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WO2017206993A1 - Riemenscheibenentkoppler - Google Patents

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Publication number
WO2017206993A1
WO2017206993A1 PCT/DE2017/100464 DE2017100464W WO2017206993A1 WO 2017206993 A1 WO2017206993 A1 WO 2017206993A1 DE 2017100464 W DE2017100464 W DE 2017100464W WO 2017206993 A1 WO2017206993 A1 WO 2017206993A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pulley
decoupler
hub
belt
loop
Prior art date
Application number
PCT/DE2017/100464
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Hauck
Jens Schäfer
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Publication of WO2017206993A1 publication Critical patent/WO2017206993A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/20—Freewheels or freewheel clutches with expandable or contractable clamping ring or band
    • F16D41/206—Freewheels or freewheel clutches with expandable or contractable clamping ring or band having axially adjacent coils, e.g. helical wrap-springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/02—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions
    • F16D3/12—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions specially adapted for accumulation of energy to absorb shocks or vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/50—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members
    • F16D3/72—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members with axially-spaced attachments to the coupling parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/32—Friction members
    • F16H55/36—Pulleys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D7/00—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock
    • F16D7/02—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the friction type
    • F16D7/022—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the friction type with a helical band or equivalent member co-operating with a cylindrical torque limiting coupling surface

Definitions

  • the invention relates to a pulley decoupler for driving torque transmission between the belt of a starter-belt drive and the starter generator.
  • the pulley decoupler includes:
  • a hub to be mounted on the generator shaft of the starter generator, a decoupler spring which, when the starter generator is driven, transmits the drive torque of the belt from the pulley to the hub,
  • Pulley decouplers (referred to in the English-language literature as ' decoupler ' or ' compensator ' ) compensate torsional vibrations and non-uniformities introduced by the crankshaft of an internal combustion engine into its accessory belt drive, and are typically arranged on the generator. If the generator is a starter generator which drives the internal combustion engine in the electromotive operation for the purpose of starting or boosting via the belt drive, the usual overrunning of the generator shaft during generator freewheels is not possible without further ado.
  • the pulley decoupler must lock in this relative direction of rotation in order to transmit the drive torque generated by the starter generator via the hub and pulley on the belt can.
  • a generic pulley decoupler is known from EP 2 010 792 B1.
  • the lock which transmits the drive torque from the hub to the belt pulley when the starter generator is driven is formed there by circumferentially fixed end stops which limit the rotatability of the hub relative to the belt pulley.
  • a major disadvantage of the hard stops is the high noise, which is stronger with the velocity of the hub against the pulley.
  • decoupler spring is a helical torsion spring which can be loaded in both directions of rotation, ie in the opening and in the closing direction. In one direction of rotation, the spring transmits the drive torque originating from the belt. pelting on the starter generator, and in the other twisting direction, the spring acts as its diameter changing looping belt, which either opens or contracts due to the starting or boosting torque, while the pulley rotates torsionally stiff against the hub.
  • a disadvantage of this construction is the considerable difficulty in satisfactorily realizing the different functions of the spring and the sling in the same component.
  • the present invention seeks to provide a belt pulley decoupler of the type mentioned with an alternative embodiment of the lock.
  • the lock should be formed by a Schlingband which is connected in the drive torque flow between the pulley and the hub parallel to the decoupling spring and when driving starter generator, the pulley torsionally stiff against the hub.
  • the sling provides a comparatively smooth locking action of the pulley with respect to the hub as the starter generator begins to transmit the drive torque from the hub to the pulley.
  • the lock formed as a separate Schlingband a respective optimal, since each other largely independent design of decoupler spring and Schlingband.
  • the Schlingband over (circumferential) positive engagement of the Schlingbandenden with the pulley on the one hand and the hub on the other hand in engagement.
  • the form-fitting of the Schlingbandenden can be designed so that it acts either unidirectional in only one or bidirectional in both directions of relative rotation of pulley to hub.
  • the sling band in the axial direction of the Riemenusionnentkopplers have angled Schlingbandenden that engage in recesses of the pulley and the hub.
  • the Schlingbandenden can be shaped as circumferentially deviating from the circular leg, which engage positively in corresponding receptacles on the part of the pulley and the hub.
  • the version with unidirectional or bi-directional positive locking depends above all on the installation conditions of the sling band in the pulley decoupler: a. ) when the looping belt in unloaded condition already in frictional engagement with the
  • Friction contact partners located on the hub and on the pulley then the form fit twisted the driven belt starter generator expediently against its Schlingraum to reliably prevent unwanted locking of the sling at the decoupling relative rotations of the driving pulley relative to the hub.
  • An interlocking action which also acts in the opposite direction of relative rotation, is optional and supports the blocking process of the sling band when the starter generator is driving. b. ) When the sling band in unloaded condition (with radial play) is frictionally engaged with its Reibtitlepartnern on the hub and on the pulley, then twisting the Schlingband at driving starter generator expediently in the Schlingraum to the Schlingband reliably in the leading to the locking operation frictional engagement to bring with its Reibtitlepartnern.
  • An interlocking action which also acts in the opposite direction of relative rotation is optional and increases the safety of the sling band against unintentional locking of the sling band during the decoupling relative rotations of the driving belt pulley relative to the hub.
  • the wrap-around form-fit allows the wrapper to be biased in the cinching direction subsequent to its axial mounting to relax the torque-free transition angle of the pulley decoupler during its load changes between the driven starter generator - the decoupler spring is just about fully or fully relaxed and the wrapper is not yet locked - and driving starter generator - the looping belt begins to lock - to minimize.
  • a comparatively large transition angle may be required in said load change region of the pulley decoupler.
  • the decoupler spring is preferably a helical torsion spring extending in the axial direction of the pulley decoupler with limb-free spring ends which, when driven Starter generator transferred the drive torque from the level of an axially ramped spring plate of the pulley to the level of an axially ramped spring plate of the hub.
  • the torque curve during the locking process of the sling band can be further influenced by the fact that the sling band has a different diameter than the sling band ends in a middle section which snaps against the pulley and against the hub, the diameter of the middle section being either
  • the winding body of the Schlingbands has a bulbous shape and in case b.) A centrally constricted shape.
  • the successive engagement of the sling band can alternatively or additionally also be achieved by a non-cylindrical shaping of the friction contact partners.
  • the radial clearance difference between the narrowest point between the sling band and the friction contact partner and the widest point between the sling band and the friction contact partner should be up to about 1 mm.
  • FIG. 1 shows the first pulley decoupler in a perspective longitudinal section
  • FIG. 2 shows the first pulley decoupler exploded in perspective;
  • FIG. 4 shows the pulley of the first pulley decoupler in a perspective partial view;
  • FIG. 5 shows the hub of the first pulley decoupler in a perspective detail view
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the torque detection of the pulley decouplers
  • FIG. 7 shows the second pulley decoupler in a perspective longitudinal section
  • FIG. 8 shows the looping belt of the second pulley decoupler in a perspective single part illustration.
  • Figures 1 and 2 show the first pulley decoupler 1 in longitudinal section or as an explosion.
  • a hollow cylindrical pulley 2 whose belt-wrapped outer jacket 3 is profiled according to the poly-V-shape of the belt, is driven by the belt in the direction of rotation shown in FIG.
  • the pulley 2 is rotatably mounted on a hub 4, which is bolted to the generator shaft of a starter generator.
  • the hub 4 in the middle section 5, an unillustrated internal thread and the generator distant, front end portion of a réelleviel leopard 6 as engagement contour for the screwing.
  • the bearing of the pulley 2 on the hub 4 takes place at the generator end radially and axially by means of a rolling bearing 7 and at the far end generator radially by means of a sliding bearing 8.
  • the rolling bearing 7 is a single-row and sealed on both sides ball bearing.
  • the sliding bearing 8 is a slotted radial bearing ring made of polyamide, which is in direct sliding contact with the inner periphery of the pulley 2.
  • the pulley 4 has at the far end of the generator a circumferential groove 9, in which after the screwing of the pulley decoupler 1 on the generator shaft, a protective cap 10 is snapped.
  • the winding components of the decoupler spring 1 1 designed as a helical torsion spring and of the sling band 12 extend in and in the present case concentrically to the axial direction of the pulley decoupler 1, wherein in this first Embodiment, the decoupling spring 1 1, the looping belt 12 encloses.
  • the winding body of the sling 12 In the locked state, the winding body of the sling 12 is constricted and is located with its inner circumference in torque transmitting static friction contact with Reib.partnern the pulley 2 and the hub 4.
  • the Reibnesspartnern is the outer shell 13 of a cylindrical projection 14 of the pulley 2 on the one hand and an outer jacket 15 of the hub 4 on the other.
  • the decoupler 11 is located with legless spring ends 16 and 17 on a spring plate 18 of the pulley 2 on the one hand and a spring plate 19 of the hub 4 on the other.
  • Both spring plates 18, 19 rise axially in a ramp shape, wherein the spring ends 16, 17 are clamped at the end face between the steps 20 and 21 formed by the axial ramp shape of the spring plates 18, 19.
  • the looping belt 12 is connected in the drive torque flow between the pulley 2 and the hub 4 parallel to the decoupler spring 1 1 and has looping belt ends 22 and 23 which are angled in the axial direction of the pulley decoupler 1 and positively in recesses 24 and 25 of the pulley 2 and the hub 4th intervention.
  • Both recesses 24, 25 are settings in the spring plates 18, 19 at the base of the respective step 20, 21, wherein the hub-side recess 25 is also visible in FIG.
  • the inner diameter of the Schlingbands 12 is greater than the outer diameter of the cylindrical projection 14 and the outer diameter of the outer jacket 15 in order to mount the Schlingband 12 axially low-force on the Reibumblepartner.
  • the circumferential relative positioning of the loop tape ends 22, 23, the recesses 24, 25, the steps 20, 21 and the spring ends 16, 17 is such that the assembled loop tape 12 is biased in the reverse direction to reduce the radial clearance against the Reibtitlepartnern and sometimes. to eliminate.
  • the associated torques are shown schematically in FIG. 6, with the solid line showing the torque of the decoupler spring 11 and the dashed line the torque of the sling 12 depending on the relative rotational angle of the belt pulley 2 to the hub 4.
  • the bias acting in the reverse direction of the sling 12 is recognizable at the offset of the torques with respect to the origin and causes negative relative rotation a substantially immediate onset blocking effect of the sling 12 when the starter generator begins in the transition to electromotive operation with the driving.
  • the thereby steeply sloping into the negative torque curve of the sling 12 is characteristic of its blocking effect, in which the pulley 2 is torsionally stiff against the hub 4.
  • the decoupler spring 1 1 is torque-free in this operating mode.
  • the pulley decoupler 1 When the starter generator is driven, the pulley decoupler 1 is in the operating range positive relative rotation angle. In this case, the torque of the decoupler spring 11 increases steeper due to their relatively high rigidity than the also widening in the opening direction Schlingband 12th
  • the positive connection between the pulley, hub and wrap band circumferentially unidirectional act. If on the one hand the unloaded Schlingband - as in the illustrated embodiment - is mounted with radial play against the Reibtitlepartnern, then acting in the opening direction (white) pair of forces according to Figure 3 can be omitted. Because in this case the risk of uncontrolled locking of the sling is small. On the other hand, if the unloaded Schlingband with little or in particular without radial play against the Reib mintpartnern is mounted, then acting in the closing direction (black) force pair according to Figure 3 can be omitted. Because in this case, the Schlingband already passes through the frictional contact in blocking engagement, so that can be dispensed with the bias of the Schlingbands in the closing direction.
  • the starter generator is in regenerative operation and is thus driven by the belt in the direction of rotation of Figure 1.
  • the drive motor is ment of the belt via outer casing 3 of the pulley 2 - stage 20 of the spring plate 18 of the pulley 2 - spring end 16 of the decoupler spring 1 1 - decoupler spring 1 1 - spring end 17 of the decoupler spring 1 1 - 21 stage of the spring plate 19 of the hub 4 - hub 4 on the Transfer generator shaft.
  • the elasticity of the decoupler spring 11 compensates for the transmission of the torsional vibrations of the belt to the generator shaft.
  • a lock due to an uncontrolled frictional engagement of the sling 12 is prevented by its widening generated in a form-fitting manner with respect to the Reib.partnern.
  • the starter generator is in electromotive operation and thus drives the belt also in the direction of rotation of Figure 1 at.
  • the drive torque of the generator shaft via hub 4 - outer casing 15 of the hub 4 - inner circumference of the locking Schlingbands 12 - cylindrical projection 14 of the pulley 2 - outer casing 3 of the pulley 2 is transmitted to the belt.
  • FIG. 7 shows the second exemplary embodiment of a pulley decoupler 1 ' according to the invention.
  • This differs with otherwise the same functionality of the previously discussed pulley decoupler 1 first by the radially reversed arrangement of looping belt 12 ' and decoupler spring 1 1 ' , which is enclosed in this case by the looping belt 12 ' .
  • the winding directions of the loop belt 12, 12 ' and the decoupler spring 11, 11 ' are the same in the first pulley decoupler 1 and the opposite in the second pulley decoupler 1 ' .
  • the winding body of the sling 12 ' is widened and located with its outer circumference in torque transmitting HaftreibungsAuth with the inner shell 26 in the pulley 2 ' pressed-in sleeve 27 on the one hand and with the inner shell 28 of a cylindrical projection 29 of the hub 4 ' on the other.
  • the sleeve 27 simplifies the production of the pulley 2 ' , which is accessible with a substantially constant inner diameter of a low-effort turning. Another difference is the non-cylindrical, bulbous shape of the
  • the axially changing radial clearance between the looping belt 12 ' and its Reibumblepartnern makes it possible to influence the torque curve at the onset of blocking effect of the sling 12 ' to the effect that the pulley decoupler 1 ' with a more or less large torque gradient "hard” or “gently” in the locked operating state passes.
  • the thus adapted torque characteristic can be realized in the first pulley decoupler 1 as well.
  • the Schlingband 12 would be constricted in the middle section 30 in diameter.

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  • Devices For Conveying Motion By Means Of Endless Flexible Members (AREA)

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Riemenscheibenentkoppler (1, 1') zur Antriebsmomentübertragung zwischen dem Riemen eines Startergenerator-Riementriebs und dem Startergenerator, umfassend: - eine Riemenscheibe (2), - eine auf der Generatorwelle des Startergenerators zu befestigende Nabe (4, 4'), - eine Entkopplerfeder (11, 11'), die bei angetriebenem Startergenerator das Antriebsmoment des Riemens von der Riemenscheibe auf die Nabe überträgt, - und eine Sperre, die bei antreibendem Startergenerator das Antriebsmoment der Generatorwelle von der Nabe auf die Riemenscheibe überträgt. Die Sperre soll durch ein Schlingband (12, 12') gebildet sein, das im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe und der Nabe parallel zur Entkopplerfeder geschaltet ist und bei antreibendem Startergenerator die Riemenscheibe drehsteif gegen die Nabe schlingt.

Description

Titel
Riemenscheibenentkoppler Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler zur Antriebsmomentübertragung zwischen dem Riemen eines Startergenerator-Riementriebs und dem Startergenerator. Der Riemenscheibenentkoppler umfasst:
- eine Riemenscheibe,
- eine auf der Generatorwelle des Startergenerators zu befestigende Nabe, - eine Entkopplerfeder, die bei angetriebenem Startergenerator das Antriebsmoment des Riemens von der Riemenscheibe auf die Nabe überträgt,
- und eine Sperre, die bei antreibendem Startergenerator das Antriebsmoment der Generatorwelle von der Nabe auf die Riemenscheibe überträgt. Riemenscheibenentkoppler (in der englischsprachigen Fachliteratur als 'Decoupler' oder Ίεο- lator' bezeichnet) kompensieren Drehschwingungen und -ungleichförmigkeiten, die von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine in deren Nebenaggregate-Riementrieb eingeleitet werden, und sind typischerweise auf dem Generator angeordnet. Falls der Generator ein Startergenerator ist, der im elektromotorischen Betrieb die Brennkraftmaschine zwecks Startens oder Boostens über den Riementrieb antreibt, ist das bei Generatorfreiläufen übliche Überholen der Generatorwelle ohne Weiteres nicht möglich. Vielmehr muss der Riemenscheibenentkoppler in dieser relativen Drehrichtung sperren, um das vom Startergenerator erzeugte Antriebsmoment via Nabe und Riemenscheibe auf den Riemen übertragen zu können. Ein gattungsgemäßer Riemenscheibenentkoppler ist aus der EP 2 010 792 B1 bekannt. Die das Antriebsmoment bei antreibendem Startergenerator von der Nabe auf die Riemenscheibe übertragende Sperre ist dort durch umfänglich feste Endanschläge gebildet, die die Verdreh- barkeit der Nabe relativ zur Riemenscheibe begrenzen. Ein wesentlicher Nachteil der Festanschläge besteht in der hohen Geräuschentwicklung, die mit der Anschlaggeschwindigkeit der Nabe gegen die Riemenscheibe stärker wird.
Ein weiterer gattungsgemäßer Riemenscheibenentkoppler ist aus der EP 1 730 425 B1 bekannt und konstruktiv so ausgeführt, dass die Entkopplerfeder eine in beide Verdrehrichtungen, d.h. in Öffnungs- und in Schließrichtung belastbare Schraubendrehfeder ist. In der einen Verdrehrichtung überträgt die Feder das vom Riemen ausgehende Antriebsmoment entkop- pelnd auf den Startergenerator, und in der anderen Verdrehrichtung wirkt die Feder als seinen Durchmesser änderndes Schlingband, das sich aufgrund des Start- oder Boostmoments entweder öffnet oder zusammenzieht und dabei die Riemenscheibe drehsteif gegen die Nabe schlingt. Ein Nachteil dieser Konstruktion ist die erhebliche Schwierigkeit, die unterschiedli- chen Funktionen der Feder und des Schlingbands in demselben Bauteil zufriedenstellend zu verwirklichen.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Riemen- scheibenentkoppler der eingangs genannten Art mit einer alternativen Ausführung der Sperre anzugeben.
Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll die Sperre durch ein Schlingband gebildet sein, das im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe und der Nabe parallel zur Entkopplerfeder geschaltet ist und bei antreibendem Starterge- nerator die Riemenscheibe drehsteif gegen die Nabe schlingt.
Anders als bei dem oben erwähnten Riemenscheibenentkoppler mit Festanschlägen bewirkt das Schlingband einen vergleichsweise sanften Sperrvorgang der Riemenscheibe gegenüber der Nabe, wenn der Startergenerator beginnt, das Antriebsmoment von der Nabe auf die Riemenscheibe zu übertragen. Außerdem ermöglicht die als separates Schlingband ausgebildete Sperre ein jeweils optimales, da voneinander weitgehend unabhängiges Design von Entkopplerfeder und Schlingband.
Vorzugsweise ist das Schlingband über (umfänglichen) Formschluss der Schlingbandenden mit der Riemenscheibe einerseits und der Nabe andererseits in Eingriff. Der Formschluss der Schlingbandenden kann so ausgeführt sein, dass er entweder unidirektional in nur eine oder bidirektional in beide Relativdrehrichtungen von Riemenscheibe zu Nabe wirkt. Dazu kann das Schlingband in Achsrichtung des Riemenscheibenentkopplers abgewinkelte Schlingbandenden aufweisen, die in Aussparungen der Riemenscheibe und der Nabe eingreifen. Alternativ können die Schlingbandenden als umfänglich von der Kreisform abweichende Schenkel geformt sein, die in dazu korrespondierende Aufnahmen seitens der Riemenscheibe und der Nabe formschlüssig eingreifen.
Die Ausführung mit unidirektional oder bidirektional wirkendem Formschluss hängt vor allem von den Einbauverhältnissen des Schlingbands im Riemenscheibenentkoppler ab: a. ) wenn sich das Schlingband in entlastetem Zustand bereits in Reibeingriff mit dessen
Reibkontaktpartnern an der Nabe und an der Riemenscheibe befindet, dann tordiert der Formschluss das Schlingband bei angetriebenem Startergenerator zweckmäßi- gerweise entgegen dessen Schlingrichtung, um ein ungewolltes Sperren des Schlingbands bei den entkoppelnden Relativverdrehungen der antreibenden Riemenscheibe gegenüber der Nabe zuverlässig zu verhindern. Ein auch in dazu entgegen gesetzter Relativdrehrichtung wirkender Formschluss ist optional und unterstützt den Sperrvorgang des Schlingbands bei antreibendem Startergenerator. b. ) wenn sich das Schlingband in entlastetem Zustand (mit Radialspiel) außer Reibeingriff mit dessen Reibkontaktpartnern an der Nabe und an der Riemenscheibe befindet, dann tordiert der Formschluss das Schlingband bei antreibendem Startergenerator zweckmäßigerweise in dessen Schlingrichtung, um das Schlingband zuverlässig in den zum Sperrvorgang führenden Reibeingriff mit dessen Reibkontaktpartnern zu bringen. Ein auch in dazu entgegen gesetzter Relativdrehrichtung wirkender Formschluss ist optional und erhöht die Sicherheit des Schlingbands gegen ungewolltes Sperren des Schlingbands bei den entkoppelnden Relativverdrehungen der antreibenden Riemenscheibe gegenüber der Nabe.
Das Radialspiel vereinfacht den Einbau des Schlingbands in erheblichem Maße, da das Schlingband kraftfrei oder zumindest kraftarm über bzw. in dessen Reibkontaktpartner axial montierbar ist. Der in Schlingrichtung wirkende Formschluss ermöglicht es, das Schlingband im Anschluss an dessen axiale Montage in Schlingrichtung vorzuspannen, um den drehmo- mentfreien Übergangswinkel des Riemenscheibenentkopplers bei dessen Lastwechseln zwischen angetriebenem Startergenerator - die Entkopplerfeder ist gerade weitestgehend oder vollständig entspannt und das Schlingband sperrt noch nicht - und antreibendem Startergenerator - das Schlingband beginnt zu sperren - zu minimieren. In einer dazu alternativen Drehmomentkennung von Entkopplerfeder und Schlingband kann ein vergleichsweise großer Übergangswinkel in dem genannten Lastwechselbereich des Riemenscheibenentkopplers erforderlich sein.
Die Entkopplerfeder ist vorzugsweise eine sich in Achsrichtung des Riemenscheibenentkopp- lers erstreckende Schraubendrehfeder mit schenkellosen Federenden, die bei angetriebenem Startergenerator das Antriebsmoment von der Stufe eines axial rampenförmig ansteigenden Federtellers der Riemenscheibe auf die Stufe eines axial rampenförmig ansteigenden Federtellers der Nabe übertragen. Der Drehmomentverlauf während des Sperrvorgangs des Schlingbands kann ferner dadurch beeinflusst werden, dass das Schlingband in einem mittleren Abschnitt, der gegen die Riemenscheibe und gegen die Nabe schlingt, einen gegenüber den Schlingbandenden verschiedenen Durchmesser hat, wobei der Durchmesser des mittleren Abschnitts entweder
a.) größer ist, falls das Schlingband die Entkopplerfeder umschließt, oder
b.) kleiner ist, falls die Entkopplerfeder das Schlingband umschließt.
Das sich in Axialrichtung verändernde Radialspiel zwischen dem Schlingband und dessen Reibkontaktpartnern führt in beiden Fällen zu einer progressiven Drehmoment-Kennlinie mit dementsprechend„weichem" Eingriff, da die einzelnen Windungen des Schlingbands nicht gleichzeitig, sondern sukzessive mit den Reibkontaktpartnern in Eingriff kommen. Im Fall a.) hat der Wickelkörper des Schlingbands eine bauchige Form und im Fall b.) eine mittig eingeschnürte Form.
Der sukzessive Eingriff des Schlingbands kann alternativ oder ergänzend auch durch eine nicht-zylindrische Formgebung der Reibkontaktpartner erzielt werden. Wenn sich das Schlingband im entspannten Zustand befindet, soll die Radialspieldifferenz zwischen der engsten Stelle zwischen Schlingband und Reibkontaktpartner und der weitesten Stelle zwischen Schlingband und Reibkontaktpartner bis zu etwa 1 mm betragen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Riemenschei- benentkoppler für einen Startergenerator- Riementrieb einer Brennkraftmaschine dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 den ersten Riemenscheibenentkoppler in perspektivischem Längsschnitt;
Figur 2den ersten Riemenscheibenentkoppler in perspektivisch explodierter Darstellung; Figur 3das Schlingband gemäß Figur 2 in vergrößerter Einzelteildarstellung; Figur 4die Riemenscheibe des ersten Riemenscheibenentkopplers in perspektivischer Einzelteildarstellung;
Figur 5die Nabe des ersten Riemenscheibenentkopplers in perspektivischer Einzelteildarstel- lung;
Figur 6die Drehmomentkennung der Riemenscheibenentkoppler in schematischer Diagrammdarstellung; Figur 7 den zweiten Riemenscheibenentkoppler in perspektivischem Längsschnitt;
Figur 8das Schlingband des zweiten Riemenscheibenentkopplers in perspektivischer Einzelteildarstellung. Die Figuren 1 und 2 zeigen den ersten Riemenscheibenentkoppler 1 im Längsschnitt bzw. als 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 Figur 2 eingezeichneten Drehrichtung angetrieben. Die Riemenscheibe 2 ist drehbar auf einer Nabe 4 gelagert, die fest mit der Generatorwelle eines Startergenerators verschraubt wird. Hierzu hat die Nabe 4 im Mittelabschnitt 5 ein nicht dargestelltes Innengewinde und am generatorfernen, vorderen Endabschnitt einen Innenvielzahn 6 als Eingriffskontur für das Schraubwerkzeug. Die Lagerung der Riemenscheibe 2 auf der Nabe 4 erfolgt am generator- seitigen 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 Kugellager. Das Gleitlager 8 ist ein geschlitzter Radiallagerring aus Polyamid, der mit dem Innenumfang der Riemenscheibe 2 in unmittelbarem Gleitkontakt steht. Die Riemenscheibe 4 hat am generatorfernen Ende eine Umfangsnut 9, in die nach dem Verschrauben des Riemenscheibenentkopplers 1 auf die Generatorwelle eine Schutzkappe 10 eingeschnappt wird. Die für die Funktion des Riemenscheibenentkopplers 1 wesentlichen Komponenten sind eine Entkopplerfeder 11 und ein als Sperre dienendes Schlingband 12. Die Wickelkörper der als Schraubendrehfeder ausgebildeten Entkopplerfeder 1 1 und des Schlingbands 12 erstrecken sich in und vorliegend konzentrisch zur Achsrichtung des Riemenscheibenentkopplers 1 , wobei in diesem ersten Ausführungsbeispiel die Entkopplerfeder 1 1 das Schlingband 12 um- schließt. Im gesperrten Zustand ist der Wickelkörper des Schlingbands 12 eingeschnürt und befindet sich mit dessen Innenumfang in Drehmoment übertragendem Haftreibungskontakt mit Reibkontaktpartnern der Riemenscheibe 2 und der Nabe 4. Bei den Reibkontaktpartnern handelt es sich um den Außenmantel 13 eines zylindrischen Vorsprungs 14 der Riemenscheibe 2 einerseits und einen Außenmantel 15 der Nabe 4 andererseits.
Wie es in Zusammenschau mit den Figuren 4 und 5 hervorgeht, liegt die Entkopplerfeder 11 mit schenkellosen Federenden 16 und 17 an einem Federteller 18 der Riemenscheibe 2 einerseits und einem Federteller 19 der Nabe 4 andererseits an. Beide Federteller 18, 19 steigen axial rampenförmig an, wobei die Federenden 16, 17 stirnseitig zwischen den durch die axiale Rampenform der Federteller 18, 19 gebildeten Stufen 20 und 21 eingespannt sind. Das Schlingband 12 ist im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe 2 und der Nabe 4 parallel zur Entkopplerfeder 1 1 geschaltet und hat Schlingbandenden 22 und 23, die in Achsrichtung des Riemenscheibenentkopplers 1 abgewinkelt sind und formschlüssig in Aussparungen 24 und 25 der Riemenscheibe 2 bzw. der Nabe 4 eingreifen. Bei beiden Aussparun- gen 24, 25 handelt es sich um Durchstellungen in den Federtellern 18 ,19 am Grund der jeweiligen Stufe 20, 21 , wobei die nabenseitige Aussparung 25 auch in Figur 1 sichtbar ist.
Aufgrund des Eingriffs der Schlingbandenden 22, 23 in die Aussparungen 24, 25 wirkt der Formschluss vorliegend in beide Relativdrehrichtungen von Riemenscheibe 2 zu Nabe 4, so dass das Schlingband 12 über die Schlingbandenden 22, 23 sowohl in die (sperrende) Schlingrichtung tordiert und dabei zusammengeschnürt wird als auch entgegen der
Schlingrichtung tordiert und dabei im Durchmesser aufgeweitet wird. Die das zugehörige Sperrmoment bzw. Öffnungsmoment erzeugenden Kräftepaare sind in Figur 3 verdeutlicht, wobei das jeweils an den Schlingbandenden 22, 23 mit schwarzen Pfeilen eingezeichnete Kräftepaar das Sperrmoment erzeugt und wobei das dazu entgegen gerichtete und mit weißen Pfeilen eingezeichnete Kräftepaar das Öffnungsmoment erzeugt.
Im unbelasteten Zustand ist der Innendurchmesser des Schlingbands 12 größer als der Außendurchmesser des zylindrischen Vorsprungs 14 und der Außendurchmesser des Außen- mantels 15, um das Schlingband 12 axial kraftarm über dessen Reibkontaktpartner montieren zu können. Die umfängliche Relativpositionierung der Schlingbandenden 22, 23, der Aussparungen 24, 25, der Stufen 20, 21 und der Federenden 16, 17 ist derart, dass sich das montierte Schlingband 12 unter Vorspannung in Sperrrichtung befindet, um das Radialspiel gegenüber den Reibkontaktpartnern zu reduzieren und ggfls. zu eliminieren. Als Reaktion auf diese Vorspannung spannt das Schlingband 12 die Stufen 20, 21 gegen die Federenden 16, 17, wenn kein äußeres Drehmoment auf den Riemenscheibenentkoppler 1 wirkt.
Die zugehörigen Drehmomente sind in Figur 6 schematisch dargestellt, wobei die durchgezo- gene Linie das Drehmoment der Entkopplerfeder 1 1 und die gestrichelte Linie das Drehmoment des Schlingbands 12 jeweils in Abhängigkeit des relativen Drehwinkels von Riemenscheibe 2 zu Nabe 4 zeigen. Die in Sperrrichtung wirkende Vorspannung des Schlingbands 12 ist an dem Offset der Drehmomente gegenüber dem Koordinatenursprung erkennbar und bewirkt bei negativer Relativverdrehung eine im wesentlichen sofort einsetzende Sperrwirkung des Schlingbands 12, wenn der Startergenerator im Übergang zum elektromotorischen Betrieb mit dem Antreiben beginnt. Der dabei steil ins Negative abfallende Drehmomentverlauf des Schlingbands 12 ist charakteristisch für dessen Sperrwirkung, bei der die Riemenscheibe 2 drehsteif gegen die Nabe 4 geschlungen wird. Die Entkopplerfeder 1 1 ist in diesem Betriebsmodus drehmomentfrei.
Bei angetriebenem Startergenerator befindet sich der Riemenscheibenentkoppler 1 im Betriebsbereich positiver Relativdrehwinkel. Dabei steigt das Drehmoment der Entkopplerfeder 11 aufgrund ihrer relativ großen Steifigkeit steiler an als sich das ebenfalls in Öffnungsrichtung aufweitende Schlingband 12.
Bei nicht dargestellten Alternativausführungen kann der Formschluss zwischen Riemenscheibe, Nabe und Schlingband umfänglich unidirektional wirken. Falls einerseits das unbelastete Schlingband - wie im dargestellten Ausführungsbeispiel - mit Radialspiel gegenüber den Reibkontaktpartnern montiert wird, dann kann das in Öffnungsrichtung wirkende (weiße) Kräfte- paar gemäß Figur 3 entfallen. Denn in diesem Fall ist das Risiko eines unkontrollierten Sperrens des Schlingbands klein. Falls anderseits das unbelastete Schlingband mit nur geringem oder insbesondere ohne Radialspiel gegenüber den Reibkontaktpartnern montiert wird, dann kann das in Schließrichtung wirkende (schwarze) Kräftepaar gemäß Figur 3 entfallen. Denn in diesem Fall gelangt das Schlingband bereits durch den Reibkontakt in sperrenden Eingriff, so dass auf die Vorspannung des Schlingbands in Schließrichtung verzichtet werden kann.
Zur Funktionsweise des Riemenscheibenentkopplers:
1.) Der Startergenerator befindet sich im generatorischen Betrieb und wird folglich vom Riemen in der Drehrichtung gemäß Figur 1 angetrieben. Dabei wird das Antriebsmo- ment des Riemens via Außenmantel 3 der Riemenscheibe 2 - Stufe 20 des Federtellers 18 der Riemenscheibe 2 - Federende 16 der Entkopplerfeder 1 1 - Entkopplerfeder 1 1 - Federende 17 der Entkopplerfeder 1 1 - Stufe 21 des Federtellers 19 der Nabe 4 - Nabe 4 auf die Generatorwelle übertragen. Die Elastizität der Entkopplerfeder 11 kompensiert die Übertragung der Drehschwingungen des Riemens auf die Generatorwelle. Bei negativen Relativdrehwinkeln von Riemenscheibe 2 zu Nabe 4 wird ein Sperren infolge eines unkontrollierten Reibeingriffs des Schlingbands 12 durch dessen formschlüssig erzeugte Aufweitung gegenüber dessen Reibkontaktpartnern verhindert.
2.) Der Startergenerator befindet sich im elektromotorischen Betrieb und treibt folglich den Riemen ebenfalls in der Drehrichtung gemäß Figur 1 an. Dabei wird das Antriebsmoment der Generatorwelle via Nabe 4 - Außenmantel 15 der Nabe 4 - Innenumfang des sperrenden Schlingbands 12 - zylindrischer Vorsprung 14 der Riemenscheibe 2 - Außenmantel 3 der Riemenscheibe 2 auf den Riemen übertragen.
Figur 7 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenscheibenent- kopplers 1 '. Dieser unterscheidet sich bei ansonsten gleicher Funktionalität von dem zuvor erläuterten Riemenscheibenentkoppler 1 zunächst durch die radial vertauschte Anordnung von Schlingband 12' und Entkopplerfeder 1 1 ', die in diesem Fall vom Schlingband 12' umschlossen ist. Dementsprechend sind die Wickelrichtungen von Schlingband 12, 12' und Entkopplerfeder 1 1 , 11 ' bei dem ersten Riemenscheibenentkoppler 1 gleich und bei dem zweiten Riemenscheibenentkoppler 1 ' gegensätzlich. Im gesperrten Zustand ist der Wickelkörper des Schlingbands 12' aufgeweitet und befindet sich mit dessen Außenumfang in Drehmoment übertragendem Haftreibungskontakt mit dem Innenmantel 26 einer in der Riemenscheibe 2' eingepressten Hülse 27 einerseits und mit dem Innenmantel 28 eines zylindrischen Vorsprungs 29 der Nabe 4' andererseits. Die Hülse 27 vereinfacht die Herstellung der Riemenscheibe 2', die mit einem im wesentlichen konstanten Innendurchmesser einer aufwandsarmen Drehbearbeitung zugänglich ist. Ein weiterer Unterschied besteht in der nicht-zylindrischen, bauchigen Formgebung des
Schlingbands 12', dessen Wickelkörper einen mittleren Abschnitt 30' aufweist, der einen gegenüber den Schlingbandenden 22', 23' größeren Durchmesser hat. Der größte Durchmesser befindet sich an der axialen Trennfuge zwischen dem Vorsprung 29 der Nabe 4' und der Hülse 27, so dass das Radialspiel zwischen diesen Reibkontaktpartnern und dem nicht sperren- den Schlingband 12' zu den Schlingbandenden 22', 23' hin zunimmt, vorliegend von etwa 0,2 mm auf 1 mm. Dies bewirkt, dass die Sperrwirkung des Reibkontakts vom mittleren Abschnitt 30' des Schlingbands 12' ausgeht und sich mit sukzessiv bis zu den Schlingbandenden 22', 23' aufweitendem Schlingband 12' erhöht. Das sich axial verändernde Radialspiel zwischen dem Schlingband 12' und dessen Reibkontaktpartnern ermöglicht es, den Drehmomentverlauf bei einsetzender Sperrwirkung des Schlingbands 12' dahingehend zu beeinflussen, dass der Riemenscheibenentkoppler 1 ' mit einem mehr oder weniger großen Drehmomentgradienten „hart" bzw.„sanft" in den gesperrten Betriebszustand übergeht. Die so angepasste Drehmomentcharakteristik lässt sich bei dem ersten Riemenscheibenentkoppler 1 ebenso verwirklichen. Bei zylindrischen Reibkontaktpartnern wäre dabei das Schlingband 12 in dessen mittle- rem Abschnitt 30 im Durchmesser eingeschnürt.
Bezugszeichenliste
Riemenscheibenentkoppler
Riemenscheibe
Außenmantel der Riemenscheibe
Nabe
Mittelabschnitt der Nabe
Innenvielzahn
Wälzlager
Gleitlager
Umfangsnut
Schutzkappe
Entkopplerfeder
Schlingband
Außenmantel (zylindrischer Vorsprung der Riemenscheibe) zylindrischer Vorsprung der Riemenscheibe
Außenmantel der Nabe
Federende (seitens Riemenscheibe)
Federende (seitens Nabe)
Federteller (seitens Riemenscheibe)
Federteller (seitens Nabe)
Stufe (seitens Riemenscheibe)
Stufe (seitens Nabe)
Schlingbandende (seitens Riemenscheibe)
Schlingbandende (seitens Nabe)
Aussparung (seitens Riemenscheibe)
Aussparung (seitens Nabe)
Innenmantel der Hülse
Hülse
Innenmantel (zylindrischer Vorsprung)
zylindrischer Vorsprung
mittlerer Abschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Riemenscheibenentkoppler (1 , 1 ') zur Antriebsmomentübertragung zwischen dem Riemen eines Startergenerator-Riementriebs und dem Startergenerator, umfassend:
- eine Riemenscheibe (2),
- eine auf der Generatorwelle des Startergenerators zu befestigende Nabe (4, 4'),
- eine Entkopplerfeder (1 1 , 11 '), die bei angetriebenem Startergenerator das Antriebsmoment des Riemens von der Riemenscheibe (2) auf die Nabe (4, 4') über- trägt,
- und eine Sperre, die bei antreibendem Startergenerator das Antriebsmoment der Generatorwelle von der Nabe (4, 4') auf die Riemenscheibe (2) überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperre durch ein Schlingband (12, 12') gebildet ist, das im Antriebsmomentfluss zwischen der Riemenscheibe (2) und der Nabe (4, 4') parallel zur Entkopplerfeder (1 1 , 11 ') geschaltet ist und bei antreibendem Startergenerator die Riemenscheibe (2) drehsteif gegen die Nabe (4, 4') schlingt.
2. Riemenscheibenentkoppler (1 , 1 ') nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schlingband (12, 12') über Formschluss der Schlingbandenden (22, 22', 23, 23') mit der Riemenscheibe (2) einerseits und der Nabe (4, 4') andererseits in Eingriff ist.
3. Riemenscheibenentkoppler (1 , 1 ') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlingband (12, 12') in Achsrichtung des Riemenscheibenentkopplers (1 , 1 ') abgewinkelte Schlingbandenden (22, 22', 23, 23') aufweist, die formschlüssig in Ausspa- rungen (24, 25) der Riemenscheibe (2) und der Nabe (4, 4') eingreifen.
4. Riemenscheibenentkoppler (1 , 1 ') nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlingband (12, 12') mit der Riemenscheibe (2) und der Nabe (4, 4') derart in Eingriff ist, dass die Riemenscheibe (2) bei angetriebenem Startergenerator das Schlingband (12, 12') entgegen dessen Schlingrichtung tordiert.
5. Riemenscheibenentkoppler (1 , 1 ') nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlingband (12, 12') über den Formschluss der Schlingbandenden (22, 22', 23, 23') sowohl entgegen als auch in dessen Schlingrichtung tor- diert.
6. Riemenscheibenentkoppler (1 , 1 ') nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlingband (12, 12') über den Formschluss der Schlingbandenden (22, 22', 23, 23') mit Vorspannung in Schlingrichtung tordiert im Riemenscheibenentkoppler (1 , 1 ') montiert ist.
7. Riemenscheibenentkoppler (1 , 1 ') nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplerfeder (1 1 , 11 ') eine sich in Achsrichtung des Riemenscheibenentkopplers (1 , 1 ') erstreckende Schraubendrehfeder mit schenkellosen Federenden (16, 17) ist, die bei angetriebenem Startergenerator das Antriebsmoment von der Stufe (20) eines axial rampenförmig ansteigenden Federtellers (18) der Riemenscheibe (2) auf die Stufe (21) eines axial rampenförmig ansteigenden Federtellers (19) der Nabe (4, 4') übertragen.
8. Riemenscheibenentkoppler (1 ') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlingband (12') in einem mittleren Abschnitt, der gegen die Riemenscheibe (2) und gegen die Nabe (4') schlingt, einen gegenüber den Schlingbandenden (22', 23') verschiedenen Durchmesser hat, wobei der Durchmesser des mittleren Abschnitts entweder
a. ) größer ist, falls das Schlingband (12') die Entkopplerfeder (1 1 ') umschließt, oder
b. ) kleiner ist, falls die Entkopplerfeder das Schlingband umschließt.
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