WO2018215027A1

WO2018215027A1 - Riemenscheibenentkoppler

Info

Publication number: WO2018215027A1
Application number: PCT/DE2018/100496
Authority: WO
Inventors: Norbert Bethke; Sebastian Pecher; Andreas GÖTZ; Christian Hauck; Eugen Bauer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2018-11-29
Also published as: DE102017004974A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Riemenscheibenentkoppler (1) zur Antriebsmomentübertragung vom Riemen eines Nebenaggregate-Riementriebs auf die Welle eines der Nebenaggregate, mit: - einer Riemenscheibe (2), - einer auf der Welle zu befestigenden Nabe (4) - und einer im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe und der Nabe angeordneten Reihenschaltung aus einer Schraubendrehfeder (12) und einem Schlingband (11), das sich in Richtung der Drehachse (13) des Riemenscheibenentkopplers erstreckt und radial zwischen der Riemenscheibe und der Schraubendrehfeder angeordnet ist, wobei das Schlingband einen Innenmantel (15) aufweist und wobei die Schraubendrehfeder einen Außenmantel (14) aufweist und sich unter Übertragung des Antriebsmoments radial aufweitet. Dabei soll ein radialer Spalt (16) zwischen dem Außenmantel der Schraubendrehfeder und dem Innenmantel des Schlingbands bei der Übertragung eines Antriebsmoments, das größer als ein vorbestimmtes Antriebsgrenzmoment ist, zu Null werden, so dass dieses Antriebsmoment sowohl über die elastische Torsion der Schraubendrehfeder als auch über den Reibkontakt zwischen dem Außenmantel der Schraubendrehfeder und dem Innenmantel des Schlingbands übertragen wird.

Description

Riemenscheibenentkoppler

Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler zur Antriebsmomentübertragung vom Riemen eines Nebenaggregate-Riementriebs auf die Welle eines der Nebenaggrega- te, mit:

- einer Riemenscheibe,

- einer auf der Welle zu befestigenden Nabe

- und einer im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe und der Nabe angeordneten Reihenschaltung aus einer Schraubendrehfeder und einem Schlingband, das sich in Richtung der Drehachse des Riemenscheibenentkopplers erstreckt und radial zwischen der Riemenscheibe und der Schraubendrehfeder angeordnet ist.

Das Schlingband weist einen Innenmantel auf, und die Schraubendrehfeder weist einen Außenmantel auf und weitet sich unter Übertragung des Antriebsmoments radial auf. Drehschwingungen und -ungleichförmigkeiten, die von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine in deren Nebenaggregate-Riementrieb eingeleitet werden, können bekanntlich durch Riemenscheibenentkoppler kompensiert werden, die im Englischen üblicherweise als Decoupler bezeichnet und typischerweise als Generator-Riemenscheibe ausgebildet sind. Das Schlingband dient als Einwegkupplung, die im geschlossenen Zustand das An- triebsmoment von der Riemenscheibe auf die Nabe überträgt, wobei die Elastizität der mit dem Schlingband in Reihe geschalteten Schraubendrehfeder die aus dem Riementrieb stammenden Drehungleichförmigkeiten glättet. Bei verzögert rotierender Riemenscheibe öffnet das Schlingband, wobei - dann umgekehrt - kein nennenswertes Drehmoment von der Nabe auf die Riemenscheibe übertragen werden kann, so dass die mit hoher Massen- trägheit belastete Generatorwelle die Riemenscheibe überholen kann.

Ein Riemenscheibenentkoppler mit radial innen angeordnetem Schlingband und radial außen angeordneter Schraubendrehfeder in Form einer Schraubendrehfeder ist aus der DE 10 2009 052 61 1 A1 bekannt.

Ein gattungsgemäßer Riemenscheibenentkoppler mit demgegenüber radial vertauschter Anordnung von Schlingband und Schraubendrehfeder geht beispielsweise aus der US 8,047,920 B2 hervor. Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Riemenscheibenentkoppler mit verbesserter Funktionsweise anzugeben. Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll ein radialer Spalt zwischen dem Außenmantel der Schraubendrehfeder und dem Innenmantel des Schlingbands bei der Übertragung eines Antriebsmoments, das größer als ein vorbestimmtes Antriebsgrenzmoment ist, zu Null werden. Folglich wird dieses Antriebsmoment sowohl über die elastische Torsion der Schraubendrehfeder als auch über den Reibkontakt zwischen dem Außenmantel der Schraubendrehfeder und dem Innenmantel des Schlingbands übertragen. Diese konstruktive Ausgestaltung des Riemenscheibenent- kopplers bewirkt zugunsten der gesteigerten Dauerfestigkeit einen Überlastschutz der stark auf Torsion belasteten Schraubendrehfeder.

Vorzugsweise sind der Außenmantel der Schraubendrehfeder und der Innenmantel des Schlingbands zylindrisch. Andere Formen, wie beispielsweise die Kegelstumpfform sind möglich, sofern ein flächiger Reibkontakt der aufgespannten Schraubendrehfeder mit dem Schlingband gegeben ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rie- menscheibenentkopplers für den im Nebenaggregate-Riementrieb einer Brennkraftmaschine angeordneten Generator dargestellt ist. Es zeigen:

Figur 1 den Riemenscheibenentkoppler in perspektivischer Explosion;

Figur 2 den Riemenscheibenentkoppler im Längsschnitt; Figur 3 eine charakteristische Kennlinie des vom Riemenscheibenentkoppler übertragenen Antriebsmoments;

Figur 4 einen Ausschnitt der Explosionsdarstellung gemäß Figur 1. Die Figuren 1 und 2 zeigen den Riemenscheibenentkoppler 1 in verschiedenen Darstellungen. 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 1 eingezeichneten Drehrichtung angetrieben. Die Riemenscheibe 2 ist drehbar auf einer Nabe 4 gelagert, die fest mit der Generatorwelle verschraubt wird. Hier- zu hat die Nabe 4 im Mittelabschnitt ein Innengewinde 5 und am generatorfernen, vorderen Endabschnitt einen Innenvielzahn 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 und am generatorfernen Ende radial mittels eines Gleitlagers. Das Wälzlager ist ein einreihiges und beidseitig abgedichtetes Kugellager 7, und das Gleitlager ist ein Radiallagerring 8 aus Polyamid, der mit dem Innendurchmesser der Riemenscheibe 2 in unmittelbarem Gleitkontakt steht.

Die Riemenscheibe 2 hat am generatorfernen Ende eine im Durchmesser gestufte Erweiterung 9, in die nach dem Verschrauben des Riemenscheibenentkopplers 1 auf die Generatorwelle eine Schutzkappe 10 eingeschnappt wird.

Die für die Funktion des Riemenscheibenentkopplers 1 wesentlichen Komponenten sind eine als Schlingband 1 1 ausgebildete Einwegkupplung und eine - bezüglich des Antriebsmomentflusses von der Riemenscheibe 2 auf die Nabe 4 - mit dem Schlingband 1 1 in Reihe geschaltete Schraubendrehfeder 12. Das Schlingband 1 1 und die Schrauben- drehfeder 12 erstrecken sich koaxial zueinander in Richtung der Drehachse 13 des Riemenscheibenentkopplers 1 , wobei das Schlingband 11 radial zwischen der Riemenscheibe 2 und der Schraubendrehfeder 12 angeordnet ist und folglich die Schraubendrehfeder 12 umschließt. Die Schraubendrehfeder 12 hat einen nicht kreisförmigen und vorliegend trapezförmigen Drahtquerschnitt und einen zylindrischen Außenmantel 14. Das Schlingband 1 1 hat einen rechteckigen Drahtquerschnitt und einen zylindrischen Innenmantel 15. Im dargestellten, unbelasteten Zustand der Schraubendrehfeder 12 sind deren Außenmantel 14 und der Innenmantel 15 des Schlingbands 11 durch einen radialen Spalt 16 voneinander beab- standet.

Sowohl das rechts gewickelte Schlingband 1 1 als auch die links gewickelte Schraubendrehfeder 12 haben beidseitig schenkellose Enden, die das Schlingband 11 bzw. die Schraubendrehfeder 12 bei der Übertragung des Antriebsmoments radial aufweiten. Da- bei verspannt sich das im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe 2 verlaufende erste Schlingbandende 17 gegen den zylindrischen Innenmantel 18 einer ersten Hülse 19, die in der Riemenscheibe 2 mittels eines Pressverbands drehbefestigt ist. Das im Antriebsmomentfluss seitens der Schraubendrehfeder 12 verlaufende zweite Schlingbandende 20 verspannt sich gegen den zylindrischen Innenmantel 21 einer zweiten Hülse 22, die in der ersten Hülse 19 drehbar gelagert ist und deren Innenmantel 21 den gleichen Durchmesser wie der Innenmantel 18 hat. Das von der Riemenscheibe 2 eingeleitete Antriebsmoment wird durch Haftreibung zwischen dem in der ersten Hülse 19 und dem ersten Schlingbandende 17 einerseits und zwischen dem zweiten Schlingbandende 20 und der zweiten Hülse 22 andererseits in die Schraubendrehfeder 12 eingeleitet und von dort aus auf die Nabe 4 übertragen. Die Riemenscheibe 2 ist daher ein kostengünstig hergestelltes Drehteil, das zwecks Verschleißschutz eine Wärmebehandlung oder Beschichtung nicht erfordert, sondern lediglich mit einem Korrosionsschutz versehen ist. Die auf die zweite Hülse 22 wirkenden Axialkräfte der Schraubendrehfeder 12 werden über einen Gleitlagerring 24 am Innenring 25 des Kugellagers 7 abgestützt.

Figur 3 zeigt eine typische Kennlinie des vom Riemenscheibenentkoppler 1 übertragenen Antriebsmoments in Abhängigkeit des betrieblichen Verdrehwinkels der in Pfeilrichtung gemäß Figur 1 vorauseilenden Riemenscheibe 2 relativ zur Nabe 4. Das Antriebsmoment ist mit T bezeichnet, und der relative Verdrehwinkel ist mit A bezeichnet. Die gestrichelte Linie symbolisiert ein vorbestimmtes Antriebsgrenzmoment, an dem die Kennlinie ab einem vorbestimmten Verdrehwinkel einen erheblichen Steifigkeitssprung mit erhöhter Steifigkeit aufweist. Diese höhere Steifigkeit ergibt sich dadurch, dass sich der betrieblich im Durchmesser aufweitende Außenmantel 14 der Schraubendrehfeder 12 unter Eliminie- rung des radialen Spalts 16 (s. Figur 2) an den Innenmantel 15 des Schlingbands 1 1 an- presst, so dass die Anzahl der federnden Windungen der auf das Antriebsgrenzmoment aufgespannten Schraubendrehfeder 12 zumindest stark reduziert oder gänzlich zu Null wird. Das gilt auch für die axial neben dem Schlingband 1 1 verlaufenden Windungen der Schraubendrehfeder 12, die sich unter Aufweitung ihres Durchmessers an die erste Hülse 19 bzw. einen Innenmantel 26 der Nabe 4 anschmiegen. Folglich wird ein das Antriebsgrenzmoment übersteigendes Antriebsmoment sowohl durch das mit dem Antriebsgrenzmoment korrespondierenden Torsionsmoment der Schraubendrehfeder 12 als auch durch den Reibkontakt zwischen dem Innenmantel 15 des Schlingbands 11 und dem Außenmantel 14 der Schraubendrehfeder 12 zugunsten deren Dauerfestigkeit übertragen.

Das Schlingband 11 ermöglicht bei Drehmomentumkehr ein Überholen der Generatorwelle und der darauf befestigten Nabe 4 gegenüber der Riemenscheibe 2. In diesem Zustand zieht sich das Schlingband 1 1 auf seinen (unbelasteten) Ausgangsdurchmesser zusammen und rutscht in einer oder beiden Hülsen 19, 22 durch, wobei sich das dabei übertrag- bare Drehmoment auf das Gleitreibmoment zwischen den beiden durchrutschenden Kontaktpartnern reduziert. Die gegenseitige Drehlagerung und konstruktive Ausgestaltung der beiden Hülsen 19 und

22 wird nachfolgend in Zusammenschau mit Figur 4 erläutert, die die Hülsen 19 und 22 als vergrößerte Einzelteile zeigt. Beide Hülsen 19, 22 sind einteilig umgeformte und zwecks Verschleißfestigkeit ihrer Oberfläche gehärtete und/oder beschichtete Blechteile. Die erste Hülse 19 ist zweifach im Durchmesser gestuft, wobei die generatornahe erste Durchmesserstufe 27 stirnseitig als Axialanschlag für die zweite Hülse 22 dient und wobei die generatorferne zweite Durchmesserstufe 28 stirnseitig als Axialanschlag für das Schlingband 1 1 dient. Die erste Durchmesserstufe 27 ist bei gleichmäßigem Außen- durchmesser durch eine Vergrößerung des Innendurchmessers im Bereich des Drehlagerabschnitts gebildet, in dem die zweite Hülse 22 mit einer Spielpassung aufgenommen ist.

Wie es aus der Zusammenschau mit Figur 4 weiterhin deutlich wird, liegt das antriebseiti- ge Federende 23 der Schraubendrehfeder 12 an einem mit der zweiten Hülse 22 drehfesten Federteller 29 an, und das abtriebseitige Federende 30 liegt an einem mit der Nabe 4 drehfesten Federteller 31 an. Der mit der zweiten Hülse 22 drehfeste Federteller 29 ist als mit der zweiten Hülse 22 einteiliges Blechumformteil ausgebildet. Der mit der Nabe 4 drehfeste Federteller 31 ist einteilig mit der Nabe 4 ausgebildet und hat am Außenmantel eine Umlaufnut 32, die den gemäß Figur 2 unmittelbar in der Riemenscheibe 2 verlaufenden Radiallagerring 8 axial einfasst. Die Federteller 29, 31 haben der stirnseitigen Kontur der Schraubendrehfeder 12 entsprechend axial rampenförmig ansteigende und an umfänglichen Stufen zurückspringende Federanlageflächen. Die Federanlagefläche des Federtellers 29 ist durch drei kreisbogenförmige und umfänglich voneinander beabstandete Vorsprünge gebildet, von denen - bedingt durch die Schnittdarstellung des Federtellers 29 in Figur 4 - nur die dort durch Blechumformung gebildeten Vorsprünge 33 und 34 erkennbar sind. Das von der Riemenscheibe 2 auf die Nabe 4 übertragene Antriebsmoment wird über den Druckkontakt zwischen umfänglichen Stirnseiten 35 und 36 der Federenden

23 bzw. 30 und den umfänglichen Stufen der Federteller 29 bzw. 31 übertragen.

Im antriebsmomentfreien Betriebszustand des Riemenscheibenentkopplers 1 , in dem die Nabe 4 die Riemenscheibe 2 in der Pfeilrichtung gemäß Figur 1 überholt, führt die Gleitreibung des dann durchrutschenden Schlingbands 1 1 dazu, dass ein oder beide Federenden 23, 30 der Schraubendrehfeder 12 mit einem Reibmoment beaufschlagt wer- den, das die Federenden 23, 30 in die Umfangsrichtung der axial ansteigenden Federanlageflächen (33, 34 in Figur 4) beaufschlagt. Dieser unerwünschte Rampenhochlauf der Schraubendrehfeder 12 wird durch einen sogenannten Anti-ramp-up Mechanismus verhindert. Dabei bilden die Federenden 23, 30 mit den Federtellern 29 bzw. 31 gegenseitige Drehanschläge, die jeweils eine den umfänglichen Abstand zwischen den umfänglichen Stirnseiten 35, 36 der Federenden 23, 30 und den umfänglichen Stufen der Federteller 29, 31 vergrößernde Relativverdrehung der Federenden 23, 30 gegenüber den Federtellern 29, 31 begrenzen. Mit anderen Worten ermöglichen die Drehanschläge die Übertragung von Zugkräften an den Federenden 23, 30, so dass sich auch im Überholbetrieb des Riemenscheibenentkopplers 1 trotz des dann wirkenden Gleitreibmoments die relative Umfangsposition der Federenden 23, 30 gegenüber den Federtellern 29, 31 , wie sie im Antriebsmoment übertragenden Druckkontakt vorliegt, nicht wesentlich verändert.

Die Drehanschläge sind seitens der Schraubendrehfeder 12 durch miteinander identische Aussparungen 37 an den Federenden 23, 30 gebildet. Die beispielsweise durch einen Stirnfräser hergestellten Aussparungen 37 sind im wesentlichen halbkreisförmig und ver- laufen sowohl radial als auch axial lediglich über einen Teil der Breite bzw. der Höhe des Drahtquerschnitts. Die Drehanschläge sind seitens der Federteller 29, 31 durch Vorsprünge gebildet, die in die jeweils zugehörige Aussparung 37 eingreifen. Die in den Figuren nicht dargestellten Vorsprünge der Federteller 29, 31 sind kreisförmig. Die Aussparungen 37 können alternativ auch an der radialen Innenseite der Schraubendrehfeder 12 verlaufen.

Bezugszeichenliste

1 Riemenscheibenentkoppler

2 Riemenscheibe

3 Außenmantel der Riemenscheibe

4 Nabe

5 Innengewinde

6 Innenvielzahn

7 Kugellager

8 Radiallagerring

9 Erweiterung

10 Schutzkappe

1 1 Schlingband

12 Schraubendrehfeder 13 Drehachse

14 Außenmantel der Schraubendrehfeder

15 Innenmantel des Schlingbands

16 Spalt

17 erstes Schlingbandende

18 Innenmantel der ersten Hülse

19 erste Hülse

20 zweites Schlingbandende

21 Innenmantel der zweiten Hülse

22 zweite Hülse

23 antriebseitiges Federende

24 Gleitlagerring

25 Innenring

26 Innenmantel der Nabe

27 erste Durchmesserstufe

28 zweite Durchmesserstufe

29 Federteller

30 abtriebseitiges Federende

31 Federteller

32 Umlaufnut

33 Vorsprung

34 Vorsprung

35 Stirnseite des Federendes

36 Stirnseite des Federendes

37 Aussparung

Claims

Patentansprüche

Riemenscheibenentkoppler (1) zur Antriebsmomentübertragung vom Riemen eines Nebenaggregate-Riementriebs auf die Welle eines der Nebenaggregate, mit:

- einer Riemenscheibe (2),

- einer auf der Welle zu befestigenden Nabe (4)

- und einer im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe (2) und der Nabe (4) angeordneten Reihenschaltung aus einer Schraubendrehfeder (12) und einem Schlingband (11), das sich in Richtung der Drehachse (13) des Riemenschei- benentkopplers (1) erstreckt und radial zwischen der Riemenscheibe (2) und der Schraubendrehfeder (12) angeordnet ist,

wobei das Schlingband (11) einen Innenmantel (15) aufweist und wobei die Schraubendrehfeder (12) einen Außenmantel (14) aufweist und sich unter Übertragung des Antriebsmoments radial aufweitet, dadurch gekennzeichnet, dass ein radialer Spalt (16) zwischen dem Außenmantel (14) der Schraubendrehfeder (12) und dem Innenmantel (15) des Schlingbands (11) bei der Übertragung eines Antriebsmoments, das größer als ein vorbestimmtes Antriebsgrenzmoment ist, zu Null wird, so dass dieses Antriebsmoment sowohl über die elastische Torsion der Schraubendrehfeder (12) als auch über den Reibkontakt zwischen dem Außenmantel (14) der Schraubendrehfeder (12) und dem Innenmantel (15) des Schlingbands (1 1) übertragen wird.

2. Riemenscheibenentkoppler (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (14) der Schraubendrehfeder (12) und der Innenmantel (15) des Schlingbands (11) zylindrisch sind.