DE2254653A1

DE2254653A1 - Kupplung, insbesondere schlupfkupplung zur drehzahlbegrenzung

Info

Publication number: DE2254653A1
Application number: DE19722254653
Authority: DE
Inventors: Richard Lewis Smirl
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1972-01-26
Filing date: 1972-11-08
Publication date: 1973-08-02
Also published as: IT986024B; JPS4883247A; DE2254653C3; FR2200926A5; FR2182824B1; FR2182824A1; DE2254653B2

Description

Kupplung, insbesondere Schlupfkupplung zur Drehzahlbegrenzung

Die Erfindung betrifft eine Kupplung, insbesondere Schlupfkupplung!

zur Drehzahlbegrenzung, bei der eine Druckplatte mittels einer ! !Tellerfeder in Reibeingriff mit einer Rotorscheibe gedrückt ist ! und an der Tellerfeder Fliehgewichte befestigt sind, deren Kräfte

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der Andruckkraft der Tellerfeder entgegengesetzt gerichtet sind ] und bei steigender Drehzahl der Kupplung einen größeren Schlupf jhervorrufen. Die Erfindung betrifft ferner die Ausbildung eines !Rotors mit verbesserter Wärmeabführung für Kupplungen oder Scheibenbremsen.

jDie vorgenannte Schlupfkupplung ist insbesondere zum Antrieb von jHilfsaggregaten in Kraftfahrzeugen geeignet. Die Anzahl der anzutreibenden Hilfsaggregate in Kraftfahrzeugen vergrößert sich stän-Idig. Dabei sollen manche Hilfsaggregate insbesondere bei niedrigen !Drehzahlen der ßrennkraftmas chine schon voll funktionstühtTg sein. Dies kann man dadurch erreichen, daß die Hilfsaggregate für nied-, . _.' . . ._«._ _._ __..__ -2- _.

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jrigere Drehzahlen ausgelegt werden oder über entsprechende Übersetzungen angetrieben werden. Bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine werden jedoch dann bei den Hilfsaggregaten Drehzahlen erreicht, die sich nachteilig auf deren Lebensdauer auswirken. i

i :

(Man hat auch bereits ein Getriebe zwischen der Brennkraftmaschine und den Hilfsaggregaten vorgeschlagen, das von einer Stufe bei !niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine auf eine Untersetzungsistufe mit einer bestimmten höheren Drehzahl der Brennkraftmaschine ; umschaltet. Ein solches Getriebe ist jedoch verhältnismäßig teuer und weist verschiedene Mängel auf.

Die Verwendung von Fliehgewichten zum Auskuppeln sind an sich bekannt. Dabei müssen die Fliehgewichte Bewegungen ausführen, und bedingen daher einen zusätzlichen Platzbedarf im Kupplungsgehäuse. Bei der Kupplung der eingangs geschilderten Bauweise führen die Fliehgewichte keine merkbaren Bewegungen aus, außer einer Nachstell·

bewegung beim Verschleiß der Kupplungsreibbeläge. Ferner zeichnet sich die Anordnung durch eine einfache Bauweise aus, da sich die Drehzahlbegrenzung der Schlupfkupplung lediglich mit einer Tellerfeder erzielen läßt, an der die Fliehgewichte befestigt sind. Bei

iedrigen Antriebsdrehzahlen arbeitet die Schlupfkupplung ohne

iSchlupf und taeibt die Hilfsaggregate mit den gewünschten Drehzahlen

an, während bei einer bestimmten höheren Drehzahl der Antriebs- j

aschine die Kupplung in den Schlupfbereich gerät und dann die

llilfsaggregate mit einer konstanten Drehzahl antreibt, auch wenn ;die Antriebsdrelizahl iveiter erhöht wird.

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Da die Schlupfkupplung während des größeren Teils ihrer Betriebszeit im Schlupfbereich arbeitet, entstehen erhebliche Wärmemengen, die zuverlässig abgeführt werden müssen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Kupplung der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß ihre Zuverlässigkeit und Gebrauchstüchtigkeit verbessert wird und insbesondere die erheblichen, während des Betriebes entstehenden Wärmemengen aufgenommen und abgeführt werden, ohne daß zu hohe Temperaturen entstehen, die zu Betriebsschwierigkeiten führen können. Die.se Aufgabe soll mit den in den Ansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst werden.

Bei Scheibenbremsen ist es bereits bekannt, innen-belüftete, gegossene Bremsscheiben zu. verwenden. Damit läßt sich die zur Wärmeabführung dienende Oberfläche gegenüber einer einfachen Bremsscheibe etwa verdoppeln. Innenbelüftete Bremsscheiben sind jedoch nicht £üt -einen Dauerbetrieb geeignet, da dann zu hohe Temperaturen auftreten, die zu einem vorzeitigen Verschleiß der Reibbeläge führen. Es lassen sich auch Gebläseräder oder Leiteinrichtungen an den Scheiben anbringen, die jedoch ebenfalls für einen dauernden Schlupfbetrieb nicht ohne weiteres geeignet sind.

Im Gegensatz dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Rotorscheibe aus zwei in axialem Abstand angeordneten, miteinander fest verbundenen Ringscheiben und einem mäanderförmig umgefalteten, radiale Kanäle bildenden Blechstreifen besteht, an dem beidseitig die Ringscheiben befestigt sind. Dadurch ergibt sich eine starke Vergrößerung der wärme abführenden Flächen und eine verbesserte

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OftlßitflAL, ,

Kühlwirkung. Vorzugsweise besteht der Blechstreifen aus einem WerkH jstoff hoher Wärmeleitfähigkeit und sind die Kanäle so ausgebildet, ! daß eine möglichst große Turbulenz des Kühlmittels erzielt wird.

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Ferner weist die erfindungsgemäße Rotorscheibe eine gewisse Nach- j

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jgiebigkeit auf, die eine bessere Flächenberührung zwischen den Ring- !scheiben und den Reibbelägen der Schlupfkupplung zur Folge hat. j

i Ferner ist die wärmeleitende Verbindung zwischen dem mäanderformig

gefalteten Blechstreifen und den Ringscheiben verbessert.

Zusammen mit den weiteren in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmalen ist somit eine Schlupfkupplung geschaffen, die einfach aufgebaut ist, betriebssicher arbeitet und bei langzeitigem Schlupfbetrieb zuverlässig funktioniert, ohne daß die Reibbeläge frühzeitig verschleißen.

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jDie Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

JEs zeigt:

Fig. 1 einen Achsenschnitt durch eine Schlupfkupplung gemäß der Erfindung,

jFig. 2 einen Achsenschnitt durch die Rotorscheibe der Schlupfkupp-

i lung gemäß Fig. 1,

JFig. 3 eine Stirnansicht der Rotorscheibe gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine ausschnittsweise perspektivische Ansicht des Rippeneinsatzes ,

!Fig. 5 eine ausschnittsweise perspektivische Ansicht eines Rippeneinsatzes in abgeänderter Ausführungsform,

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jFig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 3 und

Fig. 7 eine ausschnittsweise perspektivische Ansicht einer aufge-

^; bogenen Rippenfalte. '

jln der Zeichnung ist eine Schlupfkupplung zum Einbau in Kraftfahrjzeuge dargestellt, die aus einer die treibende Kupplungshälfte bil-

i .

denden Kupplungsscheibe TO und einem die getriebene Kupplungshälfto

!bildenden Kupplungsgehäuse 15 besteht. Die Kupplungsscheibe 10 ist

mit einer Welle 21 verbunden, die mit Bohrungen 22 versehen ist, ;um die Welle an der Brennkraftmaschine anzuflanschen. Das Kupplung^· jgehäuse 15 treibt über Keilriemen nicht dargestellte Hilfsaggrega-Ί jte, beispielsxtfeise eine Lichtmaschine, eine Pumpe für die Lenk- j jhiife, einen Kompressor für die Klimaanlage, eine Wasserpumpe und ^ein Kühlgebläse an. Es ist bekannt mehrere solcha- Hi lfs aggre gate i !mittels eines einzigen Keilriemens anzutreiben. Das· Kupplungsge- j •häuse 15 weist Riemenscheiben für zwei Keilriemen auf. j

Die Kupplungsscheibe 10 ist mit einer Nabe 11 verbunden, die mit • Zungen 12 versehen ist, die in entsprechende Ausnehmungen in der 'Welle 21 greifen. Die Nabe 11 ist mittels einer Schraube 26 an der iWelle 21 gehalten. Wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist, weist die Nabe 11 mehrere sich radial erstreckende Vorsprünge 13 mit !Öffnungen 14 auf.

!Die Kupplungsscheibe 10 besteht aus zwei in einem axialen Abstand !voneinander angeordneten Ringscheiben 16 und 17, die mittels jNieten oder Abstandshalter 18 fest miteinander verbunden sind. In-

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;:olge der Abstandshalter 18 können also die beiden Ringscheiben nicht aufeinander gedrückt werden. Die Ringscheibe 16 ist mit sich radial nach innen erstreckenden Vorsprüngen 19 mit Bohrungen 20

versehen. Die Befestigung der Ringscheibe 16 und damit der Kupp-

]lungsscheibe an der Nabe 11 erfolgt durch flexible Bänder 23 deren 'Enden mittels Nieten 24 und 25 an den Vorsprüngen 13 der Nabe 11

!und den Vorsprüngen 19 der Ringscheibe 16 befestigt sind.

Die Bänder 23 bestehen vorzugsweise aus verhältnismäßig dünnem Metall und ermöglichen ein axiales Ausweichen, um den Verschleiß der gehäusefest angeordneten Reibbeläge auszugleichen.

Die getriebene Kupplungshälfte besteht aus einem Kupplungsgehäuse 15, das mit einem Gehäuseflansch 56 versehen ist, der auf der angetriebenen Welle 21 mittels eines Lagers 68 drehbar gelagert ist. JAn dem Gehäuseflansch 56 ist eine erste Riemenscheibe 60 mit zwei

'Rillen 72 und 74 und eine zweite Riemenscheibe 62 mit einer Rille 70 befestigt. Die gegenüberliegende offene Seite des Gehäuses 15 ist mit einer Gegendruckplatte 58 versehen, die über einen Stift 64 mit dem Kupplungsgehäuse 15 verbunden ist, und mittels eines

jDrahtringes 66, der in entsprechende Ringnuten des Gehäuses 15 und der Gegendruckplatte 58 einsitzt, in axialer Richtung festgehalten ist. Anstelle der Rillen 70,72,74 für Keilriemen können auch Zahnräder, Kettenräder oder dergl. vorgesehen sein.

An der Gegendruckplatte 58 ist eine Zwischenlage 84 aus dämpfenden und den Druck gleichmäßiger verteilenden Werkstoff und auf der Zwischenlage ein Reibbelag 8 2 befestigt. Die Zwischenlage 84

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dient auch zum Dämpfen von Geräuschen und Schwingungen. Für die Zwischenlage wird ein zusammendrückbarer Werkstoff gewählt. Auf . j

der anderen Seite der Kupplungsscheibe 10 ist ebenfalls ein Reib-! belag 78 und eine Zwischenlage 80 zur Dämpfung an einer Druckplai" te 76 befestigt. j

Neben der Druckplatte 76 befindet sich eine Tellerfeder 86, die | außen an dem Gehäuseflansch 56 abgestützt ist und innen auf der j

Druckplatte 76 aufliegt. Zur drehfesten Verbindung der Kupplungs-; platte 76 mit der Tellerfeder 86 sind an der Druckplatte 76 aufge-f

bogene Laschen 88 vorgesehen, die in radiale Schlitze in der !

Tellerfeder 86 giäfen. Mehrere Fliehgewichte 90 sind an der Telleij feder 86 befestigt und erstrecken sich wie in Fig. 1 gezeigt, seit lich von der Tellerfeder innerhalb einer durch die Riemenseheibe ; 60 gebildeten Ausnehmung. Die an den Fliehgewichten angreifenden ■ Fliehkräfte suchen die Fliehgewichte etwa um den Punkt 92 nach außen zu schwenken. Tatsächlich führen die Fliehgewichte keine Schwenkung aus, liefern jedoch ein Moment mit einer Kraftkomponente, welche der Andrückkraft der Tellerfeder 86 auf die Druckplatte 76 bei steigender Drehzahl des Kupplungsgehäuses 15 im zunehmender Maße entgegenwirkt. Die Fliehgewichte 90 durchgreifen Schlitze in dem Gehäuseflansch 5.6, sodaß bei niedrigeren Drehzahlen die Reibbeläge 78 und 8 2 mittels der vorgespannten Tellerfeder 86 in Reibeingriff mit der Kupplungsscheibe 10 gehalten sind und das Kupplungsgehäuse 15 über den Reibbelag 8 2 unmittelbar und über, den Reibbelag 78, die Druckplatte 76, die Tellerfeder 86, die

Füehgewicht-e 90 und den Gehäuse flansch 56 mittelbar angetrieben

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ist, wobei die Drehzahl des Kupplungsgehäuses 15 gleich der Drehzahl der Kupplungsscheibe 10 ist.

jBeim Beschleunigen der Brennkraftmaschine wird eine Drehzahl der Kupplungsscheibe 10 und des Kupplungsgehäuses 15 erreicht, bei der die durch die Fliehgewichte 90 ausgeübten Kräfte die Druckplatte : 76 so weit entlasten, daß die Kupplung im Schlupfbereich arbeitet und auch bei weiter ansteigender Drehzahl der Welle 21 die Drehjzahl des Kupplungsgehäuses 15 konstant bleibt. Diese Drehzahl kann beispielsweise etwa 1.500 UPM betragen. Diese Drehzahl läßt sich durch Wahl der Fliehgewichte und/oder Tellerfeder zweckentsprechend auswählen. Das von der Schlupfkupplung übertragene Drehmoment fällt bei steigender Drehzahl nach einer quadratischen Funktion,

jalso verhältnismäßig steil ab. Dies ist durch die Fliehgewichte

bedingt. Durch den steilen Drehmomentabfall der Kupplung mit steigender Drehzahl sowie Drehzahlbegrenzung wird in einfacher Weise sicher erreicht, daß die Hilfsaggregate nicht mit unnötig hohen Drehzahlen angetrieben werden und zuviel Leistung verbrauchen, was insbesondere deshalb wichtig ist, weil die meisten Hilfeaggregate,

!insbesondere das Kühlgebläse und die Wasserpumpe mit steigender

!Drehzahl einen steilen Leistungsanstieg aufweisen.

Bei einem allmählichen Verschleiß der Reibbeläge 78, 82 gelangen die Tellerfeder 86 und die Fliehgewichte 90 allmählich in die in Fig. 1 in gestrichelten Linien dargestellte Lage. ι

In den Fig. 4 bis 7 sind üinzelheiten des zwischen die Ringscheiben 16 und 17 angeordneten Rippeneinsatzes 30 dargestellt. Gemäß

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Fig, 4 besteht der Rippeneinsatz 30 aus einem mäanderförmig umgefalteten Blechstreifen 33 aus verhältnismäßig dünnem, wärmeleitfähigem Werkstoff, dessen Falten 34 radial verlaufend zur Bildung von radialen Kanälen zwischen den einander gegenüberliegenden ebenen Stegen 35 und 36 angeordnet sind.

Jede Falte 34 weist einen ersten Satz Von jalousieartigen Schlitzen; 41 auf, welche so gerichtet sind, daß Luft in den Kanal 40 hineingeleitet wird. Ein zweiter Satz von jalousieartigen Schlitzen 42 ist dagegen so gerichtet, daß Luft aus dem Kanal 40 herausgeführt wird. Der andere Steg 36 ist ebenfalls abwechselnd, mit entgegengerichteten jalousieartigen Schlitzen 43 und 44 versehen. Als Werk- ; stoff für die Blechstreifen 33 eignet sich Kupfer oder Aluminium in Stärken von etwa 0,1 bis 0,2 inm. Ist eine maximale Wärmeabführung nicht erforderlich und soll die Kupplungsscheibe einen größeren Durchmesser aufweisen, so können auch Stahlbleche mit Stärken von etwa 0,25 bis 0,5 mm Verwendung finden. Die Reibflächen 28, 29 der Ringscheiben T6,17 werden dann etwas höhere Betriebstemperaturen arinenmen.

In Fig.5 sind zwei Blechstreifen 33A und 33B als Rippeneinsatz 3uA vorgesehen, wobei der Streifen 33B eine größere Anzahl von Falten als der Streifen 33A aufweist. Dadurch wird dfe zur Wärmeabführung voriiandene Überfläche vergrößert. Da eine Reihe von Falten 34A ' des Streifens 33A gegenüber den Falten 34B des Streifens 33B ver- ,

setzt angeordnet ist, ergibt sich eine etwas größere Luftturbulenz J

und verbesserte Kühlung. s

• ." , \ J flAÖ OWGiRiAL "¹⁰" f

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Der Rippeneinsatz 30 ist zwischen den Ringscheiben 16 und 17 angeordnet und mit diesen beispielsweise durch Löten verbunden. Bestehen die Ringscheiben 16,17 aus einer Silicium-Aluminiura-Legierung und bestehen die Streifen aus nahezu reinem Aluminium, so eignet sich ein eutektisches Aluminiumhartlot mit etwa 10% Silicium. Bestehen die Scheiben aus Stahl von hohem Kohlenstoffgehalt, so können die Rippeneinsätze aus Kupfer oder Stahl mit einem Lot befestigt werden, das einen hohen Bleigehalt bei Temperaturen von etwa 300 bis 35O⁰C aufweist, ohne daß der Stahl weich wird oder sich die Gesamtanordnung verformt.

Die Ausbildung der Kupplungsscheibe mit dem Rippeneinsatz ermöglicht deren Verwendung bei einer Schlupfkupplung, die den weitaus überwiegenden Teil ihrer Betaiebszeit im Sehlupfbereich arbeitet. Infolge der radialen Anordnung der Falten 34 und Kanäle 40 wird eine Gebläsewirkung erzielt, welche die Luft radial von innen nach außen führt. Die Anordnung der jalousieartigen Schlitze vermittelt einen turbulenten Luftstrom und vergrößert die Wärmeableitung der Kupplungsscheibe. Außer Luft können auch Kühlflüssigkeiten Verwendung finden. Ferner wird durch die Anordnung des Rippeneinsatzes 30 zwischen den Ringscheiben 16 und 17 eine gewisse Nachgiebigkeit der Kupplungsscheibe erzielt, sodaß man einen besseren uberflüchenkontakt zwischen den Reibflächen 28 und 29 und den Reibbelägen erhält. Ferner ist die Verwendung der geschilderten Kupplungsscheibe auch bei Bremsen als Bremsscheibe mit Vorteil möglich.

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Claims

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Patentanwälte

Dr. Ing. H. Negendank
DIpI. Ing. H Haudt ■ Dipl. Phys. VV. Schmirz

Dipl. Ing. E. Gfäslfs - Dipl. Ing. W. Wehner:

8 Miirschsn 2, PvisErrir&sSo 23

Telefon 5380586

Borg-iV'arner Corporation

South Michigan Ave. -

Chicago, 111. 60604 7. November 1972

USA ' ·.-... Anwaltsakte M-231 7

Patentansprüche _.-■■"

M. kupplung, insbesondere Schlupfkupplung zur Drehzahlbegrenzung, bei der eine Druckplatte mittels einer Tellerfeder in Reibeingriff mit einer Rotorscheibe gedrückt ist und an der Tellerfeder Fliehgewichte befestigt sind, deren Kräfte der Andruckkraft . der Tellerfeder entgegengesetzt gerichtet sind und bei steigender Drehzahl der Kupplung einen größeren Schlupf hervorrufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheibe aus zwei in axialem Abstand angeordneten, miteinander fest verbundenen Ringscheiben (16,17) und einem mäanderförmig umgefalteten, radiale Kanäle ; "(40) bildenden Blechstreifen (33) besteht, an dem beidseitig'die Ringscheiben befestigt sind.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheibe an einer treibenden Welle (21) drehfest und axial-!, beweglich befestigt ist und zwischen zwei die getriebene Kupplungshälfte bildenden Reibbelägen (78,82) angeordnet ist.

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3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheibe an der treibenden JVeIIe (21) mittels mehrerer in axialer Richtung nachgiebiger Bänder (23) befestigt ist.
4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrand der die Fliehgewichte (90) tragenden Tellerfeder (86) an dem Kupplungsgehäuse (15) und der Innenrand der Tellerfeder an einem Reibbelagträger (76) der einen Druckplatte vorgespannt abgestützt ist.
5. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Reibbelag (82) unmittelbar am Kupplungsgehäuse (15) befestigt ist und das vom anderen Reibbelag (78) übertragene Drehmoment über formschlüssige Verbindungen zwischen dem zugehörigen Reibbelagträger (76) und der Tellerfeder (86) sowie zwischen den Fliehgewichten (90) und einem Gehäuseflansch (56) auf das Kupplungsgehäuse (15) übertragbar ist.
6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeicnnet, daß die einander gegenüberliegenden ebenen Stege (35,36) des Blechstreifens (33) mit jalousieartigen Schlitzen (41 bis 44) verseilen sind, die abwechselnd in Gruppen einander entgegengesetzt gerichtet sind.
7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gefaltete Blechstreifen (33Λ, 33B) konzentrisch zueinander zwischen den Ringscheiben (16,17) angeordnet sind. ,, ■

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8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die IkIten (34) benachbarter Blechstreifen (33A, 33B) gegeneinander versetzt angeordnet sind. · '
9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ringscheiben (16,17) Abstandshalter (18) vorgesehen sind. -
10.Innenbelüfteter Rotor für eine Kupplung oder Bremse mit zwei in einem Abstand voneinander fest miteinander verbundenen Ringscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ringscheiben (16, 17) ein Rippeneinsatz (30) aus einem umgefalteten, dünnen, flexiblen Werkstoff angeordnet ist und die sich radial erstrekkenden und in etwa ebenen Flächen einander gegenüberliegenden Falten (34) radial durchgehende Kanäle (40) bilden.

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