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Die Erfindung betrifft eine Ankerbaugruppe für eine Elektromagnetkupplung zur Übertragung eines Drehmomentes von einer Antriebswelle auf ein Nebenaggregat in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Ankerbaugruppe umfasst eine Rückstell-Scheibenfeder gegen deren Federkraft die in einer Elektromagnetkupplung verbaute Ankerscheibe relativ zu einem Reibpartner verstellbar ist. Die Ankerscheibe ist mit der Scheibenfeder mit Hilfe von Fixiermitteln drehfest fixiert. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Ankerbaugruppe gemäß Anspruch 8 sowie eine Elektromagnetkupplung gemäß Anspruch 9.
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Bekannte Elektromagnetkupplungen zur Übertragung eines Drehmomentes von einer Antriebswelle auf ein Nebenaggregat, insbesondere ein Lüfterrad in einem Kraftfahrzeug umfassen eine Ankerbaugruppe bei der eine Ankerscheibe an einer Rückstell-Schraubenfeder durch punktuelles Verschrauben oder Vernieten festgelegt ist. Während des Betriebes derartiger Elektromagnetkupplungen sind diese Schraub- oder Nietverbindungen erheblichen Kräften ausgesetzt. Insgesamt erfolgt die Lastübertragung zwischen den Scheiben der Ankerbaugruppe punktuell, d.h. nicht gleichmäßig bzw. großflächig, wodurch es Verzugsprobleme geben kann. Darüber hinaus besteht die Gefahr des Abreißens der Schraub- oder Nietverbindung. Nachteilig sind ferner die vergleichsweise hohen Kosten der aufwändigen Verbindungstechnik. Zudem baut eine Schraub- oder Nietverbindung in axialer Richtung vergleichsweise dick auf, was Bestrebungen, eine möglichst flache Bauweise der Ankerbaugruppe und damit einer kürzeren Bauweise von Elektromagnetkupplungen zuwiderläuft.
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Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Ankerbaugruppe anzugeben, mit welcher nur sehr punktuelle Lastübertragungen zwischen Scheibenfeder und Ankerscheibe vermieden werden können. Die Ankerbaugruppe soll zudem möglichst kostengünstig herstellbar und in einer flachen Bauweise realisierbar sein. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen einer solchen Ankerbaugruppe anzugeben. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine möglichst kurzbauende Elektromagnetkupplung mit einer solchen Ankerbaugruppe anzugeben, wobei die Elektromagnetkupplung bevorzugt (jedoch nicht zwingend) so ausgebildet sein soll, dass mit dieser auch Schleppmomente übertragbar sind.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Ankerbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und hinsichtlich der Elektromagnetkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, vorzugsweise anstelle von bisher zum Einsatz kommenden Schrauben oder Nieten, als Klemmmittel ausgebildete Fixiermittel einzusetzen, die einstücktig ausgebildet sind, d.h. intergraler Bestandteil sind der Ankerscheibe und/oder der Scheibenfeder, wobei der axial dem die Klemmmittel aufweisenden Klemmpartner gegenüberliegende Klemmpartner von den Klemmmitteln klemmend umgriffen, d.h. mit einer axialen und/oder radialen Klemmkraft beaufschlagt wird. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Ankerbaugruppe, bei der die Klemmmittel an der Ankerscheibe vorgesehen sind und die Ankerscheibe mit den integralen Klemmmitteln einen Abschnitt der Scheibenfeder umgreift. Zusätzlich oder alternativ ist es im Rahmen der Erfindung möglich, integrale Klemmmittel an der Scheibenfeder vorzusehen, die einen Abschnitt der Ankerscheibe klemmend umgreifen. Damit ein klemmendes Umgreifen möglich ist, erstrecken sich die Klemmmittel von demjenigen Klemmpartner, dessen integraler Bestandteil sie sind, in axialer Richtung, d.h. in Richtung des gegenüberliegenden Klemmpartners um diesen dann, insbesondere von der von dem die Klemmmittel aufweisenden Klemmpartner abgewandten (Rück-)Seite her in axialer Richtung klemmend kraftzubeaufschlagen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsvariante, bei der die Klemmmittel den Klemmpartner nicht nur in axialer Richtung auf sich zu kraftbeaufschlagt, sondern bei der auch oder alternativ eine Verklemmung in radialer Richtung nach innen erfolgt.
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Die erfindungsgemäße Ankerbaugruppe zeichnet sich durch eine einfache Herstellbarkeit aus. Darüber hinaus ermöglicht sie einen vergleichsweise großflächigen Krafteintrag, wodurch ein Verzug der Klemmpartner vermieden wird. Zudem baut die Ankerbaugruppe sehr flach.
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Das Vorsehen von Klemmmitteln als Fixiermittel ermöglicht eine großflächigere Kraftübertragung, insbesondere dann, wenn die Klemmmittel den Klemmpartner an mehreren Stellen am Umfang kraftbeaufschlagen. Diese Ausführungsform ermöglicht zudem die Realisierung extrem flachbauender Kupplungen, da nur am radial äußeren Bereich in einem die Ankerbaugruppe umgebenden Bauteil eine Aussparung für die Fixiermittel vorgesehen werden muss.
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Grundsätzlich ist es möglich, die Klemmmittel in einem Bereich radial zwischen dem Außendurchmesser der Ankerscheibe und/oder der Scheibenfeder und einem Zentrum der jeweiligen Scheibe vorzusehen, wobei die Klemmmittel in diesem Fall bevorzugt eine gegenüberliegende Ausnehmung des benachbarten Klemmpartners durchgreifen, um diesen von dessen von dessen Rückseite her zu klemmen. Ganz besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die Klemmmittel, insbesondere ausschließlich, im Bereich des Außendurchmessers, d.h. im Bereich des Außenumfangs der Ankerscheibe und/oder der Scheibenfeder angeordnet sind und bevorzugt den benachbarten Reibpartner an seinem Außendurchmesser, d.h. radial außen umgreifen. Dies ist nicht nur herstellungstechnisch von Vorteil, sondern stellt aufgrund des maximalen Abstandes zur Drehachse der Ankerbaugruppe sicher, dass maximale Drehmomente problemlos übertragen werden können. Darüber hinaus kann die Klemmfläche bzw. Kraftbeauftragungsfläche am Außendurchmesser aufgrund der maximalen Umfangserstreckung der die Klemmmittel aufweisenden Scheibe maximiert werden – d.h. es können also Klemmmittel mit großer Umfangserstreckung vorgesehen werden, um einen möglichst flächigen Krafteintrag zu gewährleisten.
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Als besonders effektiv und günstig in der Herstellung hat sich herausgestellt, wenn die Klemmmittel einen Bördelabschnitt umfassen, d.h. von einem umgebördelten Abschnitt am Außendurchmesser der Ankerscheibe und/oder der Scheibenfeder gebildet sind, wobei der Bördelabschnitt den Klemmpartner an dessen Außenumfang umgreift und dann nach radial innen umgebogen ist, um den Klemmpartner von der Rückseite her mit einer axialen Klemmkraft zu beaufschlagen und/oder den Klemmpartner von radial außen mit einer Klemmkraft zu beaufschlagen. Durch die Ausführungsform kann auch eine besonders flache Bauweise realisiert werden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn eine Kraftübertragung zwischen der, vorzugsweise von einer Antriebswelle in einer Elektromagnetkupplung antreibbaren, Rückstell-Scheibenfeder auf die Ankerscheibe nicht nur durch Reibschluss zwischen den Klemmmitteln und dem Klemmpartner erfolgt, sondern wenn die Klemmmittel derart mit dem Abschnitt des Klemmpartners zusammenwirken, dass ein Formschluss resultiert, der in Umfangsrichtung wirkt, was dadurch erreicht wird, dass Ankerscheibe und Rückstell-Scheibenfeder in axialer und/oder in radialer Richtung ineinander greifen. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Klemmmittel eine umfangsgeschlossene oder nach radial innen oder außen offene Aussparung des Klemmpartners axial durchgreifen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsvariante der Ankerbaugruppe zur Realisierung eines vorgenannten in Umfangsrichtung wirksamen Formschlusses bei der der geklemmte bzw. umgriffene Abschnitt des Klemmpartners mehrere in Umfangsrichtung benachbarte Teilabschnitte umfasst, die im radial äußeren Bereich des Klemmpartners angeordnet sind und die beispielsweise als radial äußere Abflachungen realisiert sind oder als nach radial außen offene Einbuchtungen am Außenumfang des Klemmpartners, also an derjenigen Scheibe, die von den integralen Klemmmitteln der benachbarten Scheibe umgriffen wird.
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Um die Klemmmittel als integralen Bestandteil der Ankerscheibe oder der Scheibenfeder zu realisieren, die bevorzugt aus demselben Material ausgebildet sind wie der Rest der Ankerscheibe bzw. der Scheibenfeder, hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, das jeweilige die Klemmmittel aufweisende Bauteil als Stanzbiegeteil auszubilden, insbesondere mit einem radial äußeren Bördelumschnitt, der die Klemmmittel darstellt, und der durch Umbördeln um den Klemmpartner die, vorzugsweise formschlüssige feste Verbindung bewirkt. Im Hinblick auf die Ausbildung der Reibfläche der Ankerbaugruppe gibt es unterschiedliche Möglichkeiten.
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So kann die Reibfläche integraler Bestandteil der Ankerscheibe sein, d.h. unmittelbar von einer, insbesondere von der Rückstellfeder abgewandten Flächenseite gebildet sein oder die Reibfläche wird von einem Reibbelag gebildet, der mittelbar oder unmittelbar an der Ankerscheibe festgelegt ist.
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Die Erfindung führt auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Ankerbaugruppe, bei welchem zunächst eine Ankerscheibe und eine Scheibenfeder bereitgestellt werden, wobei zumindest eine der Scheiben integrale, d.h. angeformte Klemmmittel als Fixiermittel aufweist, und wobei in einem nachfolgenden Schritt Ankerscheibe und Scheibenfeder einander gegenüberliegend positioniert werden und die Klemmmittel, insbesondere ein Bördelrand, derart umgeformt werden, dass sie einen, vorzugsweise mehrere Teilabschnitte umfassenden Abschnitt des Klemmpartners (Scheibenfeder oder Ankerscheibe) umgreifen und mit einer axialen und/oder radialen Klemmkraft beaufschlagen, insbesondere derart, dass ein in Umfangsrichtung wirksamer Formschluss zwischen Ankerscheibe und Scheibenfeder resultiert.
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Weiterbildungsgemäß kann Teil des Verfahrens eine vorgelagerte Herstellung der Ankerscheibe und/oder der Scheibenfeder, jedenfalls desjenigen Bauteils mit Klemmmitteln als Stanzbiegeteil sein.
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Die Erfindung führt auch auf eine Elektromagnetkupplung, mit einer antriebsseitigen Primärseite und einer abtriebsseitigen Sekundärseite, zwischen denen ein Drehmoment zum Antreiben eines Nebenaggregates in einem Kraftfahrzeug übertragbar ist, wobei sich die Elektromagnetkupplung durch eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Ankerbaugruppe auszeichnet, wobei der Ankerbaugruppe Elektromagnetmittel zugeordnet sind und die Ankerbaugruppe derart relativ zu diesen angeordnet ist, dass die Ankerscheibe bei Bestromung der Elektromagnetmittel entgegen der Federkraft der Scheibenfeder relativ zu einem, bevorzugt sekundärseitigen Reibpartner verstellbar ist, entweder um reibschlüssig an dem Reibpartner anzulegen und damit das volle Drehmoment zu übertragen oder um den Reibschluss wieder zu lösen.
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Aufgrund der flachen Bauweise der nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Ankerbaugruppe eignet sich diese besonders bevorzugt für eine ganz besondere Ausführungsform der Elektromagnetkupplung, bei der in das Reibscheibenkupplungskonzept ein kostengünstiger Visko-Drehmomentübertragungsmechanismus vollständig integriert ist, bei welchem die durch Bestromen der Elektromagnetmittel verstellbare Ankerbaugruppe gleichzeitig einen mit einem Fluid, insbesondere einem Viskoöl gefüllten Scherspalt zwischen Primär- und Sekundärseite begrenzt, da es bei diesem integrierten Kupplungskonzept insbesondere darauf ankommt, einen sehr schmalen Scherspalt zwischen der Ankerbaugruppe und einem weiteren, insbesondere sekundärseitigen Bauteil realisieren zu können, was durch die erfindungsgemäße Verbindungsart zwischen Rückstellfeder und Ankerscheibe ermöglicht wird. Die weiterbildungsgemäße kombinierte Reibscheiben und Flüssigkeitsreibungskupplung zeichnet sich dadurch aus, dass Reibscheibenkupplungsmittel und Flüssigkeitsreibungskupplungsmittel Teil einer gemeinsamen Kupplung sind. Der Ankerbaugruppe kommt somit eine Doppelfunktion zu. So kann über diese bei entsprechender Bestromung der bestrombaren Wicklung der Elektromagnetmittel durch Reibschluss das volle Drehmoment von der Antriebswelle auf das Nebenaggregat übertragen werden. Bei nicht-Reibschluss begrenzt die Ankerbaugruppe mindestens einen mit Fluid gefüllten Scherspalt, hat also die Funktion eines Rotors einer Fluidreibungskupplung und überträgt so über Scherung des Fluids im Scherspalt ein Schleppmoment auf den Abtrieb. Besonders bevorzugt ist es, auf einen vergleichsweise kostenintensiven Wirbelstrommechanismus zur Übertragung eines Schleppmomentes zu verzichten.
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Durch die vollständige Integration der beiden Drehmomentübertragungstechnologien in eine gemeinsame Kupplung, wird der benötigte Bauraum weiter reduziert, ebenso wie der gesamte Konstruktionsaufwand und darüber hinaus können, beispielsweise aufgrund des Vorsehens eines gemeinsamen Gehäuses, Material- und Montagekosten im Vergleich zum Vorsehen der getrennten, unterschiedlichen Kupplungen minimiert werden. Der mindestens eine Scherspalt der kombinierten Kupplung kann beispielsweise zwischen der Reibfläche der Ankerbaugruppe und einem Reibpartner vorgesehen werden und/oder auf einer von der Reibfläche der Ankerbaugruppe abgewandten, beispielsweise von der Scheibenfeder gebildeten Rückseite.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
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1 Ausschnittsweise eine Ankerbaugruppe in einer Längsschnittansicht,
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2 Ankerscheibe und Rückstellfeder vor der endgültigen Montage, d.h. vor der Ausbildung eines Klemm- und Formschlusses in einer Längsschnittansicht,
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3 eine Anordnung von Ankerscheibe und Rückstellfeder aus Richtung der Rückstellfeder betrachtet, vor der Herstellung des Formschlusses,
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4 eine Elektromagnetkupplung mit Flüssigkeitsreibungskupplungsmitteln.
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In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist in einer Längsschnittansicht der obere Teil einer Ankerbaugruppe 1 für eine Elektromagnetkupplung zur Übertragung eines Drehmomentes von einer Antriebswelle auf ein Nebenaggregat in einem Kraftfahrzeug gezeigt. Die Ankerbaugruppe 1 ist im eingebauten Zustand um eine Drehachse A rotierbar, wobei es sich bei der Drehachse A bevorzugt um die Drehachse der Antriebswelle handelt.
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Die Ankerbaugruppe 1 umfasst eine Rückstell-Scheibenfeder 2 aus Federstahl, sowie eine daran drehfest festgelegte Ankerscheibe 3, deren von der Scheibenfeder 2 abgewandte Seite als Reibfläche 4 zum reibschlüssigen Verbinden mit einem nicht gezeigten Reibpartner dient oder die alternativ einen Reibbelag tragen kann.
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Wie sich aus 1 ergibt, liegen die Rückstell-Scheibenfeder 2 und die Ankerscheibe 3 flächig aneinander an und sind ausschließlich mit Hilfe von Klemmmitteln 5 aneinander fixiert, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Klemmmittel integraler Bestandteil, d.h. einteilig ausgebildet sind mit der als Stanzbiegeteil ausgeführten Ankerscheibe 3.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Klemmmittel 5 in Umfangsrichtung umlaufend, d.h. am Außenradius der Ankerscheibe 3 angeordnet bzw. gebildet. In dem konkreten Ausführungsbeispiel umfassen die Klemmmittel 5 einen randseitigen Bördelabschnitt 6, d.h. eine Bördelung, die um einen randseitig bzw. radial äußeren Abschnitt der aus Federstahl ausgebildeten Rückstell-Scheibenfeder 2 umgebördelt ist, derart, dass die Rückstell-Scheibenfeder 2 von deren von der Reibfläche 4 abgewandten Rückseite her axial gegen die parallele und von der Reibfläche 4 abgewandten Rückseite der Ankerscheibe 3 kraftbeaufschlagt wird. Gleichzeitig erfolgt eine Kraftbeaufschlagung in radialer Richtung nach innen.
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Um vorgenannte Krafteinwirkungen zu realisieren, ragt der Bördelabschnitt 6 mit einem Axialabschnitt 9 in axialer Richtung und mit einem endseitigen Abschnitt 10 nach radial innen und gleichzeitig axial gegen die Rückseite der Rückstell-Scheibenfeder 2.
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In 2 ist eine Anordnung einer Rückstell-Scheibenfeder 2 und einer als Stanzbiegeteil ausgebildeten Ankerscheibe 3 vor der endgültigen Montage gezeigt. Zu erkennen ist ein zunächst rechtwinklig abgewinkelter Bördelabschnitt 6, der zur endgültigen Fixierung in Pfeilrichtung 11 nach radial innen und in axialer Richtung umgebogen wird, um eine radial äußere Umfangskante 12, d.h. den Außendurchmesser der Rückstell-Scheibenfeder 2 zu umgreifen.
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Bevorzugt ist die Rückstell-Scheibenfeder 2 dabei, wie in 3 gezeigt ausgebildet, um einen in Umfangsrichtung wirksamen Formschluss durch Umbiegen der Klemmmittel 5 zu erzielen. Aus 3 ist zu entnehmen, dass der von den Klemmmitteln 5 umgriffene Abschnitt 7 der Rückstell-Scheibenfeder 2 von vielen in Umfangsrichtung benachbarten Einbuchtungen 13 gebildet ist bzw. diese umfasst, wobei die Klemmmittel 5, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ebenfalls von einer umlaufenden (hier noch nicht umgebogenen) Bördelkante 6 gebildet werden, umgriffen werden, derart, dass die Klemmmittel 5 nicht nur die Rückstell-Scheibenfeder 2 axial übergreifen, sondern auch in die nach radial außen offenen Einbuchtungen 13 zur Herstellung eines Formschlusses eingeformt sind und sich nach der Umformung an der Rückseite 8 der Rückstell-Scheibenfeder 2 in einem Randbereich der Einbuchtung 13 axial abstützen.
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In 4 ist eine mögliche Ausführungsform einer eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Ankerbaugruppe 1 umfassende Elektromagnetkupplung 16 gezeigt, wobei die gezeigte Elektromagnetanordnung nicht zwingende jedoch bevorzugt Flüssigkeitsreibungskupplungsmittel 14 umfasst, so dass neben der Übertragung eines vollen Drehmomentes durch Reibschluss der Ankerbaugruppe mit einem weiteren Kupplungsbauteil ein Schleppmoment durch Scherung eines Viskoseöls in einem Scherspalt 15 übertragbar ist, welcher auf einer Seite von der Ankerbaugruppe 1 begrenzt ist.
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Die Elektromagnetkupplung 16 umfasst eine antriebsseitige Primärseite 17, zu der die Ankerbaugruppe 1 gehört, die drehfest, beispielsweise mittels einer endseitigen Mutter 18 an einer Antriebswelle 19 fixiert ist. Ferner umfasst die Elektromagnetkupplung 16 eine Sekundärseite 20, an der beispielsweise Lüfterradschaufeln festgelegt sein können.
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Der Ankerbaugruppe 1 sind eine bestrombare Wicklung 21 umfassende Elektromagnetmittel 22 zugeordnet, die stationär angeordnet sind, und relativ zu der sich die Antriebswelle 19 verdreht, wobei zwischen den Elektromagnetmitteln 22 und der Antriebswelle 19 ein Wälzlager 23 vorgesehen ist. Die Sekundärseite 20 stützt sich über ein als Doppelkugellager ausgebildetes weiteres Wälzlager 24 an der Antriebswelle 19 ab. Die Drehmomentübertragung erfolgt entweder durch Reibschluss der Ankerscheibe 3, genauer von deren Reibfläche mit einer von einem Polteil 25 gebildeten Gegenreibfläche 26 oder aber durch Übertragung eines Schleppmomentes durch Scherung des Fluids in den Scherspalten 15.
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Den Scherspalten 15 ist ein(e) Fluidreservoir(kammer) 27 zugeordnet, die über ein hier beispielhaft über einen Bimetallmechanismus 28 betätigbares Steuerventil 29 mit dem die Scherspalte 15 umfassenden Arbeitsraum fluidleitend verbindbar ist, wobei über das Steuerventil 29 der Fluidstand in den Spalten beeinflussbar ist und somit das maximal übertragbare Schleppmoment. Über eine in einem radial äußeren Bereich angeordnete Rücklaufschikane 30 und eine nicht gezeigte Stanzdruckmechanisierung kann das Silikonöl wieder zurück in das Fluidreservoir 27 strömen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ankerbaugruppe
- 2
- Rückstell-Scheibenfeder
- 3
- Ankerscheibe
- 4
- Reibfläche
- 5
- Klemmmittel
- 6
- Bördelabschnitt
- 7
- Abschnitt
- 8
- Rückseite
- 9
- Axialabschnitt
- 10
- Abschnitt
- 11
- Pfeilrichtung
- 12
- Umfangskante
- 13
- Einbuchtungen
- 14
- Flüssigkeitsreibungskupplungsmittel
- 15
- Scherspalt(e)
- 16
- Elektromagnetkupplung
- 17
- Primärseite
- 18
- Mutter
- 19
- Antriebswelle
- 20
- Sekundärseite
- 21
- Wicklung
- 22
- Elektromagnetmittel
- 23
- Wälzlager
- 24
- Wälzlager
- 25
- Polteil
- 26
- Gegenreibfläche
- 27
- Fluidreservoir
- 28
- Bimetallmechanismus
- 29
- Steuerventil
- 30
- Rücklaufschikane
- A
- Drehachse der Ankerbaugruppe
