DE102014117088A1

DE102014117088A1 - Kupplung sowie Verfahren zum Einstellen eines Kupplungsluftspaltes

Info

Publication number: DE102014117088A1
Application number: DE102014117088.1A
Authority: DE
Inventors: Manfred Gebhart
Original assignee: Kendrion Markdorf GmbH
Current assignee: Kendrion Markdorf GmbH
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2016-05-25
Also published as: WO2016078804A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine auf einer Welle (3) montierbare Kupplung (2) zum Antreiben eines Aggregates (4), insbesondere eines Kompressors, mit einer Rotorbaugruppe (7) und mit einer, eine durch Bestromen eines Elektromagneten (5) axial relativ zu der Rotorbaugruppe (7) verstellbare Reibscheibe (11) aufweisenden, Nabenbaugruppe (9) zum Übertragen eines Drehmomentes zwischen der Nabenbaugruppe (9) und der Rotorbaugruppe (7) bei an der Rotorbaugruppe (7) anliegender Reibscheibe (11), wobei die Nabenbaugruppe (9) Mittel, insbesondere eine Verzahnung, zum drehfesten Verbinden mit der Welle (3), bevorzugt einem eine zylindrische Hüllkontur aufweisenden Wellenabschnitt, aufweist und wobei die Kupplung (2) Einstellmittel zum Einstellen eines Luftspaltes (25) zwischen der Reibscheibe (11) und der Rotorbaugruppe (7) aufweist, und wobei die Kupplung (2) ein Fixiergewindeelement (16) umfasst, mit dem die Rotorbaugruppe (7) axial an der Welle (3) sicherbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einstellmittel ein über eine Gewindeverbindung (18) mit der Rotorbaugruppe (7) verbundenes Einstell-Gewindeelement (17) zum axialen Abstützen der Rotorbaugruppe (7) an der Welle (3) aufweisen, und dass das Einstell-Gewindeelement (17) zur Einstellung des Luftspaltes (25) ausschließlich bei gelöstem, insbesondere entferntem, Fixiergewindeelement (16) durch Verdrehen in einer Umfangsrichtung aufgrund der Gewindeverbindung (18) axial relativ zu der Rotorbaugruppe (7) verstellbar ist und dass die Nabenbaugruppe (9) mit dem Fixiergewindeelement (16) axial gegen das Einstell-Gewindeelement (17) kraftbeaufschlagbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine auf einer Welle montierbare Kupplung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, zum Antreiben eines Aggregates, insbesondere eines Kompressors, ganz besonders bevorzugt eines Nebenaggregates in einem Kraftfahrzeug, mit einer Rotorbaugruppe und mit einer eine durch Bestromen eines Elektromagneten axial relativ zu der Rotorbaugruppe verstellbare Reibscheibe (Ankerscheibe) aufweisenden Nabenbaugruppe zum Übertragen eines Drehmomentes zwischen der Nabenbaugruppe und der Rotorgruppe bei an der Rotorbaugruppe anliegender Reibscheibe, wobei die Nabenbaugruppe Mittel zum drehfesten Verbinden mit der Welle, insbesondere in Form einer Verzahnung, aufweist, und wobei die Kupplung Einstellmittel zum Einstellen eines Luftspaltes zwischen der Reibscheibe und der Rotorbaugruppe aufweist, und wobei die Kupplung ein Fixiergewindeelement umfasst, mit dem die Rotorbaugruppe axial an der Welle sicherbar ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Antriebssystem mit einer Welle und einer Kupplung gemäß Anspruch 8. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einstellen eines Luftspaltes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Die Problematik bei eine Welle antreibenden oder von einer Welle angetriebenen Kupplungen ist die Einstellung des Luftspaltes zwischen einer Reibscheibe (Ankerscheibe) einer Nabenbaugruppe der Kupplung und einer Rotorbaugruppe, genauer einem Reibpartner der Rotorbaugruppe. Bei gattungsgemäßen Kupplungen, bei denen die drehfeste Verbindung zwischen der Nabenbaugruppe und der Welle in der Regel in einem eine zylindrische Hüllkontur aufweisenden Abschnitt der Welle über eine Verzahnung realisiert ist, die vor dem axialen Sichern der Nabenbaugruppen mittels einer Fixierschraube eine gewisse axiale Verstellbarkeit der Nabenbaugruppe relativ zu der Welle bei Beibehaltung der Fluchtung der Drehachse der Welle und der Nabenbaugruppe gewährleistet, wird der Luftspalt typischerweise über Passscheiben eingestellt, die axial zwischen der Nabenbaugruppe und der Welle auf der Fixierschraube platziert werden. Muss der Luftspalt variiert werden, ist es bei einer gattungsgemäßen Kupplung notwendig, die Nabenbaugruppe durch Lösen der in der Regel als Zentralschraube ausgeführten Fixierschraube von der Welle zu lösen, um dann die benötigte Anzahl an Passscheiben aufzusetzen.
Bei anderen bekannten Kupplungstypen, wie diese beispielsweise in der DE 20 2006 016 144 U1 beschrieben sind, kann der Abstand der Reibscheibe zu der Rotorbaugruppe zur Einstellung des Luftspaltes über eine Gewindeverbindung zwischen einem von der Fixierschraube axial gegen die Welle verspannten Gewindeelement und einer die Reibscheibe tragenden Baugruppe eingestellt werden, wobei das Gewindeelement, im Stand der Technik ein Flansch, nach der Einstellung des Luftspaltes zum Verhindern eines ungewollten Relativverdrehens der Reibscheibe zu dem Gewindeelement über mehrere, über den Umfang verteilt angeordnete Schrauben gesichert werden muss. Bei den bekannten Kupplungen stellt das Gewindeelement über eine Konuspassung gleichzeitig die drehfeste Verbindung zwischen der Welle und der die Reibscheibe tragenden Baugruppe her. Als nachteilig wird der aufwändige Mechanismus zur Luftspalteinstellung empfunden, und dass zum drehfesten Fixieren der Reibscheibe relativ zu dem Gewindeelement neben dem Verspannen des Gewindeelementes mit der Welle eine drehfeste Kopplung zwischen diesem Gewindeelement und der Reibscheibenbaugruppe über mehrere Schraubverbindungen notwendig ist. Nachteilig ist zudem, die Torsionsbelastung des Gewindeelementes im Betrieb der Kupplung.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine auf einer Welle montierbare Kupplung zum Antreiben eines Aggregates, insbesondere eines Nebenaggregates in einem Kraftfahrzeug anzugeben, die eine einfache Einstellung des Luftspaltes mit möglichst wenig Verfahrensschritten ermöglicht, ohne die Notwendigkeit, zu diesem Zweck die Nabenbaugruppe von der Welle zu demontieren. Bevorzugt sollten die Einstellmittel im Betrieb nicht torsionskraftbelastet sein.
Ferner besteht die Aufgabe darin, ein Antriebssystem, umfassend eine Welle und eine daran festlegbare oder festgelegte, entsprechend verbesserte Kupplung anzugeben, sowie ein vereinfachtes Verfahren zum Einstellen des Luftspaltes bei einer solchen Kupplung mit möglichst wenig Verfahrensschritten.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Kupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, d.h. bei einer gattungsgemäßen Kupplung dadurch, dass die Einstellmittel ein über eine Gewindeverbindung mit der Rotorbaugruppe verbundenes Einstell-Gewindeelement zum axialen Abstützten der Rotorbaugruppe an der Welle aufweisen, und dass das Einstell-Gewindeelement zur Einstellung des Luftspaltes ausschließlich bei gelöstem, insbesondere ausschließlich bei entferntem, Fixiergewindeelement durch Verdrehen in einer Umfangsrichtung aufgrund der Gewindeverbindung axial relativ zu der Rotorbaugruppe verstellbar ist und dass die Nabenbaugruppe mit dem Fixiergewindeelement (in einem angezogenen Zustand des Fixiergewindeelements) gegen das Einstell-Gewinde-element kraftbeaufschlagbar bzw. kraftbeauschlagt ist. Mit anderen Worten nimmt bei einem neben der Kupplung die Welle umfassenden Antriebssystem die Nabenbaugruppe und die Welle das Einstell-Gewindeelement axial zwischen sich auf, wobei sich das Einstell-Gewindeelement dann axial an der Welle abstützt und die Spannkraft von dem Fixiergewindeelement in die Nabenbaugruppe und von dieser über die Gewindeverbindung in das Einstell-Gewindeelement übertragen wird.
Hinsichtlich des Antriebssystems wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und hinsichtlich des Luftspalteinstellverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, anstelle der bei gattungsgemäßen Kupplungen zur Anwendung kommenden Passscheiben zur, bevorzugt stufenlosen Einstellung des Luftspaltes zwischen der Reibscheibe (Ankerscheibe) der Nabenbaugruppe und der Rotorbaugruppe ein mittels einer Gewindeverbindung an der Rotorbaugruppe festgelegtes Einstell-Gewindeelement vorzusehen, durch dessen Verdrehen in Umfangsrichtung relativ zu der Nabenbaugruppe der Abstand zwischen der Nabenbaugruppe und der Rotorbaugruppe zur Einstellung des Luftspaltes durch axiales Verstellen einer von dem Einstell-Gewindeelement gebildeten Abstützfläche zum Abstützen an der Welle relativ zu den Nabenbaugruppe einstellbar ist. Wesentlich dabei ist, dass die drehfeste Fixierung des Einstell-Gewindeelementes zur Nabenbaugruppe nach erfolgter Luftspalteinstellung über das Fixiergewindeelement erfolgt, mit welchem die Rotorbaugruppe axial an der Welle sicherbar ist, und zwar derart, dass sich das Fixiergewindeelement mittelbar oder unmittelbar axial an der Nabenbaugruppe abstützt, so dass sich diese wiederum über das Einstell-Gewindeelement an der Welle abstützen kann, wobei die Kraftübertragung von dem Fixiergewindeelement auf das Einstell-Gewindeelement über die Gewindeverbindung zwischen dem Einstell-Gewindeelement und der Nabenbaugruppe realisiert ist, die axial wiederum von dem Fixiergewindeelement in Richtung Welle kraftbeaufschlagt ist. Anders ausgedrückt werden im Rahmen des eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Kupplung umfassenden Antriebssystems sowohl das Einstell-Gewindeelement als auch die Nabenbaugruppe sandwichartig zwischen dem Fixiergewindeelement, insbesondere einem Fixierschraubenkopf und der Welle aufgenommen, so dass auf das Einstell-Gewindeelement und einen Verbindungsabschnitt der Nabenbaugruppe eine axiale Klemmkraft wirkt, die trotz der vorhandenen Gewindeverbindung zwischen Einstell-Gewindeelement und Nabenbaugruppe bzw. die Gewindeverbindung ein Relativverdrehen dieser Kupplungsbestandteile bei entsprechend angezogenem Fixiergewindeelement sicher verhindert. Bevorzugt ist die Gewindeverbindung als Feingewindeverbindung ausgebildet. Weiter bevorzugt ist die Gewindeverbindung zwischen dem Einstell-Gewindeelement und der Nabenbaugruppe die einzig formschlüssige Verbindung zwischen diesen Bauelementen der Kupplung. Bevorzugt besteht keine unmittelbare Formschlussverbindung zwischen Gewindeelement und Welle zur Drehmomentübertragung.
Aufgrund der Realisierung der vorgenannten Klemmverbindung kann auf die bei der in der DE 20 2006 016 144 U1 beschriebene zusätzliche Fixierung zwischen einem Gewindeelement und einer Nabenbaugruppe mittels über den Umfang verteilt angeordneten und radial zur Fixierschraube angeordneten Schrauben verzichtet werden. Der Einstellvorgang zum Einstellen eines Luftspaltes bei einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Kupplung unterscheidet sich grundlegend von dem Einstellvorgang der aus der vorgenannten Druckschrift bekannten Kupplung. Bei der bekannten Kupplung muss nämlich zunächst das als Gewindeflansch ausgebildete Gewindeelement mittels einer Fixierschraube axial an der Welle fixiert werden, wobei aufgrund der Konuspassung gleichzeitig eine drehfeste Verbindung resultiert. Daraufhin kann dann die Nabenbaugruppe bzw. Reibscheibenbaugruppe in Umfangsrichtung zu dem festgelegten Gewindeelement verdreht werden und muss danach mit Hilfe der vorerwähnten Schrauben mit Radialabstand zur Fixierschraube gesichert bzw. drehfest mit dem Gewindeelement verbunden werden. Bei einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Kupplung erfolgt die axiale Sicherung der Nabenbaugruppe und die Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen dem Gewindeelement und der Nabenbaugruppe in einem einzigen Schritt, nämlich durch Anziehen des Fixiergewindeelementes, wodurch das Einstell-Gewindeelement eingeklemmt wird zwischen der Welle und der Nabenbaugruppe, indem die Nabenbaugruppe axial in Richtung der Welle von dem Fixiergewindeelement kraftbeaufschlagt wird. Auf einen davon separaten Schritt zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen dem Einstell-Gewindeelement und der Nabenbaugruppe kann mit Vorteil verzichtet werden. Bevorzugt umfasst die Nabenbaugruppe eine Trägeranordnung, an der die Reibscheibe über eine Rückstellfeder fixiert ist. Die Trägeranordnung ist dann bevorzugt über ein Innengewinde mit einem Außengewinde des Einstell-Gewindeelementes verschraubt.
Im Gegensatz zu der aus der DE 20 2006 016 144 U1 bekannten Vorrichtung muss zur Einstellung des Luftspaltes das Fixiergewindeelement gelöst sein, um eine Axialkraftbeaufschlagung des Einstell-Gewindeelementes über das Fixiergewindeelement, die Nabenbaugruppe und die Gewindeverbindung auf das Einstell-Gewindeelement zu vermeiden. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Fixiergewindeelement vollständig aus der Verschraubung mit der Welle gelöst werden muss, um ein Verdrehen des Einstell-Gewindeelementes relativ zu der Nabenbaugruppe zu ermöglichen. Im montierten Zustand übergreift oder durchsetzt das Fixiergewindeelement das Einstell-Gewindeelement ohne dies direkt kraftzubeaufschlagen – die Kraftbeaufschlagung erfolgt mittelbar über die Kraftbeaufschlagung der Nabenbaugruppe in axialer Richtung. Bevorzugt berühren sich das vorzugsweise als zentrale Fixierschraube ausgebildete Fixiergewindeelement und das Einstell-Gewindeelement im montierten Zustand nicht.
Lediglich klarstellend sei an dieser Stelle ausgeführt, dass der Gattungsbegriff einer auf einer Welle montierbaren Kupplung so zu verstehen ist, dass ein Kupplungsteil bzw. eine Kupplungshälfte, nämlich konkret die Nabenbaugruppe mit der Welle mittelbar oder unmittelbar drehfest verbindbar ist – selbstverständlich ist ein anderer Kupplungsteil, hier die Rotorbaugruppe relativ zu der Welle drehbar lagerbar.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Kupplung, bei der diese ausgebildet ist, um auf einen eine zylindrische Hüllkontur aufweisenden Abschnitt der Welle aufgeschoben zu werden, um somit ein axiales Verstellen der Nabenbaugruppe relativ zu der Welle und der Rotorbaugruppe zu ermöglichen, wobei in jeder axialen Verstellposition durch die Realisierung entsprechender Drehmomentübertragungsmittel, insbesondere in Form einer eine Axialverschiebung zulassenden Verzahnung, dass ein Drehmoment zwischen Nabenbaugruppe und Welle übertragen werden kann. Anderes ausgedrückt ist also in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass die Mittel zur Drehmomentübertragung zwischen der Nabenbaugruppe und der Welle so ausgebildet sind, dass trotz der Realisierung einer drehfesten Verbindung ein axiales Relativverstellen zwischen Nabenbaugruppe und Welle möglich ist. Der hierfür notwendige, in Umfangsrichtung wirksame Formschluss ist dabei bevorzugt ausschließlich zwischen der Nabenbaugruppe und der Welle realisiert – die Notwendigkeit für einen in Umfangsrichtung wirksamen Formschluss zwischen dem Einstell-Gewindeelement und der Welle zur Drehmomentübertragung ist nicht gegeben und bevorzugt auch nicht realisiert.
Im Vergleich zu gattungsgemäßen Kupplungen hat eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Kupplung erhebliche Vorteile. So ist eine Luftspalteinstellung ohne zusätzliche Passscheibe möglich. Zudem ist es nicht notwendig, zur Einstellung des Luftspaltes die Nabenbaugruppe, die die bevorzugt entgegen der Kraft einer Rückstellfeder durch Bestromen des bevorzugt stationär, d.h. nicht verdrehbar anordnenbaren Elektromagneten eine verstellbare Reibscheibe umfasst, von der Welle demontieren zu müssen. Die Luftspalteinstellung kann ohne jegliche Zuhilfenahme von Messmitteln erfolgen, da, wie später noch erläutert werden wird, der Zusammenhang, zwischen der Anzahl der Umdrehungen des Einstell-Gewindeelementes und dem daraus resultierenden Axialversatz zwischen Reibscheibe und Rotorbaugruppe aufgrund der Gewindesteigung bekannt ist. Die Gewindesteigung bestimmt den axialen Verstellweg der Reibscheibe pro Umdrehung des Einstell-Gewindeelementes relativ zu der Nabenbaugruppe. Zudem ist die Luftspalteinstellung im Vergleich zu sämtlichen aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen in zeitlicher Hinsicht optimiert. Darüber hinaus zeichnet sich eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Kupplung durch einen leichten, einfachen und kompakten Aufbau aus. Da das Drehmoment bevorzugt über die Wellen-Nabenbaugruppenverbindung (und bevorzugt nicht über das Einstell-Gewindeelement) übertragen wird, resultieren keine Torsionskräfte auf die Einstellmittel.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Einstell-Gewindeelement ausschließlich durch axiales Verklemmen zwischen der Nabenbaugruppe und der Welle gegen ein Verdrehen relativ zu der Nabenbaugruppe gesichert ist. Mit anderen Worten ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass auf sämtliche Formschlussverbindungen zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen dem Einstell-Gewindeelement und der Nabenbaugruppe mit Vorteil verzichtet wird.
Zum erleichterten Verdrehen und damit axialen Verstellen des Einstell-Gewindeelementes relativ zu der Nabenbaugruppe umfasst das Einstell-Gewindeelement bevorzugt einen Antrieb, beispielsweise einen Innensechskant- oder Torxsantrieb, zum Einbringen eines Drehmomentes mittels eines Werkzeugs. Dabei ist das Einstell-Gewindeelement bevorzugt derart angeordnet, dass das Werkzeug axial durch eine Durchgangsöffnung der Nabenbaugruppe in den Antrieb eingeführt werden muss. Weiter bevorzugt ist der Antrieb nur zugängig nach vollständigem Ablösen, d.h. Entfernen des Einstell-Gewindeelementes.
Im Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung des Fixiergewindeelementes gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Grundsätzlich denkbar ist es, das Fixiergewindeelement als Innengewindehülse auszugestalten, die mit einem Innengewinde mit einem, bevorzugt endseitigen Außengewinde der Abtriebswelle verschraubbar ist, wobei die Innengewindehülse einen Radialfortsatz, beispielsweise in der Art eines Schraubenkopfes aufweist, um sich axial an der Nabenbaugruppe zum Aufbringen einer Klemmkraft für das Einstell-Gewindeelement abzustützen. In dem Fall der Ausbildung des Fixiergewindeelementes als Innengewindehülse kann diese das Einstell-Gewindeelement radial innen, insbesondere mit Radialabstand in sich aufnehmen.
Bevorzugt ist eine alternative Ausführungsform, bei der das Fixiergewindeelement als Fixierschraube, bevorzugt als Zentralschraube ausgebildet ist, die mit einem Innengewinde in der Wellenstirnseite, insbesondere mit einem zentralen Innengewinde verschraubbar ist. Die Fixierschraube kann sich dann mittelbar oder unmittelbar mit einem Schraubenkopf axial an der Nabenbaugruppe zum Aufbringen der axialen Klemmkraft für das Einstell-Gewindeelement abstützen. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang das Einstell-Gewindeelement als Hülse, insbesondere Außengewindehülse auszubilden, die dann im Rahmen der Gewindeverbindung mit der Nabenbaugruppe verschraubt ist. Die Fixierschraube durchsetzt dabei im montierten bzw. axial gesicherten Zustand der Nabenbaugruppe das hülsenförmige Einstell-Gewindeelement, bevorzugt mit Radialabstand. Der Antrieb zum Verdrehen des hülsenförmigen Einstell-Gewindeelementes ist dabei bevorzugt stirnseitig eingebracht, insbesondere als eine entsprechende Umfangskontur der vorerwähnten Durchgangsöffnung für die Fixierschrauben.
Das nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Einstellprinzip zum Verstellen des Luftspaltes eignet sich besonders für Kupplungen (ist jedoch hierauf nicht beschränkt), bei denen die Rotorbaugruppe den Luftspalt axial überlappt und dieser so für Messmittel oder sonstige Einstellmittel von außen nicht zugängig ist. Aufgrund des bekannten Zusammenhangs zwischen der Gewindesteigung und dem axialen Verstellweg der Nabenbaugruppe relativ zu der Rotorbaugruppe kann trotzdem ein vorgegebener bzw. definierter Luftspalt eingestellt werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das, bevorzugt hülsenförmige, Einstell-Gewindeelement eine plane, vorzugsweise von einer der Welle zugewandten Stirnseite des Einstell-Gewindeelementes gebildete Abstützfläche zum axialen Abstützen an der Welle, bevorzugt an einer planen Stirnseite der Welle aufweist. Bevorzugt ist dabei keine in die Umfangsrichtung wirksame Formschlussverbindung zwischen dem Einstell-Gewindeelement und der Welle realisiert um Torsionskräfte auf das Einstell-Gewindeelement sicher zu vermeiden.
Wie erwähnt führt die Erfindung auch auf ein Antriebssystem, welches neben einer wie zuvor beschriebenen ausgebildeten Kupplung eine Welle aufweist. Bei der Welle kann es sich um eine angetriebene Welle handeln, mit der die Nabenbaugruppe aufgrund der drehfesten Verbindung antreibbar ist. Alternativ ist es denkbar aufgrund der drehfesten Verbindung zwischen der Nabenbaugruppe und der Welle die Welle über die Nabenbaugruppe anzutreiben. Bevorzugt ist zwischen Welle und Nabenbaugruppe eine unmittelbare zylindrische Wellen-Nabenverbindung realisiert, die so gestaltet ist, dass die Nabenbaugruppe bei gelöstem Fixiergewindeelement bei Beibehaltung einer in Umfangsrichtung wirksamen Formschlussverbindung zur Gewährleistung einer Drehmomentübertragung axial relativ zur Welle verstellbar ist, insbesondere um den Luftspalt durch Relativverdrehen des Einstell-Gewindeelementes zur Nabenbaugruppe einzustellen.
Die Erfindung führt auch auf ein Verfahren zum Einstellen eines Luftspaltes zwischen der Reibscheibe der nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Nabenbaugruppe und der Rotorbaugruppe. Kern des Verfahrens ist es, dass das sich axial an der Welle abstützende Einstell-Gewindeelement in eine Umfangsrichtung verdreht und dadurch die Nabenbaugruppe axial relativ zu der, vorzugsweise von der Welle durchsetzten und relativ verdrehbar zur Welle gelagerten, Rotorbaugruppe verstellt und dadurch die Breite des Luftspaltes eingestellt wird, wobei zum Verdrehen des Einstell-Gewindeelementes zunächst das Fixiergewindeelement gelöst werden muss.
Bevorzugt wird das, insbesondere hülsenförmige Einstell-Gewindeelement im Falle der Realisierung eines Rechtsgewindes nach links verdreht (oder umgekehrt), so dass sich das Einstell-Gewindeelement von der Welle, insbesondere einer Kompressorwelle, ganz besonders bevorzugt einer Planfläche dieser Welle wegbewegt bzw. axial entfernt. Nun kann die Paarung Nabenbaugruppe mit Reibscheibe und Rotorbaugruppe zusammengeschoben werden. Falls dies aufgrund einer Schwergängigkeit manuell nicht möglich sein sollte, kann bei Bedarf hierzu das Fixiergewindeelement, insbesondere eine Zentralschraube benutzt werden. Beim Hineinschrauben des Einstell-Gewindeelementes, d.h. z.B. bei Rechtsgewinde nach rechts, wird der Luftspalt, ab dem Moment wo sich die Planflächen von Einstell-Gewindeelement und Welle berühren, vergrößert. Die axiale Verstellung erfolgt dabei entsprechend der Gewindesteigung (beispielsweise 1mm Steigung entsprechen bei einem Verdrehwinkel von 180° 0,5mm Luftspalt). Nach Einstellen des Luftspaltes wird dann die Nabenbaugruppe mittels des Einstell-Gewindeelementes gesichert und gleichzeitig wird das Einstell-Gewindeelement hierdurch axial gegen die Welle verspannt und eine weitere Relativverdrehbewegung zwischen dem Einstell-Gewindeelement und der Nabenbaugruppe sicher verhindert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:
1: eine hälftige Längsschnittansicht durch eine montierte, nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Kupplung bzw. durch ein Antriebssystem,
2: die Kupplung bzw. das Antriebssystem gemäß 1 bei gelöstem und entferntem Fixiergewindeelement, hier eine Zentralschraube,
3: eine vergrößerte Darstellung eines Details aus 1,
4: eine vergrößerte Darstellung des Zustandes gemäß 2 mit in einen Antrieb des hülsenförmigen Einstell-Gewindeelementes eingeführtem Werkzeug, und
5: einen Ausschnitt einer alternativen Bauform, bei welcher sich das Fixiergewindeelement nicht unmittelbar sondern mittelbar über eine Scheibe an der Ankerbaugruppe abstützt.
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In den 1 und 2 ist ein Antriebssystem 1 gezeigt, umfassend eine Kupplung 2 und eine Welle 3, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Welle eines anzutreibenden Aggregats 4, hier eines Kompressors.
Die Kupplung 2 umfasst einen drehfest angeordneten Elektromagneten 5 sowie eine relativ zu dem Elektromagneten 5 verdrehbar angeordnete Rotorbaugruppe 7, die über ein Wälzlager 8 relativ zu dem Aggregat 4 und der Welle 3 drehbar gelagert ist.
Des Weiteren umfasst die Kupplung 2 eine Nabenbaugruppe 9 mit einem Träger 10, an welchem eine Reibscheibe 11 über eine Rückstellfeder 12 fixiert ist. Durch Bestromen des Elektromagneten 5 wird die Reibscheibe 11 (Ankerscheibe) axial entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 12 relativ zur Rotorbaugruppe 7, und in dem konkreten Ausführungsbeispiel axial auf einen Reibpartner 13 der Rotorbaugruppe 7 zu, verstellt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist Bestandteil der Rotorbaugruppe 7 eine Riemenscheibe 14, über die die Rotorbaugruppe 7 und bei anliegender bzw. axial verstellter Reibscheibe 11 auch die Nabenbaugruppe 9 und damit die Welle 3 antreibbar sind. Zur Übertragung des Drehmomentes zwischen der Nabenbaugruppe 9 und der Welle 3 ist zwischen der Nabenbaugruppe 9 und der Welle 3 eine in Umfangsrichtung wirksame Formschlussverbindung, hier in der Form einer nicht gezeigten Verzahnung realisiert, wobei die Nabenbaugruppe 9 axial auf einen zylindrischen Abschnitt 15 (mit Außenverzahnung) der Welle 3 aufgeschoben ist, wobei die zylindrische Hüllkontur eine axiale Relativverstellbarkeit zwischen Nabenbaugruppe 9 und Welle 3 bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer drehfesten Verbindung über die Verzahnung garantiert, wenn, wie in 2 gezeigt, ein als Fixierschraube, hier Zentralschraube ausgebildetes Fixiergewindeelement 16, mit welchem die Nabenbaugruppe 9 in dem Betriebszustand gemäß 1 an der Welle 3 gesichert ist, gelöst bzw. entfernt ist. Wie sich weiter aus den 1 und 2 ergibt, ist mit der Nabenbaugruppe 9 ein hier hülsenförmiges Einstell-Gewindeelement 17 verschraubt bzw. verbunden, und zwar über eine Gewindeverbindung 18 zwischen einem Außengewinde des Einstell-Gewindeelementes 17 und einem Innengewinde der Nabenbaugruppe 9, konkret im Ausführungsbeispiel des Trägers 10.
Das Einstell-Gewindeelement 17, welches wie erläutert hülsenförmig ausgestaltet ist, umfasst eine axiale Durchgangsöffnung 19, die im fertig montierten Zustand der Kupplung an der Welle 3 von dem hier als Kopf-Schraube ausgebildeten Fixiergewindeelement 16 axial durchsetzt ist. Das Fixiergewindeelement 16 ist mit der Welle 3 verschraubt, in dem konkreten Ausführungsbeispiel durch Verschrauben eines Außengewindes des Fixiergewindeelementes 16 mit einer zentralen, konzentrisch zur gemeinsamen Drehachse D der Welle 3 und der Nabenbaugruppe 9 angeordneten Innengewindeöffnung 20.
Das Fixiergewindeelement 16 durchsetzt, wie erwähnt, das Einstell-Gewindeelement 17, welches sich im montierten Zustand axial an einer planen Stirnfläche der Welle 3 abstützt und zudem axial eine durchgängige Öffnung 21 in der Nabenbaugruppe 9, konkret im Träger 10, wobei die Nabenbaugruppe 9, konkret der Träger 10, in radialer Richtung von dem Fixiergewindeelement 16 im montierten Zustand und im konkreten Ausführungsbeispiel von einem Schraubenkopf 22 des Fixiergewindeelementes 16 übergriffen wird. Mit diesem Schraubenkopf 22 stützt sich das Fixiergewindeelement 16 axial an der Nabenbaugruppe 9 ab und beaufschlagt diese mit einer Spannkraft in Richtung Welle 3. Aufgrund der Gewindeverbindung 18 wird die Kraft von der Nabenbaugruppe 9 auf das Einstell-Gewindeelement 17 übertragen, welches folglich gegen die plane Stirnseite der Welle 3 gepresst wird. In diesem fixierten Zustand, in welchem die Gewindeverbindung 18 unter einer Axialspannung steht, ist eine Relativverdrehmöglichkeit zwischen Einstell-Gewindeelement 17 und Nabenbaugruppe 9 nicht gegeben.
Zur Gewährleistung bzw. Realisierung vorgenannter Verstellmöglichkeit, wird, wie in 2 gezeigt bei auf der Welle 3 verbleibender Nabenbaugruppe 9 das Fixiergewindeelement 16 gelöst und aus dem Einstell-Gewindeelement 17 und der durchgängigen Öffnung 21 herausgezogen.
Nun wird aus axialer Richtung ein Antrieb 23 des Einstell-Gewindeelementes 17 für ein Werkzeug 24 zugängig, wie dies in der Detaildarstellung gemäß 4 gezeigt ist. Jetzt kann mittels des Werkzeuges 24 das Einstell-Gewindeelement 17 in der Gewindeverbindung 18 relativ zu der Nabenbaugruppe 9 verstellt und dadurch dass sich das Einstell-Gewindeelement 17 axial an der Welle 3 abstützt, ein Luftspalt 25 zwischen Reibscheibe 16 und Reibpartner 13 eingestellt werden.
In den 2 und 4 ist ein Zustand gezeigt, bei welchem das Einstell-Gewindeelement 17 gerade noch nicht an der Welle 3 anliegt und somit der Luftspalt 25 (s. 2) auf null reduziert werden kann. Wird nun das Einstell-Gewindeelement 17 in Umfangsrichtung und damit axial gegen die Welle 3 verschraubt, kann dieser axiale Abstand definiert eingestellt werden. Zu erkennen ist, dass zwischen dem Einstell-Gewindeelement 17 und der Welle 3 keinerlei Formschlussverbindung besteht, sondern sich diese Bauteile lediglich axial aneinander abstützten. Eine axiale Fixierung erfolgt nach Einstellung des Luftspaltes ausschließlich durch das Wiedereinschrauben des Fixiergewindeelementes 16 in im Vergleich zu vorgenannter Vorgehensweise umgekehrter Reihenfolge. Außer dem Fixieren des Fixiergewindeelements 16 an der Welle 3 sind keine weiteren Schritte notwendig, insbesondere nicht zur Realisierung einer drehfesten Verbindung zwischen der Nabenbaugruppe 9 und der Welle 3, da diese aufgrund der Verzahnung ohnehin dauerhaften Bestand hat, also nicht aufgehoben bzw. gelöst wird durch das Entfernen des Fixiergewindeelementes 16.
3 zeigt in einer vergrößerten Darstellung den fixierten Zustand gemäß 1. Hier ist gut zu erkennen, dass sich der Schraubenkopf 22 des Fixiergewindeelementes 16, welches mit einer Zentralbohrung bzw. einer Innengewindeöffnung 20 der Welle 3 verschraubt ist, in axialer Richtung auf einer von der Welle 3 abgewandten Axialseite der Nabenbaugruppe 9 abstützt und diese in Richtung Welle 3 kraftbeaufschlagt, wobei die Kraft über die Gewindeverbindung 18 auf das Einstell-Gewindeelement 17, welches von dem Fixiergewindeelement 16 durchsetzt ist, übertragen wird. Mit anderen Worten stützt sich die Nabenbaugruppe 9 an der Welle 3 in axialer Richtung ausschließlich über das Einstell-Gewindeelement 17 ab, welches wiederum nicht für die Drehmomentübertragung in Umfangsrichtung Sorge trägt. Hier ist unmittelbar, beispielhaft über eine Verzahnung, eine unmittelbare drehfeste Verbindung zwischen der Nabenbaugruppe 9 und der Welle 3 gesorgt. Trotz der axialen Verstellmöglichkeit der Nabenbaugruppe 9 bei gelöstem Fixiergewindeelement 16 bleibt die gemeinsame Drehachse D unverändert – d.h. auch bei einer Axialverstellung zur Luftspalteinstellung fluchtet die Drehachse der Nabenbaugruppe 9 mit der Drehachse D der Antriebswelle.
5 zeigt eine alternative Bauform. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Wesentlichen ausschließlich auf die Unterschiede zu dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eingegangen.
Im Hinblick auf die Gemeinsamkeiten wird auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen.
Zu erkennen ist, dass sich der Schraubenkopf 22 des Fixiergewindeelementes 16 nicht unmittelbar sondern über eine Scheibe 26 axial an der Nabenbaugruppe 9 abstützt. Ansonsten ist das Prinzip gleich. Über das Fixiergewindeelement 16 wird eine axiale Verspannkraft auf die Nabenbaugruppe 9 aufgebracht und über diese, genauer über die Gewindeverbindung 18 auf das Einstell-Gewindeelement 17, welches sich axial an der Welle 3 abstützt.
Bezugszeichenliste

1: Antriebssystem
2: Kupplung
3: Welle
4: Aggregat
5: Elektromagnet
7: Rotorbaugruppe
8: Wälzlager
9: Nabenbaugruppe
10: Träger der Nabenbaugruppe
11: Reibscheibe
12: Rückstellfeder
13: Reibpartner der Rotorbaugruppe
14: Riemenscheibe
15: zylindrischer Abschnitt der Welle
16: Fixiergewindeelement
17: Einstell-Gewindeelement
18: Gewindeverbindung
19: Durchgangsöffnung im Einstell-Gewindeelement
20: Innengewindeöffnung
21: durchgängige Öffnung
22: Schraubenkopf
23: Antrieb
24: Werkzeug
25: Luftspalt
26: Scheibe
D: gemeinsame Drehachse von Welle und Nabenbaugruppe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202006016144 U1 [0004, 0012, 0013]

Claims

Auf einer Welle (3) montierbare Kupplung (2) zum Antreiben eines Aggregates (4), insbesondere eines Kompressors, mit einer Rotorbaugruppe (7) und mit einer, eine durch Bestromen eines Elektromagneten (5) axial relativ zu der Rotorbaugruppe (7) verstellbare Reibscheibe (11) aufweisenden, Nabenbaugruppe (9) zum Übertragen eines Drehmomentes zwischen der Nabenbaugruppe (9) und der Rotorbaugruppe (7) bei an der Rotorbaugruppe (7) anliegender Reibscheibe (11), wobei die Nabenbaugruppe (9) Mittel, insbesondere eine Verzahnung, zum drehfesten Verbinden mit der Welle (3), bevorzugt einem eine zylindrische Hüllkontur aufweisenden Wellenabschnitt, aufweist und wobei die Kupplung (2) Einstellmittel zum Einstellen eines Luftspaltes (25) zwischen der Reibscheibe (11) und der Rotorbaugruppe (7) aufweist, und wobei die Kupplung (2) ein Fixiergewindeelement (16) umfasst, mit dem die Rotorbaugruppe (7) axial an der Welle (3) sicherbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmittel ein über eine Gewindeverbindung (18) mit der Rotorbaugruppe (7) verbundenes Einstell-Gewindeelement (17) zum axialen Abstützen der Rotorbaugruppe (7) an der Welle (3) aufweisen, und dass das Einstell-Gewindeelement (17) zur Einstellung des Luftspaltes (25) ausschließlich bei gelöstem, insbesondere entferntem, Fixiergewindeelement (16) durch Verdrehen in einer Umfangsrichtung aufgrund der Gewindeverbindung (18) axial relativ zu der Rotorbaugruppe (7) verstellbar ist, und dass die Nabenbaugruppe (9) mit dem Fixiergewindeelement (16) axial gegen das Einstell-Gewindeelement (17) kraftbeaufschlagbar ist.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstell-Gewindeelement (17) ausschließlich durch axiales Verklemmen zwischen der Nabenbaugruppe (7) und der Welle (3) gegen ein Verdrehen relativ zu der Nabenbaugruppe (7) gesichert ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einstell-Gewindeelement (17) einen Antrieb (23), insbesondere einen Innensechskant- oder Torx-Antrieb, zum Einbringen eines Drehmomentes, insbesondere axial durch eine Durchgangsöffnung der Nabenbaugruppe (7) hindurch, mittels eines Werkzeugs (24) zum Verdrehen und damit axialem Verstellen des Einstell-Gewindeelementes (17) aufweist.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstell-Gewindeelement (17) als Gewindehülse ausgebildet ist, deren Außengewinde mit einem Innengewinde der Nabenbaugruppe (7) die Gewindeverbindung (18) bildet und dass die Gewindehülse von dem als Fixierschraube ausgebildeten Fixiergewindeelement (16) axial durchsetzt ist.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Fixiergewindeelement (16) im angezogenen Zustand unmittelbar oder mittelbar, insbesondere über eine Unterlegscheibe, an der Rotorbaugruppe (7) abstützt.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorbaugruppe (7) den Luftspalt (25) axial überlappt.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstell-Gewindeelement (17) eine plane, bevorzugt von Stirnseite gebildete Abstützfläche zum axialen Abstützen an der Welle (3), bevorzugt einer planen Stirnseite der Welle (3) aufweist.
Antriebssystem (1) mit einer Welle (3) und einer Kupplung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nabenbaugruppe (7) bei gelöstem Fixiergewindeelement (16) trotz drehfester Verbinder zu der Welle (3) durch Verdrehen des Einstell-Gewindeelementes (17) axial relativ zu der Welle (3), bevorzugt zu einem eine zylindrische Hüllkontur aufweisenden Aufnahmeabschnitt für die Nabenbaugruppe (7), verstellbar ist.
Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) oder die Rotorbaugruppe (7) von einem Motor, insbesondere eines Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs antreibbar gekoppelt ist und/oder dass ein Aggregat (4), insbesondere ein Kompressor, antreibbar mit der Nabenbaugruppe (9) oder der Rotorbaugruppe (7) der Kupplung (2) gekoppelt ist.
Verfahren zum Einstellen eines Luftspaltes (25) zwischen einer Reibscheibe (11) einer Nabenbaugruppe (9) und einer Rotorbaugruppe (7) einer Kupplung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder eines Antriebssystems (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Lösen, insbesondere Entfernen, des Fixiergewindeelementes (16) das sich axial an der Welle (3) abstützende Einstell-Gewindeelement (17) in eine Umfangsrichtung verdreht und dadurch die Nabenbaugruppe (9) axial relativ zu der, vorzugsweise von der Welle (3) durchsetzten und relativ verdrehbar zu der Welle (3) gelagerten, Rotorbaugruppe (7) verstellt und dadurch die Breite des Luftspaltes (25) eingestellt, wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstell-Gewindeelement (17) durch Verdrehen auf Anschlag gegen die Welle (3) verstellt wird und dass dann zur Einstellung Luftspaltes (25) auf eine vorgegebene Breite um, insbesondere exakt, x Umdrehung/en in Umfangsrichtung verdreht wird, wobei x der vorgegebenen Breite geteilt durch die Gewindesteigung des Gewindes des Einstell-Gewindeelementes (17) entspricht.