CN107208701A - 脱耦器 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于将驱动力矩从转动驱动器(3)传递到转动从动器(5)上的脱耦器(1，1’)，其具有：‑设置在转动驱动器侧的驱动部件(7)，‑设置在转动从动器侧的从动部件(9)，‑设置在驱动部件和从动部件之间的串联线路，所述串联线路由螺旋扭转弹簧(11)和单向离合器(10)构成，所述单向离合器沿驱动转动方向允许从动部件相对于驱动部件超速，‑设置在驱动部件侧的第一弹簧座圈(14)，所述第一弹簧座圈用于螺旋扭转弹簧的第一端部(12)，‑和设置在从动部件侧的第二弹簧座圈(15)，所述第二弹簧座圈用于螺旋扭转弹簧的第二端部(13)。在此，弹簧座圈轴向斜坡形地上升，并且贴靠其上的螺旋扭转弹簧端部将螺旋扭转弹簧径向地扩宽，以传递驱动力矩。螺旋扭转弹簧端部和弹簧座圈应当具有相互配合的转动止挡件(19，20)，所述转动止挡件分别沿驱动转动方向防止第二弹簧座圈相对于第二螺旋扭转弹簧端部的相对转动并且防止第一螺旋扭转弹簧端部相对于第一弹簧座圈的相对转动。

Description

脱耦器
技术领域
本发明涉及一种用于将驱动力矩从转动驱动器传递到转动从动器上的脱耦器，其具有：
-在驱动力矩线中设置在转动驱动器侧的驱动部件，
-在驱动力矩线中设置在转动从动器侧的从动部件，
-在驱动力矩线中设置在驱动部件和从动部件之间的串联线路，所述串联线路由螺旋扭转弹簧和单向离合器构成，所述单向离合器沿驱动转动方向允许从动部件相对于驱动部件超速，
-在驱动力矩线中设置在驱动部件侧的第一弹簧座圈，所述第一弹簧座圈用于螺旋扭转弹簧的第一端部，
-和在驱动力矩线中设置在从动部件侧的第二弹簧座圈，所述第二弹簧座圈用于螺旋扭转弹簧的第二端部。
弹簧座圈轴向斜坡形地上升，并且贴靠弹簧座圈的螺旋扭转弹簧端部将螺旋扭转弹簧径向地扩宽，以传递驱动力矩。
背景技术
这种脱耦器(英文：Decoupler)典型地构成为内燃机的辅机组皮带传动器的皮带盘脱耦器。所述脱耦器能够作为曲轴脱耦器设置在曲轴上或者作为发电机脱耦器设置在发电机上，并且对曲轴的扭振和不均匀性到辅机组皮带传动器中或发电机中的输入进行补偿。由单向离合器和螺旋扭转弹簧构成的串联线路在单向离合器闭合的状态下将驱动力矩从驱动部件传递到从动部件上，其中螺旋扭转弹簧的弹性使转动不均匀性平滑。在驱动部件延迟旋转的情况下，单向离合器断开，其中——随后相反地——不能够将重要的扭矩从从动部件传递到驱动部件上。于是，在发电机脱耦器的情况下，发电机的具有相对大的惯性的轴相对于所述发电机的皮带盘超速。
这种发电机脱耦器例如从US 8,047,920 B2中得出。单向离合器构成为卷带，所述卷带在驱动侧设置在串联线路中并且径向地设置在螺旋扭转弹簧和皮带盘之间。尽管卷带在相对于发电机轴超速的情况下断开，但是在皮带盘的内侧表面和贴靠其上的卷带之间的摩擦力矩能够引起两个弹簧座圈的相对转动，其中螺旋扭转弹簧的端部远离斜坡形的弹簧座圈的环周的弹簧止挡阶梯，并且在其斜坡处上升。在此由于斜坡几何形状有效减小的、用于螺旋扭转弹簧的轴向结构空间能够引起：螺旋扭转弹簧将这两个弹簧座圈轴向挤开，进而皮带盘脱耦器同样轴向地展开。当一个或两个弹簧端部重复地在斜坡处上升且在每转之后向回在阶梯处咬住时，同样不期望的结果是脱耦器的异常的响声。
作为该问题的解决方案，US 8,047,920 B2提出一种机构，所述机构阻挡两个弹簧座圈的不期望的相对转动。随后，在超速运行中，两个弹簧座圈同步地并且与螺旋扭转弹簧作为整体环绕，进而防止弹簧端部的倾斜上升。该阻挡在结构上通过转动止挡件实现，所述转动止挡件一方面固定在从动部件上并且另一方面固定在驱动侧的弹簧座圈上，并且在超速运行中带动所述弹簧座圈。
发明内容
基于上述内容，本发明所基于的目的是：提供具有替选的结构的开始提出类型的脱耦器，所述结构同样防止螺旋扭转弹簧的倾斜上升。
对此的解决方案从权利要求1的特征中得出。因此，螺旋扭转弹簧端部和弹簧座圈具有相互匹配的转动止挡件，所述转动止挡件分别沿驱动转动方向防止第二弹簧座圈相对于第二螺旋扭转弹簧端部的相对转动并且防止第一螺旋扭转弹簧端部相对于第一弹簧座圈的相对转动。
本发明基于如下原理：螺旋扭转弹簧本身将两个弹簧座圈彼此转动耦联，以便防止弹簧端部的不期望的倾斜上升。这在结构上通过如下方式进行：螺旋扭转弹簧不仅能够沿如下方向加载，在所述方向上所述螺旋扭转弹簧在径向扩宽圈体部的情况下传递驱动力矩。更确切地说，螺旋扭转弹簧也能够以足够高的程度沿与其相反的力矩方向加载，所述螺旋扭转弹簧沿所述力矩方向径向地压缩。仅在两个扭矩方向上足够大的弹簧可负荷性的组合在脱耦器超速运行时迫使：螺旋扭转弹簧和两个弹簧座圈作为整体环绕，使得防止第二弹簧座圈相对于第一弹簧座圈的引起不期望的倾斜上升的超速。
根据螺旋扭转弹簧在具有单向离合器的串联线路之内的定位，在脱耦器的超速运行中出现如下状态：
-当螺旋扭转弹簧在从动侧，即在驱动力矩线中定位在单向离合器后方时，于是借助超速的驱动器环绕的第二弹簧座圈带动第二螺旋扭转弹簧端部，并且第一螺旋扭转弹簧端部克服断开的单向离合器的摩擦带动第一弹簧座圈。因此，在脱耦器的超速运行中，两个弹簧座圈和螺旋扭转弹簧作为整体在没有不期望的倾斜上升的情况下环绕。
-当螺旋扭转弹簧在驱动侧，即在驱动力矩线中定位在单向离合器前方时，于是从动侧的第二弹簧座圈在第二螺旋扭转弹簧端部处止挡，并且第一螺旋扭转弹簧端部在第一弹簧座圈处止挡。由弹簧座圈和螺旋扭转弹簧形成的单元作为整体在没有不期望的倾斜上升的情况下克服断开的单向离合器的摩擦借助超速的转动驱动器环绕。
优选通过转动止挡件实现螺旋扭转弹簧沿两个力矩方向的可负荷性，所述转动止挡件分别可彼此脱离进而能够简单地相互安装。但是，作为形状配合的和可脱离的连接的替选方案，转动止挡件也能够分别不可脱离地相互固定。在该情况下，弹簧端部和弹簧座圈于是例如相应借助于挤压或焊接连接彼此固定，所述挤压或焊接连接实现螺旋扭转弹簧的径向压缩圈体的扭矩负荷。螺旋扭转弹簧侧的两个转动止挡件优选彼此对称，使得在安装脱耦器时不需要螺旋扭转弹簧的定向的装入位置。
在径向扩宽和径向地压缩弹簧圈体的扭矩负荷之间的方向反转不仅能够借助相对于随后彼此形成接合或脱离接合的转动止挡件以小的过渡间隙而且能够无间隙地进行。
附图说明
从下面的描述和附图中得出本发明的其他特征，在附图中原理性地并且根据实施例示出本发明。只要未另作说明，在此相同的或功能相同的特征或构件设有相同的附图标记。其示出：
图1示出内燃机的辅机组皮带传动器的根据本发明的发电机脱耦器的原理图；
图2示出超速运行中的根据图1的发电机脱耦器的扭矩线；
图3示出内燃机的辅机组皮带传动器的根据本发明的曲轴脱耦器的原理图；
图4示出第一实施例的螺旋扭转弹簧的立体图；
图5示出所属于第一实施例的螺旋扭转弹簧的弹簧座圈的立体图；
图6示出第二实施例的螺旋扭转弹簧的立体图；
图7示出所属于第二实施例的螺旋扭转弹簧的弹簧座圈的立体图；
图8示出所属于第二实施例的螺旋扭转弹簧的、替选的弹簧座圈的立体图；
图9示出第三实施例的螺旋扭转弹簧的立体图；
图10示出所属于第三实施例的螺旋扭转弹簧的弹簧座圈的立体图；
图11示出第四实施例的螺旋扭转弹簧与单向离合器和所属的从动部件的立体分解图，所述从动部件具有整体的弹簧座圈。
具体实施方式
图1示出设置在内燃机的辅机组皮带传动器的发电机上的脱耦器1的原理图。所述脱耦器将作为转动驱动器3的皮带2的驱动力矩传递到作为转动从动器5的发电机轴4上，并且在驱动力矩线中包括如下部件：-由皮带2缠绕的皮带盘6作为设置在驱动侧的驱动部件7，
-固定在发电机轴4上的毂8作为设置在从动侧的从动部件9，
-设置在皮带盘6和毂8之间的串联线路，所述串联线路由螺旋扭转弹簧11和单向离合器10构成，所述螺旋扭转弹簧的第一端部12在皮带盘6侧伸展并且其第二端部13在毂8侧伸展，
-用于第一螺旋扭转弹簧端部12的第一弹簧座圈14，和
-用于第二螺旋扭转弹簧端部13的第二弹簧座圈15。
当在图中从左侧观察皮带传动器时，发电机的驱动沿在发电机轴4上绘制的转动方向，即顺时针方向进行。
螺旋扭转弹簧11不仅环周地而且以微小的轴向预紧的方式夹紧在驱动侧的第一弹簧座圈14和从动侧的第二弹簧座圈15之间，其中所述螺旋扭转弹簧用于将驱动力矩从皮带盘6弹性地传递到发电机轴4上。第一弹簧座圈14能够相对于皮带盘6和相对于毂8转动，并且仅通过闭合的单向离合器10抗扭地与皮带盘6连接。第二弹簧座圈15抗扭地与毂8连接。两个弹簧座圈14、15分别(在其端侧的环周上)轴向斜坡状地上升，进而基本上与螺旋扭转弹簧端部12、13互补地成形，所述螺旋扭转弹簧端部贴靠弹簧座圈14或15。在两个螺旋扭转弹簧端部12、13处，分别通过在螺旋扭转弹簧端部12、13的端侧16和通过每个弹簧座圈14、15的轴向斜坡17形成的阶梯18之间的压力接触，进行驱动力矩的传递，使得螺旋扭转弹簧11的圈体在其端部12、13加载驱动力矩的情况下径向扩宽。
当皮带盘6在单向离合器10闭合时沿驱动转动方向驱动毂8时，在图1中在弹簧座圈14、15处绘制的箭头符号表示脱耦器1中的驱动力矩线。在此，驱动力矩一方面由第一弹簧座圈14的阶梯18传递到第一螺旋扭转弹簧端部12的端侧16上，并且另一方面由第二螺旋扭转弹簧端部13的端侧16传递到第二弹簧座圈15的阶梯18上。
图2示出脱耦器1的另一运行状态，在所述另一运行状态下，(缓慢的)发电机轴4沿其上绘制的转动方向相对于皮带盘6超速。通过两个螺旋扭转弹簧端部12、13处的或两个弹簧座圈14、15处的相配合的转动止挡件19、20防止一个或两个螺旋扭转弹簧端部12、13在弹簧座圈14、15的斜坡17上不允许的上升。螺旋扭转弹簧11侧的转动止挡件19分别形成为其端部12、13上的轴向的凸起，并且弹簧座圈14、15侧的转动止挡件20分别通过轴向的凹部(见图1)形成，凸起伸入到所述凹部中。
当皮带盘6在单向离合器10断开时沿驱动转动方向被毂8超速时，类似于图1，在图2中绘出的箭头表示脱耦器1中的扭矩线。在此，带动螺旋扭转弹簧11的扭矩一方面由第二弹簧座圈15的转动止挡件20传递到第二螺旋扭转弹簧端部13的转动止挡件19上，并且另一方面由第一螺旋扭转弹簧端部12的转动止挡件19传递到第一弹簧座圈14的转动止挡件20上。所述带动力矩的线迫使两个弹簧座圈14、15与本身传递带动力矩的螺旋扭转弹簧11共同环绕，其中所述带动力矩的大小与断开的单向离合器10与其接触配对件的接触摩擦相关。因为随后弹簧座圈14、15仅在螺旋扭转弹簧11的转动弹性的范围内能够相对彼此转动，所以总是防止螺旋扭转弹簧端部12、13在斜坡17上的不期望的上升。
图3示出脱耦器1’的原理图，所述脱耦器驱动内燃机的辅机组皮带传动器。在该情况下，曲轴21是转动驱动器3，并且皮带2是转动从动器5。脱耦器1’在驱动力矩线中包括如下部件：
-固定在曲轴21上的轴22作为设置在驱动侧的驱动部件7，
-由皮带2缠绕的皮带盘6作为设置在从动侧的从动部件9，
-设置在皮带盘6和轴22之间的串联线路，所述串联线路由螺旋扭转弹簧11和单向离合器10构成，其中第一螺旋扭转弹簧端部12在轴22侧伸展，并且第二螺旋扭转弹簧端部13在皮带盘6侧伸展，
-用于第一螺旋扭转弹簧端部12的第一弹簧座圈14，和
-用于第二螺旋扭转弹簧端部13的第二弹簧座圈15。
当在图中从左观察皮带传动器时，皮带2的驱动沿在曲轴21上绘制的转动方向，即顺时针方向进行。因为相对于图1转动驱动器和转动从动器从左向右调换地设置，所以螺旋扭转弹簧11也具有与之相反的缠绕方向。然而，关于借助于转动止挡件19、20以根据本发明的方式防止倾斜上升，图1和2的上面的阐述内容类似地适用。
在图1至3中，形成串联线路的单向离合器10和螺旋扭转弹簧11的顺序能够关于驱动力矩线也进行调换。在超速运行中，随后，分别由弹簧座圈14、15和螺旋扭转弹簧11形成的单元与皮带盘6同步地环绕。此外，也能够消除螺旋扭转弹簧端部12、13的在转动止挡件19、20处绘出的环周间隙。
图4中示出的螺旋扭转弹簧11和根据图5的弹簧座圈14为根据本发明的转动止挡件19、20的第一实施例。螺旋扭转弹簧11的两个端部12、13轴向向外弯曲，所述螺旋扭转弹簧由具有矩形横截面的弹簧丝缠绕。弹簧座圈14在通过轴向斜坡17形成的阶梯18的区域中具有轴向的凹部作为转动止挡件20，螺旋扭转弹簧端部12的弯曲的部分作为转动止挡件19伸入到凹部中，并且在凹部20的环周的限界部23处止挡。
图4中绘出的箭头对表示到螺旋扭转弹簧端部12、13中的力矩输入。加载其端侧16上的箭头表示驱动力矩，所述驱动力矩被在此径向扩宽的螺旋扭转弹簧11从转动驱动器弹性地传递到转动从动器上。小的箭头加载端侧16的用作为弹簧侧的转动止挡件19的背侧上并且表示带动力矩，所述带动力矩由在此径向压缩的螺旋扭转弹簧11从从动侧的第二弹簧座圈15传递到驱动侧的第一弹簧座圈14上。
图6中示出的螺旋扭转弹簧11与根据图7的弹簧座圈14形成本发明的第二实施例。在该情况下，通过螺旋扭转弹簧端部12、13的径向内侧形成弹簧侧的转动止挡件19，所述螺旋扭转弹簧端部径向向内弯曲，并且相对于螺旋扭转弹簧11的圆柱形的圈体大致割线状地延伸。所属的弹簧座圈侧的转动止挡件20通过内部凸肩形成，所述内部凸肩——分别在弹簧环周方向上——始于阶梯18，并且基本上互补地相对于螺旋扭转弹簧端部12倾斜，并且在径向内部从后方接合所述螺旋扭转弹簧端部。该后方接合实现径向压缩螺旋扭转弹簧11的带动力矩的输入。
图8中示出的弹簧座圈14是根据图7的弹簧座圈14的变型形式。在该实施方案中，内部凸肩20和外部凸肩24在弹簧环周方向上始于阶梯18。外部凸肩24基本上以弹簧丝厚度相对于内部凸肩20等距地伸展，并且当产生带动力矩的拉力作用在螺旋扭转弹簧端部处时，防止夹紧在两个凸肩20、24之间的螺旋扭转弹簧端部12的径向向外的移位。
在根据图9和10的第三实施例中，在螺旋扭转弹簧11侧通过螺旋扭转弹簧端部12、13中的轴向的凹部并且在弹簧座圈14、15侧通过轴向的凸起形成根据本发明的转动止挡件19、20，所述轴向的凸起从斜坡17凸出并且伸入凹部19中。
图11示出转动止挡件19、20的对此调换的布置作为第四实施例，所述转动止挡件对应于根据图1至3的实施方案。转动止挡件19、20在螺旋扭转弹簧11侧通过螺旋扭转弹簧端部12、13处的轴向的凸起形成并且在弹簧座圈14、15侧通过斜坡17中的轴向的凹部形成，所述凸起19伸入到凹部中。分解图在螺旋扭转弹簧11的左侧示出单向离合器10，并且在螺旋扭转弹簧11的右侧示出发电机脱耦器1的毂8。单向离合器10是定位在驱动侧的卷带，并且可旋紧在发电机轴4上的毂8是(从动侧的)第二弹簧座圈15的整体的部分。
作为螺旋扭转弹簧端部12、13和弹簧座圈14、15的所示出的转动止挡件19、20的替选方案，考虑多种其他的设计方案，只要转动止挡件能够对螺旋扭转弹簧端部加载带动力矩，所述带动力矩径向地压缩螺旋扭转弹簧。这种替选方案例如是：
-非圆形的凸起和/或凹部
-径向定向的凸起和凹部
-径向向外弯曲的螺旋扭转弹簧端部
-螺旋扭转弹簧端部的具有>90°和<180°的角度的径向或轴向的弯曲部。
附图标记列表
1 脱耦器
2 皮带
3 转动驱动器
4 发电机轴
5 转动从动器
6 皮带盘
7 驱动部件
8 毂
9 从动部件
10 单向离合器
11 螺旋扭转弹簧
12 螺旋扭转弹簧的第一端部
13 螺旋扭转弹簧的第二端部
14 第一弹簧座圈
15 第二弹簧座圈
16 螺旋扭转弹簧端部的端侧
17 弹簧座圈的斜坡
18 阶梯
19 螺旋扭转弹簧端部的转动止挡件
20 弹簧座圈的转动止挡件
21 曲轴
22 轴
23 弹簧座圈的轴向的凹部的限界部
24 弹簧座圈的外部凸肩

Claims (8)

1.一种用于将驱动力矩从转动驱动器(3)传递到转动从动器(5)上的脱耦器，其具有：
-在驱动力矩线中设置在所述转动驱动器(3)侧的驱动部件(7)，
-在驱动力矩线中设置在所述转动从动器(5)侧的从动部件(9)，
-在驱动力矩线中设置在所述驱动部件(7)和所述从动部件(9)之间的串联线路，所述串联线路由螺旋扭转弹簧(11)和单向离合器(10)构成，所述单向离合器沿驱动转动方向允许所述从动部件(9)相对于所述驱动部件(7)超速，
-在驱动力矩线中设置在所述驱动部件(7)侧的第一弹簧座圈(14)，所述第一弹簧座圈用于所述螺旋扭转弹簧(11)的第一端部(12)，和
-在驱动力矩线中设置在所述从动部件(9)侧的第二弹簧座圈(15)，所述第二弹簧座圈用于所述螺旋扭转弹簧(11)的第二端部(13)，
其中所述弹簧座圈(14，15)轴向斜坡形地上升，并且其中贴靠所述弹簧座圈的螺旋扭转弹簧端部(12，13)将所述螺旋扭转弹簧(11)径向地扩宽，以传递驱动力矩，
其特征在于，所述螺旋扭转弹簧端部(12，13)和所述弹簧座圈(14，15)具有相互配合的转动止挡件(19，20)，所述转动止挡件分别沿驱动转动方向防止所述第二弹簧座圈(15)相对于所述第二螺旋扭转弹簧端部(13)的相对转动，并且防止所述第一螺旋扭转弹簧端部(12)相对于所述第一弹簧座圈(14)的相对转动。
2.根据权利要求1所述的脱耦器，其特征在于，所述脱耦器(1)驱动内燃机的辅机组皮带传动器的发电机，其中：
-所述转动驱动器(3)是所述皮带传动器的皮带(2)，
-所述驱动部件(7)是皮带盘(6)，
-所述转动从动器(5)是发电机轴(4)，并且
-所述从动部件(9)是要固定在所述发电机轴上的毂(8)。
3.根据权利要求1或2所述的脱耦器，其特征在于，所述转动止挡件(19，20)在所述螺旋扭转弹簧(11)侧通过轴向向外弯曲的螺旋扭转弹簧端部(12，13)形成，并且在所述弹簧座圈(14，15)侧通过轴向的凹部的周向限界部(23)形成，所述螺旋扭转弹簧端部(12，13)伸入到所述凹部中。
4.根据权利要求1或2所述的脱耦器，其特征在于，所述转动止挡件(19，20)在所述螺旋扭转弹簧(11)侧通过径向向内弯曲的螺旋扭转弹簧端部(12，13)形成，并且在所述弹簧座圈(14，15)侧通过内部凸肩形成，所述内部凸肩在径向内部从后方接合所述螺旋扭转弹簧端部(12，13)。
5.根据权利要求4所述的脱耦器，其特征在于，所述螺旋扭转弹簧端部(12，13)在径向外部支撑到所述弹簧座圈(14，15)的外部凸肩(24)上。
6.根据权利要求5所述的脱耦器，其特征在于，所述外部凸肩(24)基本上相对于所述内部凸肩等距地伸展。
7.根据权利要求1或2所述的脱耦器，其特征在于，所述转动止挡件(19，20)在所述螺旋扭转弹簧(11)侧通过在所述螺旋扭转弹簧端部(12，13)中的轴向的凹部形成，并且在所述弹簧座圈(14，15)侧通过轴向的凸起形成，所述凸起伸入所述凹部中。
8.根据权利要求1或2所述的脱耦器，其特征在于，所述转动止挡件(19，20)在所述螺旋扭转弹簧(11)侧通过在所述螺旋扭转弹簧端部(12，13)上的轴向的凸起形成，并且在所述弹簧座圈(14，15)侧通过轴向的凹部形成，所述凸起伸入所述凹部中。
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