-
Fliehkraftkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung
betrifft eine Fliehkraftkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit durch Fliehkraftwirkung
gegen die Kraft von Rückstellfedern drehzahlabhängig ausschwenkbaren, Reibkegelflächen
aufweisenden bogenförmigen Backen, die an einer mit dem antreibenden Kupplungsteil
umlaufenden Tragplatte angelenkt sind, und mit auf die Fliehbacken wirkenden Zusatzgewichten.
-
Bei bekannten Fliehkraftkupplungsarten, die von Zusatzgewichten Gebrauch
machen, wird zur Festlegung der Einkupplungs- und Auskupplungsdrehzahl lediglich
die Änderung des Schwerpunktabstandes der Zusatzgewichte von der Drehachse ausgenutzt.
Bei derartigen Kupplungen arbeiten die verschiebbaren Fliehgewichtsteile unabhängig
voneinander und können beim Anlauf der Kupplung im gleichen Zeitpunkt verschiedene
Schwerpunktabstände von der Hauptdrehachse der Kupplung haben. Dadurch werden exzentrische
Massenkräfte wirksam, die besonders bei hohen Drehzahlen zu Schäden führen können.
Ein weiterer mit dem Konstruktionsprinzip zusammenhängender Nachteil besteht auch
darin, daß z. B. ein geringer Unterschied zwischen der Einkupplungs- und Auskupplungsdrehzahl
besteht.
-
Bei einer weiteren bekannten Fliehkraftkupplung, bei der Zusatzgewichte
Verwendung finden, hängen die als Fliehkraftgewichte ausgebildeten Backen an einer
parallelogrammartigen Konstruktion, durch die eine radiale Bewegung der Fliehbacken
gewährleistet wird. Die Wirkung der Zusatzgewichte auf die Fliehbacken erfolgt über
ein kompliziertes Hebelsystem, das an einer die Parallelogrammkonstruktion der Backenaufhängung
tragenden Scheibe angreift. Diese Scheibe wird beim Ausschwingen der unter Fliehkraftwirkung
stehenden Zusatzgewichte verdreht und verschiebt dabei die Backen in radialer Richtung
gegen die Kupplungsscheibe.
-
Diese bekannte Fliehkraftkupplung ist sehr kompliziert aufgebaut und
fabrikatorisch sehr kostspielig herzustellen. Dieser Nachteil wird auch dadurch
nicht überwunden, daß, wie bei einer weiteren Fliehkraftkupplung mit Zusatzgewichten,
die Zusatzgewichte zwischen der Kupplungsdrehachse und der inneren Oberfläche der
Backen auf an der Kupplungsscheibe vorgesehenen Zapfen drehbar gelagert sind. Bei
dieser Ausführungsform sind die Backen verhältnismäßig massearm ausgebildet und
werden allein durch die Fliehgewichte gegen die Kupplungsscheibe gedrückt. Wenn
diese Konstruktion auch zuläßt, daß die Kupplung über einen langen, in bezug auf
den Drehpunkt dem Fliehgewicht gegenüberliegenden Arm auch bei höherer Drehzahl
nach Belieben gelöst werden kann, so bietet sie keine Möglichkeit, das Verhältnis
von Einkupplungs- und Auskupplungsdrehzahl innerhalb eines großen Bereichs zu verändern.
-
,Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fliehkraftkupplung
mit Zusatzgewichten zu schaffen, die sowohl einen größeren Unterschied zwischen
der Einkupplungs- und der Auskupplungsdrehzahl aufweist als auch eine genaue und
zuverlässige Fest-Iegung dieses Unterschieds sowie ein augenblickliches Ausrücken
der Kupplung beim Absinken der Drehzahl unter die Auskupplungsdrehzahl ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender
Merkmale gelöst: a) die Zusatzgewichte sind in an sich bekannter Weise auf zwischen
der Kupplungsdrehachse und der inneren Oberfläche der Fliehbacken an der Tragplatte
vorgesehenen Zapfen drehbar gelagert; b) die beim etwa maximalen Ausschwenken der
Fliehbacken jeweils von der Drehachse am weitesten entfernten Bereiche der Zusatzgewichte
stehen mit den inneren Oberflächen der Fliehbacken in Berührung;
c)
die Zusatzgewichte können sich durch die Wirkung der Fliehkraft nur bis in eine
solche Lage verdrehen, daß die Tangentialebene durch den Berührungspunkt vom Zusatzgewicht
und zugehöriger Fliehbacke etwa senkrecht zur Verbindungslinie des Berührungspunktes
mit der Drehachse verläuft; d) Die Gleichgewichtslage, die der äußeren Stellung
der Fliehbacken entspricht, würde bei den Zusatzgewichten schon bei einer kleineren
Drehzahl als bei den Fliehbacken eintreten, wenn Zusatzgewichte und Fliehbacken
unabhängig voneinander angeordnet wären.
-
Diese Vorrichtung gemäß der Erfindung macht Gebrauch von der Haftreibung
fester Körper sowie von dem Unterschied zwischen den Reibungskoeffizienten für Haftreibung
und gleitender Reibung. Die Ausnutzung dieser Erscheinung geschieht im wesentlichen
in der Weise, daß in dem Bereich zwischen Einkupplungs- und Auskupplungsdrehzahl
die durch Federn vorgespannten Fliehbacken 'auf die Zusatzgewichte drücken und damit
ein den Rückholfedern entgegenwirkendes Rückhaltemoment erzeugen, so daß die Auskupplungsdrehzahl
in einen niedrigen Drehzahlbereich verschoben wird. Sobald das Haftreibungsmoment
überwunden ist, gerät das Zusatzgewicht in Drehung, wobei ein zusätzliches Drehmoment
auf dieses in der Wirkungsrichtung der Rückholfedern einwirkt, und zwar wegen der
nicht mehr durch die Schwenkachse des Zusatzgewichtes verlaufenden Angriffslinie
der von der Backe ausgeübten Kraft.
-
Der Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß
das Verhältnis von Einkupplüngs-und Auskupplungsdrehzahl sich in einem großen Bereich
verändern läßt, und zwar durch entsprechende Bemessung der Rückholfedern, der Masse
und der Formgebung der Zusatzgewichte sowie durch die Formgebung der Berührungsflächen
zwischen Fliehbacken und Zusatzgewichten.
-
Diese Zusatzgewichte sind gemäß der Erfindung in bekannter Weise derart
gefoimt, daß ihr Massenmittelpunkt in jeder Betriebsstellung seitlich der Verbindungslinie
Berührungspunkt und Schwenkpunkt des Zusatzgewichtes liegt. Dabei erweist sich eine
dreieckige Platte mit abgerundeten Eckkanten als günstige Form für das Zusatzgewicht.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform liegen die inneren Oberflächen der Fliehbacken
auf einer zur Drehachse konzentrischen Zylindermantelfläche, wobei die Verbindungslinie
Berührungspunkt und Schwenkpunkt des Zusatzgewichtes in der radialen äußeren Stellung
in radialer Richtung verläuft.
-
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen
schematisch dargestellt; es zeigt F i g. 1 die Ansicht der Fliehkraftkupplung bei
maximaler Ausschwenkung der Backen und Zusatzgewichte, die der eingekuppelten Stellung
entspricht, F i g. 2 die Ansicht einer Fliehbacke mit Zusatzaewicht im entkuppelten
Zustand, F i g. 3 eine Darstellung der Kräfte- und Hebelverhältnisse im eingekuppelten
Zustand und beim Absinken der Drehzahl unter die Einkupplungsdrehzahl, F i g. 4
eine Darstellung der Kräfte und Hebelverhältnisse bei ausgerückter Kupplung und
beim Absinken der Drehzahl unter die Auskupplungsdrehzahl.
-
Die Kupplung gemäß F i g. 1 und 2 umfaßt kreisbogenförmige Fliehbacken
1 und 2, die an der Außenseite Reibkegelflächen aufweisen. Jede Fliehbacke
1 und 2 ist an einem Zapfen 3 bzw. 4, die einander gegenüberliegend
und an einer Tragplatte 9
befestigt sind, angelenkt. An einer von den Anlenkpunkten
entfernten Stelle der Backen greifen Federn 7 und 8 an, die mit ihrem anderen
Ende ebenfalls an der Tragplatte 9 befestigt sind. Diese Federn spannen die Fliehbacken
1 und 2 radial nach innen vor, so daß sie im Ruhezustand in einer
der Auskupplungsstellung entsprechenden Lage liegen. Die Ausschwenkung der Fliehbacken
1 und 2 ist durch Anschläge 5
und 6 begrenzt, die in schlitzförmige
Ausnehmungen eines Abschnittes der Backen eingreifen. Die die Fliehbacken 1 und
2 sowie deren Zapfen 3 und 4 haltende Tragplatte 9 ist auf einer Antriebswelle
10 befestigt. Der Abtrieb geschieht über ein oder zwei scheibenförmige Teile
(Kupplungsscheiben), deren radial äußere Abschnitte die gleiche Oberflächenform
wie die Reibkegelflächen der Fliehbacken 1 und 2
aufweisen. Der Abtriebsteil
ist in den Zeichnungen nicht eingezeichnet.
-
Zwischen der Achse 11 der Antriebswelle 10 und der inneren Wand der
Fliehbacke 1 ist ein Zusatzgewicht 12 in einer normal zur Kupplungsdrehachse
11 liegenden Ebene schwenkbar angeordnet. An einer entsprechenden, gegenüberliegenden
Stelle ist ein Zusatzgewicht 13 angebracht, das mit der Fliehbacke 2
zusammenwirkt.
Die Zusatzgewichte 12 und 13 haben die Form dreieckiger Platten mit abgerundeten
Eckkanten, und die Lagerstelle für die Zapfen 14 bzw. 15
befindet sich
in der Nähe einer Ecke. Der Massenmittelpunkt M eines Zusatzgewichtes
12 bzw. 13 liegt auf dem in F i g. 1 und 2 nicht dargestellten Arm
r, der in dem Schwenkbereich des Zusatzgewichtes 12 bzw.13 stets auf ein und derselben
Seite der verlängerten Verbindungslinie der Drehachse 11 und des Zapfens
14 bzw. 15 liegt, wobei die Länge des wirksamen Hebelarmes r' gleich dem Abstande
des Zapfens 14 bzw. 15 von der inneren Wand der Fliehbacke 1 bzw. 2 ist, gemessen
auf der verlängerten Verbindungslinie der Drehachse 11 und des Zapfens 14
bzw. 15. An den Fliehbacken 1 und 2 sind Anschläge 16 bzw. 17 vorgesehen,
die die maximale Ausschwenkung der Zusatzgewichte 12 und 13 derart
begrenzen, daß der wirksame Hebelarm r' mit der verlängerten Verbindungslinie der
Drehachse 11 und des Zapfens 14 bzw. 15 zusammenfällt.
-
Für die richtige Wirkungsweise der Kupplung sind folgende Grundsätze
einzuhalten: Die Einkupplungsdrehzahl wird im wesentlichen von dem durch die Fliehkraft
auf die Backen 1 und 2 ausgeübten Drehmoment sowie von dem durch die Federn
7
und 8 verursachten Rückdrehmoment bestimmt Bei Erreichen der Einkupplungsdrehzahl
- z. B.
1800 Umdr./Min. - sind die Fliehbacken 1 und 2
nach außen
gedrückt und stützen sich an den Anschlägen 5 bzw. 6 ab. Wenn dieser Zustand erreicht
ist, kann die Fliehkraft die Backen 1 und 2 nicht weiter nach außen
ausschwenken, denn die Differenz zwischen Fliehkraft- und Rückholmoment der Federn
7 und 8 wird von den Anschlägen 5 bzw. 6 aufgenommen.
-
Die Zusatzgewichte 12 und 13 mit ihren zugehörigen Rückholfedern
18 bzw. 19 bilden ein zweites
Fliehkraftsystem. Die Fliehkraft
greift im Massenmittelpunkt M der Zusatzgewichte 12 bzw. 13 an und erzeugt ein Drehmoment
O - o (O = Fliehkraft, o = Fliehkraftarm). Dem Drehmoment der Fliehkraft wirkt das
Rückdrehmoment der Federn 18 bzw. 19 entgegen (Z = Rückstellkraft der Feder 18 bzw.
19, z = Hebelarm dieser Kraft in bezug auf die Zapfen 14 und 15 als Drehpunkte).
Dieses zweite Fliehkraftsystem ist derart bemessen, daß das Fliehkraftmoment bereits
bei einer Drehzahl (z. B.1200 Umdr./ Min., die wesentlich unter der Einkupplungsdrehzahl
- z. B. 1800 Umdr./Min. - liegt, das Rückdrehmoment der Federn 18 und 19 bei voller
Ausschwenkung der Zusatzgewichte 12 und 13 überschreitet.
-
Die beiden Fliehkraftsysteme Fliehbacken 1 und 2 mit zugehörigen Federn
7 und 8 sowie Zusatzgewichte 12 und 13 mit zugehörigen Rückholfedern 18 und 19 müssen
derart aufeinander abgestimmt. sein, daß die Ausschwenkbewegung der Backen 1 und
2 in die Einkupplungsstellung im wesentlichen nicht durch die Zusatzgewichte 12
bzw. 13 beeinfiußt wird. Dies kann z. B. am einfachsten dadurch erreicht sein, daß
die Zusatzgewichte 12 und 13 eine merklich kleinere Masse aufweisen als die Fliehbacken
1 und 2.
-
Die Wirkungsweise der Kupplungsvorrichtung ist folgende: In der Ruhestellung
befindet sich die Kupplung in der in F i g. 2 dargestellten Lage. Die Backen 1 und
2 sowie die Zusatzgewichte 12 und 13 befinden sich in ihrer radialen inneren Stellung,
da keine Fliehkräfte an diesen angreifen, sondern lediglich die Rückholfedern 7,
8 sowie 18 und 19. Setzt man nun die Tragplatte 9 in Drehung, so treten an den Fliehbacken
1 und 2 sowie an den Zusatzgewichten 12 und 13 Fliehkräfte auf, die bestrebt sind,
diese Teile um deren Anlenkpunkte zu verdrehen. Eine Verdrehung kann jedoch erst
stattfinden, wenn die durch die Fliehkräfte erzeugten Drehmomente größer sind als
die durch die Rückholfedern erzeugten. Dieser Zustand tritt bei den Zusatzgewichten
12 und 13 bei etwa 1200 Umdr./Min. auf. Die Zusatzgewichte 12 und 13 sind dann bestrebt,
sich um ihre Zapfen 14 und 15 zu schwenken. Eine Schwenkbewegung kann jedoch noch
nicht auftreten, da die Backen 1 und 2 sich noch in ihrer ursprünglichen Stellung
befinden, die keine Verdrehung der Zusatzgewichte 12 und 13 erlaubt.
-
Erhöht man die Drehzahl der Kupplung weiter, so nimmt die Fliehkraft
der Fliehbacken 1 und 2 so weit zu, daß diese entgegen der Kraft der Rückstellfedern
7 und 8 nach außen gedrückt werden, bis die an den Backen angebrachten Reibkegelflächen
in Berührung mit entsprechend geformten, nicht dargestellten Flächen des anderen
Kupplungsteiles (Kupplungsscheiben) gedrückt werden, wobei die radiale äußere Stellung
der Backen jedoch durch Anschläge 5 und 6 begrenzt ist. In dem Maße, wie sich die
Backen 1 und 2 radial nach außen bewegen, können sich nun auch die Zusatzgewichte
12 und 13, deren eine Kante jeweils in Berührung mit der inneren Wand einer Backe
1 bzw. 2 steht, verdrehen. Bei Erreichen der Einkupplungsdrehzahl, also in diesem
Beispiel bei 1800 Umdr./Min., befinden sich die Fliehbacken 1 und 2 sowie die Zusatzgewichte
12 und 13 in den in F i g. 1 dargestellten Lagen, in denen die Verbindungslinie
der Schwenkachse (Zapfen 14 bzw. 15) der Zusatzgewichte 12 bzw. 13 mit den entsprechenden
Berührungspunkten von Zusatzgewicht und Backe radial verläuft.
-
Wird nun die Drehzahl der Kupplung unter die Einkupplungsdrehzahl
verringert, so haben die Fliehbacken 1 und 2 das Bestreben, sich radial nach innen
zu bewegen. Sie werden hieran jedoch durch die Zusatzgewichte 12 und 13 auf Grund
deren Stellung gehindert. Die Fliehbacken 1 und 2 drücken also mit einer der Differenz
der Fliehkraftmomente und der Rückstellmomente entsprechenden Kraft auf die Berührungsstelle
mit den Zusatzgewichten 12 bzw. 13. Dieser Zustand bleibt auf jeden Fall bis zum
Erreichen der Ausschwenkdrehzahl der Zusatzgewichte 12 und 13 (1200 Umdr./Min.)
bestehen. Unterhalb dieser Drehzahl sind die Zusatzgewichte 12 und 13 bestrebt,
sich in ihre ursprüngliche Lage zu verdrehen, da das auf die Zusatzgewichte ausgeübte,
von den Federn 18 bzw. 19 verursachte Rückstelldrehmoment größer wird als das durch
die Fliehkraft hervorgerufene Drehmoment. Die Zusatzgewichte 12 und 13 können jedoch
noch nicht in ihre Ruhelage zurückkehren, bevor der Unterschied dieser beiden Drehmomente
eine bestimmte Größe erreicht hat: Diese Größe ist gegeben durch den Reibungskoeffizienten
der Berührungsstelle der Zusatzgewichte 12 bzw. 13 mit den zugeordneten Fliehbacken
1 bzw. 2 und durch die Kraft, mit der die Fliehbacken auf die Zusatzgewichte drücken.
Das zu überwindende Reibungsmoment ist gleich dem Produkt aus der Druckkraft der
Fliehbacke auf das zugehörige Zusatzgewicht und dem Haftreibungskoeffizienten zwischen
Backe und Zusatzgewicht einerseits und dem Abstand der Berührungsstelle von der
Schwenkachse der Zusatzgewichte.
-
Sobald nun solche Kräfteverhältnisse herrschen, daß die Zusatzgewichte
12 und 13 sich in ihre Ruhelage verdrehen können, wirkt auf die Zusatzgewichte noch
ein weiteres Moment im Sinne der Rückdrehung, das dadurch zustande kommt, daß die
Normale im Berührungspunkt von Fliehbacke und Zusatzgewicht nicht mehr durch den
Schwenkpupkt des zugehörigen Zusatzgewichtes geht, so daß also die von der Fliehbacke
ausgeübte Kraft mit einer zunehmenden Komponente zur Rückstellung des Zusatzgewichtes
beiträgt.
-
Da diese Kräfteverhältnisse sich leicht in Formeln ausdrücken lassen,
seien diese hier noch abschließend angeführt: Mit den Bezeichnungen O = Fliehkraft
der Zusatzmasse, o = Fliehkraftarm der Zusatzmasse, Z = Rückstellkraft der Feder
18 bzw. 19, z = Hebelarm, an dem diese Kraft normal angreift, T = Reibungskraft
zwischen radial innerer Wand der Backe und Zusatzgewicht, t = Hebelarm, an dem die
Reibungskraft normal angreift, P = Anpreßkraft zwischen Backe und Zusatzgewicht,
p = Hebelarm, an dem die Anpreßkraft normal angreift, B = Fliehkraft der Fliehbacke
1 bzw. 2, b = Hebelarm, an dem diese Kraft normal angreift,
F =
Kraft der Federn 7 bzw. 8,
f = Hebelarm, an dem diese Kraft normal
angreift, gelten folgende Gleichungen: Für den Einkupplungsvorgang B-b =F-f. Für
den Auskupplungszustand T-t+O-a-Z-z-P- p=0.
Man kann die Anschläge
16 und 17 auch derart anordnen, daß die Normale in dem Berührungspunkt
zwischen Fliehbacke und Zusatzgewicht in der äußeren Stellung der Zusatzgewichte
12 und 13 nicht durch die Zapfen 14 bzw. 15 der Zusatzgewichte
verläuft. In diesem Fall ist der Hebelarm p in keiner Stellung gleich 0, so daß
bereits beim Absinken der Drehzahl unter die Einkupplungsdrehzahl ein Rückdrehmoment
auf die Zusatzgewichte 12 und 13 ausgeübt wird.
-
Die Ansprüche 2 bis 5 gelten als echte Unteransprüche nur in Verbindung
mit dem Anspruch 1.