EP1717088A1 - Vorrichtung zur kuppelbaren Verbindung der Schwungscheibe eines Antriebsmotors mit einer Abtriebswelle - Google Patents

Vorrichtung zur kuppelbaren Verbindung der Schwungscheibe eines Antriebsmotors mit einer Abtriebswelle Download PDF

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Publication number
EP1717088A1
EP1717088A1 EP06007657A EP06007657A EP1717088A1 EP 1717088 A1 EP1717088 A1 EP 1717088A1 EP 06007657 A EP06007657 A EP 06007657A EP 06007657 A EP06007657 A EP 06007657A EP 1717088 A1 EP1717088 A1 EP 1717088A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
flywheel
ring gear
bearing
axially displaceable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06007657A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sven-Martin Osterroth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP1717088A1 publication Critical patent/EP1717088A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors

Definitions

  • the invention relates to a device for detachable connection of the flywheel of a drive motor, in particular an internal combustion engine, with an output shaft, in particular a transmission shaft by means of a coupling device, in particular a motor vehicle coupling device, wherein the flywheel is at least temporarily in rotation with a ring gear and wherein the ring gear with a Starter motor communicates.
  • a starter motor For starting an internal combustion engine, a starter motor is required, which usually acts on the flywheel of the internal combustion engine via a ring gear. When the starter motor is actuated, the crankshaft of the engine is rotated via the flywheel until the engine is running.
  • the rotational mass of the engine it is necessary or at least desirable that the rotational mass of the engine be kept as low as possible.
  • racing in which a low rotational mass in the drive train is regularly sought in order to achieve high dynamics of the vehicle.
  • special coupling devices are known, which are characterized by a relatively small space.
  • the invention is therefore based on the object , a device of the type mentioned in such a way that there is the lowest possible rotational mass during operation of the engine. Nevertheless, a ring gear usual - large - diameter to be used, as it comes as standard to use in order to use a light starter motor with sufficient starting torque can. Furthermore, a concept should be proposed that with as few as possible in the operation of the internal combustion engine rotating parts. It should also be possible to make no compromises, as far as the design of the starter motor in terms of its arrangement and size.
  • the solution of this problem by the invention is characterized in that the bearing of the ring gear relative to the flywheel is carried out with at least one bearing whose one ring, in particular its outer ring, is directly or indirectly connected to a stationary part of the device and its other ring, in particular the inner ring is connected directly or indirectly with the ring gear, wherein electromagnetically operable means are provided with which a temporary direct or indirect coupling of the ring gear with the flywheel can be done.
  • a first development provides that the stationary part of the device, to which one of the bearing rings is fixed, is the cylinder of a disengaging element for producing an axial displacement path.
  • the electromagnetically operable means preferably have an element which is axially displaceable by magnetic force, in particular an armature disk, which can produce frictional engagement between itself and at least one further component.
  • the axially displaceable element may have a coating on at least one of its lateral end faces. This coating consists in particular of a material with a high coefficient of friction and / or high wear resistance. As preferred embodiments of this is in question that the coating is a glued friction lining, that the coating is a sintered coating or that the coating is an aluminum oxide layer.
  • a further embodiment of the invention provides that the axially displaceable element is held by a spring element, in particular by a diaphragm spring, elastically in a predetermined axial position.
  • the electromagnetically operable means may further comprise an electromagnetic coil which is arranged on or in a coil carrier which is connected to the stationary part of the device.
  • the coil carrier can have a groove introduced in its side region for receiving the electromagnetic coil.
  • the sprocket is preferably connected to a carrier element.
  • the carrier element may have a radially extending contact surface for the axially displaceable element, in particular for the armature disk;
  • This contact surface may be provided with a coating, wherein here again a coating of a material with a high coefficient of friction and / or high wear resistance is preferred.
  • the coating may again be the coatings intended for the armature disk.
  • the support element preferably has a cylindrical seat portion for receiving the at least one bearing.
  • the disengaging member for generating an axial displacement may comprise a piston which is guided in the cylinder, wherein the piston has an outer diameter.
  • the outer diameter of the piston is preferably smaller than the inner diameter of the cylindrical seat portion of the support element, which may be sleeve-shaped. This makes it possible for the piston to be immersed axially under the cylindrical seat portion, resulting in a very compact and axially short design.
  • the flywheel facing the end of the axially displaceable piston is preferably axially approximately at the level of the axially displaceable element, in particular the armature disk arranged.
  • the bearing is preferably a roller bearing is used, in particular a deep groove ball bearing.
  • a roller bearing is used, in particular a deep groove ball bearing.
  • two such bearings are arranged at a distance next to each other.
  • the support element is advantageously made of aluminum.
  • a so-called. Central release is used for the clutch operation.
  • arranged on the end remote from the flywheel end of the coupling device release element (Zentralausgurer) for generating an axial displacement path is arranged.
  • the sprocket is decoupled after starting the engine with the starter motor by means of the electromagnetically actuated means of the flywheel and can stop, so that in operation by the sprocket, the rotational mass of the engine is not increased. Furthermore, it is possible to use a standard sprocket even in the case of using a designed for racing coupling device, without having to accept disadvantages.
  • Another advantage of the proposed concept is that the bearing supporting the sprocket does not rotate in the decoupled state with the engine running. The number of rotating parts is therefore low.
  • the proposed concept thus allows integration of standard parts in the use of special components for racing.
  • the proposed concept also comes with a relatively small axial space, so that the device builds small overall.
  • a device for detachable connection of the flywheel 1 of an internal combustion engine with a - not shown - gear shaft is sketched, for which purpose a coupling device 2 is used.
  • the flywheel 1 is temporarily in rotation with a ring gear 3; the ring gear 3 in turn is driven by a starter motor 4.
  • the motor housing 20 is shown schematically.
  • the coupling device 2 is designed as a compact device, as used in racing.
  • the RCS modular system is to be named here (" R acing C lutch S ystem" from the Applicant's company), which has components with a relatively small outer diameter and can nevertheless transmit high powers.
  • the used ring gear 3 corresponds to the usual standard parts, ie it has a relatively large diameter (pitch diameter of the toothing on the outer diameter of the ring gear d 3 ).
  • the coupling device 2 has a housing 21 which is rotatably connected at its axial end facing the flywheel 1 with this. At the other axial end of the housing 21, a flange 23 is screwed tight.
  • the ring gear 3 is supported by a support member 16 - the ring gear 3 is screwed to the support member 16 -, wherein the support member 16 has an axially extending cylindrical and sleeve-shaped seat portion 18 in its radially inner region.
  • the seat portion 18 receives the inner rings 8 of two deep groove ball bearings 5, which are at a distance from each other. While the embodiment schematically provides that both the outer rings 6 and the inner rings 8 are positioned by means of a suitable press fit in the bore 22 and on the seat portion 18 to a To prevent axial movement, this is any other suitable solution also possible, for. B. circlips. This ensures that the ring gear 3 and the carrier element carrying it 16 is mounted axially and radially on a stationary part 7 of the overall device.
  • the stationary part 7 is part of a release element 10 for actuating the coupling device 2, namely the cylinder of this element.
  • the release element 10 is formed as a unit which incorporates a release mechanism, a slave cylinder and a guide sleeve.
  • This (C ylinder oncentric S lave C) as CSC known unit has the axially fixed cylinder 7, in which an axially displaceable piston is guided 19th
  • the outer diameter d 1 of the disengaging element 10 and in particular its piston 19 is smaller than the inner diameter d 2 of the cylindrical seat portion 18. This has the consequence that the piston 19 can dip axially under the seat portion 18, which allows a particularly compact design.
  • Core component of the proposed concept are electromagnetically actuated means 9. These first comprise an electromagnetic coil 13, which in a Groove 15 of the bobbin 14 is arranged and which can be electrically applied with cables, not shown, to generate a magnetic field.
  • an axially displaceable element 11 in the form of an armature disk is provided, which is held by means of a diaphragm spring designed as a spring element 12 in a tension-free axial position on the flange 23, as shown in the figures.
  • the diaphragm spring simultaneously establishes a rotary connection between the flange 23 and thus between the housing 21 of the coupling device 2 and the armature disk 11.
  • the carrier element 16 has a radially extending contact surface 17, which can be brought into contact with the armature disk 11 by applying current to the electromagnetic coil 13. If the coil is magnetized, it pulls against the resistance of the diaphragm spring 12, the armature disk in Fig. 3 to the right, so that it rests against the contact surface 17 of the support member 16. By the contact force, a frictional force is generated, which rotates the support member 16 during rotation of the housing 21, so that the sprocket 3 is coupled. Thus, the torque of the starter motor 4 via the ring gear 3, the support member 16 and the housing 21 are transmitted to the flywheel 1 for the purpose of starting the engine.
  • the starter ring gear 3 After starting the internal combustion engine by means of the starter motor 4 - especially in racing use - the starter ring gear 3 is no longer needed. In prior art constructions, however, it is spin-accelerated with each rotation of the internal combustion engine, since it is usually non-rotatably connected to the flywheel 1 or the coupling device 2. This means an unnecessarily mitbevantte rotational mass, which counteracts the engine rotational acceleration.
  • the large outer diameter of the ring gear 3 allows the use of a light and small starter motor, as this can build on the large diameter d 3 sufficient torque for starting the engine.
  • the electromagnetically actuated means 9 are formed in the embodiment as working current-actuated, electromagnetic pole surface coupling.
  • a DC voltage By applying a DC voltage to the magnetic coil 13, a magnetic field is formed.
  • the armature disk 11 is attracted to the contact surface 17 of the carrier element 16, whereby the torque is transmitted by frictional engagement.
  • the contact side of the armature disk 11 and / or the contact surface 17 is provided with a friction-increasing coating.
  • the diaphragm spring 12 retracts the armature disk 11 back into the position shown in the figures, whereby the torque transmission is canceled.
  • the proposed solution makes it possible to reduce the rotational mass after the start of the internal combustion engine by decoupling the ring gear and the carrier element.
  • the proposed principle can also be used, if necessary, to turn on and turn off rotational mass in a timely manner, if that makes sense.
  • the flywheel in the form of the starter ring gear can be switched on or switched on during the starting process.
  • a corresponding control electronics for the coil 13 are used, so that the input and disengagement of the additional rotating mass (sprocket 3 and support member 16) automatically takes place in dependence on certain operating parameters.
  • the armature disk 11 consists of magnetizable material (of ferritic iron).
  • the carrier element 16 also consists of magnetizable material, at least in the region of the coil 13, the magnetic field strength is transmitted particularly well to the armature disk 11.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kuppelbaren Verbindung der Schwungscheibe (1) eines Antriebsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, mit einer Abtriebswelle, insbesondere einer Getriebewelle, mittels einer Kupplungseinrichtung (2), insbesondere einer Kraftfahrzeugkupplungseinrichtung, wobei die Schwungscheibe (1) zumindest zeitweise mit einem Zahnkranz (3) in Drehverbindung steht und wobei der Zahnkranz (3) mit einem Startermotor (4) in Verbindung steht. Um die Drehmasse insbesondere für Anwendungen im Rennsport gering zu halten, ist erfindungsgemäß vorgesehen dass die Lagerung des Zahnkranzes (3) relativ zur Schwungscheibe (1) mit mindestens einem Lager (5) erfolgt, dessen einer Ring, insbesondere dessen Außenring (6), direkt oder indirekt mit einem ortsfesten Teil (7) der Vorrichtung verbunden ist und dessen anderer Ring, insbesondere dessen Innenring (8), direkt oder indirekt mit dem Zahnkranz (3) verbunden ist, wobei elektromagnetisch betätigbare Mittel (9) vorhanden sind, mit denen eine zeitweise direkte oder indirekte Drehkopplung des Zahnkranzes (3) mit der Schwungscheibe (1) erfolgen kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kuppelbaren Verbindung der Schwungscheibe eines Antriebsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, mit einer Abtriebswelle, insbesondere einer Getriebewelle, mittels einer Kupplungseinrichtung, insbesondere einer Kraftfahrzeugkupplungseinrichtung, wobei die Schwungscheibe zumindest zeitweise mit einem Zahnkranz in Drehverbindung steht und wobei der Zahnkranz mit einem Startermotor in Verbindung steht.
  • Zum Anlassen eines Verbrennungsmotors ist ein Startermotor erforderlich, der meist über einen Zahnkranz auf die Schwungscheibe des Verbrennungsmotors wirkt. Bei Betätigung des Startermotors wird über die Schwungscheibe die Kurbelwelle des Motors gedreht, bis der Motor läuft.
  • Aus der DE 30 46 612 A1 ist eine Kupplungsvorrichtung bekannt, bei der die Schwungscheibe und die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mittels eines sperrbaren Freilaufs verbunden sind. Dadurch kann im Schubbetrieb des Fahrzeugs die Drehverbindung zwischen Kurbelwelle und Schwungscheibe unterbrochen werden, während durch die Freilaufsperre im Zugbetrieb die Drehverbindung wieder herstellbar ist.
  • In manchen Anwendungsfällen ist es erforderlich oder zumindest wünschenswert, dass die Drehmasse des Motors so gering wie möglich gehalten wird. Als Beispiel sei der Rennsport genannt, bei dem regelmäßig eine geringe Drehmasse im Antriebsstrang angestrebt wird, um eine hohe Dynamik des Fahrzeugs zu erreichen. Für diese Anwendungsfälle sind spezielle Kupplungsvorrichtungen bekannt, die sich durch einen relativ kleinen Bauraum auszeichnen.
  • Probleme ergeben sich, wenn eine solche spezielle (Renn-)Kupplungsvorrichtung an sonst typische Serienbauteile angeschlossen werden soll. Namentlich ist es wünschenswert, dass serienmäßige Startermotoren weiterhin verwendet werden können, die auf einen Zahnkranz mit einem relativ großen Durchmesser wirken. Die Beibehaltung eines großen Zahnkranzes ist auch unter dem Aspekt sinnvoll, dass dann ein relativ schwacher und leichter Startermotor verwendet werden kann, der dennoch ein hinreichendes Antriebsdrehmoment an der Schwungscheibe erzeugen kann.
  • Dadurch ist jedoch zumeist die Drehmasse des Systems relativ groß, was die Dynamik des Verbrennungsmotors bzw. des ganzen Antriebsstranges negativ beeinflusst.
  • Bekannt ist es, Schwungscheiben besonders leicht auszubilden bzw. hohlzubohren, um deren Drehmasse zu verringern. Allerdings haben solche Maßnahmen nur einen begrenzten Einfluss auf die Drehmasse. Die damit erreichbaren Drehmassen sind für viele Anwendungsfälle - insbesondere für motorsportliche Applikationen - immer noch zu groß.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass im Betrieb des Motors eine möglichst geringe Drehmasse vorliegt. Dennoch soll ein Zahnkranz üblichen - großen - Durchmessers zur Anwendung kommen, wie er serienmäßig zum Einsatz kommt, um einen leichten Startermotor bei hinreichendem Starterdrehmoment einsetzen zu können. Weiterhin soll ein Konzept vorgeschlagen werden, das mit möglichst wenigen sich im Betrieb des Verbrennungsmotors drehenden Teilen auskommt. Dabei soll es femer möglich sein, keine Kompromisse eingehen zu müssen, was die Auslegung des Startermotors hinsichtlich seiner Anordnung und Größe anbelangt.
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung des Zahnkranzes relativ zur Schwungscheibe mit mindestens einem Lager erfolgt, dessen einer Ring, insbesondere dessen Außenring, direkt oder indirekt mit einem ortsfesten Teil der Vorrichtung verbunden ist und dessen anderer Ring, insbesondere dessen Innenring, direkt oder indirekt mit dem Zahnkranz verbunden ist, wobei elektromagnetisch betätigbare Mittel vorhanden sind, mit denen eine zeitweise direkte oder indirekte Kopplung des Zahnkranzes mit der Schwungscheibe erfolgen kann.
  • Mit diesem Konzept wird es möglich, nur bei Bedarf, d. h. im wesentlichen, wenn der Verbrennungsmotor angelassen werden soll, den Zahnkranz samt Startermotor auf elektromagnetischem Wege anzukoppeln, die Kopplung im Betrieb jedoch wieder aufzuheben, so dass dann die Drehmasse des Motors und des gesamten Antriebsstranges wesentlich verringert ist.
  • Eine erste Fortbildung sieht vor, dass der ortsfeste Teil der Vorrichtung, an dem einer der Lagerringe festgelegt ist, der Zylinder eines Ausrückelements zur Erzeugung eines axialen Verschiebeweges ist.
  • Die elektromagnetisch betätigbaren Mittel weisen dabei bevorzugt ein durch Magnetkraft axial verschiebliches Element, insbesondere eine Ankerscheibe, auf, die Reibschluss zwischen sich und mindestens einem weiteren Bauteil herstellen kann. Das axial verschiebliche Element kann zumindest an einer seiner seitlichen Stirnflächen eine Beschichtung aufweisen. Diese Beschichtung besteht insbesondere aus einem Material mit hohem Reibwert und/oder hoher Verschleißbeständigkeit. Als bevorzugte Ausgestaltungen dessen kommt in Frage, dass die Beschichtung ein aufgeklebter Reibbelag ist, dass die Beschichtung ein aufgesinterter Belag ist oder dass die Beschichtung eine Aluminiumoxidschicht ist.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das axial verschiebliche Element durch ein Federelement, insbesondere durch eine Membranfeder, elastisch in einer vorgegebenen axialen Position gehalten wird. Die elektromagnetisch betätigbaren Mittel können ferner eine elektromagnetische Spule aufweisen, die an oder in einem Spulenträger angeordnet ist, der mit dem ortsfesten Teil der Vorrichtung verbunden ist. Der Spulenträger kann dabei eine in seinem Seitenbereich eingebrachte Nut zur Aufnahme der elektromagnetischen Spule aufweisen.
  • Der Zahnkranz ist bevorzugt mit einem Trägerelement verbunden. Dabei kann das Trägerelement eine sich radial erstreckende Anlauffläche für das axial verschiebliche Element, insbesondere für die Ankerscheibe, aufweisen; diese Anlauffläche kann mit einer Beschichtung versehen sein, wobei auch hier wieder eine Beschichtung aus einem Material mit hohem Reibwert und/oder hoher Verschleißbeständigkeit bevorzugt ist. Es kann sich bei der Beschichtung wieder um die für die Ankerscheibe vorgesehenen Beschichtungen handeln.
  • Das Trägerelement hat vorzugsweise einen zylindrischen Sitzabschnitt zur Aufnahme des mindestens einen Lagers.
  • Das Ausrückelement zur Erzeugung eines axialen Verschiebeweges kann einen Kolben aufweisen, der in dem Zylinder geführt ist, wobei der Kolben einen Außendurchmesser aufweist. Der Außendurchmesser des Kolbens ist vorzugsweise kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Sitzabschnitts des Trägerelements, der hülsenförmig ausgebildet sein kann. Damit ist es möglich, den Kolben axial unter den zylindrischen Sitzabschnitt eintauchen zu lassen, was zu einer sehr kompakten und axial kurzen Bauweise führt.
  • Das der Schwungscheibe zugewandte Ende des axial verschieblichen Kolbens ist bevorzugt axial etwa in Höhe des axial verschieblichen Elements, insbesondere der Ankerscheibe, angeordnet.
  • Als Lager kommt bevorzugt ein Wälzlager zum Einsatz, insbesondere ein Rillenkugellager. Für eine stabile Lagerung des Trägerelements kann weiter vorgesehen sein, dass zwei solche Lager im Abstand nebeneinander angeordnet sind.
  • Das Trägerelement besteht mit Vorteil aus Aluminium.
  • Bevorzugt kommt für die Kupplungsbetätigung ein sog. Zentralausrücker zum Einsatz. Dabei ist ein am von der Schwungscheibe abgewandten Ende der Kupplungseinrichtung angeordnetes Ausrückelement (Zentralausrücker) zur Erzeugung eines axialen Verschiebeweges angeordnet. Durch diese Ausgestaltung kann eine besonders kompakte Bauweise erreicht werden, die platzsparend ist.
  • Mit dem Erfindungsvorschlag ist es möglich, dass der Zahnkranz nach dem Starten des Motors mit dem Startermotor mittels der elektromagnetisch betätigbaren Mittel von der Schwungscheibe entkoppelt wird und anhalten kann, so dass im Betrieb durch den Zahnkranz die Drehmasse des Motors nicht erhöht wird. Weiterhin ist es möglich, einen serienmäßigen Zahnkranz auch im Falle der Verwendung einer für den Rennsport ausgebildeten Kupplungsvorrichtung einzusetzen, ohne Nachteile hierdurch hinnehmen zu müssen. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Konzeption besteht darin, dass sich das den Zahnkranz abstützende Lager im entkoppelten Zustand bei laufendem Motor nicht dreht. Die Zahl der rotierenden Teile ist daher gering.
  • Das vorgeschlagene Konzept ermöglicht also eine Integration serienmäßiger Teile bei der Verwendung spezieller Komponenten für den Rennsport.
  • Mit dem vorgeschlagenen Konzept ist es möglich, für den Rennsport optimierte Kupplungskomponenten - mit relativ kleinen Durchmessern - einzusetzen, ohne auf den serienmäßigen Zahnkranz und Startermotor verzichten zu müssen. Diese können vielmehr in vorteilhafter Weise weiter verwendet werden, da durch den großen Zahnkranzdurchmesser ein leichter Startermotor verwendet werden kann, mit dem dennoch ein großes Anlassdrehmoment erzeugt werden kann.
  • Durch das Abkoppeln des Zahnkranzes über die elektromagnetisch betätigbaren Mittel ist die Drehmasse durch den großen Zahnkranz jedoch nicht erhöht, sondern verringert, was der Dynamik des Motors und des gesamten Antriebsstranges zugute kommt.
  • Die vorgeschlagene Konzeption kommt darüber hinaus mit relativ geringem axialen Bauraum aus, so dass die Vorrichtung insgesamt klein baut.
  • Von besonderem Vorteil ist ferner, dass das das Trägerelement samt Zahnkranz lagernde Lager nach dem Entkoppeln von der Schwungscheibe vollständig in Ruhe verharrt, d. h. dessen Ringe rotieren dann nicht.
  • Wenngleich für Anwendungen im Rennsport bevorzugt eingesetzt, kann der Erfindungsvorschlag für beliebige Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art eingesetzt werden.
  • Mit dem Vorschlag ist es auch möglich, in gewissem Umfang Treibstoff einzusparen, da ein verbessertes Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors erreichbar ist.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    die Ansicht einer Vorrichtung zur kuppelbaren Verbindung der Schwungscheibe eines Verbrennungsmotors mit einer Getriebewelle in Achsrichtung betrachtet (Ansicht "B" gemäß Fig. 2),
    Fig. 2
    den Schnitt A-A gemäß Fig. 1 und
    Fig. 3
    eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung als Ausschnitt aus Fig. 2, wobei die elektromagnetisch betätigbaren Mittel zu erkennen sind.
  • In den Figuren ist eine Vorrichtung zur kuppelbaren Verbindung der Schwungscheibe 1 eines Verbrennungsmotors mit einer - nicht dargestellten - Getriebewelle skizziert, wobei hierfür eine Kupplungseinrichtung 2 zum Einsatz kommt. Die Schwungscheibe 1 steht mit einem Zahnkranz 3 zeitweise in Drehverbindung; der Zahnkranz 3 wiederum wird von einem Startermotor 4 angetrieben. Von dem Verbrennungsmotor ist neben der Schwungscheibe 1 nur das Motorgehäuse 20 schematisch dargestellt.
  • Die Kupplungseinrichtung 2 ist als kompakt aufgebaute Vorrichtung konzipiert, wie sie im Rennsport Verwendung findet. Beispielhaft ist hier das RCS-Baukastensystem zu nennen ("Racing Clutch System" aus dem Hause der Anmelderin), das Komponenten mit relativ kleinem Außendurchmesser aufweist und dennoch hohe Leistungen übertragen kann. Der zum Einsatz kommende Zahnkranz 3 entspricht indes üblichen Serienteilen, d. h. er hat einen relativ großen Durchmesser (Teilungsdurchmesser der Verzahnung am Außendurchmesser des Zahnkranzes d3).
  • Die Kupplungseinrichtung 2 hat ein Gehäuse 21, das an seinem der Schwungscheibe 1 zugewandten axialen Ende mit dieser drehfest in Verbindung steht. Am anderen axialen Ende des Gehäuses 21 ist ein Flansch 23 festgeschraubt.
  • Der Zahnkranz 3 wird von einem Trägerelement 16 getragen - der Zahnkranz 3 ist an dem Trägerelement 16 angeschraubt -, wobei das Trägerelement 16 in seinem radial inneren Bereich einen sich axial erstreckenden zylindrischen und hülsenförmig ausgebildeten Sitzabschnitt 18 aufweist.
  • Der Sitzabschnitt 18 nimmt die Innenringe 8 zweier Rillenkugellager 5 auf, die sich im Abstand zueinander befinden. Die Außenringe 6 der Lager 5 sitzen in einer Bohrung 22 eines Spulenträgers 14. Während im Ausführungsbeispiel schematisch vorgesehen ist, dass sowohl die Außenringe 6 als auch die Innenringe 8 mittels geeignetem Presssitz in der Bohrung 22 bzw. auf dem Sitzabschnitt 18 positioniert sind, um eine axiale Bewegung zu verhindern, ist hierfür jede geeignete andere Lösung gleichfalls möglich, z. B. Sicherungsringe. Damit ist sichergestellt, dass der Zahnkranz 3 und das diesen tragende Trägerelement 16 an einem ortsfesten Teil 7 der Gesamtvorrichtung axial und radial gelagert ist.
  • Das ortsfeste Teil 7 ist Teil eines Ausrückelements 10 zur Betätigung der Kupplungseinrichtung 2, nämlich der Zylinder dieses Elements. Vorliegend ist das Ausrückelement 10 als Einheit ausgebildet, die einen Ausrücker, einen Nehmerzylinder und eine Führungshülse inkorporiert. Diese auch als CSC (Concentric Slave Cylinder) bekannte Einheit weist den axial festen Zylinder 7 auf, in dem ein axial verschieblicher Kolben 19 geführt ist.
  • Der Außendurchmesser d1 des Ausrückelements 10 und namentlich dessen Kolben 19 ist geringer als der Innendurchmesser d2 des zylindrischen Sitzabschnitts 18. Dies hat zur Folge, dass der Kolben 19 axial unter den Sitzabschnitt 18 tauchen kann, was eine besonders kompakte Bauweise erlaubt.
  • Kernbestandteil des vorgeschlagenen Konzepts sind elektromagnetisch betätigbare Mittel 9. Diese umfassen zunächst eine elektromagnetische Spule 13, die in einer Nut 15 des Spulenträgers 14 angeordnet ist und die mit nicht dargestellten Kabeln elektrisch beaufschlagt werden kann, um ein Magnetfeld zu erzeugen.
  • Weiterhin ist ein axial verschiebliches Element 11 in Form einer Ankerscheibe vorhanden, die mittels eines als Membranfeder ausgebildeten Federelements 12 in einer spannungslosen Axialposition am Flansch 23 gehalten wird, wie sie in den Figuren dargestellt ist. Die Membranfeder stellt gleichzeitig eine Drehverbindung zwischen dem Flansch 23 und damit zwischen dem Gehäuse 21 der Kupplungseinrichtung 2 und der Ankerscheibe 11 her.
  • Das Trägerelement 16 weist eine sich radial erstreckende Anlauffläche 17 auf, die durch Strombeaufschlagung der elektromagnetischen Spule 13 mit der Ankerscheibe 11 in Kontakt gebracht werden kann. Wird die Spule magnetisiert, zieht sie gegen den Widerstand der Membranfeder 12 die Ankerscheibe in Fig. 3 nach rechts, so dass diese an der Anlauffläche 17 des Trägerelements 16 anliegt. Durch die Anlagekraft wird eine Reibkraft erzeugt, die das Trägerelement 16 bei Rotation des Gehäuses 21 mitdreht, so dass auch der Zahnkranz 3 gekoppelt ist. Damit kann das Drehmoment des Startermotors 4 über den Zahnkranz 3, das Trägerelement 16 und das Gehäuse 21 auf die Schwungscheibe 1 zwecks Anlassen des Verbrennungsmotors übertragen werden.
  • Nach dem Starten des Verbrennungsmotors mittels des Startermotors 4 - insbesondere im Rennsporteinsatz - wird der Anlasserzahnkranz 3 nicht mehr benötigt. In vorbekannten Konstruktionen wird er jedoch bei jedem Hochdrehen des Verbrennungsmotors mit drehbeschleunigt, da er zumeist drehfest mit der Schwungscheibe 1 bzw. der Kupplungseinrichtung 2 verbunden ist. Dies bedeutet eine unnötig mitbeschleunigte Drehmasse, die der Motordrehbeschleunigung entgegenwirkt.
  • Durch die Wegnahme des Stroms von der Spule 13 tritt die Entkopplung des Anlasserzahnkranzes 3 samt Trägerelement 16 von der Schwungscheibe 1 ein (die Ankerscheibe 11 federt in die skizzierte Position zurück), so dass nach dem Startvorgang die zu beschleunigende Masse reduziert werden kann, was die Dynamik des Motors verbessert.
  • Durch den ständigen Eingriff des Ritzels des Startermotors 4 in den Zahnkranz 3 und durch das dem Startermotor 4 innewohnende Schleppmoment bei dessen Nicht-Antreiben wird der Zahnkranz 3 und damit auch das Trägerelement 16 bei laufendem Verbrennungsmotor im abgekoppelten Zustand (kein Strom auf der Spule 13) im Ruhezustand gehalten, d. h. die genannten Elemente rotieren nicht.
  • Dies hat auch Vorteile bei einem Schnellstart bzw. nach dem "Abwürgen" des Motors, weil der Anlasserdrehkranz dann nicht erst noch weiterdreht und das eingreifende Ritzel des Startermotors belastet bzw. beschädigt.
  • Hierdurch wird die drehzubeschleunigende Masse gering gehalten, so dass die Dynamik des Verbrennungsmotors hoch ist.
  • Der große Außendurchmesser des Zahnkranzes 3 ermöglicht die Verwendung eines leichten und kleinen Startermotors, da dieser über den großen Durchmesser d3 ein hinreichendes Drehmoment für das Anlassen des Verbrennungsmotors aufbauen kann.
  • Die elektromagnetisch betätigbaren Mittel 9 sind im Ausführungsbeispiel als arbeitsstrombetätigte, elektromagnetische Polflächenkupplung ausgebildet. Durch Anlegen einer Gleichspannung an die Magnetspule 13 bildet sich ein Magnetfeld. Dadurch wird die Ankerscheibe 11 an die Anlauffläche 17 des Trägerelements 16 angezogen, wodurch das Drehmoment durch Reibschluss übertragen wird.
  • Daher kann es vorteilhaft sein, wenn die Kontaktseite der Ankerscheibe 11 und/oder die Anlauffläche 17 mit einer die Reibung erhöhenden Beschichtung versehen ist.
  • Im stromlosen Zustand zieht die Membranfeder 12 die Ankerscheibe 11 wieder in die in den Figuren dargestellte Position zurück, wodurch die Drehmomentübertragung aufgehoben wird.
  • Wie ausgeführt, ermöglicht es die vorgeschlagene Lösung, die Drehmasse nach dem Start des Verbrennungsmotors durch Abkopplung des Zahnkranzes samt Trägerelement zu reduzieren.
  • Das vorgeschlagenen Prinzip kann jedoch auch genutzt werden, um gegebenenfalls Drehmasse zeitlich gesteuert zuzuschalten und abzuschalten, falls dies sinnvoll ist. Um beispielsweise im Stadtbereich und im Stop-and-Go-Betrieb eines Kraftfahrzeugs ein komfortableres Anfahrverhalten zu erreichen, kann während des Anfahrvorganges die Schwungmasse in Form des Starterzahnkranzes zugeschaltet werden bzw. zugeschaltet bleiben. Dabei kann eine entsprechende Steuerelektronik für die Spule 13 eingesetzt werden, so dass die Ein- und Auskupplung der zusätzlichen Drehmasse (Zahnkranz 3 und Trägerelement 16) automatisch in Abhängigkeit bestimmter Betriebsparameter erfolgt.
  • Möglich ist es auch, das Gehäuse 21 samt Flansch 23 einteilig auszuführen und dann direkt am Gehäuse die Membranfeder 12 zu befestigen, was zu geringerer Bauteilvielfalt führt.
  • Es ist ausreichend, wenn die Ankerscheibe 11 aus magnetisierbarem Material (aus ferritischem Eisen) besteht. Falls das Trägerelement 16 jedoch zumindest im Bereich der Spule 13 ebenfalls aus magnetisierbarem Material besteht, wird die magnetische Feldstärke besonders gut auf die Ankerscheibe 11 übertragen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schwungscheibe
    2
    Kupplungseinrichtung
    3
    Zahnkranz
    4
    Startermotor
    5
    Lager
    6
    Außenring
    7
    ortsfester Teil (Zylinder)
    8
    Innenring
    9
    elektromagnetisch betätigbare Mittel
    10
    Ausrückelement
    11
    axial verschiebliches Element (Ankerscheibe)
    12
    Federelement (Membranfeder)
    13
    elektromagnetische Spule
    14
    Spulenträger
    15
    Nut
    16
    Trägerelement
    17
    Anlauffläche
    18
    zylindrischer Sitzabschnitt
    19
    Kolben
    20
    Motorgehäuse
    21
    Gehäuse
    22
    Bohrung
    23
    Flansch
    d1
    Außendurchmesser
    d2
    Innendurchmesser
    d3
    Durchmesser

Claims (26)

  1. Vorrichtung zur kuppelbaren Verbindung der Schwungscheibe (1) eines Antriebsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, mit einer Abtriebswelle, insbesondere einer Getriebewelle, mittels einer Kupplungseinrichtung (2), insbesondere einer Kraftfahrzeugkupplungseinrichtung, wobei die Schwungscheibe (1) zumindest zeitweise mit einem Zahnkranz (3) in Drehverbindung steht und wobei der Zahnkranz (3) mit einem Startermotor (4) in Verbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Lagerung des Zahnkranzes (3) relativ zur Schwungscheibe (1) mit mindestens einem Lager (5) erfolgt, dessen einer Ring, insbesondere dessen Außenring (6), direkt oder indirekt mit einem ortsfesten Teil (7) der Vorrichtung verbunden ist und dessen anderer Ring, insbesondere dessen Innenring (8), direkt oder indirekt mit dem Zahnkranz (3) verbunden ist, wobei elektromagnetisch betätigbare Mittel (9) vorhanden sind, mit denen eine zeitweise direkte oder indirekte Drehkopplung des Zahnkranzes (3) mit der Schwungscheibe (1) erfolgen kann.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ortsfeste Teil (7) der Vorrichtung der Zylinder eines Ausrückelements (10) zur Erzeugung eines axialen Verschiebeweges ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetisch betätigbaren Mittel (9) ein durch Magnetkraft axial verschiebliches Element (11), insbesondere eine Ankerscheibe, aufweist, das Reibschluss zwischen sich und mindestens einem weiteren Bauteil herstellen kann.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verschiebliche Element (11) zumindest an einer seiner seitlichen Stirnflächen eine Beschichtung aufweist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus einem Material mit hohem Reibwert und/oder hoher Verschleißbeständigkeit besteht.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ein aufgeklebter Reibbelag ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ein aufgesinterter Belag ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Aluminiumoxidschicht ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verschiebliche Element (11) durch ein Federelement (12), insbesondere durch eine Membranfeder, elastisch in einer vorgegebenen axialen Position gehalten wird.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetisch betätigbaren Mittel (9) eine elektromagnetische Spule (13) aufweisen, die an oder in einem Spulenträger (14) angeordnet ist, der mit dem ortsfesten Teil (7) der Vorrichtung verbunden ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (14) eine in seinem Seitenbereich eingebrachte Nut (15) zur Aufnahme der elektromagnetischen Spule (13) aufweist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (3) mit einem Trägerelement (16) verbunden ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (16) eine sich radial erstreckende Anlauffläche (17) für das axial verschiebliche Element (11), insbesondere für die Ankerscheibe, aufweist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die sich radial erstreckende Anlauffläche (17) eine Beschichtung aufweist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus einem Material mit hohem Reibwert und/oder hoher Verschleißbeständigkeit besteht.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ein aufgeklebter Reibbelag ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ein aufgesinterter Belag ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Aluminiumoxidschicht ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (16) einen zylindrischen Sitzabschnitt (18) zur Aufnahme des mindestens einen Lagers (5) aufweist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrückelement (10) zur Erzeugung eines axialen Verschiebeweges einen Kolben (19) aufweist, der in dem Zylinder (7) geführt ist, wobei der Kolben einen Außendurchmesser (d1) aufweist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (d1) des Kolbens (19) kleiner ist als der Innendurchmesser (d2) des zylindrischen Sitzabschnitts (18) des Trägerelements (16).
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das der Schwungscheibe (1) zugewandte Ende des axial verschieblichen Kolbens (19) axial etwa in Höhe des axial verschieblichen Elements (11), insbesondere der Ankerscheibe, angeordnet ist.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (5) ein Wälzlager ist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (5) ein Rillenkugellager ist.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lager (5) im Abstand nebeneinander angeordnet sind.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (16) aus Aluminium besteht.
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