DE102011050960A1 - Elektromagnetisch betätigbare Reibschaltkupplung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare Reibschaltkupplung (10; 10a), mit einem drehbar angeordneten Antriebselement (11), mit einer an einem Trägerelement (20; 20a) angeordneten Elektromagnetanordnung (22), wobei das Trägerelement (20; 20a) mittels einer ersten Lagereinrichtung (13; 13a) auf dem Antriebselement (11) gelagert und gegenüber der Umgebung festlegbar ist, und mit einer zweiten Lagereinrichtung (30), die einen inneren Lagerring (31), einen äußeren Lagerring (32) sowie zwischen den beiden Lagerringen (31, 32) angeordnete Lagerkörper (33) umfasst, wobei die zweite Lagereinrichtung (30) der drehbaren Lagerung eines Lüfterrads (1) auf dem Abtriebselement (11) dient. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Trägerelement (20; 20a) einen zumindest bis in den Bereich der zweiten Lagereinrichtung (30) reichenden, das Abtriebselement (11) radial umgebenden Verlängerungsabschnitt (25; 25a) aufweist, und dass der Innenring (31) der zweiten Lagereinrichtung (30) auf dem Verlängerungsabschnitt (25; 25a) angeordnet ist.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare Reibschaltkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Bei einer derartigen, aus der Praxis bekannten Reibschaltkupplung ist das Lüfterrad über eine Lagereinrichtung auf einem Antriebselement, beispielsweise einer Antriebswelle, drehbeweglich angeordnet. Dabei ist der Innenring der Lagereinrichtung unmittelbar auf dem Antriebselement drehfest befestigt, während der Außenring der Lagereinrichtung mit dem Lüfterrad wirkverbunden ist. Mittels der elektromagnetisch betätigbaren Reibschaltkupplung kann zum Antreiben des Lüfterrads ein Reibschluss ausgebildet werden, so dass sich das Lüfterrad mit derselben Drehzahl dreht wie das Antriebselement. Die Spule der Reibschaltkupplung ist dabei mittels eines Trägerelements und eines Lagers auf dem Antriebselement gegenüber der Umgebung ortsfest angeordnet. Nachteilig dabei ist, dass es durch die Drehung zu sogenannten Stillstandsmarkierungen an der Lagereinrichtung kommen kann, da zwischen dem Innenring und dem Außenring der Lagereinrichtung kein Drehzahlunterschied vorhanden ist. Dies kann bei der bekannten Konstruktion der Reibschaltkupplung nur durch die Verwendung relativ hochwertiger und somit kostenintensiver Lagereinrichtungen vermieden werden.
- Offenbarung der Erfindung
- Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetisch betätigbare Reibschaltkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Belastung der Lagereinrichtung, die zur Lagerung des Lüfterrades dient, derart herabgesetzt wird, dass es nicht zu den angesprochenen Stillstandsmarkierungen an der Lagereinrichtung kommt. Diese Aufgabe wird bei einer elektromagnetisch betätigbaren Reibschaltkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Trägerelement einen das Antriebselement zumindest bis in Höhe der Lagereinrichtung für das Lüfterrad verlängerten, das Abtriebselement radial umgebenen Verlängerungsabschnitt aufweist, und dass der Innenring der Lagereinrichtung für das Lüfterrad auf dem Verlängerungsabschnitt gelagert ist. Dadurch wird erfindungsgemäß bei einer Betätigung der Reibscheibenkupplung, bei der sich das Lüfterrad mit derselben Drehzahl dreht wie das Antriebselement, eine Relativbewegung zwischen dem Innenring und dem Außenring der Lagereinrichtung für das Lüfterrad erzeugt, da das Trägerelement, das mit dem der Innenring verbunden ist, stets ortsfest angeordnet ist, d. h. sich nicht dreht.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der elektromagnetisch betätigbaren Reibschaltkupplung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
- In konstruktiv besonders kompakter Ausbildung des Trägerelements wird vorgeschlagen, dass die Elektromagnetanordnung in einem Magnetspulenträgerbereich am Trägerelement aufweist, dass zwischen dem Magnetspulenträgerbereich und dem Verlängerungsabschnitt ein ringförmiger Aufnahmebereich ausgebildet ist, und dass die zweite Lagereinrichtung zumindest teilweise innerhalb des Aufnahmebereichs angeordnet ist.
- Die erfindungsgemäße Anordnung der zweiten Lagereinrichtung auf einem Verlängerungsabschnitt des Trägerelements ermöglicht es in einer bevorzugten Variante insbesondere, dass die zweite Lagereinrichtung als zweireihiges Kugellager ausgebildet ist. Bei einem derartigen Kugellager handelt es sich um ein relativ preiswertes Standardkugellager, so dass eine derartige Reibschaltkupplung kostengünstiger herstellbar ist.
- Die elektromagnetisch betätigbare Reibschaltkupplung dient dazu, das Lüfterrad bei aktiver Reibschaltkupplung durch Reibschluss mit dem Antriebselement zu koppeln, damit die maximale Kühlleistung des Lüfterrads erzielt wird. Um bei nicht betätigter Reibschaltkupplung eine gewisse Grundkühlung durch Drehen des Lüfterrads zu ermöglichen, wird in einer weiteren Variante der Erfindung vorgeschlagen, dass zur Erzeugung einer ersten Drehzahl des Lüfterrads eine Wirbelstromkupplung vorgesehen ist, die mit dem Lüfterrad zumindest mittelbar verbundene Permanentmagnetelemente und wenigstens ein mit den Permanentmagnetelementen zusammenwirkendes Gegenelement, insbesondere in Form eines Stahlrings, aufweist, wobei das wenigstens ein Gegenelement drehfest mit dem Antriebselement verbunden ist. Durch die Wirbelstromkupplung wird somit eine Schleppdrehzahl des Lüfterrads erzielt, so dass dadurch eine Mindestkühlung durch das Lüfterrad ermöglicht wird.
- In einer konstruktiven Variante der Erfindung, bei der das Trägerelement lediglich über die erste Lagereinrichtung auf dem Antriebselement gelagert ist, ist es vorgesehen, zur Erzeugung bzw. Aufnahme der erforderlichen Lagerkräfte ein zweireihiges Kugellager vorzusehen. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil einer in axialer Länge besonders kompakten Ausführung der Reibschaltkupplung.
- Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das Kupplungselement mittels einer dritten Lagereinrichtung mit dem Verlängerungsabschnitt verbunden ist und diesen radial abstützt, wobei die dritte Lagereinrichtung auf der der ersten Lagereinrichtung abgewandten Seite der zweiten Lagereinrichtung angeordnet ist. Eine derartige Lagerung des Trägerelements mittels zweier Lagereinrichtungen hat den Vorteil einer besonders steifen, d. h. mechanisch robusten Auslegung. Dadurch ist es zum Beispiel möglich, die Reibschaltkupplung direkt auf einer Kurbelwelle zu montieren.
- Um trotz der beiden Lagereinrichtungen für das Trägerelement einen relativ preiswerten, und in der Baulänge kompakte Aufbau zu ermöglichen, kann es vorgesehen sein, dass die erste und die dritte Lagereinrichtung jeweils als einreihiges Kugellager ausgebildet sind.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
- Diese zeigt in:
-
1 Einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Reibschaltkupplung in einer teilweisen geschnittenen Seitenansicht bei einem Schnitt durch die Mittellinie der Antriebswelle und -
2 Eine gegenüber der1 modifizierte Reibschaltkupplung, ebenfalls in teilweise geschnittener Seitenansicht. - Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
- In der
1 ist eine erste erfindungsgemäße, elektromagnetisch betätigbare Reibschaltkupplung10 dargestellt. Die Reibschaltkupplung10 dient dem Antrieb eines in der1 lediglich ausschnittsweise dargestellten Lüfterrades1 , das einen Luftvolumenstrom zur Kühlung eines Kühlers bereitstellt, der wiederum der Kühlung einer Brennkraftmaschine dient. - Die Reibschaltkupplung
10 ist Bestandteil eines Antriebssystems100 , das ein Antriebselement in Form eines Antriebflansches11 aufweist, der an seiner einen Stirnseite beispielsweise an dem Ende einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordnet bzw. mit dieser verbunden ist. - Auf der der Kurbelwelle zugewandten Seite ist auf einem Wellenabschnitt
12 mit relativ großem Durchmesser eine erste Lagereinrichtung13 angeordnet. Die erste Lagereinrichtung13 umfasst einen Innenring14 , einen Außenring15 sowie zwei Reihen von Lagerkörpern16 , die zwischen dem Innenring14 und dem Außenring15 axial in Richtung der Längsachse des Wellenabschnitts12 hintereinander angeordnet sind. Die erste Lagereinrichtung13 ist somit als zweireihiges Kugellager ausgebildet. Die erste Lagerreinrichtung13 dient der ortsfesten Lagerung eines Trägerelementes20 . - Das rotationssymmetrisch ausgebildete Trägerelement
20 weist in einem radial äußeren Abschnitt einen im Querschnitt U-förmigen Magnetspulenträgerbereich21 auf, in dem eine Spule22 angeordnet ist, die über eine elektrische Anschlussleitung23 bestrombar ist. Mittels einer in der1 lediglich angedeuteten Drehmomentstütze24 ist das Trägerelement20 , beispielsweise zur Karosserie des Kraftfahrzeugs, abgestützt, so dass das Trägerelement20 ortsfest angeordnet ist, und über die erste Lagereinrichtung13 eine Drehung des Antriebsflansches11 ermöglicht wird. - Auf der der ersten Lagereinrichtung
13 abgewandten Seite weist das Trägerelement20 einen Verlängerungsabschnitt25 auf, der einen weiteren Wellenabschnitt26 radial umgibt, wobei der weitere Wellenabschnitt26 einen geringeren Durchmesser aufweist als der Wellenabschnitt12 . Der Verlängerungsabschnitt25 ist im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet und ragt über die eine Stirnseite des Magnetspulenträgerbereichs21 hinaus. Zwischen dem Verlängerungsabschnitt25 und dem Magnetspulenträgerbereich21 ist ein ringförmiger Aufnahmebereich27 ausgebildet. Auf dem Außenumfang des Verlängerungsabschnitts25 ist eine zweite Lagereinrichtung30 angeordnet. - Die zweite Lagereinrichtung
30 ist im Wesentlichen analog zur ersten Lagereinrichtung13 ausgebildet. Sie weist einen Innenring31 und einen Außenring32 auf. Zwischen dem Innenring32 und dem Außenring32 sind zwei Reihen von Lagerkörpern33 axial hintereinander angeordnet, so dass die zweite Lagereinrichtung30 ebenfalls als zweireihiges Kugellager ausgebildet ist. Die zweite Lagereinrichtung30 ist axial teilweise innerhalb des Aufnahmebereichs27 des Trägerelements20 angeordnet. Die zweite Lagereinrichtung30 dient der drehbaren Lagerung eines Lüfterradrings35 . - Der Lüfterradring
35 weist einen ringförmigen Abschnitt36 auf, der mit dem Außenring32 der zweiten Lagereinrichtung30 drehfest verbunden ist und ebenfalls teilweise in den Aufnahmebereich27 hineinragt. Von dem ringförmigen Abschnitt36 ragt ein flanschförmig umlaufender Reibringbereich37 ab, der wiederum in einen zweiten, ringförmigen Abschnitt38 übergeht, der den Magnetspulenträgerbereich21 radial umgreift. An den zweiten ringförmigen Abschnitt38 schließt sich ein flanschförmiger Trägerbereich39 an, an dem das Lüfterrad1 befestigt ist, und das darüber hinaus mehrere, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Permanentmagnetelemente41 trägt, die Bestandteil einer Wirbelstromkupplung40 sind. - Auf der der ersten Lagereinrichtung
13 abgewandten Seite des Antriebsflanschs11 ist ein ringförmiges Kupplungselement42 drehfest mit dem Antriebsflansch11 verbunden. Auf der der Spule22 gegenüberliegenden Seite des Reibringbereichs37 des Trägerelements20 ist an dem Kupplungselement42 eine ringförmige Kupplungsscheibe43 befestigt, die bei einer Bestromung der Spule22 in Wirkverbindung mit dem Reibringbereich37 des Trägerelements20 gelangt und diesen mitnimmt, derart, dass das Lüfterrad1 mit derselben Drehzahl gedreht wird wie der Antriebsflansch11 . - An einem radial äußeren Bereich des Kupplungselements
42 ist ein Kühlrippenring44 angeordnet, der auf der den Permanentmagnetelementen41 zugewandten Seite ein mit diesen zusammenwirkendes Gegenelement in Form eines Stahlrings45 aufweist. Der Stahlring45 ist somit ebenfalls Bestandteil der Wirbelstromkupplung40 und dient dazu, bei unbestromter Spule22 das Lüfterrad1 mit einer gewissen Drehzahl, der sogenannten Schleppdrehzahl, mit zudrehen, um eine gewisse Mindestkühlung bereit zu stellen. - Dadurch, dass die zweite Lagereinrichtung
30 mit ihrem Innenring31 drehfest auf dem Verlängerungsabschnitt25 des Trägerelements20 gelagert ist, ist sichergestellt, dass unabhängig vom Betriebszustand der Reibschaltkupplung10 zwischen dem Innenring31 und dem Außenring32 stets eine Relativdrehzahl herrscht, so dass es insbesondere nicht zur Ausbildung von sogenannten Stillstandsmarkierungen an der zweiten Lagereinrichtung30 kommen kann. - Die in der
2 dargestellte Reibschaltkupplung10a unterscheidet sich von der Reibschaltkupplung10 der1 dadurch, dass das Kupplungselement42a mit einem radial umlaufenden Lagerabschnitt48 versehen ist, der eine dritte Lagereinrichtung50 radial umgreift. Die dritte Lagereinrichtung50 weist einen Innenring51 und einen Außenring52 auf. Zwischen dem Innenring51 und dem Außenring52 ist eine Reihe von Lagerkörpern53 angeordnet. Die dritte Lagereinrichtung50 bildet somit einreihiges Kugellager aus. Der Innenring51 ist auf dem Verlängerungsabschnitt25a des Trägerelements20a gelagert, wobei der Verlängerungsabschnitt25a axial bis in den Bereich des Lagerabschnitts48 reicht, das heißt im Gegensatz zum Verlängerungsabschnitt25 axial verlängert ausgebildet ist. Mittels der dritten Lagereinrichtung50 wird der Verlängerungsabschnitt25a radial abgestützt bzw. fixiert, so dass Biegebeanspruchungen von der ersten Lagereinrichtung13a und der dritten Lagereinrichtung50 aufgenommen werden. Wesentlich dabei ist, dass die erste Lagereinrichtung13a , im Gegensatz zur Lagereinrichtung13 der Reibschaltkupplung10 , ebenfalls als einreihiges Kugellager ausgebildet sein kann und somit axial eine geringere Baulänge aufweist. - In alternativer Anordnung der dritten Lagereinrichtung
50 zwischen dem Verlängerungsabschnitt25a und dem Lagerabschnitt48 des Kupplungselements42a kann es auch vorgesehen sein, die dritte Lagereinrichtung50 direkt auf dem Antriebsflansch11 anzuordnen, so dass die dritte Lagereinrichtung50 den Verlängerungsabschnitt25a von seiner Innenseite her umgibt und somit abstützt. In diesem Fall ist die dritte Lagereinrichtung50 jedoch vorzugsweise als Nadellager ausgebildet. - Die soweit beschriebene Reibschaltkupplung
10 ,10a kann ich vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, dass der Antriebsflansch11 nicht unmittelbar mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt bzw. verbunden ist, sondern beabstandet von dieser angeordnet und beispielsweise mittels eines Zahnriemens oder ähnlichem angetrieben wird. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lüfterrad
- 10, 10a
- Reibschaltkupplung
- 11
- Antriebsflansch
- 12
- Wellenabschnitt
- 13, 13a
- erste Lagereinrichtung
- 14
- Innenring
- 15
- Außenring
- 16
- Lagerkörper
- 20, 20a
- Trägerelement
- 21
- Magnetspulenträgerbereich
- 22
- Spule
- 23
- Anschlussleitung
- 24
- Drehmomentstütze
- 25, 25a
- Verlängerungsabschnitt
- 26
- Wellenabschnitt
- 27
- Aufnahmebereich
- 30
- zweite Lagereinrichtung
- 31
- Innenring
- 32
- Außenring
- 33
- Lagerkörper
- 35
- Lüfterradring
- 36
- ringförmiger Abschnitt
- 37
- Reibringbereich
- 38
- ringförmiger Abschnitt
- 39
- Trägerbereich
- 40
- Wirbelstromkupplung
- 41
- Permanentmagnetelement
- 42, 42a
- Kupplungselement
- 43
- Kupplungsscheibe
- 44
- Kühlrippenring
- 45
- Stahlring
- 48
- Lagerabschnitt
- 50
- dritte Lagereinrichtung
- 51
- Innenring
- 52
- Außenring
- 53
- Lagerkörper
- 100
- Antriebssystem
Claims (10)
- Elektromagnetisch betätigbare Reibschaltkupplung (
10 ;10a ), mit einem drehbar angeordneten Antriebselement (11 ), mit einer an einem Trägerelement (20 ;20a ) angeordneten Elektromagnetanordnung (22 ), wobei das Trägerelement (20 ;20a ) mittels einer ersten Lagereinrichtung (13 ;13a ) auf dem Antriebselement (11 ) gelagert und gegenüber der Umgebung festlegbar ist, und mit einer zweiten Lagereinrichtung (30 ), die einen inneren Lagerring (31 ), einen äußeren Lagerring (32 ) sowie zwischen den beiden Lagerringen (31 ,32 ) angeordnete Lagerkörper (33 ) umfasst, wobei die zweite Lagereinrichtung (30 ) der drehbaren Lagerung eines Lüfterrads (1 ) auf dem Abtriebselement (11 ) dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (20 ;20a ) einen zumindest bis in den Bereich der zweiten Lagereinrichtung (30 ) reichenden, das Abtriebselement (11 ) radial umgebenden Verlängerungsabschnitt (25 ;25a ) aufweist, und dass der Innenring (31 ) der zweiten Lagereinrichtung (30 ) auf dem Verlängerungsabschnitt (25 ;25a ) angeordnet ist. - Reibschaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnetanordnung (
22 ) in einem Magnetspulenträgerbereich (21 ) am Trägerelement (20 ;20a ) aufweist, dass zwischen dem Magnetspulenträgerbereich (21 ) und dem Verlängerungsabschnitt (25 ;25a ) ein ringförmiger Aufnahmebereich (27 ) ausgebildet ist, und dass die zweite Lagereinrichtung (30 ) zumindest teilweise innerhalb des Aufnahmebereichs (27 ) angeordnet ist. - Reibschaltkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lagereinrichtung (
30 ) als zweireihiges Kugellager ausgebildet ist. - Reibschaltkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer ersten Drehzahl des Lüfterrads (
1 ) eine Wirbelstromkupplung (40 ) vorgesehen ist, die mit dem Lüfterrad (1 ) zumindest mittelbar verbundene Permanentmagnetelemente (41 ) und wenigstens ein mit den Permanentmagnetelementen (41 ) zusammenwirkendes Gegenelement (45 ), insbesondere in Form eines Stahlrings, aufweist, wobei das wenigstens eine Gegenelement (45 ) drehfest mit dem Antriebselement (11 ) verbunden ist. - Reibschaltkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagereinrichtung (
13 ) als zweireihiges Kugellager ausgebildet ist. - Reibschaltkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kupplungselement (
42 ;42a ) drehfest mit dem Antriebselement (11 ) verbunden ist, das eine mit der Elektromagnetanordnung (22 ) zusammenwirkende Kupplungsscheibe (43 ) und ggf. zusätzlich das wenigstens eine Gegenelement (45 ) trägt. - Reibschaltkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (
42a ) mittels einer dritten Lagereinrichtung (50 ) mit dem Verlängerungsabschnitt (25a ) verbunden ist und diesen radial abstützt, wobei die dritte Lagereinrichtung (50 ) auf der der ersten Lagereinrichtung (13 ) abgewandten Seite der zweiten Lagereinrichtung (30 ) angeordnet ist. - Reibschaltkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Lagereinrichtung (
50 ) den Verlängerungsabschnitt (25a ) radial umfasst, und dass die erste und die dritte Lagereinrichtung (13 ,50 ) jeweils als einreihiges Kugellager ausgebildet sind. - Reibschaltkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Lagereinrichtung radial zwischen dem Antriebselement (
11 ) und dem Verlängerungsabschnitt (25a ) angeordnet ist. - Reibschaltkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Lagereinrichtung als Nadellager und die erste Lagereinrichtung als einreihiges Kugellager ausgebildet ist.
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