DE60212769T2 - Nachgiebige Kupplung zur Verbindung des Rotors einer elektischen Maschine mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Nachgiebige Kupplung zur Verbindung des Rotors einer elektischen Maschine mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine nachgiebige Kupplung zur Verbindung des Rotors einer elektrischen umsteuerbar drehenden Maschine und der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors einer Motoranlage eines Kraftfahrzeuges.
  • Nach einer bekannten Ausführung ist die elektrische Maschine im Kupplungsgehäuse der Motoranlage untergebracht und umfasst einen ringförmigen Stator, der fest im Verhältnis zum Kupplungsgehäuse ist, und einen ringförmigen Rotor, der im festen Stator untergebracht ist, wobei er mit einer Nabe verbunden ist, die durch Kupplungsmittel am Schwungrad angekuppelt ist, das drehend durch die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors getrieben wird.
  • Diese Kupplungsmittel umfassen ein Rad aus Elastomermaterial, das an einer Seite eine gewisse Anzahl an hohlen prismatischen Elementen mit axial hervorstehenden rechtekkigen Basen umfasst, wobei sie zirkumferentiell äquidistant beabstandet sind und sich jeweils in Hohlräumen konjugierter Form einfügen, die zirkumferentiell in der Haltenabe des Rotors realisiert sind.
  • Die Kupplungsmittel umfassen des Weiteren ein starres Rad aus Metall, das an einer Seite prismatische Elemente mit rechteckigen Basen, die in axialer Richtung hervorstehen, umfasst, wobei sie zirkumferentiell äquidistant beabstandet sind und sich jeweils in die hohlen Elemente des Rads aus Elastomer an dessen anderen Seite einfügen. Das Rad aus Metall ist über seine Seite, die den hervorstehenden Elementen gegenüberliegt, mit Hilfe von Nieten an einer Kupplungsabdeckung befestigt, wobei die Kupplungsabdeckung ihrerseits anhand von Nieten drehend am Schwungrad verbunden ist (EP-A-1 112 884).
  • Eine derartige Anordnung einer nachgiebigen Kupplung weist den grundlegenden Nachteil auf, dass die hohlen prismatischen Elemente des Rads aus Elastomermaterial im Fall der Dejustierung der Nabe des Rotors und der Kurbelwelle eine Radialkraft ausüben, die sich auf das Kugellager auswirkt, durch das der Rotor und seine Nabe der elektrischen Maschine drehen kann, was langfristig zu einer Beschädigung von diesem Lager führen kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehenden Nachteil zu verhindern, indem sie eine nachgiebige Kupplung zur Verbindung des Rotors einer elektrischen umsteuerbar drehenden Maschine und der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors einer Motoranlage eines Kraftfahrzeuges vorschlägt, wobei der Rotor mit einer Nabe verbunden ist, die koaxial zur Kurbelwelle montiert ist, die ein Schwungrad drehend antreibt, mit dem eine Kupplungsabdekkung drehend verbunden ist, die mit der Nabe durch nachgiebige Kupplungsmittel verbunden ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kupplungsmittel eine balgförmige Kupplungsmuffe umfassen, die zwischen der Nabe des Rotors und der Kupplungsabdeckung angeordnet ist und eine radiale Elastizität aufweist, mit der eine Dejustierung zwischen dem Rotor und der Kurbelwelle kompensierbar ist und eine erhöhte Verdrehungssteifigkeit.
  • Vorzugsweise liegen die Falten des Balgs der Kupplungsmuffe axial nebeneinander, so dass die Kupplungsmuffe in Montageposition axial starr ist.
  • Die Kupplungsmuffe ist an einem Ende mit einem außen gezahnten Rad verbunden, das in einen ringförmigen Beschlag eingreift, der koaxial mit der Kupplungsabdeckung verbunden ist, und am anderen Ende mit einer ringförmigen Platte, die in der Nabe des Rotors koaxial dazu befestigt ist.
  • Vorteilhafterweise ist die Kupplungsmuffe an ihrem zylindrischen Ende durch Löten mit der inneren Umfangsfläche des Zahnrads verbunden und an ihrem anderen ringförmigen Ende durch Löten mit der entsprechenden seitlichen Fläche der ringförmigen Platte verbunden.
  • Der ringförmige Beschlag ist an der Kupplungsabdeckung anhand von Nieten befestigt, die sich konzentrisch zur Rotationsachse der Kupplungsabdeckung erstrecken.
  • Die ringförmige Platte ist an einer seitlichen Grundplatte der Nabe anhand von Befestigungsschrauben befestigt, die sich konzentrisch zur Rotationsachse der Nabe erstrekken.
  • Die ringförmige Platte ist winklig im Verhältnis zur Nabe durch mindestens einen zylindrischen Stift positioniert, der mit der Grundplatte der Nabe verbunden ist, wobei sich dieser axial erstreckt und eine Bohrung der ringförmigen Platte durchquert.
  • Das Zahnrad ist winklig im Verhältnis zum ringförmigen Beschlag durch mindestens einen Vorsprung positioniert, der mit der äußeren Umfangsfläche des Zahnrads zwischen zwei Zähnen desselben verbunden ist.
  • Nach einer Ausführungsvariante ist die Kupplungsmuffe aus einem Kunststoff mit Glasfasern gefertigt.
  • Nach einer anderen Ausführungsvariante ist die Kupplungsmuffe aus Metall.
  • Die die ringförmige Platte, die Muffe mit Balg, das Zahnrad und den ringförmigen Beschlag umfassenden Kupplungsmittel sind in der Nabe des Rotors untergebracht.
  • Die Erfindung wird verständlicher und andere Aufgaben, Merkmale, Details und Vorteile von dieser Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachstehenden erläuternden Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematisierten Zeichnungen erfolgt, die nur als Beispiel gegeben werden, das eine erfindungsgemäße Ausführungsform veranschaulicht. Es zeigen:
  • die 1 eine Längsschnittansicht eines Kupplungsgehäuses, das Bestandteil einer Motoranlage für Kraftfahrzeuge ist, und in dem die erfindungsgemäße Kupplung untergebracht ist;
  • die 2 eine Rissperspektivansicht der erfindungsgemäßen Kupplung;
  • die 3 eine Seitenansicht nach dem Pfeil III der 2 der Kupplung in zusammengebauter Position;
  • die 4 eine Schnittansicht nach der Linie IV-IV der 3;
  • die 5 eine Querschnittansicht nach der Linie V-V der 3;
  • die 6 eine Perspektivansicht einer Komponente der Kupplung der 2;
  • die 7 eine Vorderansicht nach dem Pfeil VII der 2;
  • die 8 eine Schnittansicht nach der Linie VIII-VIII der 7;
  • die 9 eine vergrößerte Ansicht des umkreisten Teils in IX der 8; und
  • die 10 eine vergrößerte Ansicht des umkreisten Teils in X der 8.
  • Unter erster Bezugnahme auf die 1, bezeichnet die Bezugsnummer 1 eine elektrische Maschine oder ein Wechselstromgenerator-Anlasser, der in einem Kupplungsgehäuse 2 untergebracht ist, das zwischen dem Gehäuse 3 des Getriebes und dem Gehäuse 4 des Verbrennungsmotors untergebracht ist, der Bestandteil der Motoranlage eines Kraftfahrzeuges ist. Die elektrische Maschine 1, die den Wechselstromgenerator und den Anlasser des Fahrzeuges bildet, ist an sich bekannt und wird beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung WO 99/22955 beschrieben.
  • Dise Maschine umfasst hauptsächlich einen ringförmigen Stator 5, der fest im Verhältnis zum Kupplungsgehäuse 2 ist, und einen ringförmigen Rotor 6, der im festen Stator 5 untergebracht ist, wobei er im Verhältnis zum Letztgenannten ein Spalt definiert.
  • Der Rotor 6 wird drehend durch die Kurbelwelle 7 des Verbrennungsmotors getrieben, wie noch weiter unten dargelegt wird.
  • Die verschiedenen Komponenten, die sich im Getriebe 3 befinden, sind an sich bekannt und benötigen keine Be schreibung, außer der Tatsache, dass die Bezugsnummer 8 das Differential des Fahrzeuges bezeichnet, das in einem Gehäuse 9 untergebracht ist, und dass die Radachse die Bezugsnummer 10 trägt.
  • Der Rotor 6 ist an einer Haltenabe 11 befestigt, die ihrerseits drehbeweglich an einem Lager 12, wie ein Kugellager, montiert ist.
  • Die Einheit, die sich aus dem Stator 5, dem Rotor 6, der Nabe 11 und dem Lager 12 zusammen setzt, ist in einem unabhängigen Gehäuse 14 untergebracht, das derart am Kupplungsgehäuse 2 anhand von Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) befestigt ist, dass das Gehäuse 14 im Kupplungsgehäuse 2 untergebracht ist, wobei es von diesem beabstandet ist.
  • Das Gehäuse 14 umfasst einen röhrenförmigen Zentralteil 15, der koaxial eine Verbindungswelle 16 der Eingangswelle 17 des Getriebes an einer Hilfswelle 18 umgibt, die mit der Welle 16 koaxial zu dieser verbunden ist und drehbeweglich durch ein Lager 19 in einem Blindloch 20 montiert ist, das am Ende der Kurbelwelle 7 realisiert ist.
  • Das Lager 12 ist am röhrenförmigen Zentralteil 15 des Gehäuses 14 befestigt, das ebenfalls eine Seitenwand 21 umfasst, die sich im rechten Winkel zur Achse der Kurbelwelle 7 erstreckt und mit dem röhrenförmigen Zentralteil 15 durch eine Schrägwand 22 verbunden ist. Das Gehäuse 14 umfasst eine kreisförmige Wand 23, die den Oberen Teil der Seitenwand 21 verlängert, indem sie sich im rechten Winkel zu dieser erstreckt und den Stator 5 auf dessen äußerer kreisförmiger Umfangsfläche umschließt.
  • Die Haltenabe 11 des Rotors 6 ist anhand von Kupplungsmitteln mit einer Kupplungsabdeckung 24 verbunden, die anhand von Nieten 26 drehend mit dem Schwungrad 25 des Verbrennungsmotors verbunden ist, wobei das Schwungrad 25 anhand von Befestigungsschrauben 27 drehend mit einem Flansch 7a der Kurbelwelle 7 verbunden ist.
  • Das Schwungrad 25 kann an der Hilfswelle 18 gekuppelt sein, und dies anhand einer Kupplung 28, die durch eine nachgiebige Kupplung 29 mit einer Nabe 30 verbunden ist, die mit der Hilfswelle 18 verbunden ist. Die Kupplung 28 wird durch eine Tellerfeder 31 gesteuert, die konzentrisch zur Verbindungswelle 16 montiert ist und durch ein Kupplungsdrucklager 32 gesteuert ist, um die Kupplung 28 in die ein- oder ausgerückte Position des Schwungrads 25 zu bringen und somit die Eingangswelle 17 des Getriebes an die Kurbelwelle 7 zu kuppeln oder von dieser abzukuppeln. Das Kupplungsdrucklager 32 wird durch eine Steuergabel 33 verschoben, die anhand eines Kugelgelenks 34 drehbeweglich am Kupplungsgehäuse 2 montiert ist.
  • Erfindungsgemäß und wie es insbesondere aus der 2 hervorgeht, umfassen die Kupplungsmittel der Nabe 11 an der Kupplungsabdeckung 24 erstens eine balgförmige Kupplungsmuffe 35, die eine Elastizität in radialer Richtung aufweist, und die derart zwischen der Nabe 11 des Rotors und der Kurbelwelle 7 eingefügt ist, dass jede Dejustierung kompensiert wird, die zwischen dem Rotor 11 und der Kurbelwelle 7 auftreten kann.
  • Die Kupplungsmuffe 35 verfügt des Weiteren über eine erhöhte Verdrehungssteifigkeit und die Falten 36 des Balgs von dieser Muffe liegen derart axial nebeneinander in zusammengebauter Position von dieser Muffe mit den anderen Komponenten der Kupplungsmittel, wie es aus den 4 und 5 hervorgeht, dass die Kupplungsmuffe 35 axial starr ist.
  • Die Kupplungsmittel umfassen des Weiteren ein außen gezahntes Rad 37, das mit einem zylindrischen Ende 38 der Kupplungsmuffe 35 verbunden ist und in einen ringförmigen Beschlag 39 eingreift, der Bestandteil der Kupplungsmittel ist, die koaxial zur Kupplungsabdeckung 24 anhand von Befestigungsnieten 40 befestigt ist, die sich konzentrisch auf einer selben Kreislinie zur Rotationsachse der Kupplungsabdeckung 24 erstrecken, indem sie äquidistant voneinander beabstandet sind. Die Nieten 40 durchqueren jeweils Bohrungen 41, die transversal durch die Wand des ringförmigen Beschlags 39 realisiert sind, und Bohrungen 42, die durch ra dial interne Halterungen 43 der Kupplungsabdeckung 24 realisiert sind, die die allgemeine Form eines Rades aufweist, dessen äußerer Umfang von Bohrungen 44 für den Durchgang der Nieten 26 zur Befestigung der Kupplungsabdeckung 24 am Schwungrad 25 durchquert wird.
  • Wie es deutlicher aus der 10 hervorgeht, passt sich das zylindrische Ende 38 der Kupplungsmuffe 35 in das Zahnrad 37 an und ist durch Löten an der inneren Umfangsfläche 45 des Rades 37 befestigt. Die 10 zeigt, dass das zylindrische Ende 38 der Kupplungsmuffe 35 durch zwei axial beabstandete ringförmige Lötnähte 46 am Rad 37 befestigt ist.
  • Das andere Ende der Kupplungsmuffe 35, das sich aus einem ringförmigen ebenen Ende 47 der letzten Falte 36 des Balgs von dieser Muffe zusammensetzt, stützt sich auf einen entsprechenden Teil der seitlichen Fläche einer ringförmigen Platte 48 und ist durch Löten an diesem Flächenteil befestigt. Wie es in der 9 gezeigt wird, ist das ringförmige Ende 47 des Balgs von der Muffe 35 durch zwei ringförmige und konzentrische Lötnähte 49 an der Platte 48 befestigt.
  • Die Platte 48 ist konzentrisch in der Nabe 11 untergebracht, wobei sie an der seitlichen Grundplatte 11a von dieser Nabe durch eine gewisse Anzahl an Befestigungsschrauben 50 befestigt ist, die entsprechende Bohrungen 51 der Platte 48 durchqueren, die äquidistant auf einer selben Kreislinie von dieser Platte realisiert sind und jeweils in Gewindebohrungen 52 der Grundplatte 11a der Nabe 11 verankert sind. Somit erstrecken sich die Schrauben 50 konzentrisch zur Rotationsachse der Nabe 11. Mindestens ein zylindrischer Stift 53, im vorliegenden Fall sind es zwei, sind in der seitlichen Grundplatte 11a der Nabe 11 verankert, indem sie derart in diesen hervorstehen, dass sie jeweils in zwei Bohrungen 54 der ringförmigen Platte 48 eingreifen. Die beiden Stifte 53 sind auf der Grundplatte 11a der Nabe 11 in einer relativen Position angeordnet, die anders als diejenige ist, die diametral entgegengesetzt ist, so dass die Platte 48 im Verhältnis zur Nabe winklig positioniert ist, bevor die Platte durch die Schrauben 50 in der Nabe gespannt wird. Die Platte 48 kann eine gewisse Anzahl an bogenförmigen Aussparungen 55 aufweisen, die am äußeren Umfang der Platte 48 realisiert sind, wobei sie untereinander bogenförmige Vorsprünge 56 definieren, die jeweils in radial interne bogenförmige Vorsprünge 57 und bogenförmige ausgesparte Teile 58 zwischen Vorsprüngen 57 eingreifen, um eine starr drehende Kupplung der Platte 48 an der Nabe 11 zusätzlich zu den Befestigungsschrauben 50 zu gewährleisten.
  • Der ringförmige Beschlag 39 umfasst eine gewisse Anzahl an radialen Auszahnungen 59, in die jeweils die Zähne 60 des Rads 37 eingreifen, das an seinem äußeren Umfang mindestens einen Vorsprung 61 aufweist, im vorliegenden Fall zwei Vorsprünge, die in einen bogenförmigen radialen Ausschnitt konjugierter Form 62 des Beschlags 39 eingreifen können. Dieser umfasst mehrere Ausschnitte 62, die sich jeweils zwischen zwei Auszahnungen 59 befinden, und die beiden Vorsprünge 61 greifen in ihre jeweiligen beiden Ausschnitte 62 ein, um eine winklige Positionierung des Zahnrads 37 im Verhältnis zum Beschlag 39 und somit zum Kupplungsrad 24 zu gewährleisten. Die beiden Vorsprünge 61 sind winklig zueinander positioniert, ohne diametral entgegengesetzt zu sein.
  • Somit versteht sich, dass die Kupplungsmuffe 35 derart winklig im Verhältnis zur Nabe 11 und zum Kupplungsrad 24 positioniert ist, dass diese Muffe in der Ruhestellung keine Torsion erleidet.
  • Wie es insbesondere in der 4 dargestellt wird, sind die verschiedenen Kupplungsmittel, die sich aus der Platte 48, der Kupplungsmuffe 35, dem Zahnrad 37 und dem ringförmigen Beschlag 39 zusammensetzen, in ihrer zusammengebauten Position derart in der Nabe 11 untergebracht, dass sie eine axial kompakte und demzufolge kaum sperrige Einheit bilden.
  • Indem in der Kupplung der Nabe 11 an der Kupplungsabdeckung 24 eine radial verformbare Kupplungsmuffe vorgesehen wird, kann jede Dejustierung, die zwischen der Kurbelwelle 7 und dem Rotor 6 der elektrischen Maschine 1 entstehen kann, kompensiert werden, was somit verhindert, radiale Beanspruchungen auf das drehende Haltelager 12 der Nabe 11 auszuüben, wodurch die Lebensdauer von diesem Lager verlängert wird.
  • Die Kupplungsmuffe 35 kann aus einem Kunststoff mit Glasfasern realisiert werden, oder nach einer Variante kann diese Muffe aus Metall sein.

Claims (12)

  1. Nachgiebige Kupplung zur Verbindung des Rotors (6) einer elektrischen umsteuerbar drehenden Maschine (1) mit der Kurbelwelle (7) eines Verbrennungsmotors einer Motorenanlage eines Kraftfahrzeugs, wobei der Rotor (6) mit einer Nabe (11) verbunden ist, die koaxial zur Kurbelwelle (7) montiert ist, die ein Schwungrad (25) drehend antreibt, mit dem eine Kupplungsabdeckung (24) drehend verbunden ist, die mit der Nabe (11) durch nachgiebige Kupplungsmittel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmittel eine balgförmige Kupplungsmuffe (35) umfassen, die zwischen der Nabe (11) des Rotors (6) und der Kupplungsabdeckung (24) angeordnet ist und eine radiale Elastizität aufweist, mit der eine Dejustierung zwischen dem Rotor (6) und der Kurbelwelle (7) kompensierbar ist und eine erhöhte Verdrehungssteifigkeit.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Falten (36) des Balgs der Kupplungsmuffe (35) axial nebeneinander liegen, so dass die Kupplungsmuffe (35) in Montageposition axial starr ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmuffe (35) an einem Ende mit einem außen gezahnten Rad (37) verbunden ist, das in einen ringförmigen Beschlag (39) eingreift, der koaxial mit der Kupplungsabdeckung (24) verbunden ist, und am anderen Ende mit einer ringförmigen Platte (48), die in der Nabe (11) des Rotors (6) koaxial dazu befestigt ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmuffe (35) an ihrem zylindrischen Ende (38) durch Löten mit der inneren Umfangsfläche (45) des Zahnrads (37) und an ihrem anderen ringförmigen Ende (47) durch Löten mit der entsprechenden seitlichen Fläche der ringförmigen Platte (48) verbunden ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Beschlag (39) an der Kupplungsabdeckung (24) anhand von Nieten (40) befestigt ist, die sich konzentrisch zur Rotationsachse der Kupplungsabdeckung (24) erstrecken.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Platte (48) an einer seitlichen Grundplatte (11a) der Nabe (11) anhand von Befestigungsschrauben (50) befestigt ist, die sich konzentrisch zur Rotationsachse der Nabe (11) erstrecken.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Platte (48) winklig im Verhältnis zur Nabe (11) durch mindestens einen zylindrischen Stift (53) positioniert ist, der mit der Grundplatte (11a) der Nabe (11) verbunden ist, wobei sich dieser axial erstreckt und eine Bohrung (54) der ringförmigen Platte (48) durchquert.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (37) winklig im Verhältnis zum ringförmigen Beschlag (39) durch mindestens einen Vorsprung (61) positioniert ist, der mit der äußeren Umfangsfläche des Zahnrads (37) zwischen zwei Zähnen (60) desselben verbunden ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmuffe (35) aus einem Kunststoff mit Glasfasern gefertigt ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmuffe (35) aus Metall ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Platte (48), die Muffe (35), das Zahnrad (37) und den ringförmigen Beschlag (39) umfassenden Kupplungsmittel in der Nabe (11) untergebracht sind.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Kupplungsgehäuse (2) der Motorenanlage untergebracht ist.
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