DE3042164C2 - Druckmittelbetätigte Reibscheiben-Kupplung für Arbeitseinrichtungen, insbesondere an Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

gekennzeichnetdurch

d) ein die Antriebsscheibe (1) umgreifendes Gehäuse (3) mit einem Stirnbereich (13) und

e) einen vom Stirnbereich (13) getragenen Gehäusebereich (12) mit einem mit dem Drucklagerdeckel (11) in Wirkverbindung stehenden, bewegbaren Deckel (19) des druckbeaufschlagten Raumes (15).

JO

2. Kupplun_b nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch in Bohrungen (2S) des Rotors (2) oder der Mitnehmerscheibe (β) in axialer Richtung eingreifende Bolzen (27) an der Mitnehmerscheibe (6) bzw. am Rotor. ^1Γ)

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2. gekennzeichnet durch einen zwischen einem Halter (20) am Drucklagerdeckel (11) und einem Halter (21) am Deckel (19) wirkenden Hebel (22).

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

5. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche I 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 Flach- >o membrane (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 Bodenbercich (14) wirkende Tellerfeder (28).

9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekenn- mi zeichnet, daß die Tellerfeder (28) cine Sprungscheibe ist.

Die Erfindung betrifft eine druckmittclbeiätigte Reibscheiben-Kupplung für Arbcitscinrichtungcn. insbesondere an Brennkraftmaschinen mit einer zu einer seitlich angetriebenen Antriebsscheibe koaxial gelagerten und axial verschiebbaren, mit einem Rotor in Wirkverbindung stehenden Mitnehmerscheibe mit einem Drucklager und einem Drucklagerdeckel sowie einer auf den Drucklagerdeckel wirkenden Betätigungseinrichtung mit einem Druckraum mit einem unbeweglichen Bodenbereich und mindestens einer mit der Mitnehmerscheibe in Wirkverbindung stehenden Feder.

Arbeitseinrichtungen, insbesondere an Brennkraftmaschinen, können z. B. Einrichtungen zur Gasaufladung, zur Sekundäriufteinblasung, allgemein zur Drucklufterzeugung, zur Erzeugung von Elektrizität und dergleichen mehr sein. Solche Arbeitseinrichtungen musser, vielfach nicht während der ganzen Zeit in Betneb 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. NatürHch° 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. Soldve 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.

Eine Kupplung der oben genannten Art ist aus der FR-PS 15 51796 bekannt. Hierbei ist allerdings nachteilig, daß der Rotor, der über die Kupplung angetrieben werden soll, die Kupplung durchdringt, so daß der druckbeaufschlagie Raum ein gegenüber dem Rotor speziell zu lagernder Ringraum ist. Fine solche Kupplung ist in ihrer Funktionstüchtigkeit durch die erwähnte Drehlageriing des Druckraumes beeinträchtigt und bedingt wegen der notwendigerweise massiven Ausführung der zum Druckraum gehörenden Bauelemente ein relativ hohes Gewicht. Solehe Kupplungen sind für Antriebseinrichiungen. insbesondere an Brennkraftmaschinen unzureichend, da hohes Gewicht und viele gegencinanden bewegte Tcüc energieverzehrend wirken. Ein weiterer Nachteil besteht in dem komplizierten Aufbau einer solchen Kupplung, welcher sich bei der Herstellung kostenungünstig auswirkt. Schließlich ist eine solche Kupplung lediglich dafür geeignet, auf einem sie völlig durchdringenden Rotor zu sitzen und von diesem getragen zu werden, der demzufolge außerordentlich massiv ausgeführt sein muß.

Bei der aus der US-PS 31 04 COO bekanntgewordenen Kupplung liegt eine ähnlich wirkende Mcrkmalskombination vor. wobei dort allerdings nicht die Mitnehmerscheibe, sondern die Antriebsscheibe verschiebbar ist.

Schließlich ist auch aus der CH-PS 3 ^!->2 252 eine Kupplung mit dem gleichen Funktionsprinzip aber mit einem frontalen anstelle eines seitlichen Kfafteingnffes auf die Antriebsscheibe bekannt. Diese Kupplungen weisen ebenfalls die /.uvor ircnannten Nachteile auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine i Kupplung der eingangs genannten Art /u schaffen, die die vorgenannten Nachteile mehl besitzt, vielmehr eine leichte und kaum energiever/ehrendc Ausgestaltung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein die Antriebsscheibe umgreifendes Gehäuse mit einem Stirnbereich und einen vom Stirnbereich getragenen Gehäusebereich mit einem mit dem Drucklagerdeckel in Wirkverbindung stehenden, bewegbaren Deckel des druckbeaufschlagten Raumes gelöst. Eine solche Kupplung ist besonders funktionssicher und vermeidet das Schleifen der Kupplung, wenn die anzutreibende Arbeitscinrichtung abgekuppelt ist Sie weist auch ein kleines Bauvolumen auf und ist daher besonders leicht Die Kupprung spricht insbesondere auf verschiedenste Signale hin schnell an und läßt sich mit geringem Energieaufwand steuern und betätigen, wie es für Arbeilseinrichtungen, insbesondere an Brennkraftmaschinen gefordert wird.

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 Axialrichiung 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 Wirk verbindung 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 Druckanschlußstuizen 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 Flachmembranc. 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. Rollmcmbranen, 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 mil 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 erfindungsgemiiße Kupplung wird am besten durch vorgeschaltete Durchlaßventile gesteuert, die relativ klein ausgebildet sein können und zii ihrer Betätigung relativ wenig Energie benötigen, da sie lediglich die Gasversorgung zu der pneumatischen, die eigentliche Arbeit leistenden Einrichtung, nämlich dem l'neumatiktcil der Kupplung, regeln. Es handelt sich hierbei also um ein Servosystem.

Die eigentliche Scrvoenergic wird am besien dadurch bereitgestellt, daß der Kupplung mindestens ein Gasdruckbehälter vorgeschaltet wird. Solche Gasdruckbehälter können mit Hilfe von Über- oder Umerdruckquellen ständig auf dem notwendigen Arbeitsdruck gehallen werden.

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

K) sen. 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 vorzusehen, der gegenüber dem ersten Gasdruckbehälter mit entgegengesetztem Druck beaufschlagt und der pneumatisch betätigten Kupplung vorgeschaltet ist. Auf diese Weise kann eine besonders sichere Funktion der Kupplung erreicht werden; die das A.bkoppeln unterstützende Feder braucht nur relativ geringe Kräfte aufzubringen und kann deshalb sehr leicht ausgebildet sein.

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

Ein bevc/ugtes Verfahren zur Betätigung der erfindungsgemäßen Kupplung besteht darin, daß der mit pneumatischem Druck beaufschlagte Raum der Kupplung mil dem beim Aufladen einer Brennkraftmaschine erzeugten Spitzendruck beaufschlagt wird. 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

J5 Brennkraftmaschine angetriebenen Arbeitseinrichtung 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 Jer Brennkraftmaschine handelt, empfiehlt es sich besonders, d;is 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 kean 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

5<i 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 pneumanschen 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 Pneumatikeirrichtung bewirkt werden muß und

w) letztere deshalb besonders leicht und einfach gestaltet sein kann. Es kann sogar ausreichen, zum Abkoppeln lediglich den für das Ankoppeln aufgebrachten Fneumatikdruck entweichen zu lassen.

Mit einer darüber hinaus innerhalb des mit Druck

ti-i beaufschlagten Räume:, wirkenden weiteren Feder wird 'las An- oder Abkoppeln b/w. das Halten in den Endlagen der Kupplung erleichtert.

F.rfindimgsgcmiißc Kupplungen haben also insgesamt

den Vorteil relativ kleinen Bauvolumens, geringen Gewichtes und auch vergleichsweise geringer Erstcllungskosten. Ein hervorzuhebender Vorteil besieht darin, daß ein in Intervallen normalerweise notwendiges Nachstellen der Kupplung (aufgrund des BclagversehleiUes) ent- ■> fallen kann, da sich solche pneumatischen Kupplungen durch Hubvergrößcrungen dem Belagverschleiß selbsttätig anpassen. Die einfache und vor allem leichte Gestaltung erfindiingsgcmäßer Kupplungen ist besonders bei Kombination mit einem Gasmotor und einer Gas- in pumpe als Antriebseinrichtung sowohl für die Leistungsfähigkeit des Gasmotors als Antrieb der Gaspumpe als auch für die Leistungsfähigkeit der gesamten Einheit als Aufladcr vorteilhaft.

Die Erfindung wird anhand in den Zeichnungen dar- r> gestellter Ausführungsbeispielc näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplung mit schcmatischer Darstellung der Ar-

ι- „'--'ρ!,, —

F i g. 2 eine Kupplung gemäß F i g. 1 in anderer Aus- 2» führungsform und ohne Arbeitscinrichtungen;

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

Beim Beispiel gemäß F i g. I dreht sich eine Antriebsscheibe 1 ständig mit einer durch eine hier nicht darge- 2^r> stellte Antriebseinheit bestimmten Drehzahl. Die Drehzahl ist beispielsweise für den Fall, daß die anzukoppelnde Arbeitseinrichtung ein Auflader ist. so ausgelegt, daß bei Ankoppeln des Aufladcrs der gewünschte Aufladedruck von z. B. etwa 1,4 bar gewährleistet ist. Im gekup- to pclten 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 Arbeitscinrichtung reibungsarm gelagert. Die Antriebsscheibe 1 — hier eine Keilriemen- π scheibe — 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 w Feder 8 auf die Mk.vehmerseheibe 6 wirkt, besitzt letztere ein Drucklager 10 mit einem Drucklagerdeckcl 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 weist 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 Slirnbereich 13 trägt tio den Gehäusebereich 12 und bildet an seinem linken Ende einen Bodcnbercich 14 eines Raumes 15. der über einen Druckanschlußstutzen 16 mil einem Gasdruckbehälter 17 verbunden ist. Der Raum 15 wird einerseits vom Bodenbereich 14 und andererseits von einem mit hi 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 Drucklagerdeckels Il gegenüber dem Gehäusebereich 12derDekkel 19 in der gleichen Richtung wie der Drucklagcrdckkcl 11 bewegt wird. Umgekehrt wird über den Hebel 22 der Driicklagercleckel 11 durch eine Axialbewegung des Deckels 19 im gleichen Richiungssinn bewegt.

Unterdruck ausreichender Größe am Druckanschlußstutzen 16 — erreicht durch Herstellen einer Leitungsverbindung zum Druckbehälter 17 über Ventile 17;) — würde den Deckel 19 in Richtung auf den Bodenbereich 14 bewegen und den Drucklagerdeckel 11 über die Halter 20 und 21 sowie den Hebel 22 nach rechts verschleben. 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 tier Rotor 2 z. B. durch cmc Kcilvci'/.iihnung im Rotationssinne formschlüssig 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 z. B. eine Brennkraftmaschine angetrieben wird. Diese Drehzahl ist bei Ankopplung cincs Aufladers so hoch, daß ein gewünschter Ladedruck von z. B. 1,4 bar erreicht wird.

Heim Abkoppeln der Arbcilseinrichtung 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 Druckanschli>3stutzen 16 und ein Ventil 23.7 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 im sich bekannte und hier nicht dargestellte Druckerzeuger angeschlossen.

Das Ausführungsbcispiel 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 Drucklagcrdcckel Il 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 2 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 F'ormschluß in Rotationsrichtung. Sie können aber auch entsprechend am Rotor 2 angebracht sein und in emsprechende 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 29 ersetzt wurde. Solche Flachmembranen sind noch besser als Rollmcmbrancn dazu geeignet, den wiederholten Druckwechselbelastungen, wie sie im vorliegenden Fall

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auftreten, stundzuhalten.

Es ist auch möglich, die Mitnehmerscheibe 6 in bezug
auf die Antriebsscheibe 1 so anzuordnen, daß der Dckkel 19 bei Anlegen eines Überdruckes in Raum 15 über

Druckanschlußsiutzcn 16 durch seine Bewegung ein ^r, \l

Ankoppeln an Stelle eines Abkoppclns bewirkt und ent- :■'■-

sprechend durch Ablassen des Druckes bzw. Anlegen ,j

eines Unterdruckcs das Abkoppeln erfolgt. Dazu müßte r

dann bei .an Ausführungsformen nach Ki g. I bis i die |

Mitnehmerscheibe 6 auf der anderen Seile der An- n> f,

iricbsscheibe I angeordnet sein und die Feder 8 sowie j^;i

die Kraftübertragung über das Drucklager 10 sinngc- i

maß verändert werden. j

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

41)

4¹)

bO

b5

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Druckmittelbetätigte Reibscheiben-Kupplung für Arbeitseinrichtungen, insbesondere an Brennkraftmaschinen mit

a) einer zu einer seitlich angetriebenen Antriebsscheibe (1) koaxial gelagerten und axial verschiebbaren, mit einem Rctor (2) in Wirkverbindung stehenden Mitnehmerscheibe (6) mit einem Drucklager(lO) und einem Drucklagerdekkel(U).

b) einer auf den Drucklagerdeckel (11) wirkenden Betätigungseinrichtung mit einem Druckraum (Raum (15)) mit einem unbeweglichen Bodenbereich (14).

c) mindestens einer mit der Mitnehmerscheibe (6) in Wirkverbindung stehenden Feder (8),

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