Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibenentkoppler zur Drehmomentübertragung zwi schen dem Riemen eines Riementriebs und einer damit in Antriebsverbindung stehenden Welle, aufweisend:

- eine an der Welle zu befestigende Nabe,

- eine auf der Nabe um die Drehachse des Riemenscheibenentkopplers drehbar gela gerte Riemenscheibe,

- eine im Drehmomentfluss zwischen der Riemenscheibe und der Nabe angeordnete Schraubendrehfeder mit angeschliffenen Federenden,

- einen im Drehmomentfluss seitens der Riemenscheibe verlaufenden ersten Federteller mit einer axialen Federanlage für das eine Federende, dessen umfängliche Stirnfläche mit einem Drehanschlag des ersten Federtellers in das Drehmoment übertragendem Kontakt steht, - und einen mit der Nabe drehfesten zweiten Federteller mit einer axialen Federanlage für das andere Federende, dessen umfängliche Stirnfläche mit einem Drehanschlag des zweiten Federtellers in das Drehmoment übertragendem Kontakt steht.

Riemenscheibenentkoppler, die im Englischen üblicherweise als Decoupler oder Isolator bezeichnet sind, finden sich insbesondere im Nebenaggregate-Riementrieb eines Ver brennungsmotors, um die von dessen Kurbelwelle in den Riementrieb eingeleiteten Dreh schwingungen und -Ungleichförmigkeiten zu kompensieren. Die Kompensation erfolgt durch die entkoppelnde Wirkung der Schraubendrehfeder, die je nach Ausführung des Riemenscheibenentkopplers das Drehmoment von der Riemenscheibe auf die Nabe und/oder von der Nabe auf die Riemenscheibe elastisch überträgt. Zu den bekannten Ausführungen zählen:

- Riemenscheibenentkoppler, die drehfest mit der Kurbelwelle verbunden sind und Drehmoment von der Kurbelwelle auf den Riemen übertragen. Sie weisen eine Ein- wegkupplung auf, die im geöffneten Zustand das Überholen des Riemens gegenüber der Kurbelwelle zulässt. Ein derartiger Riemenscheibenentkoppler ist beispielsweise aus der DE 102015202043 A1 und der WO 2004/011818 A1 bekannt.

- Riemenscheibenentkoppler, die drehfest mit der Welle eines Generators verbunden sind und Drehmoment vom Riemen auf die Generatorwelle übertragen. Sie weisen ei ne mit der Schraubendrehfeder in Reihe geschaltete Einwegkupplung auf, die im ge- öffneten Zustand das Überholen der Generatorwelle gegenüber dem Riemen zulassen. Ein derartiger Riemenscheibenentkoppler ist ebenfalls aus der DE 102015202 043 A1 und außerdem aus der US 9,759,274 B2 und der US RE45.156 E bekannt. Ein gat tungsgemäßer Riemenscheibenentkoppler mit einer Schraubendrehfeder, deren Fe- derenden offensichtlich angeschliffen sind, geht aus der DE 10 2017 004 974 A1 her vor.

- Riemenscheibenentkoppler, die drehfest mit der Welle eines Startergenerators verbun den sind und je nach Betriebsmodus des Startergenerators Drehmoment vom Riemen auf die Generatorwelle oder mit umgekehrtem Drehsinn Drehmoment von der Genera torwelle auf den Riemen übertragen. Ein derartiger Riemenscheibenentkoppler ist bei spielsweise aus der DE 102016211 141 A1 und der EP 1 730425 B1 bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Betriebsverhalten eines Rie- menscheibenentkopplers der eingangs genannten Art konstruktiv zu verbessern.

Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll die Nabe eine Unwucht haben, die eine aus dem Anschliff der Federenden resultierende Un wucht der Schraubendrehfeder derart kompensiert, dass bei drehmomentfreier Schrau- bendrehfeder für die Federunwucht Us und die Nabenunwucht üb die Beziehung gilt:

|Üs + Üb| < |Üs|

Erfindungsgemäß wird also die mit dem Anschliff der Federenden einhergehende Un wucht der Schraubendrehfeder und damit des Riemenscheibenentkopplers dadurch redu ziert (und idealerweise eliminiert), dass die Nabe ebenfalls eine Unwucht aufweist. Dabei ist der Unwuchtsvektor der Nabe hinsichtlich Betrag und Richtung so auf den Unwuchts vektor der Schraubendrehfeder abgestimmt, dass der Betrag der addierten Vektoren Os und Ob kleiner als der Betrag der Federunwucht Us ist und folglich die Unwucht des so ausgewuchteten Riemenscheibenentkopplers deutlich reduziert ist. Der ausgewuchtete Riemenscheibenentkoppler weist ein deutlich verbessertes Schwin gungsverhalten auf, das insbesondere im betrieblichen Anwendungsfall mit vergleichs weise hoher Generatordrehzahl zu deutlich niedrigeren Belastungen der Generatorlage rung führt. Die Nabenunwucht Ub kann grundsätzlich von jeder Stelle der Nabe ausgehen. Eine be vorzugte Stelle ist jedoch der mit der Nabe drehfeste Federteller, dessen Durchmesser gegenüber dem übrigen Rohrabschnitt der Nabe vergleichsweise groß ist, so dass eine ungleichmäßige Massenverteilung des Federtellers mit einer dementsprechend großen Unwuchtwirkung einhergeht. Eine besonders bevorzugte Stelle ist dabei die axiale Feder anlage, die bei geeigneter Formgebung ein besonders erfolgreiches Auswuchtergebnis ermöglicht.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele für einen erfindungsgemäßen Rie- menscheibenentkoppler zum Anbau an den Generator eines Nebenaggregate- Riementrieb einer Brennkraftmaschine dargestellt sind. Es zeigen.

Figur 1 den Riementrieb in schematischer Darstellung;

Figur 2 den Riemenscheibenentkoppler in perspektivisch explodierter Darstellung;

Figur 3 eine schematische Draufsicht auf die Schraubendrehfeder des Riemenschei- benentkopplers;

Figuren 4 jeweils in schematischer Darstellung die Rampenform der axialen Federanla ge am zweiten Federteller: a) ununterbrochene Rampenform gemäß Stand der Technik, b) unterbrochene Rampenform mit drei Kreisringstücken und c) unterbrochene Rampenform mit zwei Kreisringstücken;

Figur 5 die Unwuchten der Schraubendrehfeder und der Naben mit den Rampenfor men gemäß Figur 4 in Vektordarstellung;

Figuren 6 die Unwuchtpaare mit den Rampenformen a), b) und c) gemäß den Figuren 4 und 5 als Vektoraddition;

Figur 7 eine erste perspektivische Draufsicht auf den Federteller gemäß Figur 4b;

Figur 8 eine zweite perspektivische Draufsicht auf den Federteller gemäß Figur 4b;

Figur 9 eine dritte perspektivische Draufsicht auf den Federteller gemäß Figur 4b; Figur 10 die axiale Federanlage des Federtellers gemäß den Figuren 7 bis 9 mit Be maßung. Der erfindungsgemäße Riemenscheibenentkoppler 1 ist gemäß Figur 1 auf dem Genera tor 2 eines Riementriebs einer Brennkraftmaschine angeordnet. Der von der Riemen scheibe 3 der Kurbelwelle angetriebene Riemen 4 umschlingt die Riemenscheibe 5 des Riemenscheibenentkopplers 1, die Riemenscheibe 6 eines Klimakompressors und eine Umlenkrolle 7. Das Vorspannen des Riemens 4 erfolgt mittels eines Riemenspanners 8.

Die Figuren 2 und 7 bis 9 zeigen den Riemenscheibenentkoppler 1 in explodierter Darstel lung bzw. eine erfindungsgemäße Nabe 9 als Einzelteil. Die Riemenscheibe 5, deren vom Riemen 4 umschlungene Außenmantelfläche der Poly-V-Form des Riemens 4 entspre chend profiliert ist, wird vom Riemen 4 in der in Figur 2 eingezeichneten Drehrichtung angetrieben. Die Riemenscheibe 5 ist hohlzylindrisch und um die Drehachse 10 des Rie menscheibenentkopplers 1 drehbar auf der Nabe 9 gelagert, die fest mit der Welle des Generators 2 verschraubt wird. Hierzu hat die Nabe 9 im Mittelabschnitt ein Innengewinde 11 und am generatorfernen, vorderen Endabschnitt einen Innenvielzahn 12 als Eingriffs kontur für das Schraubwerkzeug. Die Lagerung der Riemenscheibe 5 auf der Nabe 9 er- folgt am generatorseitigen Ende radial und axial mittels eines Wälzlagers und am genera torfernen Ende radial mittels eines Gleitlagers. Das Wälzlager ist ein einreihiges und beid seitig abgedichtetes Kugellager 13, und das Gleitlager ist ein Radiallagerring 14 aus Poly amid, der mit dem Innendurchmesser der Riemenscheibe 5 in unmittelbarem Gleitkontakt steht.

Die Riemenscheibe 5 hat am generatorfernen Ende eine im Durchmesser gestufte Erwei terung, in die nach dem Verschrauben der Nabe 9 auf die Generatorwelle eine Schutz kappe 15 eingeschnappt wird. Die für die Funktion des Riemenscheibenentkopplers 1 wesentlichen Komponenten sind eine als Schlingband 16 ausgebildete Einwegkupplung und eine Schraubendrehfeder 17, die bezüglich des Drehmomentflusses von der Riemenscheibe 5 auf die Nabe 9 mit dem Schlingband 16 in Reihe geschaltet ist. Das Schlingband 16 und die Schraubendrehfeder 17 erstrecken sich koaxial zueinander in Richtung der Drehachse 10, wobei das Schling- band 16 radial zwischen der Riemenscheibe 5 und der Schraubendrehfeder 17 angeord net ist und folglich die Schraubendrehfeder 17 umschließt. Das Schlingband 16 befindet sich im geschlossenen Kupplungszustand, wenn die Schraubendrehfeder 17 Drehmoment in einem ersten Drehsinn gemäß der eingezeichne ten Pfeilrichtung von der Riemenscheibe 5 auf die Nabe 9 überträgt. Dabei werden Dreh- Schwingungen der Riemenscheibe 5 infolge der entkoppelnden Elastizität der Schrauben drehfeder 17 in stark geglättetem Umfang auf die Nabe 9 übertragen. Sowohl das rechts gewickelte Schlingband 16 als auch die links gewickelte Schraubendrehfeder 17 haben beidseitig schenkellose Enden, die das Schlingband 16 bzw. die Schraubendrehfeder 17 bei der Übertragung des Drehmoments auf die Generatorwelle in Wickelöffnungsrichtung belasten und dabei radial aufweiten. Dabei verspannt sich das im Drehmomentfluss sei tens der Riemenscheibe 5 verlaufende erste Schlingbandende gegen die Innenmantelflä che einer zylindrischen Antriebshülse 18, die in der Riemenscheibe 5 mittels eines Press verbands drehbefestigt ist. Das im Drehmomentfluss seitens der Schraubendrehfeder 17 verlaufende zweite Schlingbandende verspannt sich gegen die Innenmantelfläche einer Mitnehmerhülse 19, die gegenüber der Riemenscheibe 5 und der Nabe 9 um die Dreh achse 10 drehbar in der Antriebshülse 18 gelagert ist. Die Mitnehmerhülse 19 ist mit ei nem Boden 20 als einstückiges Blechumformteil hergestellt und rotiert im wesentlichen unwuchtfrei. Die Schraubendrehfeder 17 liegt axial mit deren Federenden 21 an Federtellern 22 und 23 an. Der antriebseitige, d.h. der im Drehmomentfluss seitens der Riemenscheibe 5 ver laufende erste Federteller 22 ist durch den Boden 20 gebildet. Der abtriebseitige, d.h. der im Drehmomentfluss seitens der Nabe 9 verlaufende zweite Federteller 23 ist drehfest mit der Nabe 9 verbunden und vorliegend drehfester Teil der Nabe 9.

Die Federteller 22, 23 haben der axial stirnseitigen Kontur der Schraubendrehfeder 17 entsprechend axial rampenförmig ansteigende und an umfänglichen Drehanschlägen zu rückspringende Federanlagen. Die axiale Federanlage der Mitnehmerhülse 19 ist durch mehrere in den Boden 20 eingeformte Vorsprünge 24 und 25 gebildet, von denen der höchste Vorsprung 25 den Drehanschlag des ersten Federtellers 22 bildet. Der Drehan schlag 26 des zweiten Federtellers 23 ist den Figuren 7 bis 9 entnehmbar. Die auf die Mitnehmerhülse 19 wirkenden Axialkräfte der Schraubendrehfeder 17 werden über einen Gleitlagerring 27 am Innenring des Kugellagers 13 abgestützt. Die Einleitung des auf die Generatorwelle übertragenen Drehmoments in die Schrauben drehfeder 17 erfolgt antriebseitig über den Druckkontakt des Drehanschlags 25 an der Mitnehmerhülse 19 mit der umfänglichen Stirnfläche 28 des einen Federendes 21. Die abtriebseitige Drehmomentübertragung erfolgt über den Druckkontakt der umfänglichen Stirnfläche 28 des anderen Federendes 21 mit dem Drehanschlag 26 des zweiten Feder tellers 23.

Im geöffneten Kupplungszustand rutscht das Schlingband 16 in der Antriebshülse 18 und/oder in der Mitnehmerhülse 19 durch und ermöglicht ein Überholen der (trägen) Ge neratorwelle und der darauf befestigten Nabe 9 gegenüber der Riemenscheibe 5. Das der Gleitreibung zwischen den beiden durchrutschenden Kontaktpartnern entsprechende Schleppmoment wird durch die Schraubendrehfeder 17 von der Nabe 9 auf die Riemen scheibe 5 in einem zweiten Drehsinn übertragen, der dem ersten Drehsinn entgegen ge richtet ist. Das Schleppmoment beaufschlagt daher die Federenden 21 im Sinne einer sich umfänglich von den zugehörigen Drehanschlägen 25, 26 beabstandenden Relativ verdrehung ihrer umfänglichen Stirnflächen 28. Dieser unerwünschte Rampenhochlauf der Schraubendrehfeder 17 wird formschlüssig dadurch verhindert, dass beide Federteller 22, 23 im Bereich ihrer axialen Federanlagen mit Vorsprüngen 29 versehen sind (s. Figur 8), die in jeweils zugehörige Aussparungen 30 der Schraubendrehfeder 17 eingreifen.

Figur 3 zeigt die Schraubendrehfeder 17 in einer schematischen Draufsicht auf die ange- schliffenen Federenden 21. Der für die Federvorder- und rückseite jeweils schraffiert dar gestellte Anschliff 31 ist bekanntlich so, dass die axialen Stirnflächen der Federenden 21 im angeschliffenen Umfangsbereich in einer zur Drehachse 10 senkrechten Ebene verlau fen. Die Windungsanzahl der Schraubendrehfeder 17 ist ganzzahlig, und das Anschleifen der Federenden 21 geht mit lokalen Massenreduzierungen einher, die jeweils durch einen weißen Kreis symbolisiert sind. Die dementsprechend exzentrische Lage des Federmas senschwerpunkts 32 und die damit einhergehende Federunwucht Os sind durch den schwarzen Kreis bzw. den davon ausgehenden Unwuchtvektor symbolisiert. Diese Be trachtung gilt auch bei den nachfolgenden Ausführungen stets für die drehmomentfreie, d.h. betrieblich nicht tordierte Schraubendrehfeder 17.

Das Auswuchten des Riemenscheibenentkopplers 1 erfolgt erfindungsgemäß mit einer an der Nabe 9 angebrachten Unwucht, die die Federunwucht Os so (teilweise) kompensiert, dass die resultierende Unwucht kleiner als eine maximal zulässige Unwucht des Riemen scheibenentkopplers 1 ist. Die zulässige Unwucht beträgt typischerweise 40 gmm. Die in den Figuren 4 mit Ob eingezeichnete Nabenunwucht wird in den nachfolgend erläu terten Ausführungsbeispielen durch die Formgebung des zweiten Federtellers 23 und konkret durch die Formgebung der axialen Federanlage erzeugt. Die Figuren 4 zeigen jeweils die Federanlage schematisch als Kreisring, wobei Figur 4a eine im Wesentlichen aus der DE 10 2015202 043 A1 oder der US RE45.156 E bekannte Federanlage und die Figuren 4b und 4c die Federanlagen erfindungsgemäß auswuchtender Federteller 23 re präsentieren. Die Federanlagen sind jeweils - ausgehend vom Drehanschlag 26 - bis zu einem Umfangswinkel von 111° (s. Figur 10) entsprechend dem angeschliffenen Feder ende 21 axial rampenfrei und steigen im Umfangsbereich zwischen 111° und 360° ent- sprechend den ungeschliffenen Federwindungen axial rampenförmig um das in Figur 9 eingezeichnete Axialmaß des Drehanschlags 26 an.

Figur 4a: die axiale Federanlage ist über dem gesamten Umfang des Kreisrings ununter brochen.

Figur 4b: die axiale Federanlage ist im axial rampenförmigen Umfangsbereich zwischen 111° und 360° durch zwei Ausnehmungen 33 und 34 unterbrochen, die die Schrauben drehfeder 17 freitragend überspannt. Der Boden der Ausnehmungen 33, 34 befindet sich in einer Ebene mit dem axial rampenfreien Umfangsbereich zwischen 0° und 111°. Die Form der Ausnehmungen 33, 34 ist derart, dass die axial rampenförmig ansteigende Fe deranlage drei umfänglich um die Ausnehmungen 33, 34 beabstandete Kreisringstücke 35, 36 und 37 umfasst. Die aus den Ausnehmungen 33, 34 resultierende Nabenunwucht Ub ist gegenüber dem Unwuchtvektor gemäß Figur 4a deutlich kleiner und zum Drehan schlag 26 hin verdreht.

Figur 4c: die axiale Federanlage ist im axial rampenförmigen Umfangsbereich zwischen 111° und 360° durch lediglich eine Ausnehmung 33 unterbrochen. Die daraus resultieren- de Nabenunwucht Ub ist gegenüber dem Unwuchtvektor gemäß Figur 4b geringfügig kleiner und noch weiter zum Drehanschlag 26 hin verdreht.

Die Figuren 5 und 6 veranschaulichen die erfindungsgemäße Reduzierung der auf dem Federanschliff beruhenden Unwucht des Riemenscheibenentkopplers 1 mit Hilfe einer grafischen Vektordarstellung der Unwuchten Us, üb bzw. jeweils deren Summe ds + üb.

Die in Klammern gesetzten Buchstaben a bis c beziehen sich jeweils auf die axialen Fe- deranlagen gemäß den Figuren 4a bis 4c.

Figur 5 zeigt die in den Figuren 3 und 4 eingezeichneten und zuvor erläuterten Unwucht vektoren in Abhängigkeit eines auf die Drehachse 10 bezogenen Umfangswinkels, der beim Drehanschlag 26 a=0° beträgt. Anders als die bekannte Nabenunwucht Uh (a) sind die erfindungsgemäß aus den Ausnehmungen 33, 34 resultierenden Nabenunwuchten Ob (b) und Ub (c) innerhalb eines Kreissektors von a=± 60° um die Drehachse 10 ausgerich tet und wirken der zu a=180° hin ausgerichteten Federunwucht Us der (drehmomentfrei en) Schraubendrehfeder 17 deutlich entgegen.

Die zugehörige Vektoraddition gemäß Figur 6a zeigt deutlich, dass die ununterbrochene Rampenform der bekannten Federanlage gemäß Figur 4a sogar zu einer addierten Un wucht Us + Ob führt, deren Betrag jtis - llhji deutlich größer als jt!s[ und gemäß der nachfolgenden Tabelle näherungsweise doppelt so groß ist (45,3 gmm vs. 23,7 gmm). Die Vektoraddition gemäß den Figuren 6b und 6c und die zugehörigen Tabellenwerte verdeut lichen hingegen die signifikante Auswuchtwirkung der erfindungsgemäßen Nabenunwuch ten Oh(b) und Ufe(c) derart, dass dort zumindest bei betrieblich nicht tordierter Schrau bendrehfeder 17 die Beziehung der Vektorbeträge gilt: [Us - Ifbj = 15,5 gmm bzw. 7,8 gmm 23,7 gmm.

Die betriebliche Torsion der Schraubendrehfeder 17 bewirkt, dass sich in den Figuren 5 und 6 die Federunwucht üs gegen den Uhrzeigersinn verdreht und kleiner wird. Jedoch kann sich die Vektorsumme Os + Ub nur bei sehr großem Torsionswinkel so ändern, dass für deren Betrag gilt: jus - Uhl > [üs[ Die Figuren 7 bis 10 zeigen eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Nabe 9 gemäß Figur 4b in perspektivischen und in einer bemaßten Darstellung. Die Nabe 9 ist mit dem daran angeformten zweiten Federteller 23, den darin eingeformten Ausnehmungen 33 und 34 sowie dem Vorsprung 29 als Fließpressteil einstückig hergestellt. Die Ausneh mungen 33, 34 sind im Hinblick auf eine ausreichend große Axialabstützung der Schrau- bendrehfeder 17 so dimensioniert, dass alle drei axial rampenförmig ansteigenden Kreis ringstücke 35, 36, 37 eine Bogenlänge von ß > 20° aufweisen.

Die die auswuchtende Nabenunwucht Ub erzeugenden Ausnehmungen 33, 34 haben einen weiteren wesentlichen Vorteil, der den Herstellprozess der Nabe 9 betrifft. Dieser Vorteil besteht darin, dass das Fließpressen der axialen Rampenform der Federanlage bei den vergleichsweisen kurzen Bogenlängen der Kreisringstücke 35, 36, 37 mit einer erheblich niedrigeren Schiefstellung (Rechtwinkligkeitsabweichung) des sich gegenüber dem Federteller 23 axial erhebenden Rohrabschnitts 38 der Nabe 9 einhergeht. Die durch die Ausnehmungen 33, 34 erzeugte Nabenunwucht Üb kann optional durch eine Massenreduzierung am Außenumfang des Federtellers 23 erhöht werden. Dies kann beispielsweise durch eine oder mehrere (vorliegend nicht existente) Querbohrungen er folgen, die in einem Winkelbereich von a=90° bis a=180° vom Drehanschlag 26 entfernt am Kragen 39 neben der Nut 40 für den Radiallagerring 14 eingebracht sind.