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Die
Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Lamellenkupplungen
sind seit langen aus dem Stand der Technik bekannt. Sie ermöglichen
auf kleinem Raum und zu geringen Kosten die Übertragung hoher Drehmomente.
Häufig
werden solche Lamellenkupplungen durch sogenannte Kupplungsfedern
geschlossen, so dass zwischen dem Kupplungskorb und dem Mitnehmer
der Lamellenkupplung ein Drehmoment übertragen werden kann. Das Öffnen der
Kupplung erfolgt gegen die Schließkraft der Kupplungsfedern
und erfordert demzufolge einen verhältnismäßig hohen Kraftaufwand. Solange
die Kupplung geöffnet
sein soll, muss diese Kraft überwunden
werden. Diese Art der Betätigung
der Lamellenkupplung ist beispielsweise aus der Fahrzeugtechnik
bekannt und hat sich bewährt,
um die Verbindung zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe
wahlweise zu öffnen
oder zu schließen.
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Nachteilig
ist diese Art der Betätigung
dann, wenn die Zeiten in denen die Kupplung geöffnet sein soll relativ groß sind und
die Kupplung außerdem durch
einen Aktuator betätigt
werden soll. In diesem Fall müsste
während
der gesamten Zeit in der die Lamellenkupplung geöffnet ist der Aktuator die
Schließkraft
der Kupplungsfedern überwinden,
was einen relativ großen
Energiebedarf verursacht.
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Bei
manchen Nebenaggregaten einer Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel
einem Kompressor einer Klimaanlage sind die Betriebsdauern des Nebenaggregats
sehr viel kleiner als die Betriebsdauern der Brennkraftmaschine.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schaltbare Kupplung bereitzustellen,
zu deren Betätigung
nur wenig Energie benötigt
wird und die trotzdem hohe Drehmomente übertragen kann.
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Diese
Aufgabe ist bei einer erfindungsgemäßen Lamellenkupplung zur Schaltung
eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine mit einem Kupplungskorb,
mit einem Mitnehmer, mit mindestens einer Außenlamelle und mit mindestens
einer Innenlamelle, wobei die mindestens eine Außenlamelle drehfest und axial
verschiebbar mit dem Kupplungskorb verbunden ist, und wobei die
mindestens eine Innenlamelle drehfest und axial verschiebbar mit dem
Mitnehmer verbunden ist, dadurch gelöst, dass an dem Mitnehmer mindestens
ein Winkelhebel drehbar gelagert ist, dass an dem Mitnehmer eine Steuerhülse axial
verschiebbar angeordnet ist, dass die Steuerhülse einen ersten zylindrischen
Steuerabschnitt und einen zweiten zylindrischen Steuerabschnitt
aufweist, dass durch axiales Verschieben der Steuerhülse der
erste zylindrische Steuerabschnitt oder der zweite zylindrische
Steuerabschnitt in Eingriff mit einem ersten Ende des Winkelhebels
kommt und dass ein zweites Ende des Winkelhebels in Abhängigkeit
der Stellung der Steuerhülse die
Lamellenkupplung öffnet
oder schließt.
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Vorteile der
Erfindung
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Durch
die Steuerhülse
mit ihren zwei zylindrischen Steuerabschnitten ist es in Verbindung
mit dem oder den Winkelhebeln möglich,
die erforderliche Anpresskraft zwischen den Außenlamellen und den Innenlamellen
aufzubringen, ohne dass ein Aktuator kontinuierlich eine Kraft auf
die Steuerhülse
ausüben
muss. Dadurch wird der Energiebedarf des Aktuators bei geschlossener
Kupplung auf null reduziert.
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Des
Weiteren ist es möglich,
durch axiales Verschieben der Steuerhülse die vom Winkelhebel auf
die Außenlamellen
und die Innenlamellen ausgeübte
Schließkraft
auf Null zu reduzieren, so dass die erfindungsgemäße Lamellenkupplung öffnet. Dadurch
wird der Energiebedarf des Aktuators auch bei geöffneter Kupplung auf null reduziert.
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Dies
bedeutet, dass bei der erfindungsgemäßen Kupplung der Aktuator lediglich
während
des Umschaltens vom geschlossenen vom eingekuppelten Zustand in
den geöffneten
Zustand und umgekehrt Energie benötigt, so dass der Gesamtenergieverbrauch
nur von der Zahl der Schaltvorgänge
abhängt
und sehr viel geringer als bei konventionellen Kupplungen ist.
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Wegen
des einfachen mechanischen Aufbaus ist die erfindungsgemäße Lamellenkupplung
für verschiedenste
Einsatzbereiche geeignet. Sie kann prinzipiell in allen Einsatzbereichen,
in denen auch herkömmliche
Lamellenkupplungen eingesetzt werden, zur Anwendung kommen.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Übergang
zwischen dem ersten zylindrischen Steuerabschnitt und dem zweiten
zylindrischen Steuerabschnitt kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
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Durch
die Wahl des Kegelwinkels kann einerseits der Wege um den die Steuerhülse verschoben
werden muss, um ein Umschalten der Lamellenkupplung zu erreichen
eingestellt werden. Gleichzeitig wird dadurch auch die von dem Aktuator
aufzubringende Kraft bestimmt.
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Die
erfindungsgemäße Lamellenkupplung kann
prinzipiell von beliebigen Aktuatoren betätigt werden, dabei haben sich
jedoch pneumatische oder hydraulische Aktoren als besonders vorteilhaft
erwiesen.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass die Steuerhülse
dichtend in dem Mitnehmer geführt
ist, dass eine erste Stirnfläche
der Steuerhülse
einen ersten Arbeitsraum begrenzt und dass eine zweite Stirnfläche der
Steuerhülse
einen zweiten Arbeitsraum begrenzt. Dadurch ist es möglich, durch
wechselseitiges Befüllen
des ersten Arbeitsraums und des zweiten Arbeitsraums mit einem unter
Druck stehenden Fluid, wie beispielsweise Druckluft oder einer Hydraulikflüssigkeit,
die Steuerhülse
in axialer Richtung zu verschieben und so die erfindungsgemäße Lamellenkupplung zu öffnen oder
zu schließen.
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Selbstverständlich kann
alternativ auch ein elektrischer Aktuator vorgesehen sein.
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Um
die erfindungsgemäße Lamellenkupplung
bestmöglich
in ein bestehendes System zu integrieren, kann erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass der Kupplungskorb an seinem Außendurchmesser als Riemenscheibe
ausgebildet ist oder eine Verzahnung aufweist. In weiterer vorteilhafter
Ausgestaltung der Erfindung kann weiter vorgesehen sein, dass der
Mitnehmer drehfest mit einer Welle, insbesondere einer Welle eines
Kältemittelkompressors
einer Klimaanlage verbunden ist.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen
Merkmale können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
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Zeichnungen
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Es
zeigt die einzige Figur eine isometrische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lamellenkupplung
im Schnitt.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Lamellenkupplung
im Schnitt dargestellt. Die erfindungsgemäße Lamellenkupplung dient dazu,
bei Bedarf ein Drehmoment zwischen einer Riemenscheibe 1 und
einer Welle 3 zu übertragen.
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Das
Innere der Riemenscheibe 1 ist als Kupplungskorb 5 ausgebildet.
Zu diesem Zweck sind gleichmäßig über den
Umfang verteilt Axialnuten 7 in den Kupplungskorb 5 eingearbeitet.
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Der
Kupplungskorb 5 bzw. die Riemenscheibe 1 ist mittels
eines Wälzlagers 13 in
einem Gehäuse 15 drehbar
gelagert. Das Gehäuse 15 kann
beispielsweise Teil eines Klimakompressors einer Kfz-Klimaanlage
sein.
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Im
Inneren des Kupplungskorbs 5 ist ein Mitnehmer 9 angeordnet,
der drehfest mit Hilfe einer Passfeder 11 mit der Welle 3 verbunden
ist. In dem Mitnehmer 9 sind mehrere über den Umfang verteilte Axialnuten 17 eingearbeitet.
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Zwischen
dem Kupplungskorb 5 und dem Mitnehmer 9 sind Innenlamellen 19 und
Außenlamellen 21,
von denen nur wenig zu sehen ist, angeordnet. Die Innenlamellen 19 weisen
an ihrem Innendurchmesser Vorsprünge
auf, die in die Axialnuten 17 des Mitnehmers 9 eingreifen,
während
die Außenlamellen 21 an
ihrem Außendurchmesser
Vorsprünge aufweisen,
die mit den Axialnuten 7 im Kupplungskorb 5 zusammenwirken.
Dieser Aufbau einer Lamellenkupplung ist hinlänglich bekannt, so dass auf
eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.
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Solange
zwischen den Innenlamellen 19 und den Außenlamellen 21 keine
in axialer Richtung wirkende Anpresskraft wirkt, ist die Lamellenkupplung geöffnet, d.h.
es wird kein Drehmoment von dem Kupplungskorb 5 auf den
Mitnehmer 9 übertragen. Bei
herkömmlichen
Lamellenkupplungen wird die erforderliche Anpresskraft zum Schließen der
Kupplung durch Druckfedern aufgebracht.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lamellenkupplung
sind zu diesem Zweck mehrere über
den Umfang verteilte Winkelhebel 23 vorgesehen. Die Winkelhebel 23 sind
jeweils um einen Drehpunkt 25 von den in 1 nur
einer sichtbar ist, drehbar gelagert. Bei der in 1 dargestellten Anordnung
kann die Lamellenkupplung dadurch geschlossen werden, dass ein erstes
Ende 27 des Winkelhebels 23 in Richtung der Welle 3 bewegt
wird. Wenn nämlich
das erste Ende 27 des Winkelhebels 23 in Richtung
der Welle 3 bewegt wird, dreht sich der Winkelhebel 23 um
den Drehpunkt 25, so dass ein zweites Ende 29 des
Winkelhebels 23 die Innenlamellen 19 und die Außenlamellen 21 aneinander
drückt
und somit die Drehmomentübertragung
zwischen Kupplungskorb und Mitnehmer 9 möglich wird.
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Um
die erforderliche Drehbewegung des Winkelhebels 23 auszuführen, ist
bei der erfindungsgemäßen Lamellenkupplung
eine Steuerhülse 33 vorgesehen,
die mindestens mittelbar auf dem Mitnehmer 9 in axialer
Richtung verschiebbar geführt
ist. Die Steuerhülse 33 weist
an ihrem Innendurchmesser einen ersten zylindrischen Steuerabschnitt 35 und
einen zweiten zylindrischen Steuerabschnitt 37 auf. Zwischen
erstem zylindrischen Steuerabschnitt 35 und zweiten zylindrischen
Steuerabschnitt 37 ist ein kegelstumpfförmiger Übergang (ohne Bezugszeichen)
vorgesehen.
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In
der 1 dargestellten Position der Steuerhülse 33 ist
das erste Ende 27 des Winkelhebels 23 im Eingriff
mit dem ersten Steuerabschnitt 35 der Steuerhülse 33.
In dieser Position übt
das zweite Ende 29 des Winkelhebels 23 keine Kraft
in axialer Richtung auf die Innenlamellen 19 und die Außenlamellen 21 auf,
so dass die Kupplung geöffnet
ist.
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Wenn
nun die Steuerhülse 33 gegenüber der in 1 dargestellten
Position nach rechts, d.h. in Richtung des Kupplungskorbs 5 bewegt
wird, wandert die Kontaktfläche
zwischen dem ersten Ende 27 des Winkelhebels 23 über den
kegelstumpfförmigen Übergang
auf zu dem zweiten zylindrischen Steuerabschnitt 37. Da
der Durchmesser des zweiten zylindrischen Steuerabschnitt 37 kleiner
ist als der des ersten Steuerabschnitts 35, wird dadurch
der Winkelhebel 23 betätigt
und macht eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn. Infolgedessen
presst das zweite Ende 29 des Winkelhebels 23 die
Innenlamellen 19 und die Außenlamellen 21 gegeneinander
und die Kupplung wird geschlossen.
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Durch
eine geeignete Abstimmung der Biegesteifigkeit der Winkelhebel 23 und
der Innenkontur der Steuerhülse 33 kann
die auf die Innenlamellen 19 und die Außenlamellen 21 wirkende
Axialkraft bei geschlossener Kupplung eingestellt werden.
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Da
die vom ersten Ende 27 des Winkelhebels 23 auf
die Steuerabschnitte 35 oder 37 ausgeübte Rückstellkraft
im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Steuerabschnitte 35 und 37 verläuft, führt diese
Rückstellkraft
nicht zu Axialverschiebung der Steuerhülse 33, so das diese
ohne äußeres Zutun
in der Position bleibt, in die sie von einem Aktuator gebracht wurde.
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Betätigt wird
die Steuerhülse 33 bei
der erfindungsgemäß dargestellten
Lamellenkupplung mit Hilfe von Druckluft. Zu diesem Zweck ist die
Steuerhülse 33 dichtend
und axial verschiebbar in einem Gehäuse 39, das wiederum
drehfest mit dem Mitnehmer 9 verbunden ist, angeordnet.
Das Gehäuse 39 und
eine erste Stirnfläche 41 der
Steuerhülse 33 begrenzen
einen ersten Arbeitsraum 43. In entsprechender Weise begrenzt
eine zweite Stirnfläche 45 der
Steuerhülse 33 einen
zweiten Arbeitsraum 47.
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An
dem Gehäuse 15 sind
ein erster Anschluss 49 und ein zweiter Druckluftanschluss 51 vorgesehen,
die über
einen ersten Ringkanal 53 und einen zweiten Ringkanal 55 den
zweiten Arbeitsraum 47 oder den ersten Arbeitsraum 43 mit Druckluft
versorgen. Die feststehenden Ringkanäle 53 und 55 ermöglichen
die Druckluftversorgung der Arbeitsräume 43 und 47,
die sich ebenso wie das Gehäuse 39 mit dem
Mitnehmer 9 mitdrehen.
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Wen
der erste Druckluftanschluss 49 mit Druckluft beaufschlagt
wird, steigt der Drück
im ersten Arbeitsraum 43 und die Steuerhülse 33 bewegt sich
nach links in die in 1 dargestellte Position. In Folge
dessen öffnet
sich die Lamellenkupplung.
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Sobald
die Lamellenkupplung geöffnet
ist, kann der erste Druckluftanschluss 49 wieder drucklos
geschaltet werden, da die erfindungsgemäße Lamellenkupplung ihren Schaltzustand
nicht von alleine ändert.
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Wenn
die Lamellenkupplung geschlossen werden soll, wird der zweite Druckluftanschluss 51 mit
Druck beaufschlagt, so dass Druckluft in den zweiten Arbeitsraum 47 gelangt
und sich die Steuerhülse 33 nach
rechts bewegt.
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Besonders
vorteilhaft an der Betätigung
der Lamellenkupplung mit Hilfe von Druckluft ist unter anderem,
dass die unvermeidbaren Leckagen, keine nachteiligen Auswirkungen
auf die Umgebung haben und deshalb keine besonderen Vorkehrungen
für die Leckageabfuhr
getroffen werden müssen.