DE102019112738B4

DE102019112738B4 - Entkoppler

Info

Publication number: DE102019112738B4
Application number: DE102019112738.6A
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: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2021-02-04
Anticipated expiration: 2039-05-16
Also published as: WO2020228902A1; DE102019112738A1; KR20220007721A; US20220213954A1

Abstract

Entkoppler (1) zur Antriebsmomentübertragung zwischen dem Riemen (4) eines Nebenaggregate-Riementriebs und der Welle eines der Nebenaggregate, aufweisend:- eine Riemenscheibe (5),- eine auf der Welle zu befestigende Nabe (9),- einen im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe (5) angeordneten ersten Federteller (22) mit einem Drehanschlag (25),- einen im Antriebsmomentfluss seitens der Nabe (9) angeordneten zweiten Federteller (23) mit einem Drehanschlag (25),- eine Schraubendrehfeder (13) mit Federenden (27), deren umfängliche Stirnseiten (26) an den Drehanschlägen (25) anliegen und die Kraftkomponente des Antriebsmoments (M) in die sich dabei radial aufweitende Schraubendrehfeder (13) einleiten,- und einen Drehschwingungsdämpfer mit einer im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe (5) angeordneten ersten Reibkontaktfläche (28) und einer im Antriebsmomentfluss seitens der Nabe (9) angeordneten zweiten Reibkontaktfläche (29), wobei sich die Reibkontaktflächen (28, 29) mit einer Kraft kontaktieren, die von der in die Schraubendrehfeder (13) eingeleiteten Antriebskraft (F) abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reibkontaktfläche (28) Teil eines gegenüber dem ersten Federteller (22) radial beweglichen Druckstücks (30) ist, das die vom Drehanschlag (25) des ersten Federtellers (22) in das daran anliegende Federende (27) eingeleitete Antriebskraft (F) mit einem Mitnehmer (32) aufnimmt und über die Kontaktkraft der Reibkontaktflächen (28, 29) auf die Nabe (9) überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Entkoppler zur Antriebsmomentübertragung zwischen dem Riemen eines Nebenaggregate-Riementriebs und der Welle eines der Nebenaggregate, aufweisend:

- eine Riemenscheibe,
- eine auf der Welle zu befestigende Nabe,
- einen im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe angeordneten ersten Federteller mit einem Drehanschlag,
- einen im Antriebsmomentfluss seitens der Nabe angeordneten zweiten Federteller mit einem Drehanschlag,
- eine Schraubendrehfeder mit Federenden, deren umfängliche Stirnseiten an den Drehanschlägen anliegen und die Kraftkomponente des Antriebsmoments, d.h. die Antriebskraft in die sich dabei radial aufweitende Schraubendrehfeder einleiten,
- und einen Drehschwingungsdämpfer mit einer im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe angeordneten ersten Reibkontaktfläche und einer im Antriebsmomentfluss seitens der Nabe angeordneten zweiten Reibkontaktfläche,

Drehschwingungen und -ungleichförmigkeiten, die von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine in deren Nebenaggregate-Riementrieb eingeleitet werden, können bekanntlich durch Entkoppler kompensiert werden, die im Englischen üblicherweise als Isolator oder Decoupler bezeichnet und typischerweise als Generator-Riemenscheibe ausgebildet sind. Die Schwingungskompensation erfolgt durch die Schraubendrehfeder, die bei der Übertragung des Antriebsmoments (elastische) Relativverdrehungen der Riemenscheibe gegenüber der Nabe zulässt.
Zur Schwingungsdämpfung dieser Relativverdrehungen ist aus der gattungsgemäßen WO 2016/ 037 283 A1 ein Entkoppler mit einem Drehschwingungsdämpfer bekannt, dessen dämpfende Reibkraft mit dem von der Schraubendrehfeder übertragenen Antriebsmoment zunimmt. Der Drehschwingungsdämpfer ist konstruktiv so ausgeführt, dass ein die Riemenscheibe auf der Nabe drehlagernder Gleitlagerring die Kraftkomponente des vom nabenseitigen Federende auf den dortigen Drehanschlag übertragenen Antriebsmoments aufnimmt. Der Gleitlagerring ist in Richtung dieser Antriebskraft radial beweglich zur Nabe geführt und überträgt die Antriebskraft als Reibkontaktkraft von dessen (nabenseitiger) Reibkontaktfläche auf eine mit der Riemenscheibe drehfeste Reibkontaktfläche.
Ein gedämpfter Entkoppler, dessen Schraubendrehfeder sich unter Übertragung des Antriebsmoments radial zusammenzieht, ist aus der US 2006/ 0 264 280 A1 bekannt.
Ein weiterer Entkoppler ist aus der DE 698 17 556 T2 bekannt.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Entkoppler der eingangs genannten Art mit einem alternativ ausgeführten Drehschwingungsdämpfer anzugeben.
Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll die erste Reibkontaktfläche Teil eines gegenüber dem ersten Federteller radial beweglichen Druckstücks sein, das die vom Drehanschlag des ersten Federtellers in das daran anliegende Federende eingeleitete Antriebskraft mit einem Mitnehmer aufnimmt und über die Kontaktkraft der Reibkontaktflächen auf die Nabe überträgt. Damit wird die antriebsmomentabhängige Drehschwingungsdämpfung des erfindungsgemäßen Entkopplers durch einen Mechanismus erzeugt, der die Antriebskraft seitens des ersten Federtellers und nicht - wie es im zitierten Stand der Technik der Fall ist - die Antriebskraft seitens des zweiten Federtellers abgreift und als Reibkontaktkraft auf den sich relativ dazu verdrehenden Kontaktpartner überträgt.
Diese konstruktive Positionierung des Drehschwingungsdämpfers ermöglicht es insbesondere, das typischerweise im Bereich des zweiten Federtellers angeordnete Gleitlager zwischen der Riemenscheibe und der Nabe unverändert zu belassen und dessen Reibungsdämpfung um die erfindungsgemäße zusätzliche Drehschwingungsdämpfung im Bereich des ersten Federtellers zu ergänzen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Entkopplers für den im Nebenaggregate-Riementrieb einer Brennkraftmaschine angeordneten Generator dargestellt ist. Es zeigen:

1 den Entkoppler im Längsschnitt;
2 den Nebenaggregate-Riementrieb mit dem Entkoppler in schematischer Darstellung;
3 den Entkoppler in explodierter Darstellung;
4 den Schnitt I-I gemäß 1;
5 das Druckstück gemäß den 1, 3 und 4 als perspektivisches Einzelteil;
6 den ersten Federteller gemäß den 1, 3 und 4 als perspektivisches Einzelteil.

Der in den 1 und 3 jeweils im Detail dargestellte Entkoppler 1 ist auf dem Generator 2 des in 2 schematisch dargestellten Nebenaggregate-Riementriebs einer Brennkraftmaschine angeordnet. Der von der Riemenscheibe 3 der Kurbelwelle angetriebene Riemen 4 umschlingt die Riemenscheibe 5 des Entkopplers 1, die Riemenscheibe 6 eines Klimakompressors und eine Umlenkrolle 7. Das Vorspannen des Riemens 4 erfolgt mittels eines Riemenspanners 8.
Die in der in 3 eingezeichneten Pfeilrichtung rotierende Riemenscheibe 5 ist hohlzylindrisch, und deren vom Riemen 4 umschlungener Außenmantel ist der Poly-V-Form des Riemens 4 entsprechend profiliert. Die Riemenscheibe 5 ist drehbar auf einer Nabe 9 gelagert, die in bekannter Weise fest mit der Generatorwelle verschraubt wird. Die Lagerung der Riemenscheibe 5 auf der Nabe 9 erfolgt am generatorseitigen Ende radial und axial mittels eines Rillenkugellagers 10 und am generatorfernen Ende radial mittels eines Gleitlagerrings 11 aus Polyamid. Nach der Montage des Entkopplers 1 auf den Generator 2 wird in das generatorferne Ende der Riemenscheibe 5 eine Schutzkappe 12 eingeschnappt, die das Innere des Entkopplers 1 vor Schmutz und Spritzwasser schützt.
Die für die Funktion des Entkopplers 1 wesentliche Komponente ist eine Schraubendrehfeder 13, die aufgrund ihrer Elastizität das Antriebsmoment des Riemens 4 von der Riemenscheibe 5 auf die Nabe 9 entkoppelnd überträgt, so dass die Drehschwingungen der Kurbelwelle nur in deutlich reduziertem Umfang auf die Generatorwelle übertragen werden. Eine vorliegend mit der Schraubendrehfeder 13 in Reihe geschaltete Schlingbandkupplung 14 bewirkt, dass das Antriebsmoment - bei Vernachlässigung des internen Schleppreibmoments der geöffneten Schlingbandkupplung 14 - lediglich vom Riemen 4 auf die Generatorwelle (und nicht umgekehrt, wie es bei nicht dargestellten Alternativausführungen erfindungsgemäßer Entkoppler ohne Freilauffunktion der Fall sein kann) übertragen werden kann. Die Schraubendrehfeder 13 und die Schlingbandkupplung 14 erstrecken sich jeweils koaxial zur Drehachse 15 des Entkopplers 1, wobei die Schlingbandkupplung 14 in dem radialen Ringraum zwischen der Riemenscheibe 5 und der Schraubendrehfeder 13 verläuft.
Sowohl die rechts gewickelte Schlingbandkupplung 14 als auch die links gewickelte Schraubendrehfeder 13 sind vollständig zylindrisch und haben beidseitig schenkellose Enden, die die Schlingbandkupplung 14 bzw. die Schraubendrehfeder 13 bei der Übertragung des Antriebsmoments radial aufweiten. Dabei verspannt sich das im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe 5 verlaufende Schlingbandende 16 gegen den zylindrischen Innenmantel 17 einer Hülse 18, die in der Riemenscheibe 5 drehbefestigt und vorliegend eingepresst ist. Das im Antriebsmomentfluss seitens der Schraubendrehfeder 13 verlaufende Schlingbandende 19 verspannt sich gegen den zylindrischen Innenmantel 20 einer weiteren Hülse 21, die in der Riemenscheibe 5 und vorliegend auch in der Hülse 18 drehbar ist.
Das Antriebsmoment wird im geschlossenen Zustand der Schlingbandkupplung 14 mittels Haftreibung zwischen der dann radial aufgeweiteten Schlingbandkupplung 14 und den Hülsen 18 und 21 auf einen ersten Federteller 22 übertragen, der mit der Hülse 21 drehfest verbunden ist. Vorliegend sind der erste Federteller 22 und die Hülse 21 durch ein einteiliges Blechformteil gebildet.
Die Schlingbandkupplung 14 ermöglicht bei Antriebsmomentumkehr ein Überholen der (masseträgen) Generatorwelle und der darauf befestigten Nabe 9 gegenüber der Riemenscheibe 5. In diesem geöffneten Zustand zieht sich die Schlingbandkupplung 14 auf ihren (unbelasteten) Ausgangsdurchmesser zusammen und rutscht in einer oder beiden Hülsen 18, 21 durch, wobei sich das dabei übertragbare Antriebsmoment auf das Schleppreibmoment zwischen den beiden durchrutschenden Kontaktpartnern reduziert.
Die Schraubendrehfeder 13 ist mit axialer Vorspannung zwischen dem ersten Federteller 22, der im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe 5 angeordnet ist, und einem zweiten Federteller 23, der im Antriebsmomentfluss seitens der Nabe 9 angeordnet und vorliegend integraler Teil der Nabe 9 ist, eingespannt. Die Federteller 22, 23 haben jeweils einen Drehanschlag 25, an denen die umfänglichen Stirnseiten 26 der Federenden 27 anliegen - und wie in 4 eingezeichnet - die Kraftkomponente des Antriebsmoments M, d.h. die Antriebskraft F in die sich dabei radial aufweitende Schraubendrehfeder 13 einleiten.
Der Entkoppler 1 ist erfindungsgemäß mit einem Drehschwingungsdämpfer ausgestattet, der relative Drehschwingungen der Riemenscheibe 5 gegenüber der Nabe 9 mittels Coulombscher Reibung dämpft und nachfolgend unter Einbeziehung der 4 bis 6 erläutert sei. Der Drehschwingungsdämpfer hat eine erste Reibkontaktfläche 28, die im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe 5 angeordnet ist, und eine zweite Reibkontaktfläche 29, die im Antriebsmomentfluss seitens der Nabe 9 angeordnet ist. Die Reibung zwischen den sich relativ zueinander verdrehenden Reibkontaktflächen 28, 29 und mithin die Höhe der Dämpfung des Drehschwingungsdämpfers hängen von der in die Schraubendrehfeder 13 eingeleiteten Antriebskraft F ab und sind vorliegend im Wesentlichen proportional dazu und folglich proportional zum übertragenen Antriebsmoment M des Entkopplers 1.
Eine konstruktiv wesentliche Komponente des Drehschwingungsdämpfers ist ein auf der Rückseite des ersten Federtellers 22 angeordnetes Druckstück 30, das gegenüber dem ersten Federteller 22 drehfest, aber in Richtung der Antriebskraft F radial beweglich ist. Das Druckstück 30 ist vorliegend als Axiallagerscheibe ausgebildet, die die axiale Vorspannkraft der Schraubendrehfeder 13 vom ersten Federteller 22 auf den Innenring des Rillenkugellagers 10 überträgt. Die erste Reibkontaktfläche 28 ist Teil des Druckstücks 30, und die zweite Reibkontaktfläche 29 ist durch die Außenmantelfläche 31 der sich relativ zum ersten Federteller 22 mit dem Druckstück 30 verdrehenden Nabe 9 gebildet. Das Druckstück 30 nimmt die vom Drehanschlag 25 des ersten Federtellers 22 in das daran anliegende Federende 27 eingeleitete Antriebskraft F mit einem Mitnehmer 32 auf und überträgt die Antriebskraft F als gegenseitige Kontaktkraft F der Reibkontaktflächen 28, 29 auf die Nabe 9. Die der Kontaktkraft F entsprechende Reibkraft F_R bewirkt die zur Antriebskraft F und zum Antriebsmoment M proportionale Schwingungsdämpfung.
Die erste Reibkontaktfläche 28 und der Mitnehmer 32 sind auf einem Vorsprung 33 bzw. durch einen Vorsprung 34 auf der Axiallagerscheibe gebildet, wobei die Vorsprünge 33, 34 unter Erzeugung der Drehfestigkeit und der radialen Beweglichkeit gegenüber dem ersten Federteller 22 in darin befindliche Ausnehmungen 35 und 36 eingreifen. Die Vorsprünge 33, 34 und die Ausnehmungen 35, 36 haben jeweils die Form eines Kreisringstücks, wobei der Drehanschlag 25 des ersten Federtellers 22 von der Ringstückmitte der Vorsprünge 33, 34 jeweils um 90° beabstandet ist.
Das Druckstück 30 ist ein Kunststoffteil aus PEEK oder PA46 mit metallischer Armierung 37, wobei die erste Reibkontaktfläche 28 und die das Federende 27 kontaktierende Federaufnahme 38 des Mitnehmers 32 aus PEEK oder PA46 bestehen.

Claims

Entkoppler (1) zur Antriebsmomentübertragung zwischen dem Riemen (4) eines Nebenaggregate-Riementriebs und der Welle eines der Nebenaggregate, aufweisend: - eine Riemenscheibe (5), - eine auf der Welle zu befestigende Nabe (9), - einen im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe (5) angeordneten ersten Federteller (22) mit einem Drehanschlag (25), - einen im Antriebsmomentfluss seitens der Nabe (9) angeordneten zweiten Federteller (23) mit einem Drehanschlag (25), - eine Schraubendrehfeder (13) mit Federenden (27), deren umfängliche Stirnseiten (26) an den Drehanschlägen (25) anliegen und die Kraftkomponente des Antriebsmoments (M) in die sich dabei radial aufweitende Schraubendrehfeder (13) einleiten, - und einen Drehschwingungsdämpfer mit einer im Antriebsmomentfluss seitens der Riemenscheibe (5) angeordneten ersten Reibkontaktfläche (28) und einer im Antriebsmomentfluss seitens der Nabe (9) angeordneten zweiten Reibkontaktfläche (29), wobei sich die Reibkontaktflächen (28, 29) mit einer Kraft kontaktieren, die von der in die Schraubendrehfeder (13) eingeleiteten Antriebskraft (F) abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reibkontaktfläche (28) Teil eines gegenüber dem ersten Federteller (22) radial beweglichen Druckstücks (30) ist, das die vom Drehanschlag (25) des ersten Federtellers (22) in das daran anliegende Federende (27) eingeleitete Antriebskraft (F) mit einem Mitnehmer (32) aufnimmt und über die Kontaktkraft der Reibkontaktflächen (28, 29) auf die Nabe (9) überträgt.
Entkoppler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubendrehfeder (13) mit axialer Vorspannung zwischen den Federtellern (22, 23) eingespannt ist, wobei das Druckstück (30) als Axiallagerscheibe ausgebildet ist, die die axiale Vorspannkraft der Schraubendrehfeder (13) vom ersten Federteller (22) auf den Innenring eines die Riemenscheibe (5) auf der Nabe (9) lagernden Rillenkugellagers (10) überträgt.
Entkoppler (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (32) und die erste Reibkontaktfläche (28) durch Vorsprünge (33, 34) auf der Axiallagerscheibe gebildet sind, wobei die Vorsprünge (33, 34) in Ausnehmungen (35, 36) im ersten Federteller (22) eingreifen.
Entkoppler (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (33, 34) und die Ausnehmungen (35, 36) jeweils die Form eines Kreisringstücks haben.
Entkoppler (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehanschlag (25) des ersten Federtellers (22) von der Ringstückmitte der Vorsprünge (33, 34) jeweils um 90° beabstandet ist.
Entkoppler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (30) ein Kunststoffteil mit metallischer Armierung (37) ist, wobei die erste Reibkontaktfläche (28) und die Federaufnahme (38) des Mitnehmers (32), die das am Drehanschlag (25) des ersten Federtellers (22) anliegende Federende (27) kontaktiert, aus Kunststoff bestehen.
Entkoppler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit der Schraubendrehfeder (13) in Reihe geschaltete Schlingbandkupplung (14), die im geschlossenen Zustand das Antriebsmoment (M) von der Riemenscheibe (5) auf den ersten Federteller (22) überträgt, wobei sich die Schlingbandkupplung (14) gegen die Innenmantelfläche (20) einer mit dem ersten Federteller (22) drehfesten Hülse (21) verspannt.
Entkoppler (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Federteller (22) und die Hülse (21) durch ein einteiliges Blechformteil gebildet sind.