DE69817556T2

DE69817556T2 - Riemenantriebssystem mit generatorverbindungsfreilaufkupplung

Info

Publication number: DE69817556T2
Application number: DE69817556T
Authority: DE
Inventors: A. Pierre MEVISSEN; W. Henry THOMEY; Mats K. Lipowski; K. Klaus BYTZEK; Kin Lam
Original assignee: Litens Automotive Partnership; Litens Automotive Inc
Current assignee: Litens Automotive Partnership; Litens Automotive Inc
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2018-05-07
Also published as: HUP0002737A2; HUP0002737A3; EP0980479A1; ATE248300T1; CA2288748C; CZ298343B6; DE69817556D1; KR100532892B1; WO1998050709A1; CA2288748A1; EP0980479B1; AU7202398A; KR20010012309A; PL192880B1; BR9809790A; ES2205483T3; JP4535517B2; US6083130A; CZ392699A3; HU224739B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung gemäß Anspruch 1, und insbesondere auf Serpentin-Zusatzteil-Antriebssystemefür Fahrzeuge.
Diese Systeme werden gewöhnlich verwendet, um Antriebskraft von einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors auf Zusatzkomponenten zu übertragen, die gewöhnlich eine Drehstromlichtmaschine (Generator), eine Wasserpumpe, eine Ölpumpe (Servolenkung), Kompressoren für die Klimaanlage (über eine elektromechanische Kupplung) enthalten. Diese Komponenten sind gewöhnlich an festen Positionen montiert und verwenden einen automatischen Riemenspanner, um eine konstante Riemenspannung und das Aufnehmen eines Durchhängens des Riemens zu bewirken.
Verbrennungsmaschinen erzeugen an der Kurbelwelle nur dann eine Drehkraft, wenn die Verbrennung gerade stattfindet. Dies ist deshalb ein pulsierendes System, wodurch die Gleichförmigkeit der Drehung der Maschine desto glatter verläuft, je enger die Abstände zwischen den einzelnen Verbrennungsvorgängen ist. Für jeden Verbrennungshub zeigt die Kurbelwelle eine Beschleunigung, dann eine Verringerung der Geschwindigkeit, bis zum nächsten Verbrennungshub. Im Allgemeinen wird die Magnitude des Pulsierungseffektes tendenziell erhöht, je geringer die Drehung der Maschine und je geringer die Anzahl der Zylinder (Verbrennungsvorgänge pro Umdrehung der Kurbelwelle) ist. Die Brennmerkmale des Brennstoffes haben ebenfalls einen wesentlichen Einfluss, so ist beispielsweise die augenblickliche Beschleunigung der Kurbelwelle in einem Dieselmotor viel größer als in einem ähnlichen benzinbetriebenen Motor, wegen des Verbrennungsprozesses selbst.
Was das Serpentin-Riemensystem betrifft, werden die Kurbelwellenpulse auf den Riemen durch Änderungen in der Geschwindigkeit übertragen. Die Geschwindigkeitsänderungen des Motors werden demzufolge auf alle angetriebenen Komponenten im System übertragen. Es wird eine dynamische Riemenspannungsänderung durch die Geschwindigkeitsänderung erzeugt. Berücksichtigt man die dynamische Belastung der Zubehörs komponenten und demzufolge die Zugeffekte nicht, ist es klar, dass die angetriebenen Trägheiten dynamische Spannungen erzeugen, wenn der Riemen kontinuierlich versucht diese Komponenten zu beschleunigen und abzubremsen. Die Kraftmagnitude, die erforderlich ist, ist proportional der Trägheit und dem Antriebsverhältnis. Die Funktion ist quadratisch.
Wenn der Motor kleiner ist, vier oder fünf Zylinder, und in den untersten Geschwindigkeitsbereichen (mitlaufender Bereich), befindet sich die Schwankung der dynamischen Spannung auf ihrer höchsten Magnitude. Die Magnitude kann weiter erhöht werden durch technologische Unterschiede, die dazu dienen, das Dreh-Trägheitsmoment des Motors (Zweimassen-Schwungrad) zu verringern, oder die augenblickliche Beschleunigung (Diesel, höhere Kompression, usw.) zu verbessern. Die Betriebsbedingungen können ebenfalls einen merklichen Effekt haben, können beispielsweise "Schlagen", wenn der Motor unterhalb seiner idealen Minimalgeschwindigkeit (Nachlauf) unter hohem Antriebsniveau läuft, was versucht, die Geschwindigkeit zurück bis zum Nachlauf zu erhöhen.
Unter diesen Umständen kann die Belastung des dynamischen Riemens so groß sein, dass der Riemenspanner nicht alle dynamischen Schwankungen auffangen kann. Dies kann im Ergebnis ein Riemengeräusch, ein Riemengleiten und forcierte Schwingungen des Riemens, des Spanners und der Zusatzkomponenten bewirken. Letztendlich wird die Haltbarkeit negativ beeinflusst.
Es ist möglich, dieses Problem zu lösen, indem man einen Torsions-Isolator an der Kurbelwelle verwendet, vorausgesetzt, dieser hat eine niedrige Steifigkeit. Solche konventionellen Torsions-Isolatoren wurden über viele Jahre eingesetzt, sind jedoch platzaufwändig, teuer, schwer und zeigen eine begrenzte Wirksamkeit. Diese begrenzte Wirksamkeit ist im Allgemeinen das Ergebnis eines Antriebs, der so ausgestaltet werden muss, dass er die volle Antriebsfähigkeit des Systems aufnimmt, wobei diese kaum jemals erforderlich ist. Demzufolge sind Torsions-Isolatoren gewöhnlich zu steif.
Das US-Patent 5 156 573 des gleichen Anmelders ("das'573-Patent"), bildet dem nächstliegenden Stand der Technik und offenbart ein Serpentin-Antriebssystem für ein Fahrzeug, das eine Wickelfeder und einen Einweg-Kupplungs-Mechanismus zwischen der Generatorscheibe und einer Montagenabenstruktur schafft. Das offenbarte, bevorzugte Ausführungsbeispiel des Mechanismus nimmt die Form einer im Wesentlichen schraubenförmigen Wicklung aus Federstahl an, das die Doppelfunktion erfüllt, indem es 1.) die Antriebsdrehmomente der Generator-Riemenscheibe auf die Nabe nachgiebig überträgt, so dass die Generatorwelle in der gleichen Richtung wie die Riemenscheibe dreht, während sie fähig ist, gegebenenfalls eine relative, nachgiebige Drehbewegung in Gegenrichtungen bezüglich der Riemenscheibe während der angetriebenen Drehbewegung der Riemenscheibe auszuführen, und (2.) die Riemenscheibe des Generators von der Nabe abkoppelt, so dass die Nabenstruktur und dadurch die Generatorwelle mit einer Geschwindigkeit drehen können, die die Drehgeschwindigkeit der Generatorriemenscheibe übersteigt, wenn die Geschwindigkeit der Motorausgangswelle auf einen Wert verringert wird, der ausreicht, dass Drehmoment zwischen der Generatorriemenscheibe und der Nabenstruktur auf einem vorbestimmten, niedrigen Niveau zu bringen.
Jeder der beiden oben erwähnten Funktionen hat unterschiedliche Konstruktionsertordemisse zum Optimieren des Systems. Beispielsweise würde die nachgiebige Kupplungsfunktion in optimaler Weise eine größere Federrate (eine steifere Feder) haben müssen, als die Federrate, die verwendet wird, um die Kupplungs-/Entkupplungs-Funktion durchzuführen. Optimal ist eine höhere Federrate wünschenswert, zum Übertragen einer Antriebsdrehbewegung der Generatorriemenscheibe auf die Nabenstruktur, um die hohen Torsionskräfte aufzunehmen, während eine niedrige Federrate wünschenswert ist für die Entkupplungsfunktion, so dass weniger Kraft ausgeübt wird, und demzufolge weniger Reibungsverschleiß und Wärme durch den Mechanismus während des Entkupplungs- oder Auflauf-Zustandes erzeugt wird. Ein Erhöhen der Federrate des Mechanismus, um ihn an die Torsionsübertragungsfunktion anzupassen, würde der Kupplungs-/Entkupplungs-Funktion entgegenlaufen, während ein Verringern der Federrate, um sie an die Kupplungs-/Entkupplungs-Funktion anzupassen, der Torsionsübermittlungsfunktion entgegenläuft. Als weiteres Beispiel erfordert die Kupplungs-/Entkupplungs-Funktion idealerweise ein Material, das einen höheren Reibungskoeffizienten aufweist, als jenes, das für die Torsionsübermittlungsfunktion erforderlich ist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung bereit zu stellen, die individuell die beiden oben erwähnten Funktionen optimiert. In Übereinstimmung mit diesem Ziel, schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
Die Vorrichtung bedient die oben erwähnten Probleme und kann verwendet werden, um eine Bewegung von einem Riemen, der durch eine Ausgangswelle eines Motors angetrieben wird, auf eine Welle einer anzutreibenden Hilfskomponente zu übertragen. Die Vorrichtung umfasst eine Nabenstruktur, ein Riemenscheibenteil und einen Feder-und-Einweg-Kupplungs-Mechanismus. Die Nabenstruktur ist so ausgebildet und angeordnet, dass sie durch die Welle fest getragen wird, um sich mit dieser um eine Wellenachse zu drehen. Das Scheibenteil ist auf der Nabenstruktur montiert und so konstruiert und angeordnet, um mit dem Riemen in Eingriff zu treten, und dadurch drehend angetrieben zu werden. Der Feder-und-Einweg-Kupplungs-Mechanismus koppelt das Riemenscheibenteil mit der Nabenstruktur. Der Feder-und-Einweg-Kupplungs-Mechanismus umfasst ein nachgiebiges Federteil, das getrennt ausgebildet und in Reihe mit einem Einweg-Kupplungsteil verbunden ist. Das nachgiebige Federteil ist so ausgebildet und angeordnet, dass es die angetriebenen Drehbewegungen des Riemenscheibenteils auf die Nabenstruktur derart überträgt, dass die Welle in der gleichen Richtung wie die Riemenscheibe gedreht wird, während sie fähig ist, unverzügliche, relative, nachgiebige Bewegungen in Gegenrichtungen bezüglich der Riemenscheibe während ihrer angetriebenen Drehbewegung auszuführen. Das Einweg-Kupplungsteil ist so angeordnet und konstruiert, dass es der Nabenstruktur und demzufolge der Welle gestattet, bei einer Geschwindigkeit zu drehen, die über der Drehgeschwindigkeit der Riemenscheibe liegt, wenn die Geschwindigkeit der angetriebenen Riemenscheibe verringert wird auf einen vorbestimmten Wert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Serpentin-Riemen-Antriebssystem zu schaffen, bei dem die Federraten, wie oben diskutiert, optimiert sind. Gemäß diesem Ziel, schafft die vorliegende Erfindung ein Serpentin-Riemen-Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einer Antriebseinheit, die einen Verbrennungsmotor mit einer Ausgangswelle umfasst, mit einer Antriebs-Riemenscheibe darauf, die um eine Antriebs-Riemenscheibe-Achse drehbar ist, einer Reihe von angetriebenen Einheiten, von denen jede eine angetriebene Riemenscheibe aufweist, die um eine Achse drehbar ist, die parallel mit der Antriebs-Riemenscheibe-Achse ist, und einem Serpentinriemen, der in zusammenwirkender Beziehung mit der Antriebs-Riemenscheibe und mit den angetriebe nen Riemenscheiben in einer Reihenfolge montiert ist, die korrespondierend der Reihenfolge der angetriebenen Einheiten ist, bezogen auf die Richtung der Bewegung des Riemens, um die angetriebenen Riemenscheiben dazu zu bringen, gemäß der Drehung der Antriebs-Riemenscheibe zu drehen. Die Reihenfolge der angetriebenen Einheiten enthält eine Lichtmaschineneinheit, mit einer Lichtmaschinenwelle, die für eine Drehung um eine Wellenachse montiert ist. Eine Nabenstruktur wird fest durch die Lichtmaschinenwelle getragen, um mit dieser um die Wellenachse zu drehen. Ein Feder-und-Einweg-Kupplungs-Mechanismus koppelt die Lichtmaschinen-Riemenscheibe mit der Nabenstruktur. Der Feder-und-Einweg-Kupplungs-Mechanismus umfasst einen nachgiebigen Federbereich, der in Reihe mit einem Einweg-Kupplungsbereich angeordnet ist, wobei der nachgiebige Federbereich eine Torsionsfederrate aufweist, die mindestens zehnmal größer als eine Torsionsfederrate des Einweg-Kupplungsbereichs ist.
Der nachgiebige Federbereich ist so konstruiert und angeordnet, dass er die angetriebenen Drehmomente der Lichtmaschinen-Riemenscheibe durch den Serpentinriemen, auf die Nabenstruktur so überträgt, dass die Lichtmaschinenwelle in gleicher Richtung wie die Lichtmaschinen-Riemenscheibe angetrieben wird, während sie fähig ist, unverzüglich relative, nachgiebige Bewegungen in Gegenrichtungen bezüglich der Lichtmaschinen-Riemenscheibe während deren angetriebener Drehbewegung auszuführen.
Der Einweg-Kupplungsbereich ist so konstruiert und angeordnet, um es der Nabenstruktur und demzufolge der Lichtmaschinenwelle zu gestatten, bei einer Geschwindigkeit zu drehen, die über der Drehgeschwindigkeit der Lichtmaschinen-Riemenscheibe liegt, wenn die Geschwindigkeit der Motorausgangswelle auf einen Wert verringert wird, der ausreicht, um das Drehmoment zwischen der Lichtmaschinen-Riemenscheibe und der Nabenstruktur bei einem vorbestimmten negativen Niveau zu erzeugen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Feder-und-Einweg-Kupplungs-Mechanismus zu schaffen, der einen Kupplungsbereich mit einem größeren Reibungskoeffizienten aufweist als der Federbereich.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Feder-und-Einweg-Kupplungs-Mechanismus zu schaffen, bei dem sich der Kupplungsbereich nach radial auswärts expandiert und demzufolge durch die Zentrifugalkraft unterstützt wird, wenn er beim Kuppeln mit der Lichtmaschinen-Riemenscheibe in Eingriff gelangt.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Tatsache, dass die effektive Trägheit der Lichtmaschine bei weitem die größte in einem gewöhnlichen Zubehörs-Antriebssystem ist, jedoch nur einen Teil der erforderlichen Antriebskraft für das System benutzt. Wenn die augenscheinliche Trägheit reduziert werden kann, kann die dynamische Spannungsschwankung ebenfalls in großem Umfange reduziert werden. Indem man eine effektive Entkupplungsfunktion zwischen dem Drehstromgeneratorimpuls und dem Drehstromgeneratorrotor (Armatur) schafft, kann die auftretende Trägheit wesentlich reduziert werden.
Es ist wichtig festzustellen, dass die Nachgiebigkeit oder Elastizität des Entkupplers ausreichend weich ist, so dass die Verstärkung der Geschwindigkeitsschwankung an der Riemenscheibe nicht auf den Rotor beim normalen Betriebsgeschwindigkeitsbereich des Motors übertragen werden kann, wo eine maximale, dynamische Spannungskontrolle gewünscht ist.
Die vorliegende Erfindung schafft eine drehmomentempfindliche Einwegkupplung, die in Reihe mit einem getrennten, entkoppelnden, nachgiebigen oder elastischen Element verbunden ist. Es wird gezeigt werden, dass die Einwegkupplung einen zusätzlichen Beitrag zum Lösen anderer Probleme leistet, während sie ihre Hauptfunktion des Maximierens der Dauerhaftigkeit des nachgiebigen oder elastischen Entkopplers erfüllt.
Bei höheren Geschwindigkeiten als der Mitlaufbetriebsgeschwindigkeit, kann eine plötzliche Verzögerung des Riemens große Richtungsänderungen der Zugkraft in Riemen erzeugen, wenn er versucht, die Rotormasse zu verlangsamen. Diese Verzögerungen treten gewöhnlich bei Schaltvorgängen des Übertragungsgetriebes oder "Drosselklappenzündungen" auf (d. h. Umkehren des Motors beim Aufwärmen des Fahrzeugs). Zusätzlich zu einer kumulativen Ermüdungsbeschädigung des Riemens tritt oft ein quietschendes Geräusch auf, insbesondere wenn der Spanner gegen seinen festen Anschlag während des Umkehrens der Zugspannung gedrückt wird. Durch die drehmomentempfindliche Natur der Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung, wird die Kupplung die Kopplung zwischen der Riemenscheibe und dem Rotor lösen, sobald die Drehmomentbelastung durch Null geht. Der Rotor der Lichtmaschine wird frei, um unabhängig vom Riemen langsamer zu werden unter einem aufgebrachten Widerstand oder einem Bremsmoment. Der Riemen wird nur eine sehr geringe Zugspannungsumkehr erleben, das Äquivalent des Bremsmoments. Dieses Merkmal eliminiert die Empfindlichkeit auf Verzögerung in solchen Systemen.
Andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und Ansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine vordere Seitenansicht eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit einem Serpentin-Antriebssystem, mit dem die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verbunden sind;
2 ist eine vergrößerte, teilweise Schnittdarstellung entlang der Linie 2-2 der 1; und
3A ist eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie 3A-3A der 2;
3B ist eine vergrößerte, Teildarstellung, teilweise im Schnitt, die die Verbindung zwischen der nachgiebigen Entkupplungsfeder und den Teilen der Einwegkupplung der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine perspektivische Darstellung der nachgiebigen Entkupplungsfeder und dem Einweg-Kupplungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des Einweg-Kupplungsmechanismus mit Schlingfeder der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine schematische Zeichnung, die die parallelen Dämpfungseffekte zeigt, die erreicht werden zwischen dem Lager und des in Reihe geschalteten Einweg-Kupplungselements mit Schlingfeder/Torsionswickelfeder der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine Querschnittsdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels des Lichtmaschinen-Entkopplers gemäß der vorliegenden Erfindung;
8A ist eine Querschnittsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Lichtmaschinen-Überholentkupplung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
8B ist eine Vorderansicht des Lichtmaschinen-Entkopplers der 8A, wobei bestimmte Bereiche entfernt wurden, um andere besser darzustellen;
9A ist eine Querschnittsdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Lichtmaschinen-Überholentkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
9B ist eine Vorderansicht des Lichtmaschinen-Entkopplers gemäß 9, wobei bestimmte Bereiche entfernt wurden, um andere bessere darzustellen;
10A ist eine Querschnittsdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines Lichtmaschinen-Überholentkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
10B ist eine Vorderansicht des Lichtmaschinen-Entkopplers gemäß 10A, wobei bestimmte Bereiche weggeschnitten wurden, um andere besser zu zeigen;
11A ist eine Querschnittsdarstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels eines Lichtmaschinen-Überholentkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
11B ist eine Vorderansicht des Lichtmaschinen-Entkopplers gemäß 11A, wobei bestimmte Bereich entfernt wurden, um andere bessere zu zeigen;
12A ist eine Querschnittsdarstellung eines siebenten Ausführungsbeispiels eines Lichtmaschinen-Überholentkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
12B ist eine Vorderansicht des Lichtmaschinen-Entkopplers gemäß 12A, wobei bestimmte Bereiche entfernt wurden, um andere besser zu zeigen;
13A ist eine Querschnittsdarstellung eines achten Ausführungsbeispiels eines Lichtmaschinen-Überholentkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
13B ist eine Vorderansicht des Lichtmaschinen-Entkopplers gemäß 13A, wobei bestimmte Bereiche entfernt wurden, um andere besser zu zeigen;
14 ist eine Querschnittsdarstellung eines neunten Ausführungsbeispiels eines Lichtmaschinen-Überholentkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
15 ist eine Querschnittsdarstellung eines zehnten Ausführungsbeispiels eines Lichtmaschinen-Überholentkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
16 ist eine Querschnittsdarstellung eines elften Ausführungsbeispiels eines Lichtmaschinen-Überholentkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
17 ist eine Querschnittsdarstellung eines zwölften Ausführungsbeispiels eines Lichtmaschinen-Überholentkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
18A ist eine Querschnittsdarstellung eines dreizehnten Ausführungsbeispiels eines Lichtmaschinen-Überholentkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
18B ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung der Kugellagereinheit und des Hülsenteils des Lichtmaschinen-Entkopplers gemäß 18A;
19 ist eine perspektivische Darstellung einer Kupplungseinheit, verwendet gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
20 ist eine perspektivische Darstellung der Kupplungseinheit gemäß 19, wobei das Kupplungsteil in einem abgewickelten oder auseinandergenommenen Zustand ist;
21 ist eine vergrößerte, teilweise perspektivische Darstellung der Kupplungseinheit gemäß 19, und stellt die Schnittstellenbereiche in einem montierten Zustand dar;
22 ist eine Querschnittsdarstellung eines vierzehnten Ausführungsbeispiels eines Lichtmaschinen-Überholentkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
23 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung eines Lichtmaschinen-Entkopplers gemäß 22 gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
24 ist eine rückwärtige Seitenansicht einer Tragverbindungsstruktur, die im vierzehnten Ausführungsbeispiel der 22 und 23 verwendet wird;
25 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines fünfzehnten Ausführungsbeispiels eines Lichtmaschinen-Überholentkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
26 ist eine rückwärtige Seitenansicht einer Trägerverbindungsstruktur, verwendet im fünfzehnten Ausführungsbeispiel gemäß 25.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Unter Bezugnahme auf insbesondere die Zeichnungen, zeigt 1 eine Verbrennungsmaschine, im Allgemeinen mit 10 bezeichnet, für ein Fahrzeug, welches einen nur schematisch dargestellten Motorrahmen 12 und eine Ausgangswelle 14 aufweist. An der Ausgangswelle 14 ist eine Antriebs-Riemenscheibe 16 befestigt, die einen Teil eines Serpentin-Antriebssystems bildet, das im Allgemeinen mit 18 bezeichnet ist. Das Antriebssystem 18 enthält einen Endlosriemen 20. Der Riemen ist von dünner, flexibler Art, wie beispielsweise ein Poly-V-Riemen. Der Riemen ist um die Antriebs-Riemenscheibe 16 und eine Reihe von angetriebenen Riemenscheibenanordnungen 22, 24, 26, 28 und 30 geschlungen, von denen jede an einer entsprechenden Welle 32, 34, 36, 38 und 40 befestigt ist. Außer im Falle der Riemenscheibeneinheit 22, die eine einfache mitlaufende Riemenscheibe ist, sind die Wellen wirkungsmäßig mit verschiedenen Motor- oder Fahrzeugzubehörteilen verbunden. Beispielsweise treibt die Welle 34 eine Wasserpumpe für den Motor, die Welle 36 eine elektrische Lichtmaschine, die Welle 38 eine elektromagnetische Kupplung eines Kompressors für ein Klimaanlagensystem für das Fahrzeug, und die Welle 40 eine Ölpumpe des Servolenksystems an.
Es ist klar, dass der Verbrennungsmotor 10 von jeder bekannten Konstruktion sein kann. Gemäß konventioneller Praxis wird der Motor so betrieben, dass er Vibrationskräfte auf den Motorrahmen 12 ausübt. Alle Zubehörteile sind am Motorrahmen 12 montiert, so dass die Wellen um etwa parallele Achsen drehend angetrieben sind, die feststehen bezüglich des Motorrahmens 12 und parallel mit seiner Ausgangswelle 14 verlaufen. Der Riemen 20 wird durch einen Riemenspanner, im Allgemeinen mit 42 bezeichnet, gespannt, der jede Konstruktion aufweisen kann. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel jedoch ist der in dem US-Patent 4473362 des gleichen Anmelders offenbarter Spanner.
Wie gezeigt, enthält der Riemenspanner 42 eine mitlaufende Riemenscheibe 44, die in Rolleingriff mit der flachen, rückwärtigen Oberfläche des Riemens steht, wobei die Riemenscheibe des Spanners federbelastet ist, um eine im Allgemeinen konstante Zugspannung im Riemen 20 aufrechtzuerhalten.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Riemenscheibeneinheit, die insbesondere bei 26 dargestellt ist, und eine Lichtmaschinen-Entkupplereinheit bildet, die auf der Welle 36 einer Lichtmaschine montiert ist. Wie am besten in 2 gezeigt, enthält die Lichtmaschine ein Gehäuse 46, in dem die Ankereinheit, im Allgemeinen mit 48 bezeichnet, beispielsweise durch ein Kugellagerteil 50 gelagert ist. Wie gezeigt, bildet die Lichtmaschinenwelle 36 einen Teil der Ankereinheit 48 und enthält einen Endbereich, der sich aus dem Lichtmaschinengehäuse 46 heraus erstreckt.
Am sich heraus erstreckenden Ende der Welle 36 der elektrischen Lichtmaschine ist eine Nabenstruktur befestigt, die im Allgemeinen mit 52 bezeichnet wird. Wie gezeigt, enthält die Nabenstruktur 52 eine innere Hülse 54, die sich über das Ende des Endbereichs der Welle 36 der elektrischen Lichtmaschine hinaus erstreckt. Wie gezeigt ist das äußere Ende der Welle 36 mit Gewinde versehen, wie mit 56 bezeichnet, und die Hülse 54 ist mit einer Reihe von Innengewindegängen 58 ausgebildet, die in zusammenpassender Beziehung mit den Gewindegängen am Ende der Welle 36 angeordnet sind. Die innere Hülse 54 enthält eine ringförmige Endfläche, die so ausgebildet ist, dass sie einen sechseckigen Sockel 62 bildet, um ein Werkzeug zum Befestigen der Hülse 54 über der Welle 36 durch eine Relativdrehung zwischen der Hülse 54 und der Welle 36 aufzunehmen.
Ein Lagerteil 63 ist auf einen ringförmigen Flansch an einem Ende der Nabe 52 aufgepasst, der der Oberfläche 60 gegenüberliegt. Das Lagerteil 63 enthält einen sich axial erstreckenden, zylindrischen äußeren Hülsenbereich 64 und einen sich radial nach innen erstreckenden Flanschbereich 66, der sich radial einwärts von einem axialen Ende des äußeren Hülsenbereichs 64, der Lichtmaschine am nächsten, erstreckt. Wie in 2 gezeigt, kommt der sich radial einwärts erstreckende Flanschbereich 66 mit dem inneren Laufring des Kugellagerteils 50 auf der Welle 36 der elektrischen Lichtmaschine in Eingriff. Wenn die innere Hülse 54 auf dem Ende der Welle 36 festgezogen wird, dient der Festziehvorgang dazu, den inneren Laufring des Kugellagers 50 gegen einen Flansch 70 auf der Welle 36 fest zu montieren, und damit die Nabenstruktur 52, die sowohl die innere Hülse 54 und die äußere Hülse 64 enthält, daran zu befestigen.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung weist der Lichtmaschinen-Entkoppler oder die Riemenscheibeneinheit 26 ein Riemenscheibenteil 106 (das nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird) im Eingriff mit dem Riemen auf, das wirkungsmäßig mit der Nabenstruktur 52 über ein nachgiebiges Teil und einen Einweg-Kupplungsmechanismus, die miteinander verbunden sind, wie im Allgemeinen mit 72 bezeichnet, verbunden ist. Der Mechanismus 72 liegt bevorzugt in Form einer Kombination einer im Allgemeinen schraubenförmig gewickelten oder Zugfeder 74 vor, die aus Federstahl hergestellt ist, und einem getrennten Kupplungselement 76 mit einer Schlingfeder, die mit der Feder 74 an einer gemeinsamen Endverbindung 78 verbunden ist.
Die schraubenförmige Wicklung aus Federstahl 74 enthält eine erste Vielzahl von Windungen 80 in Richtung auf eines seiner Enden, einen abgeflachten Windungsbereich 82 in Richtung gegen sein entgegengesetztes Ende, und eine Reihe von Zwischenwindungen 86, die sich dazwischen erstrecken. Die erste Vielzahl von Windungen 80 werden durch eine Presspassung in einen greifenden, nicht rutschenden Eingriff mit einer äußeren Oberfläche 104 der inneren Hülse 54 gebracht. Eine gekrümmte Endfläche der ersten Vielzahl der Windungen 80, die in eine Axialrichtung in Richtung auf die Lichtmaschine weist, steht mit einer ringförmigen inneren Oberfläche 87 des Flanschbereichs 66 in Eingriff. Wie gezeigt, enthält die gekrümmte Endfläche der ersten Vielzahl der Windungen 80 einen abgeflachten Oberflächenbereich 91, der in die erste Windung eingeschnitten ist, um einen größeren Oberflächenbereich für den Eingriff zwischen der ersten Windung und der Oberfläche 87 des Flanschbereichs 66 zu schaffen.
Die Zwischenwindungen 86 haben einen größeren Durchmesser als die erste Mehrzahl von Windungen 80 und sind bevorzugt frei von einem Eingriff mit anderen Strukturen, um eine nachgiebige Entkopplungsfunktion zu gestatten, wie sie nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird.
Das Schlingfeder-Kupplungselement 76 umfasst bevorzugt ein spiralig geformtes Federstahlband 88 mit einem reibungserhöhenden Gummimaterial 90, bevorzugt ein T-701-Gummibasismaterial, hergestellt durch Thermoset Inc., das klebstoffgebunden an seiner radial äußeren Oberfläche angeordnet ist. Wie näher in den 3A, 3B und 4 zu ersehen ist, im Wesentlichen an der Verbindung 78 zwischen dem Schlingfeder-Kupplungselement 76 und dem Torsions-Wickel-Federelement 74, erstreckt sich das Stahlband 88 über das Reibungsmaterial 90 hinaus und weist einen vergrößerten Breitenbereich 96 auf, der umgebördelt ist und eine Verriegelungsbeziehung bezüglich dem Ende der Feder 74 bildet, wie dies gezeigt ist. Der umbördelte Bereich 96 hat bevorzugt einen Durchmesser, der sich abschrägt oder der geringer wird, wenn er sich dem Reibungsmaterial 90 nähert, wie dies auch der Aufnahmeendbereich der Feder 76 tut, um eine kegelförmige Verriegelung zu bilden.
Wie ebenfalls aus 4 ersichtlich, ändert die Richtung der Kupplungswicklungen an der Verbindung 78 zwischen dem Kupplungselement 76 und der Feder 74 die Richtung bezüglich der Federwicklungen, so dass die Kupplung und die Feder im Allgemeinen axial überlappend bezüglich der Achse der Welle 36 sind. Wie auch in den 3A und 3B ersichtlich, ist ein Abstandssegment 100 aus Kunststoff durch Aufschnappen befestigt an der radial äußeren Oberfläche des Bereichs 96 vergrößerter Breite des Stahlbandes 8, durch ein Paar von Zinken 101, die eine Presspassung mit entsprechenden Löchern im Bereich 96 vergrößerter Breite bilden. Das Abstandssegment 100 aus Kunststoff hat einen Bereich 102 vergrößerter Dicke, die sich in überlagernder Beziehung mit dem umbördelten Bereich 96 vergrößerter Breite des Stahlbandes 88 in Richtung auf den Endbereich der Verbindung 78 erstreckt, wo das Stahlband 88 und die Wickelfeder 94 enden. Der Bereich 102 mit vergrößerter Dicke ist im Oberflächenkontakt zwischen die äußere Oberfläche des Bereichs 96 vergrößerter Breite und einer zylindrischen Innenobertläche 110 des Riemenscheibenteils 106 des Lichtmaschinen-Entkopplers oder der Riemenscheibeneinheit 26 zwischengelegt. Der Kunststoffabstandshalter 100 hat weiterhin einen Bereich 103, dessen Dicke abgestuft reduziert ist, der einstückig mit dem Bereich 102 vergrößerter Dicke ausgebildet ist, und sich bis zum benachbarten Ende des Reibungsmaterials 90 erstreckt. Der Bereich 103 reduzierter Dicke lässt einen Spalt G zwischen seiner radial äußeren Oberfläche und der inneren zylindrischen Oberfläche 110 des Riemenscheibenteils 106 frei. Der Spalt G erstreckt sich in Umfangsrichtung zwischen dem Ende des Reibungsmaterials 90 und dem Bereich 102 der vergrößerten Dicke des Abstandshalters 100.
Sowohl die Feder 74 als auch die Kupplung 76 bestehen bevorzugt aus Federstahlteilen mit hoher Zugfestigkeit, und die Verbindung 78 zwischen den beiden ist besonders bevorzugt im Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit, da sie die Übertragung der erforderlichen Belastungen in beiden Richtungen erlaubt. Ein Zwischenverbindungsteil zwischen der Feder 74 und der Kupplung 76 wird durch die vorliegende Erfindung ebenfalls in Betracht gezogen, um weitere Entkupplungsmerkmale zu erreichen, obwohl dieses die Kosten und das Gewicht erhöht. Obwohl ein Schweißen mit weitergehender Behandlung möglich ist, ist es nicht ökonomisch praktizierbar und deshalb nicht bevorzugt.
Der umbördelte Bereich 96 wird durch die Relativdrehung kraftvoll festgezogen, im Prinzip ähnlich wie ein Verriegelungskeil. Die Festigkeit der Verbindung 78 wird ferner verbessert, indem man das Umbördeln am Bereich 89 hinter dem abgeflachten Bereich 82 der Feder 74 (siehe 4) verbessert. Der abgeflachte Bereich 82 der Feder 74 ist an gegenüberliegenden Enden der Feder abgeflacht und bildet den Bereich der Feder mit einem reduzierten Durchmesser in Radialrichtung und einem vergrößerten Durchmesser in Axialrichtung (relativ zur Wellenachse). Der Querschnittsbereich mit vergrößertem Durchmesser am Bereich 82 erhöht die Festigkeit der abgeschrägten Verbindung, was zu einer Verbindung führt, die fest und robust und widerstandsfähig gegen ein Versagen durch Reibkorrosion ist. Die Verbindung 78 bildet eine einfache und ökonomische Methode des Anbringens der beiden Element (Feder und Kupplung).
Da das nachgiebige Teil, beispielsweise die Wendelfeder 74, getrennt von der Einwegkupplung 76 gefertigt und mit der Einwegkupplung 76 durch eine zweckmäßige und kostengünstige Verbindung verbunden ist, kann eine bessere Flexibilität in der Wahl der Konstruktion und der Materialien des nachgiebigen Teils und der Kupplung erreicht werden (d. h. es können für die Einwegkupplung und das nachgiebige Teil unterschiedliche Materialien verwendet werden).
Wie 5 zeigt, kann es möglich sein, dass die Wendeldurchmesserder Kupplung leicht variiert werden können, im Vergleich mit der Kupplungswendelausbildung des Ausführungsbeispiels der 2, um einen Einstufeffekt zu erzeugen, wodurch der Winkelabstand des Eingriffs von etwa Null bis beispielsweise 45 Grad variiert werden kann. Dieses Merkmal hat sich als sehr zweckmäßig erwiesen beim Verhindern eines unerwünschten Außer-Eingriff-Tretens bei niedrigen Drehmomentbelastungen.
Wie 2 zeigt, ist eine ringförmige Gleitlagerscheibe aus Nylon zwischen einer ringförmigen Kante der äußeren Hülse 64 des Lagers 63 und der Kantenfläche 93 eines freien Endes 92 des Schlingfeder-Kupplungselementes 76 angeordnet. Es soll darauf hingewiesen werden, dass das freie Ende 92 der Kupplung 76 einen geringfügig größeren Radius als die anderen Kupplungswendeln aufweist, so dass eine leichte Vorbelas tung in einen Oberflächeneingriff mit der Innenoberfläche 110 des Riemenscheibenteils 106 besteht.
Wie 2 zeigt hat das ringförmige Riemenscheibenteil 106 des Entkupplers oder der Riemenscheibeneinheit 24 eine äußere Poly-V-Oberfläche 108 für einen rollenden Eingriff mit der wirksamen Poly-V-Seite des Serpentin-Riemens 20. Die innere, ringförmige Oberfläche 110 ist in Eingriff mit einem ringförmigen Hülsenlager 112 angeordnet, dessen Inneres in Eingriff mit einer äußeren Oberfläche 114 der äußeren Hülse 64 steht. Insbesondere ist das Lager 112 durch einen Presssitz in feste Beziehung mit der Innenoberfläche 110 des Riemenscheibenteils 106 gebracht, während die innere, ringförmige Oberfläche des Lagers 112 in gleitender Reibbeziehung mit der äußeren, ringförmigen Oberfläche der Oberhülse 64 steht.
Der äußere Laufring einer Kugellagereinheit 118 steht im Presssitz auf der inneren, ringförmigen Oberfläche 110 des Riemenscheibenteils 106, obwohl andere Maßnahmen für eine Zurückhaltung, wie beispielsweise Schnappringe oder andere Rückhaltemittel verwendet werden können, um die Einheit zusammenzuhalten. Das Kugellager 114 ist ebenfalls über einen Presssitz an seinem inneren Laufring auf der Nabe 52 befestigt. Diese Befestigungsanordnung hält die Einheit in axialer Ausrichtung.
Im Allgemeinen ist die innere, ringförmige Oberfläche 110 des Riemenscheibenteils 106 von einem einzigen Durchmesser, wie dargestellt. Es kann jedoch notwendig sein, die Durchmesser abzustufen, um besonderen Konstruktionserfordernissen Rechnung zu tragen.
Die innere ringförmige Oberfläche 110 des Riemenscheibenteils 106 dient ebenfalls als Eingriffsfläche für das Einweg-Kupplungssystem, siehe 3A und 3B, insbesondere im Eingriff stehend mit dem Brems-(Reibungs-)material 90, das am Band aus gewickeltem Stahl 88 befestigt ist.
WIRKUNGSWEISE
Wie 2 zeigt, ist die Kupplung 76 so hergestellt, dass die erste freie Wicklung 92 ein geformtes Ende aufweist, das im Endeffekt als Bremsschuh wirkt. In der "Antriebs"- Richtung dient die erste Wicklung 92 oder der Schuh dazu, die Riemenscheibenoberfläche 110 durch Reibung zu beaufschlagen, wodurch nacheinander alle verbleibenden Kupplungswindungen in Betrieb gesetzt werden.
In der "Überhol"-Richtung, wenn die Drehgeschwindigkeit der Kupplung (die am Anker 48 befestigt ist) die Geschwindigkeit der Riemenscheibe übersteigt (Drehmoment ist Null bis negativ), ist der Bremseffekt nicht länger gegeben, und die Kupplung löst sich. Die verbleibenden Kräfte sind die Summe der Drehmomente ohne Belastung für die Kupplung 76, das Riemenscheibenteil 106, das Lager 118 und die Lagerbuchse 112.
Es ist klar, dass solange hier ein positives Drehmoment auf das Riemenscheibenteil 106 durch die Bewegung des Riemens 20 ausgeübt wird, das nachgiebige Teil und der Einweg-Kupplungsmechanismus 72 dazu dient, die auf das Riemenscheibenteil 106 durch den Riemen 20 ausgeübte Bewegung auf die Nabenstruktur 52 zu übertragen. Während dieser Antriebsbewegung (siehe Antriebsrichtungspfeil in 3B) wird im Grunde genommen gleichzeitig das vorbelastete freie Ende 92 der Kupplung 76 mit der inneren ringförmigen Oberfläche 110 des Riemenscheibenteils 106 in Reibeingriff gelangen und diese ergreifen. Deshalb wird eine anfängliche Greifwirkung zum Teil durch die Tatsache bewirkt, dass mindestens das freie Ende 92 der Kupplung 76 einen natürlichen äußeren Durchmesser (Entspannungszustand) aufweist, der etwas größer als der innere Durchmesser der zylindrischen Oberfläche 110 ist. Auf diese Weise wird die erste Wicklung 92 in Eingriff mit der Oberfläche 110 belastet, wobei eine Mitnahmewirkung durch den Eingangsbereich des Reibmaterials 90 geschaffen wird. Die Mitnahmewirkung wird weiter verbessert, indem Bereiche der Kupplung 76 stufenweise zunehmend nach radial auswärts in einen Eingriff mit der Oberfläche 110 während der anfänglichen Stufen der Antriebsbewegung bewegt werden. Da die Mitnahmekraft eine Funktion der Anzahl von Windungen multipliziert durch den Reibungskoeffizienten ist, wird sich die Mitnahmekraft der Kupplung erhöhen je mehr der Windungen mit der Oberfläche 110 in Eingriff kommen. Es ist deshalb klar, dass die Kupplung 76 "selbstbetätigend" ist. Es sollte weiterhin klar sein, dass die ansteigende Zentrifugalkraft, die auf die Kupplung 76 ausgeübt wird, eine radiale Expansion der Kupplung 76 in einen verbesserten Mitnahmeeingriff mit der Oberfläche 100 bewirkt. Es sollte weiterhin klar sein, dass der Reibungskoeffizient zwischen dem Reibungsmaterial 90 und der Stahloberfläche 100 bevorzugt 0,25 oder größer ist. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass die Kupplung 76 und ihr Reibungsmaterial 90 mit zwischen 2–3 Wicklungswindungen, und insbesondere bevorzugt 2,5 Windungen versehen ist, wie in 4 gezeigt.
Während dieser Antriebsbewegung gestatten es die Vielzahl von Zwischenwicklungen 86, die zwischen der inneren Hülse 54 und der äußeren Hülse 64 der Nabenstruktur 52 beabstandet sind, der Nabenstruktur 52 und demzufolge der daran befestigen Lichtmaschinenwelle 36, zu augenblicklichen, relativen, nachgiebigen Drehbewegungen in Gegenrichtungen bezüglich der Lichtmaschinen-Riemenscheibe 26 während ihrer angetriebenen Drehbewegung, fähig zu sein. Zusätzlich kommen dann, wenn die Drehgeschwindigkeit der Motorausgangswelle 14 auf einen Wert zurückgesetzt wurde, der ausreicht, zwischen dem Riemenscheibenteil 106 und der Nabenstruktur 52 ein Drehmoment unter einem vorbestimmten negativen Niveau zu erzeugen, wie beispielsweise minus 0,58 mkg (minus 50 Zoll-Pfund) oder weniger, die Wicklungen der Kupplung 76 außer Eingriff mit der Oberfläche 110 und das Reibungsmaterial der ersten Wicklung 92 kommt in Eingriff mit der äußeren Umfangsfläche 104 der inneren Hülse mit einer Gleitwirkung, das es der Nabenstruktur 52 und demzufolge der Welle 36 oder der darin befestigten Ankereinheit 48 gestattet, mit einer Geschwindigkeit zu drehen, die über der Drehgeschwindigkeit des Riemenscheibenteils 106 liegt. Wenn insbesondere das Drehmoment, das über die schraubenförmige Torsionsfeder 74 wirkt in Richtung auf Null fällt, sind die Kräfte, die auf die Einwegkupplung wirken, in ähnlicher Weise entspannt.
In der unmittelbaren Nähe eines Drehmoments von Null werden die Zustände, die ursprünglich die Kupplung (Bremsschuh 92) in Eingriff gebracht haben, passiv für eine Betätigung der Kupplungseinheit, was zu einem Gleiten zwischen der Kupplung 76 und der Riemenscheibenfläche 110 führt. In diesem Zustand ist die Geschwindigkeit des Lichtmaschinenankers oder Rotors 48 größer als die Geschwindigkeit des Riemenscheibenteils 106. Die Drehung der Kupplung 76 und der Riemenscheibe 106 werden mit dem Rotor 48 synchron.
Das verbleibende Drehmoment ist das Drehmoment ohne Belastung oder das maximale negative Drehmoment, dem die Riemenscheibe 106 unterworfen wird, und die demnach auf den Riemen 20 ausgeübt wird.
Das Drehmoment ohne Belastung ist die Summe des Reibungskoeffizienten zwischen dem Reibungsmaterial 90 der Kupplung und der Riemenscheibenfläche 110, das Drehmoment des Kugellagers 118 und das Drehmoment zwischen der Lagerhülse 112 und der äußeren Hülse 64.
Diese Faktoren sind durch die Konstruktion in großem Umfange steuerbar. Insbesondere können diese verbleibenden Drehmomente verwendet werden, um zu große Überholgeschwindigkeits-Unterschiede zwischen dem Riemenscheibenteil 106 und dem Anker 48 zu begrenzen, die Geräusche und übermäßige Wärme erzeugen können. Zusätzlich kann das verbleibende Drehmoment eine Dämpfung bewirken, die die Leistungsfähigkeit im Hinblick auf eine Schwingungskontrolle modifiziert, d. h. Kräfte bei Resonanz usw. modifiziert. 6 ist eine schematische Darstellung, wie die Dämpfung D wirkt parallel mit der gesamten Einheit 72 aus Kupplung/nachgiebigem Teil.
Die Dämpfung D, die oben erwähnt ist, resultiert primär aus dem Drehmoment der Gleitreibung zwischen der inneren Oberfläche der Lagerhülse 112 und der äußeren Oberfläche des Hülsenbereichs 64. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass eine alternative Ausgestaltung beabsichtigt, dass die Lagerhülse 112 fest durch Presssitz auf dem Hülsenbereich 64 befestigt ist, und dass die äußere, zylindrische Oberfläche der Lagerhülse 112 in einem gleitenden Reibungseingriff mit der Innenoberfläche der Riemenscheibe 106 stehen kann, um die Dämpfung zu bewirken. Es soll weiterhin darauf hingewiesen werden, dass, obwohl die Kugellagereinheit 118 ebenfalls einen gewissen Grad von Dämpfung bewirkt, sie nur einen kleinen Teil der Dämpfung schafft, die durch die Hülse 112 bewirkt wird. Es ist wichtig, festzustellen, im Hinblick auf die Funktion und die Dauerhaftigkeit, dass die Kupplung und die Faktoren eines Reibungsmoments variiert werden müssen, so dass ein Überholen nur unter zwei Bedingungen mit einem normal funktionierenden, belasteten Serpentin-Riemensystem auftritt. Erstens, wenn der Motor gestartet wird und sich das System in Resonanz befindet, gestattet die Kupplung ein Überholen, um die Feder 76 gegenüber mäßige Umkehrbelastungen zu schützen. Zweitens, gestattet die Kupplung ebenfalls eine Überholen, wenn der Motor durch einen Kupplungsvorgang oder ein starkes Bremsen kraftvoll heruntergefahren wird, was ein negatives Drehmoment zwischen dem Rotor und der Riemenscheibe bewirkt.
Es ist weiterhin wichtig, festzustellen, dass die abgestufte Konstruktion der Kupplung 76, wie sie in 5 dargestellt ist, verwendet werden kann, einen Überholvorgang unter einem Beharrungszustand (Leerlauf) der Motorbetätigung zu verhindern, wo die Kurbelwelle 14 eine hohe Drehgeschwindigkeit hat, beispielsweise bei einem einfachen Dieselmotor, und wenn die Drehmomentbelastung der Lichtmaschine sehr niedrig ist. In diesem Zustand kann die Torsionsfeder 74 fast völlig entspannt sein. Die Kupplung 76 wird dann verwendet als Übergangsfeder mit niedriger Federrate, die ein Überholen verhindert oder gestattet, dass das Drehmoment vollständig Null erreicht. Dieses Konstruktionsmerkmal verbessert entscheidend die Dauerhaftigkeit unter diesen Bedingungen.
Die Kupplung kann demzufolge so ausgebildet sein, dass sie "drehmomentfühlend" für beide Richtungen innerhalb eines vorgegebenen Bereichs ist.
Die Haltekraft der Kupplung 76 und ebenfalls ihre Lösekraft, wird durch die Zentrifugalkraft beeinflusst. Mit anderen Worten, da das Reibungsmaterial 90 radial auswärts in Eingriff mit der Oberfläche 110 als Ergebnis der Zentrifugalkraft während des Drehmomentantriebszustandes gedrückt wird, wenn die Riemenscheibe 106 verwendet wird, das Riemenbelastungs-Drehmoment vom Riemen 20 auf die Nabenstruktur 52 zu übertragen, wird die Mitnahmewirkung der Kupplung 76 verbessert. Ein Vorteil der Konstruktion ist der, dass bei Anordnung der in Eingriff stehenden Oberflächen die Zentrifugalkräfte die Antriebskapazität bei Beschleunigung und hoher Geschwindigkeit erhöhen, und eine vergrößerte Bremskraft beim Überholbetrieb von hohen Geschwindigkeiten schaffen.
Es ist klar, dass das Drehmomentniveau von minus 0,58 mkg (minus 50 Zoll-Pfund), das oben diskutiert wurde, nur beispielhaft ist, und dass das negative Drehmomentniveau, bei dem ein Schleifen der Kupplung stattfindet, am besten ausgewählt wird, um zu den Merkmalen eines bestimmten Systems zu passen. Dieses System unterscheidet sich in Abhängigkeit von den Merkmalen (1) des Motors, d. h. ob es eine "sportliche" Maschine oder eine eher konservative ist, die computerkontrolliert ist, und (2) der Riemenspannung, die durch den Riemenspanner 42 des Systems aufrechterhalten wird. Eine beispielhafte Riemenspannung für 0,58 mkg (50 Zoll-Pfund), und einem äußeren Durch messer der Lichtmaschinen-Riemenscheibe 106 von 6,35 cm (2,5 Zoll) mit einer 180 Grad Umschlingung liegt bei 31,78 kg (70 Pfund).
Es soll darauf hingewiesen werden, dass die Ausbildung der vorliegenden Erfindung ein vorteilhaftes Schlepp-/Antriebs-Verhältnis schafft. Mit anderen Worten ist das Drehmoment ohne Belastung (dass der Wert des Reibmomentwiderstandes während des Überholens ist) relativ niedrig, so dass der Verschleiß reduziert ist. Andererseits tritt tatsächlich kein Gleiten in Antriebsrichtung für tatsächlich jedes Drehmoment jeder Größe im Antrieb auf. Bevorzugt ist für zwei oder mehr Windungen der Kupplung 74 ein Schlepp/Antriebs-Verhältnis von mehr als 8 : 1 erreicht. Insbesondere ist mit einem Reibungskoeffizienten von 0,3 oder größer zwischen dem Reibmaterial 90 und der Oberfläche 110 und mindestens zwei Wicklungen für die Kupplung 74 das Schlepp-/Antriebs-Verhältnis größer als 40 : 1.
Wie in 1 gezeigt, ist es bevorzugt, dass der Riemenspanner 42 auf den Riemen 20 in dem Riementrum einwirkt, dass zum Lichtmaschinen-Entkoppler oder zur Riemenscheibeneinheit 26 führt. Dies gestattet die Fähigkeit der Leerlaufriemenscheibe 44 des Spanners, sich zu bewegen, wenn das Riementrum gespannt wird, wegen einer Drehmomentänderung in Richtung auf negativ an der Antriebs-Riemenscheibe 16, um in einem gewissen Umfang die Drehmomentänderung zwischen dem Riemen 20 und dem Lichtmaschinen-Entkoppler oder der Riemenscheibeneinheit 26 mit hoher Trägheit aufzunehmen. Weiterhin schafft die Nachgiebigkeit der inneren Wicklungen 86 der Feder 74 eine zusätzliche Aufnahmefähigkeit. Es ist klar, dass die nachgiebigen Merkmale des nachgiebigen Teils und des Einweg-Kupplungsmechanismus 72 auf das bestimmte Antriebssystem und insbesondere auf die bestimmten Merkmale des Motors des Antriebssystems abgestimmt sind. Die Festigkeit der Feder 74 wird durch die Durchmesserabmessung des Stahldrahtes bestimmt, der verwendet wurde, um die Wicklung zu bilden. Eine genaue Abstimmung wird bestimmt durch die Federrate, die eine Funktion des Ausmaßes der Zwischenwicklungen 86 oder der Anzahl von darin enthaltenen Umdrehungen oder Wicklungen ist. Bevorzugt ist das vorbestimmte negative Drehmomentniveau, bei dem ein Rutschen der Kupplung auftritt, eine abschließende Unterstützungs-Abstimmung für Drehmomentänderungen ins Negative, was ein Rutschen des Riemens bezüglich des Lichtmaschinen-Entkopplers oder der Riemenscheibeneinheit 76 mit einem zugeordneten, unerwünschten Geräusch verhindert.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass das vorbestimmte, negative Drehmomentniveau, bei dem ein Gleiten der Kupplung auftritt, ausgewählt wurde, indem man den Unterschied zwischen dem entspannten, äußeren Durchmesser der ersten Vielzahl der Kupplungswindungen (beginnend beim freien Ende 92) und dem inneren Durchmesser der zylindrischen Umfangsfläche 110 auswählt. Das Verhältnis ist derart, dass der Durchmesser der Oberfläche 110 geringer als der äußere Durchmesser der endseitigen Kupplungswindungen ist, so dass die endseitigen Kupplungswindungen (insbesondere der Endbereich 92) während des Zusammenbaus unter Spannung gebracht werden. Wenn sich der Durchmesserunterschied erhöht, wird das vorbestimmte, negative Drehmomentniveau in einem negativen Sinne erhöht. Bevorzugt wird das vorbestimmte negative Niveau so ausgewählt, dass das Gleiten der Kupplung beim Sichern gegen ein Gleiten zwischen Riemen und Riemenscheibe minimiert wird.
7 zeigt eine Riemenscheibeneinheit 226 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Lichtmaschinen-Entkoppler oder die Riemenscheibeneinheit 226 arbeitet in Verbindung mit dem Motor 10 und dem Antriebssystem 18 der 1 und ersetzt lediglich die Riemenscheibeneinheit 26 in dieser Figur. Das in 7 gezeigte Ausführungsbeispiel arbeitet im Wesentlichen in der gleichen Weise, wie das vorangegangene Ausführungsbeispiel und hat ähnliche Teile. Beispielsweise enthält die Riemenscheibeneinheit 226 ein Riemenscheibenteil 206, eine Nabe 252, ein Lager 263 mit einem Hülsenbereich 264, eine Kugellagereinheit 218, ein nachgiebiges Teil in Form einer Wendelfeder 274, eine Schlingfeder-Einwegkupplung 276 mit Stahlwicklungen 288 und Reibmaterial 290. Die Kupplung 276 ist mit der Feder 274 an einer gebördelten Verbindung 278 verbunden. Ebenfalls eingeschlossen ist eine ringförmige Gleitlagerscheibe 291, die dazu dient, das freie Ende 292 der Kupplung zu unterstützen und das freie Ende der Kupplung an ihrem Platz zu halten gegen die Kraft axialer Seitenbelastungen, die dazu tendieren, das Ende 292 axial auswärts zu drücken. Der Hauptunterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 und dem Ausführungsbeispiel der 7 ist die Stelle der Anordnung der Entkoppler-Kugellagereinheit (Bezugszeichen 118 in 2 und Bezugszeichen 218 in 7) und der Lagerbuchsen-/Hülsen-Teile (112, 64 in 2 und 212, 264 in 7). Insbesondere ist beim Ausführungsbeispiel der 2 die Kugellagereinheit 118 in Richtung auf das vordere Ende der Lichtmaschinen-Riemenscheibe 26, beabstandet vom Lichtmaschinen-Anker 48, angeordnet, während die Lagerbuchse 112 und die Hülse 64 in Richtung auf das rückwärtige Ende der Riemenscheibe 26, näher an dem Lichtmaschinen-Anker 48 angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel gemäß 2 nehmen die Lagerbuchse 112 und die Hülse 64 den Großteil des Biegemoments auf, der durch den Riemen 20 auf die Lichtmaschinenwelle 36 ausgeübt wird. Bei dieser Ausgestaltung, wird ein größerer Anteil der Riemenbelastung durch die Lagerbuchse 112 und die Hülse 64 getragen, verglichen mit dem Anteil der Belastung, die durch das Lager 118 getragen wird. Diese Ausgestaltung ist am besten geeignet für höhere Dämpfungsanforderungen.
Im Ausführungsbeispiel nach 7 ist die Kugellagereinheit 218 in Richtung auf das rückwärtige Ende der Lichtmaschinen-Riemenscheibeneinheit 226, näher an dem Lichtmaschinen-Anker 48, angeordnet, als die Lagerbuchse 212 und die Hülse 264, die am vorderen Ende der Riemenscheibe angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung trägt die Kugellagereinheit 218 die Hauptlast des Biegemoments der Lichtmaschinenwelle 26 und ist besonders vorteilhaft für im Hinblick auf torsionsmäßig rauere Anwendungsfälle, und dort, wo eine geringere Dämpfung erforderlich ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung führt die Ausgestaltung der im Allgemeinen schraubenförmigen Wicklung des Federstahls 74 oder 274, und das Schlingfeder-Kupplungselement 76 oder 276 insgesamt zu einer Wendelfeder-/Einwegkupplung, die einen gegenseitigen Schutz sowohl für die Wendelfeder (74, 274) als auch für das Schlingfeder-Kupplungselement (76, 276) bietet. Da das Schlingfeder-Kupplungselement (76, 276) insbesondere eine verbesserte Greifwirkung verglichen mit früheren Konstruktionen aufweist, fasst die Schlingfederkupplung die innere Hülse während des Antriebszustandes effektiv und unverzüglich, wenn die Wickelfeder und der Einweg-Kupplungsmechanismus dazu dient, die auf das Riemenscheibenteil 106, 206 durch den Riemen 20 übertragene Bewegung auf die Nabenstruktur 52, 252 zu übertragen. Die verbesserte Greifwirkung des Kupplungselements 76, 276 bietet tatsächlich keinen Schlupf im Antriebszustand und verringert den Verschleiß, der in einer Anordnung vorhanden ist, bei der Federstahl für die Kupplung verwendet wird, wie beispielsweise im US-Patent 5 156 573. Zusätzlich führt die Ausbildung der Torsionsfeder 74, 274 und des Schlingfeder-Kupplungselementes 76, 276 ebenfalls dazu, dass das Schlingfeder-Kupplungselement 76, 276 einen Schutz für das elastische Federelement 74, 274 bietet während des Überholzustandes, indem die Feder 74, 274 gegen rückwärts wirkende Spannun gen geschützt wird. Andererseits schützt die Wickelfeder 74, 274 das Schlingfeder-Kupplungselement 76, 276 indem es Selbstschwingungen während des Antriebszustandes oder Umkehrbewegungen unternimmt, um Spannung an der Schlingfederkupplung wegzunehmen.
Bevorzugt ist das elastische Federelement 74, 274 eine relativ "weiche" Feder, die verwendet werden kann, da der Kupplungsmechanismus 76, 276 während des Herunterfahrens der Systems gelöst wird, um die Feder zu schützen. Da eine weichere Feder verwendet wird, kann die Antriebsfrequenz reduziert werden auf bevorzugt weniger als 75 % der Leerlauffrequenz. Wenn beispielsweise die Leerlauffrequenz bei 30 Hz liegt, kann die Antriebsfrequenz herunter auf 15 Hz gewählt werden, was 50% der Antriebsfrequenz beträgt. Die Antriebsfrequenz ist bevorzugt zwischen 50% bis 75% der Leerlauffrequenz. In dieser Anordnung findet die Federresonanz bei niedrigeren Geschwindigkeiten statt und tritt nur auf während des Herunterfahrens oder Startens. Die Kupplung bewirkt einen Schutz der Feder während einer Resonanz.
Es gibt vier primäre Wirkungsweisen im Zusammenhang mit dem nachgiebigen Teil und dem Einweg-Kupplungsmechanismus 72, 272, einschließlich einer Arbeitsweise im Ruhezustand, einer Arbeitsweise während der Beschleunigung, einer Arbeitsweise während einer konstanten Geschwindigkeit und einer Arbeitsweise während dem Abbremsen. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel gemäß 2 beschrieben. Es soll jedoch bemerkt werden, dass andere Prinzipien der Wirkungsweise gleichermaßen auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sind, wie beispielsweise das Ausführungsbeispiel der 7.
Betrieb in Ruhe
In Ruhe steht das Federelement 74 bei Null Spannung und Drehmomente. Es gibt keine Drehbewegung, die über die Riemenscheibe 26 übertragen wird, die ebenfalls in Ruhe ist, wenn der Motor in Ruhe ist. Das Schlingfeder-Kupplungselement 78 bleibt leicht unter Vorspannung radial auswärts in Eingriff mit der Oberfläche 110 durch die Kombination der Materialeigenschaften und der Konstruktion, es gibt jedoch zu dieser Zeit keine sich bewegenden Reibflächen.
Betrieb während Beschleunigung
Wenn die Riemenscheibe 26 durch das Aufbringen einer antreibenden Riemenkraft gedreht wird, kommt das Schlingfeder-Kupplungselement 76 sofort am freien Ende 92 in Eingriff durch die Reibung, die durch den Oberflächenkontakt des Materials 90 an der ersten Kupplungswicklung 92 erzeugt wird. Die Geometrie der Spirale multipliziert die Haltekraft, was eine Drehmomentübertragung durch das elastische oder nachgiebige Teil erleichtert, bevorzugt in Form des Federelementes 74. Wenn die aufgebrachte Belastung ansteigt wird das elastische Federelement 74 um einen entsprechenden Wert ausgelenkt, bis ein Abgleich erreicht ist. Zentrifugalkräfte erhöhen die Haltefähigkeit der Kupplung 76, da die Fähigkeit zum Fassen eine Funktion der Anzahl der Windungen der Kupplung ist, die in Kontakt mit der Antriebsfläche 110 stehen, und des Reibungskoeffizienten zwischen dem Reibmaterial 90 und der Oberfläche 110. Die Ausdehnung der Feder 74 in Richtung auf die Innenseite der Nabe 52 erzeugt Kräfte, die die Greifwirkung verstärken, wenn weitere Beschleunigung stattfindet.
Wenn die Riemenscheibe 26 weiter beschleunigt wird, erhöht sich die Drehmomentbelastung wesentlich, während die Drehmomentschwankung minimal ist. Die Kupplung 76 wird die Belastung auf die Feder 74 übertragen, was dazu führt, dass die Feder 74 sich in einer Richtung weiter auslenkt, während sie arbeitet, um einen dynamischen Ausgleich aufrechtzuerhalten.
Der Einbau des Kunststoff-Abstandsteils 100 steuert die Ausrichtung der Feder 74 und begrenzt den äußersten möglichen Wert der Auslenkung. Wichtiger ist, dass das Abstandsteil 100 die Feder 74 axial ausgleicht, indem sie der Kippkraft entgegenwirkt, die durch die Feder aufgebracht ist, die bewirkt wird durch die Tangentialkraft, die aufgebracht wird durch das Reibmaterial 90 im Antriebszustand. Da es keine Relativbewegung zwischen dem Kunststoff-Abstandsteil 100 und dem Riemenscheibenteil 106 im Antriebszustand gibt, tritt relativ wenig Verschleiß an den Oberflächen auf, im Vergleich mit anderen Ausführungsbeispielen, bei denen beispielsweise das Kunststoffstück auf der Innenseite der Feder angeordnet ist.
Indem man einen Spalt G (wie in 3 gezeigt) zwischen dem Dickenbereich 102 des Kunststoff-Abstandsteils 100 und dem Reibmaterial 90 vorsieht, gestattet das Ab standsteil 100 dem Endbereich 117 des Reibmaterials 90 (dem freien Ende 92 gegenüberliegend), radial nach auswärts in einen Reibeingriff mit der Oberfläche 110 des Riemenscheibenteils 106 im Antriebszustand angetrieben zu werden. Ohne die Ausbildung des Spaltes G kann anderenfalls der Abstandshalter 100 bewirken, dass ein wesentlicher Bereich der letzten Kupplungswicklung 117 außer Eingriff mit der Oberfläche 110 bleibt, wenn die Feder 74 angetrieben wird, und dieser Bereich 117 der Kupplung einer wesentlichen Biegung und Schwächung ausgesetzt ist.
Betrieb bei konstanter Geschwindigkeit
Unter Nominalgeschwindigkeit im Beharrungszustand mit Schwankungen durch Torsionsvibrationen wird sich die Feder 74 auslenken wenn das Drehmoment schwankt. Dies tritt immer im positiven Spannungsbereich des Arbeitsbereichs der Feder auf. Der letztendliche Effekt liegt in der Isolation des Hauptteils der Drehmomentübertragung zwischen den Eingangs- und Ausgangselementen der Einrichtung. Absorbierte Energie wird in Form von Wärme abgegeben. Beim Betrieb unter konstanter Geschwindigkeit bleibt die Kupplung 76 zum Riemenscheibenteil 106 stationär. Bei diesem Betriebszustand dreht sich die Kupplung 76 mit der gleichen Geschwindigkeit wie das angetriebene Riemenscheibenteil 106 der Lichtmaschinenwelle.
Betrieb während des Abbremsens
Wenn ein Abbremsen des Antriebsriemens 20 stattfindet, wie beispielsweise eine Geschwindigkeitsverringerung oder ein Anhalten des Motors, wird die Trägheit der Lichtmaschine einer Geschwindigkeitsänderung widerstehen. Der Anker der Lichtmaschine widersteht eine Geschwindigkeitsänderung und übt hohe Spannungen auf das Riemensystem aus. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Riemenscheibe 26 unter die des angetriebenen Rotors oder Ankermasse (relatives negatives Drehmoment) abfällt, kehrt die Feder 74 in einen unbelasteten Zustand zurück und wird weiter in die negative Richtung angetrieben. An diesem Punkt werden die Bedingungen für einen Kupplungsbetrieb ungünstig und die Übertragungsfähigkeit für Drehmoment ist minimal. Der Anker ist nun frei für einen Überholvorgang, mit einem leichten reibungsbedingten Schleppen an dem freien Ende 92 der Kupplungswindung, bis die Relativgeschwindigkeiten zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle positiv werden. Da die Kupplung 76 kein Drehmoment übertragen kann, bleibt die Feder 74 im Wesentlichen spannungsfrei.
Da die vorliegende Erfindung teilweise die Trägheit aus dem System unter Bedingungen eines Abbremsens des Antriebsriemens wegnimmt, wird die Dauerhaftigkeit des Systems verbessert und eine kleine Verbesserung beim gesamten Brennstoffverbrauch kann erreicht werden. Indem man übermäßige Torsionsschwingungen steuert und das Überholen der Trägheit während Geschwindigkeitsänderungen und dem Herunterfahrens des Motors gestattet, sorgen das nachgiebige Teil und der Einweg-Kupplungsmechanismus gemäß dem vorliegenden Gegenstand für eine verbesserte Haltbarkeit des Systems und Brennstoffökonomie.
Jedes der folgenden Ausführungsbeispiele zeigt andere Lichtmaschinen-Entkoppler, die getrennte Feder- und Kupplungsteile schaffen, die in Reihe miteinander verbunden sind, um eine Drehung zwischen dem Lichtmaschinen-Riemenscheibenteil und der Montagenabe zu übertragen. In jedem Fall können diese Lichtmaschinen-Entkoppler oder Riemenscheibeneinheiten auf der Lichtmaschinenwelle 36 der 1 angeordnet werden, anstelle der Riemenscheibeneinheit 26, die in dieser Figur dargestellt ist.
8A ist eine Querschnittsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Lichtmaschinen-Entkoppler-Riemenscheibenanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. In 8A wird die Lichtmaschinen-Entkoppler-Anordnung im Allgemeinen mit 300 bezeichnet. Die Entkoppler-Anordnung 300 hat ein Hülsenteil 302, das ein Innengewinde 304 aufweist, das es gestattet die Hülse 302 und die gesamte Entkoppler-Anordnung 300 auf dem Ende der Lichtmaschinen-Antriebswelle zu befestigen. Das Hülsenteil 302 ist zur Drehung mit der Lichtmaschinenwelle befestigt.
Ein Poly-V-Riemenscheibenteil 306 ist über der Hülse 302 montiert. Das Riemenscheibenteil 306 hat eine Vielzahl von abwechselnden Rippen und Nuten 308, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie mit den Rippen und Nuten eines Poly-V-Riemens in Eingriff treten. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sechs Nuten vorgesehen für einen Eingriff mit sechs Rippen eines Riemens. Bei einem Riemen mit sechs Rippen und Nuten liegt die bevorzugte Riemenbreite bei etwa 25 mm. In anderen bevorzugten Anordnungen hat der Riemen fünf, sieben oder acht Rippen und demgemäß würde die Riemenscheibe 306 eine entsprechende Anzahl von Nuten aufweisen.
Die Rippen und Nuten 308 sind an einem Bereich 310 des Riemenscheibenteils 306 mit einem relativ verringertem Durchmesser vorgesehen. Das vorstehende oder vordere Ende des Riemenscheibenteils 306 (d. h. das Ende des Riemenscheibenteils, das sich am weitesten von der Lichtmaschine oder dem Motorblock entfernt befindet) hat einen Bereich 312 mit einem vergrößerten Durchmesser, der eine zylindrische Wandung bildet. Ein sich radial nach auswärts erstreckender Wandbereich 314 verbindet den Bereich 312 mit vergrößertem Durchmesser mit dem Bereich 310 mit verengtem Durchmesser.
Ein Lagerteil 316 ist zwischen einer äußeren zylindrischen Oberfläche 318 des Hülsenteils 302 und der zylindrischen inneren Oberfläche 320 des Bereichs 310 mit verringertem Durchmesser des Riemenscheibenteils 306 angeordnet. Während des jeweiligen Überhol-Zustandes gestattet das Lagerteil 316 eine Relativdrehung zwischen der Riemenscheibe 306 und dem Hülsenteil 302.
Das Lager 316 kann einfach eine Lagerbuchse sein, ähnlich der Lagerbuchse 112, die im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Es ist jedoch daran gedacht, dass dort, wo das Lagerteil 316 in Form einer Lagerbuchse vorliegt, ein Pulvermetall oder Polymersubstanzen verwendet werden können, wobei die Polymersubstanz für die meisten Anwendungszwecke bevorzugt ist. Bei Anwendungsfällen, wo ein höherer Grad oder Frequenz von Überholvorgängen begegnet werden muss, kann Pulvermetall bevorzugt sein, da es eine bessere Qualität und bessere Merkmale für ein Hochgeschwindigkeitsdrehen der Riemenscheibe zeigt, und gleichzeitig angepasste Fähigkeiten für kleine Schwingungen der Riemenscheibe zeigt. Pulver zeigt ausgezeichnete Qualitäten für ein Hochgeschwindigkeitsdrehen, wenn es Öl oder Schmierkomponenten in seiner Zusammensetzung enthält, um ein natürlich-schmierendes Lagerteil zu schäffen. Gewöhnlich sind Polymer-Lagerbuchsen bevorzugt, da sie gegen Abrieb über eine lange Zeitdauer einer Oszillation beständig sind.
Alternativ ist es möglich, dass das Tragteil 316 in Form eines Nadellagers vorliegt. Ein konventionelles Nadellager mit einem inneren und einem äußeren Laufring kann verwendet werden. Alternativ kann die Hülse 302 einen inneren Laufring aufweisen, der in ihre äußere Oberfläche 318 eingearbeitet oder auf andere Weise dort ausgebildet ist, so dass das Nadellagerteil einfach nur ein Nadelteil und einen äußeren Laufring enthält, der über die Hülse 302 angepasst ist.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 8A ist der Bereich 312 mit vergrößertem Durchmesser an seinem vorderen Ende durch ein ringförmiges Scheibenteil 321 abgeschlossen, das an seinem äußeren Umfang zur Kante des Bereichs 312 mit vergrößertem Durchmesser befestigt ist, und das an seiner Innenkante an der äußeren Oberfläche 318 des Hülsenteils 302 befestigt ist. Das Scheibenteil 321 wirkt mit dem Bereich 312 mit vergrößertem Durchmesser zusammen, um ein Gehäuse für ein nachgiebiges Teil und einen damit verbundenen Einweg-Kupplungsmechanismus, im Allgemeinen mit 322 bezeichnet, zu definieren.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das nachgiebige Teil und der verbundene Einweg-Kupplungsmechanismus 322 ein nachgiebiges Teil in Form einer Druck-Gummifeder-Struktur 324. Wie aus 8B ersichtlich, umfasst die Gummifeder-Struktur 324 eine Vielzahl von sich radial erstreckenden, speichenähnlichen Teilen 326. Die Federteile 326 sind an einer Nabenstruktur, die insgesamt mit 328 bezeichnet ist, fest montiert. Die Nabenstruktur 328 ist aus einem Metallmaterial, wie beispielsweise Stahl, gefertigt und ist mit ihrer inneren Oberfläche starr fixiert am Äußeren der Metallhülse 302. Die Nabenstruktur 328 kann mit dem Hülsenteil 302 in jeder herkömmlichen Weise verbunden sein, wie beispielsweise durch einen Presssitz oder durch Schweißen.
Die Nabenstruktur 328 hat einen Bereich 330 mit einem im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt, und eine Vielzahl von einstückig angeformten Montagebereichen 332, die zusammen eine Ausbildung mit einem im Wesentlichen quadratischen Umfangsquerschnitt bilden. Die flachen Umfangsoberflächen 333, die die quadratische Querschnittsausbildung definieren, dienen als Montageflächen für die radial inneren Bereiche der Federteile 326. Die Federteile 326 können an den flachen Oberflächen 333 der Montagebereiche 332 in irgendeiner bekannten Weise befestigt sein, wie beispielsweise anvulkanisiert werden. Wenn ein Riemenscheibenteil in Antriebsrichtung (siehe Pfeil in 8B) durch einen zugeordneten Riemen gedreht wird, werden die Federteile nach innen auf die Montageoberflächen 333 der Nabenstruktur 328 zusammengepresst und drehen die Nabenstruktur, die wiederum die Hülse 302 und die Generatorwelle in Bewegung setzt.
Die radial äußeren oder Umfangsflächen der Federteile 326 sind vulkanisiert oder in anderer Weise befestigt an einer ringförmigen Trägerplatte 334, die aus einem metallischen Material, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, hergestellt ist. Zwischen der Trägerplatte 334 und der zylindrischen Innenoberfläche des Bereichs 312 mit vergrößertem Durchmesser ist eine Kupplungseinheit 336 montiert. Bevorzugt ist die Kupplungseinheit 336 von derjenigen Art, wie sie in der US-Patentanmeldung Nr. 08/817 799 offenbart ist. Zusätzlich enthält bevorzugt die Trägerplatte 334 gemäß der vorliegenden Erfindung ein ringförmiges Band, das ähnlich dem Band ist, das die Umfangsfläche der Trägerplatte umfasst, die in der oben beschriebenen Anmeldung Nr. 08/817 799 offenbart ist.
Wie die 19, 20 und 21 zeigen, umfasst die Kupplungseinheit 336 einen einfachen Bandbereich 342, der mit zwei parallelen Bändern 344 und 346 verbunden ist. Die Bänder 344 und 346 sind miteinander durch eine Brücke 348 verbunden, um die Bänder 344 und 346 zu stabilisieren. Die Bänder 344 und 346 haben weiterhin Laschen 350, um das Band auf der in Umfangsrichtung äußeren Oberfläche der Trägerplatte 334 zu zentrieren.
Wie man der oben genannten Anmeldung Nr. 08/817 799 entnehmen kann, hat die in Umfangsrichtung äußere Oberfläche der Trägerplatte 334 einen Umfangsschlitz zum Aufnehmen einer Endlasche 352, die am Ende eines einfachen Bandbereichs 342 angeordnet ist und sich radial einwärts erstreckt. Das Band 342 ist über die Brücke 348 gewickelt, wie dies in den Figuren zu sehen ist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die-Kupplungseinheit 336 aus Federstahl hergestellt ist und eine äußere Oberfläche 357 aufweist, die aus einem Reibungsmaterial gefertigt ist, ebenso wie in den ersten beiden Ausführungsbeispielen. Auf diese Weise wird ein freies Ende 360 des einfachen Bandbereichs 342 in einer radial einwärts gerichteten Belastungsrichtung für einen Reibeingriff mit der inneren zylindrischen Oberfläche des Bereichs 312 mit vergrößertem Durchmesser vorbelastet. Wenn das Riemenscheibenteil 306 durch den Riemen gedreht wird, wird die Riemenscheibe 306 in Antriebsrichtung gedreht, wie durch den Pfeil in 19 gezeigt. Eine Drehung des Riemenscheibenteils 306 in dieser Richtung bewirkt, dass die zylindrische Innenoberfläche des Bereichs 312 mit vergrößertem Durchmesser unmittelbar in Reibeingriff mit dem freien Ende 360 der Kupplungseinheit 336 kommt. Die Kupplungseinheit 336 ist dann "selbstbetätigend", da zunehmend größere Bereiche davon die zylindrische Innenoberfläche des vergrößerten Bereichs 312 reibend beaufschlagen, bis die gesamte äußere Reibmaterialoberfläche 357, einschließlich der parallelen Bandbereiche 334, 336 in Reibeingriff steht. Die Bänder 344 und 346 sind mit einer äußeren Umfangsfläche der Trägerplatte 334 unter Verwendung von Nieten 355 verbunden. Andere geeignete Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben und Bolzen, können ebenfalls verwendet werden.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel, und wie in der erwähnten Anmeldung Nr. 08/817 799 offenbart, muss die Kupplungseinheit 336 nicht das radial nach außen beaufschlagte Federmaterial enthalten, damit das freie Ende 360 in Reibeingriff vorbelastet wird. Statt dessen kann eine Feder (wie beispielsweise eine Wickelfeder) mit dem freien Ende 360 (d. h. zwischen dem freien Ende der Trägerplatte) verbunden sein, um das freie Ende in einen Vorbelastungszustand gegen die innere Oberfläche des Bereichs 312 mit vergrößertem Durchmesser zu belasten. Indem man die Kupplungseinheit mit der Vorbelastungsfeder beaufschlagt, wie in den vorstehenden Ausführungsbeispielen, gleiten die Bänder 342, 344 und 346 bei einer Bewegung relativ zur inneren Oberfläche des Bereichs 312 in einer Richtung, und kommen in Reibeingriff mit dieser Oberfläche beim Gleiten in die Gegenrichtung. Auf diese Weise überträgt die Einwegkupplung ein Drehmoment vom Riemenscheibenteil 312 zur Lichtmaschine während des Riemenantriebszustandes, wird jedoch relativ zur Riemenscheibe in der Überholrichtung gleiten.
In 9A ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines Lichtmaschinen-Entkopplers gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Identische Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, wie sie in den 8A und 8B gezeigt sind. Der Hauptunterschied zwischen der in 9A gezeigten Anordnung im Vergleich mit derjenigen der 8A, ist die Verwendung eines Scher-Gummifederteils 370 anstelle der Druck-Gummifeder-Struktur 324. Die Scher-Gummifeder 370 ist mit ihrer radial inneren, ringförmigen Oberfläche 374 an einem äußeren Umfang eines ringförmigen Hülsenteils 370 anvulkanisiert oder anderweitig befestigt, das wiederum an der äußeren zylindrischen Oberfläche der Hülse 302 befestigt ist.
Eine Außenfläche 376 der Scherfeder 370 ist an der Trägerplatte 334 anvulkanisiert oder anderweitig befestigt, die identisch mit der Trägerplatte ist, die anhand der Ausführungsbeispiele der 8A und 8B diskutiert wurde.
Im Ruhezustand wird die Gummischerfeder 370 zwischen dem inneren Hülsenteil 372 und der äußeren Trägerplatte 334 komprimiert.
Eine Kupplungsfedereinheit 336, wie oben diskutiert, ist an der Trägerplatte 334 befestigt und ist konstruiert und angeordnet, um einen Reibeingriff mit der inneren zylindrischen Oberfläche des Bereichs 312 mit vergrößertem Durchmesser zu bewirken. Eine angetriebene Drehung der Riemenscheibe 306 wird durch die Kupplungseinheit 336 und die Scherfeder 370 über das Hülsenteil 302 auf die Generatorwelle übertragen.
In den 10A und 10B ist ein fünftes Ausführungsbeispiel gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung gezeigt. In den 10A und 10B wird eine Vielzahl von Druck-Block-Gummifedern 386, 388 als nachgiebiges Teil verwendet, das die Einwegkupplung 336 mit der inneren Hülse 302 und demzufolge der Generatorwelle verbindet. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Trägerplatte 378 im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel der Trägerplatte in den 8A, 8B, 9A und 9B modifiziert. Insbesondere fügt zu oder enthält die Trägerplatte 378 eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten Umfangspositionen von der radial inneren Oberfläche des Umfangs der Trägerplatte sich radial einwärts erstreckender Vorsprüngen 380. Die Trägerplatte 378 und ihre Vorsprünge 380 werden bevorzugt aus Stahl einstückig hergestellt.
Mit der Hülse 302 fest montiert ist ein ringförmiges Nabenteil 382. Eine Vielzahl von radial auswärts weisenden Vorsprüngen 384 erstrecken sich von gleichmäßig beabstan- deten Umfangspositionen an der äußeren Oberfläche des Nabenteils 382. Bevorzugt sind die Vorsprünge 384 aus Stahl und einstückig mit dem Nabenteil 382 ausgebildet, obwohl sie getrennt vorgesehen und am Nabenteil 382 befestigt sein können.
Die Vorsprünge 380, die sich von der Trägerplatte 378 erstrecken, und die Vorsprünge 384, die sich vom Nabenteil 382 erstrecken, sind in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet. Eine Vielzahl von Druck-Block-Kupplungs-Antriebsfedern 386 sind zwischen den Vorsprüngen 380 und den Vorsprüngen 384 vorgesehen, wenn in 10B, sich bewegend von den Vorsprüngen 380 zu den Vorsprüngen 384 im Uhrzeigersinn betrachtet. In 10B wird das Riemenscheibenteil 306 und demzufolge sein Bereich 312 mit vergrößertem Durchmesser durch den Riemen im Uhrzeigersinn angetrieben. Die Kupplungseinheit 336 überträgt die Drehung vom Bereich 312 mit vergrößertem Durchmesser auf die Trägerplatte und demzufolge ihre Vorsprünge 380. Die Drehbewegung im Uhrzeigersinn wird durch die Antriebsfedern 386 auf die Vorsprünge 384 aufgebracht, die sich vom Nabenteil 382 erstrecken. Es kann deshalb festgestellt werden, dass die Drehung im Uhrzeigersinn des Riemenscheibenteils 306 über die Hülse 302 und die Generatorwelle, die fest damit verbunden ist, aufgebracht wird. Im dargestellten Zustand befinden sich die Antriebsfedern 386 in einem komprimierten Zustand zwischen den Vorsprüngen 380 und 384.
Sich erstreckend von den Vorsprüngen 384 zu den Vorsprüngen 380 im Uhrzeigersinn sind eine Vielzahl von Überhol-Druck-Federteilen 388 gezeigt. Diese Federteile 388 sind in 10B in entspanntem Zustand gezeigt, werden jedoch in Umfangsrichtung während des Überholzustandes komprimiert, wenn die Generatorwelle schneller als das Riemenscheibenteil 306 dreht und die Kupplung relativ zum Bereich 312 mit vergrößertem Durchmesser gleitet.
Die Federteile 386 und 388 müssen nicht an den Vorsprüngen 380 und 384 an deren gegenüberliegenden Seiten befestigt sein, wobei eine Befestigung deren Gummifedern an den Vorsprüngen bevorzugt ist.
In den 11A und 11B ist ein sechstes Ausführungsbeispiel gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das in den 11A und 11B gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den in den 8A, 8B, 9A und 9B gezeigten Ausführungsbeispielen primär darin, dass anstelle der Gummifedern eine flache Torsionsdrahtfeder 390 verwendet ist. Die Feder 390 ist spiralig um die ringförmige Nabe 392 gewickelt. Ein radial inneres Ende 394 der Fe der 390 ist in irgendeiner herkömmlichen Weise an der Nabe 392 befestigt. Die Nabe 392 ist mit ihrer radial inneren, zylindrischen Oberfläche an der Hülse 302 befestigt.
Der radial äußere Endbereich 396 der Feder 390 ist an der Trägerplatte 334 befestigt, die oben bezüglich der 8A–9B diskutiert ist. Der Endbereich 396 kann durch Nieten, Schweißen usw. an der Trägerplatte 334 befestigt sein. Die Trägerplatte 334 und die Kupplungseinheit 336 wirken wie oben erläutert.
In den 12A und 12B ist ein siebentes Ausführungsbeispiel gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen gleich dem Ausführungsbeispiel der 11A und 11B, außer im Hinblick auf die Verwendung einer Doppel-Torsions-Flachdraht-Federeinheit 400, die die einfache Flachdraht-Feder 390 ersetzt. Die zentrale Nabe 402 ist um die Hülse 302 befestigt, wie oben bezüglich der 11A und 11B bemerkt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Federeinheit 400 jedoch ein erstes, spiralig gewickeltes, Flachdraht-Federteil 404 und ein zweites, spiralig gewickeltes, Flachdraht-Federteil 406. Das erste Federteil 404 ist mit seinem radial inneren Ende 408 am Nabenteil 402 befestigt, während das zweite Federteil 406 ein radial inneres Ende 410 aufweist, das am Nabenteil 402 befestigt ist. Die befestigten Enden 408 und 410 sind an in Umfangsrichtung beabstandeten Stellen unter etwa 180° voneinander beabstandet verbunden, wie gezeigt.
Ein radial äußeres Ende 412 der ersten Feder 404 ist (beispielsweise durch Nieten) an der radial inneren Oberfläche der Trägerplatte 334 befestigt. In gleicher Weise ist das radial äußere Ende 414 des zweiten Federteils 406 an der radial inneren Oberfläche der Trägerplatte 304 in irgendeiner bekannten Weise befestigt. Die verbundenen Enden 412 und 414 der jeweiligen Federteile 404 und 406 sind mit der radial inneren Oberfläche der Trägerplatte 334 an in Umfangsrichtung beabstandeten Stellen verbunden, etwa 180° entfernt voneinander.
Ein Vorteil bezüglich des Ausführungsbeispiels der 12A und 12B ist es, dass die beiden gegenüberliegenden Federn 404, 406 für einen selbstausgleichenden Effekt sorgen, der dazu tendiert, die unvermeidliche mangelnde Balance aller einteiligen Metallfederkonstruktionen zu eliminieren.
In den 13A und 13B ist ein dreizehntes Ausführungsbeispiel gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen gleich dem Ausführungsbeispiel der 11A und 11B, außer dass eine Torsionsdrahtfeder mit einer Ausbildung mit einem kreisförmigen Querschnitt anstelle der flachen Feder 390 verwendet wird. Die insgesamt mit 418 bezeichnete Drahtfeder ist mit ihrem radial inneren Ende 420 an der zentralen Nabe 422 befestigt. Die zentrale Nabe 422 wiederum ist um die zentrale Hülse 302 befestigt.
Das in den 13A und 13B gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich ebenfalls darin, dass der radial äußere Endbereich 423 der nachgiebigen Feder 418 mit der Trägerplatte 334 durch eine Bördelverbindung 424 befestigt ist, der ähnlich der Verbindung 78 ist, die bezüglich des ersten offenbarten Ausführungsbeispiels diskutiert wurde. Während ein Verschweißen dieses äußeren Endes 423 mit der Trägerplatte 334 möglich ist, ist es bevorzugt, die Bördelverbindung 424 zu verwenden, um ähnliche Vorteile wie diejenigen der Verbindung 78 zu erhalten. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass der äußere Endbereich 423 mit dem abgeflachten Bereich 82 versehen ist, und dass die Trägerplatte vergrößerte Bördelbereiche 89 aufweist, wie dies aus 4 zu ersehen ist.
Die in den 8–13 gezeigten Ausführungsbeispiele sind vorteilhaft, da die Verwendung des Bereichs 312 mit vergrößertem Durchmesser einen größeren Radius für die Kupplungseinheit 336 gestattet, relativ zum Durchmesser des mit dem Riemen in Eingriff stehenden Bereichs oder verringertem Durchmesserbereichs 310 des Riemenscheibenteils 306. Da die Kupplungseinheit 336 mit einem größeren Radius versehen ist, sind weniger Windungen oder Umschlingungen der Kupplung notwendig, um die innere Oberfläche des Bereichs 312 reibend zu beaufschlagen und zu ergreifen, um mit dem gleichen Anteil an Generatorwellen-Drehmoment anzutreiben, verglichen mit dem Anteil der Windungen oder Wicklungen, die für eine Kupplung mit einem geringeren Radius erforderlich sind. Wenn weniger Windungen oder Wicklungen der Kupplung erforderlich sind, kann die Herstellung der Einheit einfacher gemacht werden.
In 14 ist ein neuntes Ausführungsbeispiel gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung gezeigt. In 14 enthält der Lichtmaschinen-Entkoppler, insgesamt mit 430 bezeichnet, ein Riemenscheibenteil 432 mit einer Vielzahl von Nuten 434 zum Aufnehmen der Rippen eines Poly-V-Riemens.
Der Entkoppler 430 enthält ferner ein Lagerteil 436 und ein Montagehülsenteil 438, um den Entkoppler am Ende einer Lichtmaschinenwelle zu montieren. Das Lager 436 hat einen zylindrischen Hülsenbereich 440, der konzentrisch um die Montagehülse 438 angeordnet ist. Der Hülsenbereich 440 hat eine zylindrische Innenoberfläche 442, und die Montagehülse 438 hat eine zylindrische Außenoberfläche 444. Eine Nadellagereinheit 446 ist zwischen der inneren Oberfläche 442 des Lagerzapfens 436 und der Außenoberfläche 444 der Montagehülse 438 angeordnet. Die Nadellagereinheit 446 montiert den Lagerzapfen 436 zur Drehung relativ zur Montagehülse 438.
Der Lagerzapfen 436 enthält ferner einen sich radial erstreckenden Wandbereich 448, der sich vom Vorderende (weg vom Motorblock und der Lichtmaschine) des Hülsenbereichs 440 radial auswärts erstreckt. Der Lagerzapfen 436 enthält ferner einen zylindrischen Flanschbereich 450, der sich vom Wandbereich 448 in einer Axialrichtung in Richtung auf den Motorblock erstreckt, von dem sich die Generatorwelle erstreckt. Der Flansch 450 ist im Wesentlichen konzentrisch bezüglich des zylindrischen Hülsenbereichs 440 angeordnet.
Das Riemenscheibenteil 432 hat einen Flanschbereich 452 an seinem vorderen Ende, wie gezeigt. Eine äußere zylindrische Oberfläche des Flanschbereichs 452 steht im Reibeingriff mit der zylindrischen Innenoberfläche des Flansch 450 des Lagers, um dazwischen eine feste Verbindung zu bilden. Als Alternative zu einer einfachen Reib- oder Presssitzverbindung, kann der Flansch 452 des Riemenscheibenteils 432 auf andere Weise befestigt werden, wie beispielsweise am Flansch 450 des Lagerzapfens 436 angeschweißt sein.
Ein geeignetes Dichtteil 454, wie beispielsweise eine Nylonringdichtung ist vorgesehen zwischen dem Hülsenbereich 440 des Lagerzapfens 436 und der äußeren Oberfläche 444 der Montagehülse 438, an einer Position geringfügig beabstandet vom Nadellager 446 in Richtung auf das vordere Ende des Entkopplers 430. Die Dichtung 454 schafft eine Dichtung mit niedriger Reibung zwischen den Oberflächen 442 und 444 und verhindert, dass Fremdteile das Nadellager 446 kontaminieren. Eine ähnliche Dichtung 456 ist zwischen einer sich radial einwärts erstreckenden Wand 458 des Riemenscheiben teils 452 und einer sich radial auswärts erstreckenden Wand 460 der Montagehülse 438 vorgesehen.
Eine Einheit aus einem nachgiebigen Teil und einer Einwegkupplung ist insgesamt mit 462 bezeichnet. Die Einheit 462 enthält ein nachgiebiges Teil in Form einer Torsionsdrahtfeder 464, deren Windungen eine kreisförmige Querschnittsausbildung zeigt. Die Einheit 462 enthält ferner einen Einweg-Kupplungsmechanismus 466 aus einer ähnlichen Materialkonstruktion wie das Kupplungselement 76 des ersten Ausführungsbeispiels. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Einwegkupplung 466 ein Stahlband enthält, das aus einem Federmaterial gefertigt ist, und ein Reibungsmaterial, das an seiner radial äußeren Oberfläche befestigt ist. Das Reibungsmaterial der Einwegkupplung 466 ist so ausgebildet und angeordnet, dass es mit der zylindrischen Innenoberfläche 468 des Riemenscheibenteils 432 in Reibeingriff steht.
Das Federteil 464 ist mit dem Einweg-Kupplungsteil 466 an einer dazwischen angeordneten, ringförmigen Verbindung 470 verbunden. Insbesondere hat die Einwegkupplung 466 eine Windung 472 mit vergrößerter Breite an einer axial gesehen vordersten Stelle der Kupplung 466. Die vorderste Windung 474 der Feder 464 hat einen ausgedehnten Durchmesser verglichen mit den anderen Federwindungen, und ist ausgebildet und angeordnet, so dass ihre radial äußerste Umfangsfläche in einem ringförmigen Reibeingriff mit der inneren Oberfläche der Windung 472 der vergrößerten Breite der Einwegkupplung angeordnet ist. Die Windung 474 der Feder ist in einer radial auswärts expandierten Weise zum Eingriff mit der Windung 472 der Kupplung belastet. Bevorzugt hat die Windung vergrößerter Breite der Einwegkupplung 464 einen darin ausgebildeten Kanal 476 zum Aufnehmen der Umfangsfläche der Federwindung 474, um den oben beschriebenen Reibeingriff zu bewirken, wobei dieser Reibeingriff eine feste, nicht gleitfähige Verbindung zwischen der Feder 464 und der Einwegkupplung 476 schafft. Diese Verbindung kann durch eine Schweißung oder andere mechanische Verriegelungen oder gebördelten Ausgestaltungen verbessert werden. Da jedoch der Reibeingriff zwischen der Windung 474 und dem Kanal 476 sich im Wesentlichen entlang der gesamten Umfangsfläche der Windung 474 erstreckt, und da die Windung 474 einen expandierten Durchmesser aufweist, ist der Reibeingriff zwischen der Feder und der Kupplung ausreichend, um eine feste Verbindung aufrechtzuerhalten.
Das gegenüberliegende Ende der Feder 464 endet in einer ringförmigen, hintersten Windung 478, die eine feste Verbindung zwischen der Feder 464 und der Montagehülse 438 schafft. Insbesondere hat die Hülse 438 einen ringförmigen Kanal 480, der in ihrer äußeren Oberfläche ausgebildet ist. Der Kanal 480 ist so ausgebildet und angeordnet, dass er mit der inneren ringförmigen Oberfläche der Windung 478 in Reibeingriff steht. Die Windung 478 ist radial einwärts belastet, um fest mit dem Kanal 480 in Reibeingriff zu kommen und um einen Reib- und Mitnahme-Verriegelungs-Zustand zwischen der Hülse 438 und der Feder 464 zu erzeugen.
Es ist aus 14 zu sehen, dass die dargestellte Montagehülse 438 zweiteilig konstruiert ist, und einen axial vordersten Bereich 439, mit einem Innengewinde zum Aufnehmen des Endes der Generatorwelle, und einen axial hintersten Bereich 441 enthält, um mit dem ringförmigen Flansch der Welle in Eingriff zu treten. Zieht man den Lichtmaschinen-Entkoppler 430 am Ende der Welle fest, bewirkt man, dass der Hülsenbereich 439 eine axiale Kraft auf dem Hülsenbereich 441 ausübt, um den Hülsenbereich 441 zwischen dem Wellenflansch und der benachbarten, ringförmigen Endfläche des Bereichs 439 zwischen zu legen. Es ist klar, dass in einer abweichenden Konstruktion daran gedacht werden kann, dass die Montagehülse 438 ein integral ausgebildetes, einstückiges Teil statt der gezeigten zweiteiligen Konstruktion aufweisen kann.
Da ein Nadellager 446 in der in 14 gezeigten Konstruktion verwendet wird, ist zusätzlicher axialer Raum verfügbar für die Feder 464, verglichen mit den Ausführungsformen in den 2 und 7. Da insbesondere das Nadellager 446 so ausgebildet sein kann, dass es eine kleine Querschnittsausbildung und einen kleinen äußeren Durchmesser aufweist, kann die Feder 464 in umgebender Beziehung bezüglich des Lagers 446 angeordnet werden, ohne den Gesamtdurchmesser des Entkopplers stark zu vergrößern. Da das Nadellager sich nicht mit den sich axial erstreckenden Wicklungen der Wendelfeder 464 überschneidet, kann die Feder mit mehr Wicklungen innerhalb eines Entkopplers mit gleicher axialer Abmessung versehen werden, im Vergleich mit jenem, wie er in den 2 und 7 gezeigt ist. Da mehr Wicklungen vorgesehen werden können, kann die gesamte vordere Endwicklung 474 dazu bestimmt werden, die Verbindung mit dem Einweg-Kupplungsteil 466 vorzunehmen, so dass eine festere Verbindung von der Feder zur Kupplung möglich wird. Zusätzlich ist die Feder selbst fester, da die Feder (mehr Wicklungen) größer gemacht werden kann.
15 zeigt ein zehntes Ausführungsbeispiel eines Lichtmaschinen-Entkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Das in 15 gezeigte Ausführungsbeispiel ist identisch mit dem in 2 gezeigten, außer der Verwendung eines Drahtfederteils 490, das Wicklungen mit einem rechteckigen Querschnitt hat, anstelle des Wendelfederteils 74, das Wicklungen mit einem kreisförmigen Querschnitt aufweist.
In gleicher Weise ist die 16 identisch in der Ausbildung wie die Entkopplereinheit gemäß 7, mit der Ausnahme, dass eine rechtwinklige Drahtfeder 492 die Federeinheit 274 ersetzt.
17 ist ein zwölftes Ausführungsbeispiel des Entkupplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Paar Nadellager 494 und 496 zwischen der äußeren Oberfläche einer Montagehülse 498 und einer inneren Oberfläche 500 des Riemenscheibenteils 502 verwendet. Das Nadellager 494 befindet sich am axialen Vorderende der Entkupplereinheit und das Nadellagers 496 befindet sich am axialen, rückwärtigen Ende der Lagereinheit.
Die 18A und 18B zeigen ein dreizehntes Ausführungsbeispiel eines Lichtmaschinen-Entkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Die Ausgestaltung gemäß 18A ist im Wesentlichen identisch zu der in 9A gezeigten. Die 18A unterscheidet sich im Wesentlichen von 9A dadurch, dass eine Kugellagereinheit 494 anstelle des Lagerteils 316 verwendet wird. Die Kugellagereinheit ist im Wesentlichen unter dem Bereich 310 mit verringertem Durchmesser des Riemenscheibenteils 306 zentriert, so dass der Riemen, der mit dem Bereich 310 mit verringertem Durchmesser in Eingriff kommt, auf der Kugellagereinheit 494 axial ausbalanciert ist.
Wie gezeigt, ist die Montagehülse 496 zum Montieren des Entkupplers auf einer Lichtmaschinenwelle bevorzugt zweiteilig ausgebildet, und enthält ein vorderes Hülsenteil 498 und ein rückwärtiges Hülsenteil 500, wobei die Kugellagereinheit dazwischen angeordnet ist. Die Kugellagereinheit 494 hat einen inneren Laufring 502, der so konstruiert und angeordnet ist, dass er im Presssitz in festem, nicht gleitendem Eingriff auf der Lichtmaschinenwelle angeordnet ist, die durch die Montagehülse 496 aufgenommen ist. Die Montagehülse 494 ist mit einem abgeschrägten Bereich 504 benachbart der Kugel lagereinheit 494 versehen, wie in 18B zu sehen. Der abgeschrägte Bereich hat einen ersten Oberflächenbereich 506, der im Wesentlichen rechtwinklig zur Achse der Wellendrehung angeordnet ist. Zusätzlich enthält der abgeschrägte Bereich 504 eine Winkeloberfläche 508, die einen Winkel bezüglich der Oberfläche 506 bildet. Der Winkel zwischen den Oberflächen 506 und 508 liegt bevorzugt zwischen etwa 145° und 155°. Die Oberflächen 506 und 508 dienen dazu, die Hülse 496 genau auf einer zugeordneten Lichtmaschinenwelle zu montieren. Wenn die Montagehülse 498 auf der Lichtmaschinenwelle festgezogen wird, zentriert insbesondere die Winkelfläche 508 die Hülse 498 bezüglich der Wellenachse. Ein kontinuierliches Festziehen der Hülse 498 auf der Welle bewirkt, dass die Oberfläche 506 flächig gegen die Seitenfläche des inneren Laufrings 502 anliegend wird.
22 ist eine Querschnittsdarstellung und 23 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines vierzehnten Ausführungsbeispiels eines überholenden Lichtmaschinen-Entkopplers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Der Lichtmaschinen-Entkoppler, insgesamt mit 600 bezeichnet, enthält ein im Wesentlichen zylindrisches Riemenscheibenteil 606 aus Stahl mit Poly-V-Nuten 607. Das Riemenscheibenteil 606 ist so konstruiert und angeordnet, um mit dem Poly-V-Riemen 20 eines Serpentin-Antriebssystems 18 in Eingriff zu treten, das in 1 dargestellt ist, um Antriebskraft daraus abzuziehen und um als Teil des Entkopplers 600 zu wirken, der diese Kraft auf die Lichtmaschinenwelle 36 überträgt, auf der der Lichtmaschinen-Entkoppler 600 montiert ist.
Der Lichtmaschinen-Entkoppler 600 ist auf dem Ende der Lichtmaschinenwelle 36 über eine Nabenstruktur 608 montiert. Die Nabenstruktur 608 ist als im Wesentlichen zylindrischer Wandbereich 609 ausgebildet, dessen innere Oberfläche mit Gewinde 610 versehen ist, damit die Nabenstruktur 608 in ein Gegengewinde am Endbereich der Lichtmaschinenwelle 36 aufgeschraubt werden kann. In Richtung auf das Vorderende der Nabenstruktur 608 ist die Innenoberfläche mit einer Vielzahl von Flachstellen versehen, die sich um den Umfang erstrecken, um einen Sockel 612 zum Aufnehmen eines Werkzeuges zu bilden, der in einem Sockel vorgesehen ist, in dem ein Werkzeug verwendet werden kann, um die Nabenstruktur 608 um die Drehachse zu drehen und dadurch die Nabenstruktur 608 auf dem Ende der Lichtmaschinenwelle 36 aufschraubend zu befestigen.
Der im Allgemeinen zylindrische Wandbereich 609 der Nabenstruktur 608 weist einen sich radial auswärts erstreckenden, einstückig ausgebildeten, ringförmigen Flanschbereich 612 auf. Der Flanschbereich 612 hat eine nach vom weisende ringförmige Oberfläche 614, in der eine Nut 616 ausgeformt ist. Die Nut 616 ist in ihrer Querschnittsform gekrümmt und erstreckt sich nur teilweise um die Umfangserstreckung der ringförmigen Oberfläche 614. Die Nut 616 endet abrupt an einem Anschlagende oder einer rechtwinkligen Wand 618, wie am besten in 23 zu sehen. Die Nut 616 wird tiefer je weiter sie sich in Richtung auf den Endanschlag 618 erstreckt, wo sie abrupt an der rechtwinkligen Wand 618 endet. Die Anschlags- oder Endwand 618 dient als Anschlag oder Tragfläche für ein Ende 620 einer Wendelfeder 622 aus Federstahl. Die Windungen der Wendelfeder 622 sind in beabstandeter, umgebender Beziehung zur äußeren Oberfläche des zylindrischen Bereichs 609 der Nabenstruktur 608 angeordnet. Ein gegenüberliegendes Ende 624 der Wendelfeder 622 steht in Eingriff mit einer rechtwinkligen Wand oder einem Endanschlag 628, der in einer Kunststoff-(bevorzugt auf Nylonbasis)trägerverbindungsstruktur 630 ausgebildet ist.
Insbesondere enthält die Trägerverbindungsstruktur 630 einen Hauptgehäusebereich 632 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Ausbildung, und eine ringförmige Ringstruktur 634, die am vorderen Ende des zylindrischen Gehäusebereichs 632 ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Verbindungsstruktur 630 einstückig durch Kunststoffspritzgießen zu einer einteiligen Struktur geformt, die den Hauptkörperbereich 632 und den Ringbereich 634 umfasst.
24 ist eine Draufsicht nahe dem Ende der Trägerverbindungsstruktur 630 (d. h. wie sie dem Motorblock zugewandt wäre). Eine ringförmige Oberfläche 636 der Ringstruktur 634 weist in einer axialen Richtung auf den Motorblock. Ein radial innerer Bereich der Oberfläche 636 innerhalb des Umfangs, der durch den zylindrischen Hauptkörperbereich 632 definiert ist, ist mit einer gekrümmten Nut 638 von ähnlicher Ausbildung wie die vorstehend beschriebene Nut 616 versehen. Der oben erwähnte Endanschlag oder die rechtwinklige Wand 628 bildet das Ende der Nut 638 am tiefsten Bereich der Nut 638. Die Endanschläge oder Wände 628 und 618 schaffen einen ausreichenden Oberflächenbereich für einen angemessenen Eingriff für die gegenüberliegenden Enden 620 und 624 der Feder 622, um zu gestatten, dass der Verbindungsträger 630 drehend das Ende 624 der Feder 622 um die Drehachse des Entkupplers 600 drückt, und um zu gestatten, dass das Ende 620 der Feder 622 die Nabe 608 drehend um die Drehachse drückt.
Die Ringstruktur 634 hat einen Schlitz 640, der sich durch die Dicke der Ringstruktur 634 in Axialrichtung erstreckt. Der Schlitz 640 hat einen im Wesentlichen spiraligen Bereich 642, der sich von dem äußeren Umfang der Ringstruktur 634 in einer sich in Umfangsrichtung und radial einwärts erstreckenden Richtung erstreckt. Der Schlitz 640 enthält ferner einen sich radial erstreckenden Bereich 644, der sich von dem radial innersten Bereich des spiraligen Bereichs 642 radial auswärts erstreckt und eine Länge von etwa einem Drittel der radialen Erstreckung der Ringstruktur 634 aufweist. Im Allgemeinen bildet der Schnitt der Nutbereiche 644 und 642 einen rechten Winkel. In den Figuren ist zu sehen, dass die Richtung der Nut 640, betrachtet wenn sie sich von dem äußeren Umfang der Ringstruktur 634 in Umfangsrichtung und radial einwärts erstreckt, sich in Umfangsrichtung erstreckt, die entgegengesetzt der Richtung ist, in der die Nut 638 tiefer wird, wenn sie sich der Endanschlagswand 628 nähert.
Befindet sich der Entkuppler 600 in Ruhe, ist die Feder 622 in einer beabstandeten Beziehung zwischen einer inneren Zylinderfläche 633 des zylindrischen Bereichs 632 des Trägers 630 und einer äußeren Zylinderfläche 611 des Wandbereichs 609 angeordnet.
Der Schlitz 640 in der Ringstruktur 634 ist so konstruiert und angeordnet, dass er eine Verbindung mit einem Ende einer Schlingfeder-Kupplungsstruktur 652 und insbesondere ein gebogenes oder mit Laschen versehenes Ende 650 der Schlingfeder-Kupplungsstruktur 652 bildet. Das Ende 650 der Schlingfederkupplung 652 ist rechtwinklig abgebogen, so dass der abgewinkelte oder mit Laschen versehene Bereich 654 im radial sich erstreckenden Bereich 644 der Nut 640 aufgenommen werden kann. Die unmittelbar benachbarten Bereiche 656 der Kupplung 652 erstrecken sich dann durch die Spiralbereiche 642 der Nut 640. Während das Verbindungsende 650 der Schlingfederkupplung 652 radial einwärts relativ zum Hauptgehäusebereich 632 des Verbindungsträgers 630 angeordnet ist, ist die Schlingfederkupplung 652, nachdem sie die Nut 640 verlässt, in einer im Allgemeinen umgebenden Beziehung bezüglich des Hauptgehäusebereichs 632 angeordnet.
Das Riemenscheibenteil 606 hat eine innere zylindrische Oberfläche 660, deren vorn angeordnete Bereiche in Oberflächeneingriff mit einer radial einwärts weisenden, zylindrischen Fläche 662 der Ringstruktur 634 stehen. Wie in der Querschnittsdarstellung der 22 gezeigt, ist der Hauptteil der Schlingfeder-Kupplungseinheit 652 im Inneren eines Zwischenraums 666 zwischen der inneren zylindrischen Fläche 660 des Riemenscheibenteils 606 und der äußeren Oberfläche des zylindrischen Bereichs 632 der Trägerverbindungsstruktur 630 angeordnet.
Die Schlingfederkupplung 652 umfasst ein nachgiebiges Federstahlmaterial 668 an ihrem radial inneren Bereich und ein Reibmaterial 670, das an der radial äußeren Oberfläche des Federstahls 668 angebunden ist, wie im Einzelnen anhand der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele der 2–7 beschrieben.
Ebenfalls wie bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen, hat die Kupplung 652 in ihrem freien Zustand (d. h. wie in der auseinandergezogenen Darstellung der 23 gezeigt) einen Durchmesser, der größer als der Durchmesser ist, wie er durch die innere Oberfläche 660 des Riemenscheibenteils 606 definiert ist. Wenn demzufolge der Entkuppler 600 zusammengesetzt ist, befindet sich das Reibmaterial 670 der Windungen der Kupplung 652 in einem kontinuierlich belasteten Eingriff mit der Innenoberfläche 660 des Riemenscheibenteils 606.
Eine Kugellagereinheit 672 montiert das Riemenscheibenteil 606 drehbar bezüglich der Nabenstruktur 608. Insbesondere ist der äußere Laufring 674 der Kugellagereinheit 672 im Presssitz mit der inneren Oberfläche 660 des Riemenscheibenteils 606 verbunden und ihr inneren Laufring 676 ist über einen Presssitz an dem äußeren Oberflächenbereich 678 der Nabenstruktur 608 an einer Stelle des zylindrischen Wandbereichs 609 verbunden, der dem Motor oder der Lichtmaschine am nächsten ist, an dem dieser Entkuppler 600 montiert ist.
Eine ringförmige Lagerhülse 680 ist in umgebender Beziehung an einem Bereich des Riemenscheibenteils 606 angeordnet, der vor den Poly-V-Nuten 607 liegt. Der Bereich 682 hat eine im Wesentlichen glatte, zylindrische Außenfläche. Die radial einwärts weisende Fläche der Lagerhülse 680 ist im Oberflächeneingriff mit der glatten, zylindrischen Außenfläche des Bereichs 682 angeordnet. Die radial auswärts weisende Fläche der Lagerhülse 680 ist in Oberflächeneingriff mit einer inneren zylindrischen Fläche einer radial auswärtigen zylindrischen Wand 689 einer ringförmigen Endkappe 690 angeordnet. Die Endkappe 690 bildet einen axial nach hinten weisenden, ringförmigen Kanal 692 mit einer im Wesentlichen U-förmigen Querschnittsausbildung. Der Kanal 692 der Endkappe 690 nimmt den entfernten Endbereich 682 des Riemenscheibenteils 606, den Ringbereich 634 der Trägerverbindungsstruktur 630, den verbindenden Endbereich 650 der Schlingfederkupplung 652, das Ende 624 der Wendelfeder 622 sowie die Lagerhülse 680 auf. Ein radial einwärts angeordneter Wandbereich 696 der Lagerhülse 680 hat eine im Wesentlichen zylindrische Ausbildung, die eine radial einwärts weisende Fläche enthält, die die äußere zylindrische Fläche des entfernten Endes des zylindrischen Wandbereichs 609 beaufschlagt. Insbesondere hat der zylindrische Wandbereich 609 einen nach unten abgestuften oder mit radial reduziertem äußeren Durchmesser versehenen Bereich 698, der so konstruiert und angeordnet ist, dass er an die Dicke des radial inneren zylindrischen Wandbereichs 696 der Endkappe 690 in überlagernder Passbeziehung angepasst ist.
Der Endbereich 682 des Riemenscheibenteils 606 ist ferner mit einer O-Ringnut 697 versehen, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie einen Gummi-O-Ring 699 in einer Position zwischen der Lagerbuchse 680 und den Poly-V-Nuten 607 aufnimmt.
Im Betrieb verursacht eine Drehbewegung des Riemenscheibenteils 606 in Richtung des Pfeils A in 23, dass ein freies Ende 657 der Kupplung 652 in Eingriff kommt und angetrieben wird. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel wirken sich vergrößernde Bereiche der Kupplung 652 in einer Weise zum Übertragen einer Drehkraft von einer ununterbrochenen Betätigung über das Riemenscheibenteil 606.
Die Antriebsbewegung des Riemenscheibenteils 606 in der durch den Pfeil A bezeichneten Drehrichtung bewirkt, dass die Kupplung 652 in gleicher Richtung gedreht wird, wie durch den Pfeil B angedeutet. Da das Ende 650 der Kupplungseinheit 652 am Verbindungsträger 630 an der Nut 640 befestigt ist, wird der Träger in der gleichen Richtung, wie sie durch den Pfeil B angegeben ist, angetrieben. Im Ergebnis kommt die Endwand der Kerbe 628, die in der Ringstruktur 634 vorgesehen ist, mit dem Ende 624 der Wendelfeder 622 in Eingriff und drückt die Feder ebenfalls in die Richtung des Pfeils B. Das gegenüberliegende Ende 620 der Feder 622 wiederum kommt mit der Endwand oder der Anschlagsfläche 618 in Eingriff, die am Ende der Nut 616 im Flansch 612 der Nabenstruktur 608 ausgebildet ist. Im Ergebnis wird die Nabe 608 ebenfalls in Richtung des Pfeils B angetrieben, wie durch den Pfeil C bezeichnet. Dies wiederum treibt die Lichtmaschinenwelle 36 in Richtung des Pfeils C.
Während dieses Antriebsbetriebs expandiert die Feder 622 unter der Last, um eine Elastizität für eine Trennung zwischen der Riemenscheibe 606 und der Lichtmaschinenwelle 610 zu schaffen. Zusätzlich sorgt die Feder 622 für eine Reduzierung der Frequenz. Die Expansion der Feder 622 wird durch die zylindrische Innenfläche 633 des zylindrischen Bereichs 632 der Verbindungsträgerstruktur 630 begrenzt, so dass eine unerwünschte übermäßige Expansion der Feder 622 verhindert wird.
Wie bei jedem der hier offenbarten Ausführungsbeispiele überträgt das nachgiebige Federteil 622 die Antriebsdrehbewegungen der Lichtmaschinen-Riemenscheibe 606 über den Serpentin-Riemen auf die Nabenstruktur 608, so dass die Lichtmaschinenwelle 610 in gleicher Richtung wie die Lichtmaschinen-Riemenscheibe 606 gedreht wird, während sie jedoch fähig ist, sofortige, relative, nachgiebige Bewegungen in entgegengesetzten Richtungen bezüglich der Lichtmaschinen-Riemenscheibe 606 während ihrer angetriebenen Drehbewegung auszuführen. Das Einweg-Kupplungsteil 652 ist so konstruiert und angeordnet, dass die Nabenstruktur 608 und die Lichtmaschinenwelle 610 mit einer Geschwindigkeit drehen können die über der Drehgeschwindigkeit der Lichtmaschinen-Riemenscheibe 606 liegt, wenn die Geschwindigkeit der Motorausgangswelle 14 in einem Ausmaß verringert wird, die ausreichend ist, ein Drehmoment zwischen der Lichtmaschinen-Riemenscheibe 606 und der Nabenstruktur 608 unter einem vorbestimmten negativen Niveau zu erzeugen.
25 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines fünfzehnten Ausführungsbeispiels eines Überhol-Lichtmaschinen-Entkupplers, insgesamt mit 700 bezeichnet, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen gleich dem vierzehnten Ausführungsbeispiel, das in 23 dargestellt ist, mit den folgenden Ausnahmen. Gleiche Teile wurden mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Hauptunterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel nach 25 und dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel liegt in der Richtung, in der die Wendelfeder, insgesamt mit 722 bezeichnet, im Vergleich mit der Wendelfeder des vorangegangenen Ausführungsbeispiels gewickelt ist. Die Feder 722 ist in Gegenrichtung bezüglich der Feder des vorangegangenen Ausführungsbeispiels gewickelt, so dass die Feder 722 sich zusammenziehen wird, wenn die Lichtmaschinenwelle 36 durch das Riemenscheibenteil 606 angetrieben wird.
Ein Ende 724 der Wendelfeder 722 umfasst einen abgebogenen Vorsprung, der sich in Axialrichtung vom Motorblock weg erstreckt. Die Feder 722 hat weiterhin einen gegenüberliegenden Endvorsprung 726, der sich von den Windungen in einer Richtung erstreckt, die derjenigen des ersten Endes 724 entgegengesetzt ist, und in einer Richtung auf den Motorblock weist.
Der Lichtmaschinen-Entkoppler 700 hat eine Nabenstruktur 706, die im Wesentlichen die gleiche ist wie die Nabenstruktur im vorangegangenen Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass es ein Flanschbereich 712 ist, der mit einem sich axial erstreckenden Loch 718 versehen ist, das verwendet wird, um die Nut und die Endwand oder den Endanschlag des vorangegangenen Ausführungsbeispiels zu ersetzen. Das Loch 718 ist so konstruiert und angeordnet, dass es das Ende 726 der Wendelfeder 722 aufnimmt.
Der Lichtmaschinen-Entkoppler 700 hat eine Trägerverbindungsstruktur 730, die im Wesentlichen identisch mit der vorstehend beschriebenen Trägerstruktur ist, mit der Ausnahme, dass ein sich axial erstreckendes Loch 728 in der Ringstruktur 730 anstelle der Nut und der Endwand oder dem Endanschlag, die in der Ringstruktur 634 des vorstehenden Ausführungsbeispiels vorgesehen sind, vorgesehen ist. Das Loch 728 in der Ringstruktur 734 ist so konstruiert und angeordnet, dass es den Endvorsprung 724 der Wendelfeder 722 aufnimmt.
26 ist eine Draufsicht auf das rückwärtige Ende der Trägerverbindungsstruktur 730. Wie gezeigt, hat der Träger 730 den identischen Kupplungs-Aufnahmeschlitz 640, der bezüglich des vorangegangenen Ausführungsbeispiels beschrieben wurde. Dieses Aus führungsbeispiel enthält weiterhin ein identisches Kupplungsteil 652, Riemenscheibenteil 606, Bereich 680 und Endkappe 690.
Gemäß dem in den 25 und 26 gezeigten Ausführungsbeispiel soll bemerkt werden, dass eine angetriebene Drehbewegung des Riemenscheibenteils 606 in der durch den Pfeil A bezeichneten Richtung angetriebene Bewegungen der Kupplung 652 in Richtung des Pfeils B bewirkt, wie beim vorangegangenen Ausführungsbeispiel. Eine angetriebene Bewegung der Kupplung 652 bewirkt eine angetriebene Bewegung des Trägerverbindungsteils 730 ebenfalls in Drehrichtung des Pfeils B. Diese Drehbewegung des Trägerverbindungsteils 730 wird auf das Ende 724 der Wendelfeder 722 übertragen und bewirkt, dass sich die Wendelfeder 722 zusammenzieht, so dass die Zusammenziehung der Wendeln begrenzt wird durch eine äußere zylindrische Oberfläche 709 der Nabenstruktur 708. Das gegenüberliegende Ende 726 der Feder 722 treibt dann die Nabenstruktur 708, die wiederum die Lichtmaschinenwelle 36 antreibt.
Da die äußere Zylinderfläche 709 den Anteil des Zusammenziehens der Wendelfeder 722 begrenzt, wird die Feder 722 gegen ein Überdehnen geschützt.
In jedem der oben offenbarten Ausführungsbeispiele sind die Kupplung und die Federelemente des Lichtmaschinen-Entkopplers zwei separate Elemente, die in Reihe miteinander zwischen dem Riemenscheibenteil und der Montagenabe verbunden sind. Im Ergebnis kann die Feder- oder elastische Spannung, die innerhalb der Kupplung und der getrennten Feder vorgesehen ist, unabhängig gesteuert werden. Demzufolge kann die Flexibilität des Federstahls, der für die Kupplung verwendet wird, erhöht werden (beispielsweise, indem man den Stahl innerhalb der Kupplung dünner macht oder indem man die Straffheit der Wendeln ändert), so dass man eine sehr viel geringere Federrate erhält verglichen mit derjenigen für die Feder, so dass das Kupplungsmaterial die Reibungslagerfläche des Riemenscheibenteils mit weniger Kraft in dem Überholzustand beaufschlagt, verglichen mit einer Anordnung, wo die Flexibilität der Kupplung durch die Erfordernisse für das Federteil diktiert sind. Im Ergebnis hat die Kupplung eine relativ lange Lebensdauer. Andere Vorteile, die sich ebenso ergeben, können der Beschreibung entnommen werden.
Bevorzugt hat das nachgiebige Federteil eine Torsionsfederrate von mehr als dem Zehnfachen der Torsionsfederrate des Kupplungsteils. Bevorzugt für jedes Ausführungsbeispiel, das hier offenbart wurde, hat das nachgiebige Federteil, das eine Torsionsdrehung überträgt, eine Federrate von etwa 2,3 × 10^–2 bis 2,8 × 10^–2 mkg (2,0 bis 2,5 Zoll-Pfund) pro Grad der Torsionsablenkung, während die Federrate des Federstahls, der für die Kupplung verwendet wird, eine Federrate von etwa 2,3 × 10^–4 bis 3,5 × 10^–4 mkg (0,02 bis 03 Inch-Pfund) pro Grad oder Torsionsablenkung aufweist. Demzufolge kann das nachgiebige Federteil eine Torsionsfederrate von größer als dem Hundertfachen der Torsionsfederrate des Kupplungsteils aufweisen. Bevorzugt hat das nachgiebige Federteil eine Federrate von über 1,2 × 10^–2 mkg (1,0 Zoll-Pfund) pro Grad der Torsionsablenkung, während das Kupplungsteil eine Federrate von weniger als 1,2 × 10^–3 mkg (0,1 Zoll-Pfund) pro Grad der Torsionsablenkung aufweist.
In jedem der offenbarten Ausführungsbeispiele ist der Reibungskoeffizient für die reibungserhöhende Oberfläche, die durch das Reibmaterial bewirkt wird, größer als der von Stahl. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass das Reibmaterial der Kupplung einen Reibungskoeffizienten aufweist, der größer als 0,25 und insbesondere zwischen 0,3–4, gegen die Stahloberfläche der Riemenscheibe, ist.
Ein weiterer Vorteil, der es wert ist, erwähnt zu werden, ist der, dass dann, wenn man in Reihe verbundene, getrennte Kupplungs- und Federteile vorsieht, man sie mindestens teilweise in axial überlappender Beziehung miteinander vorsehen, so dass sie ihre entsprechenden Funktionen innerhalb eines relativ kleinen axialen Bauraums erfüllen können. Da zusätzlich mehr axialer Bauraum für jeweils die Kupplung und die Feder vorgesehen ist, kann jede ihre entsprechenden Funktionen effektiver erfüllen. Beispielsweise können eine größere Anzahl von Kupplungswindungen untergebracht werden, kann ein geringerer Verschleiß der Kupplungsreibung auftreten und die Mitnahmefunktion wird verbessert.
Obwohl nicht bevorzugt wegen der merklichen Erhöhung der Herstellungskosten, ist es möglich, statt einen Feder- und Einweg-Kupplungsmechanismus als separat ausgebildete jedoch verbundene Strukturen zu schaffen, ein einziges, integral ausgebildetes Teil zu verwenden, das als Feder und Einweg-Kupplungsteil dient, indem man insbesondere eine einzige gewickelte Metallstruktur so anpasst, dass sie einen wesentlichen Bereich aufweist, der als Federmechanismus wirkt, und einen anderen wesentlichen Bereich aufweist, der als Kupplungsmechanismus wirkt. Der Kupplungsbereich der einzigen Wicklung kann modifiziert werden, so dass er eine Torsionsfederrate aufweist, die mindestens um das Zehnfache geringer als die Torsionsfederrate des Federmechanismus ist. Dies kann beispielsweise vorgenommen werden, indem man den Kupplungsbereich modifiziert, indem man einen Bereich ihres gewickelten Metallmaterials abträgt, so dass sie eine geringere radiale Dicke als der Federbereich hat. Als weiterer Aspekt der Erfindung können die Reibungskoeffizienten der unterschiedlichen Bereiche eines einzigen Teils verändert werden, indem man ein Reibmaterial auf einen Bereich des gewickelten Metallmaterials aufbringt.
Es ist deshalb ersichtlich, dass die Ziele dieser Erfindung vollständig und effektiv erreicht wurden. Es ist jedoch klar, dass das oben beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nur für die Zwecke der Darstellung der konstruktiven und funktionellen Prinzipien der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, und Veränderungen unterworfen werden kann, ohne dass man von diesen Prinzipien abweicht. Demzufolge enthält die vorliegende Erfindung alle Abwandlungen, die im Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche eingeschlossen sind.

Claims

Vorrichtung (26, 226, 300, 430, 600, 700) zum Übertragen einer Bewegung von einem durch eine Ausgangswelle (14) einer Antriebsmaschine (10) angetriebenen Riemen (20) auf eine Welle (36) einer anzutreibenden Hilfskomponente, mit einer Nabenstruktur (52, 252, 328, 382, 392, 402, 422, 608, 708), die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie fest durch die Hilfswelle für eine gemeinsame Drehung um eine Wellenachse getragen wird; einem Riemenscheibenteil (106, 206, 306, 432, 502, 606), das an der Nabenstruktur montiert und so konstruiert und angeordnet ist, dass es mit dem Riemen in Eingriff steht und dadurch drehend angetrieben wird; und einem Feder- und Einweg-Kupplungs-Mechanismus (72, 272, 322, 462), der das Riemenscheibenteil mit der Nabenstruktur koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Feder- und Einweg-Kupplungs-Mechanismus ein nachgiebiges Federteil (74, 274, 324, 386, 388, 390, 400, 418, 464, 490, 492, 622, 722) umfasst, das getrennt geformt und in Reihe mit einem Einweg-Kupplungsteil (76, 276, 336, 466, 652) verbunden ist, wobei das nachgiebige Federteil so konstruiert und angeordnet ist, dass es die Antriebsdrehbewegungen des Riemenscheibenteils (106, 206, 306, 432, 502, 606) auf die Nabenstruktur (52, 252, 328, 382, 392, 402, 422, 608, 708) derart überträgt, dass die Welle (36) in der gleichen Richtung wie die Riemenscheibe dreht, während sie momentane, relative, nachgiebige Bewegungen in Gegenrichtungen bezüglich der Riemenscheibe während ihrer angetriebenen Drehbewegung ausführen kann, wobei das Einweg-Kupplungsteil so konstruiert und angeordnet ist, um der Nabenstruktur und dadurch der Welle zu gestatten, mit einer Geschwindigkeit zu drehen, die über der Drehgeschwindigkeit der Riemenscheibe liegt, wenn die Geschwindigkeit der angetriebenen Riemenscheibe in einem vorbestimmten Ausmaß verzögert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nachgiebige Federteil eine Torsionsfederkonstante aufweist, die größer als eine Torsionsfederkonstante des Einweg-Kupplungsteils ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Torsionsfederkonstante des nachgiebigen Federteils mehr als 10 mal größer als die Torsionsfederkonstante des Kupplungsteils ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Einweg-Kupplungsteil ein Material umfasst, das einen größeren Reibungskoeffizienten als das Material des nachgiebigen Federteils aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Material des Kupplungsteils einen Reibungskoeffizienten gegen ein Stahlmaterial der Riemenscheibe von größer als 0,25 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Material des Einweg-Kupplungsteils einen Reibungskoeffizienten gegen das Stahlmaterial der Riemenscheibe zwischen 0,3 und 0,4 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nachgiebige Federteil (74, 274, 390, 400, 418, 464, 490, 492, 622, 722) und das Einweg-Kupplungsteil (76, 276, 376, 466, 652) jeweils aufgewickeltes Stahlmaterial umfassen, und wobei die Wicklungen des Einweg-Kupplungsteils eine radiale Dicke aufweisen, die geringer ist als die radiale Dicke der Wicklungen des nachgiebigen Federteils.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Einweg-Kupplungsteil eine aufgewickelte Stahlstruktur (88) und ein Reibungsmaterial (90) enthält, das von der aufgewickelten Stahlstruktur getragen wird, wobei das Reibungsmaterial einen Feibungskoeffizienten hat, der größer als der der aufgewickelten Stahlstruktur ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das nachgiebige Federteil an einem seiner Enden an der Nabenstruktur befestigt und mit einem gegenüberliegenden Ende mit dem Einweg-Kupplungsteil verbunden ist, wobei das Reibungsmaterial des Einweg-Kupplungsteils so konstruiert und angeordnet ist, dass es mit der Riemenscheibe reibend in Eingriff steht, um dem nachgiebigen Federteil zu gestatten, die angetriebenen Drehbewegungen der Riemenscheibe auf die Nabenstruktur zu übertragen, wobei das Reibungsmaterial so konstruiert und angeordnet ist, dass es mit der Riemenscheibe in gleitender Beziehung steht, um es der Nabenstruktur und demzufolge der Welle zu gestatten, mit der Geschwindigkeit zu drehen, die über der Drehgeschwindigkeit der Riemenscheibe liegt, wenn die Geschwindigkeit der angetriebenen Riemenscheibe im vorbestimmten Ausmaß verzögert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nachgiebige Federteil und das Einweg-Kupplungsteil in axial überlappender Beziehung zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das nachgiebige Federteil (622, 722) und das Einweg-Kupplungsteil (652) in Reihe miteinander über ein im Allgemeinen rohrförmiges Zwischenteil (632, 730) verbunden sind, das sich in axial überlappender Beziehung bezüglich des nachgiebigen Federteils und des Einweg-Kupplungsteils erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das nachgiebige Federteil im Wesentlichen radial einwärts des rohrförmigen Teils angeordnet ist, wobei das Einweg-Kupplungsteil im Allgemeinen radial auswärts des rohrförmigen Teils angeordnet ist, wobei das nachgiebige Federteil an einem seiner Enden mit der Nabenstruktur und an einem gegenüberliegenden Ende mit dem rohrförmigen Teil verbunden ist, wobei das Einweg-Kupplungsteil an einem seiner Enden mit dem rohrförmigen Teil verbunden ist und einen gegenüberliegenden Endbereich aufweist, der so konstruiert und angeordnet ist, dass er im Reibungsgriffeingriff mit der Riemenscheibe steht, um dem nachgiebigen Federteil zu gestatten, die Nabenstruktur mit der Riemenscheibe nachgiebig zu koppeln, wobei sich das Einweg-Kupplungsteil in Oberflächengleitbeziehung mit der Riemenscheibe befindet, um es der Nabenstruktur und demzufolge der Welle zu gestatten, mit dieser Geschwindigkeit zu drehen, die über der Drehgeschwindigkeit der Riemenscheibe liegt, wenn die Geschwindigkeit der Riemenscheibe im vorbestimmten Ausmaß verzögert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nachgiebige Federteil an einem seiner Enden an der Nabenstruktur befestigt ist und an einem gegenüberliegenden Ende mit dem Einweg-Kupplungsteil verbunden ist, wobei das Einweg-Kupplungsteil radial auswärts federbelastet ist, so dass eines seiner Bereiche in Reibeingriff mit der Riemenscheibe steht, wenn sich die Riemenscheibe in einem statischen Zustand befindet, wobei die Einweg-Kupplung sich vergrößernde Bereiche aufweist, die radial auswärts in einen Rei bungsverriegelungseingriff mit der Riemenscheibe bewegt werden, wenn die Hilfswelle drehend angetrieben wird, um dadurch die Riemenscheibe mit dem nachgiebigen Federteil rotierend zu koppeln und dem nachgiebigen Federteil zu gestatten, die angetriebenen Drehbewegungen der Riemenscheibe nachgiebig auf die Nabenstruktur zu übertragen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nachgiebige Federteil eine Stahlwickelfeder umfasst, wobei das Einweg-Kupplungsteil eine aufgewickelte Stahlstruktur (88) und ein Reibungsmaterial (90) umfasst, das durch die aufgewickelte Stahlstruktur getragen wird, wobei das Reibungsmaterial einen Reibungskoeffizienten aufweist, der größer als ein Reibungskoeffizient der aufgewickelten Stahlstruktur und größer als ein Reibungskoeffizient der Stahlwickelfeder ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nachgiebige Federteil an einem seiner Enden an der Nabenstruktur befestigt und an einem gegenüberliegenden Ende mit dem Einweg-Kupplungsteil verbunden ist, wobei das Einweg-Kupplungsteil so konstruiert und angeordnet ist, dass es mit der Riemenscheibe in Reibeingriff steht, um dem nachgiebigen Federteil zu gestatten, die angetriebenen Drehbewegungen der Riemenscheibe auf die Nabenstruktur zu übertragen, wobei das Reibungsmaterial so konstruiert und angeordnet ist, dass es in gleitender Beziehung mit der Riemenscheibe steht, um der Nabe zu gestatten, bei einer Geschwindigkeit zu drehen, die über der Drehgeschwindigkeit der Riemenscheibe liegt, wenn die Geschwindigkeit der Riemenscheibe im vorbestimmten Ausmaß verzögert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nachgiebige Federteil eine Wickelfeder umfasst, die an einem ihrer Enden an der Nabenstruktur befestigt und an ihrem gegenüberliegenden Ende mit dem Einweg-Kupplungsteil verbunden ist, wobei das Einweg-Kupplungsteil eine aufgewickelte Stahlstruktur (88) und ein Reibungsmaterial (90) enthält, das von der aufgewickelten Stahlstruktur getragen wird, wobei das Reibungsmaterial einen Reibungskoeffizienten aufweist, der größer als der der aufgewickelten Stahlstruktur ist; wobei ein freier Endbereich des Einweg-Kupplungsteils in Eingriff mit einer inneren Oberfläche der Riemenscheibe belastet ist, wobei das Reibungsmaterial am freien Endbereich des Einweg-Kupplungsteils so konstruiert und angeordnet ist, dass es mit der Riemenscheibe in Reibeingriff steht, wenn die Riemenscheibe anfänglich durch den Riemen angetrieben ist, und wobei sich vergrößernde Bereiche des Einweg-Kupplungsteils, die sich weg vom freien Ende erstrecken, mit der Riemenscheibe in Eingriff kommen, wenn sich die Riemenscheibe weiter dreht, bis im Wesentlichen das gesamte Einweg-Kupplungsteil mit der Riemenscheibe in Eingriff steht und die Drehbewegung von der Riemenscheibe über die Verbindung auf das nachgiebige Federteil übertragen wird, so dass das nachgiebige Federteil die Riemenscheibe nachgiebig mit der Nabenstruktur koppelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nachgiebige Federteil eine Feder aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die eine aus rundem Draht schraubenförmig gewikkelte Torsionsfeder, eine aus rundem Draht gewickelte, axial überlappende Spiraltorsionsfeder, eine schraubenförmig gewickelte Torsionsfeder aus flachem Draht, eine axial überlappende, spiralige Torsionsfeder aus flachem Draht, oder eine Feder aus einem Gummimaterial umfasst.
Serpentin-Riemenantriebssystem (18) für ein Fahrzeug umfassend die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei eine Antriebseinheit den Verbrennungsmotor (10) enthält, der eine Ausgangswelle (14) hat, auf der eine Antriebs-Riemenscheibe (16) drehbar um eine Antriebs-Riemenscheibe-Achse angeordnet ist, wobei die Antriebseinheit eine Reihe von angetriebenen Einheiten (22, 24, 26, 28, 30) umfasst, die jede eine angetriebene Riemenscheibe aufweist, die um eine Achse parallel zur Antriebs-Riemenscheibe-Achse drehbar sind, und mit einem in Schlaufen gelegten Riemen (20), der in zusammenwirkender Beziehung mit der Antriebs-Riemenscheibe und den angetriebenen Riemenscheiben in einer Reihe montiert ist, die der Reihenfolge der angetriebenen Einheiten entspricht, bezogen auf die Richtung der Bewegung des Riemens, um zu bewirken, dass die angetriebenen Riemenscheiben in Abhängigkeit von der Drehung der Antriebs-Riemenscheibe drehen, wobei die Reihenfolge der angetriebenen Einheiten . eine Drehstromgenerator-Einheit (26, 226, 300, 430, 600, 700) umfasst, die eine Generatorwelle (36) enthält, die für eine Drehung um eine Wellenachse montiert ist, wobei die Nabenstruktur (52, 252, 328, 382, 392, 402, 422, 608, 708) fest durch die Generatorwelle für eine gemeinsame Drehung um die Wellenachse befestigt ist, und wobei der Feder- und Einweg-Kupplungsmechanismus (72, 272, 322, 462) die Generator- Riemenscheibe mit der Nabenstruktur koppelt, wobei der Feder- und Einweg-Kupplungsmechanismus ein nachgiebiges Federteil (74, 274, 324, 386, 388, 390,400, 418, 464, 490, 492, 622, 722) umfasst, das getrennt ausgebildet und in Reihe mit einem Einweg-Kupplungsteil (76, 276, 336, 466, 652) verbunden ist, wobei das nachgiebige Federteil so konstruiert und angeordnet ist, dass es die angetriebenen Drehbewegungen der Generator-Riemenscheibe durch das gewundene Band auf die Nabenstruktur so überträgt, dass die Generatorwelle in gleicher Richtung wie die Generator-Riemenscheibe gedreht wird, während sie fähig ist, momentane, relative, nachgiebige Bewegungen in Gegenrichtungen bezüglich der Generator-Riemenscheibe während ihrer angetriebenen Drehbewegung auszuführen, wobei das Einweg-Kupplungsteil so konstruiert und angeordnet ist, um es der Nabenstruktur und demzufolge der Generatorwelle zu gestatten, sich mit einer Geschwindigkeit zu drehen, die über der Drehgeschwindigkeit der Generator-Riemenscheibe liegt, wenn die Geschwindigkeit der Antriebsmaschinen-Ausgangswelle in einem Ausmaß verzögert ist, das ausreicht, ein Drehmoment zwischen der Generator-Riemenscheibe und der Nabenstruktur unter einem vorbestimmten negativen Niveau zu erzeugen.
Serpentin-Riemensystem gemäß Anspruch 18, wobei das Einweg-Kupplungsteil eine gewickelte Stahlstruktur (88) und ein Reibungsmaterial (90) enthält, das durch die gewickelte Stahlstruktur getragen wird, wobei das Reibungsmaterial einen Reibungskoeffizienten aufweist, der größer als der für die gewickelte Stahlstruktur ist.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 19, wobei das Reibungsmaterial (90) ein Material auf der Basis von Gummi enthält.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 18, wobei das nachgiebige Federteil (324, 386, 388) ein Gummimaterial umfasst.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 18, wobei das nachgiebige Federteil und das Einweg-Kupplungsteil in einer sich axial überlappenden Beziehung zueinander angeordnet sind.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 22, wobei das nachgiebige Federteil (622, 722) und das Einweg-Kupplungsteil (652) in Reihe zueinander durch ein im Wesentlichen rohrförmiges Zwischenteil (632, 730) verbunden sind, das sich in axial überlappender Beziehung bezüglich des nachgiebigen Federteils und des Einweg-Kupplungsteils erstreckt.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 23, wobei das nachgiebige Federteil im Allgemeinen radial einwärts des rohrförmigen Teils angeordnet ist, und wobei das Einweg-Kupplungsteil im Wesentlichen radial auswärts des rohrförmigen Teils angeordnet ist, wobei das nachgiebige Federteil an einem seiner Enden mit der Nabenstruktur und an einem gegenüberliegenden Ende mit dem rohrförmigen Teil verbunden ist, wobei das Einweg-Kupplungsteil an einem seiner Enden mit dem rohrförmigen Teil verbunden ist und einen gegenüberliegenden Endbereich aufweist, der so konstruiert und angeordnet ist, dass er im Reibgriffeingriff mit der Generator-Riemenscheibe steht, um dem nachgiebigen Federteil zu gestatten, die Nabenstruktur mit der Generator-Riemenscheibe nachgiebig zu koppeln, wobei das Einweg-Kupplungsteil in Oberflächengleitbeziehung mit der Generator-Riemenscheibe steht, um der Nabenstruktur und demnach der Generatorwelle zu gestatten, mit der Geschwindigkeit zu drehen, die über der Drehgeschwindigkeit der Generator-Riemenscheibe liegt, wenn die Geschwindigkeit der Ausgangswelle der Antriebsmaschine in einem solchen Ausmaß verzögert ist, das ausreicht, ein Drehmoment zwischen der Generator-Riemenscheibe und der Nabenstruktur unter dem vorbestimmten negativen Niveau zu erzeugen. 25: Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 18, wobei das nachgiebige Federteil an einem seiner Enden an der Nabenstruktur befestigt ist und am gegenüberliegenden Ende mit dem Einweg-Kupplungsteil verbunden ist, wobei das Einweg-Kupplungsteil radial auswärts federbelastet ist, so dass eines seiner Bereiche in Reibeingriff mit der Generator-Riemenscheibe steht, wenn sich die Generator-Riemenscheibe in einem statischen Zustand befindet, wobei sich vergrößernde Bereiche des Einweg-Kupplungsteils radial auswärts in einen Reibverriegelungseingriff mit der Generator-Riemenscheibe bewegen, wenn die Generator-Riemenscheibe durch den Riemen drehend angetrieben ist, um die Generatorwelle anzutreiben.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 25, wobei das nachgiebige Federteil und das Einweg-Kupplungsteil jeweils aufgewickeltes Stahlmaterial enthalten, wobei die Wicklungen des nachgiebigen Federteils und die Wicklungen des Einweg-Kupplungsteils jeweils in der gleichen Richtung aufgewickelt sind, und wobei das nachgiebige Federteil sich radial zusammenzieht, wenn es die Nabenstruktur für eine angetriebene Bewegung durch die Generator-Riemenscheibe nachgiebig koppelt.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 25, wobei das nachgiebige Federteil (722) und das Einweg-Kupplungsteil (652) jeweils aufgewickeltes Stahlmaterial umfassen, und wobei die Wicklungen des nachgiebigen Federteils und die Wicklungen des Einweg-Kupplungsteils jeweils in gegenüberliegenden Richtungen aufgewickelt sind, und wobei sich das nachgiebige Federteil radial ausdehnt, wenn es die Nabenstruktur für eine angetriebene Drehung durch die Generator-Riemenscheibe nachgiebig koppelt.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 18, wobei die Generator-Riemenscheibe für eine Relativdrehung bezüglich der Nabenstruktur über eine Kugellagereinheit (50, 674) und eine Hülse (112, 680) montiert ist, wobei die Kugellagereinheit und die Hülse axial entlang der Wellenachse zueinander beabstandet sind.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 28, wobei die Kugellagereinheit näher an der Generatoreinheit angeordnet ist als die Hülse.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 28, wobei die Hülse näher an der Generatoreinheit angeordnet ist als die Kugellagereinheit.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 18, wobei das nachgiebige Federteil an einem seiner Enden an der Nabenstruktur befestigt ist und mit seinem gegenüberliegenden Ende mit dem Einweg-Kupplungsteil verbunden ist, wobei das Einweg-Kupplungsteil so konstruiert und angeordnet ist, dass es mit der Generator-Riemenscheibe in Reibeingriff steht, um dem nachgiebigen Federteil zu gestatten, die angetriebenen Drehbewegungen der Generator-Riemenscheibe auf die Nabenstruktur zu übertragen, wobei das Reibmaterial so konstruiert und angeordnet ist, dass es in gleitender Beziehung mit der Generator-Riemenscheibe steht, um der Generatorwelle zu gestatten, sich bei einer Ge schwindigkeit zu drehen, die über der Drehgeschwindigkeit der Generator-Riemenscheibe liegt, wenn die Geschwindigkeit der Ausgangswelle der Antriebsmaschine in einen Ausmaß verzögert ist, das ausreicht, das Drehmoment zwischen der Generator-Riemenscheibe und der Nabenstruktur unter einem vorbestimmten negativen Niveau zu erzeugen.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 18, wobei das nachgiebige Federteil eine Feder aus rundem Draht enthält, und wobei das Einweg-Kupplungsteil eine aufgewikkelte Stahlstruktur und ein Reibungsmaterialumfasst, das durch die aufgewickelte Stahlstruktur getragen wird, wobei das Reibungsmaterial einen Reibungskoeffizienten aufweist, der größer als der der aufgewickelten Stahlstruktur ist, und mit einem Antrieb, wobei die Verbindung zwischen dem nachgiebigen Federteil und dem Einweg-Kupplungsteil einen eingedrückten Bereich (78, 424) der aufgewickelten Stahlstruktur in Verriegelungseingriff mit einem Bereich der Runddrahtfeder umfasst.
Serpentin-Riemensystem gemäß Anspruch 18, wobei die Federkonstante des nachgiebigen Federteils größer als 1,2 × 10^–2 mkg (1,0 Zoll-Pfund) pro Grad der Torsionsbiegung ist, und wobei die Federrate des Kupplungsteils geringer als 1,2 × 10^–3 mkg (0,1 Zoll-Pfund) pro Grad der Torsionsbiegung beträgt.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 33, wobei die Federkonstante des nachgiebigen Federteils größer als das Hundertfache der Federkonstante des Einweg-Kupplungsteils ist.
Serpentin-Riemensystem gemäß Anspruch 18, wobei das nachgiebige Teil eine Gummifeder (324) umfasst, die beim Koppeln der Generator-Riemenscheibe an die Nabenstruktur komprimiert ist.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 18, wobei das nachgiebige Teil (386, 388) eine Gummifeder umfasst, die unter Scherbelastung steht, während sie die Generator-Riemenscheibe mit der Nabenstruktur nachgiebig koppelt.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 18, wobei das nachgiebige Federteil ein Paar Torsionsfedern (404, 406) aus flachem Draht umfasst, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Torsionsfedern aus flachem Draht die Generator-Riemenscheibe mit der Nabenstruktur nachgiebig und in torsionsmäßig ausbalancierter Weise koppeln.
Serpentin-Riemensystem nach Anspruch 18, wobei das nachgiebige Federteil eine Feder aufweist, die ausgewählt wurde aus einer Gruppe, die umfasst eine aus rundem Draht schraubenförmig gewickelte Torsionsfeder, eine axial überlappende, spiralige Torsionsfeder aus rundem Draht, eine schraubenförmig gewickelte Torsionsfeder aus flachem Draht oder eine axial überlappende, spiralige Torsionsfeder aus flachem Draht.
Serpentin-Riemensystem gemäß Anspruch 18, wobei die Generator-Riemenscheibe an der Nabenstruktur durch ein Nadellager (446) montiert ist.
Serpentin-Riemensystem gemäß Anspruch 18, wobei der Einweg-Kupplungsmechanismus (336) ein gabelförmiges Band umfasst, das einen zentralen Bandbereich (342) aufweist, der in Umfangsrichtung überlappender Beziehung mit zwei axial beabstandeten Gabelbereichen (344, 346) umschlungen ist.