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