DE102013102716B4

DE102013102716B4 - Reibscheibenkupplung sowie Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE102013102716B4
Application number: DE201310102716
Authority: DE
Inventors: Manfred Gebhart
Original assignee: Kendrion Linnig GmbH
Current assignee: Kendrion Linnig GmbH
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: DE102013102716A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reibscheibenkupplung (1) zur Übertragung eines Antriebsmomentes von einer Antriebswelle (2) auf ein Nebenaggregat, insbesondere ein Lüfterrad, eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine in einem Betriebszustand mindestens einen Spalt (7, 8) zwischen zwei Reibpartnern begrenzende sowie reibschlüssig durchschaltbare Reibscheibenanordnung (4) zur Drehmomentübertragung sowie eine hydraulische Aktoranordnung (10) zur Variation der Spaltbreite des mindestens einen mittels eines Fluids füllbaren Spaltes (7, 8). Ferner ist vorgesehen, dass dem mindestens einen Spalt (7, 8) eine aktive, unabhängig von einer Antriebswellendrehzahl ansteuerbare Fluidpumpenanordnung (13) zugeordnet ist, die fluidleitend mit dem mindestens einen Spalt (7, 8) verbunden ist, und mit der das Fluildvolumen, insbesondere eines Viskoseöls, bevorzugt eines Silikonöls, in dem mindestens einen Spalt (7, 8) zur Einstellung eines von der Reibscheibenanordnung (4) durch Scherung des Fluids in dem mindestens einen Spalt (7, 8) übertragbaren Schleppmomentes, variierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibscheibenkupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Übertragung eines Drehmoments (Antriebsdrehmoment) von einer Antriebswelle auf ein Nebenaggregat, insbesondere ein Lüfterrad, eines Kraftfahrzeuges sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Reibscheibenkupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Zum Antreiben von Nebenaggregaten in Kraftfahrzeugen ist es bekannt, insbesondere elektromagnetisch aktuierbare Reibscheibenkupplungen einzusetzen, wobei der Reibscheibenkupplungsmechanismus in erster Linie dazu dient, die Reibscheibenkupplung durchzuschalten, d. h. das Drehmoment 1:1 von der Antriebswelle auf den Abtrieb zu übertragen. Zur Übertragung niedrigerer Drehmomente (Schleppmomente) werden meist Wirbelstrommechanismen eingesetzt, bei denen Antriebs- und Abtriebsseite relativ zueinander schlupfen.
Alternativ ist es zur Drehmomentübertragung von einer Antriebswelle auf ein Nebenaggregat in einem Kraftfahrzeug bekannt, sogenannte Fluidreibungskupplungen (Viskokupplungen) einzusetzen, wobei hier nachteilig ist, dass mit diesen nicht das volle Drehmoment übertragbar sondern in jedem Betriebszustand ein schlupfendes Verhalten vorherrscht, was sich negativ auf den Wirkungsgrad auswirkt.
Aus der US 2006/0201771 A1 ist eine als Lamellenkupplung ausgebildete Reibscheibenkupplung bekannt, bei der die Reibscheibenanordnung über hydraulische Aktormittel verstellbar ist und Fluid gleichzeitig in Kreislauf durch die Reibscheibenanordnung zu Kühlzwecken gefördert wird. Der Pump- bzw. Fördermechanismus für das Fluid ist antriebswellendrehzahlabhängig. Bei dem in der bekannten Lamellenkupplung eingesetzten Öl handelt es sich um herkömmliches Hydrauliköl.
Aus der DE 199 45 882 A1 ist eine drehzahlabhängige hydraulische Kupplung bekannt, bei der eine hydrostatische Verdrängungsmaschine einen Druck erzeugt, welcher eine Senkung der Drehzahl bewirkt.
Aus der DE 197 50 976 A1 ist eine Visko-Kupplung bekannt, bei der das Drehmoment des angetriebenen Bauteils über die in einer Arbeitskammer enthaltene Flüssigkeit auf ein zweites, mit dem Gehäuse fest verbundenes, Bauteil übertragbar ist.
Aus der DE 44 09 648 C1 ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung bekannt, bei der mittels eines Pumpmechanismus Öl durch einen Ölförderdurchgang zur Drehmomentübertragungskammer gefördert wird. Zum Öffnen und Schließen dieses Ölförderdurchgangs ist ein Ventil vorgesehen, welches abhängig von der Umgebungstemperatur wirksam ist.
Aus der DE 197 02 973 C2 ist ebenfalls eine Flüssigkeitsreibungskupplung bekannt, bei der die Druckkammer von einer koaxial zur Arbeitskammer angeordneten zylindrischen Bohrung mit einem darin beweglich gelagerten Kolben gebildet ist, dessen Hub gesteuert wird.
Aus der DE 60 2004 010 210 T2 ist ein hydraulisch gesteuertes Ventilatorantriebssystem für einen Motor bekannt, bei der ein mit der Gehäuseanordnung verbundenes Pitotrohr bei gegebener Drehgeschwindigkeit mindestens eine Teil des Hydraulikfluids von dem Fluidbehälter aufnimmt und somit einen statischen Druck definiert.
Aus der DE 10 2012 102 058 A1 ist eine kombinierte Reibscheiben- und Flüssigkeitsreibungskupplung bekannt, bei der ein Antriebsmoment von einer Antriebswelle auf ein Nebenaggregat, durch Bestromen einer bestrombaren Wicklung, übertragen wird.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine kompakt bauende Reibscheibenkupplung anzugeben, mit welcher aber nicht durch Schaltung ein Schleppmoment übertragbar ist, welches antriebswellendrehzahlunabhängig einstellbar ist. Bevorzugt soll die Kupplung möglichst klein bauen und einen guten Wirkungsgrad aufweisen. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein entsprechend verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Reibscheibenkupplung anzugeben.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Reibscheibenkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hinsichtlich des Betriebsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung 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.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Reibscheibenkupplung in einem nicht durchgeschalteten Betriebszustand, d. h. dann, wenn das Drehmoment von der Antriebswelle auf den Abtrieb nicht 1:1 übertragen wird, als Viskokupplung zu nutzen, in dem zur Übertragung eines Schleppmomentes die Scherung eines Fluids, insbesondere eines Viskoseöls, ganz besonders bevorzugt eines Silikonöls, in den mindestens einen Spalt zwischen zwei Reibpartnern zur Drehmomentübertragung genutzt wird. Um nun bei einer derartigen Anordnung das vorgenannte Schleppmoment gezielt und unabhängig von der Drehzahl der Antriebswelle einstellen zu können, ist die als Viskokupplung (Flüssigkeitsreibungskupplung) nutzbare bzw. ausgebildete Reibscheibenkupplung mit einer Fluidpumpenanordnung ausgestattet, die fluidleitend mit dem mindestens einen Spalt zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite verbunden ist, um somit die Menge an Fluid in dem mindestens einen Spalt und damit das maximal übertragbare Schleppmoment einstellen zu können. Dabei gilt grundsätzlich, dass das maximal übertragbare Schleppmoment (bei gleicher Spaltbreite) mit zunehmender Fluidmenge in den mindestens einen Spalt steigt, wobei, wie später noch erläutert werden wird, bei bevorzugter gleichzeitiger Variation der Spaltbreite, diese ebenfalls Einfluss hat auf das maximal übertragbare Drehmoment, wobei (bei gleichbleibendem Fluidstand) das maximal übertragbare Drehmoment mit zunehmender Spaltbreite abnimmt. Die erfindungsgemäße Reibscheibenkupplung zeichnet sich also durch die Möglichkeit aus, die Abtriebsdrehzahl unabhängig von der Antriebswellendrehzahl stufenlos einstellen zu können. Die Regelzeit der Kupplung ist dabei drehzahlunabhängig. Durch die 1:1-Durchschaltmöglichkeit ergibt sich ein wesentlich besserer Wirkungsgrad als bei herkömmlichen Viskokupplungen. Schaltstöße wie bei klassischen Reibscheibenkupplungen treten nicht auf. Darüber hinaus zeichnet sich die Kupplung bei geringem Gewicht durch geringen Platzbedarf und einer schnellen Regelbarkeit aus.
Besonders bevorzugt sind am abtriebsseitigen Gehäuse der Kupplung Kühlrippen vorgesehen, um eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten. Dabei kann die Rippenanordnung derart ausgebildet sein, dass durch deren Strömungseffekt die Kühlwirkung eines beispielhaft mit der Kupplung angetriebenen Lüfterrades begünstigt bzw. unterstützt wird, in dem das Gehäuse bzw. die Rippenanordnung selbst als Lüfterrad wirkt. Durch die integrierte Bauform wird der benötigte Bauraum für die Kupplung deutlich reduziert.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Fluidpumpenanordnung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass mit dieser Fluid aus dem mindestens einen Spalt absaugbar ist und dass abgesaugte Fluid, zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig einer Aktoranordnung zur Spaltbreiteneinstellung des mindestens einen Spaltes zuführbar ist, wobei der Spalt je nach Anordnung der Aktoranordnung durch Zuförderung von Fluid verbreitert oder alternativ verengt werden kann. Durch diese Maßnahme kann über die Fluidpumpenanordnung in zweierlei Hinsicht (gleichzeitig) Einfluss auf das maximal übertragbare Schleppmoment genommen werden, da einerseits Fluid aus dem mindestens einen Spalt abgepumpt und andererseits gleichzeitig die Spaltbreite variiert wird. Bevorzugt wird das aus dem mindestens einen Spalt abgesaugte, d. h. abgepumpte Fluid in eine Kolbenzylindereinheit der Aktoranordnung gefördert, wobei der hierdurch betätigbare Kolben mit der Reibscheibenanordnung wirkverbunden ist. Die Aktoranordnung, insbesondere ein Zylinderraum der Aktoranordnung nimmt dabei Fluid, insbesondere Viskoseöl auf und sorgt damit zusätzlich für eine Reduzierung der Fluidbenetzung auf den Reibflächen der Reibscheibenanordnung.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass je nach Auslegung der Kupplung eine Schleppmomentbeeinflussung dadurch erfolgt, dass Fluid mittels der Fluidpumpenanordnung aktiv in den mindestens einen Spalt gepumpt wird, wobei dann bevorzugt Fluid aus der Aktoranordnung, insbesondere einer Zylinderkolbeneinheit der Aktoranordnung angesaugt wird.
Als besonders zweckmäßig hatte sich herausgestellt, wenn der Reibscheibenanordnung eine Rückstellfeder zugeordnet ist, gegen deren Federkraft die Aktoranordnung arbeitend und dabei den mindestens einen Spalt vergrößernd oder verkleinernd ausgebildet und angeordnet ist. Mit anderen Worten wirkt die Aktoranordnung bevorzugt der Kraft einer Feder, insbesondere einer Federscheibe (Rückstellfeder) entgegen. Solch eine Rückstellfeder ermöglicht auch eine so genannte Fail-Safe-Ausbildung der Reibscheibenkupplung, die sicherstellt, dass die Kupplung bei nicht ordnungsgemäß funktionierender Fluidpumpenanordnung oder nicht im Betrieb befindlicher Reibscheibenkupplung automatisch schließt. Zweckmäßig ist es hierzu, wie später noch erläutert werden wird, eine Fluidverbindung in Form einer Leckageöffnung zwischen der Aktoranordnung, insbesondere einem Zylinderraum der Aktoranordnung und einem fluidleitend mit dem mindestens einen Spalt verbundenen Fluidraum vorzusehen, durch den Fluid in Richtung Spalt zurückströmen kann.
Die Leckageöffnung kann beispielsweise als Drosselbohrung oder Drosselspalt ausgebildet sein und bewirkt bevorzugt ein stromloses Schließen der Kupplung für den Fall, das die Rückstellfeder in Anpressrichtung der Reibscheibenanordnung wirkt, d. h. für den Fall, dass die Reibscheibenkupplung entgegen der Federkraft der Rückstellfeder geöffnet bzw. der mindestens eine Spalt entgegen der Federkraft der Rückstellfeder verbreitert wird.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausbildung der Kupplung, bei der das Fluid nicht auf einer radialen Seite des mindestens einen Spaltes entnommen und von der anderen Radialseite her wieder zugeführt wird, sondern bei welcher ein solches im Kreislauffördern des Fluids durch den Spalt vermieden wird, was weiterbildungsgemäß dadurch erreicht wird, dass bei der Betätigung der Fluidpumpenanordnung Fluid aus dem mindestens einen Spalt in radialer Richtung nach außen absaugbar und während des Betriebs der Kupplung von der Aktoranordnung, insbesondere ausschließlich, von radial außen in den mindestens einen Spalt zurückströmen kann. Bevorzugt ist hierzu ein radial äußeres Spaltende des mindestens einen Spaltes mit einem Fluidraum fluidleitend verbunden, wobei sich der Fluidraum bevorzugt zumindest abschnittsweise in einem Bereich radial außerhalb des Spaltes befindet. Aus dem Fluidraum ist nun Fluid mittels der Fluidpumpenanordnung absaugbar, insbesondere, wie erläutert, in die Aktoranordnung, bevorzugt ein Zylinderraum der Aktoranordnung hinein, wobei die Aktoranordnung wiederum fluidleitend über eine Leckageöffnung (beispielsweise eine Drosselbohrung oder einen Drosselspalt) mit dem Fluidraum fluidleitend verbunden ist, sodass über diese Verbindung Fluid wieder in den Fluidraum zurückströmen kann, insbesondere auch dann, wenn die Leistung der Fluidpumpenanordnung reduziert und die Kupplung elektrisch abgeschaltet wird.
Besonders bevorzugt ist ein Raum radial im Inneren des mindestens einen Spaltes, also ein Raum, der mit einem radial inneren Spaltende verbunden ist ausschließlich über den mindestens einen Spalt fluidleitend mit dem vorerwähnten Fluidraum verbunden ist. Mit anderen Worten ist dieser Raum ansonsten abgedichtet gegenüber der Fluidpumpenanordnung und dem Aktorraum, sodass in diesem Raum das Fluid, insbesondere ein Viskoseöl maximal aus einer Richtung, nämlich bevorzugt von radial außen eindringen kann.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Reibscheibenanordnung mindestens zwei axial beabstandete Spalte aufweist, die vorzugsweise zu zwei Axialseiten einer drehfest mit der Antriebswelle verbundenen Scheibe gebildet sind, die sandwichartig aufgenommen ist zwischen zwei abtriebsseitigen Reibflächen. Bei Bedarf können auch mehr als zwei Spalte vorgesehen werden, wobei es hierzu bevorzugt ist, wenn von der Abtriebsseite her, insbesondere von radial außen zwischen zwei drehfest mit der Antriebswelle verbundenen Reibscheiben ein Reibelement hineinragt.
Wie eingangs bereits erwähnt ist es besonders bevorzugt, wenn die Aktoranordnung einen mit der Reibscheibenanordnung wirkverbundenen, bevorzugt axial verstellbaren Kolben aufweist, der mittels der Fluidpumpenanordnung fluiddruckbeaufschlagbar ist, wobei hierzu bevorzugt Fluid in einen von dem Kolben begrenzten Zylinderraum förderbar ist.
Im Hinblick auf die Ausgestaltung der Fluidpumpenanordnung gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Besonders bevorzugt umfasst diese einen Elektromagnetaktor, insbesondere in Form einer Spule, wobei dieser Elektromagnetanordnung noch weiter bevorzugt nicht rotierbar angeordnet ist im Gegensatz zu dem von dem Elektromagnetaktor betätigbaren, mindestens einem Pumpenelement, welches relativ zum Elektromagnetaktor rotiert. Bevorzugt erstreckt sich der Elektromagnetaktor um die Antriebswelle herum. Anstelle eines ringförmigen Elektromagnetaktors könnten auch mehrere, vorzugsweise gemeinsam bestrombare Spulenanordnungen vorgesehen werden. Ganz besonders bevorzugt sind mehrere in Umfangsrichtung, noch weiter bevorzugt gleichmäßig verteilt angeordnete Pumpenelemente vorgesehen, die noch weiter bevorzugt von einem gemeinsamen Elektromagnetaktor betätigbar sind, wobei alternativ auch ein, insbesondere ein einziger, Ringkolben vorgesehen werden kann.
Im Hinblick auf die Ausgestaltung des mindestens einen Pumpenelements gibt es wiederum unterschiedliche Möglichkeiten. So kann als Pumpenelement beispielsweise eine Membran vorgesehen werden, die dann bevorzugt in geeigneter Weise durch das Vorsehen eines magnetisierbaren Elementes elektromagnetisch aktuierbar ist. Auch ist es denkbar einen mechanischen Pumpkolben als Pumpenelement vorzusehen, wobei besonders bevorzugt mehrere Pumpenmembrane und/oder Pumpenkolben in Umfangsrichtung beabstandet angeordnet sind. Alternativ kann auch ein einziges, z. B. als Ringkolben ausgebildetes Pumpenelement vorgesehen werden, welches bevorzugt die Antriebswelle umschließt.
Ganz besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, wenn die Fluidpumpenanordnung eine Pumpkammer umfasst, der weiterbildungsgemäß mindestens ein ansaugseitiges Rückschlagventil und ein auslassseitiges Rückschlagventil zugeordnet ist, wobei durch das Ansaugrückschlagventil Fluid aus Richtung des mindestens einen Spaltes angesaugt und durch das Auslassrückschlagventil ausgelassen wird. Eine umgekehrte Anordnung ist dann möglich, wenn mittels der Fluidpumpenanordnung Fluid aktiv in den Spalt hinein förderbar sein soll.
Weiterbildungsgemäß ist der Fluidpumpenanordnung eine Steuereinheit zugeordnet, die die Leistung der Fluidpumpe in Abhängigkeit mindestens eines Parameters ansteuert. Ein solcher Parameter kann insbesondere eine gemessene Temperatur im Bereich eines Verbrennungsmotors sein. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn als Ist-Größe zur Steuerung der Fluidpumpenanordnung eine abtriebsseitige Kupplungsdrehzahl eingeht, die von geeigneten und signalleitend mit der Steuereinheit verbundenen Drehzahlsensormitteln, beispielsweise berührungslos erfasst wird.
Die Erfindung führt auch auf ein Verfahren zum Betreiben einer, insbesondere nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Reibscheibenkupplung, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass ein Fluidvolumen (d. h. ein Fluidstand), insbesondere ein Viskoseölvolumen, bevorzugt ein Silikonölvolumen in den mindestens einen Spalt der Reibscheibenkupplung antriebswellenunabhängig zur Einstellung eines von der Reibscheibenanordnung der Kupplung durch Scherung des Fluids in dem mindestens einen Spalt übertragenen Schleppmomentes variiert wird, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn Fluid aus dem Spalt aktiv abgesaugt und zur Spaltbreiteneinstellung des mindestens einen Spaltes genutzt wird, insbesondere indem das abgesaugte Fluid einem Zylinderraum einer Aktoranordnung zugeführt wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
1 Eine Kupplung in der Ausführungsform Fail-Safe mit zwei Spalten, in denen eine Scherung eines Viskoseöls stattfinden kann,
2 eine alternative Ausführung der Kupplung als Lamellenkupplung mit insgesamt vier Spalten,
3 eine weitere alternative Ausführungsform einer Kupplung, bei welcher die Spaltbreite der Spalte im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß den vorhergehenden Figuren mittels einer hydraulischen Aktoreinheit verringerbar ist,
4 eine erste Möglichkeit zur Ausgestaltung einer Fluidpumpenanordnung für die vorstehenden Kupplungen, und
5 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Fluidpumpenanordnung.
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist eine Reibscheibenkupplung 1 gezeigt, die als Flüssigkeitsreibungskupplung nutzbar ist.
Die Reibscheibenkupplung 1 umfasst eine Antriebswelle 2, die von einem Kfz-Verbrennungsmotor antreibbar ist.
Drehfest mit der Antriebswelle 2 ist eine Reibscheibe 3 (antriebsseitiger Reibpartner) einer Reibscheibenanordnung 4 festgelegt, wobei zwischen der Reibscheibe 4 und zwei abtriebsseitigen Reibpartnern 5, 6 jeweils ein als Axialspalt ausgebildeter Spalt 7, 8 begrenzt ist, wenn die Reibscheibenanordnung nicht durchgeschaltet ist, d. h. wenn nicht das volle Drehmoment von der antriebsseitigen Antriebswelle 2 auf die Abtriebsseite 9 der Kupplung 1 übertragen wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel trägt die Abtriebsseite 9 Lüfterschaufeln 32 zur Kühlung eines Verbrennungsmotors und zur Kühlung der Kupplung, wobei alternativ auch andere Nebenaggregate im Kraftfahrzeug mittels einer gezeigten Kupplung antreibbar sind.
Aus 1 ist zu erkennen, dass ein in der Zeichnungsebene rechter abtriebsseitiger Reibpartner 6 in Richtung des gegenüberliegenden in der Zeichnungsebene linken Reibpartners 5 mit einer als Scheiben- bzw. Tellerfeder ausgebildeten Rückstellfeder 11 federkraftbelastet ist, wobei zum Öffnen der Kupplung bzw. zur Verbreiterung der Spalte 7, 8 eine hydraulische Aktoranordnung 10 vorgesehen ist, die einen mechanisch mit der Reibscheibenanordnung 4, genauer dem in der Zeichnungsebene rechten Reibpartner 6 verbundenen Kolben 29 umfasst, dem ein axialer Zylinderraum 12 zugeordnet ist, der mit Fluid beaufschlagt werden kann, um den Kolben 29 axial entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 11 zu verstellen und dadurch die Spalte 7, 8 zu bilden bzw. zu vergrößern.
Die beispielhaft als Membranpumpenanordnung ausgebildete Fluidpumpenanordnung 13 saugt zu diesem Zweck über eine in radialer Richtung verlaufende Saugleitung 15 Fluid, hier Silikonöl aus einem radial äußeren Fluidraum 16 an, in den die radial äußeren Enden der Spalte 7, 8 einmünden. Das Fluid wird angesaugt durch ein Ansaugrückschlagventil 17 und gelangt so in eine Pumpkammer 18, von wo aus es in radialer Richtung nach außen durch ein Auslassrückschlagventil 19 in den Zylinderraum 12 strömen und dadurch den Kolben 29 der Aktoranordnung 10 in der Zeichnungsebene nach rechts verstellen kann, wodurch die Reibpartner 5, 6 (weiter) voneinander entfernt und somit die Spalte 7, 8 vergrößert werden. Da die Spalte 7, 8 fluidleitend, über den Fluidraum 16 und die Saugleitung 15 mit der Aktoranordnung 10 verbunden sind, reduziert sich bei diesem Vorgang die Menge an Fluid in den Spalten 7, 8, während sich gleichzeitig die Spalte 7, 8 auf die gewünschte Spaltbreite vergrößern, was in der Gesamtschau zu einem gewünschten Schleppmoment führt.
Der Zylinderraum 12 ist fluidleitend über eine Leckageöffnung 20, in diesem Fall eine Drosselbohrung zumindest mittelbar verbunden mit dem Fluidraum 16, sodass Fluid aus dem Zylinderraum 12 hierhin zurückströmen kann und von dort aus, insbesondere bei nachlassender Fluidpumpenanordnungsleistung von radial außen zurück in die Spalte 7, 8.
In der Zeichnungsebene unterhalb, d. h. radial innerhalb der Spalte 7, 8 befindet sich ein Raum 21, der ausschließlich über die Spalte 7, 8 fluidleitend mit dem Fluidraum 16 verbunden ist, d. h. es findet keine im Kreislaufförderung des Fluids durch die Spalte 7, 8 von radial innen nach radial außen oder umgekehrt statt. Vielmehr wird Fluid von radial außen nach radial innen in die Spalte 7, 8 zurückgefördert und in die entgegengesetzte Richtung nach außen abgesaugt. Während des Betriebes der Kupplung ist die Verbindung über die Spalte bevorzugt der einzige Weg für den Fluidaustausch zwischen dem Raum 21 und dem Fluidraum 16.
Zu erkennen ist, dass die Abtriebsseite 9, genauer ein abtriebsseitiges Gehäuse 22 Kühlrippen 23 aufweist, die eine Kühlung der Kupplung sicherstellen und zugleich die Kühlwirkung der Lüfterräder 32 unterstützen. Die Abtriebsseite 9 stützt sich in radialer Richtung über ein erstes Wälzlager 24 auf der Antriebswelle 2 ab.
Ebenfalls auf der Antriebswelle 2 stützt sich ein nicht rotierbarer feststehender Bereich 25 der Kupplung ab, der einen ringförmigen Elektromagnetaktor 26 (Spule) zum Hin- und Herverstellen von als Membran ausgebildeten und in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Pumpenelementen 27 dient, die zusammen mit der Sekundärseite 9 rotieren.
Weiterhin trägt der feststehende Bereich 25 Drehzahlsensormittel 28 zur berührungslosen Erfassung der Drehzahl der Abtriebsseite 9, wobei das Sensorsignal in eine nicht gezeigte Steuereinheit zur Ansteuerung des Elektromagnetaktors 26 der Fluidpumpenanordnung 13 eingespeist wird. Die gezeigte Kupplung 1 ist in einer Fail-Safe-Anordnung realisiert. Bei Stromausfall schließt die Reibscheibenanordnung 4 selbsttätig, da die Rückstellfeder 11 den Kolben 29 in der Zeichnungsebene zurück nach links verstellt und Fluid über die Leckageöffnung 20 in den Fluidraum 16 zurückströmen kann.
Mit der vorliegenden Kupplung kann, insbesondere bei Nichtbetätigung der Fluidpumpenanordnung 13 und folglich durchgeschalteter Reibscheibenanordnung das volle Drehmoment von der Antriebswelle 2 auf die Abtriebsseite 9 übertragen werden. In Abhängigkeit der Fluidpumpenanordnungsleistung und/oder Betriebszeit stellt sich eine gewünschte Spaltbreite der Spalte 7, 8 ein sowie eine zugehörige verbleibende Fluidmenge in den Spalten, wobei die Spaltebreite und die Fluidmenge das maximal übertragbare Schleppmoment bestimmen.
Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel gemäß 2 näher erläutert, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 eingegangen wird. Im Hinblick auf die Gemeinsamkeiten wird auf die vorangehende Figurenbeschreibung sowie auf 1 verwiesen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind auf der Reibscheibe 3 Reibbeläge zur Wechselwirkung mit den abtriebsseitigen Reibpartnern 5, 6 vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ können solche Reibbeläge auch abtriebsseitig vorgesehen werden oder, je nach Materialwahl kann auch auf Reibbeläge verzichtet werden.
Zu erkennen ist, dass insgesamt zwei axial benachbarte Reibscheiben 3, 30, die drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden sind und die jeweils zwei Spalte 7, 8 bzw. 7, 8 begrenzen und zwar jeweils einmal mit einem abtriebsseitigen Reibpartner 5, 6 und jeweils einmal mit einer axial zwischen den Reibscheiben 3, 30 (antriebseitiger Reibpartner) angeordneten abtriebsseitigen Lamelle 31 (abtriebsseitiger Reibpartner). Das gesamte Paket, umfassend die Lamelle 31 sowie die beiden Reibscheiben 3, 30 wird mittels der Rückstellfeder 11 zusammengepresst, wobei eine Spaltvergrößerung, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben durch eine Verstellbewegung des Kolbens 29 realisiert werden kann.
Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel einer Kupplung 1 gemäß 3 beschrieben, wobei zur Vermeidung im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen eingegangen wird. Im Hinblick auf die Gemeinsamkeiten wird auf die voranstehenden Figuren mit zugehöriger Figurenbeschreibung verwiesen.
Bei der Kupplung 1 gemäß 3 zieht die Rückstellfeder 11 die Reibscheibenanordnung 4 auseinander, wodurch die Reibscheibenanordnung 4 mit Hilfe der Aktoranordnung 10 geschlossen bzw. die Spalte 7, 8 breitenreduziert werden müssen. Hierzu drückt der Kolben 29 bei Druckbeaufschlagung des Zylinderraums 12 mit Fluid aus dem Fluidraum 16 bzw. den Spalten 7, 8. Die gezeigte Ausführungsform ist nicht Fail-Safe.
Im Folgenden werden anhand der 4 und 5 unterschiedliche, realisierbare Ausführungsformen von Fluidpumpenanordnungen 13 beschrieben, die bei sämtlichen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen von Kupplungen 1 zum Einsatz kommen können.
Zu erkennen ist jeweils ein ringförmiger und sich um die Antriebswelle 2 herum erstreckender Elektromagnetaktor 26, mit welchem jeweils ein abtriebsseitiges Pumpenelement 27 entgegen der Federkraft einer Feder 33 verstellbar ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind mehrere jeweils als Einzelkolben ausgebildete Pumpenelemente in Umfangsrichtung verteilt angeordnet, wobei diese jeweils mit einem als Ankerkonusring ausgebildeten Anker 34 verbunden sind, der bei Bestromung der Spule, d. h. des Elektromagnetaktors 26 in der Zeichnungsebene nach links gedrückt wird, wodurch das Fluid aus der Pumpenkammer 27 in den Kolben der Aktoranordnung 10 gedrückt wird. Die als Druckfedern ausgebildeten Federn 33 drücken die Kolben und damit auch den Anker 34 bei unbestromter Spule wieder in die Ausgangsposition zurück.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 sind nicht mehrere Pumpenelemente vorgesehen sondern das einzige Pumpenelement 27 ist als Ringkolben ausgebildet, wobei der Ringkolben bei Bestromung des Elektromagnetaktors 26 in der Zeichnungsebene nach rechts gezogen wird und das Fluid über eine Kolbenringfläche 14 (Differenzfläche zwischen einem großen zu einem kleinen Kolbendurchmesser) in den Zylinderraum 12 der Aktoranordnung fördert. Die Feder 33 drückt den Ringkolben (Pumpenelement 27) bei unbestromter Elektromagnetanordnung 26 wieder in die Ausgangsposition.
Bezugszeichenliste

1: Reibscheibenkupplung
2: Antriebswelle
3: Reibscheibe (Lamelle)
4: Reibscheibenanordnung
5: abtriebsseitiger Reibpartner
6: abtriebsseitiger Reibpartner
7: Spalt
8: Spalt
9: Abtriebsseite
10: Aktoranordnung
11: Rückstellfeder
12: Zylinderraum
13: Fluidpumpenanordnung
14: Kolbenringfläche
15: Saugleitung
16: Fluidraum
17: Ansaugrückschlagventil
18: Pumpkammer
19: Auslassrückschlagventil
20: Leckageöffnung
21: Raum
22: Gehäuse
23: Kühlrippen
24: Wälzlager
25: Bereich
26: Elektromagnetaktor (Spule)
27: Pumpenelement(e)
28: Drehzahlsensormittel
29: Kolben
30: Reibscheibe
31: abtriebsseitige Lamelle
32: Lüfterschaufel
33: Feder
34: Anker

Claims

Reibscheibenkupplung (1) zur Übertragung eines Antriebsmomentes von einer Antriebswelle (2) auf ein Nebenaggregat, insbesondere ein Lüfterrad, eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine in einem Betriebszustand mindestens einen Spalt (7, 8) zwischen zwei Reibpartnern begrenzende sowie reibschlüssig durchschaltbare Reibscheibenanordnung (4) zur Drehmomentübertragung sowie eine hydraulische Aktoranordnung (10) zur Variation der Spaltbreite des mindestens einen mittels eines Fluids füllbaren Spaltes (7, 8), dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Spalt (7, 8) eine aktive, unabhängig von einer Antriebswellendrehzahl ansteuerbare Fluidpumpenanordnung (13) zugeordnet ist, die fluidleitend mit dem mindestens einen Spalt (7, 8) verbunden ist, und mit der das Fluildvolumen, insbesondere eines Viskoseöls, bevorzugt eines Silikonöls, in dem mindestens einen Spalt (7, 8) zur Einstellung eines von der Reibscheibenanordnung (4) durch Scherung des Fluids in dem mindestens einen Spalt (7, 8) übertragbaren Schleppmomentes, variierbar ist.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Fluidpumpenanordnung (13) Fluid aus dem mindestens einen Spalt (7, 8) absaugbar und der Aktoranordnung (10) zur Spaltbreiteeinstellung des mindestens einen Spaltes (7, 8) zuführbar ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibscheibenanordnung (4) eine Rückstellfeder (11) zugeordnet ist, gegen deren Federkraft die Aktoranordnung (10) arbeitend und dabei den mindestens einen Spalt (7, 8) vergrößernd oder verkleinert ausgebildet und angeordnet ist.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpumpenanordnung (13) derart angeordnet ist, dass bei deren Betätigung Fluid aus dem mindestens einen Spalt (7, 8) in radialer Richtung nach außen absaugbar ist und dass während des Betriebs der Kupplung Fluid von der Aktoranordnung (10) ausschließlich von radial außen in den mindestens einen Spalt (7, 8) zurückströmen kann.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial äußeres Spaltende des mindestens einen Spaltes (7, 8) mit einem, vorzugsweise bezogen auf den mindestens einen Spalt (7, 8) radial außen angeordneten, Fluidraum (16) verbunden ist, aus dem Fluid mittels der Fluidpumpenanordnung (13) absaugbar ist und mit dem eine Leckageöffnung (20) der Aktoranordnung (10) fluidleitend verbunden ist.
Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Raum radial innerhalb des mindestens einen Spaltes (7, 8) ausschließlich über den mindestens einen Spalt (7, 8) fluidleitend mit dem Fluidraum (16) verbunden ist.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibscheibenanordnung (4) mindestens zwei axial beabstandete Spalte (7, 8) aufweist.
Kupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoranordnung (10) einen mit der Reibscheibenanordnung (4) wirkverbundenen, bevorzugt axial verstellbaren, Kolben (29) aufweist, der mittels der Fluidpumpenanordnung (13) fluiddruckbeaufschlagbar ist.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpumpenanordnung (13) einen, bevorzugt um die Antriebswelle (2) umlaufenden Elektromagnetaktor (26) aufweist, relativ zu dem mindestens ein mittels des Elektromagnetaktors (26) betätigbares, bevorzugt abtriebseitiges Pumpelement, insbesondere eine Membran oder ein Pumpkolben, rotierbar angeordnet ist.
Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpumpenanordnung (13) als, bevorzugt mehrere in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Pumpmembrane und/oder Pumpkolben aufweisende, Membran- und/oder Kolbenpumpe ausgebildet ist.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer Pumpkammer (18) mindestens ein Ansaugrückschlagventil (17) zugeordnet ist, durch dass Fluid aus dem Spalt (7, 8) ansaugbar ist und mindestens ein Auslassrückschlagventil zugeordnet ist, durch das Fluid zur Aktoranordnung (10) förderbar ist.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidpumpenanordnung (13) eine Steuereinheit zugeordnet ist, die mit Drehzahlsensormitteln (28) signalleitend verbunden ist, mit denen eine abtriebsseitige Kupplungsdrehzahl erfassbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Reibscheibenkupplung (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Übertragung eines Antriebsmomentes von einer Antriebswelle (2) auf ein Nebenaggregat, insbesondere ein Lüfterrad, eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine in einem Betriebszustand mindestens einen Spalt (7, 8) zwischen zwei Reibpartnern begrenzende sowie reibschlüssig durchschaltbare Reibscheibenanordnung (4) zur Drehmomentübertragung sowie eine hydraulische Aktoranordnung (10) zur Variation der Spaltbreite des mindestens einen mittels eines Fluids füllbaren Spaltes (7, 8), dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidvolumen in dem mindestens einen Spalt (7, 8) antriebswellendrehzahlunabhängig zur Einstellung eines von der Reibscheibenanordnung (4) durch Scherung des Fluids in dem mindestens einen Spalt (7, 8) übertragbaren Schleppmomentes Variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer aktiven, unabhängig von einer Antriebswellendrehzahl ansteuerbaren Fluidpumpenanordnung (13) Fluid, insbesondere ein Viskoseöl, bevorzugt Silikonöl, aus dem mindestens einen Spalt (7, 8) abgesaugt und der Aktoranordnung (10) zur Spaltbreiteneinstellung zugeführt wird.