DE102018122945A1

DE102018122945A1 - Reibschaltkupplung

Info

Publication number: DE102018122945A1
Application number: DE102018122945.3A
Authority: DE
Inventors: Joschua Morgenroth
Original assignee: Licos Trucktec GmbH
Current assignee: Licos Trucktec GmbH
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2020-03-19
Also published as: US11578768B2; CN112740342A; WO2020058307A1; US20210207664A1; DE112019004672A5

Abstract

Es wird eine Reibschaltkupplung (1) für einen Antrieb eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges vorgeschlagen, mit einer Elektromagnetanordnung (5) umfassend einen Spulenkörper (6) mit einer Spule (7) und einen mit dem Spulenkörper (6) verbundenen Magnetkörper (8, 20, 21), wobei bei stromdurchflossener Spule (7) ein Magnetfeld mit Magnetfeldlinien erzeugbar ist, wobei die Magnetfeldlinien den Magnetkörper (8, 20, 21) und einen zum Magnetkörper (8, 20, 21) benachbarten magnetisierbaren Leitkörper (11) durchsetzen, so dass ein versetzbarer magnetisierbarer Ankerabschnitt (9) aus einer Stellung in eine andere Stellung bringbar ist, wobei der Spulenkörper (6) mehrere Außenabschnitte (6a) mit jeweils einem dazugehörigen Außenmaß des Außenabschnitts (6a) aufweist. Erfindungsgemäß überdeckt der Magnetkörper (8, 20, 21) mit einer Magnetkörper-Seite (8a) einen Außenabschnitt (6a) des Spulenkörpers (6) vollständig überdeckt, wobei zwei weitere Außenabschnitte des Spulenkörpers (6) vom Magnetkörper (8, 20, 21) nicht oder nicht über ein Maß von 20 Prozent eines jeweiligen Außenmaßes des weiteren Außenabschnitts überdeckt ist oder wobei bei einem einzigen weiteren durch den Magnetkörper überdeckten Außenabschnitt, dieser Außenabschnitt nicht über ein Maß von 70 Prozent überdeckt ist, wobei der Leitkörper (11) den Magnetkörper (8, 20, 21) an gegenüberliegenden Außenabschnitten überdeckt, insbesondere über eine Fläche, die mindestens 50 Prozent einer vom Magnetfeld durchströmten Querschnittsfläche des Leitkörpers (11) beträgt.

Description

Stand der Technik
Reibschaltkupplungen bei Fahrzeugen mit Brennkraftmaschine sind bekannt, beispielsweise als Teil eines Antriebs eines Nebenaggregats wie zum Beispiel einer Wasserpumpe oder eines Lüfters eines Kühlsystems des Kraftfahrzeugs. Häufig werden zum Schalten des Nebenaggregats elektromagnetisch betätigbare Reibschaltkupplungen verbaut.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte elektromagnetisch betätigbare Reibschaltkupplung für einen Antrieb eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges bereitzustellen, welche unter wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten verbessert ist, insbesondere kompakt aufgebaut ist und eine optimierte Magnetwirkung entfaltet.
Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung geht aus von einer Reibschaltkupplung für einen Antrieb eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, mit einer Elektromagnetanordnung umfassend einen Spulenkörper mit einer Spule und einen mit dem Spulenkörper verbundenen Magnetkörper, wobei bei stromdurchflossener Spule ein Magnetfeld mit Magnetfeldlinien erzeugbar ist, wobei die Magnetfeldlinien den Magnetkörper und einen zum Magnetkörper benachbarten magnetisierbaren Leitkörper durchsetzen, so dass ein versetzbarer magnetisierbarer Ankerabschnitt aus einer Stellung in eine andere Stellung bringbar ist, wobei der Spulenkörper mehrere Außenabschnitte mit jeweils einem dazugehörigen Außenmaß des Außenabschnitts aufweist. Der Spulenkörper umfasst als Hauptflächenseiten vorzugsweise eine axiale Unterseite, eine der Unterseite gegenüberliegende Oberseite, eine radial außen vorhandene Außenseite und eine der Außenseite gegenüberliegende radial innen vorhandene Innenseite, wobei die Außenseite und die Innenseite sich jeweils zwischen der Unterseite und der Oberseite erstrecken.
Die zu einer Welle rotationssymmetrisch aufgebaute Reibschaltkupplung ist insbesondere als Reibflächen- bzw. Reibscheibenkupplung ausgebildet, mit den Komponenten bekannter Reibflächenkupplungen. Der Ankerabschnitt ist insbesondere aus einer vom Leitkörper getrennten Stellung in eine reibschlüssig mit dem Leitkörper verbundene Stellung und wieder zurück in die getrennte Stellung bringbar.
Der Spulenkörper umfasst die Spule und einen Spulenwickelkörper, die vorzugsweise mit einem Kunststoffmaterial umspritzt sind und damit ein gemeinsames Bauteil bilden.
Der Magnetkörper und der Leitkörper sind magnetisierbar bzw. umfassen ein magnetisierbares Material bzw. bestehen aus einem magnetisierbaren Material insbesondere aus einem ferromagnetischen Material.
Der Kern der Erfindung liegt darin, dass der Magnetkörper mit einer Magnetkörper-Seite einen Außenabschnitt des Spulenkörpers vollständig überdeckt, vorzugsweise eine axiale Seite des Spulenkörpers vollständig überdeckt, wobei zwei weitere Außenabschnitte des Spulenkörpers vom Magnetkörper nicht oder nicht über ein Maß von 20 Prozent eines jeweiligen Außenmaßes des weiteren Außenabschnitts überdeckt ist oder wobei bei einem einzigen weiteren durch den Magnetkörper überdeckten Außenabschnitt, dieser Außenabschnitt nicht über ein Maß von 70 Prozent überdeckt ist, wobei der Leitkörper den Magnetkörper an gegenüberliegenden Außenabschnitten überdeckt, insbesondere über eine Fläche, die mindestens 50 Prozent einer vom Magnetfeld durchströmten Querschnittsfläche des Leitkörpers beträgt.
Ein Außenmaß einer axialen Seite des Spulenkörpers ist insbesondere eine radiale Breite des Spulenkörpers bzw. ein Außenmaß einer radialen Seite des Spulenkörpers ist eine axiale Höhe des Spulenkörpers, bezogen auf eine die Reibschaltkupplung durchsetzende Wellenachse des Nebenaggregats.
Besonders bevorzugt ist es, wenn bei einem einzigen weiteren durch den Magnetkörper überdeckten Außenabschnitt, dieser Außenabschnitt nicht über ein Maß von 60 Prozent, vorzugsweise nicht über ein Maß von 50 Prozent, vorzugsweise nicht über ein Maß von 40 Prozent oder vorzugsweise nicht über ein Maß von 30 Prozent überdeckt ist.
Mit der erfindungsgemäßen Reibschaltkupplung ist ein geringer Bauraum möglich bzw. kann eine kompakte Bauweise erzielt werden. Insbesondere ist vorzugsweise in radialer Richtung zu einer Welle, an welcher die Reibschaltkupplung anordenbar ist, eine vergleichsweise reduzierte radiale Breite bzw. eine optimale Geometrie, insbesondere eine optimale Spulengeometrie möglich.
Insbesondere können bei bekannten Anordnungen vorhandene Doppelwandanordnungen, die durch benachbarte Wandabschnitte des Leitkörpers und des Magnetkörpers gebildet sind, ganz oder teilweise vermieden werden. Dies ist aus Platzgründen und im Hinblick auf das Gewicht bzw. den Materialaufwand der Reibschaltkupplung vorteilhaft. Vorzugsweise weist die Spule eine einfache Geometrie vorzugsweise einen quadratischen oder zumindest angenähert quadratischen Querschnitt auf.
Bei gleichem radialen Bauraum von bekannten Reibschaltkupplungen, die eine Elektromagnetanordnung mit einem U-förmig den Spulenkörper vollständig dreiseitig umschließenden Magnetkörper aufweisen, und der erfindungsgemäßen Reibschaltkupplung, kann bei der Erfindung eine annähernd quadratische Spulengeometrie realisiert werden, was zudem einen verbesserten Magnetfluss ermöglicht. Es ist mit der Erfindung auch vorteilhaft möglich, dass bei gleicher Funktion bzw. bei gleichem Magnetfluss, verglichen mit einer bekannten Anordnung, ein geringerer zur Wellenachse radialer Bauraum benötigt wird. Bei bekannten Anordnungen ist es nachteilig, dass beidseitig des Spulenkörpers eine Doppelwand bzw. dass zwei benachbarte Wänden vorhanden sind, die in radialer Richtung die Breite der Anordnung erhöhen. Bei bekannten Anordnungen ist radial innen und radial außen jeweils eine Doppelwand vorhanden. Die Doppelwand besteht jeweils aus einer ersten Wand, gebildet aus einem ersten Schenkel des U-förmigen Magnetkörpers, und einer zweiten Wand, gebildet aus einem zweiten Schenkel des benachbarten U-förmigen Leitkörpers. Dies führt in radialer Richtung zu einer größeren Gesamtabmessung der Anordnung verglichen mit der erfindungsgemäßen Reibschaltkupplung, bei welcher ein klotzartiger Magnetkörper axial bzw. unterhalb benachbart ist zum Spulenkörper.
Besonders bevorzugt ist dabei, dass die Magnetkörper-Seite, welche den betreffenden Außenabschnitt des Spulenkörpers vollständig überdeckt, die gleiche Abmessung oder nahezu die gleich Abmessung in Überdeckungsrichtung aufweist wie der überdeckte Außenabschnitt. Bezogen auf eine der Reibschaltkupplung zuordenbare Welle ist es bevorzugt, wenn die radiale Breite des Spulenkörpers vorzugsweise der radialen Breite des Magnetkörpers entspricht. Die überdeckende Magnetkörper-Seite steht demgemäß nicht oder nicht wesentlich über die beiden Ränder des überdeckten Außenabschnitts des Spulenkörpers über.
Magnetkörper-Seiten sind insbesondere bzw. vorzugsweise Seiten des Magnetkörpers, welche eine zumindest im Wesentlichen ebene Außenseite des Magnetkörpers bilden. Zwei benachbarte bzw. aneinander angrenzende Magnetkörper-Seiten sind dementsprechend zueinander winklig bzw. rechtwinklig ausgerichtet. Gegenüberliegende Magnetkörper-Seiten sind voneinander über zwei weitere Magnetkörper-Seiten getrennt und vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet. Ein Magnetkörper in einer einfachen Form weist zum Beispiel einen rechteckigen oder quadratischen bzw. zumindest angenähert rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf.
Die ersten Außenabschnitte erstrecken sich über ein erstes Außenmaß des Spulenkörpers z. B. eine Höhe und die zweiten Außenabschnitte erstrecken sich über ein zweites Außenmaß des Spulenkörpers z. B. eine Breite.
Entsprechend sind die Außenabschnitte des Spulenkörpers zu verstehen, wobei Außenabschnitte des Spulenkörpers jeweils eine ebene Außenfläche des Spulenkörpers bilden. Vorzugsweise weist ein Spulenkörper in einer einfachen Form zum Beispiel einen rechteckigen oder quadratischen bzw. zumindest angenähert rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf.
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Kupplung sind der Magnetkörper und der Spulenkörper um eine Welle wie z. B. eine anzutreibende Welle des Nebenaggregats angeordnet. Dabei sind der Magnetkörper und der Spulenkörper jeweils vorzugsweise als geschlossener Ringform-Körper gebildet, welcher jeweils die Welle außen ringförmig umschließt und wobei der Magnetkörper und der Spulenkörper axial zur Wellenachse benachbart sind. Eine auf die Welle bezogen radiale Abmessung bzw. Breite des Magnetkörpers und des Spulenkörpers sind vorzugsweise zumindest nahezu identisch. Die Ringkörper sind vorzugsweise über ihre gesamte Ringerstreckung mit gleichbleibender Querschnittsform gebildet.
Die Elektromagnetanordnung mit dem Spulenkörper und dem Magnetkörper befinden sich vorzugsweise zumindest nahezu vollständig in einem vertieften Aufnahmebereich des im Querschnitt vorzugsweise U-förmigen Leitkörpers. Der Aufnahmebereich des Leitkörpers ist vorzugsweise kanalartig bzw. einseitig offen. Der Aufnahmebereich wird beispielsweise von gegenüberliegenden Wänden bzw. Schenkeln des Leitkörpers und einem dazwischen vorhandenen Boden des Leitkörpers begrenzt.
Bevorzugt weisen bis auf den vollständig überdeckten Außenabschnitt des Spulenkörpers sämtliche weiteren Außenabschnitte des Spulenkörpers weder eine teilweise noch eine vollständige Überdeckung durch den Magnetkörper auf. Demgemäß sind sämtliche weiteren Außenabschnitte ohne Überdeckung durch den Magnetkörper. Anders ausgedrückt sind bei einem viereckigen Querschnitt des Spulenkörpers die Oberseite, Außenseite und Innenseite des Spulenkörpers vom Magnetkörper nicht überdeckt. Damit kann eine besonders kompakte Bauweise insbesondere in radialer Richtung zu einer vorhandenen Welle bzw. in Richtung einer radialen Außenabmessung der Reibschaltkupplung erzielt werden.
Vorzugsweise ist die dem Boden des Leitkörpers bzw. dem Ankerabschnitt abgewandte Seite des Spulenkörpers wie z. B. eine Unterseite des Spulenkörpers vom Magnetkörper vollständig überdeckt.
Ein Vorteil ergibt sich dadurch, dass zumindest der Der Außenabschnitt des Spulenkörpers, der dem vom Magnetkörper vollständig überdeckten Außenabschnitt gegenüberliegt, ist vom Magnetkörper nicht überdeckt ist.
Der komplett freie Außenabschnitt des Spulenkörpers wie z. B. die Oberseite liegt demgemäß dem Außenabschnitt des Spulenkörpers gegenüber, welcher dem Magnetkörper zugewandt ist. Der freie Außenabschnitt des Spulenkörpers ist vorzugsweise nahe benachbart bzw. mit vergleichsweise schmalem Luftspalt beabstandet zu dem Boden des Leitkörpers vorhanden. Damit ist in dem vertieften Bereich des Leitkörpers der Spulenkörper und der Magnetkörper kompakt unterbringbar. Vorteilhafterweise kann der nahezu gesamte Hohlraum des vertieften Bereichs des Leitkörpers von den beiden Körpern bzw. dem Spulenkörper und dem Magnetkörper ausgefüllt werden, was elektromagnetisch effektiv ist.
Weiter ist es vorteilhaft, dass der Magnetkörper derart auf den Spulenkörper abgestimmt ausgebildet ist, dass genau einer von zwei gegenüberliegenden Außenabschnitten des Spulenkörpers und genau einer von den zwei weiteren gegenüberliegenden Außenabschnitten des Spulenkörpers ohne Überdeckung durch den Magnetkörper vorhanden sind. Die beiden betreffenden winklig stehenden Außenabschnitte des Spulenkörpers sind komplett frei vom Magnetkörper. Für eine kompakte Bauweise lassen sich die komplett freien Seiten unmittelbar bzw. sehr nahe an gegenüberliegende Abschnitte des Leitkörpers heranrücken. Zwischen den freien Außenabschnitten des Spulenkörpers und den Seiten des sich relativ zum feststehenden Spulenkörper rotierbaren Leitkörpers können geringste Spaltmaße realisiert werden.
Beispielsweise sind bezogen auf eine vorhandene Welle ein axialer Außenabschnitt des Spulenkörpers bzw. die Oberseite und ein radialer Außenabschnitt des Spulenkörpers vollständig ohne Überdeckung durch eine Magnetkörper-Seite. Demgemäß existieren neben dem vollständig überdeckten Außenabschnitt insbesondere ein teilweise überdeckter Außenabschnitt des Spulenkörpers oder zwei überdeckte Außenabschnitte des Spulenkörpers z. B. die Innen- oder Außenseite. Hierzu weist der Magnetkörper zum Beispiel eine im Querschnitt L-Form auf bzw. einen winklig abstehenden Rand des Magnetkörpers auf, mit dem die teilweise Überdeckung erfolgt. Der Magnetkörper ist beispielsweise im Querschnitt L- bzw. winkel-förmig mit zwei winklig stehenden Magnetkörper-Schenkeln.
Eine weitere Modifikation der Erfindung ergibt sich dadurch, dass der Magnetkörper einen im Wesentlichen viereckigen Querschnitt aufweist. Dies ist herstellungstechnisch und vom Platzbedarf vorteilhaft.
Auch von Vorteil ist es, dass die Reibschaltkupplung für eine Anordnung an einer Welle ausgebildet ist, an welcher der Leitkörper oder der Ankerabschnitt aufnehmbar ist, wobei die Welle eine Längsachse aufweist, welche eine auf die Welle bezogene axiale Richtung der Reibschaltkupplung und eine radiale Richtung der Reibschaltkupplung vorgibt. Die Welle ist vorzugsweise eine Antriebswelle des Nebenaggregats wie z. B. einer Wasserpumpe und/oder eines Lüfterrades. Der vorzugsweise über eine Wälzkörperlagerung drehbar gelagerte Leitkörper ist vorzugsweise mit einem Rotor, z. B. eine Riemenscheibe, verbunden, der konzentrisch drehend relativ zur Wellenachse mittels der Brennkraftmaschine zum Beispiel über ein Riemen antreibbar ist. Bei geschlossener Reibschaltkupplung und dem wirkenden Magnetfeld lässt sich über den mit der Welle drehfest verbundenen Ankerabschnitt, der an den Leitkörper heranbewegt wird, und mit diesem reibschlüssig verbindbar ist, eine drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor und der Welle einrichten, so dass bei drehendem Rotor die Welle des Nebenaggregats mit Rotordrehzahl rotiert und damit das mit der Welle verbundene Nebenaggregat antreibbar ist.
Es ist überdies vorteilhaft, dass in radialer Richtung der Reibschaltkupplung ein Außenmaß der Magnetkörper-Seite, welche den genau einen Außenabschnitt des Spulenkörpers vollständig überdeckt, zumindest im Wesentlichen einem Außenmaß des vollständig überdeckten Außenabschnitts des Spulenkörpers in radialer Richtung der Reibschaltkupplung entspricht. Als Außenmaß ist demgemäß eine radiale Breite der überdeckenden Magnetkörper-Seite zu verstehen, welche der radialen Breite des überdeckten Außenabschnitts des Spulenkörpers zumindest im Wesentlichen entspricht. Mit der übereinstimmenden radialen Breite von Spulenkörper und Magnetkörper und bei entsprechend darauf abgestimmter geringfügig größerer radialer Breite des vertieften Bereichs des Leitkörpers, kann der vertiefte Bereich optimal von dem Spulenkörper und dem Magnetkörper ausgefüllt werden, womit dieser Bereich elektromagnetisch optimal bzw. effektiv genutzt ist.
Auch von Vorteil ist es, dass gegenüberliegende Magnetkörper-Seiten, die sich in axialer Richtung der Reibschaltkupplung erstrecken, jeweils über einen Luftspalt getrennt sind von Abschnitten des Leitkörpers. Damit ist platzsparend eine freie Drehbarkeit des Leitkörpers gegenüber dem positionsfesten Magnetkörper möglich.
Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der Magnetkörper schichtförmig aufgebaut. Dies ermöglicht eine kostengünstige Bereitstellung des Magnetkörpers. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass das mehrteilige Magnetkörper-Bauteil in einem Arbeitsvorgang zusammengebaut werden kann. Außerdem kann durch Variation der jeweiligen Anzahl und/oder Breite der Schichten die Größe bzw. die Stärke der Magnetwirkung und damit die Stärke der Reibschaltkupplung beeinflusst bzw. bestimmt werden. Der Schichtaufbau umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von flächigen dünnen Schichten aus einem magnetisierbaren Stahlblech bzw. ein Ring-Blechpaket aus mehreren vorzugsweise identisch geformten und fluchtend gestapelten fest miteinander verbundenen Blechringen. Die Ringe sind vergleichsweise einfach herstellbar, zum Beispiel durch einen Stanzvorgang oder durch Laserschneiden. Mit dem Schichtaufbau kann vorteilhaft eine Höhe des Magnetkörpers variabel eingerichtet werden, indem die entsprechende Anzahl an Schichten bzw. Ringen vorgegeben bzw. verwendet wird. Es ist außerdem von Vorteil, dass unabhängig von der Anzahl der Ringe deren Zusammenbau mit demselben Werkzeug erfolgen kann.
Es ist überdies von Vorteil, dass der Magnetkörper auf einer Magnetkörper-Seite, die in axialer Richtung der Reibschaltkupplung der Magnetkörper-Seite, welche den genau einen Außenabschnitt des Spulenkörpers vollständig überdeckt, abgewandt ist, einen Befestigungsabschnitt umfasst. Mit dem Befestigungsabschnitt kann neben der Möglichkeit der Befestigung des Magnetkörpers auch der Magnetfluss der Magnetfeldlinien positiv beeinflusst werden, was durch Vorgabe der Gestalt des Befestigungsabschnitts möglich ist. So können Magnetfeldlinien über einen Abschnitt des Befestigungsabschnitts, der sich bis unterhalb einer axialen Stirnseite eines Schenkels des Leitkörpers erstreckt, von diesem Abschnitt in die Stirnseite des Schenkels über einen Luftspalt eintreten.
Der Befestigungsabschnitt ist vorzugsweise ebenfalls magnetisierbar bzw. schichtartig bzw. aus entsprechenden Schichtelementen bzw. ringförmig wie der verbleibende eigentliche Magnetkörper aufgebaut, lediglich aus z. B. radial breiteren Ringen. Der Befestigungsabschnitt dient zur Befestigung des Magnetkörpers an einem Gegenabschnitt der Reibschaltkupplung durch Befestigungsmittel wie beispielsweise Schrauben. Da der Spulenkörper wiederum fest mit dem Magnetkörper verbunden ist, erfolgt die Fixierung des Spulenkörpers auch über den Befestigungsabschnitt des Magnetkörpers.
Vorzugsweise umfasst der Befestigungsabschnitt bei Schichtaufbau des Magnetkörpers eine Schicht oder mehrere Schichten, die gegenüber den Schichten, welche den Grundkörper des Magnetkörpers bilden, radial breiter gestaltet sind. Der radial breitere Bereich überdeckt vorzugsweise eine axiale Stirn des radial inneren Leitkörper-Schenkels.
Weiter ist es vorteilhaft, dass der Magnetkörper eine Schichtung besitzt, wobei die einzelnen Schichten mechanisch und/oder stoffschlüssig aneinander fixiert sind. Vorzugsweise jede Schicht besteht aus einem magnetisierbaren Material bzw. alle Schichten sind vorzugsweise identisch, was herstellungstechnische Vorteile bringt. Die Verbindung der Schichten kann zum Beispiel durch Clinchen, Nieten oder durch Laminieren, Verkleben oder Verlöten erfolgen.
Schließlich ist es vorteilhaft, dass der Magnetkörper und der Spulenkörper derart aufeinander abgestimmt ausgebildet sind, dass eine vom Magnetfeld durchströmte Querschnittsfläche im Magnetkörper mindestens 1,5 mal so groß ist wie eine vom Magnetfeld durchströmte Querschnittsfläche in dem Leitkörper. Bei einem zweischenkligen Leitkörper mit jeweils einer durchströmten, axial zur Wellenachse flächigen Querschnittsfläche im Schenkel, ist es vorteilhaft, wenn die vom Magnetfluss durchströmte Querschnittsfläche im Magnetkörper mindestens 1,5 mal so groß ist wie die vom Magnetfluss durchströmte Querschnittsfläche eines Leitkörperschenkels.
Damit kann eine optimierte Magnetfeldwirkung erzielt werden bei geringem Platzbedarf. Die Ebene der von den Magnetfeldlinien durchströmten Querschnittsfläche im Magnetkörper steht vorzugsweise senkrecht zur Ebene der von den Magnetfeldlinien durchströmten Querschnittsfläche im Leitkörper. Dabei wird idealisiert angenommen, dass die Magnetfeldlinien die Querschnittsflächen senkrecht gerichtet zur Ebene der Querschnittsfläche diese durchströmen.
Die durchströmte Querschnittsfläche des zweischenkligen Leitkörpers umfasst eine Querschnittsfläche in einem Schenkel und eine Querschnittsfläche im anderen Schenkel.
Der betrachtete Magnetkörper-Querschnitt stellt eine aufrecht stehende Ringfläche zur Welle dar bzw. schneidet den Magnetkörper umfänglich zur Welle bzw. in Umfangsrichtung der Welle.
Vorteilhafte Anordnungen mit der erfindungsgemäßen Reibschaltkupplung sind Reibschaltkupplungen für Nebenaggregate für Verbrennungsmotoren, Nutzfahrzeuge Wasserpumpen bzw. 2-Speed-Wasserpumpenkupplungen mit zusätzlichem Wirbelstrom-Antriebsprinzip für eine weitere bzw. geringere Drehzahl der Welle des Nebenaggregats.
Figurenliste
Weiter Merkmale und Vorteile der Erfindung sind anhand der in den Figuren schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigt:

1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reibschaltkupplung im Schnitt, wobei die Reibschaltkupplung an einer Welle einer teilweise dargestellten Wasserpumpe aufgenommen ist,
2 eine Anordnung gemäß 1 mit einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reibschaltkupplung im Schnitt und
3 eine Anordnung gemäß 1 mit einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reibschaltkupplung im Schnitt.

Für einander entsprechende Elemente der verschiedenen Ausführungsformen sind nachfolgend teilweise die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die 1 bis 3 zeigen jeweils einen nicht elektrisch bestromten Zustand einer Elektromagnetanordnung der Reibschaltkupplung bzw. einen nicht elektromagnetisch geschalteten Zustand der erfindungsgemäßen Reibschaltkupplung.
Nachfolgend sind die Angaben „axial“ und „radial“ auf eine Welle mit deren Wellenachse bezogen, an welcher die Reibschaltkupplung aufgenommen ist.
1 zeigt stark schematisiert einen Längsschnitt durch einen Teil eines Antriebs für ein Nebenaggregat einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) mit einer erfindungsgemäßen Reibschaltkupplung 1 für den schaltbaren Antrieb des Nebenaggregats der Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges.
Die Reibschaltkupplung 1 ist zum Beispiel als Wasserpumpenkupplung für eine Wasserpumpe des Kühlsystems des Fahrzeugs im Einsatz.
Die Reibschaltkupplung 1 ist hierfür an einer zentrisch die Reibschaltkupplung 1 durchsetzenden Welle bzw. an einer Pumpenwelle 2 der Wasserpumpe aufgenommen. Dabei ist die Pumpenwelle 2 über ein nicht näher dargestelltes Pumpenwellen-Lager 3 an einem Festabschnitt 4 der Wasserpumpe drehbar um ihre zentrische Wellenachse W gelagert.
Die Reibschaltkupplung 1 weist eine Elektromagnetanordnung 5 umfassend einen Spulenkörper 6 mit einer Spule 7 und einen mit dem Spulenkörper 6 verbundenen magnetisierbaren Magnetkörper 8 auf.
Außerdem ist an der Pumpenwelle 2 ein magnetisch leitender, ferromagnetischer bzw. magnetisierbarer Ankerabschnitt 9 der Reibschaltkupplung 1 aufgenommen. Der Ankerabschnitt 9 ist über einen an einem Flansch 17 fixierten Federarm 10 drehfest mit der Pumpenwelle 2 verbunden. Der Ankerabschnitt 9 ist aus seiner in 1 dargestellten Ausgangsstellung, wenn mit der Elektromagnetanordnung 5 kein Magnetfeld erzeugt wird, aufgrund des elastisch verformbaren Federarms 10 etwas elastisch in axialer Richtung P1 versetzbar, wenn die Reibschaltkupplung 1 geschalten ist, bzw. rückstellbar in Richtung P2 zur Pumpenwelle 2, wenn der geschaltete Zustand der Reibschaltkupplung 1 aufgehoben wird. Im nicht geschalteten Zustand der Reibschaltkupplung 1 gemäß 1 bzw. wenn die Spule 7 nicht stromdurchflossen ist und kein daraus resultierendes Magnetfeld existiert, ist der Ankerabschnitt 9 über einen Luftspalt mit einem Spaltmaß a (s. 1) axial beabstandet zu einem Leitkörper 11 der Reibschaltkupplung 1. Der magnetisierbare Leitkörper 11 ist im Quer- bzw. Axial-Schnitt U-förmig und umfasst einen radial inneren axial sich erstreckenden Schenkel 12, einen radial gegenüber dem ersten Schenkel 12 vorhandenen äußeren axial sich erstreckenden Schenkel 13 und einen die beiden Schenkel 12, 13 verbindenden Boden 14 mit einer schlitzartigen, umfänglich zur Wellenachse W unterbrochenen Ausnehmung 15.
Der Leitkörper 11 ist mit der radial inneren Seite des Schenkels 12 über ein Wälzkörperlager 16 an dem Festabschnitt 4 der Wasserpumpe drehbar zur Wellenachse W bzw. relativ zur Pumpenwelle 2 rotierbar gelagert.
Des Weiteren ist der Leitkörper 11 mit einem nicht dargestellten angetrieben rotierbaren Rotor der Brennkraftmaschine verbunden, so dass der Leitkörper 11 im Betrieb der Brennkraftmaschine dauerhaft bzw. immer mitrotiert.
Der Ankerabschnitt 9 mit einer flächigen ebenen Unterseite und der Leitkörper 11 mit dessen flacher Oberseite des Bodens 14 sind axial benachbart und nur im Millimeterbereich durch den Luftspalt mit dem Spaltmaß a getrennt voneinander bei nicht geschalteter Elektromagnetanordnung. In diesem Zustand wird die Pumpenwelle 2 nicht über den Rotor bzw. den Leitkörper angetrieben und steht still, wenn kein anderer Antrieb auf die Pumpenwelle 2 antreibend wirkt, wie zum Beispiel ein Wirbelstromantrieb (nicht gezeigt), wenn die Reibschaltkupplung 1 Teil einer 2-Speed-Wasserpumpenkupplung ist. An dem auf der Pumpenwelle 2 drehfest aufgebrachten Flansch 17 kann zur Erzeugung eines reduzierten Kühlluftstroms bzw. für eine vergleichsweise geringe Kühlwirkung beispielhaft ein Lüfterrad eines Lüfters des Nebenaggregats angebracht sein. Am Flansch 17 ist der Federarm 10 fest verbunden vorhanden.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine bei bestromter Elektromagnetanordnung 5 bzw. elektrisch durchströmter Spule 7 wird der magnetisierbare Ankerabschnitt 9 durch die Magnetfeldwirkung der Elektromagnetanordnung 5 axial in Richtung P1 über das Spaltmaß a versetzt und reibschlüssig mit der betreffenden axialen Oberseite des Bodens 14 verbunden. Dabei rotiert die Pumpenwelle 2 mit der gleichen Drehzahl wie der Rotor bzw. mit der Drehzahl des mit dem Rotor verbundenen Leitkörpers 11.
Für diesen Zustand ist eine einzelne stark schematisiert dargestellt Magnetfeldlinie M des betreffenden Magnetfelds auf der linken Seite in 1 gepunktet angedeutet, wobei der Ankerabschnitt 9 nicht in Richtung P1 versetzt bzw. nicht im Reibschluss mit dem Boden 14 gezeigt ist, wie es jedoch bei dem mit der Elektromagnetanordnung 5 einrichtbaren wirkenden Magnetfeld der Fall ist.
Des Weiteren umfasst die Reibschaltkupplung 1 einen Befestigungsabschnitt 18 für die Befestigung des Magnetkörpers 8 und des Spulenkörpers 6, der mit dem Magnetkörper 8 verbunden z. B. verschraubt ist. Ein nicht dargestellter Stecker zur elektrischen Kontaktierung von außen bzw. zur kontrollierten zeitweisen Stromversorgung der Spule 7 ist vorteilhaft in den Befestigungsabschnitt 18 als daran lösbar anbringbares Element integrierbar.
Der Befestigungsabschnitt 18 ist mit dem Magnetkörper 8 verbunden bzw. ist Teil des Magnetkörpers 8 und erstreckt sich mit einem Abschnitt radial nach innen bis zum Festabschnitt 4 der Wasserpumpe, an welchem der Befestigungsabschnitt 18 vorzugsweise lösbar zum Beispiel angeschraubt ist.
Abgesehen von Wälzkörpern des Wälzkörperlagers 16, oder gegebenenfalls des vom Festabschnitts 4 und vom Federarm 10 sind sämtliche Elemente der Anordnung gemäß 1 ringförmig gestaltet als geschlossen um die Pumpenwelle 2 angeordnete Bauteile.
Vorteilhaft weist der Magnetkörper 8 und/oder der Befestigungsabschnitt 18 eine Schichtung 19 auf bzw. sind der Magnetkörper 8 und/oder der Befestigungsabschnitt 18 geschichtet bzw. aus einer Mehrzahl von verbundenen Schichtelementen wie magnetisierbaren ferromagnetischen Ringblechen gebildet bzw. als Schichtkörper gestaltet.
Vom Spulenkörper 6 ist vorzugsweise nur ein Außenabschnitt 6a z. B. eine axiale Unterseite, von dem Magnetkörper 8 bzw. von einer Magnetkörper-Seite 8a, hier eine Magnetkörper-Oberseite, vollständig überdeckt. Demgemäß ist der dem Boden 14 abgewandte Außenabschnitt 6a bzw. die Unterseite des Spulenkörpers 6 exakt komplett von der Magnetkörper-Seite 8a abgedeckt. Am Spulenkörper 6 steht der Magnetkörper 8 weder radial innen noch radial außen über. Anders ausgedrückt ist die radiale Breite des Spulenkörpers 6 und des Magnetkörpers 8 zumindest nahezu identisch, was mit der Breite BO gezeigt ist.
Damit überdeckt der Magnetkörper 8 den Spulenkörper 6 in axialer Richtung weder auf einer axial sich erstreckenden radialen Innenseite noch auf einer axial sich erstreckenden radialen Außenseite des Spulenkörpers.
Der Spulenkörper 6 weist vorzugsweise eine zumindest nahezu quadratische Querschnittsfläche auf, bezogen auf den zur Wellenachse W radialen Schnitt gemäß der 1-3..
Zwischen dem Leitkörper 11 bzw. den jeweiligen Schenkeln 12 und 13 einerseits und der Elektromagnetanordnung 5 mit dem Spulenkörper 6 und dem Magnetkörper 8 andererseits ist außerdem ein innerer umlaufend umfänglich geschlossener schmaler Luftspalt L1 und ein äußerer umlaufend geschlossener schmaler Luftspalt L2 vorhanden, so dass der Leitkörper 11 um die Wellenachse W bzw. relativ zur feststehenden Elektroanordnung 5 rotierbar ist.
Entsprechend ist zur Relativbewegung zwischen Leitkörper 11 und Elektromagnetanordnung 5 ein axialer Luftspalt zwischen dem Spulenkörper 6 und dem Boden 14 ausgebildet. Dieser Luftspalt wird nicht vom Magnetfluss durchsetzt.
In 1 ist eine vom Magnetfluss senkrecht durchströmte Querschnittsfläche im Magnetkörper 8 durch die Schnittlinie A_M der Querschnittsfläche angedeutet, die sich umfänglich bzw. ringförmig zur Wellenachse W aufspannt.
Die vom Magnetfluss senkrecht durchströmte Querschnittsfläche im inneren Schenkel 12 des Leitkörpers 11 durch die von der Querschnittsfläche gebildeten Schnittlinie A_SI angedeutet, die sich ebenfalls umfänglich zur Wellenachse W aufspannt, wobei die durchströmte Querschnittsfläche im Magnetkörper 8 senkrecht steht zur vom Magnetfluss durchströmten Querschnittsfläche im inneren Schenkel 12.
Entsprechend ist die vom Magnetfluss durchströmte Querschnittsfläche im äußeren Schenkel 13 des Leitkörpers 11 ist durch die von der Querschnittsfläche gebildete Schnittlinie ASA angedeutet, die sich ebenfalls umfänglich zur Wellenachse W aufspannt, wobei die durchströmte Querschnittsfläche im Magnetkörper 8 senkrecht steht zur vom Magnetfluss durchströmten Querschnittsfläche im äußeren Schenkel 12.
Die Querschnittsfläche gemäß A_M ist vorzugsweise mindestens 1,5 mal größer als die Querschnittsfläche gemäß ASI . Die Querschnittsfläche gemäß A_M ist vorzugsweise mindestens 1,5 mal größer als die Querschnittsfläche gemäß A_SA .
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung gemäß 2 und 3 unterscheiden sich von dem Ausführungsbeispiel nach 1 allein dadurch, dass der Magnetkörper 8 durch einen anderen Magnetkörper ersetzt ist. In 2 und 3 ist außerdem die Schichtung des jeweiligen Magnetkörpers 20 bzw. 21 mit dem Befestigungsabschnitt nicht bildlich angedeutet.
Gemäß 2 ist ein Magnetkörper 20 derart auf den Spulenkörper 6 abgestimmt, dass der Magnetkörper 20 eine Unterseite 6a des Spulenkörpers 6 vollständig überdeckt und sich über den radial äußeren Rand des Spulenkörpers 6 um ein radiales Maß b1 radial nach außen übersteht. Außerdem überdeckt der Magnetkörper 20 in axialer Richtung die axiale Außenseite 6b des Spulenkörpers 6 teilweise bzw. über ein axiales Maß c1 nach oben, wobei hier c1 circa 25 bis 30 Prozent der gesamten axialen Erstreckung des Spulenkörpers 6 in axialer Richtung ausmacht.
Eine radiale Gesamt-Breite B1, die durch den Spulenkörper 6 und den Magnetkörper 20 vorgegeben ist, ist um das Maß b1 erhöht gegenüber einer radialen Breite Bs des Spulenkörpers 6 allein.
Gemäß 3 ist ein Magnetkörper 21 derart auf den Spulenkörper 6 abgestimmt, dass der Magnetkörper 21 eine Unterseite 6a des Spulenkörpers 6 vollständig überdeckt und sich über den radial inneren Rand des Spulenkörpers 6 um ein radiales Maß b2 radial nach innen übersteht. Außerdem überdeckt der Magnetkörper 21 in axialer Richtung die axiale Innenseite 6c des Spulenkörpers 6 teilweise bzw. über ein axiales Maß c2 nach oben, wobei hier c2 circa 25 bis 30 Prozent der gesamten axialen Erstreckung des Spulenkörpers 6 in axialer Richtung ausmacht.
Eine radiale Gesamt-Breite B2, die durch den Spulenkörper 6 und den Magnetkörper 21 vorgegeben ist, ist um das Maß b2 erhöht gegenüber einer radialen Breite B_S des Spulenkörpers 6 allein.
Eine weitere nicht dargestellte Ausführungsform stellt eine Kombination der Anordnungen aus 2 und 3 dar, wonach der Magnetkörper eine Unterseite des Spulenkörpers vollständig überdeckt und außerdem an der Unterseite des Spulenkörpers sowohl radial innen als auch radial außen übersteht. Die jeweilige axial sich erstreckende Innenseite und die axial sich erstreckende Außenseite des Spulenkörpers ist zudem jeweils über eine axiale Teilhöhe von unten her vom Magnetkörper überdeckt, dann jeweils über ein Maß von maximal 20 Prozent der axialen Abmessung bzw. Höhe der jeweiligen Außenseite bzw. Innenseite des Spulenkörpers.
Bezugszeichenliste

1: Reibschaltkupplung
2: Pumpenwelle
3: Pumpenwellen-Lager
4: Festabschnitt
5: Elektromagnetanordnung
6: Spulenkörper
6a: Außenabschnitt
6b: Außenseite
6c: Innenseite
7: Spule
8: Magnetkörper
8a: Magnetkörper-Seite
9: Ankerabschnitt
10: Federarm
11: Leitkörper
12: Schenkel
13: Schenkel
14: Boden
15: Ausnehmung
16: Wälzkörperlager
17: Flansch
18: Befestigungsabschnitt
19: Schichtung
20: Magnetkörper
21: Magnetkörper

Claims

Reibschaltkupplung (1) für einen Antrieb eines Nebenaggregats einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, mit einer Elektromagnetanordnung (5) umfassend einen Spulenkörper (6) mit einer Spule (7) und einen mit dem Spulenkörper (6) verbundenen Magnetkörper (8, 20, 21), wobei bei stromdurchflossener Spule (7) ein Magnetfeld mit Magnetfeldlinien erzeugbar ist, wobei die Magnetfeldlinien den Magnetkörper (8, 20, 21) und einen zum Magnetkörper (8, 20, 21) benachbarten magnetisierbaren Leitkörper (11) durchsetzen, so dass ein versetzbarer magnetisierbarer Ankerabschnitt (9) aus einer Stellung in eine andere Stellung bringbar ist, wobei der Spulenkörper (6) mehrere Außenabschnitte (6a) mit jeweils einem dazugehörigen Außenmaß des Außenabschnitts (6a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkörper (8, 20, 21) mit einer Magnetkörper-Seite (8a) einen Außenabschnitt (6a) des Spulenkörpers (6) vollständig überdeckt, wobei zwei weitere Außenabschnitte des Spulenkörpers (6) vom Magnetkörper (8, 20, 21) nicht oder nicht über ein Maß von 20 Prozent eines jeweiligen Außenmaßes des weiteren Außenabschnitts überdeckt ist oder wobei bei einem einzigen weiteren durch den Magnetkörper überdeckten Außenabschnitt, dieser Außenabschnitt nicht über ein Maß von 70 Prozent überdeckt ist, wobei der Leitkörper (11) den Magnetkörper (8, 20, 21) an gegenüberliegenden Außenabschnitten überdeckt, insbesondere über eine Fläche, die mindestens 50 Prozent einer vom Magnetfeld durchströmten Querschnittsfläche des Leitkörpers (11) beträgt.
Reibschaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bis auf den vollständig überdeckten Außenabschnitt (6a) des Spulenkörpers (6) sämtliche weiteren Außenabschnitte des Spulenkörpers (6) weder eine teilweise noch eine vollständige Überdeckung durch den Magnetkörper (8) aufweisen.
Reibschaltkupplung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Außenabschnitt (6a) des Spulenkörpers (6), der dem vom Magnetkörper (8, 20, 21) vollständig überdeckten Außenabschnitt (6a) gegenüberliegt, vom Magnetkörper (8, 20, 21) nicht überdeckt ist.
Reibschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkörper (20, 21) derart auf den Spulenkörper (6) abgestimmt ausgebildet ist, dass genau einer von zwei gegenüberliegenden Außenabschnitten des Spulenkörpers (6) und genau einer von den zwei weiteren gegenüberliegenden Außenabschnitten des Spulenkörpers (6) ohne Überdeckung durch den Magnetkörper (20, 21) vorhanden sind.
Reibschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkörper (8, 20, 21) einen im Wesentlichen viereckigen Querschnitt aufweist.
Reibschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschaltkupplung (1) für eine Anordnung an einer Welle (2) ausgebildet ist, an welcher der Leitkörper (11) oder der Ankerabschnitt (9) aufnehmbar ist, wobei die Welle (2) eine Längsachse aufweist, welche eine auf die Welle bezogene axiale Richtung der Reibschaltkupplung (1) und eine radiale Richtung der Reibschaltkupplung (1) vorgibt.
Reibschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung der Reibschaltkupplung (1) ein Außenmaß der Magnetkörper-Seite (8a), welche den genau einen Außenabschnitt (6a) des Spulenkörpers (6) vollständig überdeckt, zumindest im Wesentlichen einem Außenmaß des vollständig überdeckten Außenabschnitts (6a) des Spulenkörpers (6) in radialer Richtung der Reibschaltkupplung (1) entspricht.
Reibschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegende Magnetkörper-Seiten, die sich in axialer Richtung der Reibschaltkupplung (1) erstrecken, jeweils über einen Luftspalt getrennt sind von Abschnitten des Leitkörpers (11).
Reibschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkörper (8, 20, 21) schichtförmig aufgebaut ist.
Reibschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkörper (8, 20, 21) auf einer Magnetkörper-Seite, die in axialer Richtung der Reibschaltkupplung (1) der Magnetkörper-Seite (8a), welche den genau einen Außenabschnitt (6a) des Spulenkörpers (6) vollständig überdeckt, abgewandt ist, einen Befestigungsabschnitt (18) umfasst.
Reibschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkörper (8, 20, 21) eine Schichtung besitzt, wobei die einzelnen Schichten mechanisch und/oder stoffschlüssig aneinander fixiert sind.
Reibschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkörper (8, 20, 21) und der Spulenkörper (6) derart aufeinander abgestimmt ausgebildet sind, dass eine vom Magnetfeld durchströmte Querschnittsfläche im Magnetkörper (8, 20, 21) mindestens 1,5 mal so groß ist wie eine vom Magnetfeld durchströmte Querschnittsfläche in dem Leitkörper (11).