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Die Erfindung betrifft eine Fliehkraftkupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Eine derartige Fliehkraftkupplung zeigt beispielsweise die
DE 24 37 777 A1 , die zum drehzahlabhängigen Kuppeln eines antreibenden Teiles, z. B. einer Keilriemenscheibe in einem Riementrieb, mit einem abtreibenden Teil, z. B. der Nabe eines Kompressors, dient. Die Fliehgewichte des antreibenden Teiles und zwei die Fliehgewichte beaufschlagende Federn sind so angeordnet, dass bei niedrigen Drehzahlen des antreibenden Teiles die Fliehkraftkupplung reibschlüssig geschlossen ist, während bei höheren Drehzahlen die Fliehkraft überwiegt und durch Ausschwenken der Fliehgewichte die Kupplung geöffnet wird. Eine der zwei Federn ist ferner so ausgerichtet, dass sich deren Vorspannkraft durch eine Übertotpunktfunktion umkehrt und die Fliehgewichte nicht entgegen der Fliehkraft, sondern in Richtung der Fliehkraft beaufschlagt. Diese Übertotpunktfunktion ermöglicht eine Hysteresefunktion der Fliehkraftkupplung zur Vermeidung von instabilen Zwischenstellungen.
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Aus der
DE 40 16 802 C1 ist eine gattungsgemäße Viskokupplung eines vierradangetriebenen Kraftfahrzeugs bekannt. Um die Viskokupplung mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit abzuschalten, ist eine Schaltvorrichtung vorgesehen. Die Schaltvorrichtung weist Fliehkraftgewichte auf, die drehbar in einem Drehpunkt gelagert sind und einen Zahn haben, der in eine Verzahnung eines zweiten Schaltelementes eingreifen kann. Dabei ist das zweite Schaltelement mit dem Kupplungsgehäuse der Viskokupplung drehfest verbunden, so dass das Differentialgehäuse bei Eingreifen des Zahns mit dem Kupplungsgehäuse drehfest verbindbar ist.
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Die
DE 100 46 035 A1 betrifft einen Kniehebelmechanismus, umfassend zwei Hebel und drei Gelenke, wobei zwischen den beiden außen liegenden Gelenken eine Feder angeordnet ist. Ferner ist ein in einer Führung geführter und eine Sperrklinke aufweisender Gleitstein an dem äußeren Gelenk vorgesehen. Bei Überschreiten eines Drehmomentes der Welle wird die Sperrklinke radial nach außen verschoben und rastet in den Außenring ein.
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Die
DE 29 17 448 A1 offenbart eine Fliehkraftreibungskupplung mit Fliehgewichten, wobei jeweils einem Paar der Fliehgewichte ein Reibschuh zugeordnet ist. Aus der
US 4 445 604 A ist eine fliehkraftabhängige Kupplungsklinke eines Gurtaufrollers bekannt. Die
DE 10 2004 040 810 A1 offenbart eine Freilaufkupplung mit einem fliehkraftabhängig betätigbaren Verriegelungselement.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fliehkraftkupplung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die bei einer zuverlässigen und robusten Konstruktion erweiterten Betriebsanforderungen in besonderem Maße Rechnung trägt.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen offenbart.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Fliehgewicht mittel- oder unmittelbar mit dem abtreibenden Teil formschlüssig nur in einer definierten Winkelzuordnung in Eingriff bringbar ist. Diese Auslegung ist in Anwendungsfällen, z. B. in Verbindung mit einer im Antriebssystem vorgesehenen Torsionsschwingungsdämpfung, besonders vorteilhaft und stellt definierte Winkelzuordnungen in einem Antriebssystem sicher.
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Dazu weist funktionell besonders günstig das Fliehgewicht an seiner dem abtreibenden Teil zugewandten Kontaktfläche eine Verzahnung auf, die mit einem an einer Umfangskontaktfläche des abtreibenden Teils angeordneten, korrespondierenden Verzahnungsabschnitt zusammenwirkt. Daraus resultiert eine in Umfangsrichtung formschlüssige, verschleißfreie und sehr robuste Kupplungsfunktion, mit eindeutig definierter Winkelzuordnung zwischen antreibendem und abtreibendem Kupplungsteil.
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Dabei ist das kreissegmentförmige Fliehgewicht zur Herstellung einer einfachen Einrück- bzw. Ausrückfunktion in einer radial ausgerichteten Führung des antreibenden Teils verschiebbar geführt.
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Die Verzahnung des Fliehgewichts kann bevorzugt eine radial nach innen gerichtete Verzahnung sein, die mit einem Außen-Verzahnungsabschnitt des abtreibenden Teils mittel- oder unmittelbar kuppelbar ist. Damit bewirkt das Fliehgewicht bzw. die bei zunehmender Drehzahl auftretende Fliehkraft eine Ausrückfunktion, während eine Antriebsverbindung durch die Vorspannkraft der eingesetzten Federn hergestellt wird.
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Baulich und fertigungstechnisch besonders günstig kann des weiteren das abtreibende Teil topfförmig mit einer inneren Nabe ausgeführt sein, auf der das abtreibende Teil drehbar zum antreibenden Teil über ein Wälzlager gelagert ist. Dabei kann ferner in konstruktiv vorteilhafter Weise das antreibende Teil ringförmig gestaltet und in das topfförmige Teil integriert sein, während an der radial ausgerichteten Führung die das Fliehgewicht entgegen der Fliehkraft vorspannenden Federn angeordnet sind.
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Zur Erzielung einer Hysteresefunktion der Fliehkraftkupplung können drei Federn auf das Fliehgewicht wirken, von denen eine in radialer Richtung direkt das Fliehgewicht beaufschlagt und zwei Federn derart angeordnet sind, dass sie über den Verschiebeweg des Fliehgewichtes eine sich ändernde Vorspannkraft ausüben und somit stabile Umschaltfunktionen sicherstellen.
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Insbesondere können dabei die zwei in ihrer Vorspannkraft veränderlichen Federn über am antreibenden Teil schwenkbar gelagerte Führungsstifte etwa tangential und einander entgegengerichtet angeordnet sein, derart, dass sie von einer das Fliehgewicht entgegen der Fliehkraft vorspannenden Position in eine die Fliehkraft unterstützende Position verlagert werden (Übertotpunktfunktion). Dabei heben sich die aufgrund der tangentialen Anordnung der Federn auf das Fliehgewicht wirkenden Querkräfte gegenseitig auf, wodurch eine leichtgängige und präzise Beherrschbarkeit der Umschaltfunktionen erzielt ist.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Fliehgewicht bzw. dessen Verzahnung mittelbar über einen Kupplungsring mit einer komplementären Verzahnung zusammenwirken, wobei der Kupplungsring über einen definierten Umfangsbereich federnd nachgiebig mit dem abtreibenden Teil gekoppelt ist. Dies ermöglicht einerseits sichere Eingriffsverbindungen zwischen den Verzahnungen des abtreibenden Teils und des Fliehgewichtes und schließt andererseits Schaltstöße beim Aus- bzw. Einkuppeln der Fliehkraftkupplung aus.
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Dabei kann in baulich gedrängter und robuster Anordnung der Kupplungsring auf der inneren Nabe des abtreibenden Teils drehbar gelagert sein, wobei ein radial nach außen abragender Mitnehmer an der Nabe in eine taschenförmige, über einen definierten Umfangsbereich sich erstreckende Ausnehmung des Kupplungsringes einragt.
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Schließlich können in vorteilhafter Weise in der taschenförmigen Ausnehmung beiderseits des Mitnehmers Schraubendruckfedern angeordnet sein, die sich einerseits an Radialflächen der Ausnehmung und anderseits am Mitnehmer abstützen und die den Kupplungsring in beiden Drehrichtungen federnd nachgiebig in einer definierten Mittelstellung zur Nabe vorspannen. Der Kupplungsring kann somit quasi als Synchronring relativ zum Fliehgewicht bzw. zum abtreibenden Teil der Fliehkraftkupplung beim Umschaltvorgang vor- oder nacheilen und somit für sichere Eingriffsverhältnisse und ein noch verbessertes, ruckfreies Umschalten sorgen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
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1 einen Querschnitt durch eine Fliehkraftkupplung mit einem antreibenden und einem abtreibenden Teil und einem über einen Kupplungsring und eine Verzahnung mit dem abtreibenden Teil kuppelbaren Fliehgewicht;
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2 ein Kräftediagramm der auf das Fliehgewicht der Fliehkraftkupplung gemäß 1 wirkenden Federn bei eingerückter Fliehkraftkupplung; und
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3 das Kräftediagramm gemäß 2 bei ausgerückter Fliehkraftkupplung.
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In der 1 ist mit 10 eine Fliehkraftkupplung bezeichnet, die sich im Wesentlichen aus einem ringförmigen, antreibenden Teil 12 und einem topfförmigen, eine Außenverzahnung 14a aufweisenden Teil 14 zusammensetzt.
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Das antreibende, ringförmige Teil 12 ist in auf der Querschnittszeichnung nicht ersichtlicher Weise über einen Flansch mit einer Antriebswelle 16 verbunden, auf der das abtreibende Teil 14 über eine innen liegende Nabe 18 und ein Wälzlager 20 bzw. ein Rollenlager drehbar gelagert ist. Das ringförmige, antreibende Teil 12 ist radial innerhalb des Außenringes 22 des abtreibenden Teiles 14 und radial außerhalb der Nabe 18 positioniert. Der Außenring 22 und die Nabe 18 sind in nicht ersichtlicher Weise über einen Ringflansch zu einem Bauteil verbunden.
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Das antreibende Teil 12 trägt ein in einer radial ausgerichteten Führung 24 verschiebbar angeordnetes, segmentförmiges Fliehgewicht 26, das mit einer radial nach innen ragenden Verzahnung 26a versehen ist.
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Die Verzahnung 26a wirkt mit einem korrespondierenden Umfangs-Verzahnungsabschnitt 28a eines Kupplungsringes 28 zusammen, wobei der Kupplungsring 28 auf der Nabe 18 des abtreibenden Teils 14 in Umfangsrichtung begrenzt verdrehbar gelagert ist.
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Dazu weist die Nabe 18 einen radial nach außen abragenden Mitnehmer 18a auf, der in eine taschenförmige, über einen definierten Umfangsbereich sich erstreckende Ausnehmung 28b des Kupplungsringes 28 einragt.
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Innerhalb der Ausnehmung 28b sind zwei Schraubendruckfedern 30 angeordnet, die sich jeweils am Mitnehmer 18a und an Radialflächen 28c des Kupplungsringes 28 abstützen und die den Kupplungsring 28 mit einer definierten Vorspannung in einer Mittelstellung relativ zur Nabe 18 halten. Der Kupplungsring 28 ist somit in beiden Drehrichtungen über einen definierten Winkelbereich relativ zur Nabe 18 verdrehbar.
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Das Fliehgewicht 26 ist mittels einer ersten, etwa radial ausgerichteten Schraubendruck-Feder 32 entgegen der auftretenden Fliehkraft vorgespannt; die Feder 32 stützt sich dabei in der eingearbeiteten Führung 24 und am Grund einer in das Fliehgewicht eingebrachten Bohrung 26b ab.
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Ferner sind zwei etwa tangential ausgerichtete Schraubendruck-Federn 34 in entsprechende Bohrungen 26c des Fliehgewichtes 26 eingesetzt, die mit zwei schwenkbar über Lagerstellen 36 am antreibenden Teil 12 angelenkten Führungsstiften 38 zusammenwirken. Die Federn 34 stützen sich dementsprechend an den Führungsstiften 38 einerseits und am Grund der Bohrungen 26c andererseits ab.
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Wie ersichtlich ist, wirken die Federn 34 gegensinnig auf das Fliehgewicht 26, so dass sich deren quer zur Verschieberichtung des Fliehgewichtes 26 gerichtete Vorspannkräfte gegenseitig aufheben.
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Die 2 und 3 zeigen das Kräftediagramm der Federn 32, 34 einmal bei niedriger Drehzahl des antreibenden Teiles 12 der Fliehkraftkupplung 10 (2) und einmal bei hoher Drehzahl.
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Gemäß 2 liegt bei einer niedrigen Drehzahl des antreibenden Teils 12 eine Fliehkraft Ff an, die geringer ist als die Vorspannkraft F1 der direkt radial auf das Fliehgewicht 26 wirkenden Feder 32. In dieser Position ist das Fliehgewicht 26 nach innen verschoben, wobei dessen Verzahnung 26a mit dem Umfangs-Verzahnungsabschnitt 28 des Kupplungsringes 28 in Eingriff ist. Die Federn 34 mit den Führungsstiften 38 nehmen eine Position ein, in der deren radial wirkende Kraftkomponente F2 die Wirkung der Feder 32 unterstützt bzw. gegen die Fliehkraft Ff gerichtet ist. Die Fliehkraftkupplung 10 ist mit einer konstruktiv festgelegten Winkelzuordnung vom antreibenden Teil 12 zum abtreibenden Teil 14 geschlossen.
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Die 3 zeigt das Kräftediagramm bei höheren Drehzahlen des antreibenden Teils 12 der Fliehkraftkupplung 10. Wie ersichtlich ist, überwiegt hier die Fliehkraft Ff die Kräfte F1, F2 der Federn 32, 34 und das Fliehgewicht 26 wird nach außen verlagert, wobei die Verzahnungen 26a, 28a außer Eingriff geraten. Die Fliehkraftkupplung 10 ist dementsprechend geöffnet.
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Dabei kehren sich die Kräfte F2 der tangential wirkenden Federn 34 wie ersichtlich um und wirken nunmehr der Kraft F1 der Feder 32 entgegen. Diese Übertotpunkffunktion der Federn 34 leitet sich daher ab, dass der eingezeichnete Kraftangriffspunkt 40 der Federn 34 eine Verbindungsgerade 42 durch die Lagerstellen 36 durchwandert.
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Liegt der Kraftangriffspunkt 40 wie in 2 gezeigt auf der linken Seite der Verbindungsgeraden 42, so wirkt die radial gerichtete Kraftkomponente F2 der Federn 34 der Fliehkraft Ff entgegen. Liegt der Kraftangriffspunkt 40 indessen auf der rechten Seite der Verbindungsgeraden 42 (3), so kehrt sich die radial gerichtete Kraftkomponente F2 um und wirkt nunmehr in Richtung der Fliehkraft Ff.
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Daraus resultiert, dass die Fliehkraftkupplung 10 zwei stabile Umschaltpunkte von der Offenstellung zur Schließstellung und umgekehrt aufweist und instabile Zwischenstellungen vermieden sind.
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Beim Umschalten der Fliehkraftkupplung 10 von der Offenstellung in die Schließstellung wird das ruckfreie Einrasten der Verzahnung 26a des Fliehgewichtes 26 in den Umfangs-Verzahnungsabschnitt 28a des Kupplungsringes 28 durch dessen federnde Nachgiebigkeit in beiden Drehrichtungen deutlich verbessert, wobei im Rahmen der möglichen Winkelausschläge Drehzahlunterschiede, Drehmomentwechsel, etc. ausgeglichen werden.
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Die Auslegung der unterschiedlichen Umschaltpunkte (Hysterese) der Fliehkraftkupplung 10 kann durch die Federraten und durch die Anstellwinkel der Federn 32, 34 konstruktiv abgestimmt werden.
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Abweichend zum dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Umfangs-Verzahnungsabschnitt 28a auch direkt an der Nabe 18 des abtreibenden Teils 14 vorgesehen sein.
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Anstelle nur eines Fliehgewichtes 26 können auch mehrere Fliehgewichte angeordnet sein, wobei jedoch durch Unsymmetrie in den Verzahnungen oder in den Umfangsabständen eine definierte Winkelzuordnung zwischen dem antreibenden und dem abtreibenden Teil 12, 14 der Fliehkraftkupplung 10 sichergestellt sein muss.
