DE202006020686U1

DE202006020686U1 - Magnetische Reibkupplung

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Publication number: DE202006020686U1
Application number: DE202006020686U
Authority: DE
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2006-05-04
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2016-05-05
Also published as: US7556134B2; EP1891348A1; US20080149449A1; DE112006002105A5; WO2006128415A1

Abstract

Magnetische Reibkupplung (1), mit wenigstens zwei um eine Rotationsachse (10) relativ zueinander verdrehbar gelagerten Kupplungsteilen (2, 3), wobei ein erstes Kupplungsteil (2) mindestens zwei, etwas aufeinander zu- und voneinander wegbewegbare Klemmbacken aufweist (9a, 9b), wobei ein zweites, zwischen den Klemmbacken (9a, 9b) angeordnetes Kupplungsteil (3) scheibenförmig ausgebildet ist, wobei die Klemmbacken (9a, 9b) zur Bildung einer reibschlüssigen Verbindung zwischen den Kupplungsteilen (2, 3) durch die magnetische Kraft eines in den Kupplungsteilen (2, 3) in einem weichmagnetischen Werkstoff geführten, veränderbaren magnetischen Flusses an das zweite Kupplungsteil (3) anpressbar sind, wobei das zweite Kupplungsteil (3) mehrere von dem magnetischen Fluss durchsetzte weichmagnetische Ringzonen (20a, 20b) aufweist, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und in radialer Richtung durch in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze voneinander beabstandet sind, wobei in radialer Richtung zueinander benachbarte Ringzonen (20a, 20b) durch Stege (21a, 21b) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze mit einer die Ringzonen (20a, 20b) miteinander verbindenden,...

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Reibkupplung, mit wenigstens zwei um eine Rotationsachse relativ zueinander verdrehbar gelagerten Kupplungsteilen, wobei ein erstes Kupplungsteil mindestens zwei, etwas aufeinander zu- und voneinander wegbewegbare Klemmbacken aufweist, wobei ein zweites, zwischen den Klemmbacken angeordnetes Kupplungsteil scheibenförmig ausgebildet ist, wobei die Klemmbacken zur Bildung einer reibschlüssigen Verbindung zwischen den Kupplungsteilen durch die magnetische Kraft eines in den Kupplungsteilen in einem weichmagnetischen Werkstoff geführten, veränderbaren magnetischen Flusses an das zweite Kupplungsteil anpressbar sind, wobei das zweite Kupplungsteil mehrere von dem magnetischen Fluss durchsetzte weichmagnetische Ringzonen aufweist, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und in radialer Richtung durch in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze voneinander beabstandet sind, wobei in radialer Richtung zueinander benachbarte Ringzonen durch Stege miteinander verbunden sind.
Eine derartige Reibkupplung, bei der das zweite Kupplungsteil als dünne, plane Scheibe ausgebildet ist, aus DE 10 2004 015 655 A1 bekannt. Die Scheibe weist beidseits Anpressflächen auf, die normal zu einer Rotationsachse angeordnet sind, um welche die Kupplungsteile relativ zueinander verdrehbar gelagert sind. Ein von einem Elektromagnet gespeister Magnetkreis ist in einem weichmagnetischen Werkstoff der Kupplungsteile derart geführt, dass der magnetische Fluss an zwölf in Flussrichtung hintereinander angeordneten Flussübergangsstellen zwischen den Kupplungsteilen wechselt. In dem ersten Kupplungsteil verläuft der magnetische Fluss durch ringförmige weichmagnetische Flussleitkörper, die konzentrisch zu einer Rotationsachse, um welche die Kupplungsteile relativ zueinander verdrehbar gelagert sind, angeordnet sind. Dabei verläuft der magnetisch Fluss mehrmals hintereinander von der einen Klemmbacke axial durch das zweite Kupplungsteil hindurch zu der anderen Klemmbacke und danach von dieser zurück durch das zweite Kupplungsteil zu der zuerst genannten Klemmbacke. Die Flussleitkörper sind jeweils als Blechpaket ausgestaltet, das mehrere in Umfangsrichtung verlaufende weichmagnetische Schichten hat, die quer zur Flussrichtung des magnetischen Flusses elektrisch gegeneinander isoliert sind. Das scheibenförmige zweite Kupplungsteil wird mit Hilfe eines Stanzvorgangs aus einer Blechtafel gefertigt. Bei dem Stanzvorgang werden zwischen Ringzonen ringsegmentförmige Schlitze aus der Blechtafel ausgestanzt. Zwischen in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Schlitzen verbleiben schmale radiale Stege, welche die Ringzonen einstückig miteinander verbinden. Um den magnetischen Streufluss zwischen den Ringzonen gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die radialen Stege möglichst schmal sind. Ferner wird eine geringe Wandstärke des zweiten Kupplungsteils angestrebt, um die Massenträgheit gering zu halten. Andererseits dürfen die Stege aber einen gewissen Mindestquerschnitt nicht unterschreiten, damit das zweite Kupplungsteil eine ausreichende mechanische Stabilität aufweist und das an den Kupplungsteilen angreifende Drehmoment übertragen kann. Damit die Reibkupplung eine schnelle Magnetfeldänderung und damit eine hohe Verstelldynamik ermöglicht, ist es außerdem vorteilhaft, wenn das zweite Kupplungsteil in eine möglichst große Anzahl ringförmiger Flussleitkörper unterteilt ist. Die Anforderungen an die mechanische Stabilität des zweiten Kupplungsteils erlauben jedoch nur eine relativ geringe Anzahl von Flussleitringen.
Es besteht deshalb die Aufgabe, eine magnetische Reibkupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und eine hohe Verstelldynamik ermöglicht. Bezogen auf den Bauraum des zweiten Kupplungsteils soll die Reibkupplung außerdem die Übertragung eines hohen Drehmoments ermöglichen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Schlitze mit einer die Ringzonen miteinander verbindenden, verfestigten Vergussmasse befüllt sind, und dass einander zugewandte Innen- und/oder Außenumfangsflächen der Ringzonen einen von einer konzentrisch zu der Rotationsachse verlaufenden Kreislinie abweichenden Verlauf haben. Dabei wird unter einer Vergussmasse auch eine im Spritzgussverfahren in die Schlitze eingebrachte Masse verstanden.
In vorteilhafter Weise kann somit das Drehmoment, das durch die zwischen den Kupplungsteilen wirkende Reibkraft auf die einzelnen Ringzonen ausgeübt wird, auch über die Vergussmasse von dem ersten Kupplungsteil auf eine mit dem zweiten Kupplungsteil verbundene Welle oder Achse übertragen werden. Aufgrund des von der zu der Rotationsachse konzentrischen Kreislinie abweichenden Verlaufs der Innen- und/oder Außenumfangsflächen der Ringzonen ist die Vergussmasse formschlüssig mit den daran angrenzenden Ringzonen verbunden. Die Stege werden dadurch entlastet und können einen entsprechend geringen Gesamtquerschnitt aufweisen. In dem zweiten Kupplungsteil tritt dadurch nur ein sehr geringer Streufluss auf, d. h. die Magnetkupplung ermöglicht trotz kompakter Abmessungen des zweiten Kupplungsteils die Übertragung eines entsprechend großen Drehmoments. Durch die über die Vergussmasse hergestellte formschlüssige Verbindung zwischen den Ringzonen weist das zweite Kupplungsteil auch bei einer relativ großen Anzahl von Ringzonen eine hohe mechani sche Stabilität auf. Die Reibkupplung ermöglicht daher eine schnelle Änderung des magnetischen Flusses und somit eine große Dynamik beim Ein- und Auskuppeln.
Vorteilhaft ist, wenn die einander zugewandten Innen- und/oder Außenumfangsflächen der Ringzonen einen stufenförmigen Verlauf aufweisen, wobei die radialen Komponenten von in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Stufen einer Ringzone jeweils vorzugsweise abwechselnd nach innen und außen weisen. Somit können in Umfangsrichtung der Ringzonen wirkende Drehmomente und Scherkräfte noch besser von den einzelnen Ringzonen auf die Vergussmasse und von dieser ggf. auf eine weitere Ringzone übertragen werden. Die radiale Breite der Ringzonen ist vorzugsweise jeweils entlang des Umfangs der Ringzonen etwa konstant.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der weichmagnetische Werkstoff des zweiten Kupplungsteils als Schichtstapel mit mindestens zwei Schichten ausgebildet, die parallel zur Haupterstreckungsebene der des zweiten Kupplungsteils verlaufen und bezüglich ihrer Kontur derart voneinander abweichen, dass die Vergussmasse in den Schlitzen die Schichten hintergreift. Das zweite Kupplungsteil weist dann eine noch größere mechanische Stabilität auf.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird bei einer Reibkupplung der eingangs genannten Art auch dadurch gelöst, dass der weichmagnetische Werkstoff des zweiten Kupplungsteils als Schichtstapel ausgebildet ist, der zwischen zwei sich quer zu der Rotationsachse erstreckenden Deckschichten mindestens eine Zwischenschicht aufweist, und dass die Deckschichten und die Zwischenschicht aus unterschiedlichen weichmagnetischen Werkstoffen besteht.
In vorteilhafter Weise ist es dadurch möglich, den Werkstoff der Deckschichten so zu wählen, dass er eine rauere Oberfläche und/oder größere Härte aufweist als der Werkstoff der Zwischenschicht und/oder dass der Werkstoff der Deckschichten bessere Hafteigenschaften für einen darauf aufgebrachten Reibbelag hat als der Werkstoff der Zwischenschicht. Der Werkstoff der Deckschichten ist vorzugsweise höher legiert als der Werkstoff der Zwischenschicht. Der Werkstoff der Zwischenschicht ist bevorzugt derart gewählt, dass er eine größere magnetische Leitfähigkeit aufweist als der Werkstoff der Deckschichten. Der Schichtstapel ermöglicht dadurch insgesamt eine relativ hohe axiale magnetische Leitfähigkeit und gleichzeitig eine hohe Verschleißbeständigkeit und/oder eine hohe Reibung an den Klemmbacken des ersten Kupplungsteils. Die einzelnen Schichten des Schichtstapels lassen sich als Stanzteile kosten günstig aus einer weichmagnetischen Blechtafel oder Folie herstellen. Die Schichten können durch Kleben oder mindestens eine Schweißnaht miteinander verbunden sein. Die Schweißnaht kann bei der Herstellung des zweiten Kupplungsteils durch Reib-, Ultraschall- und/oder Laserschweißen erzeugt werden. Alternativ ist auch ein Verstemmen der Deckschicht über die Kanten der Mittelschicht vor dem Einbringen der Vergussmasse eine kostengünstige Variante die drei Schichten zusammenzuführen. Die abgebogenen Randstreifen der Deckschichten liegen vorzugsweise in radialen eingeprägten Vertiefungen der Mittelschicht und können so Drehmomente gut übertragen. Da es ausreicht, nur die Deckschichten zu härten, wird bei der Härtung gegenüber einem entsprechenden Kupplungsteil, das nur eine einzige Schicht aufweist, deren Wandstärke der Gesamtwandstärke des Schichtstapels entspricht, Wärmeenergie eingespart. Das zweite Kupplungsteil ist also kostengünstig herstellbar.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Schlitze mit einer verfestigten Vergussmasse befüllt, wobei die Deckschichten und die Zwischenschicht bezüglich ihrer Kontur derart voneinander abweichen, dass die Vergussmasse in den Schlitzen die Deckschicht(en) und/oder die Zwischenschicht hintergreift. Das zweite Kupplungsteil ermöglicht dadurch auch bei kompakten Abmessungen der Ringzonen eine mechanisch hoch belastbare und langzeitstabile Verbindung zwischen den Ringzonen und der Vergussmasse.
Zweckmäßigerweise hat die Zwischenschicht in Axialrichtung eine größere Dicke als die Deckschichten, wobei die Zwischenschicht insbesondere mindestens fünfmal und bevorzugt mindestens zehnmal so dick ist, wie die einzelnen Deckschichten. Dadurch ergibt sich in axialer Richtung eine gute magnetische Leitfähigkeit des zweiten Kupplungsteils.
Vorteilhaft ist, wenn die Deckschichten jeweils eine größere Anzahl Stege aufweisen als die Zwischenschicht. Dadurch kann der magnetische Streufluss zwischen den Ringzonen noch weiter reduziert werden und dennoch weist das zweite Kupplungsteil eine hohe mechanische Stabilität auf. Die Mittelschicht weist zwischen radial zueinander benachbarten Ringzonen vorzugsweise nur 3 oder 4 Stege auf. Bei der Deckschicht sind zwischen zueinander benachbarten Ringzonen bevorzugt zwischen 10 und 30 Stege vorgesehen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung haben die Stege eine tangentiale Komponente, wobei die tangentialen Komponenten von in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Stegen einer Schicht vorzugsweise in zueinander entgegengesetzte Richtungen weisen. Zwischen den Ringzonen wirkende, durch die Reibung zwischen den Kupplungsteilen verursachte Drehmomente können dann noch besser durch die Stege abgestützt werden. Durch die Schrägstellung der Stege nimmt deren Länge und damit deren magnetischer Widerstand etwas zu, wodurch sich der über die Stege fließende, magnetische Streufluss entsprechend reduziert.
Vorteilhaft ist, wenn die Breite, welche die Stege in der Ebene der betreffenden Schicht jeweils quer zu ihrer Längserstreckung aufweisen, mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse abnimmt. Durch diese unterschiedliche Dimensionierung der Stege wird berücksichtigt, dass an den radial inneren Stegen größere Kräfte auftreten als an den äußeren Stegen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind in demselben Schlitz angeordnete Stege der Deckschichen und der Zwischenschicht in unterschiedlichen Winkelsektoren in Bezug zu der Rotationsachse angeordnet, vorzugsweise derart, dass die Stege der Deckschichen die Stege der Zwischenschicht nicht überdecken. Durch diese Maßnahme kann die mechanische Stabilität des zweiten Kupplungsteils noch weiter gesteigert werden.
Zweckmäßigerweise sind die Deckschichten baugleich ausgebildet. Das zweite Kupplungsteil lässt sich dann besonders kostengünstig herstellen.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine elektromagnetisch betätigbare Reibkupplung,
2 eine Aufsicht auf eine Klemmbacke der magnetischen Reibkupplung,
3 eine Aufsicht auf eine mehrschichtige Kupplungsscheibe der Reibkupplung, wobei jedoch eine Vergussmasse, die in Schlitzen der Kupplungsscheibe angeordnet ist, nicht dargestellt ist,
4 einen Teilbereich der Kupplungsscheibe, wobei die Vergussmasse nicht dargestellt ist, damit die einzelnen weichmagnetischen Schichten der Kupplungsscheibe erkennbar sind,
5 eine Aufsicht auf eine Deckschicht einer Kupplungsscheibe einer magnetischen Reibkupplung,
6 einen vergrößerten Ausschnitt von 5,
7 eine Aufsicht auf eine Zwischenschicht der Kupplungsscheibe,
8 einen vergrößerten Ausschnitt von 7 und
9 einen Teil-Radialschnitt durch die Kupplungsscheibe, wobei auch die Vergussmasse dargestellt ist.
Eine im Ganzen mit 1 bezeichnete magnetische Reibkupplung weist ein erstes Kupplungsteil 2 und ein relativ dazu verdrehbar gelagertes zweites Kupplungsteil 3 auf, die auf einer Welle 4 angeordnet sind, die beispielsweise die Nockenwelle eines Verbrennungsmotors sein kann. In 1 ist erkennbar, dass das zweite Kupplungsteil 3 an einem an der Welle 4 vorgesehenen Flansch 5 drehfest mit der Welle 4 verbunden ist. Das erste Kupplungsteil 2 ist über ein auf der Welle 4 angeordnetes erstes Wälzlager 6 um die Längsmittelachse der Welle 4 verdrehbar mit dieser verbunden. Auf der Welle 4 ist ferner ein zweites Wälzlager 8 angeordnet, über das die Welle 4 drehbar an einem Statorflansch 7 gelagert ist.
Das erste Kupplungsteil 2 hat zwei axial zur Welle 4 um einige Mikrometer aufeinander zu- und voneinander wegbewegbare Klemmbacken 9a, 9b. Eine äußere Klemmbacke 9a ist ringförmig ausgebildet und weist in einer durch die Rotationsachse 10 der Welle 4 und einer Normalen auf diese Welle aufgespannten Durchmesserebene, die beispielsweise die Zeichenebene in 1 sein kann, einen etwa U-förmigem Ringquerschnitt auf. Ein innerer U-Schenkel der äußeren Klemmbacke 9a ist gegen das Wälzlager 8 derart abgestützt, dass die äußere Klemmbacke 9a in axialer Richtung auf der Welle 4 fixiert ist. An seinem Außenumfang hat die äußere Klemmbacke 9a eine Angriffsstelle für ein in der Zeichnung nicht näher dargestelltes Zugmittel, das beispielsweise ein von einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetriebener Zahnriemen sein kann, der mit einer am Außenumfang der Klemmbacke 9a vorgesehenen Verzahnung in Eingriff steht.
Zwischen den U-Schenkeln der äußeren Klemmbacke 9a ist eine innere Klemmbacke 9b vorgesehen, die ebenfalls ringförmig ausgebildet und etwa konzentrisch zur Klemmbacke 9a angeordnet ist. Die innere Klemmbacke 9b weist in der Zeichenebene einen etwa U-förmigen Ringquerschnitt auf und ist derart in der äußeren Klemmbacke 9a angeordnet, dass die U-Schenkel der inneren Klemmbacke 9b mit ihren freien Enden in dieselbe Richtung weisen wie die U-Schenkel der äußeren Klemmbacke 9a. Die innere Klemmbacke 9b ist über ein zweites, als Kugellager ausgebildetes Wälzlager mit einem feststehenden weichmagnetischen Kern 11 eines Elektromagneten um die Rotationsachse 10 verdrehbar und etwas in Richtung der Rotationsachse 10 auf den weichmagnetischen Kern 11 zu- und von diesem wegbewegbar verbunden. Der stationäre Kern 11 ist fest mit dem Statorflansch 7 verbunden, der beispielsweise am Motorblock eines Verbrennungsmotors befestigt sein kann.
An den äußeren Schenkelteilen der Klemmbacken 9a, 9b sind miteinander in Einriff stehende Verzahnungen vorgesehen, über welche die Klemmbacken 9a, 9b drehfest miteinander verbunden sind. Bei geschlossener Reibkupplung ist das zweite Klemmteil 3 zwischen den Klemmbacken 9a, 9b durch eine Klemmkraft festgeklemmt, die durch einen magnetischen Fluss hervorgerufen wird, der die Kupplungsteile 2, 3 durchsetzt. Die Klemmkraft ist derart bemessen, dass die Klemmbacken 9a, 9b schlupffrei miteinander in Reibungseingriff stehen. Bei geöffneter Reibkupplung ist der magnetische Fluss soweit reduziert, dass die Kupplungsteile 2, 3 gegeneinander verdrehbar sind. Das zweite Kupplungsteil 3 ist als dünne weichmagnetische Scheibe ausgebildet, die zwischen den Klemmbacken 9a, 9b angeordnet ist und sich in einer rechtwinklig zur Rotationsachse 10 angeordneten Ebene erstreckt. Das zweite Kupplungsteil 3 ist drehfest mit der Welle 4 verbunden.
Der magnetische Fluss wird durch einen Permanentmagneten 12 erzeugt, der als Ringscheibe ausgebildet ist, die sich in einer normal zur Rotationsachse 10 angeordneten Ebene erstreckt. Der Permanentmagnet 12 ist in einem Magnetkreis angeordnet, welcher die beiden Klemmbacken 9a, 10b des ersten Kupplungsteils 2, das zweite Kupplungsteil 3, den stationären Kern 11 und beiden zwischen dem stationären Kern 11 und dem ersten Kupplungsteil 2 angeordnete Luftspalte 13 durchsetzt. Der stationäre Kern 11 und die den magnetischen Fluss führenden Bereiche der Kupplungsteile 2, 3 bestehen aus einem weichmagnetischen Werkstoff. In der oberen Hälfte von 1 sind der magnetische Fluss durch eine Flusslinie 14 und die Flussrichtung durch Pfeile angedeutet.
Der zum Ein- und Ausrücken der Reibkupplung 1 vorgesehene Elektromagnet weist an dem weichmagnetischen Kern 11 eine Spule 15 auf, die in Umfangsrichtung in mehreren Windungen um die Rotationsachse 10 umläuft. Die Spule 15 ist über in der Zeichnung nicht näher dargestellte elektrischen Anschlussleitungen derart bestrombar, dass sie ein zu dem Magnetfeld des Permanentmagneten 12 entgegengesetztes Magnetfeld erzeugt, das den magnetischen Fluss in dem Magnetkreis zumindest soweit abschwächt, dass die durch den Fluss bewirkte Kraft, welche die Klemmbacken 9a, 9b gegen das zweite Kupplungsteil 3 drückt, derart reduziert ist, dass zwischen den Kupplungsteilen 2, 3 Schlupf auftritt. Der magnetische Fluss des Permanentmagneten 13 ist so dimensioniert, dass bei unbestromter Spule 15 die Kupplungsteile 2, 3 die angreifenden Drehmomente schlupffrei aufeinander übertragen.
In 1 ist erkennbar, dass die Klemmbacken des ersten Kupplungsteils 2 jeweils ein scheibenförmiges Trägerteil 16a, 16b aufweisen, das aus einem nicht ferromagnetischen Material, wie z. B. Aluminium besteht. Die Trägerteile 16a, 16b sind etwa parallel zueinander angeordnet und weisen an ihren einander zugewandten Seiten jeweils einen metallischen Gitterkörper 17 auf, der mehrere weichmagnetische Flussleitkörper 18 trägt. Die Flussleitkörper 18 der ersten erste Klemmbacke 9a weisen jeweils eine plane Anpressfläche auf, die an einer diesen zugewandten planen Anpressflächen der Flussleitkörper 18 der zweiten Klemmbacke 9b zum reibschlüssigen Übertragen eines Drehmoments anliegen. Die Anpressflächen sind normal zur Rotationsachse 10 angeordnet.
Die einzelnen Flussleitkörper 18 sind jeweils segmentringförmig ausgestaltet. In 2 ist erkennbar, dass an dem Trägerteil 16a, 16b mehrere konzentrisch zu der Rotationsachse 10 angeordnete Flussleitringen gebildet sind, die jeweils aus mehreren in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Flussleitkörpern 18 zusammengesetzt sind. In radialer Richtung sind zueinander benachbarte Flussleitringe jeweils durch einen Freiraum 19 voneinander beabstandet. Die Flussleitringen der ersten Klemmbacke 9a sind derart in radialer Richtung zu den Flussleitringen der zweiten Klemmbacke 9b auf Lücke versetzt, dass der Magnetfluss abwechselnd Rechts- und Linkskrümmungen durchläuft.
In 4 ist erkennbar, dass das zweite Kupplungsteil 3 mehrere weichmagnetische Ringzonen 20a, 20b aufweist, die sich entlang von zu der Rotationsachse 10 konzentrischen Kreisbahnen in Umfangsrichtung erstrecken. In radialer Richtung sind die Ringzonen 20a, 20b durch Schlitze voneinander beabstandet, die in Umfangsrichtung verlaufen und mit einer verfestigten Vergussmasse 25 befüllt sind. Ringzonen 20a, 20b, die in radialer Richtung aufeinanderfolgen, sind durch weichmagnetische Stege 21a, 21b einstückig miteinander verbunden.
Der weichmagnetische Werkstoff des zweiten Kupplungsteils 3 ist als Schichtstapel ausgebildet, der zwei Deckschichten 22 (5 und 6) und eine mittig zwischen diesen angeordnete Zwischenschicht 23 hat (7 und 8). Die Haupterstreckungsebenen der Deckschichten 22 und der Zwischenschicht 23 verlaufen jeweils rechtwinklig zu der Rotationsachse 10. Dabei liegen die Deckschichten 22 direkt an der Zwischenschicht 23 an und sind mit dieser verschweißt. In 5 ist erkennbar, dass die Deckschichten 22 eine kleinere axiale Dicke aufweisen als die Zwischenschicht 23.
Die Deckschichten 22 bestehen aus einem hoch legierten weichmagnetischen Eisenwerkstoff und die Zwischenschicht 23 aus einem niedrig legierten Eisenwerkstoff oder aus reinem Eisen. Gegenüber dem Werkstoff der Zwischenschicht 23 weist der Werkstoff der Deckschichten 22 eine geringere relative magnetische Leitfähigkeit und eine größere Härte auf. Die Deckschichten 22 sind gehärtet und können an ihrer der Zwischenschicht 23 abgewandten Seite mit einem Reibbelag beschichtet sein, der in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist.
In 5 und 6 ist erkennbar, dass auch die Deckschichten 22 zu der Rotationsachse 10 etwa konzentrische Ringzonen 20a aufweisen, die in radialer Richtung voneinander beabstandet und durch weichmagnetische Stege 21a einstückig miteinander verbunden sind. Die Stege 21a sind mit ihrer Längserstreckung quer zu den Ringzonen 20a angeordnet und haben jeweils eine tangentiale bzw. in Umfangsrichtung verlaufende Komponente. Wie in 6 besonders gut erkennbar ist, weisen die tangentialen Komponenten von in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Stegen 21a, die den gleichen Abstand zur Rotationsachse 10 haben, in zueinander entgegengesetzte Richtungen. Dabei sind die Winkel, unter denen die Stege jeweils gegenüber der Tangentialrichtung geneigt sind, betragsmäßig etwa gleich groß.
In 5 und 6 ist ferner erkennbar, dass die Breite, welche die Stege in 21a der Ebene der betreffenden Deckschicht 22 jeweils quer zu ihrer Längserstreckung aufweist, mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse 10 abnimmt. Die radial äußeren Stege 21a sind also schmaler als die inneren. Die Anzahl der Stege 21a ist bei den einzelnen in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitzen die gleiche und beträgt jeweils 24. Die radiale Breite der Ringzonen 20a nimmt von innen nach außen ab. Dabei ist die Breitenabnahme so gewählt, dass die einzelnen Ringzonen 20a in der in 5 dargestellten Aufsicht auf eine Deckschicht des zweiten Kupplungsteils 3 etwa die gleiche, vom magnetischen Fluss durchsetzte Fläche haben. Die radiale Breite der Schlitze ist bei allen Schlitzen etwa gleich groß, unabhängig davon, wie weit diese von der Rotationsachse 10 beabstandet sind.
In 7 und 8 ist erkennbar, dass auch die Zwischenschicht 23 zu der Rotationsachse 10 etwa konzentrische Ringzonen 20b hat, die in radialer Richtung voneinander beabstandet und durch weichmagnetische Stege 21b einstückig miteinander verbunden sind. Die Stege 21b sind mit ihrer Längserstreckung quer zu den Ringzonen 20b angeordnet und haben jeweils eine tangentiale verlaufende Komponente. Die tangentialen Komponenten von in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Stegen 21b, die den gleichen Abstand zur Rotationsachse 10 haben, verlaufen in zueinander entgegengesetzte Richtungen. Dabei sind die Winkel, unter denen die Stege jeweils gegenüber der Tangentialrichtung geneigt sind, betragsmäßig etwa gleich groß und entsprechen etwa dem Neigungswinkel der Stege 21a der Deckschicht.
In 7 und 8 ist ferner erkennbar, dass die Breite, welche die Stege in 21b der Ebene der Zwischenschicht 23 jeweils quer zu ihrer Längserstreckung aufweisen, mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse 10 abnimmt. Durch einen Vergleich von 7 mit 5 wird deutlich, dass die Deckschichten 22 jeweils eine größere Anzahl Stege 21a aufweisen als die Zwischenschicht 23. In 3 ist außerdem erkennbar, dass die Stege 21a der Deckschichten 22 die Stege 21b der Zwischenschicht 23 nicht überdecken. Die einzelnen Ringzonen 20a der Deckschichten 22 überdecken jedoch weitgehend die ihnen jeweils zugeordnete Ringzone 20b der Zwischenschicht 23.
Wie in 8 besonders gut erkennbar ist, haben die Außenumfangsflächen der Ringzonen 20b der Zwischenschicht 23 jeweils einen von einer konzentrisch zu der Rotationsachse verlaufenden Kreislinie abweichenden Verlauf. Dies kommt dadurch zu Stande, dass die Innen- und/oder Außenumfangsflächen der Ringzonen 20b Stufen 24 haben. Die radialen Komponenten von in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Stufen 24, die etwa den gleichen Abstand zur Rotationsachse 10 haben, weisen abwechselnd nach innen und außen. Ferner sind die Stufen 24 derart angeordnet, dass die radiale Breite der einzelnen Ringzonen 20b entlang des den Umfangs der Ringzonen 20b etwa konstant ist. Ausgehend von der Rotationsachse 10 in radialer Richtung nach außen, nimmt die radiale Breite der Ringzonen 20b von Ringzone 20b zu Ringzone 20b ab. In 4 ist erkennbar, dass die Zwischenschicht 22 zwischen den Deckschichten 23 radiale Vorsprünge und Rücksprünge bildet. An den Vorsprüngen hintergreift die Vergussmasse 25 die Zwischenschicht und an den Rücksprüngen die Deckschichten 23. Dadurch ergibt sich eine mechanisch stabile Kupplungsscheibe.
Die Stufen 24 von in radialer Richtung aufeinander folgenden Ringszonen 20b der Zwischenschicht 23 weisen im gleichen Winkelsektor in entgegengesetzte Richtung. Hierdurch schwankt die radiale Breite, der die Ringzonen 20b trennenden Schlitze, um die doppelte Stufenhöhe (8). Die Stege 21b sind jeweils in den Winkelsektoren angeordnet, in denen die Schlitze die geringere radiale Bereite aufweisen. Dabei sind die Stege 21b etwa mittig zu diesen Winkelsektoren vorgesehen.

1: Reibkupplung
2: erstes Kupplungsteil
3: zweites Kupplungsteil
4: Welle
5: Flansch
6: erstes Wälzlager
7: Statorflansch
8: Wälzlager
9a: erste Klemmbacke
9b: zweite Klemmbacke
10: Rotationsachse
11: Kern
12: Permanentmagnet
13: Luftspalt
14: Flusslinie
15: Spule
16a: Trägerteil
16b: Trägerteil
17: Gitterkörper
18: Flussleitkörper
19: Freiraum
20a: Ringzone
20b: Ringzone
21a: Steg
21b: Steg
22: Deckschicht
23: Zwischenschicht
24: Stufe
25: Vergussmasse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004015655 A1 [0002]

Claims

Magnetische Reibkupplung (1), mit wenigstens zwei um eine Rotationsachse (10) relativ zueinander verdrehbar gelagerten Kupplungsteilen (2, 3), wobei ein erstes Kupplungsteil (2) mindestens zwei, etwas aufeinander zu- und voneinander wegbewegbare Klemmbacken aufweist (9a, 9b), wobei ein zweites, zwischen den Klemmbacken (9a, 9b) angeordnetes Kupplungsteil (3) scheibenförmig ausgebildet ist, wobei die Klemmbacken (9a, 9b) zur Bildung einer reibschlüssigen Verbindung zwischen den Kupplungsteilen (2, 3) durch die magnetische Kraft eines in den Kupplungsteilen (2, 3) in einem weichmagnetischen Werkstoff geführten, veränderbaren magnetischen Flusses an das zweite Kupplungsteil (3) anpressbar sind, wobei das zweite Kupplungsteil (3) mehrere von dem magnetischen Fluss durchsetzte weichmagnetische Ringzonen (20a, 20b) aufweist, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und in radialer Richtung durch in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze voneinander beabstandet sind, wobei in radialer Richtung zueinander benachbarte Ringzonen (20a, 20b) durch Stege (21a, 21b) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze mit einer die Ringzonen (20a, 20b) miteinander verbindenden, verfestigten Vergussmasse (25) befüllt sind, und dass einander zugewandte Innen- und/oder Außenumfangsflächen der Ringzonen einen von einer konzentrisch zu der Rotationsachse verlaufenden Kreislinie abweichenden Verlauf haben.
Magnetische Reibkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Innen- und/oder Außenumfangsflächen der Ringzonen einen stufenförmigen Verlauf aufweisen, wobei die radialen Komponenten von in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Stufen einer Ringzone jeweils vorzugsweise abwechselnd nach innen und außen weisen.
Magnetische Reibkupplung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weichmagnetische Werkstoff des zweiten Kupplungsteils (3) als Schichtstapel mit mindestens zwei Schichten (22, 23) ausgebildet ist, die parallel zur Haupterstreckungsebene der des zweiten Kupplungsteils (2) verlaufen und bezüglich ihrer Kontur derart voneinander abweichen, dass die Vergussmasse (25) in den Schlitzen die Schichten (22, 23) hintergreift.
Magnetische Reibkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der weichmagnetische Werkstoff des zweiten Kupplungsteils (3) als Schichtstapel ausgebildet ist, der zwischen zwei sich quer zu der Rotationsachse (10) erstreckenden Deckschichten (22) mindestens eine Zwischenschicht (23) aufweist, und dass die Deckschichten (22) und die Zwischenschicht (23) aus unterschiedlichen weichmagnetischen Werkstoffen bestehen.
Magnetische Reibkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze mit einer verfestigten Vergussmasse (25) befüllt sind, und dass die Deckschichten (22) und die Zwischenschicht (23) bezüglich ihrer Kontur derart voneinander abweichen, dass die Vergussmasse (25) in den Schlitzen die Deckschicht(en) (22) und/oder die Zwischenschicht (23) hintergreift.
Magnetische Reibkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (23) in Axialrichtung eine größere Dicke aufweist als die Deckschichten (22), und dass die Zwischenschicht (23) insbesondere mindestens fünf mal und bevorzugt mindestens zehn mal so dick ist, wie die einzelnen Deckschichten (22).
Magnetische Reibkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten (22) jeweils eine größere Anzahl Stege (21a) aufweisen als die Zwischenschicht (23).
Magnetische Reibkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (21a, 21b) eine tangentiale Komponente haben, und dass die tangentialen Komponenten von in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Stegen (21a, 21b) einer Schicht (22, 23) vorzugsweise in zueinander entgegengesetzte Richtungen weisen.
Magnetische Reibkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite, welche die Stege (21a, 21b) in der Ebene der betreffenden Schicht (22, 23) jeweils quer zu ihrer Längserstreckung aufweisen, mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse (10) abnimmt.
Magnetische Reibkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in demselben Schlitz angeordnete Stege (21q, 21b) der Deckschichten (22) und der Zwischenschicht (23) in unterschiedlichen Winkelsektoren in Bezug zu der Rotationsachse (10) angeordnet sind, vorzugsweise derart, dass die Stege (21a) der Deckschichten die Stege (21b) der Zwischenschicht (23) nicht überdecken.
Magnetische Reibkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten (22) baugleich ausgebildet sind.