DE102016211558A1

DE102016211558A1 - Riemenscheibenentkoppler

Info

Publication number: DE102016211558A1
Application number: DE102016211558.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Götz; Eugen Bauer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2036-06-29
Also published as: CN109312789A; US11079003B2; DE102016211558B4; WO2018001414A1; CN109312789B; US20200332876A1

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 gemäß 3 in bemaßter Darstellung;
5 die erste Hülse gemäß 3 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 und 2 zeigen das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers 101 im Längsschnitt bzw. in der Explosion. 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 2 auf der Riemenscheibe 2 eingezeichneten Drehrichtung angetrieben. Die Riemenscheibe 2 ist drehbar auf einer Nabe 4 gelagert, die fest mit der Generatorwelle verschraubt wird. Hierzu hat die Nabe 4 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 7 und am generatorfernen Ende radial mittels eines Gleitlagers 8. Das Wälzlager 7 ist ein einreihiges und beidseitig abgedichtetes Rillenkugellager, und das Gleitlager 8 ist ein für dessen Montage auf die Nabe 4 geschlitzter Radiallagerring aus Polyamid. Der Innenmantel der Riemenscheibe 2 hat im gesamten Bereich zwischen dem Gleitlager 8 und dem Wälzlager 7 einen konstanten Innendurchmesser, so dass dieser Bereich einer besonders einfachen und kostengünstigen Drehbearbeitung zugänglich ist. Die Riemenscheibe 4 hat lediglich am generatorfernen Ende eine im Durchmesser gestufte Erweiterung 9, in die nach der Montage des Riemenscheibenentkopplers 101 auf den Generator eine Schutzkappe 10 eingeschnappt wird.
Die für die Funktion des Riemenscheibenentkopplers 101 wesentlichen Komponenten sind eine als Schlingband 111 ausgebildete Einwegkupplung und eine bezüglich des Antriebsmomentflusses von der Riemenscheibe 2 auf die Nabe 4 mit dem Schlingband 111 in Reihe geschaltete Entkopplerfeder 12 in Form einer Schraubendrehfeder. Die Entkopplerfeder 12 und das Schlingband 111 erstrecken sich in Richtung und vorliegend koaxial zur Drehachse 13 des Riemenscheibenentkopplers 101, wobei das Schlingband 111 in dem radialen Ringraum zwischen der Riemenscheibe 2 und der Entkopplerfeder 12 verläuft.
Das Schlingband 111 ist mit rechteckigem Drahtquerschnitt rechts gewickelt und an dessen Außenmantel von zwei Hülsen 114 und 15 umschlossen. Die erste Hülse 114 ist verdrehfest im Innenmantel der Riemenscheibe 2 eingepresst und hat einen im Durchmesser gestuften Innenmantel 116, der im Bereich des erweiterten Innendurchmessers die zweite Hülse 15 verdrehbar lagert. Es ist deutlich erkennbar, dass die Länge des Innenmantels 116 im nicht erweiterten Innendurchmesserbereich wesentlich kleiner ist als der das Schlingband 111 umgreifende Innendurchmesserbereich der zweiten Hülse 15. Die Längendifferenz dieser beiden Innendurchmesserbereiche entspricht etwa dem Axialmaß, um das der Riemenscheibenentkoppler 101 gegenüber einem bekannten Entkoppler verkürzt ist.
Die zweite Hülse 15 läuft axial an einem Gleitlagerring 17 aus Polyamid an, der die axiale Vorspannkraft der Entkopplerfeder 12 am Innenring 18 des Wälzlagers 7 abstützt.
Die beiden Hülsen 114, 15 sind als Blechformteile hergestellt und so dimensioniert, dass sie das Schlingband 111 mit gleich großem Innendurchmesser umschließen. Wie es in Zusammenschau mit den 3 bis 5 deutlich wird, ist die erste Hülse 114 mit einem sich umfänglich erstreckenden Schlitz 119 versehen. Das im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe 2 verlaufende und mit der ersten Hülse 114 gekoppelte Schlingbandende ist als Schenkel 120 ausgebildet, der gegenüber dem ansonsten im Durchmesser konstanten Wickelkörper des Schlingbands 111 radial auswärtig absteht und verdrehfest im Schlitz 119 eingehängt ist. Das im Antriebsmomentfluss seitens der Nabe 4 verlaufende und mit der zweiten Hülse 15 gekoppelte Schlingbandende ist demgegenüber schenkellos und weitet das Schlingband 111 lediglich durch den Reibkontakt mit der zweiten Hülse auf.
Die verdrehfeste Einhängung des Schenkels 120 erfolgt bei dem ersten Riemenscheibenentkoppler 101 durch Formschluss in Drehrichtung des Antriebsmoments und durch Selbsthemmung entgegen dieser Drehrichtung, die in 3 durch den achsparallelen Doppelpfeil eingezeichnet ist. Das Schlingband 111 und der Schlitz 119 sind hierzu folgendermaßen dimensioniert: Die mit der Federsteigung des Schlingbands 111 identische Breite des Schlingband-Rechteckquerschnitts beträgt 1,6 mm, und der sich umfänglich über etwa 90° erstreckende Schlitz 119 weitet sich in Antriebsdrehrichtung von 1,2 mm auf 1,8 mm auf. Der an die Federsteigung des Schlingbands 111 angepasste Neigungswinkel beträgt α = 89,3°, basierend auf folgender Formel:
mit D_a = 42,2 mm Außendurchmesser der ersten Hülse 114.
Bei einer Oberflächenrauhigkeit von Rz10 des Schlitzes 119 ist der Schenkel 120 selbsthemmend im Schlitz 119 eingeklemmt. Das in die Doppelpfeilrichtung drehende Antriebsmoment wird formschlüssig von dem schmaleren Endabschnitt des Schlitzes 119 auf den Schenkel 120 des Schlingbands 111 übertragen. Im Überholbetrieb des Riemenscheibenentkopplers 101 wird umgekehrt das entgegen dieser Drehrichtung wirkende Schleppmoment des Schlingbands 111 durch die Selbsthemmung im Schenkel-Schlitz-Kontakt abgestützt, so dass das mit der zweiten Hülse 15 ausschließlich durch Haftreibung koppelnde Schlingbandende in der zweiten Hülse 15 (unter Erzeugung des Schleppmoments) durchrutscht.
Der Antriebsmomentfluss vom antreibenden Riemen auf die Generatorwelle erfolgt über die verdrehfeste Kopplung der Hülsen 114 und 15 miteinander und im Einzelnen via Riemenscheibe 2 – erste Hülse 114 – Formschluss Schlitz 119 / Schenkel 120 – radial aufgeweitetes Schlingband 111 – Haftreibung Schlingband 111 / zweite Hülse 15 – (nicht dargestellte) Stufe am Federteller 21 der zweiten Hülse 15 – umfängliche Stirnfläche 22 der Entkopplerfeder 12 – radial aufgeweitete Entkopplerfeder 12 – umfängliche Stirnfläche 23 der Entkopplerfeder 12 – (nicht dargestellte) Stufe am Federteller 24 der Nabe 4 – Nabe 4.
Der umgekehrte Antriebsmomentfluss von der überholenden Generatorwelle auf den Riemen erfolgt via Nabe 4 – (nicht dargestellter) Vorsprung am Federteller 24 der Nabe 4 – Ausnehmung 25 der Entkopplerfeder 12 – radial zusammengezogene Entkopplerfeder 12 – Ausnehmung 26 der Entkopplerfeder 12 – (nicht dargestellter) Vorsprung am Federteller 21 der zweiten Hülse 15 – Gleitreibung zweite Hülse 15 / Schlingband 111 – Schlingband 111 – selbsthemmende Haftreibung Schenkel 120 / Schlitz 119 – erste Hülse 114 – Riemenscheibe 2.
Die zuvor erwähnten (nicht dargestellten) Vorsprünge der Federteller 21, 24 greifen axial in die stirnseitigen Ausnehmungen 26 bzw. 25 der Entkopplerfeder 12 ein, um im Überholbetrieb des Riemenscheibenentkopplers 101 einen durch die Gleitreibung des dann in der zweiten Hülse 15 durchrutschenden Schlingbands 111 verursachten Hochlauf der Federenden auf den Federtellern 21, 24 zu verhindern. Ein derartiger anti-ramp-up-Mechanismus ist aus der DE 20 2015 001 002 U1 bekannt und verhindert, dass sich die Stirnflächen 22, 23 der Entkopplerfeder 12 von den (nicht dargestellten) Stufen der axial rampenförmig ansteigenden Federteller 21, 24 entfernen, an den Rampen hochlaufen und zyklisch an den zuvor erwähnten (nicht dargestellten) Stufen der Federteller 21, 24 zurückfallen.
Die 6 und 7 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers 201 im Längsschnitt bzw. in der Explosion. Der Riemenscheibenentkoppler 201 unterscheidet sich von dem zuvor erläuterten ersten Ausführungsbeispiel durch die verdrehfeste Einhängung des Schlingbands 211. In diesem Fall ist der Schenkel 220 sowohl in als auch entgegen der Drehrichtung des Antriebsmoments (s. 3) formschlüssig im Schlitz 219 der ersten Hülse 214 eingehängt, die vergrößert in 8 dargestellt ist. Dies erfolgt dadurch, dass der Schenkel 220 und der Schlitz 219 jeweils hakenförmig zur Drehachse 13 hin abgewinkelt sind.
Die 9 und 10 zeigen das dritte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers 301 im Längsschnitt bzw. in der Explosion. Der Riemenscheibenentkoppler 301 hat die gleiche Einhängung des Schlingbands 311 in der Hülse 314 wie das zuvor erläuterte erste Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich demgegenüber jedoch durch die radiale Lagerung der in der Riemenscheibe 2 verdrehbaren zweiten Hülse 15. Diese ist sowohl im Bereich des erweiterten Innendurchmessers des gestuften Innenmantels 316 der ersten Hülse 314 als auch in einer Gleitlagerhülse 27 aus Polyamid gelagert, die neben der ersten Hülse 314 radial in der Riemenscheibe 2 abgestützt ist. Die in 11 vergrößert dargestellte erste Hülse 314 baut axial dementsprechend kurz. Die axiale Vorspannkraft der Entkopplerfeder 12 wird bei diesem Ausführungsbeispiel über die Gleitlagerhülse 27 am Außenring 28 des Wälzlagers 7 abgestützt. Die Gleitlagerhülse 27 ist mit leichtem Übermaß in der Riemenscheibe 2 fixiert, so dass keine Relativverdrehung zwischen dem in der Riemenscheibe 2 drehfesten Außenring 28 und der daran anlaufenden Gleitlagerhülse 27 stattfindet.
Die 12 und 13 zeigen das vierte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers 401 im Längsschnitt bzw. in der Explosion. Der Riemenscheibenentkoppler 401 hat die gleiche formschlüssige Einhängung des Schlingbands 411 in der in 14 vergrößert dargestellten Hülse 414 wie das zuvor erläuterte zweite Ausführungsbeispiel und die gleiche Lagerung der in der Riemenscheibe 2 verdrehbaren Hülse 15 wie das zuvor erläuterte dritte Ausführungsbeispiel.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015202531 B3 [0004]
DE 202015001002 U1 [0035]

Claims

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.