DE112010006078T5 - clutch assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung (1) zum Koppeln und Entkoppeln einer Welle (2), die mit einer Riemenscheibe (4) mit einem Startergenerator (3) verbunden ist, wobei zwischen der Welle (2) und der Riemenscheibe (4) eine Freilaufkupplung (5) angeordnet ist, um bei Drehung in einer ersten Drehrichtung eine relative Drehung zwischen der Welle (2) und der Riemenscheibe (4) zu verhindern und bei Drehung in der entgegengesetzten Drehrichtung eine freie Drehung zwischen der Welle (2) und der Riemenscheibe (4) zu gestatten, wobei die Kupplungsanordnung (1) ein Fliehkraftkopplungselement (6) umfasst, das ein Drehmoment zwischen der Welle (2) und der Riemenscheibe (4) überträgt, wenn sich die Kupplungsanordnung (1) nicht dreht, und kein Drehmoment zwischen der Welle (2) und der Riemenscheibe (4) überträgt, wenn sich die Kupplungsanordnung (1) mit einer Betriebsdrehzahl dreht, und wobei das Fliehkraftkopplungselement (6) mindestens eine Schwungmasse (7) umfasst, die aufgrund von Fliehkräften bei Drehung des Fliehkraftkopplungselements (6) radial nach außen gedrückt wird. Um eine genaue steuerbare Fliehkraftkopplungswirkung der Kupplungsanordnung zu gestatten, ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Fliehkraftkopplungselement (6) Mittel (8) zur Umwandlung der Radialbewegung der mindestens einen Schwungmasse (7) in eine Bewegung in einer Axialrichtung (a) umfasst, und wobei die Mittel (8) zur Umwandlung der Bewegung durch die Axialbewegung ein Reibkopplungselement (9) betätigen, wobei das Reibkopplungselement (9) ein Drehmoment zwischen der Welle (2) und der Riemenscheibe (4) übertragen kann.The invention relates to a coupling arrangement (1) for coupling and decoupling a shaft (2) which is connected to a pulley (4) with a starter generator (3), wherein between the shaft (2) and the pulley (4) an overrunning clutch ( 5) is arranged to prevent relative rotation between the shaft (2) and the pulley (4) upon rotation in a first direction of rotation and free rotation between the shaft (2) and the pulley (4) when rotated in the opposite direction of rotation ), wherein the clutch assembly (1) comprises a centrifugal force coupling member (6) which transmits a torque between the shaft (2) and the pulley (4) when the clutch assembly (1) does not rotate and no torque between the shaft (2) and the pulley (4) transmits when the clutch assembly (1) rotates at an operating speed, and wherein the centrifugal force coupling element (6) comprises at least one flywheel (7) due to Centrifugal forces upon rotation of the centrifugal force coupling element (6) is pressed radially outward. In order to allow a precise controllable centrifugal force coupling action of the clutch assembly, the invention is characterized in that the centrifugal force coupling element (6) comprises means (8) for converting the radial movement of the at least one flywheel (7) into a movement in an axial direction (a), and wherein the means (8) for converting the movement by the axial movement of a friction coupling element (9) actuate, wherein the friction coupling element (9) can transmit a torque between the shaft (2) and the pulley (4).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung zum Koppeln und Entkoppeln einer Welle, die mit einer Riemenscheibe mit einem Startergenerator verbunden ist, wobei zwischen der Welle und der Riemenscheibe eine Freilaufkupplung angeordnet ist, um bei Drehung in einer ersten Drehrichtung eine relative Drehung zwischen der Welle und der Riemenscheibe zu verhindern und bei Drehung in der entgegengesetzten Drehrichtung eine freie Drehung zwischen der Welle und der Riemenscheibe zu gestatten, wobei die Kupplungsanordnung ein Fliehkraftkopplungselement umfasst, das ein Drehmoment zwischen der Welle und der Riemenscheibe überträgt, wenn sich die Kupplungsanordnung nicht dreht, und kein Drehmoment zwischen der Welle und der Riemenscheibe überträgt, wenn sich die Kupplungsanordnung mit einer Betriebsdrehzahl dreht, und wobei das Fliehkraftkopplungselement mindestens eine Schwungmasse umfasst, die aufgrund von Fliehkräften bei Drehung des Fliehkraftkopplungselements radial nach außen gedrückt wird.The invention relates to a coupling arrangement for coupling and decoupling a shaft which is connected to a pulley with a starter generator, wherein between the shaft and the pulley a one-way clutch is arranged to rotate in a first rotational direction, a relative rotation between the shaft and the pulley to prevent and allow rotation in the opposite direction of rotation, a free rotation between the shaft and the pulley, the clutch assembly includes a centrifugal coupling element that transmits a torque between the shaft and the pulley when the clutch assembly is not rotating, and no torque between the shaft and the pulley transmits when the clutch assembly rotates at an operating speed, and wherein the centrifugal force coupling element comprises at least one flywheel, which pressed radially outward due to centrifugal forces upon rotation of the centrifugal force coupling element kt is.
Hintergrundbackground
Solch eine Kupplungsvorrichtung ist aus der
Eine bevorzugte Anwendung einer Kopplungsvorrichtung ist die Drehmomentverbindung zwischen einer Riemenscheibe, die durch einen Riemen oder eine Kette angetrieben wird, und eines Startergenerators in einem Kraftfahrzeug.A preferred application of a coupling device is the torque connection between a pulley driven by a belt or a chain and a starter generator in a motor vehicle.
Eine andere Lösung für solch eine Kopplungsvorrichtung wird in der
Es hat sich bei den vorbekannten Lösungen als abträglich gezeigt, dass die Empfindlichkeit der Vorrichtung ziemlich hoch ist und dass die Fliehkraftkopplungswirkung in Abhängigkeit von Maschinentoleranzen variieren kann.It has been found detrimental in the prior art solutions that the sensitivity of the device is quite high and that the centrifugal force coupling effect may vary depending on machine tolerances.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ausführung für eine Kupplungsanordnung wie oben definiert vorzuschlagen, die stabiler arbeitet und bezüglich Toleranzen nicht so empfindlich ist wie beim Stand der Technik. Dadurch sollte es insbesondere möglich werden, eine Lichtmaschine eines Kraftfahrzeugs auch als Starter für den Verbrennungsmotor zu verwenden.An object of the invention is to propose an embodiment for a clutch assembly as defined above, which operates more stable and is not as sensitive to tolerances as in the prior art. This should in particular be possible to use an alternator of a motor vehicle as a starter for the internal combustion engine.
Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention
Eine erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fliehkraftkopplungselement Mittel zur Umwandlung der Radialbewegung der mindestens einen Schwungmasse in eine Bewegung in einer Axialrichtung umfasst, und wobei die Mittel zur Umwandlung der Bewegung durch die Axialbewegung ein Reibkopplungselement betätigen, wobei das Reibkopplungselement ein Drehmoment zwischen der Welle und der Riemenscheibe übertragen kann.A solution according to the invention is characterized in that the centrifugal force coupling element comprises means for converting the radial movement of the at least one flywheel into a movement in an axial direction, and wherein the means for converting the movement by the axial movement actuate a friction coupling element, the friction coupling element providing a torque between the shaft and the pulley can transmit.
Vorzugsweise umfassen die Mittel zur Umwandlung der Radialbewegung der mindestens einen Schwungmasse in eine Axialbewegung Folgendes:
- – dass die mindestens eine Schwungmasse erste Wälz- oder Kugelelemente auf einer ersten dem Reibkopplungselement zugekehrten Stirnseite und zweite Wälz- oder Kugelelemente auf ihrer anderen Stirnseite aufweist,
- – dass eine Führungsfläche an der Riemenscheibe angeordnet ist, wobei die Führungsfläche von den zweiten Wälz- oder Kugelelementen berührt wird,
- – mindestens ein Federelement, das auf die mindestens eine Schwungmasse eine Federkraft ausübt, die radial nach innen gerichtet ist,
- - That the at least one flywheel first rolling or ball elements on a first friction coupling element facing end side and second rolling or ball elements on its other end face,
- A guide surface is arranged on the belt pulley, the guide surface being touched by the second rolling or ball elements,
- At least one spring element which exerts on the at least one flywheel a spring force which is directed radially inwards,
Wenn die Schwungmassen des Fliehkraftkopplungselements radial nach außen gedrückt werden, müssen sie somit gegen die Kraft des Federelements wirken. Aufgrund der definierten Form der Führungsfläche bauen die Schwungmassen, die mit einer Axialkraft auf das Reibkopplungselement wirken, den Axialdruck auf den gleichen ab, so dass sich das Reibkopplungselement öffnet und die Übertragung eines Drehmoments zwischen der Welle und der Riemenscheibe anhält.If the flywheel masses of the centrifugal force coupling element are pressed radially outward, they must thus act against the force of the spring element. Due to the defined shape of the guide surface, the flywheels acting on the friction coupling element with an axial force reduce the axial pressure to the same, so that the friction coupling opens and stops the transmission of torque between the shaft and the pulley.
Vorzugsweise weist die Führungsfläche zwischen dem radial inneren Abschnitt und dem radial äußeren Abschnitt eine gekrümmte Form auf. Insbesondere kann sie eine konvexe Form aufweisen, die zum Reibkopplungselement ausgerichtet ist. Eine Tangente der Führungsfläche in dem radial inneren Abschnitt, die radial nach innen gerichtet ist, ist vorzugsweise in einem Winkel zwischen 85° und 90° zur Achse angeordnet. Eine Tangente der Führungsfläche in dem radial äußeren Abschnitt, die radial nach innen ausgerichtet ist, ist vorzugsweise in einem Winkel zwischen 55° und 75° zur Achse angeordnet.Preferably, the guide surface between the radially inner portion and the radially outer portion has a curved shape. In particular, it may have a convex shape which is aligned with the friction coupling element. A tangent of the guide surface in the radially inner portion, which is directed radially inward, is preferably arranged at an angle between 85 ° and 90 ° to the axis. A tangent of the guide surface in the radially outer portion, which is oriented radially inwardly, is preferably arranged at an angle between 55 ° and 75 ° to the axis.
Vorzugsweise sind zwei, drei oder vier Schwungmassen um den Umfang der Mittel zur Umwandlung der Bewegung angeordnet. Jede Schwungmasse kann die Form eines Ringabschnitts haben, der sich entlang einem Teil des Umfangs der Mittel zur Umwandlung der Bewegung erstreckt.Preferably, two, three or four flywheels are arranged around the circumference of the means for converting the movement. Each flywheel may be in the form of a ring section extending along a portion of the circumference of the means for converting the movement.
Die Riemenscheibe und ein flanschartiger Teil, der die Führungsfläche trägt, können einstückig ausgebildet sein. Des Weiteren ist es möglich, dass die aus der Riemenscheibe und dem flanschartigen Teil bestehende Anordnung zweiteilig aufgebaut ist.The pulley and a flange-like member carrying the guide surface may be integrally formed. Furthermore, it is possible that the arrangement consisting of the pulley and the flange-like part is constructed in two parts.
Das Federelement kann aus mindestens einem gekrümmten Stahlband bestehen, das an einem Gehäuse des Fliehkraftkopplungselements befestigt ist. Das Stahlband kann durch Stifte am Gehäuse des Fliehkraftkopplungselements befestigt sein. Das Stahlband kann Langlöcher für die Befestigung durch die Stifte haben, damit das Stahlband mit seinen Enden bezüglich des Gehäuses gleiten kann, wo es mittels der Stifte in Umfangsrichtung befestigt ist. Vorzugsweise ist eine Anzahl von Stahlbändern angeordnet, die der Anzahl von Schwungmassen entspricht. Jede Schwungmasse kann ein zweites Wälz- oder Kugelelement haben, bei dem es sich um eine Rolle handelt, deren Achse vorzugsweise in Umfangsrichtung der Führungsfläche ausgerichtet ist.The spring element may consist of at least one curved steel strip which is fastened to a housing of the centrifugal force coupling element. The steel band may be secured by pins on the housing of the centrifugal force coupling element. The steel band may have slots for attachment by the pins, so that the steel band can slide with its ends relative to the housing, where it is fixed by means of the pins in the circumferential direction. Preferably, a number of steel bands are arranged, which corresponds to the number of flywheel masses. Each flywheel may have a second rolling or ball element, which is a roller whose axis is preferably aligned in the circumferential direction of the guide surface.
Die ersten Wälz- oder Kugelelemente sind vorzugsweise in einem Plattenelement angeordnet, das auf der ersten Stirnseite der Schwungmasse angeordnet ist, wobei das Plattenelement einen Käfig für die ersten Wälz- oder Kugelelemente bildet.The first rolling or ball elements are preferably arranged in a plate member which is arranged on the first end face of the flywheel, wherein the plate member forms a cage for the first rolling or ball elements.
Das Reibkopplungselement kann mehrere Reibplatten umfassen, wobei mehrere Stahlscheiben (oder aus einem anderen Material hergestellte Scheiben) zwischen den Reibplatten angeordnet sind. Die Reibplatten können mit der Welle oder mit der Riemenscheibe drehgekoppelt sein, während die Stahlscheiben mit der Riemenscheibe oder mit der Welle drehgekoppelt sind.The friction coupling element may comprise a plurality of friction plates, wherein a plurality of steel discs (or discs made of a different material) are arranged between the friction plates. The friction plates may be rotationally coupled to the shaft or to the pulley while the steel discs are rotationally coupled to the pulley or to the shaft.
Des Weiteren können Federelemente zwischen den Stahlscheiben und/oder zwischen den Reibplatten angeordnet sein, wobei die Federelemente eine elastische Axialkraft zwischen den Stahlscheiben und/oder den Reibplatten ausüben. Die Federelemente können eine mit Blickrichtung in einem Radialquerschnitt gewellte Form aufweisen. Sie können sich in Umfangsrichtung in einem Winkel zwischen 3° und 15° erstrecken. Die Federelemente sind vorzugsweise aus Blech hergestellt.Furthermore, spring elements can be arranged between the steel disks and / or between the friction plates, wherein the spring elements exert an elastic axial force between the steel disks and / or the friction plates. The spring elements can have a corrugated shape with a viewing direction in a radial cross section. They can extend in the circumferential direction at an angle between 3 ° and 15 °. The spring elements are preferably made of sheet metal.
Durch Anordnung der Federelemente zwischen den Reibplatten und/oder zwischen den Stahlscheiben können die Platten und Scheiben in gleichmäßigen axialen Abständen gehalten werden.By arranging the spring elements between the friction plates and / or between the steel discs, the plates and discs can be kept at uniform axial distances.
Da die Schwungmassen – im Vergleich zu der vorbekannten Lösung – nunmehr an einer Stelle angeordnet sind, die viel weiter weg von der Achse ist, sind die Fliehkräfte bezüglich Toleranzen nicht so empfindlich wie bei der vorbekannten Lösung. Das äußere Federelement drückt die Schwungmassen radial nach innen. Diese Federkraft kann genau eingestellt werden. Somit weist die Kupplungsanordnung im Vergleich zu der vorbekannten Lösung einen höheren Grad an Stabilität auf. Die Anordnung arbeitet somit stabiler und ist bezüglich Toleranzen nicht so empfindlich.Since the centrifugal masses - compared to the previously known solution - are now arranged at a location which is much further away from the axis, the centrifugal forces are not as sensitive to tolerances as in the previously known solution. The outer spring element presses the flywheels radially inwards. This spring force can be adjusted exactly. Thus, the clutch assembly has a higher degree of stability compared to the prior art solution. The arrangement thus operates more stable and is not so sensitive to tolerances.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Bezeichnungen zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung.Designations show an embodiment of the coupling arrangement according to the invention.
Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
In
Um die Verwendung des Startergenerators
Für den zweiten Fall ist eine Freilaufkupplung
Die Riemenscheibe
Des Weiteren ist ein Fliehkraftkopplungselement
Die Mittel
Des Weiteren ist eine Führungsfläche
Des Weiteren ist ein Federelement
Das Federelement
In
In den
Hier ist zu sehen, dass die Führungsfläche
Des Weiteren weist sie einen radial äußeren Abschnitt
Die zweite Axialposition a2 ist in einem größeren Abstand von dem Reibkopplungselement
Nunmehr erneut auf
Der Drehmomentfluss – wenn die Kupplungsanordnung
Mittels Axialfedern
Wenn sich nun das Kupplungselement
Somit bewegen sich die Schwungmassen
In
Die geschlossene und geöffnete Stellung der Kupplungsanordnung
In
Details des Reibkopplungselements
Das Reibkopplungselement
Zum Halten der Reibplatten
Wenn das Reibkopplungselement
In
In
Die gekrümmte Form der Federelemente
Der beschriebene Startergenerator funktioniert wie folgt:
Wenn der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs nicht in Betrieb ist, das heißt wenn die Drehzahl der Kurbelwelle null ist, wird das das Fliehkraftkopplungselement
When the engine of the motor vehicle is not in operation, that is, when the rotational speed of the crankshaft is zero, this becomes the centrifugal
Die Federelemente
Zwischen einer Drehzahl von null und einer Grenzdrehzahl (ungefähr zwischen 450 und 500 U/min) reicht die durch die Radialfederelemente
Dann erfolgt eine Übergangsphase zwischen ca. 400 bis 500 U/min und ca. 700 bis 750 U/min, in der der Motor zu ziehen beginnt, so dass die Drehzahl der Riemenscheibe
Das vollständige Trennen der Reibkupplung
Durch Verwendung der ordnungsgemäßen Kalibrierung der Federelemente
In Abhängigkeit von der Dynamik des Systems erreichen die Schwungmassen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kupplungsanordnungclutch assembly
- 22
- Wellewave
- 33
- Startergeneratorstarter generator
- 44
- Riemenscheibepulley
- 55
- FreilaufkupplungOverrunning clutch
- 66
- FliehkraftkopplungselementCentrifugal coupling element
- 77
- SchwungmasseInertia
- 88th
- Mittel zur Umwandlung der BewegungMeans of transforming the movement
- 99
- Reibkopplungselementfriction coupling
- 1010
- Erstes Wälz- oder KugelelementFirst rolling or ball element
- 1111
- Erste StirnseiteFirst front page
- 1212
- Zweites Wälz- oder KugelelementSecond rolling or ball element
- 1313
- Zweite StirnseiteSecond front side
- 1414
- Führungsflächeguide surface
- 1515
- Federelement (Stahlband)Spring element (steel strip)
- 1616
- Radial innerer AbschnittRadially inner section
- 1717
- Radial äußerer AbschnittRadially outer section
- 1818
- Flanschartiger TeilFlange-type part
- 1919
- Gehäuse des FliehkraftkopplungselementsHousing of the centrifugal coupling element
- 2020
- Stiftpen
- 2121
- LanglochLong hole
- 2222
- Plattenelementpanel member
- 2323
- Reibplattefriction plate
- 2424
- Stahlscheibesteel disc
- 2525
- Federelementspring element
- 26 26
- Federelementspring element
- 2727
- Wellewave
- 2828
- Lagercamp
- 2929
- Lagercamp
- 3030
- Axialfederaxial spring
- 3131
- Druckplatteprinting plate
- 3232
- Endplatteendplate
- 3333
- Gehäusecasing
- aa
- Axialrichtungaxially
- a1 a 1
- Erste AxialpositionFirst axial position
- a2 a 2
- Zweite AxialpositionSecond axial position
- αα
- Winkelangle
- ββ
- Winkelangle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1544435 B1 [0002] EP 1544435 B1 [0002]
- WO 2010/079386 A1 [0004] WO 2010/079386 A1 [0004]
- WO 2004/065811 A1 [0004] WO 2004/065811 A1 [0004]
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-
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- 2010-12-22 DE DE112010006078T patent/DE112010006078T5/en not_active Withdrawn
- 2010-12-22 WO PCT/EP2010/007868 patent/WO2012083988A1/en active Application Filing
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |