DE102018107060A1 - Ausrückmechanismus für Kupplungen - Google Patents

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DE102018107060A1
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Oliver Dippold
Maike Schröder
Sophie-Therese Weseloh
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem (1) für ein Nebenaggregat einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Riemenscheibe (2), einer relativ zu der Riemenscheibe (2) drehbar gelagerten Abtriebswelle (3) und einer, zwischen der Riemenscheibe (2) und der Abtriebswelle (3) wirkenden magnetisch aktuierbaren Kupplung, wobei die Kupplung einerseits einen Magnetaktor (7) als Teil eines Ausrückmechanismus (4) aufweist und andererseits einen mit dem Magnetaktor (7) zusammenwirkendes, einen permanentmagnetischen Abschnitt (23) aufweisenden relativ zu der Abtriebswelle (3) verschiebbar angeordneten Anker (5) aufweist, wobei die Riemenscheibe (2) einerseits in einer ersten Verschiebestellung des Ankers (5) relativ zu der Abtriebswelle (3) frei drehbar ist und andererseits, zumindest in einer weiteren, zweiten Verschiebestellung des Ankers (5) drehfest mit der Abtriebswelle (3) gekoppelt ist, wobei der Anker (5) derart abgestützt und mit seinem permanentmagnetischen Abschnitt (23) derart ausgestaltet ist, dass er bei strom los geschaltetem Magnetaktor (7) in der ersten Verschiebestellung und in der zweiten Verschiebestellung stabil gehalten ist, wobei eine in Axialrichtung der Abtriebswelle (3) elastisch ausgestaltete Federplatte (14) so einerseits an dem Anker (5) und andererseits an der Abtriebswelle (3) befestigt ist, dass ein Drehmoment zwischen dem Anker (5) und der Abtriebswelle (3) in Abhängigkeit von der Verschiebestellung des Ankers (5) im Betrieb über die Federplatte (14) geführt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem für ein Nebenaggregat einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Riemenscheibe, einer relativ zu der Riemenscheibe drehbar gelagerten Abtriebswelle (bei Betrachtung eines Drehmomentenflusses von der Riemenscheibe zur Abtriebswelle) und einer, zwischen der Riemenscheibe und der Abtriebswelle wirkenden magnetisch aktuierbaren Kupplung. Die Kupplung weist einerseits einen Magnetaktor als Teil eines Ausrückmechanismus auf und weist andererseits einen mit dem Magnetaktor zusammenwirkenden, einen permanentmagnetischen Abschnitt aufweisenden und relativ zu der Abtriebswelle verschiebbar angeordneten Anker auf. Dabei ist die Riemenscheibe einerseits in einer ersten Verschiebestellung des Ankers relativ zu der Abtriebswelle frei drehbar und andererseits, zumindest in einer weiteren, zweiten Verschiebestellung des Ankers drehfest mit der Abtriebswelle gekoppelt. Der Anker ist derart abgestützt und mit einem permanentmagnetischen Abschnitt derart ausgestaltet, dass das er bei stromlos geschaltetem Magnetaktor in der ersten Verschiebestellung und in der zweiten Verschiebestellung stabil gehalten ist.
  • Ein solches Kupplungssystem, nämlich ein Riemenscheibenkupplungssystem mit elektromagnetischer Kupplung für ein Nebenaggregat, wie einen Kältemittelkompressor, ist bereits aus der DE 10 2016 210 582 A1 bekannt. Das dort offenbarte Wirkprinzip und die diesbezüglichen Einzelheiten sollen als hier integriert gelten. Insbesondere sollen die für die Drehmomentübertragung notwendigen Bauteile und deren Zusammenspiel als hier offenbart gelten.
  • Neben diesem bekannten Stand der Technik gibt es auf den gleichen oder angrenzenden Bereichen auch noch weitere Kupplungen mit Ausrückmechanismen. So gibt es elektromagnetisch aktuierte Kupplungen mit einem Blattfedersystem als Ausrückmechanismus. Beispielsweise sind hier elektromagnetische Reibkupplungen, insbesondere im Einsatz bei Klimakompressoren in Fahrzeugen bekannt. Ferner gibt es auch sogenannte „Flip-Flop“-Kupplungen und schaltbare Riemenscheiben, wie sie beispielsweise aus der DE 20 2011 051 078 U1 und der DE 10 2010 060 590 B4 bekannt sind. Darüber hinaus gibt es auch bistabile Elektromagnetzahnkupplungen und in diesem Zusammenhang eingesetzte Ausrückmechanismen. Grundsätzlich ist es auch bekannt, Gleitlager und Keilverbindungen zwischen einer Ankerscheibe und einem Abtrieb einzusetzen.
  • Einem Fachmann ist auch gegenwärtig, da es bereits zahlreiche Ausrückmechanismen allgemeiner Natur gibt, die aber üblicherweise nicht bei Kupplungen eingesetzt werden. So gibt es Ausrückmechanismen mit unendlichem Hub bei gleichzeitiger Drehmomentübertragung, wie sie beispielsweise bei Drehmomentkugelbüchsen verwendet werden. Auch gibt es Kugelnutwellen, wie sie beispielsweise aus der DE3001799A1 bekannt sind. Natürlich sind einem Fachmann auch Linearwälzlager zum Übertragen von Drehmomenten bekannt, wie sie beispielsweise in der DE10324480 A1 und der DE10250663A1 vorgestellt werden. Davon abweichend gibt es ebenfalls Ausrückmechanismen mit endlichem Hub bei einer gleichzeitigen Drehmomentübertragung.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verbesserungen gegenüber den im Stand der Technik genannten Kupplungen mit Ausrückmechanismus, insbesondere den elektromagnetisch aktuierten Kupplungen zu bewirken.
  • Es sollen Verbesserungen gegenüber elektromagnetisch aktuierten Kupplungen mit Blattfedersystemen erreicht werden, da herkömmlich nur wenige Zehntelmillimeter Hub möglich sind. Hier ist es ein Bedürfnis, eine Vergrößerung des Hubs auf mehrere Millimeter zu erreichen. Ferner soll bei geringerem Hub die Fertigung einfacher werden und somit dort geringere Toleranzen akzeptierbar sein. Ferner soll die bisher schwierige Montage vereinfacht werden. Auf diese Weise möchte man erreichen, dass durch die Vergrößerung des Hubs die Fertigung der Montage vereinfacht werden kann, was dann die Kosten senkt. Bei geringerem Hub und somit kleinem Luftspalt in geöffnetem Zustand ist bisher die Induktivität des Aufbaus recht groß, was zu einem langsamen Aufbau des Magnetfeldes nach dem „Bestromen“, d.h. dem Erzwingen eines Stromflusses, führt. Dies gilt es ebenfalls zu verbessern. Insbesondere soll eine Vergrößerung des Hubs zu einem schnelleren Aufbau des Magnetfeldes beim „Bestromen“ führen. Auch soll ein besonders leichtgängiges Verschieben des Ankers bzw. eines als Ankerscheibe ausgebildeten Ankers mit sehr geringer Axialkraft bewirkbar sein, so dass die Funktionen „Ausrücken“ und „Rückstellkraft erzeugen“ voneinander getrennt werden und besser auslegbar sind.
  • Ferner soll eine Verbesserung gegenüber Elektromagnetzahnkupplungen, wie etwa den bistabilen Elektromagnetzahnkupplungen, erreichbar sein. Vor diesem Hintergrund soll eine Vereinfachung des Aufbaus und eine leichtgängigere Verschiebung der Last bewirkt werden.
  • Eine Übertragung von Drehmomenten bei gleichzeitiger Möglichkeit zur leichtgängigen axialen Verschiebung der Ankerscheibe mit nur sehr hohen Axialkräften soll dahingehend verbessert werden, dass nun nur noch besonders geringe Kräfte zum Verschieben notwendig sind. Die Nachteile von Ausrückmechanismen mit unendlichem Hub bei gleichzeitiger Drehmomentübertragung in puncto großem Bauraumbedarf und hohen Anforderungen an die Schmierung sollen vermieden werden. Auch sollen höhere Drehmomente übertragen werden, als es bei Ausrückmechanismen mit endlichem Hub bei gleichzeitiger Drehmomentübertragung bisher möglich ist. Es soll berücksichtigt werden, dass bei bekannten Lösungen bisher die Flächenpressungen limitierend wirkten.
  • Dem Nachteil, dass Linearwälzlager keine Übertragung von Drehmomenten einfach zur Verfügung stellen, soll ebenfalls Rechnung getragen werden.
  • Mit anderen Worten besteht die Gesamtaufgabe somit darin, einen Ausrückmechanismus mit einfachem Aufbau zur Verfügung zu stellen, der eine Verschiebung der Ankerscheibe in einer Kupplung bewirkt, beispielsweise wenn sie elektromagnetisch aktuiert ist - und zwar mit geringer Axialkraft um mehrere Millimeter bei gleichzeitiger Übertragung hoher Drehmomente und auf möglichst kleinem Bauraum.
  • Der Einsatzbereich und der Verwendungszweck der Erfindung sind Ausrückmechanismen einer Schalteinheit für eine Zu- und Abkopplung von An- und Abtrieben eines technischen Systems. Insbesondere soll ein Ausrückmechanismus einer Kupplung zur Zu- und Abkopplung von An- und Abtrieben in einem Fahrzeug, nämlich im Antriebsstrang, dem Getriebe, dem Fahrwerk, bzw. dem Zugmitteltriebbereich umgesetzt werden. Dieser Ausrückmechanismus soll in jeglichem Kraftfahrzeug, wie einem PKW, einem LKW oder einem anderen Nutzfahrzeug, aber auch einem Zweirad einsetzbar sein. Dabei sollen Antriebstechnologien, bekannt aus Verbrennungskraftmaschinenfahrzeugen, Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen und Brennstoffzellenfahrzeugen, einsetzbar sein. Der Ausrückmechanismus ist insbesondere für Kupplungen mit elektromagnetischer Aktuierung gedacht.
  • Diese Aufgaben sind bei einem gattungsgemäßen Kupplungssystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine in Axialrichtung der Abtriebswelle elastisch ausgestaltete Federplatte so (mittelbar oder unmittelbar) einerseits an dem Anker und andererseits an der Abtriebswelle befestigt ist, dass ein Drehmoment zwischen dem Anker und der Abtriebswelle in Abhängigkeit von der Verschiebestellung des Ankers im Betrieb über die Federplatte geführt ist.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
  • Es ist von Vorteil, wenn der mehrteilige Anker über ein Gleit- oder Wälzlager auf der Außenoberfläche der Abtriebswelle abgestützt ist. Die Verschiebekräfte, insbesondere die Axialkräfte, können dann gering bleiben.
  • Bauraumeffizient ist es, wenn die Federplatte als Tellerfeder ausgebildet ist.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform ist, dass die Federplatte einen radial inneren Ring und einen dazu nach außen beabstandeten Außenring besitzt, die über eine Vielzahl von Federstege miteinander verbunden sind.
  • Einer Drehmomentenaufteilung zuträglich ist es, wenn drei, vier, fünf, sechs oder sieben über den Umfang gleich verteilte Federstege vorhanden sind. Besonders fünf Federstege haben sich bewährt. Die Lebensdauer ist dann besonders hoch.
  • Wenn jeder Federsteg einfach oder mehrfach geknickt ausgestaltet ist, so lässt sich eine besonders gute Ausführungsform realisieren.
  • Es ist von Vorteil, wenn der Federsteg eine S-, W- oder Z-förmige Kontur besitzt.
  • Es hat sich auch bewährt, wenn der Außenring über (in Axialrichtung ausgerichtete) Schrauben an dem Anker befestigt ist und/oder der innere Ring über (in Radialrichtung ausgerichtete) Schrauben an der Abtriebswelle befestigt ist.
  • Auch ist es von Vorteil, wenn die Abtriebswelle in einen Schaft und einen davon separaten Koppelring unterteilt ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend auch mit anderen Worten erläutert. So betrifft die Erfindung ein Kupplungssystem mit einer geschlitzten Federplatte als Ausrückmechanismus. Hierbei ist ein solcher Ausrückmechanismus verwendet, der einer herkömmlichen Elektromagnetkupplung ähnlich ist, jedoch auf eine Federplatte setzt. Die konstruktive Gestaltung bewirkt eine geringe Steifigkeit in axialer Richtung und vergrößert somit den Hub bei vergleichsweise kleinen Axialkräften deutlich. Über eine feste Verbindung zur Abtriebswelle und hoher Festigkeit bei Belastung in tangentialer Richtung wird eine Drehmomentübertragung ermöglicht, ohne dass das Material versagt.
  • Das Federblech kann auch so ausgeführt werden, dass es in unterschiedlicher (axialer) Richtung unterschiedliche Steifigkeiten aufweist und so die bisher bekannten Federn obsolet macht. Der als Ankerscheibe ausgebildete Anker wird gegenüber der Abtriebswelle mit einem Gleitlager so gelagert, dass diese Ankerscheibe axial geführt wird und eine leichtgängige Verschiebung in axialer Richtung ermöglicht wird.
  • Es können natürlich auch Wälzkörper ohne Rücklauf in einem solchen Ausrückmechanismus eingesetzt werden. Ein solcher Ausrückmechanismus kann ferner in ein bekanntes Kupplungskonzept integriert werden.
  • Eine leicht veränderte Variante lagert dabei die Ankerscheibe über den Ausrückmechanismus zur Abtriebswelle. Auch in dieser Variante, wie schon bei einer bevorzugten Ausführungsform, kann durch Ansteuern der Spule die Ankerscheibe in axialer Richtung bewegt werden. Wie bekannt, gibt es auch dabei drei unterschiedliche Positionen, nämlich eine entkoppelte Position, eine Reibschlussposition und eine Formschlussposition. Eine Rückstellfeder, die sich an einem Sicherungsring abstützt, bewirkt eine Kraft, die der Magnetkraft entgegenwirkt. Zu den Details soll der eingangs identifizierte diesbezügliche Stand der Technik als hier integriert gelten.
  • Wie auch später noch in den Figuren zu erkennen ist, ist in der besagten ersten Variante die Ankerscheibe fest mit einem Lagerring verbunden. Zwischen einer inneren Kugelbahn an der Abtriebswelle und der äußeren Kugellaufbahn im Lagerring werden Wälzkörper, beispielsweise Kugeln aus Stahl, geführt. Für ein gute Montierbarkeit kann der Lagerring auch zweigeteilt ausgeführt werden.
  • Um den Umfang verteilt sind mehrere Kugellaufbahnen gleicher Länge, wobei sich mindestens vier Kugellaufbahnen empfehlen, um zu gewährleisten, dass ausschließlich die Kugeln Kontakt zum Anker und zur Abtriebswelle haben, nicht aber die Bauteile untereinander. Dies ist auch gut für die Verteilung der Belastung und erhöht die Tragfähigkeit. Eine mögliche Abwandlung der diesbezüglichen Variante besteht darin, die Kugellaufbahnen in axialer Richtung zueinander versetzt auszugestalten. Dadurch wird ein möglicher Drehpunkt der Ankerscheibe vermieden. Diese Überlegungen sind auch in einer Abwandlung der bevorzugten Ausführungsform umsetzbar.
  • Ein Freiraum h, den die Kugeln innerhalb der Kugellaufbahn haben, ermöglicht einen maximalen Hub von H=2*h. Die benötigte Länge der Kugellaufbahn setzt sich dann zusammen aus dem Platz für die Kugeln selbst und der halben Länge des benötigten Hubes H. Der Radius der Kugellaufbahnen ist jeweils etwas größer als der Radius der verwendeten Kugeln. Dieser Sachverhalt ist per se aus Radialkugellagern bekannt. Der Querschnitt der Kugellaufbahn kann jedoch auch eine rechteckige oder andere Form annehmen.
  • Über den formschlüssigen Kontakt zwischen der Kugellaufbahn und den Kugeln wird dies zur Übertragung der Leistung P über die Wälzkörper von der Ankerscheibe auf die Abtriebswelle geleitet. Dabei wirkt zwischen den Wälzkörpern und der Ankerscheibe bzw. der Abtriebswelle die Anpresskraft FKontakt . Soll die Ankerscheibe verschoben werden, muss lediglich der Rollwiderstand FRoll zwischen den Kugeln und der jeweiligen Laufbahn überwunden werden. Dabei ist FRoll = FKontakt * µ. Da Rollbeiwerte µ bei geschickt gewählter Materialpaarung sehr klein sind, werden nur sehr geringe Verschiebekräfte benötigt und so die Forderung nach einer leicht gängigen Verschiebbarkeit erfüllt.
  • Eine weitere Variante setzt darauf, dass zwischen dem Anker/der Ankerplatte/der Ankerscheibe und der Abtriebswelle ein stark anisotropes Material eingesetzt ist. Somit ist eine Kupplung mit einem Ausrückmechanismus, der ein stark anisotropes Material einsetzt, auch eine gute Lösung, um die Aufgabe, wie sie eingangs definiert wurde, zu lösen. Durch die Verwendung eines stark anisotropen Materials kann nämlich erreicht werden, dass der Ausrückmechanismus in den unterschiedlichen Belastungsrichtungen stark unterschiedliche Eigenschaften aufweist, nämlich unterschiedliches Verhalten in axialer und tangentialer Richtung.
  • Das zu verwendende Material weist in axialer Richtung ein sehr geringes Schubmodul auf, das dazu führt, dass ein großer Verschiebungswinkel α entsteht. Somit lässt sich durch die geringe Steifigkeit in axialer Richtung die Ankerscheibe unter Aufbringung einer geringen Kraft in axialer Richtung um den benötigten Hub verschieben. Bei einem hohen Schubmodul in tangentialer Belastungsrichtung hingegen ergibt sich ein kleiner Verschiebungswinkel β. Das ermöglicht also eine steife Verbindung der Abtriebswelle zum Anker in Umfangsrichtung, wodurch das benötigte Drehmoment problemlos, d. h. ohne Probleme im Übertragungsverhalten, übertragen werden kann.
  • Allgemein ist zu sagen, dass die zu schützenden Ausrückmechanismen zwar nur anhand des Einsatzes in einer elektromagnetischen Kupplung erläutert werden, jedoch in allen aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungen eingesetzt werden können. So ist z. B. auch die Kombination einer der beschriebenen Ausrückmechanismen mit einer elektromagnetisch betätigten trockenen Reibkupplung möglich.
  • Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines ausschnittsweise im Längsschnitt dargestellten Kupplungskonzepts,
    • 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs II aus 1,
    • 3 eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform aus 1,
    • 4 das Detail II aus 1 in einer entkoppelten Position,
    • 5 das Detail II aus 1 in Reibschlussposition,
    • 6 das Detail II aus 1 in einer Formschlussposition,
    • 7 eine Variante zur Ausführungsform aus 1 in einer vergleichbaren Darstellungsweise,
    • 8 eine Vergrößerung des Bereichs VIII aus 7,
    • 9 einen Querschnittsausschnitt durch einen kugelartigen Wälzkörper in einer Kugellaufbahn und Gegenkugellaufbahn, nämlich zwischen einem Lagerring und der Abtriebswelle gemäß der in 7 wiedergegebenen Variante,
    • 10 und 11 eine Variante, mit versetzten Kugellaufbahnen in einem Lagerring und dazu passende Gegenkugellaufbahnen in der Abtriebswelle in einer Längsschnittdarstellung und einer Seitenansicht,
    • 12 die Variante aus 7 in einer entkoppelten Position,
    • 13 die Variante aus 7 in einer Reibschlussposition,
    • 14 die Variante aus 7 in einer Formschlussposition,
    • 15 eine Variante zu 7, die anisotropes Material zwischen dem Anker und der Abtriebswelle einsetzt,
    • 16 eine Stirnansicht auf das anisotrope Material der Variante aus 15,
    • 17 und 18 eine perspektivische Darstellung und eine Längsschnittdarstellung der Ausführungsform aus 1 während der Montage,
    • 19 und 20 die Ausführungsform aus 1 in einer zu den 17 und 18 vergleichbaren Darstellungsweise nach der Montage,
    • 21 und 22 zwei besondere Federplatten in einer Frontansicht, wie sie in der Ausführungsform der 1 einsetzbar sind und
    • 23 ein Aufbau einer Reibkupplung mit einem Kupplungssystem gemäß der in den 7 bis 10 dargestellten Variante.
  • Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einzelnen Ausführungsformen und Varianten können untereinander ausgetauscht werden.
  • In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Kupplungssystem 1 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Es sind nicht alle Komponenten wiedergegeben, sondern nur einige, mit Hilfe derer das Prinzip der Erfindung verstanden werden kann.
  • So ist eine Riemenscheibe 2 vorhanden, von der Drehmoment in Richtung einer Abtriebswelle 3 verbringbar ist. Der Drehmomentenfluss läuft dabei im Betrieb in zwei bestimmten Stellungen, nämlich der Reibschlussposition (siehe 5) und der Formschlussposition (siehe 6) von der Riemenscheibe zur Abtriebswelle 3.
  • Zurückkommend auf 1 sei auf den Ausrückmechanismus 4 hingewiesen, der verantwortlich ist, den Drehmomentenfluss von der Riemenscheibe 2 zu der Abtriebswelle 3 herzustellen. Der Ausrückmechanismus 4 besitzt einen Anker 5, der als Ankerscheibe 6 ausgebildet ist.
  • Ein Magnetaktor 7 mit einer Spule 8 ist in der Lage, den Anker 5 in jener mit dem Bezugszeichen 9 referenzierten Axialrichtung, senkrecht zu einer Radialrichtung 10 zu verlagern. Auf diese Weise gerät die Ankerscheibe 6 im Stromflussfall durch die Spule 8 in Kontakt mit einem Reibbelag 11 der Riemenscheibe 2. In diesem Fall wird dann Drehmoment von der Riemenscheibe 2 aufgrund des Kraftschlusses auf den Anker 5 übertragen. Die Ankerscheibe 6 ist über ein Radiallager 12, nämlich ein Gleitlager 13, auf der Oberfläche der Abtriebswelle 3 gelagert. Eine Federplatte 14 ist drehfest mit dem Anker 5 verbunden und drehfest mittelbar mit der Abtriebswelle 3 verbunden. Es ist ein Koppelring 15 dort zwischengeschalten.
  • Die Federplatte 14 ist geschlitzt ausgestaltet, wie man auch gut in 3 erkennen kann. Die Federplatte 14 besitzt einen radial inneren Ring 16, der über fünf Federstege 17 mit einem Außenring 18 verbunden ist.
  • In der 2 ist ein Anbindungsbereich zwischen dem radial inneren Ring 16 der Federplatte 14 und dem Koppelring 15 mit dem Bezugszeichen 19 referenziert. Dort können auch jene in 20 mit dem Bezugszeichen 20 versehenen Radialschrauben eine drehfeste Verbindung sicherstellen. In 20 sind auch Axialschrauben 21 dargestellt, die eine drehfeste Verbindung zwischen dem Außenring 18 der Federplatte 14 und der Ankerscheibe 6 sicherstellen.
  • Jene bereits aus der DE 10 2016 210 582 A1 bekannten Details, wie Klinken 22 und ein permanentmagnetischer Abschnitt 23 sind den 19 und 20 genauso gut entnehmbar, wie den 17 und 18.
  • Die im Betrieb einnehmbaren Positionen, nämlich eine entkoppelte Position, eine Reibschlussposition und eine Formschlussposition ist in den 4, 5 und 6 dargestellt. Es fällt auf, dass die Axiallage des Ankers 5 in der Reibschlussposition der Riemenscheibe 2 zur entkoppelten Position versetzt ist, wobei diese Position in der Formschlussposition gemäß 6 nahezu auch gehalten ist. Natürlich ist jedoch eine kleine Spaltzunahme zwischen der Riemenscheibe 2 und dem Anker 5, wie dargestellt, möglich.
  • In 7 ist ein Lagerring 24, bei der dort dargestellten Variante, mit einer Kugellaufbahn 25 versehen. In der Kugellaufbahn 25 sind Wälzkörper, nämlich Kugeln 26 enthalten, welche in einer Gegenkugellaufbahn 27 auf der Oberfläche der Abtriebswelle 3 rollen können. Auf das Gleitlager 13 der ersten Ausführungsform kann verzichtet werden. Der hier eingesetzte Ausrückmechanismus 4 ist in der 8 in einer vergrößerten Darstellung ebenfalls wiedergegeben.
  • Es kann die Abtriebswelle 3 mit versetzten Gegenkugellaufbahnen 27 versehen sein (siehe 11) sowie der Lagerring 24 mit dazu passenden Kugellaufbahnen 25 versehen sein (siehe 10).
  • Der Radius der Kugellaufbahnen 25 ist größer als der Radius der Kugeln 26. Auch der Radius der Gegenkugellaufbahnen 27 ist größer als der Radius der Kugeln 26. Die Kugellaufbahnen 25 und/oder die Gegenkugellaufbahnen 27 können eine polygonartige, rechteckartige oder quadratische Querschnittsgeometrie besitzen.
  • In den 12, 13 und 14 ist die vorgestellte Variante in einer entkoppelten Position, einer Reibschlussposition und einer Formschlussposition wiedergegeben. Eine rückstellend wirkende Feder 28 ist dabei zwischen der Ankerscheibe 6 und der Riemenscheibe 2 angeordnet. In Anlage mit der Feder 28 ist auch ein Sicherungsring 29.
  • Eine weitere Variante ist in der 15 und 16 angedeutet, wobei radial innerhalb des mit dem Reibbelag 11 in Kontakt geratbaren Ankers 5 ein anisotropes Material 30 angeordnet ist, um mit der Abtriebswelle 3 in Kontakt zu stehen. Die Tangentialrichtung ist mit dem Bezugszeichen 31 referenziert. Das anisotrope Material 30 ist ringartig ausgebildet.
  • Zurückkommend auf die Ausführungsform gemäß der 1 ist in den 17 und 18 einerseits sowie 19 und 20 andererseits die Montageabfolge zu erkennen.
  • Jene in der 21 sowie der 22 wiedergegebene blendenartige Ausrichtung der Federstege 17 der Federplatte 14 kann in der Federplatte 14 der Ausführungsform gem. 1 umgesetzt werden.
  • In der 23 ist eine Kombination einer bekannten Reibkupplung mit der Variante gemäß der 7 bis 14 dargestellt. Dort sind auch Riemenscheibenlagerungen zwischen der radialen Innenseite der Riemenscheibe 2 und der Außenoberfläche der Abtriebswelle 3 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 32 versehen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kupplungssystem
    2
    Riemenscheibe
    3
    Abtriebswelle
    4
    Ausrückmechanismus
    5
    Anker
    6
    Ankerscheibe
    7
    Magnetaktor
    8
    Spule
    9
    Axialrichtung
    10
    Radialrichtung
    11
    Reibbelag
    12
    Radiallager
    13
    Gleitlager
    14
    Federplatte
    15
    Koppelring
    16
    radial innerer Ring
    17
    Federsteg
    18
    Außenring
    19
    Anbindungsbereich
    20
    Radialschraube
    21
    Axialschraube
    22
    Klinke
    23
    permanentmagnetischer Abschnit
    24
    Lagerring
    25
    Kugellaufbahn
    26
    Kugel
    27
    Gegenkugellaufbahn
    28
    Feder
    29
    Sicherungsring
    30
    anisotropes Material
    31
    Tangentialrichtung
    32
    Riemenscheibenlagerung
    33
    Schaft
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016210582 A1 [0002, 0041]
    • DE 202011051078 U1 [0003]
    • DE 102010060590 B4 [0003]
    • DE 3001799 A1 [0004]
    • DE 10324480 A1 [0004]
    • DE 10250663 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Kupplungssystem (1) für ein Nebenaggregat einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Riemenscheibe (2), einer relativ zu der Riemenscheibe (2) drehbar gelagerten Abtriebswelle (3) und einer zwischen der Riemenscheibe (2) und der Abtriebswelle (3) wirkenden magnetisch aktuierbaren Kupplung, wobei die Kupplung einerseits einen Magnetaktor (7) als Teil eines Ausrückmechanismus (4) aufweist und andererseits einen mit dem Magnetaktor (7) zusammenwirkenden, einen permanentmagnetischen Abschnitt (23) aufweisenden relativ zu der Abtriebswelle (3) verschiebbar angeordneten Anker (5) aufweist, wobei die Riemenscheibe (2) einerseits in einer ersten Verschiebestellung des Ankers (5) relativ zu der Abtriebswelle (3) frei drehbar ist und andererseits, zumindest in einer weiteren, zweiten Verschiebestellung des Ankers (5) drehfest mit der Abtriebswelle (3) gekoppelt ist, wobei der Anker (5) derart abgestützt und mit seinem permanentmagnetischen Abschnitt (23) derart ausgestaltet ist, dass er bei stromlos geschaltetem Magnetaktor (7) in der ersten Verschiebestellung und in der zweiten Verschiebestellung stabil gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Axialrichtung der Abtriebswelle (3) elastisch ausgestaltete Federplatte (14) so einerseits an dem Anker (5) und andererseits an der Abtriebswelle (3) befestigt ist, dass ein Drehmoment zwischen dem Anker (5) und der Abtriebswelle (3) in Abhängigkeit von der Verschiebestellung des Ankers (5) im Betrieb über die Federplatte (14) geführt ist.
  2. Kupplungssystem (1), dadurch gekennzeichnet, dass der mehrteilige Anker (5) über ein Gleit- oder Wälzlager (12) auf der Außenoberfläche der Abtriebswelle (3) abgestützt ist.
  3. Kupplungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federplatte (14) als Tellerfeder ausgebildet ist.
  4. Kupplungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federplatte (14) einen radial inneren Ring (16) und eine dazu nach Außen beabstandeten Außenring (18) besitzt, die über eine Vielzahl von Federstege (17) miteinander verbunden sind.
  5. Kupplungssystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass fünf über den Umfang gleich verteilte Federstege (17) vorhanden sind.
  6. Kupplungssystem (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Federsteg (17) einfach oder mehrfach geknickt ausgestaltet ist.
  7. Kupplungssystem (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Federsteg (17) eine S-/W- oder Z-förmige Kontur besitzt.
  8. Kupplungssystem (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (18) über Schrauben (21) an dem Anker (5) befestigt ist.
  9. Kupplungssystem (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Ring (16) über Schrauben (20) an der Abtriebswelle (3) befestigt ist.
  10. Kupplungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (3) in einen Schaft (33) und einen davon separaten Koppelring (15) unterteilt ist.
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DE3001799A1 (de) 1979-01-20 1980-07-24 Teramachi Hiroshi Unbeschraenkt verschiebbare kugel- keilnuten-anordnung
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DE102010060590B4 (de) 2010-11-16 2012-11-22 Technische Universität Chemnitz Schaltbare Kupplung, insbesondere mit elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch aktuiertem Betätigungselement
DE102016210582A1 (de) 2016-06-15 2017-12-21 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Riemenscheibenkupplungssystem mit elektromagnetischer Kupplung für ein Nebenaggregat, wie einen Kältemittelkompressor

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