DE102021100658A1

DE102021100658A1 - Kupplungssystem

Info

Publication number: DE102021100658A1
Application number: DE102021100658.9A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dippold; Alexander Grossmann; Johannes O'Day; Juergen Doeppling; Roland Arneth
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2022-07-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem (1) 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 (4). Die Kupplung (4) weist einerseits einen Magnetaktor (5) als Teil eines Ausrückmechanismus auf und weist andererseits einen mit dem Magnetaktor (5) zusammenwirkenden verschiebbar angeordneten Anker (7) auf. Die Riemenscheibe (2) ist einerseits in einer ersten Verschiebestellung des Ankers (7) relativ zu der Abtriebswelle (3) frei drehbar und ist andererseits, in einer zweiten Verschiebestellung des Ankers (7) drehfest mit der Abtriebswelle (3) gekoppelt, wobei eine in Axialrichtung der Abtriebswelle (3) elastisch ausgestaltete Federplatte (8) vorgesehen ist, welche einerseits an dem Anker (7) und andererseits an der Abtriebswelle (3) befestigt ist, derart, dass ein Drehmoment zwischen dem Anker (7) und der Abtriebswelle (3) in Abhängigkeit von der Verschiebestellung des Ankers (7) im Betrieb über die Federplatte (8) geführt ist. Erfindungsgemäß ist der Anker (7) derart abgestützt und mit seinem permanentmagnetischen Abschnitt (6) derart ausgestaltet ist, dass er bei stromlos geschaltetem Magnetaktor (5) in genau einer vorbestimmten Verschiebestellung (x) stabil gehalten ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kupplungssystem für ein Nebenaggregat einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Riemenscheibe, einer relativ zu der Riemenscheibe drehbar gelagerten Abtriebswelle und einer zwischen der Riemenscheibe und der Abtriebswelle wirkenden magnetisch aktuierbaren Kupplung, wobei die Kupplung einerseits einen Magnetaktor als Teil eines Ausrückmechanismus aufweist und andererseits einen mit dem Magnetaktor zusammenwirkenden, einen permanentmagnetischen Abschnitt aufweisenden relativ zu der Abtriebswelle verschiebbar angeordneten Anker aufweist. 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. In Axialrichtung der Abtriebswelle ist eine elastisch ausgestaltete Federplatte vorgesehen, welche einerseits an dem Anker und andererseits an der Abtriebswelle befestigt ist, derart, dass ein Drehmoment zwischen dem Anker und der Abtriebswelle in Abhängigkeit von der Verschiebestellung des Ankers im Betrieb über die Federplatte geführt ist,
Aus der DE 10 2016 210 582 A1 ist bereits ein gattungsgemäßes Kupplungssystem bekannt. Weitere Kupplungssysteme sind in der DE 10 2018 107 060 A1 , der DE 10 2018 107 062 A1 beschrieben. Im Hinblick auf den Zweck und die grundsätzliche Funktionalität des nachfolgend beschrieben Kupplungssystems wird ergänzend auf die vorstehend genannten Veröffentlichungen verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Kupplungssystem bereitzustellen, welches im Hinblick auf seine Funktionalität weiter optimiert ist. Insbesondere soll mit konstruktiv verringertem Aufwand die Kupplung im Hinblick auf ihre Ruhelae optimiert werden. Darüber hinaus ist es erstrebenswert das Kupplungssystem mit Blick auf den axial zur Verfügung stehenden Bauraum weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kupplungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Ein erfindungsgemäßes Kupplungssystemumfasst eine Riemenscheibe, eine relativ zu der Riemenscheibe drehbar gelagerte Abtriebswelle und eine zwischen der Riemenscheibe und der Abtriebswelle wirkende magnetisch aktuierbare Kupplung, wobei die Kupplung einerseits einen Magnetaktor als Teil eines Ausrückmechanismus aufweist und andererseits einen mit dem Magnetaktor zusammenwirkenden, einen permanentmagnetischen Abschnitt aufweisenden relativ zu der Abtriebswelle verschiebbar angeordneten Anker aufweist. 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. In Axialrichtung der Abtriebswelle ist ferner eine elastisch ausgestaltete Federplatte vorgesehen, welche einerseits an dem Anker und andererseits an der Abtriebswelle befestigt ist, derart, dass ein Drehmoment zwischen dem Anker und der Abtriebswelle in Abhängigkeit von der Verschiebestellung des Ankers im Betrieb über die Federplatte geführt ist. Erfindungsgemäß ist der Anker derart abgestützt und mit seinem permanentmagnetischen Abschnitt derart ausgestaltet, dass er bei stromlos geschaltetem Magnetaktor in genau einer vorbestimmten Verschiebestellung stabil gehalten ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Federplatte als Dreipunkttellerfeder ausgebildet ist, wobei die Federplatte einen scheibenartigen kreisringförmig ausgebildeten radial inneren Ring sowie drei radial nach außen weisende Federarme aufweist. Die Drehmomentübertragung wird durch eine formschlüssige Verbindung zwischen einer Wellenaufnahme und der Dreipunkttellerfeder realisiert. Die formschlüssige Verbindung kann zum Beispiel eine Polygongeometrie, die in die Dreipunkttellerfeder als auch in die Wellenaufnahme angebracht ist, umgesetzt sein. Beispielweise ist eine 12-Kantgeometrie denkbar. Beide Konturen sind so angelegt, dass ab einem maximal zulässigen Drehmoment Welle und Dreipunkttellerfeder sich gegeneinander verdrehen können, so dass ein Überlastschutz bzw. ein Fail-Safe-Mechanismus realisiert ist. Bei einmaliger Auslösung kann das Drehmoment noch übertragen werden, dauerhaftes Rutschen führt zu vorgesehener Zerstörung des Formschlusses mit weniger Wärmeeintrag. Zusätzlich ist eine axial unmittelbar der Dreipunkttellerfeder benachbart angeordnete Fingerfeder vorgesehen, die lastfrei ausgelegt ist. Der Kontakt zwischen Wellenaufnahme 9 (wie beispielhaft als 12-Kantgeometrie möglich) und Fingerfeder (kreisförmig) kann kein Drehmoment übertragen, da der Innendurchmesser der Fingerfeder nur die Spitzen des 12-Kant der Wellenaufnahme berührt.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass jeder der Federarme an seinem radial außen liegenden freien Ende eine U-förmig ausgebildete Aufnahme aufweist, wodurch die als Dreifingertellerfeder ausgebildete Federplatte konstruktiv einfach und montagefreundlich an der Ankerplatte befestigbar ist. Mit Vorteil ist die Federplatte über Befestigungsmittel, wie Bolzen oder Schrauben, welche die U-förmigen Aufnahmen der Federarme in axialer Richtung durchdringen, drehfest mit dem Anker verbunden.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Anker eine Ankerscheibe aufweist, wobei die Ankerscheibe eine Mehrzahl von Taschen zur Aufnahme von jeweils einer in radialer Richtung innerhalb der Tasche verschiebbar gelagerten Klinke aufweist, wobei jede Klinke über ein Federelement radial nach außen kraftbeaufschlagt ist, derart, dass die Klinken bereichsweise über den Außendurchmesser der Ankerscheibe hinaus hervorstehend nach außen gedrückt sind. Die Klinken sind mit einer Feder rückgefedert, was eine Verkippung oder Verklemmung der Klinken verhindern sollte. Mit der vorgesehen Lösung ist die Klinke nur durch eine einzige mittig angeordnete Feder gefedert in der Klinke gelagert, was die Anzahl der Bauteile wiederum minimiert. Die Abstützung der Feder erfolgt dabei durch eine umgebogene Lasche der Ankerscheibe. Das Umbiegen eine Lachse kann sehr einfach und kostengünstig realisiert werden. Die Klinken werden dabei in der Ankerscheibe geführt, sowohl an die Seiten als auch die Vorderseite - d.h. die Ankerscheibe übernimmt fast die komplette Führung des Ankers. Auf der axial hinteren Seite ist die Klinke weiterhin durch das Ankerblech geführt. Die Ankerscheibe ist mit Vorteil als Tiefziehteil gefertigt und beinhaltet die Aufnahmegeometrie für die Klinke. Ein zusätzlicher separater Ankerring ist nicht erforderlich. Vorteile der neuen Konstruktion ist eine leichte Ankerscheibe mit wenigen Komponenten, was auch die Montage der Klinken und Klinkenfedern deutlich erleichtert. Ein weiterer Vorteil der neuen Konstruktion ist die längere Führung der Klinke in der Ankerscheibe, was die Verkippung der Klinken verhindert.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass jede Klinke über genau ein Federelement radial verschiebbar in der jeweiligen Tasche gelagert angeordnet ist, was einer Reduzierung der Gesamtbauteile des Kupplungssystems zuträglich ist. Mit Vorteil ist das Federelement in einer mittig innerhalb der Klinke ausgebildeten Klinkenausnehmung aufgenommen.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Ankerscheibe als Tiefziehteil ausgebildet ist und im Bereich der Taschen jeweils eine in axialer Richtung sich aus der axialen Scheibenebene axial versetzte Seitenwand bildet, wobei die Taschen im Wesentlichen T-förmig ausgeführt sind und in ihrer Lage die radial nach außen gerichtete Öffnung durch den senkrechten T-Schenkel der Tasche gebildet ist, wobei der querliegende T-Schenkel der Tasche als haltendes Widerlager für die als korrespondierend T-förmig ausgebildete Klinke ausgebildet ist. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt ist, ist eine vereinfachter Herstellungsprozess und eine weitere Optimierung im Montageprozess. Bevorzugt ist auf der Seite der Ankerscheibe, auf der ihre Taschen in axialer Richtung nicht durch eine Seitenwand des Tiefziehteils gebildet sind, ein ringscheibenförmiges Ankerblech vorgesehen, welches die Taschen in der anderen axialen Richtung verschließt und die Klinken gegen ein Herausfallen sichert.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können.
Es zeigen:

1 den Kraft-Ankerscheibenhubverlauf eines Kupplungssystems gemäß dem Stand der Technik, wobei in der unteren Zeichnungsfigur ein Ausschnitt gemäß der oberen Zeichnungsfigur vergrößert dargestellt ist,
2 den Kraft-Ankerscheibenhubverlauf eines Kupplungssystems gemäß der Erfindung, wobei in der unteren Zeichnungsfigur ein Ausschnitt gemäß der oberen Zeichnungsfigur vergrößert dargestellt ist,
3 den Aufbau eines Kupplungssystems gemäß dem Stand der Technik in schematischer Explosionsdarstellung,
4 den Aufbau eines Kupplungssystems gemäß der Erfindung in einer möglichen Ausführungsform, in schematischer Explosionsdarstellung,
5 den Aufbau einer drehfest auf einer Wellenaufnahme aufzunehmenden Druckfederplatte des Magnetaktors gemäß der Erfindung,
6 eine benachbart der Druckfederplatte auf der Wellenaufnahme anzuordnende bekannte Fingerfeder in perspektivischer Darstellung,
7 eine Ankerscheibengruppe, wie sie in einer möglichen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut sein kann, links mit eingefahrenen Klinken und rechts mit über den Außendurchmesser der Ankerscheibe radial ausgefahrenen Klinken, in perspektivischer T ei l-Schnittdarstellung,
8 Teile der Ankerscheibengruppe gemäß 7 in verschiedenen perspektivischen Darstellungen, und
9 eine weitere Schnittdarstellung der Ankerscheibengruppe gemäß 7 in Perspektivansicht.

1 zeigt den Kraft-Ankerscheibenhubverlauf eines Kupplungssystems gemäß dem Stand der Technik, wobei in der unteren Zeichnungsfigur ein Ausschnitt gemäß der oberen Zeichnungsfigur vergrößert dargestellt ist. Bei der bisherigen Auslegung der Kennlinien (Kraft-Ankerscheibenhub gemäß 1) der Kupplung gibt es zwei Ruhepunkte - den ersten in Formschlussposition, wo die Klinken aus einer Tasche der Riemenscheibe ausfahren können und den zweiten in der Nähe der entkoppelten Position. Das Problem mit dem ersten Punkt ist, dass er zwar ein Gleichgewichtpunkt ist, von dem aus die Axialkräfte Null sind, aber kein stabiler Punkt, da vor und nach diesem Punkt die auf den Anker wirkende Kraft immer in Richtung der Entkopplung zeigt (siehe 1, unten). Der zweite Punkt, auch Stillstandposition oder Stabilitätspunkt genannt, sollte er ein stabiler Punkt sein, bei dem die Kräfte Null sind und die Ankerscheibe in der abgekoppelten Position gehalten wird. Hierfür muss das Kupplungssystem bei derzeitigen Lösungen, bis die Klinken vollständig eingefahren sind, positiv bestromt werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kupplungssystems wird ein Kraft-Ankerscheibenhubverlauf gemäß 2 erreicht, wobei genau eine Ruhelage gebildet ist - ein stabiler Punkt bei einem Hub von ca. 1 mm (Stillstand oder Formschluss eingekuppelt; Formschluss wenn die Klinken der Ankerscheibe ausgefahren sind - Entkoppelt wenn Klinken eingefahren sind). Es wird ein steiler negativer Gradient mit Kraftnulldurchgang bei zirka 1 mm Hub erreicht, so dass bei Entfernung in beide Richtungen von der Ruhelage, jeweils hohe positive oder negative Kräfte, die den Ankerscheibe in die Ruhelage zurückdrücken (siehe 2, unten). Hierdurch wird ein mechanisch äußerst robustes System mit sicherer, stabiler Ankerposition (auch iHa „Kurvenkräfte“ bei Quereinbau oder Beschleunigungskräfte bei Längseinbau) bereitgestellt.
3 zeigt den Aufbau eines Kupplungssystems gemäß dem Stand der Technik in schematischer Explosionsdarstellung. Die Drehmomentübertragung zwischen der Ringfeder bzw. Federplatte 8 und der Wellenaufnahme WA erfolgt wie gezeigt durch die Vorspannung einer Tellerfeder TF, die die Ringfeder 8 und die Fingerfeder FF gegen den Querschnittswechsel auf der Wellenaufnahme WA drückt. Dieses System wird auch als Fail-Safe-Mechanismus bezeichnet, da es so konstruiert ist, dass ab dem maximal zulässigen Drehmoment der Kontakt zwischen Feder und Wellenaufnahme verrutschen kann. Bei Überlast und Auslösen des Fail-Safe-Mechanismus muss die Ringfeder 8 zusammen mit der Fingerfeder FF auf der Wellenaufnahme WA gleiten. Dabei besteht gegenwärtig die Möglichkeit, dass der Fingerfeder FF durch das Gleiten (Verdrehen), einen Teil des Drehmoments überträgt, was die Fingerfeder FF komplett beschädigen würde (System Funktionalität wird auch beeinträchtigt), weil beide Federn zusammen gegen die Welle 3 gedrückt werden und die Fingerfeder FF nicht auf Drehmoment ausgelegt ist. Das Ausfahren und Einfahren der Klinken 72 erfolgt durch zwei seitlich der Klinke 72 angeordnete kleine Federn 73. Die Abstützung der Klinkenfedern 73 erfolgt zwischen den inneren Wänden der Ankerscheibe 70 und zwei seitlichen Vorsprüngen an der Klinke 72, die als Stutzflächen dienen. Da es kleine Unterschiede in der Steifigkeit dieser Federn 73 geben kann, kann eine Verkippung der Klinken 72 an der Ankerscheibenführung eintreten. Dies kann dazu führen, dass die Klinken 72 blockieren, und bei aus- oder einfahren fehlerhaft funktionieren. Die Führung der Klinken 72 erfolgt an den Seiten durch der Ankerscheibe 70, auf der Rückseite durch das Ankerblech 11 und auf der Vorderseite durch den Ankerring AR. Diese drei Teile bilden i.W. die Ankerscheibe.
Die dreiteilige Konstruktion erschwert die Montage, da alle Klinkenfedern 73 gleichzeitig positioniert und vorgespannt werden müssen und anschließend mit dem Ankerring AR in Position gehalten werden. Zusätzlich hat der Ankerring AR die Funktion den Weg der Klinke 72 beim Ausfahren zu begrenzen, diese Begrenzung wird durch den Vorsprung der Klinke 17 ermöglicht. Der Vorsprung ist in einer Aussparung im Ankerring AR geführt. Der Grund diese Begrenzung besteht darin, den Kontakt zwischen den Klinken 72 und dem Zahngrund der Riemenscheibe 2 zu vermeiden. Wenn keine Begrenzung vorhanden wäre und die Klinken 72 bis zum Kontakt mit dem Zahngrund in der Riemenscheibe 2 herausfahren würden, würde zwischen beiden eine Reibungskraft entstehen, die von der Drehzahl abhängig ist. Diese Kraft könnte ein erschwertes Ausrücken der Kupplung zur Folge haben. Zudem ist die Fertigung des Vorsprungs kompliziert und teuer und somit nicht für die Serienproduktion geeignet. Der Platz, den die Ankerscheibengruppe axial einnimmt, kann nicht weiter reduziert oder optimiert werden, da diese Gruppe aus drei Teilen besteht: Ankerblech 11, Ankerscheibe 70 und Ankerring AR. Darüber hinaus erlaubt der Ankerring AR aufgrund seiner Ringform nicht die Konstruktion oder Positionierung anderer Komponenten. In der alten Konstruktion müsste den innere Durchmesser der Ankerscheibe 70 und des Ankerblechs 11 zusammen nachbearbeitet werden, da eine Presspassung zwischen Gleitlager GL und Ankerscheibe 70 und Ankerblech 11 stattfindet. Um die Funktionalität der Presspassung zu gewährleisten, muss der Durchmesser jeweils genau die gleichen Abmessungen entsprechen. Falls sie nicht zusammen nachbearbeiten werden, kann es wegen Toleranzen zu nicht vorgesehenen Problemen kommen. Eine Presspassung zwischen Gleitlager GL und zwei verschiedenen Teilen ist für eine Serienkonstruktion zu aufwendig. Zusätzlich ist nach der Nacharbeit eine Paarung der Ankerscheiben 70 und der Ankerbleche 11 notwendig damit diese nicht vertauscht oder falsch montiert werden. Die Bolzen 9 müssen gedreht werden, was in der Herstellung, wegen der komplizierten Geometrie, sehr kostenintensiv ist. Eine der Aufgaben der Bolzen 9 ist die Drehmomentübertragung. Daher müssen die Bolzen 9 gehärtet werden, damit diese die an sie gestellten Anforderungen erfüllen können. Der Härteprozess ist nicht nur zusätzlicher Aufwand, er erschwert zudem den Verstemmen-Prozess. Wenn die Ankerscheibe sich axial bewegt „gleiten“ oder reiben die Federn an den innen Seiten der gabelförmigen Kontur auf den Bolzen 9, d.h. eine Fläche mit geringem Reibungskoeffizienten ist nötig, um die Bewegung nicht zu behindern. Die Riemenscheibe 2 ist dreiteilig ausgebildet. Die Rillen für die Riemen werden mittels ein Rollieren- oder Drehprozess hergestellt. Der Lagersitz wird tiefgezogen. Beide Teile werden danach verbunden. Die Zahnkontur wird aus einem Stahlblech gestanzt und mit der eigentlichen Riemenscheibe verpresst. Dieser Aufbau erfolgt durch komplizierte Positionierung der Bauteile (Zentrierung).
4 zeigt den Aufbau eines Kupplungssystems 1 gemäß der Erfindung in einer möglichen Ausführungsform, in schematischer Explosionsdarstellung. Das dargestellte Kupplungssystem 1 ist 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 4. Dabei weist die Kupplung 4 einerseits einen Magnetaktor 5 als Teil eines Ausrückmechanismus auf und weist die Kupplung 4 andererseits einen mit dem Magnetaktor 5 zusammenwirkenden, einen permanentmagnetischen Abschnitt 6 aufweisenden relativ zu der Abtriebswelle 3 verschiebbar angeordneten Anker 7 auf. Die Riemenscheibe 2 ist einerseits in einer ersten Verschiebestellung des Ankers 7 relativ zu der Abtriebswelle 3 frei drehbar und andererseits, zumindest in einer weiteren, zweiten Verschiebestellung des Ankers 7 drehfest mit der Abtriebswelle 3 gekoppelt, wobei eine in Axialrichtung der Abtriebswelle 3 elastisch ausgestaltete Federplatte 8 vorgesehen ist, welche einerseits an dem Anker 7 und andererseits an der Abtriebswelle 3 befestigt ist, derart, dass ein Drehmoment zwischen dem Anker 7 und der Abtriebswelle 3 in Abhängigkeit von der Verschiebestellung des Ankers 7 im Betrieb über die Federplatte 8 geführt ist. Der Anker 7 ist dabei derart abgestützt und mit seinem permanentmagnetischen Abschnitt 6 derart ausgestaltet, dass er bei stromlos geschaltetem Magnetaktor 5 in genau einer vorbestimmten Verschiebestellung x stabil gehalten ist.
Der Anker 7 umfasst dabei im Wesentlichen ein axial der Riemenscheibe 2 zugekehrtes Ankerblech 11, ein Gleitlager GL, eine Ankerplatte 70 mit integrierten umfänglich verteilten radial nach außen offenen Taschen 71, in denen jeweils eine Klinke 72 durch ein Federelement 73 radial nach außen gedrückt wird, sowie eine Federplatte 8 und eine Fingerfeder FF. Die Klinken 72 sind mit jweils einer Feder 73 rückgefedert. Dies soll eine Verkippung oder Verklemmung der Klinken 72 verhindern. Mit dieser Lösung ist die Klinke 72 mittig gefedert und nur durch eine einzige Feder 73, was die Anzahl der Bauteile auch reduziert, federkraftbeaufschlagt. Die Abstützung der Feder 73 erfolgt durch ein Wiederlager WL, welches durch eine umgebogene Lasche der Ankerscheibe 70 gebildet ist. Die Klinken 72 werden in der Ankerscheibe 70 geführt, sowohl an die Seiten als auch die Vorderseite und übernimmt somit fast die kompletten Führungsaufgaben der Klinken 72. Auf der axial hinteren Seite ist jede Klinke 72 weiterhin durch das Ankerblech 11 geführt. Die Ankerscheibe 70 wird bevorzugt als Tiefziehteil gefertigt und beinhaltet die Aufnahmegeometrie für die Klinke 72 (sihe insb. 8). Als Folge davon kann der Ankerring AR weggelassen werden. Vorteile der neuen Konstruktion ist eine leichte Ankerscheibe 70 mit wenigen Komponenten, was auch die Montage der Klinken 72 und Klinkenfedern 73 deutlich erleichtert. Weiterer Vorteil der neuen Konstruktion ist eine längere Führung der Klinke 72 in der Ankerscheibe 70, was die Verkippung der Klinken 72 sicher verhindert. Die Klinkenfeder 73 ist in der Mitte positioniert, so dass die seitlichen Vorsprünge der Klinken für die Begrenzung des radialen Ausfahrwegs verwendet werden. Damit ist ein axialer Vorsprung der Klinke und eine Aussparung in einem Ankerring AR nicht mehr erforderlich. Damit entfällt das Problem der Herstellung dieses kleinen Vorsprunges, und die Ankerring-Begrenzungsaufgabe der Klinke ist ebenfalls von der Ankerscheibe übernommen. Aufgrund des Wegfalls des Ankerringes AR ist ein schmalerer axialer Aufbau der Ankerscheibengruppe möglich. Erstens weil die Ankerscheibengruppe jetzt zwei-Teilig statt dreiteilig aufgebaut ist, aber auch weil die Federplatte 8 (Ringfeder) nicht mehr als Ring ausgebildet ist, sondern nur drei radial nach außen weisende Arme aufweist (in axialer Richtung wirkende Dreipunktfeder). Die neue Federgeometrie kann im dem zwischen der Klinkenführung der Ankerscheibe 70 tangential positioniert werden, d.h. die Federn 73 können tiefer, fast auf gleicher Höhe wie die Klinken 72, aufgebaut werden, wodurch die Ankerscheibenbaugruppe mehrere Millimeter schmaler baut. Die Ankerscheibe 70 selbst wird topfförmig als Bund nach innen tiefgezogen, d.h. die Kontaktfläche für das Gleitlager GL ist jetzt länger und besteht nur aus einem einzigen Bauteil. Das Ankerblech 11 hat einen größeren inneren Durchmesser und sitzt auf die Ankerscheibe 70. Das bedeutet, dass das Ankerblech 11 nicht in Kontakt mit dem Gleitlager GL kommt und damit der Nachbearbeitungsschritt eingespart werden kann, was für die Fertigung als auch für die Montage weniger Aufwand bedeutet. Die größere Kontaktfläche des Gleitlagers GL reduziert zudem die Gefahr einer möglichen Verkippung der Ankerscheibe 70. Die Bolzen 9 können ebenfalls als Tiefziehteil hergestellt werden, was kostengünstiger für die Herstellung wäre. Alternativ besteht die Möglichkeit einen Niet (Normteil) für diesen Zweck einzusetzen. Um dem Härteprozess zu sparen wird die Bolzenführung als eine Extrabaugruppe eingeführt, die aus zwei einzelnen Elementen besteht. Es werden drei Möglichkeiten aufgezeigt:

a) Bolzen 9 als Tiefziehteil und eine harte Hülse. Die Bolzen 9 können weich ausgeführt werden, dadurch ist das Verstemmen der Bolzen 9 einfach. Die harten Hülsen ertragen den Kontakt zwischen Feder und Bolzen für die Übertragung des Drehmomentes.
b) Bolzen 9 als Tiefziehteil und ein Gleitlagerring (Harter Ring). Die Bolzen 9 können weich ausgeführt werden,

c) Bolzen als Normteil (Niet) und eine harte Hülse. Die Nieten als Normteile sind sehr kostengünstig, dadurch ist das Verstemmen sehr einfach. Die harten Hülsen werden entsprechend der Nietgeometrie gefertigt und ertragen den Kontakt zwischen Feder und Bolzen für die Übertragung des Drehmomentes.

Die Riemenscheibe ist hier als ein zweiteiliges Bauteil aufgebaut. Es sind mehrere Fertigungsmöglichkeiten möglich wie zum Beispiel:

a) Die Hauptgeometrie der Riemenscheibe kann tiefgezogen werden und im Anschluss rolliert werden - inklusive Schnappkappenanschluss. Die Zahnkontur wird aus einem Stahlblech gestanzt und auf die Riemenscheibe verschweißt. In dieser Variante muss die Hauptgeometrie nacharbeitet (Drehprozess) werden, um die Kontur der Haltekante einzubringen.
b) Die Hauptgeometrie der Riemenscheibe wird tiefgezogen und in Anschluss rolliert, inklusive Schnappkappenanschluss. Die Zahnkontur wird gesintert und beinhaltet die Haltekante und auf die Riemenscheibe verschweißt.

Aus der 4 ist ferner ersichtlich, dass die Federplatte 8 als Dreipunkttellerfeder ausgebildet ist, wobei die Federplatte 8 einen scheibenartigen kreisringförmig ausgebildeten radial inneren Ring 80 sowie drei radial nach außen weisende Federarme 81 aufweist. Jeder der Federarme 81 weist an seinem radial außen liegenden freien Ende eine U-förmig ausgebildete Aufnahme 810 auf, wobei die Federplatte 14 über Befestigungsmittel 9, wie Bolzen oder Schrauben oder dergleichen, welche die U-förmigen Aufnahmen 810 der Federarme 81 in axialer Richtung durchdringen, drehfest mit dem Anker 7 verbindbar ist. Die Drehmomentübertragung wird durch eine formschlüssige Verbindung zwischen einer Wellenaufnahme und der Dreipunkttellerfeder realisiert. Die formschlüssige Verbindung kann zum Beispiel eine Polygongeometrie, die in die Dreipunkttellerfeder als auch in die Wellenaufnahme angebracht ist, umgesetzt sein. Beispielweise ist eine Zwölfkantgeometrie denkbar. Beide Konturen sind so angelegt, dass ab einem maximal zulässigen Drehmoment Welle und Dreipunkttellerfeder sich gegeneinander verdrehen können, so dass ein Überlastschutz bzw. ein Fail-Safe-Mechanismus realisiert ist. Bei einmaliger Auslösung kann das Drehmoment noch übertragen werden, dauerhaftes Rutschen führt zu vorgesehener Zerstörung des Formschlusses mit weniger Wärmeeintrag. Zusätzlich ist eine axial unmittelbar der Dreipunkttellerfeder benachbart angeordnete Fingerfeder vorgesehen, die lastfrei ausgelegt ist. Der Kontakt zwischen Wellenaufnahme WA (z.B. als Zwölfkantgeometrie) und Fingerfeder FF (kreisförmig) kann kein Drehmoment übertragen, da der Innendurchmesser der Fingerfeder FF nur die Spitzen des Zwölfkants der Wellenaufnahme WA berührt.
Die 4 zeigt - sowie die 7-9 zeigen im vergrößerten Detail - des Weiteren, dass der Anker 7 eine Ankerscheibe 70 aufweist, wobei die Ankerscheibe 70 eine Mehrzahl von Taschen 71 zur Aufnahme von jeweils einer in radialer Richtung innerhalb der Tasche 71 verschiebbar gelagerten Klinke 72 aufweist, wobei jede Klinke 72 über ein Federelement 73 radial nach außen kraftbeaufschlagt ist, derart, dass die Klinken 72 bereichsweise über den Außendurchmesser der Ankerscheibe 70 hinaus hervorstehend nach außen gedrückt sind. Darüber hinaus ist gezeigt, dass jede Klinke 72 über genau ein Federelement 73 radial verschiebbar in der jeweiligen Tasche 71 gelagert angeordnet ist. Das Federelement 73 ist dabei in einer mittig innerhalb der Klinke 72 ausgebildeten Klinkenausnehmung 720 aufgenommen. Die Ankerscheibe 70 ist mit Vorteil als Tiefziehteil ausgebildet und weist im Bereich der Taschen 71 jeweils eine in axialer Richtung sich aus der axialen Scheibenebene axial versetzte Seitenwand auf, wobei die Taschen 71 im Wesentlichen T-förmig ausgeführt sind und wobei in ihrer Lage die radial nach außen gerichtete Öffnung durch den senkrechten T-Schenkel der Tasche 71 gebildet ist. Dabei ist der querliegende T-Schenkel der Tasche 71 als haltendes Widerlager für die als korrespondierend T-förmig ausgebildete Klinke 73 ausgebildet. Ersichtlich ist ferner, dass auf der Seite der Ankerscheibe 7, auf der ihre Taschen 71 in axialer Richtung nicht durch eine Seitenwand des Tiefziehteils gebildet sind, ein ringscheibenförmiges Ankerblech 11 vorgesehen ist, welches die Taschen 71 in der anderen axialen Richtung verschließt und die Klinken 73 gegen ein Herausfallen sichert. In den 7-9 ist ferner gut zu erkennen, dass der Anker 7 über ein Gleitlager GL auf der hülsenförmigen Wellenaufnahme WA gelagert ist. Ferner ist gezeigt, dass die Klinken 72 in den Taschen 71 der Ankerplatte 70 über axial nach innen gerichtete fortsatzartige Widerlager WL der Ankerplatte 70 geführt bzw. gehalten sind, während die Klinken 72 an ihrem radial innenliegenden Ende in Umfangsrichtung nach außen weißende Klinkenvorsprünge KV aufweisen. Die kreisringförmig ausgeführte Ankerplatte 70 weist im Bereich ihrer radial innenliegenden Öffnung einen axial ausgerichteten Ringkragen RK auf, über den sie mit dem Gleitlager GL verbunden ist.
5 zeigt den Aufbau einer drehfest auf einer Wellenaufnahme aufzunehmenden Druckfederplatte des Magnetaktors gemäß der Erfindung.
6 zeigt eine benachbart der Druckfederplatte auf der Wellenaufnahme anzuordnende bekannte Fingerfeder in perspektivischer Darstellung.
7 zeigt eine Ankerscheibengruppe, wie sie in einer möglichen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut sein kann, links mit eingefahrenen Klinken und rechts mit über den Außendurchmesser der Ankerscheibe radial ausgefahrenen Klinken, in perspektivischer Teil-Schnittdarstellung.
8 zeigt Teile der Ankerscheibengruppe gemäß 7 in verschiedenen perspektivischen Darstellungen.
9 zeigt eine weitere Schnittdarstellung der Ankerscheibengruppe gemäß 7 in Perspektivansicht.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungssystem
2: Riemenscheibe
3: Abtriebswelle
4: Kupplung
5: Magnetaktor
6: permanentmagnetischer Abschnitt
7: Anker
70: Ankerscheibe
71: Tasche
72: Klinke
73: Federelement
8: Federplatte
80: Ring
81: Federarm
9: Befestigungsmittel
11: Ankerblech
M: Mutter (Welle/Kompressorwelle)
KG: Kompressorgehäuse
SG: Spulengehäuse
SR: Sicherungsring
SK: Spulenkörper
GD: Gehäusedistanzhülse
IH: Isolierhülse
WL: Wälzlager
WA: Wellenaufnahme
TF: Tellerfeder
DS: Druckscheibe
GD: Gehäusedeckel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016210582 A1 [0002]
DE 102018107060 A1 [0002]
DE 102018107062 A1 [0002]

Claims

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 (4), wobei die Kupplung (4) einerseits einen Magnetaktor (5) als Teil eines Ausrückmechanismus aufweist und andererseits einen mit dem Magnetaktor (5) zusammenwirkenden, einen permanentmagnetischen Abschnitt (6) aufweisenden relativ zu der Abtriebswelle (3) verschiebbar angeordneten Anker (7) aufweist, wobei die Riemenscheibe (2) einerseits in einer ersten Verschiebestellung des Ankers (7) relativ zu der Abtriebswelle (3) frei drehbar ist und andererseits, zumindest in einer weiteren, zweiten Verschiebestellung des Ankers (7) drehfest mit der Abtriebswelle (3) gekoppelt ist, wobei eine in Axialrichtung der Abtriebswelle (3) elastisch ausgestaltete Federplatte (8) vorgesehen ist, welche einerseits an dem Anker (7) und andererseits an der Abtriebswelle (3) befestigt ist, derart, dass ein Drehmoment zwischen dem Anker (7) und der Abtriebswelle (3) in Abhängigkeit von der Verschiebestellung des Ankers (7) im Betrieb über die Federplatte (8) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) derart abgestützt und mit seinem permanentmagnetischen Abschnitt (6) derart ausgestaltet ist, dass er bei stromlos geschaltetem Magnetaktor (5) in genau einer vorbestimmten Verschiebestellung (x) stabil gehalten ist.
Kupplungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federplatte (8) als Dreipunkttellerfeder ausgebildet ist, wobei die Federplatte (8) einen scheibenartigen kreisringförmig ausgebildeten radial inneren Ring (80) sowie drei radial nach außen weisende Federarme (81) aufweist.
Kupplungssystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Federarme (81) an seinem radial außen liegenden freien Ende eine U-förmig ausgebildete Aufnahme (810) aufweist.
Kupplungssystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federplatte (8) über Befestigungsmittel (9), wie Bolzen oder Schrauben, welche die U-förmigen Aufnahmen (810) der Federarme (81) in axialer Richtung durchdringen, drehfest mit dem Anker (7) verbunden ist.
Kupplungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) eine Ankerscheibe (70) aufweist, wobei die Ankerscheibe (70) eine Mehrzahl von Taschen (71) zur Aufnahme von jeweils einer in radialer Richtung innerhalb der Tasche (71) verschiebbar gelagerten Klinke (72) aufweist, wobei jede Klinke (72) über ein Federelement (73) radial nach außen kraftbeaufschlagt ist, derart, dass die Klinken (72) bereichsweise über den Außendurchmesser der Ankerscheibe (70) hinaus hervorstehend nach außen gedrückt sind.
Kupplungssystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Klinke (72) über genau ein Federelement (73) radial verschiebbar in der jeweiligen Tasche (71) gelagert angeordnet ist.
Kupplungssystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (73) in einer mittig innerhalb der Klinke (72) ausgebildeten Klinkenausnehmung (720) aufgenommen ist.
Kupplungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerscheibe (70) als Tiefziehteil ausgebildet ist und im Bereich der Taschen (71) jeweils eine in axialer Richtung sich aus der axialen Scheibenebene axial versetzte Seitenwand bildet, wobei die Taschen (71) im Wesentlichen T-förmig ausgeführt sind und in ihrer Lage die radial nach außen gerichtete Öffnung durch den senkrechten T-Schenkel der Tasche (71) gebildet ist, wobei der querliegende T-Schenkel der Tasche (71) als haltendes Widerlager für die als korrespondierend T-förmig ausgebildete Klinke (72) ausgebildet ist.
Kupplungssystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite der Ankerscheibe (7) auf der ihre Taschen (71) in axialer Richtung nicht durch eine Seitenwand des Tiefziehteils gebildet sind ein ringscheibenförmiges Ankerblech (11) vorgesehen ist, welches die Taschen (71) in der anderen axialen Richtung verschließt und die Klinken (72) gegen ein Herausfallen sichert.