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Fliehkraft-Backenkupplung für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft Zusatzgewichte einer Fliehkraft-Backenkupplung mit Reibkegelflächen nach Patent Nr. 223487.
Die Ausführung der Kupplung nach dü Stammpatent weist Backen auf, die mit steigender Fliehkraft innerhalb eines durch einen Anschlag begrenzten Bereiches ausschwenken, wodurch ein Kraftschluss der Antriebs- und Abtriebsteile der Kupplung herbeigeführt wird. Die Erfindung löst die Konstruktion der Zusatzfliehgewichte, die die Funktion der Kupplung dadurch verbessern, dass sowohl ein grösserer Unter-
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Ausrückens der Kupplung beim Absinken der Drehzahl unter die Auskupplungsdrehzahlerreichtwerden.
Bei den bekanntgewordenen Konstruktionen von Zusatzgewichten werden zur Festlegung eines bestimmten Bereiches zwischen der Einkupplungs-und Auskupplungsdrehzahl lediglich die Änderungen des Halbmessers, auf den der Schwerpunkt der zugehörigen Massen einwirkt, ausgenutzt. Demgegenüber nützt noch die erfindungsgemässe Konstruktion mechanische Widerstände aus, die durch Einstellen der Fliehgewichte in eine solche Lage entstehen, in welcher sie die Rückstellung der Backen beim Absinken der Drehzahl verhindern und durch Reibung von einem statischen Koeffizient zwischen Zusatzgewicht und Backe, die auf das Zusatzgewicht in einem gewissen Drehzahlbereich beim Absinken der Drehzahl als ein Zusatzmoment zum Fliehkraftmoment einwirken. Dadurch wird ein im voraus feststellbarer Bereich zwischen der Ein- und Auskupplungsdrehzahl erreicht.
Im wesentlichen beruht die Konstruktion auf der allgemeinen Gleichgewichtsformel von Kräften, die auf die Zusatzgewichte und Backen einwirken und auf dem unterschiedlichen Verhältnis des Fliehkraftdrehmomentes und der auf die Zusatzgewichte und Backen einwirkenden Rückstellfedern.
Die Erfindung besteht grundsätzlich darin, dass die auf zwischen der Kupplungsdrehachse und der Backeninnenwand liegenden Zapfen drehbar gelagerten Zusatzgewichte ihre Schwerpunkte auf Hebelarmen haben, die innerhalb des ganzen Schwenkbereiches auf der entsprechenden Seite einer gedachten Verbindungslinie der Drehachse mit dem Zapfen verbleiben und jedes Zusatzgewicht einen die Backe tragenden Arm aufweist, der eine Länge hat, die dem Abstand des Zapfens von der Innenwand der Backe bei ihrer maximalen Ausschwenkung, auf der verlängerten Verbindungslinie der Drehachse mit dem Zapfen gemessen, entspricht. Die Ausschwenkung des Zusatzgewichtes in Richtung der Fliehkraft ist durch einen Anschlag derart abgegrenzt, dass die Lage des die Backe tragenden Armes durch die verlängerte Verbindungslinie der Drehachse mit dem Zapfen festgelegt ist.
Am Zusatzgewicht ist eine Feder befestigt, die der Fliehkraft entgegenwirkt.
Hiebei ist das Verhältnis der Masse der Zusatzgewichte zur Kraft der Rückstellfedern derart gewählt. dass die Drehzahlgrenze, bei der die Drehmomente der Fliehkraft und der Rückstellfederkraft, welche auf die Zusatzgewichte bei deren maximaler Ausschwenkung einwirken, im Gleichgewicht sind, niedriger ist als die Drehzahlgrenze, bei der die Drehmomente der Fliehkraft und der Rückstellfederkraft, welche auf die Backen bei deren maximaler Ausschwenkung einwirken, im Gleichgewicht sind.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht, es zeigen Fig. 1 eine erfindung-
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gemässe Kupplung in Ansicht bei maximaler Ausschwenkung der Backen und Zusatzgewichte, Fig. 2 einen
Ausschnitt dieser Kupplung mit vollständig zurückgezogenen Backen und Zusatzgewichten in Ansicht,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Zusatzgewichtes mit auf dieses bei eingerückter Kupplung und
Absinken der Drehazhl unter die Einkupplungsdrehzahl einwirkenden Kräften und Fig. 4 eine schemati- sche Darstellung des Zusatzgewichtes mit den auf dieses beim Ausrücken der Kupplung bzw. Absinken der Drehzahl unter die Auskupplungsdrehzahl einwirkenden Kräften.
Die Kupplung besteht aus Backen l, 2 mit Reibkegelflächen ; die beiden Backen 1 und 2 sind an Zap- fen 3 bzw. 4 angelenkt. Durch Einwirkung der Fliehkraft schwenken die Backen 1, 2 gegen entsprechend geformte (nicht eingezeichnete) Scheiben aus. Die Ausschwenkung der Backen ist durch Anschläge 5,6 begrenzt. Gegen die Fliehkraft wirken auf die Backen Federn 7, 8 ein.
Die Kraft der Rückstellfedern'7, 8 ist mit Rücksicht auf die Masse der Backen l, 2 derart bemessen. dass bei Erreichung der Einkupplungsdrehzahl (z. B. 1800 Umdr/min), bei der die Backen durch Einwir- kung der Fliehkraft an den Anschlägen 5. 6 abgestützt sind, d. h. bei maximaler Ausschwenkung, das
Drehmoment der Fliehkraft in Gleichgewicht mit dem Drehmoment der Rückstellfedern 7,8 steht.
Bei weiterhin sich erhöhender Drehzahl über die Grenze der Einkupplungsdrehzahl (z. B. 1800 Umdr/min), wobei die Backen die Anschläge 5 und 6 erreichen, wird dann das weitere Einwirken der Fliehkraft auf die Backen 1 und 2 durch die Anschläge 5 und 6 aufgefangen, so dass die Backen auch bei anwachsendem Dreh- moment der Fliehkraft nicht weiter ausschwenken. Bei Erreichen der Einkupplungsdrehzahl kommt es zum
Eingriff des Kupplungsantriebsteiles mit dem Abtriebsteil.
Die Backen 1, 2 sind samt den Zapfen 3, 4 von einer auf der Antriebswelle 10 des Kupplungsantriebs- teiles befestigten Tragplatte 9 getragen. Zwischen der Achse 11 der Welle 10, die die Drehachse der
Kupplung bildet, und der Innenwand der Backe 1 befindet sich ein Zusatzgewicht 12 ; desgleichen befin- det sich zwischen der Achse 11 und der Backe 2 ein Zusatzgewicht 13. DieZusatzgewichte 12, 13 sind an Zapfen 14 bzw. 15 angelenkt. Die Zusatzgewichte 12,13 sind als Körper ausgebildet, bei welchen sich die Schwerpunkte M auf Hebelarmen"r"befinden, die bei Ausschwenkung der Zusatzgewichte stets auf ein und derselben Seite gedachten Verbindungslinien zwischen der Drehachse 11 und der Zapfen 14 bzw.
15 liegen, wobei die Länge des die Backe 1 bzw. 2 tragenden Armes r'dem Abstande des Zapfens 14 bzw.
15 von der Innenwandung der Backe 1 bzw. 2, auf der verlängerten Verbindungslinie der Drehachse 11 mit den Zapfen 14 bzw. 15 gemessen, gleich ist. Die Ausschwenkung der Zusatzgewichte 12,13 durch die Fliehkraftwirkung ist mit Hilfe von, an den Innenwandungen der Backen 1 bzw. 2 vorgesehenen Anschlägen 16 bzw. 17 derart begrenzt, dass die maximale Länge des Hebelarmes r'durch die verlängerte Verbindungslinie der Drehachse 11 und des Zapfens 14 bzw. 15 festgesetzt ist.
Auf die Zusatzgewichte 12, 13 wirkt in den Schwerpunkten M die Fliehkraft mit einem Drehmoment 0. o ein (0 = Fliehkraft, o = Fliehkraftarm). Dem Drehmoment der Fliehkraft wirkt eine Rückstellfeder 18 bzw. 19 mit einem Drehmoment Z. z entgegen (Z = Rückstellkraft der Feder 18 bzw. 19, z = Arm auf den die Feder wirkt).
Die Kraft der Rückstellfedern 18, 19 ist mit Rücksicht auf die Masse der Zusatzgewichte 12,13 so gewählt, dass bei Erreichen einer Drehzahl (z. B. 1200 Umdr/min) die wesentlich unter der Einkupplungsdrehzahl (z. B. 1800 Umdr/min) liegt, das Drehmoment der Fliehkraft 0. o in Gleichgewicht mit dem Drehmoment Z. z der Federn 18, 19 bei voller Ausschwenkung der Zusatzgewichte 12,13 steht, wobei sich der Arm r'höchstens in der durch die verlängerte Verbindungslinie der Drehachse 11 und des Zapfens 14 bzw. 15 festgelegten Lage befände. Mit zunehmender Fliehkraft würden die Zusatzgewichte 12, 13 wesentlich schneller ausschwenken als die Backen 1. 2.
Die Ausschwenkung derselben wird jedoch durch ein langsameres Ausschwenken der Backen 1, 2 begrenzt, deren Rückstellfedern 8, 9 im Verhältnis zur Masse der Backen 1, 2 eine wesentlich grössere Kraft besitzen als dies bei den Zusatzgewichten 12, 13 und deren Rückstellfedern 18,19 der Fall ist. Das durch die Fliehkraft erzeugte Drehmoment der Zusatzgewichte 12, 13 kann somit auf die Bewegung der Backen 1, 2 keinen Einfluss ausüben. Im Gegenteil, die Backen 1, 2 bestimmen die Bewegung der Zusatzgewichte 12,13. Die hiebei zwischen den Zusatzgewichten und der Backeninnenwand entstehende Reibung ist vernachlässigbar.
Beim Erreichen der Einkupplungsdrehzahl. z. B. 1800 Umdr/min, ist die in Fig. 1 und 3 dargestellte Lage herbeigeführt. Die Backen 1, 2 sind voll ausgeschwenkt und an den Anschlägen 5, 6 abgestützt. Der Arm r'des Zusatzgewichtes 12 bzw. 13 befindet sich in einer grundsätzlich durch die verlängerte Verbindungslinie der Drehachse 11 und des Zapfens 14 bzw. 15 bestimmten Stellung. Die Zusatzgewichte 12, 13 würden diese Stellung wesentlich früher erreichen, beispielsweise bereits bei 1200 Umdr/min, falls es keine Verzögerungswirkung durch die Backen 1, 2 gäbe. Beim Erreichen der in Fig. 1 und 3 dargestellten Lage wird bei weiter ansteigender Drehzahl (z.
B. über 1800 Umdr/min) eine weitere Einwirkung der
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Fliehkraft auf die Zusatzgewichte 12,13 durch die Anschläge 16 bzw. 17 ausgeschaltet.
Beim Absinken der Drehzahl unter die Einkupplungsdrehzahl (z. B. 1800 Umdr/min) kommt'es zur
Störung des Gleichgewichtes zwischen den Drehmomenten der Fliehkraft und der Rückstellfedern 7,8, die auf die Backen 1, 2 so einwirken, dass das Drehmoment der Federn 7, 8 zu überwiegen beginnt. Hiebei bleibtallerdings die Lage der Zusatzgewichte 12. 13 unverändert, solange das Fliehkraftdrehmoment O. o grösser ist als das Drehmoment Z. z der Federn 18, 19. Infolgedessen verbleiben die Zusatzgewichte 12,13 voll ausgeschwenkt und verhindern so das Zurückschwenken der Backen 1, 2 in Richtung der Drehachse 11 durch Einwirkung des überwiegenden Drehmomentes der Federn 7, 8.
Dieser Zustand dauert so lange an, bis es zur Störung des Gleichgewichtes des Fliehkraftdrehmomentes 0. o und des Drehmomentes Z. z der auf die Zusatzgewichte wirkenden Rückstellfedern 18,19 kommt (z. B. bei 1200 Umdr/min).
Nachdem beim Absinken unter die Einkupplungsdrehzahl (z. B. 1800 Umdr/min) auf die Zusatzge- wichte 12,13 zugleich auch die Zusatzkraft P der Federn 7,8, die eine Reibung T (mit statischem
Koeffizient) erzeugt, einzuwirken beginnt, ist das Gleichgewicht der Drehmomente 0. o-Z. z = 0 durch die Gleichung 0. o + T. t = Z. z zu ersetzen (T = Reibung zwischen Innenwand der Backe und Zusatzewicht, t = Arm auf den sie wirkt). Dadurch wird erzielt, dass die Auskupplungsdrehzahl, d. i. die Drehzahl bei der die Backen 1, 2 durch Einwirkung des Drehmomentes der Rückstellfedem 7, 8 nach der Drehachse 11 hin zurückgestellt werden, auch unter jene Drehzahl absinken kann, die das Gleichgewicht der auf die Zusatzgewichte 12,13 einwirkenden Drehmomente 0. o und Z. z bestimmt (z. B. 1200 Umdr/min).
Bei diesem Zustand kommt noch ein weiteres Moment P. p zur Geltung, das durch die Feder 7 bzw. 8 durch Vermittlung der Backe 1 bzw. 2 auf das Zusatzgewicht 12 bzw. 13 einwirkt, wobei P die Anpresskraft der Backe auf das Zusatzgewicht und p den Hebelarm, mit dem sie angreift, bedeutet. Die Gesamtformel zur Darstellung dieser Lage lautet so, dass 0. o + T. t kleiner ist als Z. z. Solange die Summe der Momente O. o + T. t gleich oder kleiner ist als das Moment Z. z, tritt das Moment P. p nicht auf, da p gleich Null ist.
Dieser Zustand dauert so lange an, bis die Drehzahl unter eine Grenze absinkt, bei welcher das Kräftegleichgewicht dermassen gestört wird, dass 0. o + T. t kleiner ist als Z. z. Jetzt ist der Wert des Armes p nicht mehr gleich Null und der Gesamtwert des durch die Summe Z. z +P. p gegebenen Momentes fängt an zuzunehmen, u. zw. sowohl durch Änderung der statischen Reibung auf dynamische Reibung, als auch durch Vergrösserung des Armes p. In diesem Augenblick beginnen diese Momente das Fliehkraftdrehmoment zu überwinden, wodurch eine plötzliche Schwenkung der Zusatzgewichte 12,13 in Richtung der Drehmomentenwirkung der Federn 18 bzw. 19 und dadurch auch ein plötzliches Ausrücken der Kupplung durch Zurückschnellen der Backen 1, 2 unter Wirkung der Rückstellfedern 7,8 eintreten.
Bei Erreichen der Einkupplungsdrehzahl, bei welcher die Zusatzgewichte 12, 13 in ihre äusserste Stellung ausschwenken, können die Anschläge 16 bzw. 17 auch derart angeordnet sein, dass die Stellung des Armes r'zum Teil von der verlängerten Verbindungslinie der Drehachse der Kupplung 11 mit den Zapfen 14 bzw. 15 abweicht, u. zw. in Richtung der Drehmomentwirkung Z. z der Feder 18 bzw. 19.
Diese Abweichung ist durch die Summe sämtlicher Momente, insbesondere des Momentes T. t, gegeben, die gegen das Drehmoment Z. z einwirken. Die durch die verlängerte Verbindungslinie der Drehachse 11 mit den Zapfen 14 bzw. 15 gegebene Stellung ist daher die äusserste.