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Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler zur Antriebsmomentübertragung vom Riemen eines Nebenaggregate-Riementriebs auf die Welle eines der Nebenaggregate, mit:
- - einer auf der Welle zu befestigenden Nabe,
- - einer auf der Nabe drehbar gelagerten Riemenscheibe aus Kunststoff,
- - 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 der Riemenscheibe und der Entkopplerfeder angeordnet ist,
wobei sich ein im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe verlaufendes erstes Ende des Schlingbands gegen den Innenmantel einer ersten Metallhülse verspannt, die an deren Außenmantel mit dem Innenmantel der Riemenscheibe drehfest verbunden ist.
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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 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.
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Riemenscheibenentkoppler mit Komponenten aus Kunststoff sind aus
EP 2 273 144 A1 ,
US 2017 / 0 254 366 A1 und
WO 2017/ 078 994 A1 bekannt. Die
US 2017 / 0 268 577 A1 offenbart einen weiteren Riemenscheibenentkoppler.
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Ein gattungsgemäßer Riemenscheibenentkoppler mit einer Riemenscheibe aus Kunststoff ist aus der
CN 2 04 512 360 U (Anmeldung
CN / 201420844579 ) bekannt. Durch die teilweise oder vollständige Substitution der bislang üblichen Stahlwerkstoffe durch Kunststoff ist eine erhebliche Gewichtsreduzierung der Riemenscheibe möglich. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den konstruktiven Aufbau eines Riemenscheibenentkopplers der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll die erste Metallhülse formschlüssig und lösbar mit der Riemenscheibe verbunden sein. Anders als bei dem eingangs zitierten Riemenscheibenentkoppler, dessen erste Metallhülse vom Kunststoff der Riemenscheibe (stoffschlüssig und nicht zerstörungsfrei voneinander lösbar) umspritzt ist, sind erfindungsgemäß die erste Metallhülse und die Riemenscheibe Einzelteile, die gegeneinander drehfest durch (zerstörungsfrei) lösbaren Formschluss miteinander verbunden sind. Der lösbare Formschluss ermöglicht eine weitaus flexiblere Konstruktion im Hinblick auf die gegenseitige Anordnung, Befestigung und Montage der Komponenten des Riemenscheibenentkopplers.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenentkopplers für den im Nebenaggregate-Riementrieb einer Brennkraftmaschine angeordneten Generator dargestellt ist. Es zeigen in jeweils perspektivischer Darstellung:
- 1 den Riemenscheibenentkoppler in einem ersten Teilschnitt;
- 2 den Riemenscheibenentkoppler in teilgeschnittener Explosion;
- 3 die erste Metallhülse als Einzelteil;
- 4 den Riemenscheibenentkoppler in einem zweiten Teilschnitt.
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Die 1 und 2 zeigen den Riemenscheibenentkoppler 1 als Gesamtheit bzw. in der Explosion. Eine hohlzylindrische Riemenscheibe 2, deren vom Riemen umschlungener Außenmantel der Poly-V-Form des Riemens entsprechend profiliert ist, wird vom Riemen in der in 1 eingezeichneten Drehrichtung angetrieben. Die Riemenscheibe 2 ist drehbar auf einer Nabe 3 gelagert, die fest mit der Generatorwelle verschraubt wird. Hierzu hat die Nabe 3 im Mittelabschnitt 4 ein nicht dargestelltes Innengewinde und am generatorfernen Ende einen Innenvielzahn 5 als Eingriffskontur für das Schraubwerkzeug. Die Riemenscheibe ist ein Kunststoffspritzgießteil und vorliegend aus Polyamid 66. Die Drehlagerung der Riemenscheibe 2 auf der Nabe 3 erfolgt am generatorseitigen Ende radial und axial mittels eines Kugellagers 6 und am generatorfernen Ende radial mittels eines Gleitlagers 7. Der Außenring 8 des Kugellagers 6 ist mittels Umspritzung stoffschlüssig mit der Riemenscheibe 2 verbunden. Diese Verbindung kann optional durch einen Formschluss und beispielsweise durch eine Rändelung am Außenmantel des Außenrings 8 ergänzt werden, so dass die Dauerfestigkeit des Außenrings 8 gegen Verdrehen in der Riemenscheibe 2 erhöht ist.
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Die Riemenscheibe 2 hat am generatorfernen Ende eine im Durchmesser gestufte Erweiterung 9, in die nach dem Verschrauben der Nabe 3 auf die Generatorwelle eine Schutzkappe 10 eingeschnappt wird.
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Die für die Funktion des Riemenscheibenentkopplers 1 wesentlichen Komponenten sind eine Einwegkupplung und eine - bezüglich des Antriebsmomentflusses von der Riemenscheibe 2 auf die Nabe 3 - mit der Einwegkupplung in Reihe geschaltete Entkopplerfeder. Bei der Einwegkupplung handelt es sich um ein rechts gewickeltes Schlingband 11 und bei der Entkopplerfeder um eine links gewickelte Schraubendrehfeder 12, die sich beide in Richtung der Drehachse 13 des Riemenscheibenentkopplers 1 erstrecken. Die Schraubendrehfeder 12 und das Schlingband 11 sind vorliegend koaxial zur Drehachse 13, wobei das Schlingband 11 in dem radialen Ringraum zwischen der Riemenscheibe 2 und der Schraubendrehfeder 12 verläuft.
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Sowohl das Schlingband 11 als auch die Schraubendrehfeder 12 sind vollständig zylindrisch und haben beidseitig schenkellose Enden, die das Schlingband 11 bzw. die Schraubendrehfeder 12 bei der Übertragung des Antriebsmoments radial aufweiten. Dabei verspannt sich das im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe 2 verlaufende erste Ende des Schlingbands 11 gegen den zylindrischen Innenmantel einer ersten Metallhülse 14, die an deren Außenmantel drehfest mit dem Innenmantel der Riemenscheibe 2 verbunden ist. Das im Antriebsmomentfluss seitens der Schraubendrehfeder 12 verlaufende zweite Ende des Schlingbands 11 verspannt sich gegen den zylindrischen Innenmantel einer zweiten Metallhülse 15, die drehbar in der Riemenscheibe 2 gleitgelagert ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zweite Metallhülse 15 an deren Außenmantel unmittelbar gegen den Innenmantel der Riemenscheibe 2 gelagert.
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Alternativ kann die Drehlagerung der zweiten Metallhülse 15 gegen den Innenmantel der ersten Metallhülse 14 erfolgen, die in diesem Fall entsprechend verlängert ist und im verlängerten Abschnitt einen vergrößerten Innenmanteldurchmesser zur Lagerung der zweiten Metallhülse 15 hat.
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Das von der Riemenscheibe 2 eingeleitete Antriebsmoment wird durch Haftreibung zwischen dem Innenmantel der ersten Metallhülse 14 und dem dagegen verspannten ersten Ende des Schlingbands 11 einerseits und zwischen dem Innenmantel der zweiten Metallhülse 15 und dem dagegen verspannten zweiten Ende des Schlingbands 11 in die Schraubendrehfeder 12 eingeleitet und über diese - unter Glättung der antriebseitigen Drehungleichförmigkeiten - auf die Nabe 3 übertragen. Die Einleitung und Übertragung des Antriebsmoments erfolgt über einen antriebseitigen Federteller 16 und einen abtriebseitigen Federteller 17, an denen die Schraubendrehfeder 12 mit deren Federenden anliegt. Der Federteller 16 ist als radial einwärtiger Bord an der zweiten Metallhülse 15 angeformt, und der Federteller 17 ist als radial auswärtiger Bord an der Nabe 3 angeformt. Der Außenmantel des Bords an der Nabe 3 steht als Teil des Gleitlagers 7 in unmittelbarem Gleitkontakt mit dem Innenmantel der Riemenscheibe 2.
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Die Federteller 16 und 17 haben der stirnseitigen Kontur der Schraubendrehfeder 12 entsprechend axial rampenförmig ansteigende und an umfänglichen Stufen zurückspringende Federanlageflächen. Das Antriebsmoment wird über den Druckkontakt zwischen den umfänglichen Stirnseiten der Federenden und den umfänglichen Stufen der Federteller 16 bzw. 17 von der zweiten Metallhülse 15 in die Schraubendrehfeder 12 eingeleitet bzw. von dieser auf die Nabe 3 übertragen.
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Das Schlingband 11 ermöglicht bei Drehmomentumkehr ein Überholen der Generatorwelle und der darauf befestigten Nabe 3 gegenüber der Riemenscheibe 2. In diesem Zustand zieht sich das Schlingband 11 auf seinen (unbelasteten) Ausgangsdurchmesser zusammen und rutscht in einer oder beiden Metallhülsen 14, 15 durch, wobei sich das dabei übertragbare Drehmoment auf das Gleitreibmoment zwischen den beiden durchrutschenden Kontaktpartnern reduziert. Im antriebsmomentfreien Betriebszustand des Riemenscheibenentkopplers 1, in dem die Nabe 3 die Riemenscheibe 2 in Pfeilrichtung gemäß 1 überholt, führt die Gleitreibung des dann durchrutschenden Schlingbands 11 dazu, dass ein oder beide Federenden der Schraubendrehfeder 12 mit einem Reibmoment beaufschlagt werden, das die Federenden in die axial ansteigende Umfangsrichtung der Federanlageflächen beaufschlagt. Dieser unerwünschte Rampenhochlauf der Schraubendrehfeder 12 an einem oder beiden Federtellern 16, 17 wird durch einen sogenannten Anti-ramp-up Mechanismus verhindert. Dabei bilden die Federenden mit den Federtellern 16 bzw. 17 gegenseitige (nicht dargestellte) Drehanschläge, die jeweils eine den umfänglichen Abstand zwischen den umfänglichen Stirnseiten der Federenden und den umfänglichen Stufen der Federanlageflächen vergrößernde Relativverdrehung der Federenden gegenüber den Federanlageflächen begrenzen. Mit anderen Worten ermöglichen diese Drehanschläge die Übertragung von umfänglichen Zugkräften an den Federenden, so dass sich auch im Überholbetrieb des Riemenscheibenentkopplers 1 trotz des dann wirkenden Gleitreibmoments des Schlingbands 11 die relative Umfangsposition der Federenden gegenüber den Federanlageflächen, wie sie im Antriebsmoment übertragenden Druckkontakt vorliegt, nicht wesentlich verändert.
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Die drehfeste Verbindung der ersten Metallhülse 14 mit der Riemenscheibe 2 ist formschlüssig und lösbar. Der Formschluss ist wegen der Montagereihenfolge des Riemenscheibenentkopplers 1 erforderlich, bei der die zweite Metallhülse 15 vor der ersten Metallhülse 14 in die Riemenscheibe 2 montiert wird. Und ein anschließender Pressverband der ersten Metallhülse 14 in der Riemenscheibe 2 scheidet aufgrund der nicht erreichbaren Dauerfestigkeit eines solchen Metall-Kunststoff-Pressverbands aus.
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Wie in den 2 bis 4 erkennbar, ist der lösbare Formschluss durch eine Axialverzahnung 18 am Außenmantel der ersten Metallhülse 14 und eine Gegenverzahnung 19 am Innenmantel der Riemenscheibe 2 gebildet. Die sich in gegenseitigem Eingriff befindenden Verzahnungen verhindern eine Relativverdrehung der ersten Metallhülse 14 gegenüber der Riemenscheibe 2. Die Längen der Axialverzahnung 18 und der Gegenverzahnung 19 sind im Ausführungsbeispiel im wesentlichen gleich groß, so dass die Verzahnungen 18, 19 auch eine Relativverschiebung der ersten Metallhülse 14 in der Riemenscheibe 2 verhindern.
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Die Montage der ersten Metallhülse 14 in die Riemenscheibe 2 wird dadurch ermöglicht, dass die erste Metallhülse 14 ein mit dem Öffnungsmaß „a“ gemäß 3 umfänglich offener Ring ist, dessen Umfang bis zum Einrasten der Axialverzahnung 18 in die Gegenverzahnung 19 elastisch verkleinert ist. Wie es aus 4 deutlich wird, ist die erste Metallhülse 14 mit radial auswärtiger Vorspannung in der Riemenscheibe 2 montiert, da das Öffnungsmaß „a“ im montierten Zustand kleiner als das ungespannte Öffnungsmaß „a“ ist.
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Alternativ kann sich die Gegenverzahnung 19 bis zur Erweiterung 9 erstrecken, so dass die erste Metallhülse 14 ohne Verkleinerung ihres Durchmessers in die Riemenscheibe 2 eingeschoben werden kann. In diesem Fall kann die erste Metallhülse 14 ein umfänglich geschlossener Ring sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riemenscheibenentkoppler
- 2
- Riemenscheibe
- 3
- Nabe
- 4
- Mittelabschnitt der Nabe
- 5
- Innenvielzahn
- 6
- Kugellager
- 7
- Gleitlager
- 8
- Außenring
- 9
- Erweiterung
- 10
- Schutzkappe
- 11
- Schlingband
- 12
- Schraubendrehfeder
- 13
- Drehachse
- 14
- erste Metallhülse
- 15
- zweite Metallhülse
- 16
- Federteller
- 17
- Federteller
- 18
- Axialverzahnung
- 19
- Gegenverzahnung