DE102016220208A1

DE102016220208A1 - Drehzahlregelung mittels einer schaltbaren Einwegkupplung

Info

Publication number: DE102016220208A1
Application number: DE102016220208.1A
Authority: DE
Inventors: Harumitsu Sasaki
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2018-04-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Einwegkupplung (SOWC), (9), die in einem Antriebsstrang eines rotierenden Maschinenteils integriert und unmittelbar oder mittelbar mit einer Betätigungseinrichtung (10) verbunden ist, wobei die schaltbare Einwegkupplung (9) zumindest zwischen zwei Positionen verstellbar ist. Zur Drehzahlregelung einer Pumpe (1) ist die schaltbare Einwegkupplung (9) auf einer Pumpenwelle (8) positioniert. Der drehbaren Einwegkupplung (9) ist die Betätigungseinrichtung (10) zugeordnet, die zumindest ein Steuergehäuse (11), eine Wählplatte (12) sowie einen Aktuator (14) umfasst, wobei die Betätigungseinrichtung (10) von einer Kontroll- oder Steuereinheit ansteuerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Einwegkupplung (SOWC), die in einem Antriebsstrang eines rotierenden Maschinenteils integriert und unmittelbar oder mittelbar mit einer Betätigungseinrichtung verbunden ist, wobei die schaltbare Einwegkupplung zumindest zwischen zwei Positionen verstellbar ist.
Eine schaltbare oder wählbare Einwegkupplung, auch SOWC (selectable one-way clutch) genannt, kann in einer oder in beiden Drehrichtungen, d. h. vorwärts und rückwärts, eine mechanische Verbindung zwischen einem Antriebsglied (Eingangsteil) und einem Abtriebsglied (Ausgangsteil) erzeugen. Die SOWC steht mit einem von außen steuerbaren Wählmechanismus in Verbindung, über den Einstellungen (Betriebsmodi) der Einwegkupplung veränderbar, bzw. steuerbar sind. Dabei ist die SOWC fähig, beispielsweise zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil in einer oder in beiden Richtungen eine Antriebsverbindung zu erzeugen und / oder nach Bedarf in einer oder in beiden Drehrichtungen freizulaufen. Die Einwegkupplung (SOWC) schließt üblicherweise zur Drehmomentübertragung als Rollen oder Klemmkörper ausgeführte Eingriffselemente ein, die mit Nocken oder Aussparungen des zugeordneten benachbarten Abtriebsglied in Eingriff gebracht werden können.
Aus den Druckschriften US 2010 063 694 A1 und DE 11 2009 002 179 T5 sind derartige schaltbare oder wählbare Einwegkupplungen (SOWC) bekannt, die jeweils für den Antriebsstrang von einem Fahrzeug bestimmt und die zum Übertragen eines Drehmoments von einem Eingangselement auf ein Ausgangselement vorgesehen sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, in dem Antriebsstrang eines rotierenden Maschinenteils eine schaltbare Einwegkupplung anzuordnen, um eine bedarfsgerechte Drehzahlregelung zu realisieren.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1. Die abhängigen, auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, in dem Antriebsstrang einer angetriebenen Pumpe eine schaltbare Einwegkupplung SOWC zu integrieren, um eine Drehzahlregelung der Pumpe zu erreichen. Dazu ist der, auf einer Pumpenwelle drehbar positionierten Einwegkupplung eine Betätigungseinrichtung zugeordnet, die zumindest ein Steuergehäuse, eine Wählplatte sowie einen Aktuator umfasst. Die Betätigungseinrichtung in Verbindung mit dem Aktuator gewährleistet vorteilhaft eine exakte Verstellung bzw. Einstellung der schaltbaren Einwegkupplung, um für unterschiedliche Anwendungen der zugehörigen Pumpe ein entsprechendes Drehzahlniveau realisieren zu können. Dabei umfasst die Betätigungseinrichtung auch einen Rückstellmechanismus, der die einstellbare Einwegkupplung beispielsweise im Stillstand der Brennkraftmaschine wieder von einer Steuerposition in eine Ausgangs- oder Standardposition verstellt. Bevorzugt ist die Betätigungseinrichtung dabei von einer beispielsweise an einem Pumpengehäuse befestigten Kontroll- oder Steuereinheit ansteuerbar.
Mit dem erfindungsgemäßen relativ einfachen und kostengünstig durchführbaren konstruktiven Konzept besteht die Möglichkeit, die Pumpendrehzahl wirksam und dauerhaft zu regeln. Bei Anwendung dieses Konzeptes beispielsweise auf eine Brennkraftmaschine kann ein bedarfsgerechter, der jeweiligen Auslastung entsprechender Ölvolumenstrom zur Kühlung und / oder Schmierung der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Vorteilhaft stellt sich durch die drehzahlgeregelte Einwegkupplung eine reduzierte Antriebsleistung der Pumpe ein, was unmittelbar zu einem gewünschten, geringeren Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs führt. Weiterhin ermöglicht die Erfindung einen kompakten, bauraumoptimierten, die Montage vereinfachenden Aufbau, der die schaltbare Einwegkupplung (SOWC) sowie deren Zusatzeinrichtungen wie beispielsweise die Betätigungseinrichtung einschließt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der unmittelbar an der Einwegkupplung angeordnete Aktuator der Betätigungseinrichtung über einen Stellhebel mit der Wählplatte verbunden. Die Drehmomentübertragungselemente einschließende Wählplatte ist insbesondere stirnseitig an einem Steuergehäuse positioniert und relativ zu diesem verdrehbar, wobei ein lokal radial ausgerichteter, der Wählplatte zugeordneter Steuerhebel dem Aktuator zugeordnet ist. Bevorzugt sind Rollen oder Klemmkörper als Drehmomentübertragungselemente vorgesehen, die mit Nocken oder Aussparungen des zugehörigen Bauteils der Einwegkupplung in einer Wirkverbindung stehen.
Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Konzept auf eine als Gerotor ausgeführte Pumpe übertragbar, zur Schaffung einer drehzahlgeregelten Pumpe. Bei diesem Pumpentyp kann die schaltbare Einwegkupplung vorteilhaft zwischen der Gerotorwelle und einem Innenrotor des Gerotors positioniert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es zeigt:

1: eine Pumpe in einer Schnittdarstellung mit einer integrierten schaltbaren Einwegkupplung;
2: einen Längsschnitt durch die Pumpe gemäß 1;
3: die Vorderansicht einer Betätigungseinrichtung der schaltbaren Einwegkupplung;
4: einen Längsschnitt der Betätigungseinrichtung gemäß einer Schnittebene 4 - 4 von 3;
5: ein Diagramm, das unterschiedliche Volumenströme der Pumpe in Abhängigkeit der Drehzahl verdeutlicht;
6: ein Diagramm, das unterschiedliche Betriebszustände der schaltbaren Einwegkupplung offenbart.

Die 1 und 2 zeigen den Aufbau einer als Gerotor ausgeführten Pumpe 1, die auch als Innenzahnrad- und Zahnringpumpe bezeichnet wird. Ein treibender Innenrotor 2, auch Innenzahnrad genannt, läuft als treibendes Zahnrad exzentrisch in der Innenverzahnung eines Zahnrings 3, der in einem Pumpengehäuse 4 geführt ist. Das Medium, insbesondere Öl, wird dem sich im Volumen verändernden Verdrängungsraum 5 zwischen den Zahnlücken des Innenrotors 2 und dem Zahnring 3 zugeführt. Seitlich ist der Verdrängungsraum 5 von zwei unterschiedlich ausgelegten, mit dem Pumpengehäuse 4 zusammengefügten Deckeln 6, 7 begrenzt. Der Innenrotor 2 umschließt eine unmittelbar im Deckel 6 drehbar gelagerte Pumpenwelle 8, der zusätzlich auf der Seite des Deckels 7 eine schaltbare Einwegkupplung 9, auch SOWC genannt umfasst, die dem Innenrotor 2 zugeordnet ist.
In den 3 und 4 ist eine für die schaltbare Einwegkupplung 9 bestimmte Betätigungseinrichtung 10 abgebildet, bestehend aus einem ringförmigen Steuergehäuse 11, dem einseitig eine Wählplatte 12 zugeordnet ist. Zur Betätigung, zum Verdrehen der Wählplatte 12 aus einer Standardposition in eine Betätigungsposition schließt die Wählplatte 12 einen radial ausgerichteten Stellhebel 13 ein, der wie in 1 gezeigt für einen Aktuator 14 bestimmt ist. Mit Hilfe des Aktuators 14 kann über den Stellhebel 13 die Wählplatte 12 beispielsweise aus einer ersten Position in eine zweite Position verstellt und dadurch die SOWC-Betriebsart gewählt werden. Die vorzugsweise mit einer Kontroll- oder Steuereinheit (nicht gezeigt) zusammenwirkende Betätigungseinrichtung 10 kann zum Verriegeln bzw. als Drehmomentübertragungselemente bekannte mechanische Mittel, wie beispielsweise Rollen oder Klemmkörper einschließen, die mit Nocken oder Aussparungen des zugehörigen Bauteils der Einwegkupplung in einer Wirkverbindung stehen. Weiterhin schließt die Betätigungseinrichtung 10 eine Rückstelleinrichtung (nicht gezeigt) ein, bestehend aus einem mit der Wählplatte 12 in Wirkverbindung stehenden Rückstellglied.
Das Diagramm gemäß 5 zeigt einen drehzahlabhängigen, von der Pumpe 1 geförderten Volumenstrom. Dazu ist auf der Abszissenachse 15 die Pumpendrehzahl (1/min) und auf der Ordinatenachse 16 das Fördervolumen (l/min) aufgetragen. Bei bisherigen Pumpen stellt sich ein Kurvenverlauf 17 ein, bei dem sich das Fördervolumen der Pumpe 1 nahezu proportional zur Pumpendrehzahl erhöht. Bei Einbau der Pumpe 1 beispielsweise in einer Brennkraftmaschine kann damit keine bedarfsgerechte Schmierölversorgung sichergestellt werden. Durch die Anwendung der schaltbaren Einwegkupplung 9 besteht die Möglichkeit, die Pumpendrehzahl und damit das Fördervolumen bedarfsgerecht zu anzupassen bzw. zu reduzieren. Der Kurvenverlauf 18 in 5 zeigt ein konstantes Fördervolumen von nahezu 30 (l/min), das sich bei einer Pumpendrehzahl auf 3000 (1/min) einstellt und das sich auch bei höheren Pumpendrehzahlen nicht verändert. Mittels der schaltbaren Einwegkupplung 9 kann auch ein Fördervolumen der Pumpe 1 realisiert werden, der von dem in 5 gezeigten Kurvenverlauf abweicht.
Die 6 verdeutlicht den Einfluss der Kontroll- oder Steuereinheit auf die Aktivierung bzw. Schaltung der Einwegkupplung 9. Dazu ist in dem Diagramm auf der Abszissenachse 19 die Zeit (sec) und auf der Ordinatenachse 20 die Drehzahl (1/min) aufgetragen. Mittels einer der Betätigungseinrichtung 10 zugeordneten Kontrolleinheit (nicht gezeigt) kann beispielhaft ein stabiler Kupplungsmodus der Einwegkupplung 9 eingestellt werden, um eine konstante Drehzahl von 3000 (1/min) zu erreichen, entsprechend dem Kurvenverlauf 21. Der weitere Kurvenverlauf 22 in 6 zeigt einen Verlauf, der sich bei einer getakteten Schaltung oder Betätigung der Einwegkupplung 9 ohne Kontroll- oder Steuereinheit zwischen dem frei drehenden Kupplungsmodus bei einer Drehzahl von 6000 (1/min) und dem eingeschalteten Kupplungsmodus bei Stillstand einstellt.
Bezugszeichenliste

1: Pumpe
2: Innenrotor
3: Zahnring
4: Pumpengehäuse
5: Verdrängungsraum
6: Deckel
7: Deckel
8: Pumpenwelle
9: Einwegkupplung
10: Betätigungseinrichtung
11: Steuergehäuse
12: Wählplatte
13: Stellhebel
14: Aktuator
15: Abszissenachse
16: Ordinatenachse
17: Kurvenverlauf
18: Kurvenverlauf
19: Abszissenachse
20: Ordinatenachse
21: Kurvenverlauf
22: Kurvenverlauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2010063694 A1 [0003]
DE 112009002179 T5 [0003]

Claims

Schaltbare Einwegkupplung (SOWC), die in einem Antriebsstrang eines rotierenden Maschinenteils integriert und unmittelbar oder mittelbar mit einer Betätigungseinrichtung (10) verbunden ist, wobei die schaltbare Einwegkupplung (9) zumindest zwischen zwei Positionen verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Drehzahlregelung einer Pumpe (1) bestimmte schaltbare Einwegkupplung (9) auf einer Pumpenwelle (8) positioniert ist, wobei der drehbaren Einwegkupplung (9) die Betätigungseinrichtung (10) zugeordnet ist, die zumindest ein Steuergehäuse (11), eine Wählplatte (12) sowie einen Aktuator (14) umfasst und die von einer Kontroll- oder Steuereinheit ansteuerbar ist.
Schaltbare Einwegkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der unmittelbar an der Einwegkupplung (9) angeordnete Aktuator (14) der Betätigungseinrichtung (10) über einen Stellhebel (13) mit der Wählplatte (12) verbunden ist.
Schaltbare Einwegkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gerotor als Pumpe (1) vorgesehen ist.
Schaltbare Einwegkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwegkupplung (9) zwischen der Pumpenwelle (8) und einem Innenrotor (2) des Gerotors positioniert ist.