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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung eines
Drehmomentes von einem Verbrennungsmotor zu einem Nebenaggregat,
insbesondere dem Kompressor einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges,
mit einer Nabe zur Verbindung mit der Nebenaggregatwelle und einer
drehbar auf dem Nebenaggregatgehäuse angeordneten Riemenscheibe,
wobei die Nabe und die Riemenscheibe über eine elektromagnetische
Kupplung miteinander drehfest verbindbar sind, wobei die elektromagnetische
Kupplung einen mit dem Nebenaggregatgehäuse verbundenen,
eine elektromagnetische Spule aufweisenden ringförmigen
Stator, einen von der Riemenscheibe gebildeten Rotor und einen von
einer Mitnehmerscheibe gebildeten Anker aufweist, wobei die Mitnehmerscheibe
mit der Nabe verbunden ist und der ringförmige Stator in
eine komplementäre ringförmige Ausnehmung der
Riemenscheibe eingreift.
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Beispielsweise
bei mit einer Klimaanlage ausgerüsteten Kraftfahrzeugen
wird üblicherweise der Kompressor der Klimaanlage über
einen Riementrieb von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben.
Beim Ausfall des Kompressors der Klimaanlage hat dies zur Folge,
dass der gesamte Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges blockiert wird und
das Fahrzeug nicht mehr fahrbereit ist. Um diesem Mangel abzuhelfen,
sind unterschiedliche Lösungen bekannt. So ist in
DE 103 54 049 A1 eine
Vorrichtung mit einer mechanischen Überlastsicherung beschrieben,
wobei die Überlastsicherung bei Überschreiten
eines vorgegebenen Drehmomentes, nämlich des durch den
Stillstand des Kompressors auftretenden Drehmomentes, die Kompressorwelle
von der Riemenscheibe abgekoppelt wird, so dass die Riemenscheibe
frei drehen kann und die Funktion des übrigen Antriebsstranges
beim Ausfall des Kompressors nicht beeinträchtigt wird.
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Darüber
hinaus sind gattungsgemäße Vorrichtungen mit einer
elektromagnetischen Kupplung bekannt. Eine solche Vorrichtung mit
einer elektromagnetischen Kupplung ist z. B. in
US 5,184,705 A beschrieben.
Bei dieser bekannten Vorrichtung besteht die Riemenscheibe aus einem
magnetisierbaren metallischen Material, so dass bei Strombeaufschlagung
des Stators die magnetischen Flusslinien durch die Riemenscheibe
verlaufen und die Ankerplatte der Mitnehmerscheibe an die Riemenscheibe angezogen
wird. Dadurch ist die Ankerplatte drehfest mit der Riemenscheibe
verbunden, derart, dass eine drehfeste Verbindung zwischen der Riemenscheibe und
der Nabe besteht. Um die drehfeste Verbindung wieder zu lösen
bzw. z. B. bei einem Überlastfall zu unterbrechen, wird
die Stromzufuhr zum Statur beendet, so dass die elektromagnetische
Kupplung außer Funktion ist und die Mitnehmerscheibe mit
der Nabe nicht mehr in drehfestem Kontakt mit der Riemenscheibe
steht. Eine ähnliche Vorrichtung ist aus
DE 44 04 421 A1 bekannt.
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Diese
Vorrichtungen mit elektromagnetischer Kupplung erfüllen
zwar ihre Funktionen und lassen sich auch mit relativ geringem axialen
Bauraum realisieren, allerdings ist das Gewicht solcher Vorrichtungen
relativ hoch, insbesondere im Hinblick auf die funktionsbedingte
Ausführung der Riemenscheibe aus einem magnetisierbaren
metallischen Werkstoff.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung
so weiter zu entwickeln, dass sie ohne Funktionsbeeinträchtigung
deutlich gewichtssparender ausgebildet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
die Riemenscheibe aus Kunststoff besteht und in die Riemenscheibe magnetisierbare metallische
Einlagen integriert sind, welche den Rotor bilden.
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Es
hat sich herausgestellt, dass eine Vorrichtung der betreffenden
Art mit einer elektromagnetischen Kupplung auch dann voll funktionstüchtig
realisierbar ist, wenn die Riemenscheibe aus Kunststoff, z. B. einem
Duroplast, besteht, in den magnetisierbare metallische Einlagen
integriert sind, die vorzugsweise in den Hauptlinien des magnetischen
Flusses angeordnet sind, um eine ausreichende Anziehkraft für
den Anker zu gewährleisten. Dabei können die metallischen
Einlagen als Einlegeteile in die Spritzform für die Kunststoffriemenscheibe
eingelegt werden, so dass die Herstellung einer solchen Riemenscheibe
einfach durchführbar ist. Durch diese Ausführung
der Vorrichtung lässt sich eine deutliche Gewichtseinsparung
gegenüber gattungsgemäßen Vorrichtungen
mit metallischer Riemenscheibe von bis zu 50% erreichen.
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In
bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die metallischen
Einlagen wenigstens einen radial innerhalb des Stators angeordneten
inneren Einlagering und wenigstens einen radial außerhalb
des Stators angeordneten äußeren Einlagering aufweisen.
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Weiterhin
bevorzugt weisen die metallischen Einlagen zusätzlich einen
seitlichen Einlagering auf, der an den Anker angrenzt.
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Um
eine weitere Gewichtsreduzierung zu errreichen und zudem die Einbettung
der Einlagen in den Kunststoffkörper zu verbessern, ist
bevorzugt weiterhin vorgesehen, dass der innere und/oder der äußere
und/oder der seitliche Einlagering Durchlochungen und/oder Prägungen
in axialer und/oder radialer Richtung aufweist.
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In
besonders bevorzugter an sich bekannter Ausgestaltung ist vorgesehen,
dass in die Mitnehmerscheibe ein elastisches Dämpferelement
integriert ist. Ein solches Dämpferelement dient einerseits
zur Dämpfung der von der Kurbelwelle auf die Riemenscheibe übertragenen
Drehschwingungen und andererseits zur Dämpfung axialer
Stöße, die aus dem Schalten der elektromagnetischen
Kupplung resultieren können.
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Bevorzugt
weist dazu die Mitnehmerscheibe einen radial äußeren,
den Anker bildenden scheibenförmigen Bereich und einen
mit der Nabe verbundenen radial inneren Bereich auf, welche über
das elastische Dämpferelement miteinander verbunden sind.
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Die
Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher
erläutert. Diese zeigt in
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1 einen
Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung und in
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2 eine
Explosionsdarstellung der Vorrichtung nach 1.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Übertragung
eines Drehmomentes von einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor
zu einem ebenfalls nicht dargestellten Nebenaggregat, insbesondere
einem Kompressor einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, ist in
1 allgemein
mit
1 bezeichnet. Diese Vorrichtung
1 weist zunächst
eine mit
2 bezeichnete Nabe auf, welche zur drehfesten
Verbindung mit einer nicht dargestellten Nebenaggregatwelle dient. Dazu
ist die Nabe
2 innenseitig mit einer z. B. keilwellenförmigen
Profilierung
3 versehen. Die nicht dargestellte Nebenaggregatwelle
führt in ein Nebenaggregatgehäuse, beispielsweise
das Gehäuse des Kompressors einer Klimaanlage. Dieses Gehäuse
weist einen die Nebenaggregatwelle umgebenden Ansatz auf. Ein solcher
hinlänglich bekannter Aufbau ist z. B. in
1 der
US 5,184,705 A dargestellt.
Der nicht dargestellte Ansatz des Nebenaggregatgehäuses dient
zur Aufnahme eines Lagers
4 der erfindungsgemäßen
Vorrichtung
1. Über dieses Lager
4 ist
eine Riemenscheibe
5 der Vorrichtung
1 drehbar
auf dem Nebenaggregatgehäuse bzw. dessen Ansatz gelagert.
Diese Riemenscheibe
5 ist vorzugsweise eine Poly-V-Riemenscheibe.
Je nach Einsatz der Vorrichtung kann es aber auch eine Zahnriemenscheibe oder
ein anderer Riemenscheibentyp sein.
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Die
Riemenscheibe 5 ist über einen nicht dargestellten
Poly-V-Riemen vorzugsweise mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors
eines Kraftfahrzeuges verbunden und wird somit von dieser angetrieben.
Die Riemenscheibe 5 dient dazu, die Nebenaggregatwelle
und damit das Nebenaggregat, also z. B. den Kompressor, anzutreiben.
Um dies zu bewerkstelligen, sind die Riemenscheibe 5 und
die Nabe 2 über eine elektromagnetische Kupplung drehfest
miteinander verbindbar.
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Wesentlich
für die Ausgestaltung der elektromagntischen Kupplung der
Vorrichtung 1 ist, dass die Riemenscheibe 5, die
den Rotor der elektromagnetischen Kupplung bildet, im Wesentlichen
aus Kunststoff besteht, wobei zur Erfüllung der Rotorfunktion der
elektromagnetischen Kupplung in die Riemenscheibe 5 magnetisierbare
metallische Einlagen integriert sind, die nachfolgend näher
beschrieben werden.
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Die
elektromagnetische Kupplung der Vorrichtung 1 weist darüber
hinaus einen ringförmigen Stator auf, der in 2 allgemein
mit 6 bezeichnet ist. Dieser Stator 6 ist drehfest
mit dem nicht dargestellten Nebenaggregatgehäuse bzw. dessen
Ansatz verbunden und weist ein z. B. aus zwei Gehäuseteilen 7, 8 bestehendes
Statorgehäuse auf, in welchem eine elektromagnetische Spule 9 angeordnet
ist. Das Gehäuseteil 7 be steht bevorzugt aus magnetisierbarem
Metall und weist radial nach innen einen scheibenförmigen
Stegbereich 7a auf, der axial benachbart zum Rand des Lagers 4 angeordnet
ist und mit dem Lager 4 drehfest auf dem Ansatz des Nebenaggregatgehäuses
befestigt ist. Das Gehäuseteil 8 besteht zur Gewichtseinsparung
vorzugsweise aus Kunststoff. Die elektrischen Anschlussleitungen
der elektromagnetischen Spule 9 sind der Einfachheit halber
nicht dargestellt.
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Der
Stator 6 bzw. das Statorgehäuse 7, 8 greift
in eine zum Stator 6 komplementäre ringförmige
Ausnehmung 10 der Riemenscheibe 5 ein. Zwischen
der Riemenscheibe 5 und dem Stator 6 befindet
sich somit ein umlaufender Spalt 11, so dass sich die Riemenscheibe 5 frei
um den Stator 6 drehen kann.
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Die
Riemenscheibe 5 aus Kunststoff weist zur Erfüllung
ihrer Rotorfunktion, wie vorerwähnt, magnetisierbare metallische
Einlagen auf. Beim Ausführungsbeispiel weisen diese metallischen
Einlagen wenigstens einen radial innerhalb des Stators 6 angeordneten
inneren Einlagering 12, wenigstens einen radial außerhalb
des Stators 6 angeordneten äußeren Einlagering 13 und
einen seitlichen Einlagering 14 auf. Die Anordnung dieser
Einlageringe 12 bis 14 ist erkennbar derart, dass
sie den Hauptmagnetflusslinien folgen, wenn die elektromagnetische
Spule 9 des Stators 6 mit Strom beaufschlagt wird.
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Die
Einlageringe 12 bis 14 können beispielsweise
in die Spritzgießform für die Riemenscheibe 5 aus
Kunststoff eingelegt und entsprechend umspritzt werden, auch andere
Verbindungsarten sind möglich. Insbesondere der äußere
Einlagering 13 kann Durchbrechungen 13a (2)
aufweisen, durch die zur weiteren Gewichtseinsparung beim Spritzgießvorgang
das Kunststoffmaterial der Riemenscheibe 5 hindurchtritt,
wie dies in 1 zu erkennen ist.
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Die
elektromagnetische Kupplung der Vorrichtung 1 weist neben
dem Stator 6 und dem von der Riemenscheibe 5 gebildeten
Rotor einen scheibenförmigen Anker 15 auf, der
axial an die Riemenscheibe 5 auf der Seite des seitlichen
Einlageringes 14 angrenzt und bei Aktivierung der elektromagnetischen Kupplung
an die Riemenscheibe 5 axial angezogen wird, so dass eine
drehfeste Verbindung zwischen der Riemenscheibe 5 und dem
scheibenförmigen Anker 15 besteht. Der scheibenförmige
Anker 15 besteht aus einem magnetisierbaren Metall und
ist Bestandteil einer allgemein mit 16 bezeichneten Mitnehmerscheibe,
er bildet einen radial äußeren scheibenförmigen
Bereich der Mitnehmerscheibe 16.
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Die
Mitnehmerscheibe 16 ist in nachfolgend näher beschriebener
Weise drehfest mit der Nabe 2 verbunden. Dazu weist beim
Ausführungsbeispiel die Mitnehmerscheibe 16 einen
inneren scheibenförmigen Bereich 17 auf, der drehfest
mit der Nabe 2 verbunden ist. Dieser innere scheibenförmige
Bereich 17 der Mitnehmerscheibe 16 ist besonders
bevorzugt über ein elastisches Dämpferelement 18 mit
dem äußeren scheibenförmigen Bereich,
d. h. dem scheibenförmigen Anker 15, verbunden.
Dieses elastische Dämpferelement 18 besteht aus
einem geeigneten Dämpfungsmaterial, z. B. Gummi. Es ist
beim Ausführungsbeispiel zwischen einem axialen Steg 17a des
inneren scheibenförmigen Bereiches 17 der Mitnehmerscheibe 16 und
einem Mittelteil 19 der Mitnehmerscheibe 16 eingebunden,
wobei dieses Mittelteil 19 über Befestigungselemente 20 drehfest
mit dem scheibenförmigen Anker 15 verbunden ist.
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Wenn
die elektromagnetische Kupplung aktiviert wird, d. h. die elektromagnetische
Spule 9 des Stators 6 mit Strom beaufschlagt wird,
wird ein Magnetfeld aufgebaut, dessen Hauptflusslinien in etwa der
Anordnung der metallischen Einlagen 12, 13, 14 der
Riemenscheibe 5 und des scheibenförmigen Ankers 15 der
Mitnehmerscheibe 16 folgen, derart, dass der scheibenförmige
Anker 15 der Mitnehmerscheibe 16 an die Riemenscheibe 5 angezogen
wird, so dass eine drehfeste Verbindung zwischen der Riemenscheibe 5 und
der Mitnehmerscheibe 16 und damit der Nabe 2 besteht.
Damit ist eine Drehmomentübertragung von der Riemenscheibe 5 über
die Nabe 2 auf die nicht dargestellte Nebenaggregatwelle
möglich. Wenn die Drehverbindung unterbrochen werden soll,
wird die elektromagnetische Spule 9 des Stators 6 stromlos
geschaltet, so dass keine magnetische Verbindung zwischen dem Anker 15 und
der Riemenscheibe 5 besteht. Die Riemenscheibe 5 kann
dann frei abgekoppelt von der Nebenaggregatwelle drehen.
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Durch
den in die Mitnehmerscheibe 16 integrierten Dämpfer 18 werden
Drehschwingungen, die von der Kurbelwelle herrühren, gedämpft,
gleichzeitig werden auch axiale Stöße durch das
An- bzw. Abkuppeln der elektromagnetischen Kupplung gedämpft.
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Natürlich
ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich,
ohne den Grundgedanken zu verlassen. Selbstverständlich
können insbesondere die metallischen Einlagen 12, 13, 14 auch auf
andere Weise ausgestaltet sein. Wesentlich ist, dass sie in die
Riemenscheibe 5 aus Kunststoff integriert sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10354049
A1 [0002]
- - US 5184705 A [0003, 0016]
- - DE 4404421 A1 [0003]