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Die vorliegende Erfindung betrifft die Übertragung eines Drehmoments zwischen einer Antriebsriemenscheibe und einer von der Riemenscheibe angetriebenen Welle. Eine Drehmomentübertragungsvorrichtung dieses Typs kann insbesondere bei Klimakompressoren eingesetzt werden, wie sie an Kraftfahrzeugen angebracht sind.
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Bei der Übertragung eines Drehmoments zwischen einer Antriebsriemenscheibe und einer von der Riemenscheibe angetriebenen Welle und insbesondere für den Fall, dass eine Drehmomentübertragungsvorrichtung benutzt wird, um einen Klimakompressor anzutreiben, sind Mittel zur Begrenzung des Drehmoments allgemein zwischen der Antriebsriemenscheibe und der angetriebenen Welle angeordnet. Im Fall eines zu hohen Drehmoments, wie es zum Beispiel durch Festfressen des Klimakompressors verursacht wird, kann die Riemenscheibe somit weiter rotieren, ohne die Welle anzutreiben und ohne im Verhältnis zum Antriebsriemen zu rutschen, was schnell zur Zerstörung dieses Riemens führt.
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Bei der japanischen Patentanmeldung
JP 08-135686 findet eine Mehrzahl von elastischen Elementen Anwendung, die zwischen Metallhalteelementen als Mittel der Drehmomentbegrenzung eingeklemmt sind, wobei die Baugruppe so konstruiert ist, dass die elastischen Elemente im Fall eines zu hohen Drehmoments ihre normale Antriebsposition verlassen und damit die Drehmomentübertragung ausschalten. Diese Mittel sind komplex und deshalb relativ teuer herzustellen und zusammenzubauen. Darüber hinaus erlauben sie keine Rückkehr zur Drehmomentübertragung, wenn der Drehmomentwert wieder normal geworden ist.
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Die japanische Patentanmeldung
JP 2000/356226 beschreibt ein Drehmomentbegrenzungsmittel, das ein in die Antriebsriemenscheibe eingesetztes Friktionssystem und einen mit der Welle eines Klimakompressors verbundenen Kupplungsflansch umfasst. Der Umfangsteil des Kupplungsflanschs enthält auf jeder Fläche einen Reibbelag, der einerseits mit einer radialen Fläche der Riemenscheibe und andererseits mit einer radialen Fläche eines ringförmigen Übertragungselements zusammenwirkt, welches über eine gerippte Zylinderfläche mit der Antriebsriemenscheibe verbunden ist. Die Herstellung eines derartigen Kupplungsflanschs mit doppeltem Reibbelag in Verbindung mit einem eingebauten Übertragungselement, das mit Rippen für die Verbindung mit der Riemenscheibe versehen ist, erweist sich als komplex und teuer.
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Die Patentanmeldung
WO 2005/021991 beschreibt ein Wälzlager in Verbindung mit einer Freilaufvorrichtung, die Drehmomentbegrenzungsmittel enthält. Diese Mittel bestehen aus einem in die Freilaufhalterung eingebauten Reibelement.
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Die Patentanmeldung
WO 01/098678 beschreibt eine Servolenkungsvorrichtung mit einem Schraubensystem, bei dem ein Zahnkranz mit Hilfe eines eine Mehrzahl von runden Vorsprüngen enthaltenden Spaltrings unmittelbar auf dem mittleren Abschnitt einer Welle angebracht ist. Eine solche Anwendung ist spezifisch für eine Lenksäule, deren relativ langsame Rotation nur wenige Drehungen beinhaltet.
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Gegenstand dieser Erfindung ist eine Vorrichtung zur Drehmomentübertragung zwischen einer Antriebsriemenscheibe und einer drehbeweglich durch die Riemenscheine angetriebenen Welle, wobei die Drehbegrenzungsmittel, die leicht am Wellenende, insbesondere für eine Antriebswelle eines Klimakompressors, angebracht werden können, von einfachem Aufbau und kostengünstig herzustellen sind.
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Gegenstand dieser Erfindung ist auch eine Übertragungsvorrichtung mit Drehmomentbegrenzungsmitteln, die in der Lage sind, die Drehmomentübertragung zwischen der Riemenscheibe und der angetriebenen Welle zu unterbrechen, wenn das Drehmoment einen Schwellenwert überschreitet, während die Drehmomentübertragung fortgesetzt werden kann, sobald der Drehmomentwert unter diesen Schwellenwert zurückfällt.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Vorrichtung zur Drehmomentübertragung zwischen einer Antriebsriemenscheibe und einer Welle einen drehbeweglich von der Riemenscheibe angetriebenen Kupplungsflansch und eine Nabe, die am Wellenende angebaut und drehbeweglich mit der Welle verbunden ist. Zwischen dem Kupplungsflansch und der Nabe sind Drehmomentbegrenzungsmittel eingebaut, die einen Reibring aufweisen, der eine Mehrzahl von vorspringenden elastischen Abschnitten umfasst, die mit einer Fläche des Kupplungsflanschs und/oder der Nabe in Reibungskontakt stehen. Im Fall eines zu hohen Drehmoments zwischen der Antriebsriemenscheibe und der Welle kommt es somit zum Durchrutschen und jedes Beschädigungsrisiko wird vermieden. Sobald der Drehmomentwert unter den Durchrutsch-Schwellenwert zurückkehrt, setzt die Übertragung wieder ein. Die Vorrichtung ist effektiv, einfach herzustellen und einzubauen und ist kostengünstig.
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Die vorspringenden elastischen Abschnitte werden vorzugsweise durch Verformung des dünnen, den elastischen Ring bildenden Materials hergestellt.
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Die vorspringenden elastischen Abschnitte können Wellungen oder runde Vorsprünge sein.
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In einem Ausführungsbeispiel beanspruchen die runden Vorsprünge einen zentralen Teil des Reibrings zwischen zwei Endteilen ohne Vorsprünge.
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Der Reibring kann gespalten oder umgekehrt geschlossen sein.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Reibring radial zwischen zwei zylindrischen Auflagerflächen vorgespannt, wobei der Spalt zwischen diesen kleiner ist als die radiale Dicke des Rings.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel hat der Reibring die Form eines Flanschs, der radial zwischen zwei radialen Flächen vorgespannt ist, wobei der Spalt zwischen diesen kleiner ist als die axiale Dicke des genannten Flanschs im freien Zustand.
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Zwischen der Riemenscheibe und dem Kupplungsflansch können ein oder mehrere elastische Blöcke eingesetzt werden, wodurch die Drehschwingung gedämpft wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch einen Klimakompressor, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der eine Vorrichtung wie die oben beschriebene für die Drehmomentübertragung zwischen einer Antriebsriemenscheibe und der Kompressorwelle aufweist.
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Die Erfindung wird besser verständlich bei genauer Prüfung einer Ausführungsform, die ein Beispiel darstellt, welches in keiner Weise einschränkenden Charakter hat und welches in den beigehefteten Zeichnungen abgebildet ist, die Folgendes darstellen:
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1 ist eine Querschnittsansicht einer für eine Klimaanlagenwelle eines Kraftfahrzeugs geeigneten Ausführungsform der Erfindung;
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2 ist eine vergrößerte Detailansicht von 1;
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3 ist eine Seitenteilansicht des in der in den 1 und 2 dargestellten Vorrichtung verwendeten Reibrings; und
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4 ist eine Teildraufsicht des Reibrings.
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Wie in den Figuren dargestellt, betrifft das Ausführungsbeispiel der Erfindung die Drehmomentübertragungsvorrichtung für einen Klimakompressor an Bord eines Kraftfahrzeugs. In der dargestellten Ausführungsform, die insbesondere in 1 zu sehen ist, umfasst die Vorrichtung eine Antriebsriemenscheibe 1 zum Antrieb einer Welle 2, bei der es sich hier um die Eingangswelle eines Klimakompressors (in der Figur nicht dargestellt) handelt. Eine Nabe 3 ist in Nähe des Endes der Welle 2 mit einer vorderen Schulter 2a verbunden. Ferner enthält die Vorrichtung einen Kupplungsflansch 4, der drehbeweglich durch die Riemenscheibe 1 angetrieben wird.
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Im Einzelnen besitzt die Riemenscheibe 1 einen äußeren zylindrischen Teil 5, der mit Rippen 6 versehen ist, zwischen denen Nuten 7 liegen, die Keilriemen oder einen einzelnen, entsprechende Rippen aufweisenden Riemen aufnehmen, wobei dieser Riemen in der Figur nicht abgebildet ist. Die Riemenscheibe 1 besitzt einen radialen Flansch 8 und einen ringförmigen Teil 9, der von zwei radialen Kanten 9a begrenzt wird, zwischen denen ein Wälzlager 10, welches hier ein Kugellager ist, angeordnet sein kann. Der Außenring 10a liegt zwischen den Kanten 9a, während der Innenring 10b an einem zylindrischen Abschnitt 11 der Kompressorhalterung 12 angebracht ist. Eine Distanzscheibe 13 sorgt für einen geeigneten Abstand zwischen dem Wälzlager 10, d. h. der Riemenscheibe 1, und einer Schulter 14 der Halterung 12. Ein Sicherungsring 15 dient als Längsanschlag, um das Wälzlager 10 am zylindrischen Teil 11 in seiner Position zu halten. Dank der radialen Kanten 9a wird auch die Riemenscheibe 1 im Verhältnis zur Kompressorhalterung 12 in ihrer Position gehalten.
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In dem dargestellten Beispiel steht ein elastischer Block 16 von allgemein ringförmiger Ausbildung, im Wesentlichen von quadratischem Querschnitt, über mechanische Mittel und/oder Überspritzung mit dem Flansch 8 der Riemenscheibe 1 in Verbindung, während er auf einer Seite des genannten Flanschs, die zum Ende der Welle 2 gerichtet ist, auch gegen die Bohrung des zylindrischen Teils 5 ausgerichtet ist. Die Verbindung zwischen dem elastischen Block 16 und der Riemenscheibe 1 kann durch alle geeigneten Mittel hergestellt werden.
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Der Kupplungsflansch 4 besitzt einen ringförmigen Körper 17, der sich in Richtung der Riemenscheibe 1 durch einen zylindrischen Mantel 18 erstreckt, der am Flansch 8 anliegt. Der Kupplungsflansch 4 und der elastische Block 16 sind miteinander durch jedes geeignete Mittel, wie zum Beispiel ein mechanisches Mittel und/oder durch Überspritzung, verbunden. Dazu berührt die Bohrung des elastischen Blocks 16 die äußere zylindrische Oberfläche des Mantels 18. Der in den Figuren dargestellte elastische Einzelblock 16 kann durch mehrere elastische Einzelblöcke ersetzt werden, die über den Umfang des zylindrischen Mantels 18 verteilt sind. In allen Fällen erlaubt die Einfügung dieses elastischen Blocks 16 eine Dämpfung der Drehschwingung zwischen der Riemenscheibe 1 und dem Kupplungsflansch 4.
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Es ist auch denkbar, den elastischen Block 16 wegfallen zu lassen und den Kupplungsflansch 4 direkt an die Riemenscheibe 1 zu koppeln. Der Kupplungsflansch kann von der Riemenscheibe getrennt oder mit dieser zu einem einzigen Stück verbunden sein. Die mögliche Schwingung wird dann, wenn erforderlich, durch die Beschaffenheit der verwendeten Materialien oder die Form der jeweiligen Teile absorbiert. Ob nun ein elastischer Block 16 verwendet wird oder nicht, besteht die Riemenscheibe 1 in jedem Fall vorzugsweise aus einem Material, das sowohl stark als auch leicht ist, wie zum Beispiel ein Verbundwerkstoff auf der Grundlage von Glasfasern oder von in ein Kunstharz eingebetteten Carbonfasern. Die Riemenscheibe 1 kann vorteilhafterweise direkt dem Außenring 10a des Wälzlagers 10 überspritzt werden. Der Kupplungsflansch 4 kann auch aus einem Material gleichen Typs oder aus einem gepressten, unverstärkten Kunstharz hergestellt sein.
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Die Nabe 3 enthält eine zentrale Bohrung 19, durch die eine Verlängerung 20 der Welle 2 verläuft, wobei die genannte Verlängerung 20 ein mit Gewinde versehenes Ende aufweist, welches mit einer Klemmmutter 21 zusammenwirkt. Durch das Vorhandensein dieser Mutter 21 wird der Kupplungsflansch 3 gegen die Schulter 2a am Ende der Welle 2 geklemmt. Die zylindrische Außenfläche 22 der Nabe 3 wird gegenüber der Bohrung 23 des Kupplungsflanschs 4 (2) mit einer Trennung oder einem Spalt zwischen diesen beiden Flächen angeordnet. Die Nabe 3 wird durch eine ringförmige Abschlusskante 24 vervollständigt, die sich innerhalb einer im Kupplungsflansch 4 ausgebildeten Aussparung 25 befindet. Der Kupplungsflansch 4 seinerseits besitzt eine teilweise ringförmige Begrenzung 26, die zwischen der Nabe 3 und dem Wälzlager 10 (1) liegt. Die Nabe 3 besteht vorzugsweise aus einem Metallmaterial und kann zur Verringerung des Gewichts an verschiedenen Stellen 27 ausgehöhlt sein.
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In dem radialen Zwischenraum oder Spalt, der zwischen der zylindrischen Fläche 22 der Nabe 3 und der Bohrung 23 des Kupplungsflanschs 4 frei bleibt (2), ist ein Reibring 28 eingesetzt, der die Funktion eines Drehmomentbegrenzungsmittels hat. Zu diesem Zweck besitzt der in den 2 bis 4 abgebildete Ring 28 eine Mehrzahl von vorspringenden elastischen Abschnitten 29, die in dem dargestellten Beispiel dadurch hergestellt wurden, dass das den elastischen Ring 28 bildende dünne Material in Form von Vorsprüngen allgemein rechteckiger Art verformt wird, deren Längsachse axial ausgerichtet ist. Der Ring 28 kann zum Beispiel aus einem Edelstahlband hergestellt werden. Die elastischen Abschnitte oder runden Vorsprünge 29 beanspruchen den mittleren Teil des Reibrings 28, während zwei Endteile 31 ohne runde Vorsprünge bleiben. Bei dem dargestellten Beispiel ist der Reibring 28 mit der zylindrischen Fläche 22 des Kupplungsflanschs 3 verbunden und steht mit der genannten zylindrischen Fläche in Berührung. Demgegenüber berühren die runden Vorsprünge 29 die Bohrung 23 des Kupplungsflanschs 4. Die radiale Dicke des Reibrings 28, der mit seinen vorspringenden elastischen Abschnitten 29 versehen ist, ist größer als der Spalt oder die Trennung zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen 22 und 23. Deshalb wird zwischen zwei zylindrischen Auflageflächen, nämlich der zylindrischen Fläche 22 der Nabe 3 und andererseits der Bohrung 23 des Kupplungsflanschs 4, eine radiale Vorspannung erzeugt. Der Reibring 28 kann ein Spaltring oder, im Gegenteil, ein durchgehender Ring sein. Der Ring 28 kann auch aus mehreren Elementen gebildet werden.
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Die so beschriebene Übertragungsvorrichtung arbeitet wie folgt:
Solange das von der Riemenscheibe 1 auf die Welle 2 zu übertragende Drehmoment unterhalb eines Schwellenwerts bleibt, reicht die Vorspannung des Reibrings zwischen der Nabe 3 und dem Kupplungsflansch 4 aus, damit das von der Riemenscheibe 1 und dem Kupplungsflansch 4 übertragene Drehmoment vollständig auf die Nabe 3 und die damit verbundene Welle 2 übertragen wird. Wenn das zu übertragende Drehmoment zu groß wird und den vorgenannten Schwellenwert überschreitet, zum Beispiel falls die Welle 2 blockiert wird, rutscht die Kontaktfläche zwischen dem Reibring 28 und einem der Teile, die entweder von der Nabe 3 oder dem Kupplungsflansch 4 gebildet werden, entsprechend den jeweiligen Reibungskoeffizienten durch. Der Kupplungsflansch 4 kann sich dann im Verhältnis zu der Nabe 3 und zu der Welle 2 drehen, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung bestimmter Elemente der kinematischen Kette besteht. Der Reibring 28 hat sozusagen die Funktion einer mechanischen Sicherung bei der Übertragung des Drehmoments zwischen der Riemenscheibe 1 und der Welle 2.
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Wenngleich ein spezielles Beispiel beschrieben wurde, bei dem ein radial vorgespannter Reibring verwendet wurde, versteht sich, dass es, immer noch im Rahmen dieser Erfindung, möglich ist, einen axial vorgespannten Flansch zwischen zwei radialen Flächen zu verwenden, die über die Nabe 3 bzw. über den Kupplungsflansch 4 definiert werden, wobei der Flansch vorspringende elastische Abschnitte aufweist. Des Weiteren versteht sich, dass, wenngleich die vorspringenden elastischen Abschnitte in der Form von runden Vorsprüngen dargestellt wurden, es auch möglich ist, ein Reibelement mit einer Mehrzahl von Wellungen oder, alternativ, einer Mehrzahl von elastischen Streifen zu verwenden.
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Zusammenfassung
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Die Vorrichtung für die Drehmomentübertragung zwischen einer Antriebsriemenscheibe (1) und einer Welle (2) umfasst einen von der Riemenscheibe drehbeweglich angetriebenen Kupplungsflansch (4) und eine am Wellenende angebrachte und mit der Welle verbundene Nabe, wobei zwischen Kupplungsflansch (4) und Nabe (3) Drehmomentbegrenzungsmittel eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentbegrenzungsmittel einen Reibring (28) aufweisen, der eine Mehrzahl von vorspringenden elastischen Abschnitten umfasst, die mit der Fläche des Kupplungsflanschs (4) und/oder der Nabe (3) in Reibungskontakt stehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 08-135686 [0003]
- JP 2000/356226 [0004]
- WO 2005/021991 [0005]
- WO 01/098678 [0006]
