung des zweiten Federtellers gegenüber dem zweiten Schraubendrehfederende und des ersten Schraubendrehfederendes gegenüber dem ersten Federteller verhindern.
-
Die Erfindung basiert auf dem Prinzip, dass die Schraubendrehfeder selbst die beiden Federteller miteinander drehkoppelt, um das unerwünschte Rampenhochlaufen der Federenden zu verhindern. Dies erfolgt konstruktiv dadurch, dass die Schraubendrehfeder nicht nur in der Richtung belastbar ist, in der sie unter radialer Aufweitung des Wicklungskörpers das Antriebsmoment überträgt. Vielmehr ist die Schraubendrehfeder auch in ausreichend hohem Maße in der dazu umgekehrten Momentenrichtung belastbar, in der sie sich radial zusammenzieht. Nur die Kombination aus der ausreichend großen Federbelastbarkeit in beide Drehmomentrichtungen erzwingt es im Überholbetrieb des Entkopplers, dass die Schraubendrehfeder und die beiden Federteller als Einheit umlaufen, so dass das den unerwünschten Rampenhochlauf bewirkende Überholen des zweiten Federtellers gegenüber dem ersten Federteller verhindert ist.
-
In Abhängigkeit der Positionierung der Schraubendrehfeder innerhalb der Reihenschaltung mit der Einwegkupplung können im Überholbetrieb des Entkopplers folgende Zustände auftreten:
- – wenn die Schraubendrehfeder abtriebseitig, d. h. im Antriebsmomentfluss hinter der Einwegkupplung positioniert ist, dann nimmt der mit dem überholenden Abtrieb umlaufende, zweite Federteller das zweite Schraubendrehfederende mit und das erste Schraubendrehfederende nimmt den ersten Federteller entgegen der Reibung der geöffneten Einwegkupplung mit. Somit laufen im Überholbetrieb des Entkopplers beide Federteller und die Schraubendrehfeder ohne den unerwünschten Rampenhochlauf als Einheit um.
- – wenn die Schraubendrehfeder antriebseitig, d. h. im Antriebsmomentfluss vor der Einwegkupplung positioniert ist, dann schlagen der abtriebseitige zweite Federteller am zweiten Schraubendrehfederende und das erste Schraubendrehfederende am ersten Federteller an. Die aus den Federtellern und der Schraubendrehfeder gebildete Einheit läuft mit dem überholten Drehantrieb entgegen der Reibung der geöffneten Einwegkupplung als Einheit ohne den unerwünschten Rampenhochlauf um.
-
Die Belastbarkeit der Schraubendrehfeder in beide Momentenrichtungen erfolgt vorzugsweise durch Drehanschläge, die jeweils voneinander lösbar und folglich einfach aneinander montierbar sind. Als Alternative zu formschlüssigen und lösbaren Verbindungen können die Drehanschläge aber auch jeweils unlösbar aneinander befestigt sein. In diesem Fall sind dann beispielsweise jeweils ein Federende und ein Federteller mittels einer Press- oder Schweißverbindung aneinander befestigt, die eine den Wicklungskörper radial zusammen ziehende Drehmomentbelastung der Schraubendrehfeder ermöglicht. Die beiden Drehanschläge seitens der Schraubendrehfeder sind vorzugsweise zueinander symmetrisch, so dass bei der Montage des Entkopplers eine gerichtete Einbaulage der Schraubendrehfeder nicht erforderlich ist.
-
Die Richtungsumkehr zwischen der den Federwicklungskörper radial aufweitenden und radial zusammen ziehenden Drehmomentbelastung kann sowohl mit geringem Übergangsspiel als auch spielfrei in Bezug auf die dann in bzw. außer gegenseitigen Eingriff kommenden Drehanschläge erfolgen.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen die Erfindung prinzipiell und anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt ist. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
-
1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Generator-Entkopplers eines Nebenaggregate-Riementriebs einer Brennkraftmaschine;
-
2 den Drehmomentfluss des Generatorentkopplers gemäß 1 im Überholbetrieb;
-
3 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kurbelwellen-Entkopplers eines Nebenaggregate-Riementriebs einer Brennkraftmaschine;
-
4 die Schraubendrehfeder eines ersten Ausführungsbeispiels in perspektivischer Ansicht;
-
5 einen zur Schraubendrehfeder des ersten Ausführungsbeispiels zugehörigen Federteller in perspektivischer Ansicht;
-
6 die Schraubendrehfeder eines zweiten Ausführungsbeispiels in perspektivischer Ansicht;
-
7 einen zur Schraubendrehfeder des zweiten Ausführungsbeispiels zugehörigen Federteller in perspektivischer Ansicht;
-
8 einen zur Schraubendrehfeder des zweiten Ausführungsbeispiels zugehörigen, alternativen Federteller in perspektivischer Ansicht;
-
9 die Schraubendrehfeder eines dritten Ausführungsbeispiels in perspektivischer Ansicht;
-
10 einen zur Schraubendrehfeder des dritten Ausführungsbeispiels zugehörigen Federteller in perspektivischer Ansicht;
-
11 die Schraubendrehfeder eines vierten Ausführungsbeispiels gemeinsam mit einer Einwegkupplung und einem zugehörigen Abtriebsteil mit integralem Federteller in perspektivisch explodierter Darstellung.
-
1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines auf dem Generator eines Nebenaggregate-Riementriebs einer Brennkraftmaschine angeordneten Entkopplers 1. Dieser überträgt das Antriebsmoment des Riemens 2 als Drehantrieb 3 auf die Generatorwelle 4 als Drehabtrieb 5 und umfasst folgende Komponenten im Antriebsmomentfluss:
- – eine vom Riemen 2 umschlungene Riemenscheibe 6 als antriebseitig angeordnetes Antriebsteil 7,
- – eine auf der Generatorwelle 4 befestigte Nabe 8 als abtriebseitig angeordnetes Abtriebsteil 9,
- – eine zwischen der Riemenscheibe 6 und der Nabe 8 angeordnete Reihenschaltung aus einer Einwegkupplung 10 und einer Schraubendrehfeder 11, deren erstes Ende 12 seitens der Riemenscheibe 6 und deren zweites Ende 13 seitens der Nabe 8 verläuft,
- – einen ersten Federteller 14 für das erste Schraubendrehfederende 12 und
- – einen zweiten Federteller 15 für das zweite Schraubendrehfederende 13.
-
Der Antrieb des Generators erfolgt in der auf der Generatorwelle 4 eingezeichneten Drehrichtung, d. h. im Uhrzeigersinn, wenn man in der Figur von links auf den Riementrieb sieht.
-
Die der elastischen Übertragung des Antriebsmoments von der Riemenscheibe 6 auf die Generatorwelle 4 dienende Schraubendrehfeder 11 ist zwischen dem antriebseitigen ersten Federteller 14 und dem abtriebseitigen zweiten Federteller 15 sowohl umfänglich als auch mit leichter axialer Vorspannung eingespannt. Der erste Federteller 14 ist sowohl gegenüber der Riemenscheibe 6 als auch gegenüber der Nabe 8 drehbar und wird lediglich durch die geschlossene Einwegkupplung 10 drehfest mit der Riemenscheibe 6 verbunden. Der zweite Federteller 15 ist drehfest mit der Nabe 8 verbunden. Beide Federteller 14, 15 steigen jeweils (über dem Umfang ihrer Stirnseiten) axial rampenförmig an und sind somit im wesentlichen komplementär zu den Schraubendrehfederenden 12, 13 geformt, die an den Federtellern 14 bzw. 15 anliegen. Die Übertragung des Antriebsmoments erfolgt an beiden Schraubendrehfederenden 12, 13 jeweils durch Druckkontakt zwischen den Stirnseiten 16 des Schraubendrehfederendes 12, 13 und einer durch die axiale Rampe 17 jedes Federtellers 14, 15 gebildeten Stufe 18, so dass der Wicklungskörper der Schraubendrehfeder 11 unter der Antriebsmomentbelastung von deren Enden 12, 13 radial aufgeweitet wird.
-
Die in 1 an den Federtellern 14, 15 eingezeichneten Pfeile symbolisieren den Antriebsmomentfluss im Entkoppler 1, wenn die Riemenscheibe 6 bei geschlossener Einwegkupplung 10 die Nabe 8 in Antriebsdrehrichtung antreibt. Dabei wird das Antriebsmoment einerseits von der Stufe 18 des ersten Federtellers 14 auf die Stirnseite 16 des ersten Schraubendrehfederendes 12 und andererseits von der Stirnseite 16 des zweiten Schraubendrehfederendes 13 auf die Stufe 18 des zweiten Federtellers 15 übertragen.
-
2 zeigt den anderen Betriebszustand des Entkopplers 1, in dem die (träge) Generatorwelle 4 in der darauf eingezeichneten Drehrichtung die Riemenscheibe 6 überholt. Ein unzulässiges Hochlaufen eines oder beider Schraubendrehfederenden 12, 13 an den Rampen 17 der Federteller 14, 15 wird durch gegenseitige Drehanschläge 19, 20 an beiden Schraubendrehfederenden 12, 13 bzw. an beiden Federtellern 14, 15 verhindert. Die Drehanschläge 19 seitens der Schraubendrehfeder 11 sind jeweils als axiale Vorsprünge an deren Enden 12, 13 gebildet, und die Drehanschläge 20 seitens der Federteller 14, 15 sind jeweils durch axiale Ausnehmungen (s. 1) gebildet, in die die Vorsprünge hinein ragen.
-
In Analogie zu 1 symbolisieren die in 2 eingezeichneten Pfeile den Drehmomentfluss im Entkoppler 1, wenn die Riemenscheibe 6 bei geöffneter Einwegkupplung 10 von der Nabe 8 in Antriebsdrehrichtung überholt wird. Dabei wird ein die Schraubendrehfeder 11 mitnehmendes Drehmoment einerseits vom Drehanschlag 20 des zweiten Federtellers 15 auf den Drehanschlag 19 des zweiten Schraubendrehfederendes 13 und andererseits vom Drehanschlag 19 des ersten Schraubendrehfederendes 12 auf den Drehanschlag 20 des ersten Federtellers 14 übertragen. Der Fluss dieses Mitnahmemoments, dessen Größe von der Kontaktreibung der geöffneten Einwegkupplung 10 mit deren Kontaktpartnern abhängt, erzwingt einen gemeinsamen Umlauf der beiden Federteller 14, 15 mit der das Mitnahmemoment selbst übertragenden Schraubendrehfeder 11. Da auch dann die Federteller 14, 15 lediglich im Rahmen der Drehelastizität der Schraubendrehfeder 11 relativ zueinander verdrehbar sind, wird der unerwünschte Hochlauf der Schraubendrehfederenden 12, 13 an den Rampen 17 stets verhindert.
-
3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Entkopplers 1', der den Nebenaggregate-Riementrieb einer Brennkraftmaschine antreibt. In diesem Fall ist die Kurbelwelle 21 der Drehantrieb 3, und der Riemen 2 ist der Drehabtrieb 5. Der Entkoppler 1' umfasst folgende Komponenten im Antriebsmomentfluss:
- – eine an der Kurbelwelle 21 befestigte Welle 22 als antriebseitig angeordnetes Antriebsteil 7,
- – eine vom Riemen 2 umschlungene Riemenscheibe 6 als abtriebseitig angeordnetes Abtriebsteil 9,
- – eine zwischen der Welle 22 und der Riemenscheibe 6 angeordnete Reihenschaltung aus einer Schraubendrehfeder 11 und einer Einwegkupplung 10, wobei das erste Schraubendrehfederende 12 seitens der Welle 22 und das zweite Schraubendrehfederende 13 seitens der Riemenscheibe 6 verläuft,
- – einen ersten Federteller 14 für das erste Schraubendrehfederende 12 und
- – einen zweiten Federteller 15 für das zweite Schraubendrehfederende 13.
-
Der Antrieb des Riemens 2 erfolgt in der auf der Kurbelwelle 21 eingezeichneten Drehrichtung, d. h. ebenfalls im Uhrzeigersinn, wenn man in der Figur von links auf den Riementrieb sieht. Da gegenüber 1 der Drehantrieb und -abtrieb von links nach rechts vertauscht angeordnet sind, hat auch die Schraubendrehfeder 11 eine demgegenüber umgekehrte Wickelrichtung. In Bezug auf die erfindungsgemäße Verhinderung des Rampenhochlaufs mittels der Drehanschläge 19, 20 gelten jedoch die vorstehenden Erläuterungen der 1 und 2 analog.
-
In den 1 bis 3 kann die Reihenfolge der die Reihenschaltung bildenden Einwegkupplung 10 und Schraubendrehfeder 11 bezüglich des Antriebsmomentflusses auch vertauscht sein. Im Überholbetrieb würden dann die jeweils aus den Federtellern 14, 15 und der Schraubendrehfeder 11 gebildeten Einheiten synchron mit der Riemenscheibe 6 umlaufen. Außerdem kann das an den Drehanschlägen 19, 20 eingezeichnete Umfangsspiel der Schraubendrehfederenden 12, 13 auch eliminiert sein.
-
Die in 4 dargestellte Schraubendrehfeder 11 und ein Federteller 14 gemäß 5 stellen ein erstes Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Drehanschläge 19, 20 dar. Beide Enden 12, 13 der aus einem Federdraht mit Rechteckquerschnitt gewickelten Schraubendrehfeder 11 sind axial auswärts abgewinkelt. Der Federteller 14 hat im Bereich der durch die axiale Rampe 17 gebildeten Stufe 18 eine axiale Ausnehmung als Drehanschlag 20, in die der abgewinkelte Teil des Schraubendrehfederendes 12 als Drehanschlag 19 hineinragt und an der umfänglichen Begrenzung 23 der Ausnehmung 20 anschlägt.
-
Die in 4 eingezeichneten Pfeilpaare symbolisieren den Drehmomenteintrag in die Schraubendrehfederenden 12, 13. Die deren Stirnseiten 16 beaufschlagenden Pfeile kennzeichnen das Antriebsmoment, das von der sich dabei radial aufweitenden Schraubendrehfeder 11 vom Drehantrieb auf den Drehabtrieb elastisch übertragen wird. Die kleinen Pfeile beaufschlagen die als federseitige Drehanschläge 19 dienenden Rückseiten der Stirnseiten 16 und kennzeichnen das Mitnahmemoment, das von der sich dabei radial zusammen ziehenden Schraubendrehfeder 11 vom abtriebseitigen zweiten Federteller 15 auf den antriebseitigen ersten Federteller 14 übertragen wird.
-
Die in 6 dargestellte Schraubendrehfeder 11 bildet mit dem Federteller 14 gemäß 7 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Fall sind die federseitigen Drehanschläge 19 durch die radialen Innenseiten der Schraubendrehfederenden 12, 13 gebildet, die radial einwärts abgewinkelt sind und in Bezug auf den zylindrischen Wicklungskörper der Schraubendrehfeder 11 etwa sekantenartig auslaufen. Der zugehörige federtellerseitige Drehanschlag 20 ist durch einen inneren Absatz gebildet, der – jeweils in Federumfangsrichtung – von der Stufe 18 ausgeht und im wesentlichen komplementär zum Schraubendrehfederende 12 geneigt ist und dieses radial innen hintergreift. Dieser Hintergriff ermöglicht den Eintrag des die Schraubendrehfeder 11 radial zusammen ziehenden Mitnahmemoments.
-
Der in 8 dargestellte Federteller 14 ist eine Variante des Federtellers 14 gemäß 7. Bei dieser Ausführung gehen von der Stufe 18 sowohl der innere Absatz 20 als auch ein äußerer Absatz 24 in Federumfangsrichtung aus. Der äußere Absatz 24 verläuft im wesentlichen mit der Federdrahtstärke äquidistant zum inneren Absatz 20 und verhindert ein radial auswärtiges Ausweichen des zwischen den beiden Absätzen 20, 24 eingespannten Schraubendrehfederendes 12, wenn an diesem die das Mitnahmemoment erzeugende Zugkraft angreift.
-
Beim dritten Ausführungsbeispiel gemäß den 9 und 10 sind die erfindungsgemäßen Drehanschläge 19, 20 seitens der Schraubendrehfeder 11 durch axiale Ausnehmungen in den Schraubendrehfederenden 12, 13 und seitens der Federteller 14, 15 durch axiale Vorsprünge gebildet, die sich von den Rampen 17 erheben und in die Ausnehmungen 19 hinein ragen.
-
11 zeigt als viertes Ausführungsbeispiel eine dazu vertauschte Anordnung der Drehanschläge 19, 20, die den Ausführungen gemäß den 1 bis 3 entsprechen. Die Drehanschläge 19, 20 sind seitens der Schraubendrehfeder 11 durch die axialen Vorsprünge an den Schraubendrehfederenden 12, 13 und seitens der Federteller 14, 15 durch axiale Ausnehmungen in den Rampen 17 gebildet, in die die Vorsprünge 19 hinein ragen. Die explodierte Darstellung zeigt linksseitig der Schraubendrehfeder 11 die Einwegkupplung 10 und rechtsseitig der Schraubendrehfeder 11 die Nabe 8 des Generator-Entkopplers 1. Die Einwegkupplung 10 ist ein antriebseitig positioniertes Schlingband und die auf der Generatorwelle 4 zu verschraubende Nabe 8 ist integraler Teil des (abtriebseitigen) zweiten Federtellers 15.
-
Als Alternative zu den dargestellten Drehanschlägen 19, 20 der Schraubendrehfederenden 12, 13 und der Federteller 14, 15 kommen eine Vielzahl weiterer Ausgestaltungen in Betracht, solange die Drehanschläge die Schraubendrehfederenden mit dem die Schraubendrehfeder radial zusammen ziehenden Mitnahmemoment beaufschlagen können. Solche Alternativen sind beispielsweise:
- – nicht-kreisförmige Vorsprünge und/oder Ausnehmungen
- – radial orientierte Vorsprünge und Ausnehmungen
- – radial auswärts abgewinkelte Schraubendrehfederenden
- – radiale oder axiale Abwinklungen der Schraubendrehfederenden mit Winkel > 90° und < 180°
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Entkoppler
- 2
- Riemen
- 3
- Drehantrieb
- 4
- Generatorwelle
- 5
- Drehabtrieb
- 6
- Riemenscheibe
- 7
- Antriebsteil
- 8
- Nabe
- 9
- Abtriebsteil
- 10
- Einwegkupplung
- 11
- Schraubendrehfeder
- 12
- erstes Ende der Schraubendrehfeder
- 13
- zweites Ende der Schraubendrehfeder
- 14
- erster Federteller
- 15
- zweiter Federteller
- 16
- Stirnseite eines Schraubendrehfederendes
- 17
- Rampe eines Federtellers
- 18
- Stufe
- 19
- Drehanschlag eines Schraubendrehfederendes
- 20
- Drehanschlag eines Federtellers
- 21
- Kurbelwelle
- 22
- Welle
- 23
- Begrenzung der axialen Ausnehmung eines Federtellers
- 24
- äußerer Absatz eines Federtellers
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 8047920 B2 [0004, 0005]
