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Die vorlegende Erfindung betrifft eine Umlauf-Übertragungsvorrichtung, die zur Verwendung bei einem Kompressor einer Kraftfahrzeugklimaanlage geeignet ist.
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Bei einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Kompressor, der eine von 0% bis 100% veränderbare Kühl- bzw. Kältemittel-Abgabekapazität besitzt, wird auf eine elektromagnetische Kupplung zum Antrieb des Kompressors verzichtet Wenn jedoch bei dem Kompressor ohne Kupplung die Kompressorwelle blockiert, weil der Kompressor festsitzt und ein übermäßiges Lastmoment (Stoßmoment) auftritt, hört die die Kompressorwelle antreibende Riemenscheibe auf umzulaufen. Auf diese Weise gleitet der von dem Motor angetriebene Keilriemen an der Riemenscheibe, wodurch der Keilriemen reißt.
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Zur Lösung dieses Problems wird eine Umlauf-Übertragungsvorrichtung mit einer Drehmoment-Begrenzungseinrichtung zur Unterbrechung der Umlaufübertragung von dem Motor an den Kompressor, wenn ein übermäßiges Lastmoment infolge eines Blockierens der Kompressorwelle auftritt, verwendet. Hierbei bedeutet ein übermäßiges Lastmoment, dass die Differenz des Moments zwischen der Riemenscheibe und der Kompressorwelle einen Schwellenwert überschreitet.
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Die Umlauf-Übertragungsvorrichtung verfügt über eine Riemenscheibe, eine äußere Nabe, einen Flansch, eine innere Nabe und eine Vielzahl von Reibplatten. Die Riemenscheibe läuft infolge der Aufnahme der Umlaufkraft von dem Motor über den Keilriemen um. Die äußere Nabe ist mit der Riemenscheibe verbunden, und der Flansch ist mit der äußeren Nabe über einen Gummidämpfer verbunden. Die innere Nabe ist mit der Kompressorwelle verbunden, und die Vielzahl der Reibplatten ist zwischen dem Flansch und der innere Nabe vorgesehen. Wenn die Kompressorwelle blockiert, wobei sie ein übermäßiges Lastmoment erzeugt, wird die Umlaufübertragung von dem Flansch an die innere Nabe unterbrochen. Die Riemenscheibe, die äußere Nabe, der Flansch, die innere Nabe und die Reibplatten sind aus Metall, beispielsweise aus Eisen, hergestellt.
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Jedoch ist die Anzahl der Teile der Drehmoment-Begrenzungseinrichtung groß, wodurch die Kosten des Produkts erhöht sind. Die Reibplatten sind in der axialen Richtung vorgesehen, wodurch die axiale Abmessung der Drehmoment-Begrenzungseinrichtung vergrößert ist. Ferner sind die meisten der Teile dieser Umlauf-Übertragungsvorrichtung aus Metall, beispielsweise aus Eisen, hergestellt, wodurch das Gewicht der gesamten Umlauf-Übertragungsvorrichtung vergrößert ist.
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JP H10-47244 A offenbart eine weitere herkömmliche Umlauf-Übertragungsvorrichtung. Diese Umlauf-Übertragungsvorrichtung verfügt ebenfalls über eine Drehmoment-Begrenzungseinrichtung, die die Umlaufübertragung unterbricht, wenn die Kompressorwelle blockiert wird. Die Drehmoment-Begrenzungseinrichtung verfügt über ein Zwischenelement mit einem sich elastisch transformierenden Bereich, der aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt ist. Das Zwischenelement ist mit einem Teil von Riemenscheibe und Nabe verbunden und mit dem anderen Teil pressverbunden, um mit diesem umzulaufen. Wenn der Kompressor normal arbeitet, absorbiert der sich elastisch transformierende Bereich Schwankungen des Drehmoments von der Kompressorwelle. Wenn ein übermäßiges Lastmoment auftritt (wenn die Welle blockiert wird), schmilzt Reibungswärme, die durch Reibungswärme an der Pressverbindungs-Fläche erzeugt wird, den sich elastisch transformierenden Bereich, wodurch die Übertragung des übermäßigen Lastmoments von der Welle an die Riemenscheibe unterbrochen wird.
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Jedoch macht diese herkömmliche Umlauf-Übertragungsvorrichtung eine große Anzahl von Teilen und einen Raum erforderlich, wo das Zwischenelement vor einem Lager, das die Riemenscheibe abstützt, vorgesehen ist, wodurch die Gesamtgröße der Umlauf-Übertragungsvorrichtung vergrößert ist.
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Im Stand der Technik sind weitere Umlauf-Übertragungsvorrichtungen für eine Verwendung bei Kompressoren für Klimaanlagen beschrieben worden, welche mit verschiedenartigen Formen von Drehmoment-Begrenzungseinrichtungen versehen waren, die jedoch im Hinblick auf die Baugröße oder im Hinblick auf die Komplexität nicht zufriedenstellend waren: Solche Umlauf-Übertragungsvorrichtungen mit verschiedenen vorbekannten Drehmoment-Begrenzungseinrichtungen sind beispielsweise in
US 5,800,137 A ,
GB 2 327 717 A oder
EP 0 916 863 A1 offenbart.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Größe, das Gewicht und die Herstellungskosten einer Umlauf-Übertragungsvorrichtung einschließlich einer Drehmoment-Begrenzungseinrichtung zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird mit einer Umlauf-Übertragungsvorrichtung für einen Kompressor einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Umlauf-Übertragungsvorrichtung vorgesehen, umfassend:
eine Riemenscheibe, die durch Aufnahme einer Drehkraft von einer Antriebseinrichtung umläuft;
ein antriebsseitiges Drehelement, das so angeordnet ist, dass es mit einer Kompressorwelle verbunden werden kann; und
ein elastisches Element, das zwischen der Riemenscheibe und dem antriebsseitigen Drehelement angeordnet ist, wobei das elastische Element die Drehkraft von der Riemenscheibe auf das antriebsseitige Drehelement überträgt; wobei
das antriebsseitige Drehelement eine innenliegende Metallnabe mit einem inneren Ring, einem äußeren Ring und drei Brückenabschnitten aufweist, wobei der äußere Ring radial außerhalb vom inneren Ring aus gebildet ist und die Brückenabschnitte den inneren Ring mit dem äußeren Ring verbinden, wobei der innere Ring ein Verbindungselement zum Verbinden mit der Kompressorwelle aufweist und die Brückenabschnitte Sollbruchbereiche aufweisen, die sich innerhalb der Breite der Riemenscheibe befinden, sich radial von dem inneren Ring zu dem äußeren Ring erstrecken und zwischen umtaufenden bogenförmigen Schlitzen angeordnet sind, wobei die Sollbruchbereiche brechen, wenn das auf die Scheibe des Drehelements wirkende Drehmoment einen Schwellenwert überschreitet.
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Bei der Umlauf-Übertragungsvorrichtung gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung weisen die Sollbruchbereiche schmale Bereiche auf, an denen der Bruch beginnt.
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Bei der Umlauf-Übertragungsvorrichtung gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist das elastische Element weiter außerhalb als die Sollbruchbereiche angeordnet.
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Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leichter und deutlicher aus der nachfolgenden Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsform bei gemeinsamer Betrachtung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
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1 einen Schnitt mit der Darstellung einer Umlauf-Übertragungsvorrichtung (Ausführungsform);
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2 eine Vorderansicht mit der Darstellung der Umlauf-Übertragungsvorrichtung (Ausführungsform);
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3 eine Vorderansicht mit der Darstellung der Umlauf-Übertragungsvorrichtung ohne eine äußere Nabe aus Kunststoff (Ausführungsform); und
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4 einen Schnitt mit der Darstellung des Bereichs rund um den Gummidämpfer (Ausführungsform).
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(Ausführungsform)
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben.
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Ein Kompressor besitzt eine Kühl- bzw. Kältemittel-Abgabekapazität, die sich von 0% bis 100% verändern kann. Der Kompressor besitzt ein zylindrisches Kompressorgehäuse 101, in dem eine Kühl- bzw. Kältemittel-Kompressionseinrichtung und eine Einrichtung mit veränderbarer Kapazität eingebaut sind, und eine Umlaufwelle 102, die mittels des Gehäuses 101 abgestützt ist.
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Wie in 1 dargestellt ist, weist das Gehäuse 101 ein vorderes Gehäuse, einen Zylinder und ein hinteres Gehäuse auf. Durch die Umlaufbewegung der Welle 102 zieht die Kühl- bzw. Kältemittel-Kompressionseinrichtung das Kühl- bzw. Kältemittel von einem Verdampfer aus an, und komprimiert sie es zu Hochtemperatur- und Hochdruck-Kühl- bzw. Kältemittel. Das komprimierte Kühl- bzw. Kältemittel wird in einen Kondensator abgegeben. Die Welle 102 weist ein Außengewinde 103 an ihrem vorderen Ende auf.
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Das Gehäuse 101 weist eine zylindrische Hülse 104 auf, die axial nach vorn vorsteht. Ein kreisförmiger Klipp 106 ist an der Hülse 104 befestigt. Ein Kugellager 105 ist mittels der Hülse 104 abgestützt und axial zwischen dem kreisförmigen Klipp 106 und einer kreisförmigen Stufe des Gehäuses 101 befestigt.
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Die Umlauf-Übertragungsvorrichtung besitzt eine Riemenscheibe 107, eine Abgabescheibe 108 und sechs Gummidämpfer 109. Die Riemenscheibe 107 läuft stets um, wenn der Motor arbeitet. Die Abgabescheibe 108 läuft durch Aufnahme des Umlaufmoments von der Riemenscheibe 107 aus um. Die Gummidämpfer 109 sind zwischen der Riemenscheibe 107 und der Abgabescheibe 108 angeordnet.
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Die Riemenscheibe 107 ist aus einem thermisch härtenden Kunststoff, beispielsweise aus Phenolharz, oder aus Metall, beispielsweise aus Eisen oder Aluminium, hergestellt.
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Wie in 1 dargestellt ist, besitzt die Riemenscheibe 107 eine zylindrische Wand 111, eine ringförmige Seitenwand 112 und eine Lagerabstützung 113. Die zylindrische Wand 112 ist im Wesentlichen zylindrisch gestaltet und läuft stets um, wenn der Motor angetrieben ist. Die ringförmige Seitenwand 112 erstreckt sich radial von dem hinteren Ende der zylindrische Wand 111 aus einwärts. Die Lagerabstützung 113 ist radial innenseitig der zylindrischen Wand 111 ausgebildet und stützt die äußere Laufbahn des Kugellagers 105 ab.
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Ein Mehrfachkeilriemen ist rund um die zylindrische Wand 111 herum gelegt. Die zylindrische Wand 111 weist eine Vielzahl von V-förmigen Nuten 114 auf, die an ihrer äußeren Umfangsfläche ausgebildet sind und die den mehreren V-förmigen Nuten entsprechen, die an der inneren Umfangsfläche des Keilriemens ausgebildet sind. Der Keilriemen ist auch um eine Kurbelscheibe des Fahrzeugmotors und andere Riemenscheibe von Hilfseinrichtungen (beispielsweise der Lichtmaschine, der Wasserpumpe, der Fluidpumpe für die Servolenkung etc.) herum gelegt.
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Wie in 1 dargestellt ist, weist die Seitenwand 112 sechs axial Räume 115 auf, in die die Gummidämpfer 109 eingebaut sind. Wie in 3 dargestellt ist, sind die axialen Räume 115 in Umfangsrichtung in Intervallen von 60° ausgebildet.
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Die Abgabescheibe 108 ist vor der Seitenwand 112 der Riemenscheibe 107 angeordnet und der vorderen Fläche der Seitenwand 112 zugewandt. Die Abgabescheibe 108 besitzt eine äußere Nabe 121 und eine innere Nabe 122. Die äußere Nabe 121 ist an dem radial äußeren Flächenbereich der Abgabescheibe 108 ausgebildet, und die innere Nabe 123 ist mit dem äußeren Umfang der Welle 102 verbunden.
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Die äußere Nabe 121 ist aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise aus Nylon, oder aus einem thermisch härtenden Kunststoff, beispielsweise aus Phenolharz, hergestellt. Wie in 1 und 4 dargestellt ist, besitzt die äußere Nabe 121 sechs Vorsprünge 123, die von der rückseitigen Oberfläche derselben aus nach hinten vorstehen. Die Vorsprünge 123 sind in Umfangsrichtung in Intervallen von 60° angeordnet.
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Die innere Nabe 122 ist aus Metall, beispielsweise aus gesintertem Metall, aus Gusseisen oder aus Gussaluminium, hergestellt und in die äußere Nabe 121 eingesetzt. Die innere Nabe 122 weist einen inneren Ring 131, einen äußeren Ringen 132 und drei Brückenbereiche 133 auf. Der äußere Ring 132 ist radial außenseitig des inneren Rings 131 ausgebildet, und die Brückenbereiche 133 verbinden den inneren Ring 131 mit dem äußeren Ring 132.
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Der innere Ring 131 besitzt einen sechseckigen Vorsprung 134 an seiner vorderen Seite und ein Innengewinde 135 an seinen inneren Umfang, das auf ein Außengewinde 103 der Kompressorwelle 102 aufgeschraubt ist. Ein Befestigungswerkzeug kann an dem sechseckigen Vorsprung 134 angebracht werden, um die innere Nabe 122 an der Kompressorwelle 102 zu befestigen.
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Die Oberflächen des äußeren Rings 132 und der Brückenbereiche 133 sind mit dem Kunststoff abgedeckt, der die äußere Nabe 121 bildet. Wie in 2 bis 3 dargestellt ist, besitzt der äußere Ring 132 zwölf Löcher 136 zur Verstärkung der Verbindung zwischen dem äußeren Ring 132 und der äußeren Nabe 121. Diese Löcher 136 sind in Umfangsrichtung in Intervallen von 30° ausgebildet.
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Die Brückenbereiche 133 erstrecken sich von dem inneren Ring 121 aus radial zu dem äußeren Ring 132 hin. Die Brückenbereiche 133 weisen Bruchbereiche 137 auf, wo der größte Teil der Beanspruchung, die durch die Drehmomentübertragung an die innere Nabe 122 bewirkt ist, konzentriert ist. Die Bruchbereiche 137 sind an der dem inneren Ring 131 benachbarten Seite des Wurzel- bzw. Fußbereichs der Brückenbereiche 133 ausgebildet und zwischen umfangsseitigen bogenförmigen Schlitzen 138 angeordnet.
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Wenn ein übermäßiges Lastmoment (beispielsweise von 40 Nm), das größer als das übliche Übertragungsmoment (beispielsweise von 10 Nm) ist, an der inneren Nabe 122 der Abgabescheibe 108 auftritt, werden die Bruchbereiche 137 abgebrochen, um den äußeren Ring 132 der inneren Nabe 122 von dem inneren Ring 121 zu trennen, wodurch die Umlaufübertragung von dem Motor an die Kompressorwelle 102 unterbrochen wird. Das heißt, die Bruchbereiche 137 bilden die Drehmoment-Begrenzungseinrichtung der vorliegenden Erfindung.
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Ferner erstrecken sich, wie in 1 dargestellt ist, die Bruchbereiche 137 von der vorderen Oberfläche aus zu der hinteren Oberfläche des Brückenbereichs 133 hin, und sind sie nach hinten geneigt.
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Jeder Gummidämpfer 109 ist aus Chloridbutyl-Gummi, aus Butadien-Styrol-Gummi, aus natürlichen Gummi oder dergleichen hergestellt und im Wesentlichen U-förmig gestaltet. Wie in 4 dargestellt ist, begrenzt der Gummidämpfer 109 einen konkaven Bereich 139, in den ein Vorsprung 123 der äußeren Nabe 121 eingesetzt ist.
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Jeder Gummidämpfer 109 ist in den entsprechenden axialen Raum 115 der Seitenwand 112 eingebaut und zwischen der Innenwand des axialen Raumes 115 und dem Vorsprung 123 gepresst, um Drehmomentschwankungen von der Riemenscheibe 107 an die Abgabescheibe 108 zu absorbieren. Hierbei ist der Gummidämpfer 109 in den axialen Raum 115 im Wege des Pressens eingesetzt oder an diesen angeklebt.
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Als Nächstes wird die Arbeitsweise der Ausführungsform erläutert.
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Wenn der Kompressor normal arbeitet, befindet sich die innere Nabe 122 der Abgabescheibe 108 in einem arbeitsfähigen Zustand. Wenn der Motor arbeitet und seine Kurbelwelle umläuft, wird die Umlaufkraft (Drehmoment) des Motors an die zylindrische Wand 111 der Riemenscheibe 107 übertragen.
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Das Umlauf-Drehmoment wird von den axialen Räumen 115 aus an die Gummidämpfer 109 übertragen und weiter von den Gummidämpfern 109 aus an die Vorsprünge 123 der äußeren Nabe 121 übertragen. Auf diese Weise läuft die äußere Nabe 121 um, und laufen der äußere Ring 132, der innere Ring 121 und die Brückenbereiche 133 der innere Nabe 132 um.
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Weil das Innengewinde 135 des inneren Rings 131 auf das Außengewinde 103 der Welle 102 aufgeschraubt ist, läuft auch die Kompressorwelle 102 um, sodass der Kompressor arbeitet.
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Wenn die Umlaufwelle 102 wegen eines Festsitzens des Kompressors blockiert wird, hört die Abgabescheibe 108 auf umzulaufen, läuft jedoch die Riemenscheibe 107 weiter um. Auf diese Weise tritt ein übermäßiges Lastmoment (beispielsweise von 40 Nm: Stoßmoment) größer als das übliche Drehmoment (beispielsweise 15 Nm) in der innere Nabe 122 der Abgabescheibe 108 auf.
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Das heißt, wenn die Differenz des Drehmoments zwischen dem inneren Ring 131 und dem äußeren Ring 132 einen Schwellenwert überschreitet, brechen die Bruchbereiche 137.
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Dann wird der äußere Ring 132 von dem inneren Ring 131 getrennt, sodass die Riemenscheibe 107, die Gummidämpfer 109, die äußere Nabe 121 und der innere Ring 132 gegenüber dem inneren Ring 131 frei umlaufen. Das heißt, die Drehmoment-Begrenzungseinrichtung unterbricht die Drehmomentübertragung von der Riemenscheibe 107 an die Kompressorwelle 102, wodurch die Umlaufübertragung von dem Motor an die Kompressorwelle 102 unterbrochen ist.
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Wie oben beschrieben worden ist, sind die Bruchbereiche 137 in Hinblick auf die Welle 102 in der Richtung nach hinten einwärts geneigt. Somit rutschen die äußere Nabe 121, der äußere Ring 132 und der radiale äußere Flächenbereich des Brückenbereichs 133, der von dem Innenring 131 getrennt ist, nicht weiter nach vorn als das vordere Ende der zylindrische Wand 111 der Riemenscheibe 107, und sind sie radial innenseitig der zylindrische Wand 111 gehalten. Die äußere Nabe 121, der äußere Ring 132 und der radiale äußere Flächenbereich des Brückenbereichs 133, der von dem inneren Ring 131 getrennt ist, laufen mit der Riemenscheibe 107 und den Gummidämpfern 109 um.
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Wie oben beschrieben worden ist, kann bei der fünften Ausführungsform, weil die Drehmoment-Begrenzungseinrichtung (Bruchbereich 137) einstückig innerhalb der inneren Nabe 122 vorgesehen ist, die Drehmoment-Begrenzungseinrichtung ohne mehrere Reibplatten erreicht werden. Somit ist die Drehmoment-Begrenzungseinrichtung vereinfacht, und ist die Anzahl der Teile und der Zusammenbauvorgänge für die Drehmoment-Begrenzungseinrichtung verkleinert, wodurch die Kosten des Produkts herabgesetzt sind.
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Die Bruchbereiche 137, die als Drehmoment-Begrenzungseinrichtung arbeiten, sind innerhalb der zylindrische Wand 112 in der axialen Richtung angeordnet. Somit kann die axiale Abmessung der Umlauf-Übertragungsvorrichtung im Vergleich mit einer herkömmlichen Umlauf-Übertragungsvorrichtung mit mehreren Reibplatten verkleinert sein, wodurch die Gesamtgröße der Umlauf-Übertragungsvorrichtung verkleinert ist.
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Wenn die Umlauf-Übertragungsvorrichtung von einem Keilriemen mit anderen Hilfseinrichtungen (beispielsweise der Lichtmaschine, der Wasserpumpe, der Fluidpumpe für die Servolenkung etc.) Gebrauch macht und die Drehmoment-Begrenzungseinrichtung unter übermäßigem Lastmoment arbeitet, verschleißt der Keilriemen nicht, und bricht er nicht, sodass die Hilfseinrichtungen kontinuierlich arbeiten.
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Ferner ist bei der vorliegenden fünften Ausführungsform das Innengewinde 135 der inneren Nabe 122 auf das Außengewinde 103 der Kompressorwelle 102 zum Verbinden der inneren Nabe 121 mit der Kompressorwelle 102 aufgeschraubt. Auf diese Weise kann die axiale Abmessung der Umlauf-Übertragungsvorrichtung im Vergleich mit der herkömmlichen Umlauf-Übertragungsvorrichtung, bei der ein äußerer Keil der Kompressorwelle und ein innerer Keil der inneren Nabe im Wege einer Keilverbindung verbunden sind, verkleinert sein, wodurch die Gesamtgröße der Umlauf-Übertragungsvorrichtung verkleinert ist.
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Ferner ist, weil die Schraubverbindung starrer als die Keilverbindung ist, eine Befestigungsschraube nicht notwendig. Somit ist die Anzahl der Teile und der Zusammenbauvorgänge für die Drehmoment-Übertragungsvorrichtung verkleinert, wodurch die Kosten des Produkts herabgesetzt sind.
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(Modifikationen)
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform findet die vorliegende Erfindung Anwendung bei der Umlauf-Übertragungsvorrichtung, die in dem Motorraum eines Fahrzeugs eingebaut ist, um die Umlaufkraft von dem Motor an den Kompressor zu übertragen. Alternativ kann die vorliegende Erfindung Anwendung finden bei einer Umlauf-Übertragungsvorrichtung, die für einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor verwendet wird, der in einer Fabrik angeordnet ist.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein Mehrfach-Keilriemen verwendet. Alternativ kann ein einfacher Keilriemen verwendet werden.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform findet die vorliegende Erfindung Anwendung bei einer Umlauf-Übertragungsvorrichtung, die eine Drehmoment-Begrenzungseinrichtung aufweist und die die Umlaufkraft an einen Kompressor überträgt, der für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet wird. Alternativ kann die vorliegende Erfindung Anwendung finden bei einer Umlauf-Übertragungsvorrichtung, die für eine andere Umlaufvorrichtung, beispielsweise eine Lichtmaschine, eine Wasserpumpe, eine Ölpumpe, ein Gebläse oder einen Lüfter, verwendet wird.
