DE112015000381T5

DE112015000381T5 - Entkuppler mit Überlauf- und Riemenstartvermögen

Info

Publication number: DE112015000381T5
Application number: DE112015000381.9T
Authority: DE
Inventors: Andrew M. Boyes; Hao Q. Tran; Jason R. Desouza-Coelho; Warren J. Williams
Original assignee: Litens Automotive Partnership; Litens Automotive Inc
Current assignee: Litens Automotive Partnership; Litens Automotive Inc
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2016-10-13
Also published as: US10378620B2; CN105960538B; US20160333987A1; CN105960538A; WO2015103697A1

Abstract

In einem Aspekt wird eine Kupplungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine Nabe, eine Riemenscheibe und eine Nabenantriebskupplung. Die Nabe definiert eine Achse und ist mit einer drehbaren Welle einer Drehvorrichtung verbindbar. Die Riemenscheibe ist relativ zur Nabe drehbar und kann mit einem Endlosantriebselement in Eingriff gebracht werden. Die Nabenantriebskupplung ist eine Schlingfederkupplung und zur operativen Verbindung der Riemenscheibe mit der Nabe zum Antrieb der Nabe in einer ersten Drehrichtung steuerbar. Es wird eine Isolationsfeder bereitgestellt. Die Isolationsfeder verbindet die Nabe wirksam mit der Riemenscheibe, wenn die Nabe die Riemenscheibe in der ersten Drehrichtung antreibt. Optional wird eine Riemenscheibenüberlaufkupplung bereitgestellt, die ein Überlaufen der Nabe durch die Riemenscheibe in der ersten Drehrichtung erlaubt.

Description

Querverweis auf parallele Anmeldungen
Diese Anmeldung nimmt die Priorität der US-Provisional-Anmeldung Nr. 61/926,250, eingereicht am 10. Januar 2014, und die Priorität der US-Provisional-Anmeldung Nr. 61/926,936, eingereicht am 13. Januar 2014, in Anspruch, deren Inhalte durch Bezugnahme hierin vollumfänglich aufgenommen werden.
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet von Entkupplern zur Verwendung zwischen einer Motorkurbelwelle und einem Riemen oder einem anderen endlosen Antriebselement, oder zwischen einer Welle eines Zubehörteils, wie z. B. eines MGU oder eines Generators, und dem endlosen Antriebselement.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, einen Entkuppler an einer Motorkurbelwelle oder an einem riemengetriebenen Zubehörteil, wie z. B. MGU (Motorgeneratoreinheit) oder Generator, bereitzustellen, das durch einen Riemen von der Kurbelwelle eines Motors in einem Fahrzeug angetrieben wird. Die Kurbelwelle unterläuft bekanntermaßen Beschleunigungs- und Bremszyklen, die der Zündung des Zylinders im Motor zugeordnet sind. Der Entkuppler erlaubt, dass diese Beschleunigungen und Abbremsungen mit einem geringeren Effekt auf die Geschwindigkeit des Riemens auftreten. Bei einigen Entkupplern besteht ein Problem darin, dass sie keine ”Abkopplung” bereitstellen, die einen Überlauf des Riemens und der Riemenscheibe relativ zur Kurbelwelle des Motors erlauben. Es wurden einige Entkuppler vorgeschlagen, die zur Abkopplung Antriebskupplungen aufweisen und die auch ein BAS-(Riemen/Generator-Start)-Vermögen für den Motor erlauben, wenn dies erwünscht ist. Diese Entkuppler können jedoch komplex sein. Es ist vorteilhaft, einen Entkuppler bereitzustellen, der diesem Problem wenigstens teilweise Rechnung trägt.
Zusammenfassung
In einem Aspekt wird eine Kupplungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine Nabe, eine Riemenscheibe und eine Nabenantriebskupplung. Die Nabe legt eine Achse fest und ist mit einer drehbaren Welle einer Drehvorrichtung verbindbar. Die Riemenscheibe ist relativ zur Nabe drehbar und kann mit einem endlosen Antriebselement in Eingriff gebracht werden. Die Nabenantriebskupplung stellt eine Schlingfederkupplung dar und ist zur wirksamen Verbindung der Riemenscheibe mit der Nabe steuerbar, um die Nabe in einer ersten Drehrichtung anzutreiben.
Eine Isolationsfeder ist bereitgestellt und verbindet die Nabe wirksam mit der Riemenscheibe, wenn die Nabe die Riemenscheibe in der ersten Drehrichtung antreibt. Optional wird eine Riemenscheibenüberlaufkupplung bereitgestellt und diese ermöglicht der Riemenscheibe, die Nabe in der ersten Drehrichtung zu überlaufen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die vorangegangenen und anderen Aspekte der Erfindung gehen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren weiter hervor, wobei:
1 eine Aufsichtsansicht eines Motors mit einem Riemenantrieb mit einer Kupplungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Kupplungsvorrichtung darstellt, die in 1 gezeigt ist;
3A eine auseinander genommene perspektivische Ansicht eines Bereichs der Kupplungsvorrichtung darstellt, die in 2 gezeigt ist;
3B eine auseinander genommene perspektivische Ansicht eines anderen Bereichs der Kupplungsvorrichtung darstellt, die in 2 gezeigt ist;
4 eine Schnittaufsichtsansicht der Kupplungsvorrichtung darstellt, die in 2 gezeigt ist;
5 eine vergrößerte Schnittansicht der Kupplungsvorrichtung darstellt, die in 2 gezeigt ist, wobei ein spezieller Drehmomentpfad durch die Kupplungsvorrichtung dargestellt ist; und
6 eine vergrößerte Schnittaufsichtsansicht der Kupplungsvorrichtung, darstellt, die in 2 gezeigt ist, wobei ein anderer Drehmomentpfad durch die Kupplungsvorrichtung gezeigt ist.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Es wird auf 1 Bezug genommen, die einen Motor 10 für ein Fahrzeug darstellt. Der Motor 10 umfasst eine Kurbelwelle 12, die ein endloses Antriebselement 14 antreibt, das als Riemen 14 bezeichnet werden kann, mit dem Verständnis, dass stattdessen ein beliebiges anderes geeignetes endloses Antriebselement verwendet werden kann. Durch den Riemen 14 treibt der Motor 10 eine Mehrzahl von Zubehörteile 16 an, wie z. B. eine MGU (Motor-Generator-Einheit) 18. Jedes Zubehörteil 16 umfasst eine Eingangsantriebswelle 15 mit einer Riemenscheibe 13 daran, die durch den Riemen 14 angetrieben wird. Der Ausdruck ”Riemenscheibe” wird hierin aus Bequemlichkeit verwendet, jedoch ist zu verstehen, dass, abhängig von dem Endlosantriebselement 14, ein beliebiges geeignetes Drehmomentübertragungselement verwendet werden kann.
An der Motorkurbelwelle 12 ist eine Kupplungsvorrichtung 20 dargestellt und fungiert zur Steuerung einer Drehmomentübertragung zwischen der Kurbelwelle 12 und dem Riemen 14. Die Kupplungsvorrichtung 20 kann als Entkuppler 20 bezeichnet werden, da es die Fähigkeit bereitstellt, wenigstens irgendwie den Riemen 14 vor torsionsartigen Vibrationen in der Kurbelwelle 12 zu isolieren und an dem Riemen 14 ein Überlaufvermögen bereitzustellen, was ermöglicht, dass der Riemen 14 die Kurbelwelle bei 12 bei Bedarf kurz überlaufen kann. Der Entkuppler 12 stellt auch in einigen Ausführungsformen für den Riemen 14 die Fähigkeit bereit, die Kurbelwelle 12 so anzutreiben, dass ein Schub- oder BAS(Riemen/Generator-Start)-Vermögen an dem Motor 10 bereitgestellt wird.
Der Entkuppler 20 ist in 2 in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht dargestellt, in den 3a und 3b in einer auseinander genommenen perspektivischen Ansicht dargestellt und in 4 in einer Schnittaufsichtsansicht gezeigt. Der Entkuppler 20 umfasst gemäß der Darstellung in den 2 bis 4 eine Nabe 22, eine Nabenantriebskupplung 23, die als eine erste Einwegekupplung bezeichnet werden kann, eine Kupplungsaktuatoranordnung 24, erste und zweite Isolationsfedern 26 (die einzeln bei 26a und 26b gezeigt sind), eine Entkupplerriemenscheibe 28 und eine Riemenscheibenüberlaufkupplung 99, die als eine zweite Einwegekupplung bezeichnet werden kann. Optional umfasst der Entkuppler 20 ferner einen Dämpfer für torsionsartige Vibrationen (TVD) 29.
Die Nabe 22 kann ausgebildet sein, um an der Kurbelwelle 12 (1) in einer geeigneten Weise angebracht zu werden. Die Nabe 22 kann z. B. eine Öffnung 31 (4) für ein Befestigungsmittel mit Gewinde 32 aufweisen, welches dadurch in eine Öffnung mit Gewinde am Ende der Kurbelwelle 12 eingeführt ist. Die Nabe 22 legt eine Entkupplerachse A (4) fest und ist um die Entkupplerachse A drehbar.
Die Nabe 22 weist einen Becher 33 auf, der damit fest verbunden ist. Der Becher 33 haltert ein Lager 36, welches wiederum die Riemenscheibe 28 zur relativen Drehbewegung zwischen der Riemenscheibe 28 und der Kurbelwelle 12 und der Nabe 22 haltert. Das Lager 36 kann eine geeignete Art von Lager sein, wie z. B. ein Einzelreihenwälzlager. Alternativ können beliebige andere geeignete Mittel, um die Riemenscheibe 28 zu haltern, zur relativen Drehung bezüglich der Nabe 22 verwendet werden.
Die Isolationsfedern 26 deformieren sich elastisch, um das endlose Antriebselement 14 und die Kurbelwelle 12 vor Vibrationen oder anderen plötzlichen Änderungen im Drehmoment zueinander zu isolieren. In der dargestellten speziellen Ausführungsform übertragen die Isolationsfedern 26 eine Kraft zwischen der Nabe 22 und der Riemenscheibe 28 mittels Arme 25a auf einen Antrieb 25, der an der Nabe 22 und an axial überlappenden internen Laschen 95 einer Federschale 94 fest angebracht ist, und mittels einer Federschale 94. Entsprechende Mittel zum Übertragen eines Drehmoments von einer Nabe in bogenförmige Kompressionsfedern, wie z. B. die Federn 26, und von bogenförmigen Kompressionsfedern in Federschalen sind im Stand der Technik bekannt.
Die Federn 26 in den dargestellten Beispielen sind bogenförmige helixartige Kompressionsfedern, die aus einem geeigneten Material gebildet sind, wie z. B. Federstahl. Es können jedoch auch andere geeignete Arten von Federn verwendet werden, wie z. B. geschlossener Zellschaum oder PTU-Federn. Die Federn 26 wirken parallel. Es kann eine einzelne Isolationsfeder 26 oder es können drei oder mehr Federn 26 anstelle der dargestellten zwei Federn 26 bereitgestellt sein.
Die Federn 26 weisen, wie im Stand der Technik bezüglich Isolatoren bekannt ist, erste und zweite Enden auf, die in Eingriffsflächen eingreifen, welche an einer ersten Seite der Laschen 88 an der Riemenscheibe 28 bereitgestellt sind. Die zweiten Seiten der Laschen 88 sind bei 90 dargestellt und weisen Eingriffsflächen auf, die in zweite Seiten 92 der Antriebsarme 25a und 25b eingreifen.
Die bei 94 dargestellte Federschale kann aus einem Polymer gebildet sein, kann bereitgestellt sein, um einen Kontakt zwischen der radial äußeren Fläche der Federn 26 und der Innenfläche der Riemenscheibe 28 zu verhindern. Optional können die Isolationsfedern 26 vorgespannt sein, um zu unterstützen, dass die Komponenten wenigstens in Eingriff sind, wenn sich die Kupplungsvorrichtung 20 in einer Normalstellung befindet.
Die Federschale 94 kann ein Zwischenelement zwischen der Nabe 22 und der Riemenscheibe 28 darstellen und mit der Riemenscheibe 28 mittels einer Riemenscheibenüberlaufkupplung 99 verbunden sein, die darstellungsgemäß eine Schlingfederkupplung sein kann, welche ein erstes helixartiges Ende 101 aufweist, welches in eine Federschaleneingriffsfläche 103 an der Federschale 94 eingreift, und welches eine äußere Fläche 105 aufweist, die in eine radial innere Fläche 107 der Riemenscheibe 28 eingreift, welche auch als Riemenscheibenüberlaufkupplungseingriffsfläche 107 bezeichnet werden kann.
Die Riemenscheibe 28 ist zur relativen Drehung bezüglich der Kurbelwelle 12 mittels des Lagers 36 gehaltert und kann mit dem Riemen 104 in Eingriff gebracht werden. Die Riemenscheibe 28 weist gemäß der dargestellten Ausführungsform eine Riemeneingriffsfläche 72 auf, die zum Eingriff in einen Poly-V-Nutriemen konfiguriert ist. Die Riemenscheibe 28 kann aus einer Mehrzahl von Elemente gebildet sein, einschließlich einem Hauptabschnitt 28a, einem Abdeckelement 28b, das mit dem Hauptabschnitt 28a über geeignete Mittel verbunden ist, und einem Mantel 28c. Die Riemenscheibe 28 kann aus einem geeigneten Material gebildet sein, wie z. B. einem geeigneten Metall, etwa Stahl.
Die Nabenantriebskupplung 23 ist steuerbar, um ein Drehmoment von der Riemenscheibe 28 auf die Nabe 22 (während einer Drehung der Riemenscheibe 28 in einer ersten Drehrichtung D1) zu übertragen. Die Kupplung 23 ist auch steuerbar, um ein Überlaufen der Riemenscheibe 28 relativ zur Nabe 22 in der ersten Richtung D1 zu steuern). Die Kupplung 23 kann eine Einwegekupplung und insbesondere eine Schlingfederkupplung mit einer radial äußeren Fläche 38, einem ersten helixartigen Ende 39 und einem zweiten helixartigen Ende 40 darstellen, das in einer Gestalt gebildet ist. Das erste helixartige Ende 39 der Springfederkupplung 23 greift in eine erste Endeingriffsfläche 42 an der Welle (3B) ein, um damit ein Drehmoment zu übertragen. Die äußere Fläche 38 kann in eine radial innere Fläche der Riemenscheibe 28 eingreifen, die als Kupplungseingriffsfläche 43 zur Übertragung eines Drehmoments damit bezeichnet werden kann.
Die Fläche 43 kann als eine Nabenantriebskupplungseingriffsfläche 43 bezeichnet werden. Die Ruheposition der Schlingfederkupplung 23 kann dergestalt sein, dass die äußere Fläche 38 im Wesentlichen von der Kupplungseingriffsfläche 43 wirksam entkoppelt ist. Wenn sich die Schlingfederkupplung 23 während einer Drehung der Riemenscheibe 28 relativ zur Nabe 22 in der Ruheposition befindet, entkoppelt die Schlingfederkupplung 23 die Riemenscheibe 28 und die Nabe 22 voneinander.
Die Kupplungsaktuatoranordnung 24 umfasst eine elektromagnetische Spule 50, einen Anker 52, einen Aktuatorkörper 53, eine Ankervorspannungsfeder 55 und eine Federhalterung 57. Die elektromagnetische Spule 50 ist in einem Spulengehäuse 54 angebracht, das wiederum an einer stationären Oberfläche 61, wie z. B. einen Abschnitt einer Befestigungsklammer für den Motor 10 (beispielsweise mittels Gewindebefestigungsmittel 59), befestigt werden kann. Die Spule 50 ist mit einem Steuersystem 56 und einer Energiequelle 58 verbunden. Die Energiequelle 58 kann eine geeignete Energiequelle sein, wie z. B. eine Fahrzeugbatterie.
Die Vorspannungsfeder 55 drängt den Anker 52 von der Riemenscheibe 68 weg, um eine Trennung zwischen dem Anker 52 und der Riemenscheibe 28 zu fördern, wenn eine Versorgung der Spule 50 mit Energie unterbrochen wird. Die Federhalterung 57 ist an einer stationären Struktur angebracht, wie z. B. der oben genannten Anbringungsklammer.
Wenn die Spule 50 mit Energie versorgt wird, wird der Anker 52 mit einer Wand 68 der Riemenscheibe 28 axial in Eingriff gebracht. Der Anker 52 ist mit dem Aktuatorelement 53 drehbar verbunden, welches wiederum mit dem zweiten Ende 40 der Schlingfederkupplung 23 drehbar verbunden ist (z. B. mittels einer Gestaltöffnung 111 an dem Aktuatorelement 53, das die Gestalt an dem zweiten Ende 40 der Schlingfederkupplung 23 aufnimmt. Eine Reibung des Ankers 52 gegen die Riemenscheibenwand 68 treibt das zweite Ende 40 der Schlingfederkupplung 23 relativ zu dem ersten Ende 39 drehbar in einer Richtung an, die eine radiale Ausdehnung der Schlingfederkupplung 23 bewirkt, so dass die Fläche 43 an der Riemenscheibe 28 eingreift, wodurch die Riemenscheibe 28 mit der Nabe 22 wirksam verbunden wird. Dies ist nützlich, wenn ein ”Warmstart” des Fahrzeugs erwünscht ist (wenn der Motor des Fahrzeugs wieder gestartet werden soll, nachdem er momentan an einer roten Ampel zur Einsparung von Treibstoff angehalten wurde). In einer solchen Situation wird die MGU 18 (1) als Motor betrieben und treibt den Riemen 14 an, der wiederum die Riemenscheibe 28 antreibt.
Eine Unterbrechung der Versorgung der Spule 50 mit Energie verringert oder eliminiert die Reibung zwischen dem Anker 52 und der Riemenscheibenwand 68. Der Anker 52 wird bei einer Trennung von der Wand 68 durch das Vorspannungselement 55 unterstützt, wie oben angemerkt ist. Die Kupplung 23 kann jedoch zwischen der Riemenscheibe 28 und der Nabe 22 in Eingriff verbleiben, bis die Nabe 22 die Riemenscheibe 28 überläuft, an welchem Punkt die Schlingfederkupplung 23 in ihre Ruheposition zurückkehrt und die Riemenscheibe 28 von der Nabe 22 wirksam abkoppelt.
Es wird angemerkt, dass beim Betreiben der Nabe 22 durch die Riemenscheibe 28 die Drehmomentübertragung die Isolationsfedern 26 umgeht. Der Grund liegt darin, dass die Riemenscheibenüberlaufkupplung 99 in einem Überlaufzustand betrieben wird, wenn die Riemenscheibe 28 in der ersten Drehrichtung D1 rotiert.
Bei 133 ist eine geeignete Buchse gezeigt, um eine relative Drehbewegung des Aktuatorelements 53 bezüglich der Nabe 22 zu vereinfachen.
Es ist ein Schleifring 115 vorgesehen, um eine Blockierung der Schlingfederkupplung 23 während des Betriebs zu verhindern.
Während die Riemenscheibenüberlaufkupplung als eine Schlingfederkupplung dargestellt wurde, kann eine beliebige andere geeignete Art von Einwegekupplung verwendet werden.
5 zeigt den Drehmomentübertragungspfad (von der Nabe 22 zum Antrieb 25, zu den Federn 26, zur Federschale 94, zur Kupplung 99 zur Riemenscheibe 28) während eines Normalbetriebs. 6 zeigt den Drehmomentpfad (von der Riemenscheibe 28 zur Kupplung 23 zur Nabe 22) während eines Schubs des Motors durch die MGU 18. Es wird auch ein Teil des Drehmoments durch den Anker 52 und das Aktuatorelement 53 übertragen, welches mit der Gestalt am Ende 40 der Kupplung 23 in Eingriff steht. Die Übertragung von Drehmoment während eines Warmstarts (nach einem momentanen Stoppen an einer Ampel) ist ähnlich zu 6. Die Übertragung von Drehmoment während eines ”Kaltstart” (eine Verwendung des Startmotors des Motors (nicht dargestellt) kann ähnlich zu 5 sein).
Der Fachmann versteht, dass eine Vielzahl von Modifizierungen an den hierin beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne vom Gehalt der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Kupplungsvorrichtung, umfassend: eine Nabe, die eine Achse festlegt und mit einer drehbaren Welle einer Drehvorrichtung verbindbar ist; eine Riemenscheibe, die relativ zur Nabe drehbar ist und die mit einem endlosen Antriebselement in Eingriff gebracht werden kann; eine Isolationsfeder, die die Nabe mit der Riemenscheibe beim Antrieb der Riemenscheibe durch die Nabe in einer ersten Drehrichtung wirksam verbindet; und eine Nabenantriebskupplung, die eine Schlingfederkupplung darstellt und zur wirksamen Verbindung der Riemenscheibe mit der Nabe zum Antrieb der Nabe in einer ersten Drehrichtung steuerbar ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Riemenscheibenüberlaufkupplung, ein Überlaufen der Nabe durch die Riemenscheibe in der ersten Drehrichtung erlaubt.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Riemenscheibenüberlaufkupplung eine Einwegekupplung ist, die einen Drehmomentübertrag von der Nabe zu der Riemenscheibe in der ersten Drehrichtung zulässt, wobei die Isolationsfeder die Nabe mit der Riemenscheibe durch die Riemenscheibenüberlaufkupplung wirksam verbindet.