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Kupplungsaggregat, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf ein Kupplungsaggregat, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die aus einer Fliehkraftkupplung,
deren Fliehgewichte an dem mit der Antriebswelle verbundenen Schwungrad angeordnet
sind und einer der Fliehkraftkupplung nachgeschalteten elektromagnetischen Kupplung
zusammengesetzt ist, die aus einem Magnetjoch mit der Spule und einem Magnetanker
besteht und das Magnetjoch zwischen dem Schwungrad und der mit der Antriebswelle
verbundenen Kupplungsscheibe liegt.
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Bei bekannten Kupplungsaggregaten dieses Typs wirkt meistens die elektromagnetische
Kupplung bei ihrer Erregung ruckartig. Diese bekannten Kupplungsaggregate eignen
sich daher bei ihrer Verwendung für Kraftfahrzeuge schlecht für den Gangwechsel
und erfordern komplizierte sowie aufwändige Vorrichtungen, um das Anlassen des Motors
durch das geschobene Fahrzeug zu ermöglichen; abgesehen davon neigen die Reibflächen
dazu, heiß zu werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungsaggregat zu
schaffen, das frei von diesen Nachteilen ist, eine einfache und gedrängte Bauweise
und eine ausgezeichnete Progressivität beim Anfahren hat sowie einen leichten Gangwechsel
und das Anlassen des Motors durch das geschobene Fahrzeug im
ermöglicht.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß das Magnetjoch
mit einer Trommel verbunden ist, die in Axialrichtung in der Nähe des Magnetjochs
angeordnet ist und einen größeren Durchmesser aufweist als dieses und die zugleich
den Abtriebsteil der Fliehkraftkupplung darstellt. Es wird somit ein Kupplungsaggregat
geschaffen, das vor allen Dingen in Axialrichtung eine äußerst zusammengedrängte
Bauweise aufweist und sich in der Praxis als sehr zufriedenstellend erwiesen hat.
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Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kupplungsaggregats
ist die mit dem Magnetjoch vtrbundene Trommel frei drehbar auf einer Muffe gelagert,
die die Abtriebswelle umgibt und an dem mit der Antriebswelle verbundenen Schwungrad
befestigt ist. Weiterhin ist es irn Sinne der Weiterbildung der Erfindung, daß die
mit dem Schwungrad verbundenen Fliehgewichte in einer ringförmigen Aussparung zwischen
dem Magnetjoch und der mit ihm verbundenen Trommel um Bolzen schwenkbar angeordnet
sind.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist darin zu sehen, daß
an der Trommel eine Bremsvorrichtung angeordnet ist, die wirksam wird, sobald die
Drehzahl der Antriebswelle klein wird bzw. auf die Leerlaufdrehzahl abfällt und
der erste oder der Rückwärtsgang eingerückt wird. Es ist zwar bei Fliehkraftkupplungen
bekannt, außer den üblichen Fliehgewichten je ein Hilfsfliehgewicht anzuordnen;
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bringt eine Anordnung besondere Vorteile,
bei der jedem Fliehgewicht der Fliehkraftkupplung in an sich bekannter Weise ein
Hilfsfliehgewicht zugeordnet ist. Es ist auch bekannt, daß diese Hilfsfliehgewichte
bei stillstehendem Motor an die Kupplungstrommel gedrückt werden; auch bei dem erfindungsgemäßen
Kupplungsaggregat bringt eine Anordnung besondere Vorteile, die so ausgebildet ist,
daß die Hilfsfliehgewichte in an sich bekannter Weise bei Stillstand des Motors
durch Federn an die Trommel gedrückt werden und etwa ein Drittel des maximalen Drehmoments
auf diese übertragen, die bei laufendem Motor dagegen infolge der Fliehkraft unwirksam
werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
von zwei Ausführungsbeispielen. Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 eine Ansicht
des erfindungsgemäßen Kupplungsaggregats im Längsschnitt nach der Linie
1-1 der Fig. 2 bei eingerückter Kupplung, Fig. 2 eine Teilansicht des in
Fig. 1 gezeigten Kupplungsaggregats im Querschnitt nach der Linie II-II der
Fig. 1,
Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht einer anderen
Ausführungsform, jedoch im verkleinerten Maßstab, und Fig. 4 eine Schnittansicht
der Bremsvorrichtung für das Zwischenorgan.
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Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, welches
die Anwendung der Erfindung für das Triebwerk eines Kraftfahrzeugs zeigt, ist das
Kupplungsaggregat, wie sich aus Fig. 1 ergibt, zwischen einer Antriebswelle 10,
welche die Kurbelwelle des Motors sein kann, und einer Abtriebswelle 11 angeordnet,
welche die Antriebswelle des Wechselgetriebes bildet.
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Mit der Antriebswelle 10 ist durch Schrauben einerseits ein zur Achse
der Vorrichtung senkrechtes Schwungrad 13 und andererseits eine zylindrische Buchse
14 verbunden, welche die Abtriebswelle 11 umgibt. Zwischen der Abtriebswelle 11
und dem Schwungrad 13 mit der Buchse 14 ist ein Lager 15 angeordnet. Bei dieser
Anordnung ist jede unerwünschte Reibung zwischen der Abtriebswelle 11 und der Antriebswelle
10 vermieden.
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Auf der Buchse 14 ist das Joch 16 eines Elektromagneten drehbar mit
Hilfe von selbstschmierenden Lagern 17 axial unverschiebbar gelagert und an seinem
Umfang mit einer zylindrischen Trommel 18 verbunden, welche sich bis in die Nähe
des Schwungrads 13 hin erstreckt. Auf diese Weise wird die Gefahr vermieden, daß
bei der Drehung des Magnetjochs 16 durch Reibung die Abtriebswelle 11 mitgenommen
wird, wenn diese beim Gangwechsel mit einer vom Magnetjoch 16 abweichenden Drehzahl
umfläuft. Die Außenfläche der Trommel 18, welche zugleich das Außengehäuse der Kupplung
bildet, weist Kühlrippen 19 auf, während die Innenfläche der Trommel 18 mit einem
Reibbelag 20 versehen ist. Die Trommel 18 besteht vorzugsweise aus einer Leichtmetallegierung.
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In dem von der Trommel 18, dem Magnetjoch 16 und dem Schwungrad 13
begrenzten Innenraum der Kupplung ist eine Vorrichtung angeordnet, deren Wirkungsweise
durch die Drehzahl der Antriebswelle 10 bestimmt wird. Bei den dargestellten Ausführungsformen
ist diese Vorrichtung eine Fliehkrafteinrichtung, die, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt
ist, mit Fliehgewichten 21 ausgerüstet ist, welche über den Umfang symmetrisch verteilt
angeordnet und um am Schwungrad 13 befestigte Bolzen 22 schwenkbar sind. Jedes Fliehgewicht
21 hat eine mit einem Reibbelag 23 versehene Außenfläche, deren Krümmung derjenigen
des als Gleitbahn ausgebildeten Reibbelags 20 der Trommel 18 angepaßt ist. Der Reibbelag
23 kann aus jedem bekannten Material bestehen. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich,
sind die Fliehgewichte 21 in recht großer Entfernung von der Kupplungsachse angeordnet
und haben daher einen hohen Wirkungsgrad. Eine auf Zug beanspruchte Rückholfeder
24 ist jeweils an einem an dem Fliehgewicht 21 vorgesehenen Stift 25 einerseits
und an einem Stift 26 am Schwungrad 13 befestigt. Jede Rückholfeder 24, welche
Spiel und Geräusche der Fliehgewichte 21 verhindert, gewährleistet das Abheben der
Fliehgewichte 21 und wirkt entsprechend den Veränderungen des durch die Drehzahl
bedingten übertragenen Drehmoments, was nachstehend näher beschrieben wird.
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An dem Bolzen 22 jedes Fliehgewichts 21 ist eine Anschlagnase 27 angeordnet,
die mit dem Schwungrad 13 durch den Stift 27a fest verbunden ist und dazu dient,
den Hub des benachbarten Fliehgewichts 21 zu begrenzen.
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Am Magnetjoch 16 sind durch Schrauben die Trommel 18 und die Druckplatte
30 befestigt, während eine zweite Druckplatte mit 31 bezeichnet ist. Die Platten
30 und 31 stehen senkrecht zur Kupplungsachse und klemmen zwischen sich die Reibbeläge
32 einer mit einer Nahe 34 verbundenen Kupplungsscheibe 33 fest. Die Reibbeläge
32 bestehen aus einem beliebigen bekannten Reibmaterial. Die Kupplungsscheibe 33
ist außerhalb des Elektromagnets angeordnet und auf der Abtriebswelle 11 in üblicher
Weise gleitbar, jedoch drehfest mit dieser verbunden. Die Druckplatte 31 ist durch
Bolzen 35 auf dem dem Magnetjoch 16 zugeordneten Anker 36 befestigt, welcher durch
biegsame tangential verlaufende Zungen mit dem Magnetjoch 16 drehfest,
je-
doch axial verschiebbar verbunden ist. Die Dicke der Reibbeläge
32 der Kupplungsscheibe 33 ist so bemessen, daß der Luftspalt zwischen
dem Magnetjoch 16
und dem Anker 36 niemals aufgehoben wird.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der größte Teil des aus dem
Magnetjoch 16 und dem Anker 36 bestehenden Aggregats im Inneren der
Trommel 18 angeordnet, so daß der Raumbedarf des Kupplungsaggregats in Längsrichtung
sehr gering ist. Dies wird durch die Abmessungen der elektromagnetischen Kupplung
ermöglicht, welche kleiner sind als diejenigen einer üblichen elektromagnetischen
Kupplung. Diese elektromagnetische Kupplung, die von den beim Anfahren hervorgerufenen
Belastungen entlastet ist, weist Reibbeläge 32 auf, die sich somit weniger
rasch abnutzen, so daß die Breite des Luftspalts und die Größe des Kupplungselektromagneten
geringer gehalten werden können.
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Für die Stromzufuhr zur Wicklung 41 des Magnetjochs 16 sind
eine nicht näher dargestellte biegsame Feder aus leitendem Material und zwei Kollektorringe
43 vorgesehen, welche an der Stirnseite der Druckplatte 31 angeordnet sind
und an denen nicht dargestellte Stromzuführungsbürsten und Masseverbindungsbürsten
anliegen.
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Bei normalem Betrieb ist die Drehzahl des Motors in der durch den
Pfeil F in Fig. 2 angegebenen Drehrichtung ausreichend, die Fliehgewichte 21, die
Trornmel 18 und das Schwungrad 13 fest miteinander zu verbinden, wobei
der elektrische Strom eine Stärke hat, so daß das Magnetjoch 16 den Anker
36 anzieht, so daß die Kupplungsscheibe 33 eingeklemmt wird und daher
die Abtriebswelle 11 zusammen mit der Antriebswelle 10 umläuft.
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Jedesmal, wenn der Getriebeschalthebel betätigt wird, wird durch einen
entsprechenden Schalter der die Wicklung 41 speisende Strom abgeschaltet, so daß
dann die Kupplungsscheibe 33 nicht mehr eingeklemmt wird, wodurch ein freies
Auskuppeln gewährleistet ist. Nach dem Freigeben des Getriebeschalthebels wird die
Kupplungsscheibe 33 von neuem eingeklemmt. Infolge einer Verzögerung, die
beim Schließen des Stromkreises wirksam wird und auf Grund des Umstandes, daß die
Reibbeläge 32 so beschaffen sind, daß sie einen gewissen Schlupf zulassen,
wird ein weiches Einrücken erzielt.
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Der Speisestromkreis der Wicklung 41 kann durch die Verwendung der
Fliehkrafteinrichtung wesentlich vereinfacht werden, die ein progressives Anfahren
des Fahrzeugs gewährleistet. Der Stromkreis kann durch
die Batterie
oder durch die Lichtmaschine des Fahrzeugs gespeist werden und nur einen einfachen
Widerstand aufweisen, der durch den Anfangshub des Gashebels abgeschaltet wird.
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Die elektromagnetische Kupplung ist so ausgelegt, daß sie zugleich
die Funktion eines Drehmomentbegrenzers erfüllt und das maximal übertragbare Drehmoment
auf einen Wert begrenzt, bei dem keine Gefahr für das Triebwerk entsteht, beispielsweise
auf einen Wert, der zwischen dem 1,2- bis 2fachen des maximalen Motordrehmoments
liegt. Falls es wirklich erforderlich wird, das zusätzliche Drehmoment auszunutzen,
das der angeworfene Motor durch seine Massenträgheit abzugeben vermag, müssen jedoch
die Kraftübertragungsorgane gegen eine übermäßige Beanspruchung geschützt werden.
Die elektromagnetisehe Kupplung und ihr Steuerstromkreis sind gemäß der Erfindung
so ausgelegt, daß das bei in Ruhelage befindlichem Gashebel im entgegengesetzten
Drehsinn übertragbare Drehmoment auf einen Bruchteil des im normalen Drehsinn wirkenden
maximalen Motordrehmoments beschränkt wird, so daß es zwischen 0,15 und 0,5 des
maximalen Motordrehmoments liegt. Das Bremsmoment des Motors kann daher ausgenutzt
werden, ohne daß ein Bremsmoment von der Größe erreicht wird, daß die Gefahr des
Gleitens der Straßenräder infolge verringerter Bodenhaftung besteht.
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Die Progressivität des Einrückvorgangs beim Schalten der Gänge ist
durch die Zeit gewährleistet, die für den Aufbau des Stroms im Elektromagnet erforderlich
ist. Dieser Stromaufbau hängt von der Induktivität des Stromkreises ab, in dem sich
die Wicklung 41 des Elektromagnets befindet. Diese Induktivität kann in einem Stromkreis,
der keine Gleitkontakte aufweist, ziemlich hoch vorgesehen werden, da die Progressivität
beim Anfahren des Fahrzeugs durch die Fliehkrafteinrichtung gewährleistet wird.
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Die gewählte Induktivität muß um so höher sein, je höher das Motordrehmornent
liegt. Sie beträgt mehr als 100 Millihenry bei einem maximalen Motordrehmoment von
3 mkg und mehr als 600 Millihenry, wenn das maximale Motordrehmoment 15 mkg erreicht.
In üblicher Weise wird der elektrische Stromkreis der Wicklung 41 durch die Lichtmaschine
gespeist. Dies hat zur Folge, daß er nahezu stromlos ist, wenn sich der Motor im
Leerlauf befindet, und die Lichtmaschine einen um so stärkeren Strom liefert,
je
schneller sich der Motor dreht, wobei das durch die elektromagnetische
Kupplung übertragbare Drehmoment größer ist als das durch die Fliehgewichte übertragbare
Drehmoment, so lange, bis die Drehzahl des Motors bei voll geöffneter Drosselklappe
diejenige Drehzahl erreicht, welche dem maximalen Motordrehmoment und mindestens
60 bis 75 % dieser Drehzahl entspricht. Beim Anfahren des Fahrzeugs findet daher
ein Gleiten der Fliehgewichte 21 statt, wodurch eine im wesentlichen parabelförmige
Veränderung des Drehmoments in Abhängigkeit von der Drehzahl gewährleistet ist,
die für die Fahrbequemlichkeit sehr vorteilhaft ist. Ferner wird hierdurch jeder
Stoß vermieden, wenn der Gashebel ruckartig betätigt wird.
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Aus Fig. 2 ergibt sich, daß der Schwerpunkt jedes Fliehgewichts 21
und der Schubmittelpunkt der Reibfläche des Fliehgewichts in Richtung des Pfeils
F gesehen hinter dem Bolzen 22 liegt. Die Fliehkraft hat daher das Bestreben, den
Reibbelag 23 des Fliehgewichts 21 an den Reibbelag 20 der Trommel 18 anzudrücken.
Ferner ergibt sich, daß bei der beschriebenen Anordnung eine Klemmwirkung2 eintritt,
wenn das Fahrzeuog den Motor antreibt. Es ist, mit anderen Worten, bei einer gleichen
auf das Fliehgewicht 21 in radialer Richtung ausgeübten Kraft das Reibungsmoment
im entgegengesetzten Drehsinn größer als im normalen Drehsinn. Hierdurch wird bei
gleicher Drehzahl im Rückwärtsdrehsinn die Übertragung eines größeren Drehmoments
als im normalen Drehsinn ermöglicht, so daß das Bremsmoment des Motors innerhalb
eines weiten Bereichs ausgenutzt werden kann, Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform
sind zwei verschiedene Arten von Fliehgewichten vorgesehen. Die Fliehgewichte der
ersten Art, welche hier als Hauptfliehgewichte bezeichnet werden, sind den in Fig.
2 dargestellten Fliehgewichten 21 ähnlich. Jedes Fliehigewicht 21, an dem eine Rückholfeder
24 angreift, ist drehbar um einen Bolzen 22 gelagert und weist einen Reibbelag
23 auf. Die Fliehgewichte 42 der zweiten Art, die als Hilfsfliehgewichte
bezeichnet werden, wechseln mit den Hauptfliehgewichten 21 ab und sind so angeordnet,
daß sie sich unter der Wirkung der Fliehkraft von dem Reibbelag 20 der Trommel
18 entfernen, wobei die Schwenkachse 42a jedes Hilfsfliehgewichts 42 zwischen
dem Schwerpunkt des Hilfsfliehgewichts und dem Schubmittelpunkt des Reibbelages
45 des Hilfsfliehgewichts liegt. Dieser Schubinittelpunkt liegt in Richtung des
Pfeils F gesehen hinter der Schwenkachse 42 a. Am Hilfsfliehgewicht 42 greift eine
Feder 44 an, die das Bestreben hat, den Reibbelag 45 desselben gegen den Reibbelag
20 der Trommel 18 zu drücken.
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Durch diese Anordnung ermöglichen die Hilfsfliehgewichte 42 das Anlassen
des Motors durch das Anschieben des Fahrzeugs, während die Hauptfliehgewichte 21
zur übertragung des Drehmoments dienen, wenn der Motor angelassen ist. Der an den
Hilfsfliehgewichten 42 vorgesehene Reibbelag 45 wird durch die Federn 44 an die
Trommel 18 angedrückt, wobei im entgegengesetzten Drehsinn zur Richtung des
Pfeils F ein hohes Reibungsmoment infolge de r Klemmwirkung entwickelt wird,
die durch die Lage des Schubmittelpunkts gegenüber der Schwenkachse 42a bedingt
ist. Das Hilfsfliehgewicht ist so berechnet, daß von der Leerlaufdrehzahl an oder
später. wenn die elektromagnetische Kupplung eingerückt ist, die Fliehkraft die
Wirkung des Reibbelages 45 des Hilfsfliehgewichts 42 aufhebt und dieses somit unwirksam
macht. Es sei nun auf Fig. 4. Bezug genommen, die eine Brenisvorrichtung darstellt,
welche dazu dient, die Wirkung der Massenträgheit der Trommel 18 aufzuheben,
wenn bei im Stillstand befindlichem Fahrzeug die Drehzahl des Motors auf die Leerlaufdrehzahl
abfällt und der erste Gang eingerückt wird. Durch diese Bremsvorrichtuno, wird die
kinetische Energie des Magnetjochs 16, der Trommel 18 und der Druckplatte
30, durch welche beim Einrücken der Kupplung auf die Fahrzeugräder ein antreibendes
Drehmoment übertragen wird, das Stöße hervorruft, vernichtet. Zu diesem Zweck ist
um die Trommel 18, wie in Fig. 4
dargestellt, ein Ring 60 angeordnet,
der von einem Breinsband 61 umschlungen wird. Das eine Ende des Bremsbandes
61 ist an einem Stift 62 befestigt, während das andere Ende an einem
Bolzen 63 eines Winkelhebels 64 befestigt ist, welcher um einen Zapfen
65
schwenkbar und über das Gelenk 66 mit dem Tauchkern 67 eines Betätigungselektromagneten
68
gelenkig verbunden ist. Der Elektromagnet 68 sowie der Stift 62 und der
Zapfen 65 sind auf einer am feststehenden Gehäuse 70 der Kupplung befestigten Stütze
69 angeordnet. Zwischen dem Kupplungsgehäuse 70 und dem Bremsband 61 sind über den
Umfang verteilt zwei Federn 71 angeordnet, um das Bremsband 61 im gelockerten Zustand
im Abstand vom Ring 60 zu halten.
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Der Elektromagnet 68 wird von der Batterie 80 und nicht von der Lichtmaschine
85 des Fahrzeugs über einen Stromkreis 81 gespeist, in dem sich ein Schalter
82 befindet, der durch die Drehzahl des Motors so gesteuert wird, daß die Wicklung
des Elektromagnets 68 nur erregt wird, wenn die Motordrehzahl sehr niedrig
ist, da der von den Fliehgewichten 84 betätigte Schalter bei niedrigere Geschwindigkeiten
des Motors geschlossen bleibt.
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Bei normalem Betrieb ist daher der Elektromagnet 68 nicht erregt,
so daß das Bremsband 61 vom Ring 60 durch die Federn 71 in einem Abstand gehalten
wird. Auf den Ring 60 übt das Bremsband 61 daher keine Bremswirkung aus. Beim Druck
auf das Gaspedal 86 und somit beim Anfahren im ersten Gang oder im Rückwärtsgang
wird, wenn man den Motor vor dem Einrücken des Gangs mittels des Schalthebels 83
auf die Leerlaufdrehzahl abfallen läßt, der Elektromagnet 68 gespeist, und die im
Magnetjoch 16 vorhandene kinetische Energie wird durch das Bremsaggregat 60, 61
aufgenommen, so daß jeder Stoß beim Anfahren des Fahrzeugs vermieden wird.