WO2017220081A1 - Riemenscheibenentkoppler - Google Patents

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Christof Faria
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • F16H2055/366—Pulleys with means providing resilience or vibration damping

Definitions

  • the invention relates to a pulley decoupler for driving torque transmission between the belt of a starter-generator belt drive and the starter generator, comprising:
  • a hub to be mounted on the generator shaft of the starter generator
  • a rotation stopper which comprises a stop member on the pulley and a stop member on the hub and transmits drive torque of the generator shaft from the hub to the pulley with driving starter generator.
  • Pulley decouplers (referred to in the specialist literature as ' decouplers ' or ' isolators ' ) compensate torsional vibrations and nonuniformities introduced by the crankshaft of an internal combustion engine into its accessory belt drive, and are typically arranged on the generator. If the generator is a starter generator, which drives the internal combustion engine in the electromotive operation for the purpose of starting or Boos- over the belt drive, the usual overrunning of the generator shaft freewheeling is not possible. Rather, the pulley decoupler must lock in this relative direction of rotation in order to transmit the drive torque generated by the starter generator via the hub and pulley on the belt can.
  • a generic pulley decoupler is known from EP 2 010 792 B1 and has a rotation stop which transmits the driving torque of the driving starter generator from the hub to the pulley.
  • a major drawback of this design is the high level of noise generated by the rotational stop due to the hard abutting stop members when the starter generator rotates the hub relative to the pulley and begins to drive the pulley.
  • Another generic pulley decoupler is known from EP 1 730 425 B1 and constructed in such a way that the decoupler spring is a helical torsion spring which can be loaded in both directions of rotation, ie in the opening and in the closing direction.
  • the spring transmits the drive torque originating from the belt to the starter generator, and in the other direction of rotation the spring acts as its diameter changing loop, which either opens or contracts due to the starting or boosting torque and thereby torsionally stiffens the pulley Hub is looping.
  • a disadvantage of this construction is the considerable difficulty in satisfactorily realizing the different functions of the spring and the sling in the same component.
  • the present invention seeks to provide a pulley decoupler of the type mentioned with an improved mode of operation in the start or boost mode of the (driving) starter generator.
  • the decoupler spring should be loaded in both torque directions and participate in driving the starter generator to the transmission of the drive torque from the hub to the pulley.
  • the distribution of the drive torque transmission to the rotation stop and the decoupler spring connected in quasi parallel manner causes the relative rotation of hub to pulley before the meeting of the stop members against resistance due to the increasing torque of the decoupler spring, so that the impact velocity of the stop members to an acoustically acceptable value is limited.
  • the mechanical load of the rotary stop is reduced in accordance with the torque component transmitted by the decoupler spring.
  • the height of the starting or boosting torque and the stiffness of the decoupler spring can their Torque component values up to 50% or even higher.
  • the rotation stop may comprise one or more pairs of stop members.
  • the angle of rotation by which the pulley is rotatable relative to the hub decreases with increasing number and / or circumferential extension (thickness) of the stop parts.
  • the decoupler spring is preferably a helical torsion spring which extends in the axial direction of the pulley decoupler and whose spring ends in each case rest positively in a form-locking manner on a spring plate of the belt pulley on the one hand and on a spring plate of the hub on the other hand.
  • the helical spring is widened or constricted in diameter depending on the direction of rotation of the transmitted drive torque.
  • the stop member of the hub should be formed by (at least) one driver which is rotatable in (at least) one of the stop part of the pulley limited recess.
  • the recess may be formed directly in the pulley or by a driving ring mounted therein. The driver can locally raise either axially or radially with respect to the cylindrical shape of the hub.
  • a sliding disk with (at least) an axial projection can be arranged between the driving ring and the helical spring facing away from the hub, which extends circumferentially between the stop member of the hub and the stop part of the pulley and forms part of the rotation stop.
  • the sliding washer serves not only as a thrust bearing of the rotating on the driver ring spring plate of the hub, but also as an intermediate layer which prevents the direct contact of the abutment parts together.
  • the sliding disk is expediently made of plastic in view of ease of manufacture, the sliding property and the noise-damping intermediate layer.
  • the spring plates are to rise axially ramped to form a stage, the circumferential end faces of the spring ends at driving starter generator, the drive torque from the stage of the spring plate of the hub to the level of Transfer spring pulley to the pulley.
  • the drive torque can be transmitted to the driven starter generator via the same pressure contact.
  • the force acting in the opposite direction of torque positive connection between the spring ends and the spring plates can be generated by the fact that the spring ends are formed as a tangent or as a secant to the circular shape of the helical spring and received in corresponding recesses of the spring plate.
  • the tangential or secant spring ends transmit the drive torque from the indentation of the spring plate of the belt pulley to the indentation of the spring plate of the hub, wherein the winding body of the decoupler spring is constricted in diameter.
  • the axial end faces of the spring ends may each have a recess which engages around an axial elevation of the associated spring plate.
  • the recesses of the spring ends with driven starter generator transmit the drive torque from the axial elevation of the spring plate of the pulley on the axial elevation of the spring plate of the hub.
  • FIG. 1 shows the mechanical principle of a belt pulley decoupler according to the invention
  • 2 shows the mechanical principle of the known pulley decoupler according to the cited EP 2 010 792 B1;
  • FIG. 3 shows the first pulley decoupler in a perspective overall view. Position
  • FIG. 4 shows the first pulley decoupler in a perspective longitudinal section
  • FIG. 5 shows the first pulley decoupler exploded in perspective
  • FIG. 6 shows the spring plate of the belt pulley of the first pulley decoupler in a perspective detail view
  • FIG. 7 shows the decoupler spring of the first pulley decoupler in a perspective single part illustration
  • FIG. 8 the perspective view of the hub of the first pulley decoupler
  • FIG. 9 shows the second pulley decoupler in a first exploded perspective view
  • FIG. 10 shows the second pulley decoupler in a second perspective exploded view.
  • FIGS. 1 ac show the mechanical operating principle of a belt pulley decoupler according to the invention.
  • This includes a pulley designated P, a hub designated H and a decoupler spring designated E, which is clamped in both directions between the pulley P and the hub H resiliently.
  • the bidirectional load capacity is symbolized here by the spring ends of the decoupler spring E, which are mounted on the pulley P and the hub H such that they transmit both compressive forces and tensile forces.
  • the stop parts of the rotation stop between the pulley P and hub H are denoted by S1 and S2.
  • Figure 1 a the pulley decoupler is in unloaded rest position, and the two stop members S1 and S2 are disengaged and spaced from each other.
  • FIG. 1b the drive torque symbolized by the belt in the pulley P and symbolized by the arrow shown thereon is transmitted from the pulley P via the now pressure-loaded decoupler spring E to the hub H, which drives the starter generator.
  • FIG. 1 c the drive torque introduced by the starter generator into the hub H and symbolized by the arrow shown thereon loads the decoupler spring in the pulling direction, the distance between the two stop parts S1 and S2 being reduced until the rotation stop engages. In this way, the drive torque is transferred to a first part from the decoupler spring E, which is then subjected to a maximum of tension, and to a second part via the engaged rotational stop S1, S2 to the pulley P, which drives the belt.
  • Figures 2a-c show the mechanical operating principle of the known Riemenusionnentkopplers with rotation stop.
  • the decoupling spring denoted by E ' lies only in one direction and in the present case loadable only with compressive forces on the pulley P ' on the one hand and the hub H ' on the other hand.
  • FIG. 2a the pulley decoupler is in the unloaded resting position.
  • FIG. 2b shows the drive torque symbolized by the belt in the pulley P ' and symbolized by the arrow shown thereon is transmitted from the pulley P ' via the pressure-loaded decoupler spring E ' to the hub H ' , which drives the starter generator.
  • FIG. 2c the drive torque introduced by the starter generator into the hub H ' and symbolized by the arrow shown thereon is unloaded Decoupler spring E ' completely over the stop parts SV and S2 ' of the engaged rotation stopper on the pulley P ' transmitted, which drives the belt.
  • FIGS. 3 to 5 show the first exemplary embodiment of a pulley decoupler 1 according to the invention in various views.
  • a hollow cylindrical pulley 2, whose belt-wrapped outer jacket 3 of the poly-V-shape of the belt is profiled accordingly, is driven by the belt in the direction of rotation shown in FIG.
  • the pulley 2 is rotatably mounted on a hub 4, which is bolted to the generator shaft of a starter generator.
  • the hub 4 in the middle section 5 has an internal thread (not shown) and at the front end section remote from the generator an internal serration 6 as an engagement contour for the screwing tool.
  • the bearing of the pulley 2 on the hub 4 takes place radially and axially at the generator end radially and axially by means of a rolling bearing 7 and the far end of the generator by means of a sliding bearing 8.
  • the rolling bearing 7 is a single-row and sealed on both sides ball bearing.
  • the sliding bearing 8 is a slotted radial bearing ring made of polyamide, which is in direct sliding contact with the inner periphery of the pulley 2.
  • the pulley 4 has at the far end of the generator a circumferential groove 9, in which after the screwing of the pulley decoupler 1 on the generator shaft, a protective cap 10 is snapped.
  • the protective cap 10 is not mounted in FIGS. 3 and 4.
  • a component essential for the function of the pulley decoupler 1 is the decoupler spring 11. This is a extending in the axial direction of the Riemenusionnentkopplers 1 helical spring with spring ends 12 and 13, the rest on a spring plate 14 of the hub 4 on the one hand and on a spring plate 15 of the pulley 2 on the other hand so that the decoupler spring 1 1 drive torque in both torque directions corresponding to the figures 1 b and 1 c can transfer.
  • the structural design of each positive-locking system is explained with reference to FIGS 6 to 8.
  • spring ends 12, 13 are geometrically shaped substantially as a tangent to the circular shape of the spring coil body and against rotation in both directions of rotation secured in corresponding recesses 16 and 17 of the spring plate 14 and 15, respectively.
  • the spring plate 15 of the pulley 2 is formed by a board 18 of a pressed-in pulley 2 sleeve 19, and the spring plate 14 of the hub 4 is formed by a integrally formed thereon board 20, whose outer periphery is surrounded by the sliding bearing 8.
  • Both spring plates 14, 15 rise corresponding to the front contour of Entkopplerfeder 1 1 axially ramped and form in the region of the indentations 16, 17 each falling back to the starting point of the ramp stage 21 and 22, at which the associated circumferential end faces of the Feeder 12th , 13 lie.
  • a rotation stop which in the present case has two stop parts 23 on the hub 4 and two stop parts 24 on the pulley 2, which come into contact simultaneously.
  • the stop members 23 of the hub 4 are formed by circumferential end faces cam-like driver 25. These rise axially on the front side of the board 20, which faces away from the decoupler spring 1 1.
  • the two stop parts 24 of the pulley 2 are formed by a driving ring 26 fixed therein with two recesses 27 in which the drivers 25 are rotatable and whose circumferential extent is limited by the stop members 24.
  • the designed for transmitting the relatively high start and Boostmomente attachment of the drive ring 26 in the pulley 2 is reinforced by a knurl on the outer circumference of the drive ring 26.
  • the rotatability of the driver 25 within the recesses 27 is configured symmetrically in the present case, so that - starting from the unloaded state of the decoupler spring 1 1 - the stop-free angle of rotation in both load directions of the decoupler spring 1 1 is the same size.
  • the drive torques to be transmitted in the generator and in the electromotive operating state of the starter generator and the number of stop parts 23, 24, the non-impact angle of rotation can be configured asymmetrically. For example, in a rotation stop with only a single stop member pair of stop-free angle of rotation in the generator Operation either significantly larger or significantly smaller than to be selected in the electric motor operation.
  • sliding washer 28 made of plastic serves as a thrust bearing of the relative to the pulley 2 twisting hub 4 and the other as a stop damper during the initial contact of the rotation stop.
  • the sliding disk 28 is provided with two pairs of axial projections 29, which hold the sliding disk 28 on the drivers 25 and form part of the rotary stop by extending the projections 29 circumferentially between the abutment parts 23 of the hub 4 and the abutment parts 24 of the belt pulley 2 prevent their direct (metallic) contact.
  • the starter generator is in regenerative operation and is driven by the belt in the direction of rotation according to FIG.
  • the decoupler spring 1 1 is loaded by pulling on the spring ends 12, 13 and constricting their winding diameter, the drive torque of the belt via outer shell 3 of the pulley 2 - sleeve 19 - indentation 17 of the spring plate 15 of the pulley 2 - tangential spring end 13 of the decoupler spring 1 1 - decoupler spring 1 1 - tangential spring end 12 of the decoupler spring 1 1 - indentation 16 of the spring plate 14 of the hub 4 - hub 4 is transmitted to the generator shaft.
  • the elasticity of the decoupler spring 1 1 compensates for the transmission of the torsional vibrations of the belt to the generator shaft.
  • the hub 4 rotates with the drivers 25 in the drawn in Figure 3 direction of rotation relative to the pulley 2 and the drive ring 26 until the drive torque of the generator shaft to a first part on the decoupler spring 1 1 and a second, beyond going over part the stop members 23, 24 of the engaged rotary stopper is transmitted.
  • FIGS. 9 and 10 show the second embodiment of a pulley decoupler 1 ' according to the invention. This differs with otherwise the same functionality of the previously discussed pulley decoupler 1 on the one hand by the type of positive connection between the spring ends 12 ' , 13 ' of the decoupler spring 1 1 ' and the associated spring plates 14 ' , 15 ' and on the other by the number and arrangement the stop member pairs 23 ' , 24 ' .
  • the bearing of the pulley 2 ' on the hub 4 ' takes place here via a roller bearing 7 ' and a plain bearing 8 ' .
  • the pulley decoupler 1 ' rotates in accordance with the arrowed direction shown in Figure 9 and - in plan view of the starter generator - also clockwise.
  • the responsible for transmitting the regenerative drive torque positive connection of the spring ends 12 ' , 13 ' with the spring plates 14 ' , 15 ' takes place in this case via recesses 32, 33 in the axial end faces of the spring ends 12 ' , 13 ' , each having an axial elevation 34th , 35 engage around on the associated spring plates 14 ' , 15 ' .
  • the rotation stop is formed by three pairs of stop members 23 ' , 24 ' , wherein the hub 4 'has three - compared to their cylindrical shape - radially projecting, cam-like driver 25 ' , which in three directly in the pulley 2 ' extending recesses 27 ' are rotatable.
  • the starter generator is in regenerative operation and is driven by the belt in the direction of rotation according to FIG.
  • the starter generator is in electromotive operation and drives the belt.
  • the hub 4 ' rotates with the drivers 25 ' in the drawn in Figure 9 direction of rotation relative to the pulley 2 ' until the drive torque of the generator shaft to a first part on the decoupler spring 1 1 ' and a second part on the rotation stop with the engaged stop members 23 ' , 24 ' is transmitted.

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Abstract

Vorgeschlagen ist ein Riemenscheibenentkoppler (1, 1 ') zur Antriebsmomentüberragung zwischen dem Riemen eines Startergenerator-Riementriebs und dem Startergenerator, umfassend: - eine Riemenscheibe (2, 2'), - eine auf der Generatorwelle des Startergenerators zu befestigende Nabe (4, 4'), - eine Entkopplerfeder (11, 11 '), die bei angetriebenem Startergenerator Antriebsmoment des Riemens von der Riemenscheibe auf die Nabe überträgt, - und einen Drehanschlag, der einen Anschlagteil (24, 24') an der Riemenscheibe und einen Anschlagteil (23, 23') an der Nabe umfasst und bei antreibendem Startergenerator Antriebsmoment der Generatorwelle von der Nabe auf die Riemenscheibe überträgt, Die Entkopplerfeder soll in beide Momentenrichtungen belastet sein und bei anreibendem Startergenerator an der Übertragung des Antriebsmoments von der Nabe auf die Riemenscheibe teilnehmen.

Description

Riemenscheibenentkoppler
Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler zur Antriebsmomentübertragung zwischen dem Riemen eines Startergenerator-Riementriebs und dem Startergenerator, umfassend:
- eine Riemenscheibe,
- eine auf der Generatorwelle des Startergenerators zu befestigende Nabe,
- eine Entkopplerfeder, die bei angetriebenem Startergenerator Antriebsmoment des Riemens von der Riemenscheibe auf die Nabe überträgt,
- und einen Drehanschlag, der einen Anschlagteil an der Riemenscheibe und einen Anschlagteil an der Nabe umfasst und bei antreibendem Startergenerator Antriebsmoment der Generatorwelle von der Nabe auf die Riemenscheibe überträgt.
Riemenscheibenentkoppler (in der englischsprachigen Fachliteratur als ' Decoup- ler' oder ' Isolator' bezeichnet) kompensieren Drehschwingungen und - ungleichförmigkeiten, die von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine in deren Nebenaggregate-Riementrieb eingeleitet werden, und sind typischerweise auf dem Generator angeordnet. Falls der Generator ein Startergenerator ist, der im elektromotorischen Betrieb die Brennkraftmaschine zwecks Startens oder Boos- tens über den Riementrieb antreibt, ist das bei Generatorfreiläufen übliche Überholen der Generatorwelle ohne Weiteres nicht möglich. Vielmehr muss der Riemenscheibenentkoppler in dieser relativen Drehrichtung sperren, um das vom Startergenerator erzeugte Antriebsmoment via Nabe und Riemenscheibe auf den Riemen übertragen zu können.
Ein gattungsgemäßer Riemenscheibenentkoppler ist aus der EP 2 010 792 B1 bekannt und hat einen Drehanschlag, der das Antriebsmoment des antreibenden Startergenerators von der Nabe auf die Riemenscheibe überträgt. Ein wesentli- eher Nachteil dieser Konstruktion besteht in der hohen Geräuschentwicklung durch den Drehanschlag infolge der hart aufeinander auftreffenden Anschlagteile, wenn der Startergenerator die Nabe relativ zur Riemenscheibe verdreht und mit dem Antrieb der Riemenscheibe beginnt. Ein weiterer gattungsgemäßer Riemenscheibenentkoppler ist aus der EP 1 730 425 B1 bekannt und konstruktiv so ausgeführt, dass die Entkopplerfeder eine in beide Verdrehrichtungen, d.h. in Öffnungs- und in Schließrichtung belastbare Schraubendrehfeder ist. In der einen Verdrehrichtung überträgt die Feder das vom Riemen ausgehende Antriebsmoment entkoppelnd auf den Startergenerator, und in der anderen Verdrehrichtung wirkt die Feder als seinen Durchmesser änderndes Schlingband, das sich aufgrund des Start- oder Boostmoments entweder öffnet oder zusammenzieht und dabei die Riemenscheibe drehsteif gegen die Nabe schlingt. Ein Nachteil dieser Konstruktion ist die erhebliche Schwierigkeit, die unterschiedlichen Funktionen der Feder und des Schlingbands in demselben Bauteil zufriedenstellend zu verwirklichen.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Riemenscheibenentkoppler der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Funktionsweise im Start- oder Boostbetrieb des (antreibenden) Startergenerators anzugeben.
Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1 . Demnach soll die Entkopplerfeder in beide Momentenrichtungen belastet sein und bei antreibendem Startergenerator an der Übertragung des Antriebsmoments von der Nabe auf die Riemenscheibe teilnehmen.
Die Aufteilung der Antriebsmomentübertragung auf den Drehanschlag und die quasi parallel dazu geschaltete Entkopplerfeder bewirkt, dass die Relativverdrehung von Nabe zu Riemenscheibe vor dem Aufeinandertreffen der Anschlagteile gegen Widerstand infolge des dabei zunehmenden Drehmoments der Entkopplerfeder erfolgt, so dass die Auftreffgeschwindigkeit der Anschlagteile auf einen akustisch akzeptablen Wert begrenzt wird. Darüber hinaus wird die mechanische Be- lastung des Drehanschlags entsprechend dem von der Entkopplerfeder übertragenen Drehmomentanteil reduziert. In Abhängigkeit der gegenseitigen Verdreh- barkeit von Riemenscheibe und Nabe zwischen dem Drehanschlag, der Höhe des Start- oder Boostmoments und der Steifigkeit der Entkopplerfeder kann deren Drehmomentanteil Werte bis zu 50% oder auch darüber annehmen.
Der Drehanschlag kann ein oder mehrere Anschlagteilpaare umfassen. Dabei nimmt der Drehwinkel, um den die Riemenscheibe relativ zur Nabe verdrehbar ist, mit zunehmender Anzahl und/oder umfänglicher Erstreckung (Dicke) der Anschlagteile ab.
Vorzugsweise ist die Entkopplerfeder eine Schraubendrehfeder, die sich in Achsrichtung des Riemenscheibenentkopplers erstreckt und deren Federenden jeweils in beide Momentenrichtungen formschlüssig an einem Federteller der Riemenscheibe einerseits und an einem Federteller der Nabe andererseits anliegen. Die Schraubendrehfeder wird je nach Drehrichtung des übertragenen Antriebsmoments im Durchmesser aufgeweitet oder eingeschnürt. Der Anschlagteil der Nabe soll durch (zumindest) einen Mitnehmer gebildet sein, der in (zumindest) einer vom Anschlagteil der Riemenscheibe begrenzten Ausnehmung verdrehbar ist. Die Ausnehmung kann direkt in der Riemenscheibe oder durch einen darin befestigten Mitnehmerring gebildet sein. Der Mitnehmer kann sich bezüglich der Zylinderform der Nabe lokal entweder axial oder radial erheben.
Außerdem kann zwischen dem Mitnehmerring und der der Schraubendrehfeder abgewandten Stirnseite der Nabe eine Gleitscheibe mit (zumindest) einem axialen Vorsprung angeordnet sein, der umfänglich zwischen dem Anschlagteil der Nabe und dem Anschlagteil der Riemenscheibe verläuft und Teil des Drehanschlags bildet. Damit dient die Gleitscheibe nicht nur als Axiallager des sich auf dem Mitnehmerring verdrehenden Federtellers der Nabe, sondern auch als Zwischenlage, die den unmittelbaren Kontakt der Anschlagteile miteinander verhindert. Die Gleitscheibe besteht im Hinblick auf einfache Herstellbarkeit, die Gleiteigenschaft und die Geräusch dämpfende Zwischenlage zweckmäßigerweise aus Kunststoff.
Die Federteller sollen unter Bildung einer Stufe axial rampenförmig ansteigen, wobei die umfänglichen Stirnseiten der Federenden bei antreibendem Startergenerator das Antriebsmoment von der Stufe des Federtellers der Nabe auf die Stufe des Federtellers der Riemenscheibe übertragen. In einer dazu alternativen Ausführung kann über den gleichen Druckkontakt das Antriebsmoment auf den angetriebenen Startergenerator übertragen werden. Der in die entgegengesetzte Drehmomentrichtung wirkende Formschluss zwischen den Federenden und den Federtellern kann dadurch erzeugt werden, dass die Federenden als Tangente oder als Sekante zur Kreisform der Schraubendreh- feder geformt und in damit korrespondierenden Einformungen der Federteller aufgenommen sind. In diesem Fall übertragen die tangentialen oder sekantialen Fe- derenden bei angetriebenem Startergenerator das Antriebsmoment von der Einformung des Federtellers der Riemenscheibe auf die Einformung des Federtellers der Nabe, wobei der Wicklungskörper der Entkopplerfeder im Durchmesser eingeschnürt wird. In einer dazu alternativen Formschlussverbindung können die axialen Stirnseiten der Federenden jeweils eine Ausnehmung haben, die eine axiale Erhebung des zugehörigen Federtellers umgreift. Dabei übertragen die Ausnehmungen der Federenden bei angetriebenem Startergenerator das Antriebsmoment von der axialen Erhebung des Federtellers der Riemenscheibe auf die axiale Erhebung des Federtellers der Nabe.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, die eine Prinzipdarstellung und zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Riemenscheibenentkoppler für einen Starter- generator-Riementrieb einer Brennkraftmaschine zeigen:
Figuren 1 das mechanische Prinzip eines erfindungsgemäßen Riemenschei- benentkopplers; Figuren 2 das mechanische Prinzip des bekannten Riemenscheibenentkopplers gemäß der eingangs zitierten EP 2 010 792 B1 ;
Figur 3 den ersten Riemenscheibenentkoppler in perspektivischer Gesamtdar- Stellung;
Figur 4 den ersten Riemenscheibenentkoppler in perspektivischem Längsschnitt;
Figur 5 den ersten Riemenscheibenentkoppler in perspektivisch explodierter
Darstellung;
Figur 6 den Federteller der Riemenscheibe des ersten Riemenscheibenent- kopplers in perspektivischer Einzelteildarstellung;
Figur 7 die Entkopplerfeder des ersten Riemenscheibenentkopplers in in perspektivischer Einzelteildarstellung; Figur 8 die Nabe des ersten Riemenscheibenentkopplers in perspektivischer
Einzelteildarstellung;
Figur 9 den zweiten Riemenscheibenentkoppler in einer ersten perspektivisch explodierten Darstellung;
Figur 10 den zweiten Riemenscheibenentkoppler in einer zweiten perspektivisch explodierten Darstellung.
Die Figuren 1 a-c zeigen das mechanische Funktionsprinzip eines erfindungsge- mäßen Riemenscheibenentkopplers. Dieser umfasst eine mit P bezeichnete Riemenscheibe, eine mit H bezeichnete Nabe und eine mit E bezeichnete Entkopplerfeder, die in beide Richtungen belastbar zwischen der Riemenscheibe P und der Nabe H eingespannt ist. Die bidirektionale Belastbarkeit ist vorliegend durch die Federenden der Entkopplerfeder E symbolisiert, die an der Riemenscheibe P und an der Nabe H derart eingehangen sind, dass sie sowohl Druckkräfte als auch Zugkräfte übertragen. Die Anschlagteile des Drehanschlags zwischen Riemenscheibe P und Nabe H sind mit S1 bzw. S2 bezeichnet. Figur 1 a: der Riemenscheibenentkoppler befindet sich in unbelasteter Ruheposition, und die beiden Anschlagteile S1 und S2 sind außer Eingriff und voneinander beabstandet. Figur 1 b: das vom Riemen in die Riemenscheibe P eingeleitete und durch den daran eingezeichneten Pfeil symbolisierte Antriebsmoment wird von der Riemenscheibe P über die nun druckbelastete Entkopplerfeder E auf die Nabe H übertragen, die den Startergenerator antreibt. Figur 1 c: das vom Startergenerator in die Nabe H eingeleitete und durch den daran eingezeichneten Pfeil symbolisierte Antriebsmoment belastet die Entkopplerfeder in Zugrichtung, wobei sich der Abstand zwischen den beiden Anschlagteilen S1 und S2 reduziert bis der Drehanschlag in Eingriff kommt. Damit wird das Antriebsmoment zu einem ersten Teil von der dann maximal auf Zug belasteten Ent- kopplerfeder E und zu einem zweiten Teil über den in Eingriff befindlichen Drehanschlag S1 , S2 auf die Riemenscheibe P übertragen, die den Riemen antreibt.
Zum Vergleich zeigen die Figuren 2a-c das mechanische Funktionsprinzip des bekannten Riemenscheibenentkopplers mit Drehanschlag. Die mit E' bezeichnete Entkopplerfeder liegt lediglich in eine Richtung und vorliegend nur mit Druckkräften belastbar an der Riemenscheibe P' einerseits und der Nabe H' andererseits an.
Figur 2a: der Riemenscheibenentkoppler befindet sich in unbelasteter Ruhepositi- on.
Figur 2b: das vom Riemen in die Riemenscheibe P' eingeleitete und durch den daran eingezeichneten Pfeil symbolisierte Antriebsmoment wird von der Riemenscheibe P' über die druckbelastete Entkopplerfeder E' auf die Nabe H' übertra- gen, die den Startergenerator antreibt.
Figur 2c: das vom Startergenerator in die Nabe H' eingeleitete und durch den daran eingezeichneten Pfeil symbolisierte Antriebsmoment wird bei unbelasteter Entkopplerfeder E' vollständig über die Anschlagteile SV und S2' des in Eingriff befindlichen Drehanschlags auf die Riemenscheibe P' übertragen, die den Riemen antreibt. Die Figuren 3 bis 5 zeigen das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers 1 in verschiedenen Ansichten. Eine hohlzylindrische Riemenscheibe 2, deren vom Riemen umschlungener Außenmantel 3 der Poly-V-Form des Riemens entsprechend profiliert ist, wird vom Riemen in der in Figur 3 eingezeichneten Drehrichtung angetrieben. Die Riemenscheibe 2 ist dreh- bar auf einer Nabe 4 gelagert, die fest mit der Generatorwelle eines Startergenerators verschraubt wird. Hierzu hat die Nabe 4 im Mittelabschnitt 5 ein nicht dargestelltes Innengewinde und am generatorfernen, vorderen Endabschnitt einen In- nenvielzahn 6 als Eingriffskontur für das Schraubwerkzeug. Die Lagerung der Riemenscheibe 2 auf der Nabe 4 erfolgt am generatorseitigen Ende radial und axial mittels eines Wälzlagers 7 und am generatorfernen Ende radial mittels eines Gleitlagers 8. Das Wälzlager 7 ist ein einreihiges und beidseitig abgedichtetes Kugellager. Das Gleitlager 8 ist ein geschlitzter Radiallagerring aus Polyamid, der mit dem Innenumfang der Riemenscheibe 2 in unmittelbarem Gleitkontakt steht. Die Riemenscheibe 4 hat am generatorfernen Ende eine Umfangsnut 9, in die nach dem Verschrauben des Riemenscheibenentkopplers 1 auf die Generatorwelle eine Schutzkappe 10 eingeschnappt wird. Die Schutzkappe 10 ist in den Figuren 3 und 4 nicht montiert.
Eine für die Funktion des Riemenscheibenentkopplers 1 wesentliche Komponente ist die Entkopplerfeder 1 1 . Diese ist eine sich in Achsrichtung des Riemenscheibenentkopplers 1 erstreckende Schraubendrehfeder mit Federenden 12 und 13, die an einem Federteller 14 der Nabe 4 einerseits und an einem Federteller 15 der Riemenscheibe 2 andererseits so anliegen, dass die Entkopplerfeder 1 1 Antriebsmoment in beide Momentenrichtungen entsprechend den Figuren 1 b und 1 c übertragen kann. Die konstruktive Ausgestaltung der jeweils formschlüssigen Anlage wird unter Einbeziehung der Figuren 6 bis 8 erläutert. Die dort in größerem Detail erkennbaren Federenden 12, 13 sind geometrisch im wesentlichen als Tangente an die Kreisform des Federwickelkörpers geformt und gegen Verdrehen in beide Drehrichtungen gesichert in damit korrespondierenden Einformungen 16 und 17 der Federteller 14 bzw. 15 aufgenommen. Der Federteller 15 der Riemenscheibe 2 ist durch einen Bord 18 einer in der Riemenscheibe 2 eingepressten Hülse 19 gebildet, und der Federteller 14 der Nabe 4 ist durch einen einstückig daran angeformten Bord 20 gebildet, dessen Außenumfang vom Gleitlager 8 umschlossen ist. Beide Federteller 14, 15 steigen der stirnseitigen Kontur der Entkopplerfeder 1 1 entsprechend axial rampenförmig an und bilden im Bereich der Einformungen 16, 17 jeweils eine auf den Ausgangspunkt der Rampe zurückfallende Stufe 21 und 22, an der die zugehörigen umfänglichen Stirnseiten der Fe- derenden 12, 13 anliegen.
Eine weitere wesentliche Komponente ist ein Drehanschlag, der vorliegend jeweils zwei Anschlagteile 23 an der Nabe 4 und zwei Anschlagteile 24 an der Riemenscheibe 2 hat, die gleichzeitig in Kontakt gelangen. Die Anschlagteile 23 der Nabe 4 sind durch umfängliche Stirnseiten nockenartiger Mitnehmer 25 gebildet. Diese erheben sich axial auf der Stirnseite des Bords 20, die der Entkopplerfeder 1 1 abgewandt ist. Die beiden Anschlagteile 24 der Riemenscheibe 2 sind durch einen darin befestigten Mitnehmerring 26 mit zwei Ausnehmungen 27 gebildet, in denen die Mitnehmer 25 verdrehbar sind und deren umfängliche Erstreckung durch die Anschlagteile 24 begrenzt ist. Die zur Übertragung der relativ hohen Start- und Boostmomente ausgelegte Befestigung des Mitnehmerrings 26 in der Riemenscheibe 2 ist durch einen Rändel am Außenumfang des Mitnehmerrings 26 verstärkt. Die Verdrehbarkeit der Mitnehmer 25 innerhalb der Ausnehmungen 27 ist vorliegend symmetrisch konfiguriert, so dass - ausgehend vom unbelasteten Zustand der Entkopplerfeder 1 1 - der anschlagfreie Verdrehwinkel in beide Lastrichtungen der Entkopplerfeder 1 1 gleich groß ist. Abweichend hierzu und in Abhängigkeit der Federsteifigkeit, der im generatorischen und im elektromotorischen Betriebszu- stand des Startergenerators zu übertragenden Antriebsmomente und der Anzahl der Anschlagteile 23, 24 können die anschlagfreien Verdrehwinkel unsymmetrisch konfiguriert werden. Beispielsweise kann bei einem Drehanschlag mit nur einem einzigen Anschlagteilpaar der anschlagfreie Verdrehwinkel im generatorischen Betrieb entweder deutlich größer oder deutlich kleiner als im elektromotorischen Betrieb gewählt werden.
Eine zwischen dem Mitnehmerring 26 und der Stirnseite des Federtellers 14 an- geordnete Gleitscheibe 28 aus Kunststoff dient zum einen als Axiallager der sich relativ zur Riemenscheibe 2 verdrehenden Nabe 4 und zum anderen als Anschlagdämpfer beim Initialkontakt des Drehanschlags. Die Gleitscheibe 28 ist hierzu mit zwei Paar axialen Vorsprüngen 29 versehen, die die Gleitscheibe 28 auf den Mitnehmern 25 haltern und Teil des Drehanschlags bilden, indem die Vor- sprünge 29 umfänglich zwischen den Anschlagteilen 23 der Nabe 4 und den Anschlagteilen 24 der Riemenscheibe 2 verlaufend deren unmittelbaren (metallischen) Kontakt verhindern.
Zur Funktionsweise des Riemenscheibenentkopplers 1 :
1 .) Der Startergenerator befindet sich im generatorischen Betrieb und wird vom Riemen in der Drehrichtung gemäß Figur 3 angetrieben. Die Entkopplerfeder 1 1 wird durch Ziehen an den Federenden 12, 13 und folglich unter Einschnürung ihres Wickeldurchmessers belastet, wobei das Antriebsmoment des Riemens via Außenmantel 3 der Riemenscheibe 2 - Hülse 19 - Einformung 17 des Federtellers 15 der Riemenscheibe 2 - tangentiales Federende 13 der Entkopplerfeder 1 1 - Entkopplerfeder 1 1 - tangentiales Federende 12 der Entkopplerfeder 1 1 - Einformung 16 des Federtellers 14 der Nabe 4 - Nabe 4 auf die Generatorwelle übertragen wird. Die Elastizität der Entkopplerfeder 1 1 kompensiert die Übertragung der Drehschwingungen des Riemens auf die Generatorwelle.
In diesem Betriebszustand ist der umfängliche Abstand zwischen den Anschlagteilen 23 und 24 im Mittel größer als im unbelasteten Zustand gemäß Figur 3. Dementsprechend ist auch der umfängliche Abstand zwischen den jeweils gegenüberliegenden Stirnseiten 30 der Mitnehmer 25 und Begrenzungen 31 der Ausnehmungen 27 im Mittel kleiner als im unbelasteten Zustand. Bei sehr hohen generatorischen Antriebsmomenten und bei Überlast wirken diese rückseitigen Konturen ebenfalls als Drehanschlag, der im Eingriffsfall das über die Entkopplerfeder 1 1 übertragene Antriebsmoment beschränkt und das darüber hinaus gehende Antriebsmoment starr überträgt. 2.) Der Startergenerator befindet sich im elektromotorischen Betrieb und treibt den Riemen an. Dabei verdreht sich die Nabe 4 mit den Mitnehmern 25 in der in Figur 3 eingezeichneten Drehrichtung relativ zur Riemenscheibe 2 und dem Mitnehmerring 26, bis das Antriebsmoment der Generatorwelle zu einem ersten Teil über die Entkopplerfeder 1 1 und zu einem zweiten, darüber hinaus gehenden Teil über die Anschlagteile 23, 24 des in Eingriff befindlichen Drehanschlags übertragen wird. Die Übertragung über die nun im Durchmesser aufgeweitete Entkopplerfeder 1 1 erfolgt via Nabe 4 - Stufe 21 des Federtellers 14 der Nabe 4 - umfängliche Stirnseite des Federendes 12 - Entkopplerfeder 1 1 - umfängliche Stirnseite des Federendes 13 - Stufe 22 des Federtellers 15 der Riemenscheibe 2 - Hülse 19 - Außenmantel 3 der Riemenscheibe 2 auf den Riemen.
Die Figuren 9 und 10 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers 1 '. Dieser unterscheidet sich bei ansonsten gleicher Funktionalität von dem zuvor erläuterten Riemenscheibenentkoppler 1 zum einen durch die Art des Formschlusses zwischen den Federenden 12', 13' der Entkopplerfeder 1 1 ' und den zugehörigen Federtellern 14', 15' und zum anderen durch die Anzahl und Anordnung der Anschlagteilpaare 23', 24'. Die Lagerung der Riemenscheibe 2' auf der Nabe 4' erfolgt auch hier über ein Wälzlager 7' und ein Gleitlager 8'.
Der Riemenscheibenentkoppler 1 ' rotiert gemäß der in Figur 9 eingezeichneten Pfeilrichtung und - bei Draufsicht auf den Startergenerator - ebenfalls im Uhrzeigersinn. Die zur Übertragung des generatorischen Antriebsmoments zuständige Formschlussverbindung der Federenden 12', 13' mit den Federtellern 14', 15' erfolgt in diesem Fall über Ausnehmungen 32, 33 in den axialen Stirnseiten der Federenden 12', 13', die jeweils eine axiale Erhebung 34, 35 auf den zugehörigen Federtellern 14', 15' umgreifen. Der Drehanschlag ist durch drei Anschlagteilpaare 23', 24' gebildet, wobei die Nabe 4' drei - gegenüber ihrer Zylinderform - radial vorspringende, nockenartige Mitnehmer 25' hat, die in drei unmittelbar in der Riemenscheibe 2' verlaufenden Ausnehmungen 27' verdrehbar sind.
Zur Funktionsweise des Riemenscheibenentkopplers 1 ':
1 . ) Der Startergenerator befindet sich im generatorischen Betrieb und wird vom Riemen in der Drehrichtung gemäß Figur 9 angetrieben. Die Entkopplerfeder
1 1 ' wird durch Ziehen an den Federenden 12', 13' und folglich unter Einschnürung ihres Wickeldurchmessers belastet, wobei das Antriebsmoment des Riemens via Außenmantel 3 der Riemenscheibe 2' - axiale Erhebung 35 des Federtellers 15' der Riemenscheibe 2' - Ausnehmung 33 des Federen- des 13' - Entkopplerfeder 1 1 ' - Ausnehmung 32 des Federendes 12' - axiale Erhebung 34 des Federtellers 14' der Nabe 4' - Nabe 4' auf die Generatorwelle übertragen wird.
2. ) Der Startergenerator befindet sich im elektromotorischen Betrieb und treibt den Riemen an. Dabei verdreht sich die Nabe 4' mit den Mitnehmern 25' in der in Figur 9 eingezeichneten Drehrichtung relativ zur Riemenscheibe 2', bis das Antriebsmoment der Generatorwelle zu einem ersten Teil über die Entkopplerfeder 1 1 ' und zu einem zweiten Teil über den Drehanschlag mit den in Eingriff befindlichen Anschlagteilen 23', 24' übertragen wird. Die Übertragung über die sich nun im Durchmesser aufweitende Entkopplerfeder 1 1 ' erfolgt via Nabe 4' - Stufe 21 ' des Federtellers 14' der Nabe 4' - umfängliche Stirnseite des Federendes 12' - Entkopplerfeder 1 1 ' - umfängliche Stirnseite des Federendes 13' - Stufe 22' des Federtellers 15' der Riemenscheibe 2' - Außenmantel 3' der Riemenscheibe 2' auf den Riemen.
Bezugszeichenliste
1 Riemenscheibenentkoppler 2 Riemenscheibe
3 Außenmantel der Riemenscheibe
4 Nabe
5 Mittelabschnitt der Nabe
6 Innenvielzahn
7 Wälzlager
8 Gleitlager
9 Umfangsnut
10 Schutzkappe
1 1 Entkopplerfeder
12 Federende (seitens Nabe)
13 Federende (seitens Riemenscheibe)
14 Federteller (seitens Nabe)
15 Federteller (seitens Riemenscheibe)
16 Einformung (seitens Nabe)
17 Einformung (seitens Riemenscheibe)
18 Bord (seitens Riemenscheibe)
19 Hülse
20 Bord (seitens Nabe)
21 Stufe (seitens Nabe)
22 Stufe (seitens Riemenscheibe)
23 Anschlagteil (seitens Nabe)
24 Anschlagteil (seitens Riemenscheibe)
25 Mitnehmer (seitens Nabe)
26 Mitnehmerring (seitens Riemenscheibe)
27 Ausnehmung (seitens Riemenscheibe)
28 Gleitscheibe
29 Vorsprung der Gleitscheibe
30 gegenüberliegende Stirnseite des Mitnehmers 31 gegenüberliegende Begrenzung der Ausnehmung
32 Ausnehmung im Federende (seitens Nabe)
33 Ausnehmung im Federende (seitens Riemenscheibe)
34 axiale Erhebung (seitens Nabe) axiale Erhebung (seitens Riemenscheibe)

Claims

Patentansprüche
Riemenscheibenentkoppler (1 , 1 ') zur Antriebsmomentübertragung zwischen dem Riemen eines Startergenerator-Riementriebs und dem Startergenerator, umfassend:
- eine Riemenscheibe (2, 2'),
- eine auf der Generatorwelle des Startergenerators zu befestigende Nabe
(4, 4'),
- eine Entkopplerfeder (1 1 , 1 1 '), die bei angetriebenem Startergenerator Antriebsmoment des Riemens von der Riemenscheibe (2, 2') auf die Nabe (4, 4') überträgt,
- und einen Drehanschlag, der einen Anschlagteil (24, 24') an der Riemenscheibe (2, 2') und einen Anschlagteil (23, 23') an der Nabe (4, 4') umfasst und bei antreibendem Startergenerator Antriebsmoment der Generatorwelle von der Nabe (4, 4') auf die Riemenscheibe (2, 2') überträgt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplerfeder (1 1 , 1 1 ') in beide Momentenrichtungen belastet ist und bei antreibendem Startergenerator an der Übertragung des Antriebsmoments von der Nabe (4, 4') auf die Riemenscheibe (2, 2') teilnimmt.
Riemenscheibenentkoppler (1 , 1 ') nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplerfeder (1 1 , 1 1 ') eine sich in Achsrichtung des Riemen- scheibenentkopplers (1 , 1 ') erstreckende Schraubendrehfeder ist, deren Federenden (12, 12', 13, 13') jeweils in beide Momentenrichtungen formschlüssig an einem Federteller (15, 15') der Riemenscheibe (2, 2') einerseits und an einem Federteller (14, 14') der Nabe (4, 4') andererseits anliegen.
Riemenscheibenentkoppler (1 , 1 ') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagteil (23, 23') der Nabe (4, 4') durch einen Mitnehmer (25, 25') gebildet ist, der in einer vom Anschlagteil (24, 24') der Riemenscheibe (2, 2') begrenzten Ausnehmung (27, 27') verdrehbar ist.
Riemenscheibenentkoppler (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (27) durch einen in der Riemenscheibe (2) befestigten Mitnehmerring (26) gebildet ist.
Riemenscheibenentkoppler (1 ) nach Anspruch 4 soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mitnehmerring (26) und der der Schraubendrehfeder abgewandten Stirnseite der Nabe (4) eine Gleitscheibe (28) mit einem axialen Vorsprung (29) angeordnet ist, der umfänglich zwischen dem Anschlagteil (23) der Nabe (4) und dem Anschlagteil (24) der Riemenscheibe (2) verläuft und Teil des Drehanschlags bildet.
Riemenscheibenentkoppler (1 , 1 ') nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federteller (14, 14', 15, 15') jeweils unter Bildung einer Stufe (21 , 21 ', 22, 22') axial rampenförmig ansteigen, wobei die umfänglichen Stirnseiten der Federenden (12, 12', 13, 13') bei antreibendem Startergenerator das Antriebsmoment von der Stufe (21 , 21 ') des Federtellers (14, 14') der Nabe (4, 4') auf die Stufe (22, 22') des Federtellers (15, 15') der Riemenscheibe (2, 2') übertragen.
Riemenscheibenentkoppler (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federenden (12, 13) als Tangente oder als Sekante zur Kreisform der Schraubendrehfeder geformt und in damit korrespondierenden Einformun- gen (16, 17) der Federteller (14, 15) aufgenommen sind, wobei die tangentialen oder sekantialen Federenden (12, 13) bei angetriebenem Startergenerator das Antriebsmoment von der Einformung (17) des Federtellers (15) der Riemenscheibe (2) auf die Einformung (16) des Federtellers (14) der Nabe (4) übertragen.
Riemenscheibenentkoppler (1 ') nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Stirnseiten der Federenden (12', 13') jeweils eine Ausnehmung (32, 33) haben, die eine axiale Erhebung (34, 35) des zugehörigen Federtellers (14', 15') umgreift, wobei die Ausnehmungen (32, 33) der Federenden (12', 13') bei angetriebenem Startergenerator das Antriebsmoment von der axialen Erhebung (35) des Federtellers (15') der Riemenscheibe (2') auf die axiale Erhebung (34) des Federtellers (14') der Nabe (4') übertragen.
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