DE3219719C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine drehelastische Kupplung für Fliehgewichtsregler von Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Es sollen die durch Gas- und Massenkräfte der einzelnen Zylinder verursachten Torsionsschwingungen an der Reglerantriebswelle gedämpft werden, um die Genauigkeit der Regelung zu verbessern.

Die Schwungmasse des Fliehgewichtsreglers ist gegenüber der Schwungmasse der Brennkraftmaschine sehr klein. Die geringe Trägheit des Reglers gegenüber der Schwingungsanregung durch die Brennkraftmaschine erfordert deshalb eine elastische Kupplung mit sehr kleiner Eigenfrequenz, damit eine wirksame Entkoppelung zwischen den beiden schwingungsfähigen Systemen erfolgt. Eine niedrige Eigenfrequenz ist bei einer drehelastischen Kupplung mit elastischen Bauteilen erreichbar, die eine kleine Federsteife aufweisen.

Wegen der hohen Wärmeabstrahlung der Brennkraftmaschine scheidet eine Kupplung mit gummielastischen Bauteilen aus. Die Eigenerwärmung der gummielastischen Bauteile im Betrieb und die hohe Umgebungstemperatur ergeben eine für diesen Anwendungsfall nicht ausreichende Lebensdauererwartung.

Eine gattungsgemäße drehelastische Kupplung ist aus der US-PS 34 75 923 bekannt. Das der Übertragung des Drehmoments innerhalb der Kupplung dienende Federelement besteht dabei aus mehreren Federbandsegmenten mit in Umfangsrichtung aneinandergereihten radialen Wellungen. Die Ausbildung der Federelemente und die Art der Krafteinleitung in die Federelemente ergeben Drehelastizität der Kupplung nur bei kleinem Drehmoment. Bei anwachsendem Drehmoment und bei Stößen ist eine Drehelastizität nicht mehr vorhanden. Die Kupplung wird dann starr, weil die ineinandergreifenden Teile der Kupplung aneinander zur Anlage kommen.

Aus der DE-PS 10 32 601 ist eine drehelastische Kupplung für Fliehgewichtsregler von Brennkraftmaschinen bekannt, bei der zwischen zwei Kupplungshälften in einer koaxial zur Drehachse angeordneten Ringnut paarweise zusammenwirkende zylindrische Druckfedern eingebaut sind, die sich gegen Widerlager der einen bzw. der anderen Kupplungshälfte abstützen. Eine kleine Federsteife ist bei gegebenem Einbauraum mit zylindrischen Druckfedern durch eine große ungespannte Länge erreichbar. Dabei ist aber zu beachten, daß bestimmte Abmessungsverhältnisse der Druckfedern eingehalten werden, um Sicherheit gegen Ausknicken zu erreichen. Zylindrische Druckfedern mit großer ungespannter Länge und kleinem Windungsdurchmesser, wie sie in der bekannten Kupplung einzubauen wären, fallen mit ihren Abmessungsverhältnissen in den Bereich der Ausknickgefahr. Schon beim Einbau knicken solche Federn seitlich aus, was zu einer die Lebensdauer vermindernden Überbeanspruchung führt. Durch das Ausknicken legen sich die zylindrischen Druckfedern an die Wandung der Ringnut an, was zu Reibungsverschleiß an den Federwindungen infolge der unvermeidlichen Relativbewegungen zwischen den Kupplungshälften und den Federn führt. Die tangentiale Anordnung der zylindrischen Druckfedern bei der bekannten Kupplung bewirkt bei hohen Drehzahlen eine die Biegespannung im Federdraht unzulässige überlagernde Fliehkraftbeanspruchung, wodurch die zulässige Höchstdrehzahl eingeschränkt ist. Zudem wird das Ausknicken an sich knickfester Federn durch die Fliehkraft in unerwünschter Weise begünstigt.

Aus der DE-PS 11 52 889 ist eine weitere elastische Kupplung für Fliehgewichtsregler von Brennkraftmaschinen bekannt, bei der das Drehmoment mittels zweier beidendig eingespannter Blattfederpakete und einem auf der Antriebswelle angeordneten Mitnehmer übertragen wird. Eine derartige Kupplung ist wegen des Fliehkrafteinflusses auf die Blattfederpakete nur für kleine Drehzahlen des Reglers geeignet und erfordert zudem einen großen Einbauraum.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine kompakte drehelastische Kupplung mit großer Drehzahlfestigkeit und niedriger Eigenfrequenz zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 und 5 gelöst.

Die besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich mit den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 4.

Aus der US-PS 20 27 842 ist es an sich bekannt, bei einer drehelastischen Kupplung ein in Axialrichtung gewelltes Federelement zu verwenden. Die mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Ausbildung des Federelements sowie der spezielle Eingriff zwischen Federelement und Vorsprüngen ergibt sich daraus jedoch nicht.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß über die Form der Wellungen der Federscheibe eine ge­ wünschte Charakteristik der Federkennlinie auf einfache Weise zu verwirklichen ist, daß der Bauraumbedarf für die drehelasti­ sche Kupplung praktisch unabhängig von beanspruchungsbedingten Bemessungsgrößen für die Federscheiben ist, daß der Bauraumbe­ darf der elastischen Bauteile minimal ist, daß eine große Dreh­ zahlfestigkeit der Kupplung besteht, daß die Kupplung einfach zu montieren und einzustellen ist und daß Reglerantriebe bereits fertiger Brennkraftmaschinen ohne Schwierigkeit mit der drehela­ stischen Kupplung nachrüstbar sind.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 Längsschnitt der drehelastischen Kupplung nach Linie I-I in Fig. 2;

Fig. 2 Querschnitt einer Federscheibe nach Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 Umfangsschnitt durch ein Federscheibenpaar nach Linie III-III in Fig. 2 in größerem Maßstab gegenüber Fig. 2;

Fig. 4 Umfangsschnitt einer drehelastischen Kupplung mit einer einzelnen Federscheibe entsprechend Linie III-III in Fig. 2 in größerem Maßstab gegenüber Fig. 2.

Am Ende der Antriebswelle 11 eines nicht weiter dargestellten Fliehkraftreglers einer Brennkraftmaschine ist eine drehelasti­ sche Kupplung angeordnet. Sie besteht aus zwei axial festen Kupp­ lungshälften 12, 13 bzw. 25, 26, die sich fluchtend gegenüber­ liegen.

Die eine mit einem Reglerantriebszahnrad 18 verbundene Kupp­ lung 12 bzw. 25 ist auf der anderen Kupplungshälfte 13 bzw. 26, die an der Antriebswelle 11 befestigt ist, drehbar gelagert. Der axiale Abstand der beiden Kupplungshälften 12, 13 bzw. 25, 26 ist einstellbar durch wenigstens eine Scheibe 19, die zwi­ schen einem der Kupplungshälfte 13 bzw. 26 zugehörigen Flansch 20 und dem Stirnende der Kupplungshälfte 12 bzw. 25 angeordnet ist.

Zwischen den Stirnflächen 14, 15 bzw. 27, 28 der Kupplungshälf­ ten 12, 13 bzw. 25, 26 ist mindestens eine Federscheibe ange­ ordnet, die mehrere in Umfangsrichtung aneinandergereihte Wellun­ gen aufweist. Die Übertragung des Drehmomentes zwischen den Kupplungshälften erfolgt dabei über die Wellungen der Federschei­ be.

Gemäß Fig. 1 sind zwei Federscheiben 16, 17 als Paket zwischen den Kupplungshälften 12, 13 angeordnet. An jeder Federscheibe 16, 17 ist am Scheitel einer jeden ganzen Wellung ein radialer Mitnehmersteg 29 bzw. 30 ausgebildet. Bei der Montage werden die Federscheiben 16 und 17 Rücken an Rücken mit ihren Wellungen in­ einandergefügt, so daß sich die radialen Mitnehmerstege 29, 30 jeweils an den außenliegenden Scheiteln der Wellungen befinden. Die radialen Mitnehmerstege 29, 30 greifen in korrespondierende radiale Nuten der jeweils benachbarten Kupplungshälfte 12 bzw. 13 ein. Die Übertragung des Drehmomentes zwischen den Kupplungs­ hälften 12, 13 und der jeweils zugeordneten Federscheibe 16 oder 17 geschieht mittels der radialen Nuten und Mitnehmerstege 29, 30. Die Drehmomentübertragung zwischen den Federscheiben 16, 17 kommt durch die Mitnehmerwirkung der ineinanderliegenden Wellun­ gen zustande. Die Drehelastizität der Kupplung ergibt sich aus der elastischen Verformung der Wellungen der Federscheiben 16, 17 unter dem Einfluß des übertragenen Drehmomentes.

Damit die Drehelastizität der Kupplung in beiden Drehrichtun­ gen vorhanden ist, werden die Federscheiben 16, 17 bei der Mon­ tage vorgespannt. Je nach gewünschter Vorspannung wird eine entsprechende Dicke der Scheibe 19 gewählt. Der Verlauf der Drehelastizität der Kupplung in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel ist durch die Form der Wellungen der Federscheiben 16, 17 be­ einflußbar.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt zwischen den beiden Kupplungshälften 25, 26 eine einzelne Federscheibe 24. Auch hier erfolgt die Übertragung des Drehmomentes zwischen beiden Kupplungshälften über die Wellungen der Federscheibe 24. Zur Einleitung des Drehmomentes in die Federscheibe 24 sind auf den Stirnflächen 27, 28 der Kupplungshälften 25, 26 axiale Vor­ sprünge 22, 23 angeordnet, die in die Wellungen der Federschei­ be 24 wechselseitig eingreifen. Der axiale Abstand der Stirn­ flächen 27, 28 der Kupplungshälften 25, 26 ist im eingebauten Zustand kleiner als die doppelte Höhe 21 der Vorsprünge 22, 23. Die Vorsprünge 22, 23 können mit den Kupplungshälften 25, 26 aus einem Stück oder aus zusätzlichen, an den Kupplungshälften 25, 26 befestigten Teilen bestehen. Die Vorspannung der Feder­ scheibe 24 erfolgt entweder über entsprechende Wahl der Dicke der Scheibe 19 oder, was nicht weiter dargestellt ist, durch axial verstellbar ausgebildete Vorsprünge 22, 23.

Claims (5)

1. Drehelastische Kupplung für Fliehgewichtsregler von Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem Federelement, das mehrere in Umfangsrichtung aneinandergereihte Wellungen aufweist und zwischen Stirnflächen von einander fluchtend gegenüberliegenden, axial festen Kupplungshälften angeordnet ist, wobei das Drehmoment über die Wellungen des Federelements übertragen wird, und zur Einleitung des Drehmoments in das Federelement auf den Stirnflächen der Kupplungshälften Vorsprünge angeordnet sind, die in die Wellungen des Federelements wechselseitig eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement als Federscheibe (24) ausgebildet und in Axialrichtung gewellt ist und daß die Vorsprünge (22, 23) mit ihren freien axialen Enden wechselseitig in die Wellungen der Federscheibe eingreifen.

2. Drehelastische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Federscheibe (24) zusammenwirkende Fläche eines Vorsprungs (22, 23) als radial zur Kupplungsdrehachse angeordneter Zylinder ausgebildet ist.

3. Drehelastische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Federscheibe (24) zusammenwirkende Fläche eines Vorsprungs (22, 23) als Kugel ausgebildet ist.

4. Drehelastische Kupplung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (22, 23) axial einstellbar ausgebildet sind.

5. Drehelastische Kupplung für Fliehgewichtsregler von Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem Federelement, das mehrere in Umfangsrichtung aneinandergereihte Wellungen aufweist und zwischen Stirnflächen von einander fluchtend gegenüberliegenden, axial festen Kupplungshälften angeordnet ist, wobei das Drehmoment über die Wellungen des Federelements übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement als axial gewellte Federscheibe (16, 17) ausgebildet ist, daß mindestens zwei mit ihren Wellungen aneinanderliegende Federscheiben (16, 17) als Paket zwischen den Kupplungshälften (12, 13) angeordnet sind und zur Einleitung des Drehmoments in die Federscheiben (16, 17) radiale Mitnehmerstege (29, 30) von jeder Federscheibe (16, 17) in radiale Nuten der benachbarten Kupplungshälfte (12, 13) eingreifen.