WO2022042796A1

WO2022042796A1 - Riemenscheibenentkoppler

Info

Publication number: WO2022042796A1
Application number: PCT/DE2021/100710
Authority: WO
Inventors: Eugen Bauer; Andreas Goetz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CN116171353A; DE102020122175B3; US20240035518A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Riemenscheibenentkoppler (2) zur Drehmomentübertragung zwischen dem Riemen (5) eines Riementriebs und einer damit in Antriebsverbindung stehenden Welle (4), aufweisend: - eine an der Welle zu befestigende Nabe (11), - eine auf der Nabe drehbar gelagerte Riemenscheibe (10), - und eine im Drehmomentfluss zwischen der Riemenscheibe und der Nabe angeordnete Reihenschaltung aus einer Schraubendrehfeder (20), einem die Schraubendrehfeder mit Radialspalt umschließenden Schlingband (19) und einer das Schlingband umschließen den Mitnehmerhülse (24), die das Drehmoment zwischen dem Schlingband und der Schraubendrehfeder überträgt, wobei sich das Schlingband in außenumfänglichem Reibkontakt mit einem gegenüber der Riemenscheibe drehfesten Innenmantel (22) einerseits und mit dem Innenmantel (23) der Mitnehmerhülse andererseits befindet und wobei ein Ende der Schraubendrehfeder an einem sich radial einwärts erstreckenden Federteller (27) der Mitnehmerhülse anliegt. Der Innenmanteldurchmesser der Mitnehmerhülse und der Radialspalt zwischen dem Schlingband und der Schraubendrehfeder sollen sich zu dem am Federteller der Mitnehmerhülse anliegenden Federende (26) hin verkleinern.

Description

Riemenscheibenentkoppler

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 einer Schraubendrehfeder, einem die Schraubendrehfeder mit Radialspalt umschließenden Schlingband und einer das Schlingband umschließenden Mitnehmerhülse, die das Drehmoment zwischen dem Schlingband und der Schraubendrehfeder überträgt.

Das Schlingband befindet sich in außenumfänglichem Reibkontakt mit einem gegenüber der Riemenscheibe drehfesten Innenmantel einerseits und mit dem Innenmantel der Mitnehmerhülse andererseits, und ein Ende der Schraubendrehfeder liegt an einem sich radial einwärts erstreckenden Federteller der Mitnehmerhülse an.

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 oder Isolator bezeichnet und typischerweise als Generator- Riemenscheibe ausgebildet sind. Das Schlingband dient als Einwegkupplung, die im geschlossenen Zustand das Drehmoment 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 träge Generatorwelle die Riemenscheibe überholen kann.

Gattungsgemäße Riemenscheibenentkoppler sind beispielsweise aus DE 10 2015 202 527 B3, DE 10 2015 224 608 A1 , DE 10 2016 211 558 A1 oder US 7,975,821 B1 bekannt. Die gegenüber der Kurbelwelle typischerweise um den Faktor drei bis vier höhere Drehzahl des Riemenscheibenentkopplers bewirkt, dass bereits eine kleine Koaxialitätsabweichung der Schraubendrehfeder von der Drehachse eine störende Unwucht des rotierenden Riemenscheibenentkopplers erzeugt. Als Lösung dieses Problems ist es in der ebenfalls gattungsgemäßen

DE 10 2018 108 426 A1 vorgeschlagen, das seitens der Mitnehmerhülse verlaufende Schlingbandende mit radialen Einformungen von der Kreisform abweichend auszuführen, so dass dieses Schlingbandende das darin verlaufende Federende mit einem vergleichsweise kleinen Innenhüllkreis zentriert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wuchtung eines Rie- menscheibenentkopplers der eingangs genannten Art konstruktiv zu verbessern.

Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach sollen sich der Innenmanteldurchmesser der Mitnehmerhülse und der Radialspalt zwischen dem Schlingband und der Schraubendrehfeder zu dem am Federteller der Mitnehmerhülse anliegenden Federende hin verkleinern. Die Verkleinerung des Radialspalts ermöglicht es, das seitens der Mitnehmerhülse verlaufende Federende mittels des Schlingbandinnenumfangs optimal zur Drehachse des Riemenscheibenentkopplers zu zentrieren. Auf die eingangs zitierten radialen Einformungen am Schlingbandende kann verzichtet werden, da das Schlingband mit konstantem Drahtquerschnitt und einer der folgenden Geometrien gewickelt ist:

- Das Schlingband ist rein zylindrisch. Die Innenmanteldurchmesserverkleinerung der Mitnehmerhülse zwingt die Windungen des Schlingbands, sich mit entsprechend verkleinerndem Windungsdurchmesser an den Innenmanteldurchmesser der Mitnehmerhülse anzupassen.

- Das Schlingband ist bis auf eine oder einige wenige im Durchmesser verkleinerte Endwindungen rein zylindrisch. Die Innenmanteldurchmesserverkleinerung der Mitnehmerhülse zwingt die zu den Endwindungen benachbarten Windungen, sich mit entsprechend verkleinerndem Durchmesser an den Innenmanteldurchmesser der Mitnehmerhülse anzupassen. Die Durchmesserverkleinerung der Endwindungen erleichtert die Montage des Schlingbands in die Mitnehmerhülse bei vergleichsweise großer Überdeckung (Pressung) zwischen diesen beiden Komponenten.

- Der Windungsdurchmesser des Schlingbands verkleinert sich im axialen Überdeckungsbereich mit der Mitnehmerhülse entsprechend deren Innenmanteldurchmesser. Die Montage des Schlingbands in die Mitnehmerhülse ist erheblich vereinfacht. Der Innenmanteldurchmesser der Mitnehmerhülse kann sich gestuft, vorzugsweise aber kontinuierlich verkleinern. Dabei ist der Innenmantel der Mitnehmerhülse insbesondere konisch oder parabolisch geformt.

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 Riementrieb in schematischer Darstellung;

Figur 2 den Riemenscheibenentkoppler im Längsschnitt;

Figur 3 den Riemenscheibenentkoppler in Explosionsdarstellung aus einer ersten Perspektive;

Figur 4 den Riemenscheibenentkoppler in Explosionsdarstellung aus einer zweiten Perspektive.

Der in Figur 1 dargestellte Nebenaggregate-Riementrieb 1 einer Brennkraftmaschine umfasst einen erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkoppler 2, der auf einem Generator 3 angeordnet ist und dessen Welle 4 antreibt. Der in der eingezeichneten Richtung umlaufenden Riemen 5 wird von der Riemenscheibe 6 einer Kurbelwelle angetrieben und umschlingt eine Umlenkrolle 7, eine Riemenscheibe 8 eines Klimakompressors, eine Spannrolle 9 eines Riemenspanners und die Riemenscheibe 10 des Riemenscheibenentkopp- lers 2.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen den Riemenscheibenentkoppler 2 in verschiedenen Darstellungen. Die Riemenscheibe 10 ist hohlzylindrisch und hat einen Außenmantel, der der Poly-V-Form des Riemens 5 entsprechend profiliert ist. Die Riemenscheibe 10, die vom Riemen 5 in der in Figur 3 eingezeichneten Drehrichtung angetrieben wird, ist drehbar auf einer Nabe 11 gelagert, die fest mit der Welle 4 des Generators 3 verschraubt wird. Hierzu hat die Nabe 11 im Mittelabschnitt ein Innengewinde 12 und am generatorfernen, vorderen Endabschnitt einen Innensechskant 13 als Eingriffskontur für das Schraubwerkzeug. Die Lagerung der Riemenscheibe 10 auf der Nabe 11 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 14, und das Gleitlager ist ein Radiallagerring 15 aus Polyamid, der in einer Umfangsnut 16 der Nabe 11 axial eingefasst ist und mit dem Innenmantel der Riemenscheibe 10 in unmittelbarem Gleitkontakt steht. Die Riemenscheibe 10 hat am generatorfernen Ende eine im Durchmesser gestufte Erweiterung 17, in die nach dem Verschrauben des Rie- menscheibenentkopplers 2 auf die Welle 4 eine Schutzkappe 18 eingeschnappt wird.

Die für die Funktion des Riemenscheibenentkopplers 2 wesentlichen Komponenten sind eine als Schlingband 19 ausgebildete Einwegkupplung und eine - bezüglich des Drehmomentflusses von der Riemenscheibe 10 auf die Nabe 11 - mit dem Schlingband 19 in Reihe geschaltete Schraubendrehfeder 20, die sich zwecks Vermeidung unerwünschter Unwucht idealerweise koaxial zur Drehachse 21 des Riemenscheibenentkopplers 2 erstreckt. Das Schlingband 19 ist radial zwischen der Riemenscheibe 10 und der Schraubendrehfeder 20 angeordnet und umschließt die Schraubendrehfeder 20 mit Radialspalt. Die Schraubendrehfeder 20 ist links gewickelt und hat einen trapezförmigen Drahtquerschnitt. Das Schlingband 19 ist rechts und rein zylindrisch gewickelt und hat einen über alle Windungen konstanten rechteckigen Drahtquerschnitt.

Das Schlingband 19 und die Schraubendrehfeder 20 haben beidseitig schenkellose Enden, die die Windungen des Schlingbands 19 bzw. der Schraubendrehfeder 20 bei der Übertragung des Drehmoments radial aufweiten. Das Schlingband 19 befindet sich in außenumfänglichem Reibkontakt mit einem gegenüber der Riemenscheibe 10 drehfesten Innenmantel 22 einerseits und mit dem Innenmantel 23 einer gegenüber der Riemenscheibe 10 drehbaren Mitnehmerhülse 24 andererseits und verspannt sich unter Übertragung des Drehmoments gegen die Innenmäntel 22, 23. Die Mitnehmerhülse 24 ist im Drehmomentfluss mit dem Schlingband 19 und der Schraubendrehfeder 20 in Reihe geschaltet und überträgt das Drehmoment vom Schlingband 19 auf die Schraubendrehfeder 20. Der Innenmantel 22 ist durch eine in der Riemenscheibe 10 eingepresste Antriebshülse 25 gebildet, die - wie weiter unten erläutert - die Mitnehmerhülse 24 radial lagert und wie die Mitnehmerhülse 24 zwecks Verschleißfestigkeit ihrer Oberfläche wärmebehandelt ist. Die Riemenscheibe 10 ist hingegen nicht gehärtet.

Das Schlingband 19 ermöglicht ein Überholen der Welle 4 des Generators 3 und der darauf befestigten Nabe 11 gegenüber der Riemenscheibe 10. In diesem Überholbetrieb des Riemenscheibenentkopplers 2 rutscht das Schlingband 19 in der Mitnehmerhülse 24 und/oder der Antriebshülse 25 durch, und das dabei übertragbare Drehmoment be- schränkt sich auf das Gleitreibmoment zwischen den beiden durchrutschenden Kontaktpartnern.

Das antriebseitige Federende 26 der Schraubendrehfeder 20 liegt an einem Federteller 27 an, der Teil der Mitnehmerhülse 24 ist und sich von deren Innenmantel 23 radial einwärts erstreckt. Das abtriebseitige Federende 28 liegt an einem mit der Nabe 11 drehfesten Federteller 29 an und ist vorliegend ebenfalls einteilig mit der Nabe 11 ausgebildet. Die Schraubendrehfeder 20 ist mit axialer Vorspannkraft zwischen den Federtellern 27, 29 eingespannt. Die beiden Federteller 27, 29 haben jeweils eine Federanlagefläche, die an einer umfänglichen Stufe 30 bzw. 31 zurückspringt. Das von der Riemenscheibe 10 auf die Nabe 11 übertragene Drehmoment wird über den Druckkontakt der umfänglichen Stirnseiten der Federenden 26, 28 mit den Stufen 30, 31 der Federteller 27 bzw. 29 übertragen.

Die zwecks Vermeidung der Federunwucht idealerweise koaxiale Zentrierung der Schraubendrehfeder 20 auf der Drehachse 21 erfolgt seitens des abtriebseitigen Federendes 28 durch den Federteller 29, der das Federende 28 mit engem Radialspalt umfasst. Das am Federteller 27 der Mitnehmerhülse 24 anliegende antriebseitige Federende 26 wird durch einen ebenfalls engen Radialspalt zwischen dem Schlingband 19 und der Schraubendrehfeder 20 zentriert. Ausgehend von der Antriebshülse 25 verkleinert sich dieser Radialspalt zu dem Federende 26 hin, um den federnden Windungen zwischen den Federenden 26, 28 genügend Freiraum für die radiale Aufweitung bei der Drehmomentübertragung zu lassen. Die Verkleinerung des Radialspalts wird durch einen sich konisch und vorliegend um ca. 0,3mm verkleinernden Innenmanteldurchmesser der Mitnehmerhülse 24 erzeugt, die einen sich dementsprechend verkleinernden Windungsdurchmesser des mit Übermaß in der Mitnehmerhülse 24 verspannten Schlingbands 19 erzwingt.

Alternativ zur vorliegend reinen Zylinderform des Schlingbands können dessen Enden mit reduziertem Windungsdurchmesser gewickelt sein, um das Einfädeln des Schlingbands in die Mitnehmerhülse 24 zu erleichtern.

Die Drehlagerung der Mitnehmerhülse 24 erfolgt einerseits radial über die Antriebshülse 25 und andererseits sowohl radial als auch axial über einen zwischen der Mitnehmerhülse 24 und dem Kugellager 14 eingelegten Gleitlagerring 32 aus Polyamid. Das durch die Antriebshülse 25 gebildete Radiallager ist eine Durchmesserstufe 33, die an dem der Mit- nehmerhülse 24 zugewandten Endabschnitt der Antriebshülse 25 angeformt ist und deren Außenmantel den Innenmantel einer Durchmesserstufe 34 an der Mitnehmerhülse 24 radial lagert. Der Gleitlagerring 32 umschließt die Mitnehmerhülse 24 am Außenmantel einer Durchmesserstufe 35, um die Mitnehmerhülse 24 radial gegen den Innenmantel 36 der Riemenscheibe 10 zu lagern. Der Gleitlagerring 32 lagert die mit der Vorspannkraft der Schraubendrehfeder 20 beaufschlagte Mitnehmerhülse 24 axial gegen den Außenring des Kugellagers 14.

Die vorliegende Drehlagerung ermöglicht es, die Mitnehmerhülse 24 einerseits zum Innenmantel 36 der nicht gehärteten Riemenscheibe 10 berührungsfrei zu lagern und andererseits deren Hülsenwandstärke weitgehend gleich groß und stabil wie die Wandstärke der Antriebshülse 25 zu dimensionieren.

Gegenüber der alternativ möglichen Axiallagerung der Mitnehmerhülse 24 gegen den Innenring des Kugellagers 14 und deren Radiallagerung gegen die Nabe 11 erfolgt eine Relativbewegung am Gleitlagerring 32 nur im Überholbetrieb des Riemenscheibenent- kopplers 2. Da der Zeitanteil des Überholbetriebs deutlich kleiner als der (Drehmoment übertragende) Normalbetrieb ist, trägt diese Lagerausführung zu einer Verkleinerung der betrieblichen Reibverluste des Riemenscheibenentkopplers 2 bei.

Claims

- 7 - Patentansprüche

1 . Riemenscheibenentkoppler (2) zur Drehmomentübertragung zwischen dem Riemen (5) eines Riementriebs und einer damit in Antriebsverbindung stehenden Welle (4), aufweisend:

- eine an der Welle (4) zu befestigende Nabe (11),

- eine auf der Nabe (11) drehbar gelagerte Riemenscheibe (10),

- und eine im Drehmomentfluss zwischen der Riemenscheibe (10) und der Nabe (11) angeordnete Reihenschaltung aus einer Schraubendrehfeder (20), einem die Schraubendrehfeder (20) mit Radialspalt umschließenden Schlingband (19) und einer das Schlingband (19) umschließenden Mitnehmerhülse (24), die das Drehmoment zwischen dem Schlingband (19) und der Schraubendrehfeder (20) überträgt, wobei sich das Schlingband (19) in außenumfänglichem Reibkontakt mit einem gegenüber der Riemenscheibe (10) drehfesten Innenmantel (22) einerseits und mit dem Innenmantel (23) der Mitnehmerhülse (24) andererseits befindet und wobei ein Ende der Schraubendrehfeder (20) an einem sich radial einwärts erstreckenden Federteller (27) der Mitnehmerhülse (24) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innenmanteldurchmesser der Mitnehmerhülse (24) und der Radialspalt zwischen dem Schlingband (19) und der Schraubendrehfeder (20) zu dem am Federteller (27) der Mitnehmerhülse (24) anliegenden Federende (26) hin verkleinern.

2. Riemenscheibenentkoppler (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innenmanteldurchmesser der Mitnehmerhülse (24) kontinuierlich verkleinert.

3. Riemenscheibenentkoppler (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel (23) der Mitnehmerhülse (24) konisch oder parabolisch geformt ist.