DE102005014347B4

DE102005014347B4 - Reibschaltkupplung

Info

Publication number: DE102005014347B4
Application number: DE102005014347A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Wolf
Original assignee: Linnig Trucktec GmbH
Current assignee: Licos Trucktec GmbH
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: US20060213743A1; DE102005014347A1; US7497310B2

Abstract

Reibschaltkupplung (20) für ein anzutreibendes Element (21), insbesondere für ein Lüfterrad eines Kraftfahrzeuges, wobei das anzutreibende Element (21) über eine erste Reibscheibenkupplung (27, 39) direkt mit einem Antrieb (23) verbunden an die Drehzahl des Antriebs (23) anpassbar ist, wobei das anzutreibende Element (21) bei nicht geschalteter erster Reibscheibenkupplung (27, 39) mittels einer durch eine zweite Reibscheibenkupplung (27, 40) schaltbaren Wirbelstromkupplung (36) auf eine niedrigere erste Schleppdrehzahl antreibbar ist und wobei das anzutreibende Element (21) auf einer Welle (23) oder Achse angeordnet ist, so dass das anzutreibende Element (21) bei nicht geschalteter erster (27, 39) und zweiter (27, 40) Reibscheibenkupplung über die Reibung eines Wälzlagers (22) auf eine weitere Schleppdrehzahl antreibbar ist und die Wirbelstromkupplung (36) einen Wirbelstromteil (37) und einen relativ dazu bewegbaren Permanentmagnetteil (35) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetteil (35) räumlich betrachtet in axialer Richtung zwischen dem anzutreibenden Element (21) und einem Antriebsflansch (25), der bei geschalteter erster...

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibschaltkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Antriebsanordnung für ein Lüfterrad eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik:
Bei sogenannten Zweistufenkupplungen zur Bewegung eines anzutreibenden Elementes kann dieses mit der Antriebsdrehzahl sowie zwei niedrigeren unterschiedlichen Schleppdrehzahlen angetrieben werden, womit drei Antriebsgeschwindigkeiten realisierbar sind. Soll das anzutreibende Element, beispielsweise ein Lüfterrad eines Kraftfahrzeugs, mit der Motordrehzahl rotieren, ist beispielsweise eine erste Reibscheibenkupplung vorgesehen, mit der das anzutreibende Element kraftschlüssig antreibbar ist. Eine erste Schleppdrehzahl des anzutreibenden Elements wird bei ausgeschalteter erster Reibscheibenkupplung durch eine zweite Reibscheibenkupplung und eine damit gekoppelte Wirbelstromkupplung eingestellt. Für eine noch geringere Schleppdrehzahl sind beide Reibscheibenkupplungen ausgeschaltet, wobei das anzutreibende Element durch z. B. eine rotierende Antriebswelle aufgrund auftretender Lagerreibung mitbewegt wird.
Der Antrieb erfolgt bei diesen Kupplungen insbesondere über eine zentrische Antriebswelle oder beispielsweise bei feststehender Achse mit einer antriebseitigen Riemenscheibe.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technisch und wirtschaftlich vergleichsweise vorteilhaftere Reibschaltkupplung der einleitend bezeichneten Art bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2 und 8 gelöst.
In den Unteransprüchen sind weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung aufgezeigt.
Die Erfindung geht aus von einer Reibschaltkupplung für ein anzutreibendes Element, insbesondere für ein Lüfterrad eines Kraftfahrzeuges, wobei das anzutreibende Element über eine erste Reibscheibenkupplung direkt mit einem Antrieb verbunden an die Drehzahl des Antriebs anpassbar ist, wobei das anzutreibende Element bei nicht geschalteter erster Reibscheibenkupplung mittels einer durch eine zweite Reibscheibenkupplung schaltbaren Wirbelstromkupplung auf eine niedrigere erste Schleppdrehzahl antreibbar ist und wobei das anzutreibende Element auf einer Welle oder Achse angeordnet ist, so dass das anzutreibende Element bei nicht geschalteter erster und zweiter Reibscheibenkupplung über die Reibung eines Wälzlagers auf eine weitere Schleppdrehzahl antreibbar ist und die Wirbelstromkupplung einen Wirbelstromteil und einen relativ dazu bewegbaren Permanentmagnetteil umfasst. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt darin, dass der Permanentmagnetteil räumlich betrachtet in axialer Richtung zwischen dem anzutreibenden Element und einem Antriebs flansch, der bei geschalteter erster Reibscheibenkupplung direkt mit dem anzutreibenden Element verbindbar ist, angeordnet ist. Damit lässt sich eine vergleichsweise einfach aufgebaute und kompakte Reibschaltkupplung realisieren, bei welcher Standardlager zum Einsatz kommen können. Insbesondere ist ein Stufenkugellager wie bei einer bekannten Ausführungsform nicht mehr erforderlich.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der Wirbelstromteil auf der Seite des anzutreibenden Elements ausgebildet ist. Damit wird auch ein Aufbau möglich, der einfache Lagereinheiten zulässt.
Dieser Vorgehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Wirbelstromteil in dem anzutreibenden Element durchaus ausgebildet werden kann, ohne die Gefahr einer Kühlproblematik zu erhalten, selbst wenn auf eine außen angeordnete, angetriebene Rippenscheibe, die bisher für eine ausreichende Kühlung erforderlich ist und das Wirbelstromteil enthält, verzichtet wird. Für die Anbringung der Rippenscheibe ist ein Stufenkugellager notwendig, das bei Verzicht auf die Rippenscheibe entfallen kann.
Durch den auf der Seite des anzutreibenden Elements ausgebildeten Wirbelstromteil ist gewährleistet, dass in sämtlichen Schaltstufen die Abführung der Wärme durch das sich immer mitdrehende anzutreibende Element vorteilhaft unterstützt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sind das anzutreibende Element und der Permanentmagnetteil jeweils mittels einer separaten axial beabstandeten Lagereinheit gelagert. Hierdurch lassen sich das anzutreibende Element und der Permanentmagnetteil auf wirtschaftlich vorteilhafte Weise lagern. Zum einen können damit beispielsweise standardmäßige Lagereinheiten verwendet werden, die gegenüber beispielsweise sogenannten Stufen- oder Doppelkugellagern preisgünstiger sind. Außerdem kann es z. B. für Wartungs- bzw. Reparaturzwecken vorteilhaft sein, wenn das anzutreibende Element und der Permanentmagnetteil unabhängig voneinander gelagert sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Reibschaltkupplung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine der beiden Reibscheibenkupplungen als elektromagnetisch betätigbare Kupplung ausgebildet ist. Elektromagnetisch betätigbare Kupplungen sind besonders zuverlässige und verzögerungsarme Schaltkupplungen, die sich beispielsweise im Fahrzeugbau vielfach bewährt haben.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reibschaltkupplung ist wenigstens eine der beiden Reibscheibenkupplungen als Pneumatik- oder Hydraulikkupplung ausgebildet. Die Reibschaltkupplungen können prinzipiell auf unterschiedliche Weise bedient werden. Insbesondere kann die vorgeschlagene Reibschaltkupplung an bereits bestehende Pneumatik- bzw. Hydraulik-Systeme angepasst bzw. darin integriert werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Permanentmagnetteil ein Flanschteil umfasst, das im Wesentlichen als Gussteil realisiert ist. Ein Gussteil, insbesondere aus Aluminium bzw. auf Aluminiumbasis weist z. B. ein relativ geringes spezifisches Gewicht bzw. hohe Stabilitätswerte auf.
Bei einer überdies günstigen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes umfasst alternativ oder zusätzlich das anzutreibende Element ein Flanschteil, das im Wesentlichen als Gussteil ausgeformt ist.
Figurenbeschreibung:
Anhand der schematisch dargestellten Figuren sind weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Reibschaltkupplung und
2 einen Ausschnitt aus einer bekannten elektromagnetisch betätigbaren Stand der Technik Reibscheibenkupplung
2 zeigt eine bekannte elektromagnetisch betätigbare Reibscheibenkupplung, die beispielsweise als Lüfterkupplung 1 für ein Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Die Lüfterkupplung 1 umfasst eine Antriebswelle 2, an der drehfest eine Rotorscheibe 3 angeordnet ist. Die Antriebswelle 2 und damit die Rotorscheibe 3 wird über einen nicht dargestellten Antriebsmotor auf Antriebsdrehzahl gebracht. Auf der Antriebswelle 2 ist außerdem eine Lüfterradnabe 4 drehbar gelagert, an der z. B. über Schraubverbindungen 5 Lüfterflügel (nicht dargestellt) anschraubbar sind.
Mit der Lüfterkupplung 1 können drei unterschiedliche Drehzahlstufen der Lüfterradnabe 4 realisiert werden. Soll die Lüfterradnabe 4 mit derselben Drehzahl wie die Antriebswelle 2 rotieren, wird eine erste Elektromagnetkupplung 6 durch Bestromung eines dazugehörigen ersten Elektromagneten 6a geschaltet. Dabei wird magnetisch eine erste Ankerscheibe 7, die axial verschieblich mit der Lüfterradnabe 4 verbunden ist, an die Rotorscheibe 3 durch Magnetkräfte angezogen. Damit rotieren die Antriebswelle 2, Rotorscheibe 3 und die Lüfterradnabe 4 mit der gleichen Drehzahl.
Mit einer zweiten Elektromagnetkupplung 8 kann bei nicht bestromter erster Elektromagnetkupplung 6 eine geringere Drehzahl der Lüfterradnabe 4, eine erste sogenannte Schleppdrehzahl eingerichtet werden. Hierzu wird ein zweiter Elektromagnet 8a bestromt und eine zweite axial verschiebliche Ankerscheibe 9 an die Rotorscheibe 3 angezogen. Die Ankerscheibe 9 ist mit einem zu einem Doppelkugellager 11 gehörigen Zwischenring 10 und dieser mit einer Rippenscheibe 12 fest verschraubt. Das Doppelkugellager 11 ermöglicht eine Drehlagerung der Lüfterradnabe 4 und der Rippenscheibe 12. Ein radial außen liegender Ringbereich 12a der Rippenscheibe 12 ist durch einen Spalt s₂ von einem Ringabschnitt der Lüfterradnabe 4 beabstandet, an dem in Umfangsrichtung mehrere Permanentmagnete 13 mit jeweils entgegengesetzter Polarität angebracht sind. Der Ringbereich 12a weist beispielsweise einen eingeschlossenen Stahlring 12b auf. Bei Bestromung des Elektromagneten 8a wird über die Rotorscheibe 3, die Ankerscheibe 9 und den Zwischenring 10 die Rippenscheibe 12 auf Antriebsdrehzahl gebracht und dadurch eine Wirbelstromkupplung 14 aktiviert, so dass die Lüfterradnabe 4 mit der ersten Schleppdrehzahl dreht.
Um eine dazu geringere zweite Schleppdrehzahl der Lüfterradnabe 4 einzurichten, wird die erste Elektromagnetkupplung 6 und die zweite Elektromagnetkupplung 8 ausgeschaltet, wodurch die Ankerscheiben 7 und 9 mit z. B. dem Spaltabstand s₁ von der Rotorscheibe 3 beabstandet sind. Durch bei der Rotation der Antriebswelle 2 auftretende Reibung in dem Doppelkugellager 11 wird die Lüfterradnabe 4 mitgeschleppt und dreht mit einer zweiten Schleppdrehzahl, welche geringer als die erste Schleppdrehzahl ist.
1 zeigt eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Anordndung mit einer Reibschaltkupplung 20 für beispielsweise ein Lüfterrad eines Kraftfahrzeuges. Eine Lüfterradnabe 21 ist über ein einstufiges Kugellager 22 mit hier z. B. zwei Wälzkörperringen auf einer Antriebswelle 23 gelagert, die mit einem Schraubelement 24 verschraubt ist. Des Weiteren ist eine Rotorscheibe 25 drehfest mit der Antriebswelle 23 über einen Hülsenabschnitt 26 verbunden. Die Rotorscheibe 25 weist einen radial verlaufenden Reibscheibenabschnitt 27 auf, welcher Reibflächen für eine Reibkupplung aufweist.
Im Bereich der dem Reibscheibenabschnitt 27 abgewandten Rückseite der Rotorscheibe 25 sind zu dieser berührungsfrei zwei radial übereinander liegende Elektromagnete 28 und 29 angeordnet, die an einem positionsfesten Flanschstück 30 gehalten sind, das über ein weiteres Kugellager 31 auf der Antriebswelle 23 gelagert ist.
Auf der von der Kupplungsanordnung abgewandten Seite des Kugellagers 31 befindet sich fest mit der Antriebswelle 23 verbunden ein sich konisch erweiternder Flansch 33, der axial gesichert ist und z. B. zur Übertragung von Antriebskräften auf die Antriebswelle 23 dient.
Auf der Antriebswelle 23 in axialer Richtung im Bereich a zwischen der Lüfterradnabe 21 und der Rotorscheibe 25 ist ein weiterer Ringflansch 32 über ein Kugellager 34 drehbar gelagert. Am Ringflansch 32 sind in Umfangsrichtung mehrere Permanentmagnete 35 angebracht, welche abwechselnd jeweils entgegengesetzte magnetische Polarität zeigen. Die Permanentmagnete 35 gehören zu einer Wirbelstromkupplung 36, mit einem Wirbelstrombereich 37 in der gegenüber dem Ringflansch 32 beweglichen Lüfterradnabe 21. Die Lüfterradnabe 21 ist im Wirbelstrombereich 37 auf radialer Höhe der Permanentmagnete 35 mit einem Stahlring 38 versehen, der beispielsweise in der als Gussteil ausgebildeten Lüfterradnabe 21 eingeschlossen ist. Die Permanentmagnete 35 sind von der Lüfterradnabe 21 mit dem Abstand c geringfügig beabstandet.
An der Lüfterradnabe 21 ist über ein Zwischenteil 21a auf der zur Rotorscheibe 25 gerichteten Seite ein Ankerelement 39 axial verschieblich verbunden angebracht. Bei bestromtem ersten Elektromagneten 28 wird das Ankerelement 39 magnetisch an die Rotorscheibe 25 gegen einen radial äußeren Teil des Reibscheibenabschnitts 27 angezogen, so dass die Lüfterradnabe 21 im Reibschluss mit der gleichen Drehzahl rotiert, wie die Rotorscheibe 25. über eine nur schematisch angedeutete Schraubverbindung 43 kann an der Lüfterradnabe 21 neben dem Zwischenteil 21a auch ein Lüfterrad (nicht gezeigt) angeschraubt sein.
Bei nicht bestromtem Elektromagneten 28 ist das Ankerelement 39 durch ein verbundenes elastisches Rückstellelement, z. B. ein Federelement 41 axial zurückgestellt bzw. das Ankerelement 39 mit einem Abstand b vom Reibscheibenabschnitt 27 beabstandet.
Auf gleicher axialer Höhe wie das Ankerelement 39 ist radial weiter innen ein zweites Ankerelement 40 ebenfalls axial verschieblich am Ringflansch 32 realisiert. Wird bei nicht bestromtem Elektromagnet 28 ein zweiter Elektromagnet 29 bestromt, wird das Ankerelement 40 reibschlüssig mit einem radial inneren Teil des Reibscheibenabschnitts 27 in Eingriff gebracht, so dass der Ringflansch 32 mit derselben Drehzahl rotiert, wie die Rotorscheibe 25. Durch die mitrotierenden Permanentmagnete 35 werden im Wirbelstromteil 37 der Lüfterradnabe 21 Wirbelströme induziert und mit den dabei gebildeten Magnetfeldern ein Drehmoment auf die Lüfterradnabe 21 übertragen. Somit wird bei bestromtem Elektromagneten 29 und bei gleichzeitig nicht bestromtem Elektromagneten 28 eine erste Schleppdrehzahl auf die Lüfterradnabe 21 übertragen. In 1 ist dieser Zustand mit dem an den Reibscheibenabschnitt 27 angezogenen Ankerelement 40 dargestellt.
Sind beide Elektromagneten 28 und 29 nicht bestromt, wird bei Rotation der Antriebswelle 23 über das Kugellager 22 durch Lagerreibung eine zweite Schleppdrehzahl auf die Lüfterradnabe 21 übertragen, die geringer als die erste Schleppdrehzahl ist.
1 zeigt beispielhaft eine kompakte Reibschaltkupplung 20, bei welcher außerdem am Zwischenteil 21a ein Dämpfungselement 42 zwischen Ankerelement 39 bzw. Federelement 41 und dem Grundkörper der Lüfterradnabe 21 zur Dämpfung von Belastungsspitzen z. B. beim Einkuppeln ausgebildet ist. Bei dieser Anordnung wird eine hohe Raumausnutzung erreicht, indem radial oberhalb und axial benachbart zum Ringflansch 32 der zur Verfügung stehende Raum für die Bewegungskopplung zwischen Rotorscheibe 25 und Lüfterradnabe 21 genutzt wird, in Art einer gegenseitiger Verschachtelung der Bauteile 21a, 32, 35, 39, 40, 41 und 42, um die axiale und radiale Bautiefe dieser Teile möglichst gering zu halten.

1: Lüfterkupplung
2: Antriebswelle
3: Rotorscheibe
4: Lüfterradnabe
5: Schraubenverbindung
6: Elektromagnetkupplung
6a: Elektromagnet
7: Ankerscheibe
8: Elektromagnetkupplung
8a: Elektromagnet
9: Ankerscheibe
10: Zwischenring
11: Doppelkugellager
12: Rippenscheibe
12a: Ringbereich
12b: Stahlring
13: Permanentmagnet
14: Wirbelstromkupplung
20: Reibschaltkupplung
21: Lüfterradnabe
21a: Zwischenteil
22: Kugellager
23: Antriebswelle
24: Schraubelement
25: Rotorscheibe
25a: Mantelring
26: Hülsenabschnitt
27: Reibscheibenabschnitt
28: Elektromagnet
29: Elektromagnet
30: Flanschstück
31: Kugellager
32: Ringflansch
33: Ringflansch
34: Kugellager
35: Permanentmagnet
36: Wirbelstromkupplung
37: Wirbelstromteil
38: Stahlscheibe
39: Ankerelement
40: Ankerelement
41: Federelement
42: Dämpfungselement
43: Schraubverbindung

Claims

Reibschaltkupplung (20) für ein anzutreibendes Element (21), insbesondere für ein Lüfterrad eines Kraftfahrzeuges, wobei das anzutreibende Element (21) über eine erste Reibscheibenkupplung (27, 39) direkt mit einem Antrieb (23) verbunden an die Drehzahl des Antriebs (23) anpassbar ist, wobei das anzutreibende Element (21) bei nicht geschalteter erster Reibscheibenkupplung (27, 39) mittels einer durch eine zweite Reibscheibenkupplung (27, 40) schaltbaren Wirbelstromkupplung (36) auf eine niedrigere erste Schleppdrehzahl antreibbar ist und wobei das anzutreibende Element (21) auf einer Welle (23) oder Achse angeordnet ist, so dass das anzutreibende Element (21) bei nicht geschalteter erster (27, 39) und zweiter (27, 40) Reibscheibenkupplung über die Reibung eines Wälzlagers (22) auf eine weitere Schleppdrehzahl antreibbar ist und die Wirbelstromkupplung (36) einen Wirbelstromteil (37) und einen relativ dazu bewegbaren Permanentmagnetteil (35) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetteil (35) räumlich betrachtet in axialer Richtung zwischen dem anzutreibenden Element (21) und einem Antriebsflansch (25), der bei geschalteter erster Reibscheibenkupplung (27, 39) direkt mit dem anzutreibenden Element (21) verbindbar ist, angeordnet ist.
Reibschaltkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstromteil (37) auf der Seite des anzutreibenden Elements (21) ausgebildet ist.
Reibschaltkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das anzutreibende Element (21) und der Permanentmagnetteil (35) jeweils mittels einer separaten axial beabstandeten Lagereinheit (22, 34) gelagert sind.
Reibschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Reibscheibenkupplungen (27, 39; 27, 40) als elektromagnetisch betätigbare Kupplung ausgebildet ist.
Reibschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Reibscheibenkupplungen (27, 39; 27, 40) als Pneumatik- oder Hydraulik-Kupplung ausgebildet ist.
Reibschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetteil (35) ein Flanschteil (32) umfasst, das im Wesentlichen als Gussteil realisiert ist.
Reibschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das anzutreibende Element ein Flanschteil (21) umfasst, das im Wesentlichen als Gussteil ausgeformt ist.
Antriebsanordnung für ein Lüfterrad eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reibschaltkupplung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.