-
Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung zur Momentenübertragung. Die JP H08- 319 945 A offenbart einen Kompressor mit einer Kupplungseinrichtung. Die Kupplungseinrichtung überträgt Momente. Die Kupplungseinrichtung ist als Blockscheibe, insbesondere Keilriemenscheibe, ausgebildet, um das Drehmoment von einem Riemen aufzunehmen. Die Kupplungseinrichtung ist auch in der Lage, als Momentenbegrenzer zu arbeiten und die Momentenübertragung zu trennen, wenn das Moment ein bestimmtes Schwellenwertmoment überschreitet. Die Kupplungseinrichtung ist mit einem geschwächten Teil ausgestattet, das bricht und die Momentenübertragung trennt, wenn das Moment den Schwellenwert überschreitet. Der geschwächte Teil ist auf einem Scheibenteil der Blockrolle vorgesehen und bildet eine Ringnut und durchgehende Löcher auf der Nut unter regelmäßigen Intervallen. Das durchgehende Loch schwächt und stellt die Festigkeit der Scheibe ein. Diese Konfiguration ist vorteilhaft für eine Kupplungseinrichtung einfacher Struktur und dies bei geringen Kosten. Dagegen ist es schwierig, Produkte auszulegen und herzustellen, die über ein Präzisionsbruchmoment verfügen.
-
Ein brechbarer Teil, von dem erwartet wird, dass er bricht, muss so ausgelegt werden, dass er über eine gewisse Festigkeit verfügt, die in der Lage ist, bei einem bestimmten Bruchmoment, dem Schwellenwert, zu brechen. Es ist jedoch schwierig, die Festigkeit des für das Brechen vorgesehenen Teils zu bestimmen. So kann beim Versagen durch Ermüden der zum Brechen vorgesehene Teil brechen, selbst wenn er mit einem geringeren Moment als dem erwarteten Bruchmoment beaufschlagt wird. Darum muss das maximal an den brechbaren Teil gelegte Moment, das ist das zulässige Drehmoment T2 unter ein mit T1/S angegebenes Moment eingestellt werden, wo T1 das Bruchmoment und S eine Sicherheitsgrenze ist. In diesem Fall ist die Kupplungseinrichtung sinnlos, da das geforderte übertragbare Moment T3 das zulässige Moment T2 überschreitet, wenn ein Verhältnis T1/T3 geringer als der Sicherheitsbereich S ist. Das geforderte übertragbare Moment T3 kann als Moment bezeichnet werden, das über die Kupplungseinrichtung unter einer aktuellen Anwendung zu übertragen ist. Im allgemeinen ist es notwendig, einen größeren Wert im Sicherheitsbereich S einzustellen, da es schwierig wird, eine theoretische Beanspruchungsanalyse des Gegenstandes durchzuführen, da der an das Objekt zu legende Spannungszustand eine komplizierte Analyse erfordert. Wenn dagegen die an den brechbaren Teil gelegte Beanspruchung genau abgeschätzt werden kann, so wird es möglich, einen geringeren Wert im Sicherheitsbereich S einzustellen und das zulässige Moment T2 zu erhöhen.
-
Die in der JP H08- 319 945 A offenbarte Konstruktion steht zu erwarten, primär durch eine Scherkraft zu brechen, das ist die tangentiale Beanspruchung. Da die Scherkraft dazu neigt, sich auf einer Fläche zu verdichten, ist es schwierig, eine Verteilung der Spannung genau abzuschätzen. Somit ist eine empirisch praktische Methode erforderlich, um eine geeignete Größe und ein geeignetes Material des brechbaren (bruchempfindlichen) Teils zu bestimmen.
-
Die
US 4 871 296 A beschreibt eine Entkupplungsvorrichtung für die Verwendung bei Luftturbinenstartern, welche eine erhöhte Wiederholbarkeit durch die Verwendung eines Zugstabes für den Bruch bloß bei im wesentlichen reiner und vorhersagbarer Spannung bieten soll.
-
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Konstruktion einer Kupplungseinrichtung anzugeben.
-
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, eine Kupplungseinrichtung vorzuschlagen, die über einen bruchempfindlichen Teil verfügt, der hauptsächlich durch Zugspannung gebrochen wird, welche durch ein übermäßiges Moment erzeugt wird.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einer Kupplungseinrichtung mit einem bruchempfindlichen Teil, der fast frei von Versagen infolge von Metallermüdung ist, die durch die Schwankung des übertragenen Moments hervorgerufen wird.
-
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kupplungseinrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, bei einem bestimmten Moment zu trennen, ohne Gewinde zu lösen und ohne von der Metallermüdung abhängig zu sein.
-
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Kupplungseinrichtung zwischen einem Antriebsglied und einem Abtriebsglied angeordnet. Die Kupplungseinrichtung umfasst einen Momentenbegrenzer, der mit dem Antriebselement drehbar ist. Der Momentenbegrenzer verfügt über ein Gewinde, das in einer Richtung geformt ist und eine Schubkraft erzeugt, wenn das Gewinde sich in der gleichen Richtung wie einer Richtung eines Momentes dreht, das vom Antriebsglied auf das Abtriebsglied übertragen wird und verfügt über einen bruchempfindlichen Teil von einer Zugfestigkeit, die bei einem bestimmten Niveau der Schubkraft bricht.
-
Bei dieser Konstruktion ist der bruchempfindliche Teil in der Lage aufgrund der durch das Gewinde erzeugten Zugkraft zu brechen. Es ist daher möglich, das Bruchmoment genau einzustellen.
-
Die Kupplungseinrichtung kann zusätzlich eine Einwegkupplung umfassen, die verhindert, dass das Gewinde durch ein Moment in einer Gegenrichtung lose wird. Es ist möglich, ein Losewerden des Gewindes zu verhindern, selbst wenn ein Moment in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung vom Antriebsglied zum Abtriebsglied aufgebracht wird.
-
Der bruchempfindliche Teil kann die Zugfestigkeit haben, die geringer als die der anderen Teile des Momentenbegrenzers ist.
-
Der Momentenbegrenzer kann auf dem Antriebsglied befestigt werden. In diesem Fall kann das Gewinde so ausgelegt sein, dass es das Antriebsglied auf dem abgetriebenen gleitverschiebbar befestigt. Entsprechend dieser Konstruktion sorgen das Antriebsglied und das Abtriebsglied für einen Reibungskontakt. Der Reibungskontakt überträgt das übertragene Moment vom Antriebsglied auf das Abtriebsglied, bis das übertragene Moment größer als das Reibungsmoment wird. Herrscht das übertragene Moment gegenüber dem Reibungsmoment vor, so wird das Antriebsglied in die Lage versetzt, auf dem Abtriebsglied zu gleiten und sich relativ zu diesem zu drehen. Der Momentenbegrenzer ist fast frei vom übertragenen Moment und die Schwankung des übertragenen Moments während des Reibungskontakts überträgt das übertragene Moment. Es ist daher möglich, zu verhindern, dass der bruchempfindliche Teil an Metallermüdung leidet, hervorgerufen durch die Schwankung des übertragenen Moments.
-
Das Gewinde kann so ausgebildet sein, dass das Antriebsglied veranlasst wird, in Kontakt mit dem Abtriebsglied in einer Weise zu kommen, dass das Antriebsglied direkt das Moment auf das Abtriebsglied überträgt, wenn das übertragene Moment geringer als ein vorbestimmtes Niveau ist und das Antriebsglied in die Lage versetzt wird, sich bezüglich des Abtriebsglieds zu drehen, wenn das übertragene Moment das vorbestimmte Niveau überschreitet.
-
Der Drehmomentbegrenzer kann von zylindrischer Gestalt gewählt sein. In diesem Fall verfügt der Drehmomentbegrenzer über einen ersten Teil, der auf dem Antriebsglied zu fixieren ist sowie über einen zweiten Teil, der auf das Antriebsglied geschraubt werden soll. Der bruchempfindliche Teil ist zwischen den ersten und zweiten Teilen angeordnet. Es ist möglich, eine kompakte Struktur des Drehmomentbegrenzers zur Verfügung zu stellen.
-
Der Drehmomentbegrenzer kann auf das Antriebsglied geschraubt werden, bis der Momentenbegrenzer und das Antriebsglied in axialen Kontakt kommen. Auch ist es möglich, den Drehmomentbegrenzer auf dem Antriebsglied fest zu fixieren.
-
Weiterhin kann die Kupplungseinrichtung ein Element umfassen, welches den Drehmomentbegrenzer entgegengesetzt zur Anziehrichtung des Gewindes beaufschlagt. Es ist möglich, Geräusch und Reibung, nachdem der Drehmomentbegrenzer gebrochen ist, zu reduzieren.
-
Das Antriebsglied kann eine erste Einwegkupplung, welche selektiv ein Moment von einer primären Antriebsquelle auf das Abtriebsglied überträgt und eine zweite Einwegkupplung umfassen, welche selektiv ein Moment von einer sekundären Antriebsquelle auf das Abtriebsglied überträgt. Bei dieser Konstruktion ist der Drehmomentbegrenzer so angeordnet, dass er durch das Moment von der primären oder sekundären Antriebsquelle in Drehung versetzt werden kann.
-
Erfindungsgemäß verfügt der Drehmomentbegrenzer über eine Kontaktfläche, die so angeordnet ist, dass sie das Abtriebsglied kontaktiert, und das Gewinde ist so vorgesehen, dass es eine Schubkraft in einer Kontaktierungsrichtung hervorruft, um das Abtriebsglied sowie die Kontaktfläche unter Pressen zu kontaktieren, wenn das Gewinde sich in der gleichen Richtung wie eine Richtung des Moments dreht, das vom Antriebsglied auf das Abtriebsglied übertragen wird. Weiterhin ist der bruchempfindliche Teil zwischen der Kontaktfläche und einem Teil des Gewindes angeordnet; der bruchempfindliche Teil bricht, wenn das Moment größer als ein vorbestimmter Wert wird. So bricht der bruchempfindliche Teil genau bei dem Moment, das größer als das vorbestimmte Moment ist.
-
Bevorzugt kontaktiert die Kontaktfläche des Momentenbegrenzers ein Ende des Abtriebsglieds, wenigstens eines aus Kontaktfläche und dem einen Ende des Abtriebsglieds verfügt über einen Film auf seiner Oberfläche und der Film begrenzt eine Veränderung im Reibungskoeffizienten, wenn das eine Ende des Abtriebsglieds die Kontaktfläche kontaktiert. Alternativ verfügt ein Distanzstück über eine Fläche, welche eine Veränderung im Reibungskoeffizienten begrenzt, das Distanzstück ist zwischen der Kontaktfläche des Momentenbegrenzers und dem Abtriebsglied angeordnet. Das Brechen wird durch Reibung also nicht beeinflusst und der bruchempfindliche Teil bricht genau beim vorbestimmten Momentenniveau.
-
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, ohne darauf begrenzt zu sein, näher erläutert werden, in denen
- 1 ein Querschnitt durch eine Kupplungseinrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist;
- 2 ist ein vergrößerter Querschnitt durch die Kupplungseinrichtung nach der er-s-ten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 ist ein Querschnitt durch die Kupplungseinrichtung nach einer zweiten Ausführungsform;
- 4 ist ein Querschnitt und zeigt die Kupplungseinrichtung, wenn ein bruchempfindlicher Teil (dünnerer Teil) bricht, gemäß der zweiten Ausführungsform; und
- 5 ist ein Querschnitt und zeigt eine Kupplungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
-
Gemäß 1 wird die vorliegende Erfindung auf eine Kupplungseinrichtung 10 zwischen einem Motor zum Antrieb eines Fahrzeugs und einer auf dem Fahrzeug gelagerten Rotationsmaschine angewendet. Die Rotationsmaschine ist ein Kompressor 20 für einen Kühlzyklus. Der Kühlzyklus ist eine Komponente einer Fahrzeugklimaanlage. Die Kupplungseinrichtung 10 ist auf einer Welle 22 des Kompressors 20 angeordnet. Die Kupplungseinrichtung 10 ist mit einer Blockrolle 11 und einem Elektromotor 30 versehen.
-
Die Blockrolle 11 besteht aus Metall und ist von doppelzylindrischer Konstruktion. Die Blockrolle 11 verfügt über eine Außenfläche 11a mit einer V-Mehrfachnut und ist drehbar auf einem Frontgehäuse 21 des Kompressors 20 über ein Radiallager 12 gelagert. Die Blockrolle 11 ist mit einer Kurbelwelle des Motors über einen Keilrippenriemen gekoppelt. Die Blockrolle wird in Rotation versetzt, während der Motor läuft.
-
Eine Nabe 13 ist auf der Blockrolle 11 befestigt. Die Nabe 13 verfügt über ein äußeres Element 14, ein inneres Element 15 und einen Dämpfer 16. Das äußere Element 14 ist von Ringgestalt und verfügt über einen L-förmigen Querschnitt. Das äußere Element 14 ist gegen die Blockrolle 11 verbolzt. Das äußere Element 14 besteht aus Metallblech, beispielsweise kaltgewalztem Stahlblech und wird nach einem Pressverfahren hergestellt. Das innere Element 15 ist auf der Welle durch ein Fixiermittel fixiert, um das Innenelement 15 auf der Welle durch von den Gewinden ausgeübte Schubkraft fixiert zu werden. Der Dämpfer 16 verbindet das Außenelement 14 mit dem Innenelement 15 zur Momentenübertragung. Der Dämpfer 16 besteht aus elastischem Material, beispielsweise Gummi, d.h. einem chlorinierten Isobutylenisopren (CI-IIR)-Kautschuk und ist mit dem inneren und äußeren Element 14, 15 durch Vulkanisieren verbunden.
-
Der Dämpfer 16 wirkt als Stoßdämpfer zum Absorbieren von Momentenschwankungen. Der Dämpfer 16 wirkt auch als ein Beaufschlagungselement, um das innere Element 15 in eine Axialrichtung zu beaufschlagen, um einen inneren Ring 17a von einem inneren Ring 18a zu trennen.
-
Eine erste Einwegkupplung 17 sitzt mit Presssitz in der radialen Mitte des inneren Elements 15. Die Nabe 13 und die Einwegkupplung 17 bieten einen Übertragungsweg von der Blockrolle 11 zur Welle 22. Ein äußerer Ring der ersten Einwegkupplung 17 ist bezüglich des inneren Elements 15 befestigt. Ein innerer Ring 17a der ersten Einwegkupplung ist mit der Welle 22 durch zwei Mittel gekuppelt.
-
Das erste Mittel ist eine axiale Reibkupplung. Der innere Ring 17a ist unter Reibung mit der Welle 22 über einen Kontakt mit dem inneren Ring 18a gekuppelt.
-
Das zweite Mittel ist eine Gewindekupplung. Der innere Ring 17a ist mit der Welle über einen Drehmomentbegrenzer 19 gekuppelt, indem der Drehmomentbegrenzer 19 auf die Welle geschraubt wird. Der innere Ring 17a ist auf dem Drehmomentbegrenzer 19 über eine Gewindekupplung sowie einen Axialkontakt auf einem äußeren zylindrischen Teil 19a des Drehmomentbegrenzers 19 fixiert. Der Drehmomentbegrenzer 19 verfügt über eine axiale Ringfläche 19d auf einem axialen Ende des äußeren zylindrischen Teils 19a, so dass die Fläche 19d in Kontakt mit einem nach innen sich erstreckenden Flanschteil 17b auf dem inneren Ring 17a kommt. Die Gewinde auf dem inneren Ring 17a und der äußere zylindrische Teil 19a sind in einer Richtung ausgebildet, derart, dass sie sich festziehen, wenn der Motor die Blockrolle 11 antreibt. Anders ausgedrückt, die Gewinde sind in einer Richtung gebildet, so dass sie sich abhängig von einem Moment festziehen, das durch die erste Einwegkupplung 17 auf den Drehmomentbegrenzer 19 übertragen wird. Daher werden das innere Element 15 und der Drehmomentbegrenzer 19 zusammen, während der Motor läuft, in Drehung versetzt.
-
Der Drehmomentbegrenzer 19 verfügt weiterhin über einen inneren zylindrischen Teil 19b. Der innere zylindrische Teil 19b ist auf die Welle 22 geschraubt. Der innere zylindrische Teil 19b verfügt über ein Innengewinde auf seiner Innenfläche. Die Welle 22 verfügt über ein Außengewinde 22a auf ihrer Außenfläche. Die Gewinde 19c, 22a sind in einer Richtung ausgebildet, in der sie sich selbst festziehen, wenn der Drehmomentbegrenzer 19 in einer Richtung angezogen wird, bei der es sich um die gleiche wie eine Momentenrichtung bei der Übertragung von der Nabe 13 auf die Welle 22 handelt. Die Gewinde 19c, 22a erzeugen somit eine Schubkraft, wenn die Gewinde 19c, 22a festgezogen werden. Die Gewinde 19c, 22a werden hauptsächlich fest - oder angezogen - mit einem Moment, das größer als das geforderte übertragbare Moment T3 und geringer als das Bruchmoment T1 ist.
-
Der Drehmomentbegrenzer 19 verfügt über einen bruchempfindlichen Teil 19e zwischen zwei Teilen 19a, 19b. Der erste Teil 19a ist mit der Blockrolle 11 über den inneren Ring 17a und die Nabe 13 gekuppelt. Der andere Teil 19b ist mit der Welle 22 über die Gewinde gekoppelt. Der bruchempfindliche Teil 19e befindet sich auch zwischen der Oberfläche 19d und dem inneren zylindrischen Teil 19b. Der bruchempfindliche Teil 19e ist dünner als der andere Teil des Drehmomentbegrenzers 19 ausgebildet. Der bruchempfindliche Teil 19e hat eine geringere Zugfestigkeit gegen die Schubkraft, die Kraft in einer Axialrichtung als die auf die anderen Teile des Drehmomentbegrenzers 19. Der bruchempfindliche Teil 19e hat eine Zugfestigkeit derart, dass er auf einem bestimmten Niveau der Schubkraft bricht. Der Drehmomentbegrenzer 19 ist integral mit einem gesinterten metallischen Verbundmaterial ausgebildet und verfügt über einen Überzug aus Molybdändisulfid wenigstens auf dem Innengewinde 19c.
-
Nach dieser Ausführungsform ist es wünschenswert, die Reibungskoeffizienten auf dem Außengewinde 22a, dem Innengewinde 19c und den Kontaktflächen des Innenrings 19d konstant zu halten, da das Bruchmoment des bruchempfindlichen Teils 19e und das übertragbare Moment der Kupplungseinrichtung durch die Reibungskoeffizienten dieser Teile beeinflusst werden können. Um erwartete Funktionen aufrecht zu erhalten, werden das Außengewinde 22a, das Innengewinde 19c und die Fläche 19d sowie eine Kontaktfläche zwischen Innenring 17a und Außenring 18s mit dem Molybdändisulfidüberzug überzogen. Alternativ kann ein anderer Rostschutzüberzug anstelle des Molybdändisulfidüberzugs Verwendung finden.
-
Der Elektromotor 30 ist in die Kupplungseinrichtung 10 als innere Antriebsquelle zum Antrieb der Welle 22 integriert. Der Elektromotor 30 ist als bürstenloser Gleichstrom vom Typ mit äußerem Rotor konfiguriert. Der Elektromotor 30 verfügt über einen Stator 31 mit Spulen und einen Rotor 32 mit Magneten. Der Stator 31 ist auf dem Frontgehäuse 21 des Kompressors 20 fixiert. Der Rotor 32 ist außerhalb des Stators 31 angeordnet und drehbar auf der Welle 22 gelagert. Der Rotor 32 ist auf der Welle 22 über eine zweite Einwegkupplung 18 abgestützt. Die zweite Einwegkupplung 18 überträgt selektiv ein Moment in der gleichen Richtung wie beim durch die erste Einwegkupplung übertragenen Moment.
-
Die zweite Einwegkupplung 18 ist auf einer Außenfläche der Welle 22 zwischen der ersten Einwegkupplung 17 und dem abgestuften Teil 22b der Welle 22 fixiert. Die zweite Einwegkupplung 18 hat einen Innenring 18a. Das eine Ende des Innenrings 18a kommt in Kontakt mit dem abgestuften Teil 22b und das andere Ende des Innenrings 18a kommt in Kontakt mit der axial weisenden Stirnfläche des Innenrings 17a. Daher bietet der Innenring 18a ein Verlängerungselement der Welle 22 zur Aufnahme des Innenrings 17a, der direkt axial durch Aufschrauben des Momentenbegrenzers 19 angezogen wird.
-
In einem Montageschritt wird der Momentenbegrenzer 19 in den Innenring 17a und auf die Welle 22 wie eine Mutter aufgeschraubt. Der Drehmomentbegrenzer 19 wird weiterhin auf die Welle 22 aufgeschraubt, nachdem die Welle 19d in Kontakt mit dem Flanschteil 17b kommt. Das Dämpfungsglied 19 ermöglicht es dem Innenring 17a sich axial zu bewegen. Während der Drehmomentbegrenzer 19 aufgeschraubt wird, übt der Drehmomentbegrenzer 19 die Schubkraft auf den Innenring 17a und den Innenring 18a aus. Dann kommen der Innenring 17a und der Innenring 18a in Kontakt mit dem abgestuften Teil 22b und werden auf den abgestuften Teil 22b gepresst. Der Drehmomentbegrenzer 19 wird mit einem Moment angezogen, das größer als das erforderliche übertragbare Moment T3 und kleiner als das Bruchmoment T1 ist. Im Ergebnis werden der Innenring 17a und der Innenring 18a und der Momentenbegrenzer 19 befestigt und auf der Welle 22 durch die Schubkraft, eine axiale Anzugskraft, fixiert. Jedoch sind ein Kontakt zwischen dem Innenring 17a und dem Innenring 18a und ein Kontakt zwischen dem Innenring 18a und der Welle 22 lediglich vom Reibungstyp; daher sind diese Komponenten oder Glieder noch bezüglich einander gleitend drehbar, wenn ein bestimmtes Drehmoment-Niveau angelegt wird.
-
Beim Betrieb der Kupplungseinrichtung 10 überträgt die Kupplungseinrichtung 10 ein Moment von der Blockrolle 11 auf die Welle 22 und zusätzlich oder alternativ treibt der Elektromotor 30 die Welle 22 an. Die Blockrolle 11 nimmt das Drehantriebsmoment vom Motor auf. Das Moment wird auf die Welle 22 durch das Dämpfungsglied 16, das innere Element 15, die erste Einwegkupplung 17 und den Innenring 18a übertragen.
-
Ist das übertragene Element geringer als das Anzugsmoment des Drehmomentbegrenzers 19, so dreht sich der Innenring 17a mit der Welle 22 ohne Schlupf. Daher nimmt der bruchempfindliche Teil 19e nur eine stabile Spannung auf, die durch die Anziehkraft des Drehmomentbegrenzers 19 und die entsprechend mit der Anzugskraft erzeugte Schubkraft hervorgerufen wurde. Der bruchempfindliche Teil 19e nimmt eine sehr geringe Spannung oder keine Spannung, hervorgerufen durch Schwankung des übertragenen Momentes, auf.
-
Wenn dann das übertragene Moment das Anzugsmoment überschreitet, dreht sich der Innenring 17a bezüglich der Welle 22, während er auf dem Innenring 18a gleitet oder zusammen mit dem Innenring 18a auf dem abgestuften Teil 22b gleitet. Diese Drehung des Innenrings 17a schraubt den Drehmomentbegrenzer 19 auf die Welle 22 und führt den inneren zylindrischen Teil 19b in Axialrichtung vor. Jetzt wird der innere zylindrische Teil 19b in Axialrichtung vorgeschoben, der äußere zylindrische Teil 19a wird jedoch auf der gleichen Axialposition gehalten. Somit wird die Zugspannung auf den bruchempfindlichen Teil 19e erhöht, während der Innenring 17a sich bezüglich der Welle 22 dreht. Um die Reibung zwischen dem Innenring 17a und dem Innenring 18a einzustellen, wird der Kontaktierungsteil hierzwischen enger.
-
Wenn dann der Innenring 17a um einen gewissen Winkel bezüglich der Welle 22 sich dreht, bricht die durch das Schrauben und Anziehen des Drehmomentbegrenzers 19 hervorgerufene Zugspannung den geschwächten Teil 19e. Das Brechen des bruchempfindlichen Teils 19e trennt den Drehmomentbegrenzer 19 in zwei Teile, den äußeren zylindrischen Teil 19a und den inneren zylindrischen Teil 19b. Der Innenring 17a wird vom Innenring 18a aufgrund der axialen Schubkraft des Dämpfers 16 getrennt. Im Ergebnis wird die Momentenübertragung von der Blockrolle 11 auf die Welle 22 unterbrochen.
-
Die zweite Einwegkupplung 18 hindert die Momentenübertragung von der Welle 22 auf den Rotor 32, während dessen die Welle 22 von der Blockrolle 11 angetrieben wird. Die Einwegkupplung 17 verhindert die Momentenübertragung von der Welle 22 auf die Blockrolle 11, während der Elektromotor 30 die Welle 22 antreibt.
-
Nach dieser Ausführungsform bilden die Nabe 13 und die erste Einwegkupplung 18 ein Antriebsseitenelement. Die Welle 22 und der Innenring 18a sind ein Antriebsseitenelement. Der Motor ist die primäre Antriebsquelle. Der Elektromotor 30 ist eine sekundäre Antriebsquelle.
-
Nach dieser Ausführungsform nimmt, da das übertragene Moment nicht direkt auf den bruchempfindlichen Teil 19e aufgebracht wird, der bruchempfindliche Teil 19e eine sehr geringe oder keine Spannung, hervorgerufen durch die Schwankung des übertragenen Momentes, auf. Die Kraft oder Spannung auf den bruchempfindlichen Teil 19e schwankt nicht entsprechend dem übertragenen Moment. Daher wird Metallermüdung am bruchempfindlichen Teil 19e, hervorgerufen durch hin- und herschwankende Last, verhindert.
-
Nach einem anderen Aspekt wird der bruchempfindliche Teil 19e so ausgelegt, dass er entsprechend der Zugspannung bricht, die durch die Schubkraft und nicht durch die Scherspannung hervorgerufen wird. Da die Zugspannung eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung über einen Querschnitt bietet, ist es möglich, die Spannungsverteilung auf den bruchempfindliche Teil 19e genau abzuschätzen und das Bruchmoment genau zu schätzen. Im Ergebnis ist es möglich, die Werte aufgrund praktischer Erfahrung zu eliminieren und Kosten zu reduzieren.
-
Nach einem anderen Aspekt ist es, da der Momentenbegrenzer 13 als eine unabhängige Komponente vorgesehen ist, möglich, das Bruchmoment genau einzustellen. Da dem bruchempfindliche Teil 19e Zylindergestalt mit einem Durchmesser im wesentlichen gleich dem der Welle 22 gegeben ist, wird es möglich, den Momentenbegrenzer 19 klein oder mit geringem Material zu bilden.
-
In anderer Hinsicht wird es, da der Momentenbegrenzer 19 axial in zwei Teile unterteilt ist, möglich, Geräusche oder unerwünschte Reibung nach dem Bruch des bruchempfindlichen Teils 19e zu reduzieren oder zu verhindern. Darüber hinaus ist ein Trennmittel zum Trennen der Teile 19a, 19b in Form des Dämpfers 16 vorgesehen, es wird somit möglich, die Anzahl der Teile zu reduzieren.
-
Weiter verhindert die erste und zweite Einwegkupplung 17, 18, dass der Momentenbegrenzer 19 lose wird.
-
Die vorliegende Erfindung lässt sich anwenden auf eine andere Kupplungseinrichtung, beispielsweise eine Kupplungseinrichtung, die über keinen Elektromotor verfügt. Jede Art Einwegkupplung kann als erste und zweite Einwegkupplung 17, 18 Anwendung finden, beispielsweise kann eine vom Rollen- und eine vom Freilauftyp verwendet werden. Die vorliegende Erfindung lässt sich anwenden auf eine Kupplungseinrichtung, die über einen Blockrollenteil und eine elektromagnetische Kupplung zur Regelung der Momentenübertragung verfügt.
-
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Kupplungseinrichtung nach der Erfindung. Die Kupplungseinrichtung ist von vereinfachter Konstruktion verglichen mit der ersten Ausführungsform. Die Kupplungseinrichtung 10 hat einige in der ersten Ausführungsform erläuterte Komponenten, daher werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die gleichen oder ähnliche Komponenten wie bei der ersten Ausführungsform zu bezeichnen.
-
Die Welle 22 ist drehbar am Gehäuse 20 gelagert. Die Blockrolle 11 ist drehbar am Gehäuse 20 über das Lager 12 gelagert bzw. abgestützt. Die Blockrolle 11 wird mit der Nabe 13 einschließlich des äußeren Elements 14, des inneren Elements 15 und des Dämpfers 16 gekuppelt. Das innere Element 15 verfügt über einen Scheibenteil 15d, einen äußeren zylindrischen Teil 15c und einen inneren zylindrischen Teil 15b. Der Scheibenteil 15d hat einen Sitzteil 15g, der auf einem Ende 22b der Welle 22 ruht. Der innere zylindrische Teil 15b verfügt über einen dickeren Teil 15e und einen dünneren Teil 15f als bruchempfindlichen Teil. Der dünnere Teil 15f ist zwischen dem Sitzteil 15g und dem dickeren Teil 15e positioniert. Ein Gewinde 15a (das ist ein Schraubteil) ist auf dem inneren zylindrischen Teil 15b ausgebildet. Ein Gewinde 22a (das ist ein Schraubteil) ist auf der Welle 22 ausgebildet.
-
Nach der zweiten Ausführungsform wird ein Film bzw. Überzug aus Molybdändisulfid auf wenigstens einem aus Sitzteil 15g und Ende 22b der Welle 22 geformt, so dass der Reibungskoeffizient zwischen dem Sitzteil 15g und dem Ende 22b der Welle 22 stabil ausgestaltet wird.
-
Die Gewinde 15a, 22a sind als Rechtsgewinde oder Linksgewinde ausgebildet, so dass die Sitzfläche 15g auf das Ende 22b der Welle 22 geschoben wird, wenn der innere zylindrische Teil 15b in Drehung versetzt und in einer Richtung angezogen wird, bei der es sich um die gleiche wie die Richtung des Momentes handelt, das von der Nabe 13 auf die Welle 22 übertragen wird. Daher nimmt der auf die Sitzfläche 15g wirkende Schubdruck zu, während die Gewinde 15a, 22a angezogen werden. Die Gewinde 15a, 22a werden hauptsächlich mit einem Moment angezogen, das größer als das geforderte übertragbare Moment und geringer als das Bruchmoment ist.
-
Die zweite Ausführungsform kann verwendet werden als eine Blockrolle für einen Kühlmittelkompressor eines Kraftfahrzeugkühlzyklus. Da jedoch die zweite Ausführungsform nicht über eine Einwegkupplung verfügt, besteht die Möglichkeit, dass die Gewinde 15a, 22a lose werden, wenn ein Moment entgegengesetzt zur Momentenrichtung von der Nabe 13 auf die Welle 22 auf die Gewinde 15a, 22a ausgeübt wird.
-
Nach der zweiten Ausführungsform nimmt der dünnere Teil 15f die Scherspannung auf, die durch ein Festziehmoment hervorgerufen wird, das aufgebracht wird, wenn der innere zylindrische Teil 15b angezogen wird und die Zugspannung, hervorgerufen durch eine Schubkraft, welche durch die Gewinde 15a, 22a hervorgerufen wurde, aufgebracht wird. Überschreitet das übertragene Moment das primäre Anzugsmoment, so werden die Gewinde 15a, 22a festgezogen. Die Gewinde 15a, 22a treiben den inneren zylindrischen Teil 15b entsprechend dem übertragenen Moment und einer Zeitdauer, für die das übertragene Moment das vorbestimmte Moment überschreitet, an. Daher nimmt die Zugspannung allmählich zu und bricht dann den dünneren Teil 15f.
-
Der dünnere Teil 15f empfängt einen sehr geringen Anteil an Ermüdungsspannung, hervorgerufen durch eine Schwankung des übertragenen Momentes. Daher tritt beim dünneren Teil 15a ein Versagen infolge Metallermüdung während der Momentenübertragung normalerweise nicht auf, da eine Veränderung des übertragenen Momentes die auf den inneren Teil 15f ausgeübte Spannung nicht beeinflusst. Im Ergebnis ist es möglich, dass der dünnere Teil 15f nur dann bricht, wenn ein übermäßiges Moment angelegt wird. 4 zeigt einen Zustand, wo der dünnere Teil 15f gebrochen ist, wenn eine Schubkraft größer als ein vorbestimmtes Moment auf den dünneren Teil 15f aufgebracht wird.
-
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Sitzteil 15g als eine Kontaktfläche benutzt, die das Ende 22b der Welle 22 kontaktiert, und der innere Teil 15f ist zwischen einem Teil des Gewindes 15a und dem Sitzteil 15g angeordnet. Nach der zweiten Ausführungsform ist das Gewinde 15e auch auf dem dünneren Teil 15f vorgesehen. Jedoch kann das auf dem inneren Teil 15f vorgesehene Gewinde 15e fortgelassen werden. In diesem Fall kann der dünnere Teil 15f zwischen dem Gewinde 15a und dem Sitzteil 15g positioniert sein.
-
Nach der zweiten Ausführungsform kann der Dämpfer 16 als Trennglied verwendet werden, das angeordnet ist, um den Scheibenteil 15d und dergleichen von der Welle 22 zu trennen, wenn der dünnere Teil 15f bricht. Da es sich beim Dämpfer 16 um ein elastisches Element zum Aufbringen einer elastischen Kraft wenigstens auf einen Vertreter aus Scheibenteil 15d und Welle 22 handelt, kann dadurch Geräusch oder Störung im gebrochenen Teil des dünneren Teils 15f in seiner Entstehung vermieden und verhindert werden, dass unnötiger Reibungswiderstand hervorgerufen wird.
-
Mit Bezug auf 5 wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Nach der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist ein Film oder Überzug aus Molybdändisulfid auf dem Sitzteil 15g und dem Ende 22b der Welle 22 geformt, so dass der Reibungskoeffizient zwischen dem Sitzteil 15g und Ende 22b der Welle 22 stabil gemacht wird. Nach der dritten in 5 gezeigten Ausführungsform jedoch, ist ein Distanzstück 17, auf welchem ein Film oder Überzug aus Molybdändisulfid geformt ist, zwischen dem Scheibenteil 15d und dem Ende 22b der Welle 22 angeordnet. Das Distanzstück 17 begrenzt also eine Veränderung im Reibungskoeffizient.
-
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen, und dies mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, dass Änderungen und Modifikationen dem Fachmann ohne weiteres klar werden.
-
Beispielsweise kann nach der oben beschriebenen zweiten und dritten Ausführungsform ein Innengewinde als Gewinde 15a auf der Innenumfangsfläche des zylindrischen Teils 15e (der Nabe 13) ausgebildet werden und ein Außengewinde als Gewinde 22a auf dem Drehabtriebsglied (beispielsweise der Welle 22) ausgebildet sein. Umgekehrt kann das Außengewinde als das Gewinde 15a auf dem zylindrischen Teil 15b (d.h. der Nabe 13) ausgebildet sein, und das Innengewinde kann als das Gewinde 22a auf dem angetriebenen sich drehenden Element (d.h. der Welle 22) ausgebildet sein.
-
Bei den oben beschriebenen zweiten und dritten Ausführungsformen ist die Nabe 13 direkt mit der Welle 22 verbunden. Ein angetriebenes Drehelement, das vollständig mit der Welle 22 sich dreht, kann vorgesehen sein. In diesem Falle ist die Nabe 13 des Drehantriebselements verbunden mit dem angetriebenen Drehelement, das vollständig mit der Welle 22 in Drehung versetzt wird.
-
Bei den oben beschriebenen zweiten und dritten Ausführungsformen ist der zylindrische Teil 15b einschließlich des bruchempfindlichen Teils (d.h. des dünneren Teils 15f) aus gesintertem Metall gemacht. Der zylindrische Teil 15b jedoch einschließlich des dünneren Teils 15f kann aus anderem Material, wie Keramik, hergestellt sein. Weiterhin ist das Gewinde 15a (der Schraubteil) im wesentlichen auf der gesamten Innenfläche des zylindrischen Teils 15b einschließlich des dünneren Teils 15f vorgesehen. Das Gewinde 15a kann aber auf der Innenfläche des dünneren Teils 15f im Bereich des zylindrischen Teils 15b fortgelassen werden.
-
Solche Änderungen und Modifikationen sind als im Rahmen der Erfindung liegend, wie sie insbesondere in den Ansprüchen definiert, anzusehen.
