DE102016211558A1 - Riemenscheibenentkoppler - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen ist ein Riemenscheibenentkoppler (101, 201, 301, 401) 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),– einer in der Riemenscheibe verdrehfesten ersten Hülse (114, 214, 314, 414)– einer in der Riemenscheibe verdrehbaren zweiten Hülse (15),– und einer im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe und der Nabe angeordneten Reihenschaltung aus einer Entkopplerfeder (12) und einem Schlingband (111, 211, 311, 411). Die Schlingbandenden weiten das Schlingband radial auf, das die beiden Hülsen unter Übertragung des Antriebsmoments verdrehfest miteinander koppelt. Dabei soll eine der beiden Hülsen einen sich umfänglich erstreckenden Schlitz (119, 219) haben und das mit dieser Hülse gekoppelte Schlingbandende als Schenkel (120, 220) ausgebildet sein, der in Drehrichtung des Antriebsmoments formschlüssig verdrehfest im Schlitz eingehängt ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler zur Antriebsmomentübertragung vom Riemen eines Nebenaggregate-Riementriebs auf die Welle eines der Nebenaggregate, mit:
- – einer Riemenscheibe,
- – einer auf der Welle zu befestigenden Nabe,
- – einer in der Riemenscheibe verdrehfesten ersten Hülse,
- – einer in der Riemenscheibe verdrehbaren zweiten Hülse,
- – und einer im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe und der Nabe angeordneten Reihenschaltung aus einer Entkopplerfeder und einem Schlingband, das sich in Richtung der Drehachse des Riemenscheibenentkopplers erstreckt und radial zwischen den Hülsen und der Entkopplerfeder angeordnet ist.
- Dabei weiten die Schlingbandenden das Schlingband radial auf, das (im aufgeweiteten Zustand) die beiden Hülsen unter Übertragung des Antriebsmoments verdrehfest miteinander koppelt.
- 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 Antriebsmoment von der Riemenscheibe auf die Nabe überträgt, wobei die Elastizität der mit dem Schlingband in Reihe geschalteten Entkopplerfeder 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.
- Ein Riemenscheibenentkoppler der eingangs genannten Art mit zwei in der Riemenscheibe angeordneten und das Schlingband aufnehmenden Hülsen ist aus der
DE 10 2015 202 531 B3 bekannt. Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Riemenscheibenentkoppler in deutlich kompakterer Bauweise anzugeben. - Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll eine der beiden Hülsen einen sich umfänglich erstreckenden Schlitz haben und das mit dieser Hülse gekoppelte Schlingbandende als Schenkel ausgebildet sein, der in Drehrichtung des Antriebsmoments formschlüssig verdrehfest im Schlitz eingehängt ist.
- Die formschlüssig verdrehfeste Einhängung eines der Schlingbandenden in einer der Hülsen kann die übliche Reibkontaktfläche ersetzen, die bislang für die kraftschlüssige Drehmomentübertragung zwischen dieser Hülse und dem Schlingbandende erforderlich ist. Hierdurch kann der Hülsenabschnitt, in dem das Schlingbandende verdrehfest eingehängt ist, sehr kurz ausgeführt sein. Damit kann der gesamte Riemenscheibenentkoppler axial sehr kompakt bauen, wenn die Baulänge der Hülse für die Baulänge des Entkopplers maßgeblich ist.
- In einer ersten Ausführungsform soll der Schenkel entgegen der Drehrichtung des Antriebsmoments selbsthemmend im Schlitz eingehängt sein. Folglich wird dabei das Schleppmoment des Schlingbands, das im Überholbetrieb des Riemenscheibenentkopplers versucht, die Riemenscheibe anzutreiben, ausschließlich über den Reibkontakt zwischen dem Schlitz und dem selbsthemmend darin eingeklemmten Schenkel übertragen.
- In einer dazu alternativen zweiten Ausführungsform soll der Schenkel entgegen der Drehrichtung des Antriebsmoments formschlüssig im Schlitz eingehängt sein. In diesem Fall erfolgt die Drehmomentübertragung zwischen dem Schlitz und dem Schenkel sowohl in Drehrichtung als auch entgegen der Drehrichtung formschlüssig.
- Vorzugsweise ist der Schenkel verdrehfest mit der ersten Hülse, d.h. mit der in der Riemenscheibe verdrehfesten Hülse gekoppelt.
- Die Radiallagerung der zweiten, d.h. in der Riemenscheibe verdrehbaren Hülse kann auf verschiedene Arten erfolgen:
- • die zweite Hülse ist nur in der Riemenscheibe gelagert
- • die zweite Hülse ist nur in der ersten Hülse gelagert
- • die zweite Hülse ist sowohl in der ersten Hülse als auch in der Riemenscheibe gelagert. Bei dieser Ausführung ist es zweckmäßig, dass die zweite Hülse in einer Gleitlagerhülse gelagert ist, die radial gegen die Riemenscheibe und axial gegen ein Wälzlager abgestützt ist, das die Riemenscheibe auf der Nabe lagert. Die Gleitlagerhülse besteht bevorzugt aus Polyamid und ist mit leichtem Übermaß in der Riemenscheibe eingepresst, so dass sich die zweite Hülse in der Gleitlagerhülse verdreht. In dem üblichen Fall, dass das Wälzlager ein Rillenkugellager ist, soll zudem die axiale Abstützung der Gleitlagerhülse dadurch erfolgen, dass die Gleitlagerhülse axial gegen den Außenring des Rillenkugellagers anläuft. Falls die Gleitlagerhülse verdrehfest in der Riemenscheibe fixiert ist, dann findet auch keine reibungsbehaftete Relativverdrehung gegenüber dem Lageraußenring statt.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen vier Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Riemenscheibenentkoppler für den im Nebenaggregate-Riementrieb einer Brennkraftmaschine angeordneten Generator dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
-
1 den ersten Riemenscheibenentkoppler in perspektivischem Längsschnitt; -
2 den ersten Riemenscheibenentkoppler in explodierter Darstellung; -
3 die erste Hülse des ersten Riemenscheibenentkopplers in vergrößerter Darstellung; -
4 die erste Hülse gemäß3 in bemaßter Darstellung; -
5 die erste Hülse gemäß3 in bemaßter Darstellung; -
6 den zweiten Riemenscheibenentkoppler in perspektivischem Längsschnitt; -
7 den zweiten Riemenscheibenentkoppler in explodierter Darstellung; -
8 die erste Hülse des zweiten Riemenscheibenentkopplers in vergrößerter Darstellung; -
9 den dritten Riemenscheibenentkoppler in perspektivischem Längsschnitt; -
10 den dritten Riemenscheibenentkoppler in explodierter Darstellung; -
11 die erste Hülse des dritten Riemenscheibenentkopplers in vergrößerter Darstellung; -
12 den vierten Riemenscheibenentkoppler in perspektivischem Längsschnitt; -
13 den vierten Riemenscheibenentkoppler in explodierter Darstellung; -
14 die erste Hülse des vierten Riemenscheibenentkopplers in vergrößerter Darstellung. - Die
1 und2 zeigen das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers101 im Längsschnitt bzw. in der Explosion. Eine hohlzylindrische Riemenscheibe2 , deren vom Riemen umschlungener Außenmantel3 der Poly-V-Form des Riemens entsprechend profiliert ist, wird vom Riemen in der in2 auf der Riemenscheibe2 eingezeichneten Drehrichtung angetrieben. Die Riemenscheibe2 ist drehbar auf einer Nabe4 gelagert, die fest mit der Generatorwelle verschraubt wird. Hierzu hat die Nabe4 ein Innengewinde5 und am generatorfernen, vorderen Endabschnitt einen Innenvielzahn6 als Eingriffskontur für das Schraubwerkzeug. Die Lagerung der Riemenscheibe2 auf der Nabe4 erfolgt am generatorseitigen Ende radial und axial mittels eines Wälzlagers7 und am generatorfernen Ende radial mittels eines Gleitlagers8 . Das Wälzlager7 ist ein einreihiges und beidseitig abgedichtetes Rillenkugellager, und das Gleitlager8 ist ein für dessen Montage auf die Nabe4 geschlitzter Radiallagerring aus Polyamid. Der Innenmantel der Riemenscheibe2 hat im gesamten Bereich zwischen dem Gleitlager8 und dem Wälzlager7 einen konstanten Innendurchmesser, so dass dieser Bereich einer besonders einfachen und kostengünstigen Drehbearbeitung zugänglich ist. Die Riemenscheibe4 hat lediglich am generatorfernen Ende eine im Durchmesser gestufte Erweiterung9 , in die nach der Montage des Riemenscheibenentkopplers101 auf den Generator eine Schutzkappe10 eingeschnappt wird. - Die für die Funktion des Riemenscheibenentkopplers
101 wesentlichen Komponenten sind eine als Schlingband111 ausgebildete Einwegkupplung und eine bezüglich des Antriebsmomentflusses von der Riemenscheibe2 auf die Nabe4 mit dem Schlingband111 in Reihe geschaltete Entkopplerfeder12 in Form einer Schraubendrehfeder. Die Entkopplerfeder12 und das Schlingband111 erstrecken sich in Richtung und vorliegend koaxial zur Drehachse13 des Riemenscheibenentkopplers101 , wobei das Schlingband111 in dem radialen Ringraum zwischen der Riemenscheibe2 und der Entkopplerfeder12 verläuft. - Das Schlingband
111 ist mit rechteckigem Drahtquerschnitt rechts gewickelt und an dessen Außenmantel von zwei Hülsen114 und15 umschlossen. Die erste Hülse114 ist verdrehfest im Innenmantel der Riemenscheibe2 eingepresst und hat einen im Durchmesser gestuften Innenmantel116 , der im Bereich des erweiterten Innendurchmessers die zweite Hülse15 verdrehbar lagert. Es ist deutlich erkennbar, dass die Länge des Innenmantels116 im nicht erweiterten Innendurchmesserbereich wesentlich kleiner ist als der das Schlingband111 umgreifende Innendurchmesserbereich der zweiten Hülse15 . Die Längendifferenz dieser beiden Innendurchmesserbereiche entspricht etwa dem Axialmaß, um das der Riemenscheibenentkoppler101 gegenüber einem bekannten Entkoppler verkürzt ist. - Die zweite Hülse
15 läuft axial an einem Gleitlagerring17 aus Polyamid an, der die axiale Vorspannkraft der Entkopplerfeder12 am Innenring18 des Wälzlagers7 abstützt. - Die beiden Hülsen
114 ,15 sind als Blechformteile hergestellt und so dimensioniert, dass sie das Schlingband111 mit gleich großem Innendurchmesser umschließen. Wie es in Zusammenschau mit den3 bis5 deutlich wird, ist die erste Hülse114 mit einem sich umfänglich erstreckenden Schlitz119 versehen. Das im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe2 verlaufende und mit der ersten Hülse114 gekoppelte Schlingbandende ist als Schenkel120 ausgebildet, der gegenüber dem ansonsten im Durchmesser konstanten Wickelkörper des Schlingbands111 radial auswärtig absteht und verdrehfest im Schlitz119 eingehängt ist. Das im Antriebsmomentfluss seitens der Nabe4 verlaufende und mit der zweiten Hülse15 gekoppelte Schlingbandende ist demgegenüber schenkellos und weitet das Schlingband111 lediglich durch den Reibkontakt mit der zweiten Hülse auf. - Die verdrehfeste Einhängung des Schenkels
120 erfolgt bei dem ersten Riemenscheibenentkoppler101 durch Formschluss in Drehrichtung des Antriebsmoments und durch Selbsthemmung entgegen dieser Drehrichtung, die in3 durch den achsparallelen Doppelpfeil eingezeichnet ist. Das Schlingband111 und der Schlitz119 sind hierzu folgendermaßen dimensioniert: Die mit der Federsteigung des Schlingbands111 identische Breite des Schlingband-Rechteckquerschnitts beträgt 1,6 mm, und der sich umfänglich über etwa 90° erstreckende Schlitz119 weitet sich in Antriebsdrehrichtung von 1,2 mm auf 1,8 mm auf. Der an die Federsteigung des Schlingbands111 angepasste Neigungswinkel beträgt α = 89,3°, basierend auf folgender Formel: mit Da = 42,2 mm Außendurchmesser der ersten Hülse114 . - Bei einer Oberflächenrauhigkeit von Rz10 des Schlitzes
119 ist der Schenkel120 selbsthemmend im Schlitz119 eingeklemmt. Das in die Doppelpfeilrichtung drehende Antriebsmoment wird formschlüssig von dem schmaleren Endabschnitt des Schlitzes119 auf den Schenkel120 des Schlingbands111 übertragen. Im Überholbetrieb des Riemenscheibenentkopplers101 wird umgekehrt das entgegen dieser Drehrichtung wirkende Schleppmoment des Schlingbands111 durch die Selbsthemmung im Schenkel-Schlitz-Kontakt abgestützt, so dass das mit der zweiten Hülse15 ausschließlich durch Haftreibung koppelnde Schlingbandende in der zweiten Hülse15 (unter Erzeugung des Schleppmoments) durchrutscht. - Der Antriebsmomentfluss vom antreibenden Riemen auf die Generatorwelle erfolgt über die verdrehfeste Kopplung der Hülsen
114 und15 miteinander und im Einzelnen via Riemenscheibe2 – erste Hülse114 – Formschluss Schlitz119 / Schenkel120 – radial aufgeweitetes Schlingband111 – Haftreibung Schlingband111 / zweite Hülse15 – (nicht dargestellte) Stufe am Federteller21 der zweiten Hülse15 – umfängliche Stirnfläche22 der Entkopplerfeder12 – radial aufgeweitete Entkopplerfeder12 – umfängliche Stirnfläche23 der Entkopplerfeder12 – (nicht dargestellte) Stufe am Federteller24 der Nabe4 – Nabe4 . - Der umgekehrte Antriebsmomentfluss von der überholenden Generatorwelle auf den Riemen erfolgt via Nabe
4 – (nicht dargestellter) Vorsprung am Federteller24 der Nabe4 – Ausnehmung25 der Entkopplerfeder12 – radial zusammengezogene Entkopplerfeder12 – Ausnehmung26 der Entkopplerfeder12 – (nicht dargestellter) Vorsprung am Federteller21 der zweiten Hülse15 – Gleitreibung zweite Hülse15 / Schlingband111 – Schlingband111 – selbsthemmende Haftreibung Schenkel120 / Schlitz119 – erste Hülse114 – Riemenscheibe2 . - Die zuvor erwähnten (nicht dargestellten) Vorsprünge der Federteller
21 ,24 greifen axial in die stirnseitigen Ausnehmungen26 bzw.25 der Entkopplerfeder12 ein, um im Überholbetrieb des Riemenscheibenentkopplers101 einen durch die Gleitreibung des dann in der zweiten Hülse15 durchrutschenden Schlingbands111 verursachten Hochlauf der Federenden auf den Federtellern21 ,24 zu verhindern. Ein derartiger anti-ramp-up-Mechanismus ist aus derDE 20 2015 001 002 U1 bekannt und verhindert, dass sich die Stirnflächen22 ,23 der Entkopplerfeder12 von den (nicht dargestellten) Stufen der axial rampenförmig ansteigenden Federteller21 ,24 entfernen, an den Rampen hochlaufen und zyklisch an den zuvor erwähnten (nicht dargestellten) Stufen der Federteller21 ,24 zurückfallen. - Die
6 und7 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers201 im Längsschnitt bzw. in der Explosion. Der Riemenscheibenentkoppler201 unterscheidet sich von dem zuvor erläuterten ersten Ausführungsbeispiel durch die verdrehfeste Einhängung des Schlingbands211 . In diesem Fall ist der Schenkel220 sowohl in als auch entgegen der Drehrichtung des Antriebsmoments (s.3 ) formschlüssig im Schlitz219 der ersten Hülse214 eingehängt, die vergrößert in8 dargestellt ist. Dies erfolgt dadurch, dass der Schenkel220 und der Schlitz219 jeweils hakenförmig zur Drehachse13 hin abgewinkelt sind. - Die
9 und10 zeigen das dritte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers301 im Längsschnitt bzw. in der Explosion. Der Riemenscheibenentkoppler301 hat die gleiche Einhängung des Schlingbands311 in der Hülse314 wie das zuvor erläuterte erste Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich demgegenüber jedoch durch die radiale Lagerung der in der Riemenscheibe2 verdrehbaren zweiten Hülse15 . Diese ist sowohl im Bereich des erweiterten Innendurchmessers des gestuften Innenmantels316 der ersten Hülse314 als auch in einer Gleitlagerhülse27 aus Polyamid gelagert, die neben der ersten Hülse314 radial in der Riemenscheibe2 abgestützt ist. Die in11 vergrößert dargestellte erste Hülse314 baut axial dementsprechend kurz. Die axiale Vorspannkraft der Entkopplerfeder12 wird bei diesem Ausführungsbeispiel über die Gleitlagerhülse27 am Außenring28 des Wälzlagers7 abgestützt. Die Gleitlagerhülse27 ist mit leichtem Übermaß in der Riemenscheibe2 fixiert, so dass keine Relativverdrehung zwischen dem in der Riemenscheibe2 drehfesten Außenring28 und der daran anlaufenden Gleitlagerhülse27 stattfindet. - Die
12 und13 zeigen das vierte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers401 im Längsschnitt bzw. in der Explosion. Der Riemenscheibenentkoppler401 hat die gleiche formschlüssige Einhängung des Schlingbands411 in der in14 vergrößert dargestellten Hülse414 wie das zuvor erläuterte zweite Ausführungsbeispiel und die gleiche Lagerung der in der Riemenscheibe2 verdrehbaren Hülse15 wie das zuvor erläuterte dritte Ausführungsbeispiel. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015202531 B3 [0004]
- DE 202015001002 U1 [0035]
Claims (7)
- Riemenscheibenentkoppler (
101 ,201 ,301 ,401 ) 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 ), – einer in der Riemenscheibe (2 ) verdrehfesten ersten Hülse (114 ,214 ,314 ,414 ), – einer in der Riemenscheibe (2 ) verdrehbaren zweiten Hülse (15 ), – und einer im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe (2 ) und der Nabe (4 ) angeordneten Reihenschaltung aus einer Entkopplerfeder (12 ) und einem Schlingband (111 ,211 ,311 ,411 ), das sich in Richtung der Drehachse (13 ) des Riemenscheibenentkopplers (101 ,201 ,301 ,401 ) erstreckt und radial zwischen den Hülsen (114 ,214 ,314 ,414 ,15 ) und der Entkopplerfeder (12 ) angeordnet ist, wobei die Schlingbandenden das Schlingband (111 ,211 ,311 ,411 ) radial aufweiten, das die beiden Hülsen (114 ,214 ,314 ,414 ,15 ) unter Übertragung des Antriebsmoments verdrehfest miteinander koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Hülsen (114 ,214 ,314 ,414 ,15 ) einen sich umfänglich erstreckenden Schlitz (119 ,219 ) hat und dass das mit dieser Hülse (114 ,214 ,314 ,414 ) gekoppelte Schlingbandende als Schenkel (120 ,220 ) ausgebildet ist, der in Drehrichtung des Antriebsmoments formschlüssig verdrehfest im Schlitz (119 ,219 ) eingehängt ist. - Riemenscheibenentkoppler (
101 ,301 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schenkel (120 ) entgegen der Drehrichtung des Antriebsmoments selbsthemmend im Schlitz (119 ) eingehängt ist. - Riemenscheibenentkoppler (
201 ,401 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schenkel (220 ) entgegen der Drehrichtung des Antriebsmoments formschlüssig im Schlitz (219 ) eingehängt ist. - Riemenscheibenentkoppler (
101 ,201 ,301 ,401 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schenkel (120 ,220 ) verdrehfest mit der ersten Hülse (114 ,214 ,314 ,414 ) gekoppelt ist. - Riemenscheibenentkoppler (
101 ,201 ,301 ,401 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Hülse (15 ) radial in der ersten Hülse (114 ,214 ,314 ,414 ) gelagert ist. - Riemenscheibenentkoppler (
301 ,401 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Hülse (314 ,414 ) in einer Gleitlagerhülse (27 ) gelagert ist, die radial gegen die Riemenscheibe (2 ) und axial gegen ein Wälzlager (7 ) abgestützt ist, das die Riemenscheibe (2 ) auf der Nabe (4 ) lagert. - Riemenscheibenentkoppler (
301 ,401 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (7 ) ein Rillenkugellager ist und dass die Gleitlagerhülse (27 ) gegen den Außenring (28 ) des Rillenkugellagers anläuft.
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