DE3042164A1

DE3042164A1 - Kupplung fuer arbeitseinrichtung, insbesondere an brennkraftmaschinen, sowie verfahren zu ihrer betaetigung

Info

Publication number: DE3042164A1
Application number: DE19803042164
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 4060 Viersen Baumgartner; Rainer Dipl.-Ing. 4100 Duisburg Südbeck
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1980-11-08
Filing date: 1980-11-08
Publication date: 1982-05-27
Also published as: DE3042164C2; US4483428A; GB2087026B; FR2493937B1; GB2087026A; FR2493937A1; JPS57110830A; IT8149643A0; IT1171641B

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung für Antriebseinrichtungen, insbesondere an Brennkraftmaschinen, sowie ein Verfahren zu ihrer Betätigung.

Arbeitseinrichtungen, insbesondere an Brennkraftmaschinen, können z.B„ Einrichtungen zur Gasaufladung, zur Sekundärlufteinblasung, allgemein zur Drucklufterzeugung, zur Erzeugung von Elektrizität und dergleichen mehr sein. Solche Arbeitseinrichtungen müssen vielfach nicht während der ganzen Zeit in Betrieb sein, in der die sie normalerweise antreibende Maschine arbeitet. Derartige Arbeitseinrichtungen sind also in der Regel nicht identisch mit einer Hauptantriebsmaschine, insbesondere deren hauptsächlichen Energieverbraucher, sondern es handelt sich dabei meistens um Zusatzaggregate mit einer Arbeitsleistung bis z.B. 10 kW. Natürlich können bisweilen solche Arbeitseinrichtungen auch für deutlich höhere, aber auch erheblich geringere Arbeitsleistungen ausgerüstet sein.

Für die genannten Kupplungszwecke sind magnetisch oder mechanisch betätigte Kupplungen in großem Umfang bekannt. Solche Kupplungen weisen unter anderem aber folgende Nachteile auf:

Sie besitzen meist ein relativ großes Bauvolumen und großes Gewicht, sind teuer in der Herstellung und müssen in Intervallen nachgestellt werden, da die Kupplungsbeläge verschleißen; es bedarf also in dieser Hinsicht einer besonderen Wartung der Kupplung»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile nicht besitzt, vielmehr ein möglichst geringes

Bauvolumen und niedriges Gewicht aufweist, die einfach und kostengünstig herzustellen ist, die nicht nachgestellt zu werden braucht, indem sie den Belagverschleiß selbsttätig ausgleicht, und die dabei sehr exakt arbeitet, insbesondere ein "Schleifen" vermeidet; eine solche Kupplung soll auf verschiedenste Signale hin schnell ansprechen können, insbesondere soll die Steuerung der Kupplung einerseits und die reine Kupplungsbetätigung andererseits unter möglichst geringem Energieaufwand möglich sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch

a) eine zu einer Antriebsscheibe koaxial gelagerte und axial verschiebbare, mit einem Rotor

in Wirkverbindung stehende Mitnehmerscheibe mit einem Drucklager und einem Drucklagerdeckel,

b) einen mit dem Drucklagerdeckel in Wirkverbindung stehenden bewegbaren Deckel eines mit pneumatischem Druck beaufschlagten Raumes mit einem nichtbewegbaren Bodenbereich, sowie

c) mindestens eine mit der Mitnehmerscheibe in Wirkverbindung stehende Feder

gelöst.

Ein solcher Aufbau ist besonders leicht sowie funktionssicher und vermeidet das Schleifen der Kupplung, wenn die anzutreibende Arbeitseinrichtung abgekuppelt ist.

Die axiale Verschiebbarkeit der Mitnehmerscheibe in bezug auf den Rotor wird vorteilhafterweise dadurch sichergestellt, daß in Bohrungen des Rotors in axialer Richtung Bolzen eingreifen können, die an der Mitnehmerscheibe befestigt sind und in Axialrichtung das notwendige Spiel gewährleisten; umgekehrt kann aber auch die Mitnehmerscheibe mit den genannten Bohrungen und der Rotor mit den genannten Bolzen versehen sein.

Eine sehr einfache und leicht herzustellende Wirkverbindung zwischen dem Drucklagerdeckel und dem bewegbaren Deckel des mit pneumatischen Druck beaufschlagten Raumes wird dadurch sichergestellt, daß sowohl am Drucklagerdeckel als auch am Deckel des mit Druck beaufschlagten Raumes jeweils ein geeigneter Halter angeordnet ist und zwischen diesen beiden Haltern ein Hebel für die Kraftübertragung zwischen beiden sorgt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann aber auch der Deckel des mit Druck beaufschlagten Raumes mit dem Drucklagerdeckel fest verbunden sein.

Eine sehr geringe Bautiefe der Kupplung wird erreicht, wenn sich der Druckanschlußstutzen für die pneumatische Betätigung in einer Vertiefung am Deckel des mit Druck beaufschlagten Raumes befindet.

Als Verbindung zwischen dem Deckel und dem Bodenbereich des mit Druck beaufschlagten Raumes eignet sich besonders eine Flachmembrane, da diese im besonderen Maße geeignet ist, wechselseitigen Druckbelastungen standzuhalten, und sie ebenfalls die Baugröße des Raumes weiter verringern kann. Es

sind natürlich auch andere Membranen, z.B. Rollmembranen, für den erfindungsgemäßen Zweck prinzipiell geeignet.

Die Funktion der pneumatisch betätigten Kupplung wird besonders günstig beeinflußt, wenn die Feder entgegengesetzt zum pneumatischen Druck auf die Mitnehmerscheibe wirkt.

Eine zusätzliche, zwischen dem Deckel des mit Druck beaufschlagten Raumes und seinem Bodenbereich wirkende Tellerfeder ermöglicht es, schon mit relativ geringem Pneumatikdruck ein sicheres An- oder Abkoppeln zu erreichen. Dies ist besonders dann der Fall, wenn eine solche Tellerfeder als Sprungscheibe ausgebildet wird, die für einen sicheren Halt in den beiden Endlagen der Kupplung sorgt.

Eine erfindungsgemäße Kupplung wird am besten durch vorgeschaltete Durchlaßventile gesteuert, die relativ klein ausgebildet sein können und zu ihrer Betätigung relativ wenig Energie benötigen, da sie lediglich die Gasversorgung zu der pneumatischen, die eigentliche Arbeit leistenden Einrichtung, nämlich dem Pneumatikteil der Kupplung, regeln. Es handelt sich hierbei also um ein Servosystem.

Die eigentliche Servoenergie wird am besten dadurch bereitgestellt, daß der Kupplung mindestens ein Gasdruckbehälter vorgeschaltet wird. Solche Gasdruckbehälter können mit Hilfe von Über- oder Unterdruckquellen ständig auf dem notwendigen Arbeitsdruck gehalten werden.

Besonders günstig hat sich eine Gasverbindungsleitung zwischen einem solchen Gasdruckbehälter und dem Gaseinlaßstutzen einer die Arbeitseinrichtung antreibenden, aufgela-

denen Brennkraftmaschine erwiesen, da auf diese Weise der Gasdruckbehälter mit dem beim Aufladen.der Brennkraftmaschine vorhandenen Ladedruck beaufschlagt wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch möglich, einen zweiten Gasdruckbehälter vorzusehender gegenüber dem ersten Gasdruckbehälter mit entgegengesetztem Druck beaufschlagt und der pneumatisch betätigten Kupplung vorgeschaltet ist» Auf diese Weise kann eine besonders sichere Punktion der Kupplung erreicht werden; die das Abkoppeln unterstützende Feder braucht nur relativ geringe Kräfte aufzubringen und kann deshalb sehr leicht ausgebildet sein.

Eine besonders kompakte und leichte Ausführungsform ergibt sich, wenn die erfindungsgemäße Kupplung zusammen mit einem Gasmotor zu einer Aufladeeinheit integriert ist.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Betätigung der erfindungsgemäßen Kupplung besteht darin, daß der mit pneumatischem Druck beaufschlagte Raum der Kupplung mit dem beim Aufladen einer Brennkraftmaschine erzeugten Spitzendruck beaufschlagt wird₀ Ein solches Servosystem benötigt nur minimalen Kraftaufwand zur Kupplungsbetätigung; darüber hinaus steht der Ladedruck besonders energiegünstig zur Verfügung.

Das An- bzw. Abkoppeln der insbesondere von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Arbextseinrichtung kann grundsätzlich durch die unterschiedlichsten Signale eingeleitet oder bewirkt werden«, Sofern es sich bei den Arbeitseinrichtungen um Auflader oder Einrichtungen zur Sekundärlufteinblasung in das Abgassystem der Brennkraftmaschine handelt, empfiehlt

es sich besonders, das An- bzw. Abkoppeln mit Hilfe des die Leistung der Brennkraftmaschine steuernden Gashebels vorzunehmen, indem der jeweilige·Vorgang bei einer bestimmten Stellung des Gashebels erfolgt. Dies kann z.B. mit einer an sich bekannten Kick-down-Schaltung erreicht werden.

Die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Kupplung ist einfach und besonders zuverlässig. Die mit der Mitnehmerscheibe in Wirkverbindung stehende Feder unterstützt vorzugsweise das Abkoppeln; dadurch wird dieses Manöver besonders exakt durchgeführt und ein unerwünschtes Schleifen der Kupplung vermieden.

Am besten wirkt eine solche Feder dem die Kupplung betätigenden Gasdruck entgegen. Die durch den pneumatischen Druck verursachte Kraft muß also die Gegenkraft der Feder übersteigen, damit ein Ankoppeln bewirkt wird. Andererseits unterstützt eine solche Feder das Abkoppeln auch insofern, als dies nicht allein von der Pneumatikeinrichtung bewirkt werden muß und letztere deshalb besonders leicht und einfach gestaltet sein kann. Es kann sogar ausreichen, zum Abkoppeln lediglich den für das Ankoppeln aufgebrachten Pneumatikdruck entweichen zu lassen.

Mit einer darüber hinaus innerhalb des mit Druck beaufschlagten Raumes wirkenden weiteren Feder wird das An- oder Abkoppeln bzw. das Halten in den Endlagen der Kupplung erleichterte

Erfindungsgemäße Kupplungen haben also insgesamt den Vorteil relativ kleinen Bauvolumens, geringen Gewichtes und auch vergleichsweise geringer Erstellungskosten. Ein hervorzu-

hebender Vorteil besteht darin, daß ein in Intervallen normalerweise notwendiges Nachstellen der Kupplung (aufgrund des Belagverschleißes) entfallen kann, da sich solche pneumatischen Kupplungen durch Hubvergrößerungen dem Belagverschleiß selbsttätig anpassen« Die einfache und vor allem leichte Gestaltung erfindungsgemäßer Kupplungen ist besonders bei Kombination mit einem Gasmotor und einer Gaspumpe als Antriebseinrichtung sowohl für die Leistungsfähigkeit des Gasmotors als Antrieb der Gaspumpe als auch für die Leistungsfähigkeit der gesamten Einheit als Auflader vorteilhaft.

Die Erfindung wird anhand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplung mit schematischer Darstellung der Arbeitseinrichtungen;

Fig. 2 eine Kupplung gemäß Fig. 1 in anderer Ausführungsform und ohne Arbeitseinrichtungen;

Fig. 3 eine gegenüber Figuren 1 und 2 geänderte Ausführungsform der Kupplung.

Beim Beispiel gemäß Figur 1 dreht sich eine Antriebsscheibe 1 ständig mit einer durch einen- hier nicht dargestellten Antriebseinheit bestimmten Drehzahl. Die Drehzahl ist beispielsweise für den Fall, daß die anzukoppelnde Arbeitseinrichtung ein Auflader ist, so ausgelegt, daß bei Ankoppeln des Aufladers der gewünschte Aufladedruck von z_eB_a

etwa 1,4 bar gewährleistet ist. Im gekuppelten Zustand soll durch die Antriebsscheibe 1 ein Rotor 2 einer hier nicht näher dargestellten Arbeitseinrichtung angetrieben werden. Der Rotor 2 ist gegenüber dem Gehäuse 3 der Arbeitseinrichtung reibungsarm gelagert. Die Antriebsscheibe 1 - hier eine Keilriemenscheibe - die über einen nicht dargestellten Antrieb z.B„ mit einer Brennkraftmaschine verbunden ist, ist über ein Kugellager 4 auf einer Verlängerung 5 des Rotors 2 drehfrei und reibungsarm gelagert.

Eine Mitnehmerscheibe 6 ist koaxial zur Antriebsscheibe 1 und axial verschiebbar gegenüber der Verlängerung 5 des Rotors 2 derart angeordnet, daß sie mit ihrem Belag 7 in Wirkverbindung mit der Antriebsscheibe 1 treten, bzw. von ihr gelöst werden kann. Koaxial zum Rotor 2 ist eine Feder 8 einerseits gegen einen Absatz 9 des Rotors 2 und andererseits gegen die Mitnehmerscheibe 6 derart abgestützt, daß sie bei Fehlen einer entsprechenden Gegenkraft die Mitnehmerscheibe 6 von der Antriebsscheibe 1 abgerückt hält. Auf der in Axialrichtung gegenüberliegenden Seite, auf der die Feder 8 auf die Mitnehmerscheibe 6 wirkt, besitzt letztere ein Drucklager 10 mit einem Drucklagerdeckel 11. Der Drucklagerdeckel 11 ist in einem koaxialen Bereich 12 des Gehäuses 3 in axialer Richtung zusammen mit dem Drucklager 10 und der Mitnehmerscheibe 6 axial verschiebbar.

Das Gehäuse 3 v/eist einen Stirnbereich 13 auf, der den oberen Teil der Antriebsscheibe 1 überdeckt und den unteren

Teil der Antriebsscheibe 1 für den Eingriff eines Keilriemens freiläßt. Dieser Stirnbereich 13 trägt den Gehäusebereich 12 und bildet an seinem linken Ende einen Bodenbereich 14 eines Raumes 15» der über einen Druckanschlußstutzen 16 mit einem Gasdruckbehälter 17 verbunden ist. Der Raum 15 wird einerseits vom Bodenbereich 14 und andererseits von einem mit dem Bodenbereich 14 durch eine Rollmembrane 18 dichtend verbundenen Deckel 19 gebildet»

Der Drucklagerdeckel 11 und der Deckel 19 des Raumes 15 weisen je einen Halter 20 bzw. 21 auf, die über einen Hebel 22 derart miteinander in Wirkverbindung stehen, daß bei einer Relativbewegung des DrucklagerdeckeIs 11 gegenüber dem Gehäusebereich 12 der Deckel 19 in der gleichen Richtung wie der Drucklagerdeckel 11 bewegt wird. Umgekehrt wird über den Hebel 22 der Drucklagerdeckel 11 durch eine Axialbewegung des Deckels 19 im gleichen Richtungssinn bewegt.

Unterdruck ausreichender Größe am Druckanschlußstutzen 16 - erreicht durch Herstellen einer Leitungsverbindung zum Druckbehälter 17 über Ventile 17a - würde den Deckel 19 in Richtung auf den Bodenbereich 14 bewegen und den Drucklagerdeckel 11 über die Halter 20 und 21 sowie den Hebel nach rechts verschieben, indem er die Federkraft der Feder 8 überwindet» Dadurch kann der Belag 7 der Mitnehmerscheibe 6 in Wirkverbindung mit der Antriebsscheibe 1 treten. Da die Mitnehmerscheibe 6 und der Rotor 2 z_eB„ durch eine Keilverzahnung im Rotations sinne kra-Mschlüssig miteinander verbunden sind, ist nunmehr der Rotor 2 nicht mehr frei drehbar, sondern wird durch die Antriebsscheibe 1 mit

derjenigen Drehzahl angetrieben, mit der diese ihrerseits durch ζ.Β« eine Brennkraftmaschine angetrieben wird. Diese Drehzahl ist bei Ankopplung eines Aufladers so hoch, daß ein gewünschter Ladedruck von z.B. 1,4 bar erreicht wird.

Beim Abkoppeln der Arbeitseinrichtung von der Antriebsscheibe 1 wird der Unterdruck im Raum 15 vermindert, so daß die Feder 8 in der Lage ist, die Mitnehmerscheibe 6 von der Antriebsscheibe 1 wieder abzurücken. Dieser Vorgang kann auch dadurch unterstützt werden, daß über den Druckanschlußstutzen 16 und ein Ventil 23a der Raum 15 auf einen gewissen Überdruck gebracht wird, indem eine Gasverbindung zu einem weiteren Gasdruckbehälter 23 freigegeben wird. Die Gasdruckbehälter 17 (für Unterdruck) und 23 (für Überdruck) sind an an sich bekannte und hier nicht dargestellte Druckerzeuger angeschlossen.

Das AusfUhrungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 1 insoweit, als dort einige weitere Verbesserungen vorgenommen wurden, die das Baugewicht, die Baumaße und die Herstellung günstig beeinflussen. Der Druckanschlußstutzen 16 ist nunmehr in einer Vertiefung

24 des Deckels 19 untergebracht. Zwischen Drucklagerdeckel 11 und Deckel 19 wurde eine Schraubverbindung geschaffen, so daß die Halter 20 und 21 sowie der Hebel 22 entfallen, Die Wirkverbindung zwischen Mitnehmerscheibe 6 und Rotor wurde dadurch hergestellt, daß axial ausgerichtete Bohrungen

25 in einer in den Rotor 2 eingepreßten Hülse 26 angeordnet sind, in denen Bolzen 27 der Mitnehmerscheibe 6 axial verschiebbar sind. Diese Bolzen sorgen für den Ks^ai-t-schluß in Ptotationsrichtung. Sie können aber auch entsprechend

am Rotor 2 angebracht sein und in entsprechende Bohrungen der Mitnehmerscheibe 6 eingreifen. Weiterhin wurde auch eine Tellerfeder 28 vorgesehen, die zwischen dem Bodenbereich 14 und dem Deckel 19 derart angeordnet wird, daß sie den Ab- oder Ankoppelvorgang mit unterstützt. Sofern die Tellerfeder als Sprungscheibe ausgebildet ist, kann sie auch dazu dienen, die Kupplung in den beiden Extrempositionen sicher zu halten.

Eine weitere, der Fig. 2 entsprechende Variante der Kupplung ist der Fig. 3 zu entnehmen, nach der die Rollmembrane 18 durch eine Flachmembrane 2g ersetzt wurde. Solche Flachmembranen sind noch besser als Rollmembranen dazu geeignet, den wiederholten Druckwechselbelastungen, wie sie im vorliegenden Fall auftreten, standzuhalten.

Es ist auch möglich, die Mitnehmerscheibe 6 in Bezug auf die Antriebsscheibe 1 so anzuordnen, daß der Deckel 19 bei Anlegen eines Überdruckes in Raum 15 über Druckanschlußstutzen 16 durch seine Bewegung ein Ankoppeln an Stelle eines Abkoppeins bewirkt und entsprechend durch Ablassen des Druckes bzw. Anlegen eines Unterdruckes das Abkoppeln erfolgt. Dazu müßte dann bei den Ausführungsformen nach Figuren 1 bis 3 die Mitnehmerscheibe 6 auf der anderen Seite der Antriebsscheibe 1 angeordnet sein und die Feder sowie die Kraftübertragung über das Drucklager 10 sinngemäß verändert werden.

Claims

:--;. ": 30A2164

Dr.-lng. Reirnar König ""· Dipl.-lng. Klaus Bergen Cecilienallee 76 A Düsseldorf 3O Telefon 45SOOB Patentanwälte

6. November 1980 33 730 B

Firma Pierburg GmbH & Co KG, Leuschstrasse 1, 4040 Neuss 1

"Kupplung für Arbeitseinrichtungen, insbesondere an Brennkraftmaschinen, sowie Verfahren zu ihrer Betätigung".

Patentansprüche;

M A Kupplung für Arbeitseinrichtungen, insbesondere an Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet durch

a) eine zu einer Antriebsscheibe (1) koaxial gelagerte und axial verschiebbare, mit einem Rotor (2) in Wirkverbindung stehende Mitnehmerscheibe (6) mit einem Drucklager (10) und einem Drucklagerdeckel (11),

b) einen mit dem Drucklagerdeckel (11) in Wirkverbindung stehenden, bewegbaren Deckel (19) eines mit pneumatischem Druck beaufschlagten Raumes (15) mit einem unbeweglichen Bodenbereich (14), sowie

c) mindestens eine mit der Mitnehmerscheibe (6) in Wirkverbindung stehende Feder (8).

2. Kupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch in Bohrungen (25) des Rotors (2) oder der Mitnehme rs ehe ibe (6) in axialer Richtung eingreifende Bolzen (27) an der Mitnehmerscheibe (6) bzw. am Rotor«

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zwischen einem Halter (Z)) am Drucklagerdeckel (11) und einem Halter (21) am Deckel (19) wirkenden Hebel (22).

4. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (19) mit dem Drucklagerdeckel (11) fest verbunden ist.

5. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Druckanschlußstutzen (16) in einer Vertiefung am Deckel (19).

6. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (19) unter Zwischenschaltung einer Flachmembrane (29) den Raum (15) abschließt.

7« Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (8) entgegengesetzt zum pneumatischen Druck auf die Mitnehmerscheibe (6) wirkt.

8. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Deckel (19) und dem Bodenbereich (14) wirkende Tellerfeder (28).

9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Tellerfeder (28) eine Sprungscheibe ist.

10. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch dem Raum (15) vorgeschaltete Durchlaßventile (17a, 23a).

11. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch mindestens einen, dem Raum (15) vorgeschalteten Gasdruckbehälter (17).

12. Kupplung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen dem Raum (15) vorgeschalteten weiteren Gasdruckbehälter (23) mit zum Gasdruckbehälter (17) entgegengerichtetem Druck.

13. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen mit der Kupplung zu einer Aufladeeinheit integrierten Gasmotor.

14. Verfahren zum Betätigen einer Kupplung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Raum (15) der Kupplung mit dem beim Aufladen einer Brennkraftmaschine erzeugten Spitzendruck beaufschlagt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das An- bzw. Abkoppeln zwischen dem Rotor (2) und der Antriebsscheibe (1) bei einer bestimmten Stellung eines die Leistung der Brennkraftmaschine steuernden Gashebels erfolgt.