DE2110609A1 - Elektromagnetische Schaltkupplung - Google Patents

Description

• / Elektromagnetische Schaltkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Schaltkupplung, insbesondere zum Antrieb der Lüfterräder von Kühleinrichtungen für Brennkraftmaschinen, bei denen der Schaltvorgang in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine gesteuert ist.
• Schaltkupplungen zum Antrieb von Büfterrädern haben die Aufgabe, den Kühlvorgang von Brennkraftmaschinen durch Veränderung der Büfterdrehzahl der jeweiligen Leistungsabgabe anzupassen, die sich in einer Veränderung der Motortemperatur ausdrückt. Bekannt sind zlt diesem Zweck nicht steuerbare Kupplungen, bei denen beim Überchreiten einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine das ,iifterrad gegenüber der Antriebswelle durchrutscht. Bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine erfolgt dadurch eine Anpassung an den Kühlungsbedarf der Brennkraftmaschine.
• Bekannt sind auch stetig steuerbare Kupplungen, bei denen das auf das Lüfterrad übertragbare Antriebsmoment abhängig von der Temperatur der Brennkraftmaschine kontinuierlich gesteuert werden kanne und sogenannte schwarz-weiß schaltende steuerbare Kupplunge; bei denen das Lüfterrad je nach Temperatur der Brennkraftmáschine voll ein- oder ausgeschaltet wird, In vielen Anwendungsfällen, beispielsweise im Lüfterantriebvon Brennkraftmaschinen in Omnibussen, ist die Restdrehzahl, mit welcher das ausgekuppelte Lüfterrad von der Antriebswelle her infolge Lagerreibung mitgeschleppt wird, ein-wesentlicher Bewertungsmaßstab für ein Kupplungssystem.
• Nicht steuerbare Kupplungen sind für derartige Anwendungsfälle ungeeignet. Stetig steuerbare Kupplungen, vor allem als sogenannte Viskose-Kupplungen bekannt, haben wegen der in der Kupplung vorhandenen Flüssigkeitsreibung und wegen der notwendigen Dichtungen noch verhältnismäßig hohe Schleppdrehzahlen. In der Ausbildung als Induktiv- oder Wirbelstromkupplunghaben stetig steuerbare Kupplungen den Nachteil, daß große Schwierigkeiten bei der Erzeugung des erforderlichen Drehmomentes im jeweils zur Verfügung stehenden Einbauraum auftreten.
• Aus den-genannten Gründen haben schwarz-weiß schaltende elektromagnetische Kupplungen eine große Verbreitung gefunden, obwohl auch bei diesen Kupplungen erhebliche Schwierigkeiten bei der Reduzierung der Schleppdrehzahl auf einen Mindestwert auftreten.
• Selbst bei Verwendung leichtgängiger Lager ist das vom Quadrat -der Lüfterdrehzahl abhängige aerodynamische Bremsmoment im Bereich der Schleppdrehzahl zu klein, um den Lüfter ausreichend abzubremsen, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schwarz-weiß schaltende elektromagnetische Kupplung ohne großen '8aufwandso auszubilden,. daß Schleppdrehzahlen nicht mehr auftreten.
• Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß eine frei bewegliche Ankerscheibe zum Anschluß an den anæutreibenden Teil vorgesehen ist, die je nach Schaltstellung entweder mit einer angetriebenen Kupplungsscheibe oder mit einer feststehenden Bremsscheibe durch in Umfangsrichtung wirkenden Reibungsschluß und in radialer Richtung wirkenden Formschluß verbunden ist.
• Durch diese Ausgestaltung werden radiale Lagerungen für die Ankerscheibe überflüssig und es gelingt in vorteilhafter Weise, das Auftreten von Schleppdrehzahlen zu vermeiden. Beim Ausschalten oder Abschalten der Kupplung wird die Ankerscheibe in sehr kurzer Zeit abgebremst und festgehalten. Der Bremsmechanismus kann einfach und klein ausgebildet werden, weil nur das Drehmoment der axialen Lagerreibung abzubremsen ist.In vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes können zur Herstellung des Formschlusses zwischen der Ankerscheibe und der Bremsscheibe oder der Kupplungsscheibe konusförmig ineinandergreifende Abdrehungen vorgesehen sein.
• Der Reibungsschluß der Ankerscheibe mit der Bremsscheibe kann durch eine Druckfeder hergestellt sein, die sich nach einem breiteren Merkmal der Erfindung einerseits an der Kupplungsscheibe und andererseits an der Ankerscheibe über ein Axiallager abstützt, das zur Verminderung der Lagerreibung vorteilhaft aus einer zentrisch angeordneten Kugel bestehen kann, die zwischen der Ankerscheibe oder einem mit dieser verbundenen Teil und einer sie führenden Druckkappe angeordnet ist , an der sich die Druckfeder abstützt.
• Es ist auch möglich den Reibungsschluß der Ankerscheibe mit der Bremsscheibe durch Rückstell-Magnete herzustellen. Dadurch entfällt auch eine axiale Lagerung, so daß nach dem Auskuppeln nur die Trägheitskräfte der Ankerscheibe abzubremsen sind. Weitere Vorteile erheben sich aus den Unteransprüchen.
• In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt.
• Bs zeigen: Fig, 1 eine elektromagnetische Schaltkupplung mit Bremsscheibe, bei der die Rückstellung durch eine Druckfeder erfolgt und Fig. 2 eine elektromagnetische Schaltkupplung mit Bremsscheibe, bei der die Rückstellung durch einen Elektromagneten erfolgt Fig. 3 eine zuandereÄusführungsform mit einem Rückstell-Dauermagnet.
• Nach Fig. 1 ist an der Antriebswelle 1 für ein nicht dargestelltes Lüfterrad einer Kühleinrichtung bei einer Bremskraftmaschine eine Kupplungsscheibe 2 drehfest befestigt. Diese Kupplungsscheibe 2 läuft innerhalb eines feststehenden Gehäuses 3 um, in dem ein ringförmiger Elektromagnet 4 derart angeordnet ist, daß die Kraftlinien des Elektromagneten durch den radial äußeren Bereich der Kupplungsscheibe 2 und durch einen an dieser befestigten zylindrischen Ansatz 5 gehen. An der zylindrischen Außenwandung des Gehäuses 3 ist eine als Ringscheibe ausgebildete Bremsscheibe 6 befestigt, gegebenenfalls durch Verschraubung, die aus einem nichtmagnetisierbaren Material, z.B. aus Bronze, besteht.
• Zwischen der Bremsscheibe 6 und der Kupplungsscheibe 2 ist frei beweglich eine Ankerscheibe 7 angeordnet, die Je nach Schaltstellung entweder mit der Kupplungsscheibe 2 oder mit der gehäusefesten Bremsscheibe 6 durch in Umfangsrichtung wirkenden Reibungsschluß und durch in radialer Richtung wirkenden formschluß verbunden wird.
• Der Reibungsschluß zwischen der Ankerscheibe 7 und der Kupplungsscheibe 2 wird durch die Kraft des Elektromagneten 4 bei dessen Erzeugung bewirkt, wahrend Reibungsschluß zwischen der Ankerscheibe 7 und der Bremsscheibe -6 durch eine Druckfeder 8 aufgebraucht wird, Diese Druckfeder 8 stützt sich einerseits an der Kupplungsscheibe 2 und andererseits über ein Axialdrucklager 9 an einer drehfest mit der Ankerscheibe 7 verbundenen Kappe 10 ab.
• Das Axialdrucklager 9 wird von einer zentral an der Stirnseite der Antriebswelle 1 angeordneten Kugel 11 gebildet, die an einer mit der Kappe 10 verbundenen Platte 12 aus Hartmetall anliegt und durch eine Druckkappe 13 geführt ist. An der Druckkappe 13 stützt sich die Druckfeder 8 ab.
• Der Formschluß zwischen der Ankerscheibe 7 und der1Bremsscheibe 6 wird durch eine konische Verbindung sichergestellt, die aus einer konischen inneren Mantelfläche 14 der Bremsscheibe 6 und aus der äußeren konischen Mantelfläche 15 besteht, die an der fest mit der Ankerscheibe 7 verbundenen.Scheibe 16 angeordnet ist.
• Zwischen der Ankerscheibe 7 und der Kupplungsscheibe 2 wird Formschluß ebenfalls durch eine konische Verbindung erzielt, die in radialer Richtung entfernt von der konischen Verbindung der Ankerscheibe 7 mit der Bremsscheibe 6 liegt. Die mit der Ankerscheibe 7 fest verbundene Kappe 10 ist zu diesem Zweck mit einem konischen Ansatz 17 ausgestattet und die Kupplungsscheibe 2 weist eine Ausnehmung auf, deren Mantelfläche 18 als entsprechender Gegenkonus ausgebildet ist.
• An der Ankerscheibe 7 und an der mit dieser verbundenen Scheibe 16 sind Schraubenbolzen 19 befestigt, an denen ein Lüfterrad befestigt werden kann.
• Bei ausgeschalteter Kupplung - der Elektromagnet 4 ist nicht erregt - nehmen alle Teile der Kupplung die aus Fig. 1 ersichtliche Stellung ein. Die Druckfeder 8 drückt über das Drucklager 9 die Ankerscheibe 7 gegen die Bremsscheibe 6, wobei zwischen diesen beiden Teilen eine Zentrierung durch die konischen Mantelflächen 14, 15 stattfindet. Trotz sich drehender Antriebswelle 1 und sich drehender Kupplungsscheibe 2 bleibt die Ankerscheibe 7 ohne Auftreten einer Schleppdiehzahl abgebremst stehen.
• Sobald der Elektromagnet 4 erregt wird, wird die Ankerscheibe 7 von der Bremsscheibe 6 weggezagen und an die Kupplungsscheibe 2 angezogen. Dabei löst sich die konische Verbindung der Ankerscheibe 7 mit der Bremsscheibe 6 und es findet eine Zentrierung durch den konischen Ansatz 17 mit der konischen Nantelfläche 18 statt.
• Im Falle des AusfAhrungsbei-spieles nach Fig. 2, das grundsätzlich wie das nach Fig. 1 aufgebaut ist, wird die bremsende Verbindung der Ankerscheibe-7 mit der Bremsscheibe 6 unter Vermeidung einer Druckfeder und eines Axialdrucklagers durch einen ringföraigen Ruckstell-Elektromagnetßn 20 bewirkt, der um den Elektromagneten 4 herum angeordnet ist. Die Bremsscheibe 6 besteht in diesem Fall aus einem magnetisierbaren Material.
• Bei ausgeschalteter Kupplung, wenn der Riickstell-Elektromagnet 20 erregt ist, nehmen die magnetischen Kraftlinien den eingezeichneten Verlauf. Die Ankerscheibe 7 liegt fest an der Bremsscheibe 6 an und ist durch die konische Verbindung 14 15 mit dieser zentriert gehalten. Wird der Rückstell-Elektromagnet 20 abgeschaltet und der Elektromagnet 4 erregt, um die Ankerscheibe 7 anzutreiben, wird die Ankerscheibe 7 an die Kupplungsscheibe 2 gezogen und mit dieser zentriert.
• In der Fig. 3 ist eine Schaltkupplung gezeigt, die ähnlich der Fig. 2 aufgebaut ist. Lediglich zur Rückstellung dep'Ankerscheibe 7 mit der Kupplungsscheibe 2 ist anstelle eines Elektromagneten 20 ein oder mehrere Dauermagnete 20a vorgesehen. Dieser Dauermagnet ist so gepolt, daß sein Magnetfluß M1 im entgegengesetzten Sinn zu dem Magnetfluß des Schaltmagneten 4 verläuft. Ein Teil des Magnetflusses beider Magnete läuft somit in gleicher Richtung, wenn die Magnete 20 wie gezeigt angeordnet sind.
• Um bei dieser Ausführungsform eine Entmagnetisierung der Dauermagnete zu verhindern, wird der Magnetkreis F der Dauermagnete 20a durch magnetische Engpässe soweit vom Magnetkreis des Elektromagneten 4 entkoppelt, daß nur der Teil M1 gemeinsame Wege mit dem Magnetfluß des Elektromagneten 4 durchläuft. Der Teil < des Magnetflusses des Dauermagneten bleibt unbeeinflusst. Das wird dadurch erreicht, daß ein nicht magnetisierbarer Ring 21 den Dauermagneten 20a von den von magnetischen Feldlinien durchzogenen Teilen des Gehäuses 3 trennt. Es entstehen somit zwei magnetische Engpäsße zwischen dem Ring 21 und den Dauermagneten 20a bzw.
• zwischen dem Ring 21 und dem Gehäuse 3, von denen einer zu einer Ablenkung des Magnetflusses der Dauermagnete über die Ankerscheibe und der andere zur Reduzierung des vom Elektromagneten 4 erregten, die Dauermagnete 20a umfassenden Streuflusses dient. Bei dieser Ausführungsform kann auf einen weiteren elektromagnetisch zu betätigenden Magnet für die Rückstellung verzicht werden.
• Aus der Zeichnung ist ohne weiteres ersichtlich, daß der Erfindungsgegenstand mit großem Vorteil bei elektromagnetischen Schaltkupplungen anwendbar ist, ohne baulich ins Gewicht zu fallen. Die Ankerscheibe benötigt keine Lager; die neue Kupplung kann daher sehr einfach hergestellt werden. Schleppdrehzahlen werden dennoch sicher vermieden.

Claims (14)

Patent- und Schutzansprüche

1. Elektromagnetische Schaltkupplung, insbesondere zum Antrieb der Lüfterräder von Kühleinrichtungen für Brennkraftmaschinen , bei denen der Schaltvorgang in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine frei bewegliche Ankerscheibe (7) zum Anschluß an den anzutreibenden Teil vorgesehen ist, die je nach Schaltstellung entweder mit einer angetriebenen Kupplungsscheibe (2) oder mit einer feststehenden Bremasoheibe (6) durch in Umfangsrichtung wirkenden Reibungsschluß und in radialer Richtung wirkenden Formschluß verbunden ist.

2, Schalfkupplungnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ankerscheibe (7) und der Bremsscheibe oder der Kupplung scheibe konusförmig ineinandergreifende Abdrehungen (14, 15 und 17, 18) vorgesehen sind,

3. Schaltkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die Bremsscheibe (6) als Ringscheibe ausgebildet ist, deren innere Mantelfläche (14) als Konus zur Aufnahme eines entsprechenden Konus an der Ankerscheibe (7) oder an einem mit dieser verbundenen Teil ausgebildet ist.

4. Schaltkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerscheibe (7) oder ein mit ihr verbundener Teil in radialer Richtung entfernt von der konischen Verbindung mit der Bremsscheibe (6) einen axial vorspringenden Konus (17) und die Kupplungsscheibe (2) eine Ausnehmung mit entsprechender konischer Mantelfläche (18) aufweist.

5. Schaltkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe (6) aus einem nicht magnetisierbaren Material, z.B. Bronze, besteht und an dem den Elelctromagneten (4) haltenden Teil (3) der Sohaltkupplung betestigt ist.

6. Schaltkupplung naoh den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungssohluß der Ankerscheibe (7) mit der Bremsscheibe (6) durch eine Druckfeder (8) hergestellt ist.

7. Schaltkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (8) sich einerseits an der Kupplungsscheibe (2) unMandererseits an der Ankerscheibe (7) über ein Axiallager abstützt.

8. Schaltkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager aus einer zentrisch angeordneten Kugel (9) besteht, die zwischen der Ankerscheibe (7) oder einem mit dieser verbundenen Teil und einem die Kugel führenden Teil (13) angeordnet ist, an dem sich die Druckfeder (8) abstützt.

9. Schaltkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsteil für die Kugel (9) als Druckkappe (13) ausgebildet ist.

10. Schaltkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungsschluß der Ankerscheibe mit der Bremsscheibe (6) durch Rückstell-Magnete (20) hergestellt wird.

11. Schaltkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstell-Nagnet (20) als Elektromagnet ausgebildet ist, der um den Elektromagneten (4) zum Einkuppeln herumgelegt ist.

12. Schaltkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruckstellmagnet ein Dauermagnet (20a) ist.

13. Schaltkupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (20a) durch unmagnetisches Material derart von dem Elektromagneten (4) zur Schaltung der Kupplung getrennt ist, daß nur ein Teil des Magnetflusses des Dauer magneten gemeinsame Wege mit dem Magnetfluß des Elektromagneten durchfließt.

14. Schaltkupplung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (20a) so gepolt ist, daß der Magnetfluß gegensinnig zum Fluß des Elektromagneten (4) verläuft.

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