DE2312486C2

DE2312486C2 - Elektromagnetisch betätigbare Schlingfederkupplung

Info

Publication number: DE2312486C2
Application number: DE2312486A
Authority: DE
Inventors: Byron Lester Dayton Ohio Brucken
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1972-03-20
Filing date: 1973-03-13
Publication date: 1983-04-28
Also published as: US3735847A; CA963833A; FR2177354A5; JPS5652173B2; DE2312486A1; GB1368048A; JPS496342A

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare Schlingfederkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten derartigen Schlingfederkupplung (US-PS 31 49 706) wird bei erregter Kupplung die der Spule nahe liegende letzte Wicklung der Schraubenfeder als Anker benutzt und an den umlaufenden Flansch des Antriebselementes angezogen. Durch eine Art Selbsterregungseffekt wird die gesamte Schraubenfeder auf einen darunter befindlichen, durch einen Radialschlitz durchmesser-veränderbar gehaltenen Reibring aufgewickelt, und drückt diesen gegen zwei Flächen des Antriebs- und des Abtriebs-Elementes. Bei Entregung wird die als Anker dienende letzte Wicklung freigegeben, die Feder kann sich entspannen und durch die Schrägflächen wird der Reibring aufgetrieben und von seinem Reibeingriff mit den beiden Elementen befreit.

In ähnlicher Welse wirkt auch die Schlingfederkupplung nach US-PS 30 95 071, jedoch ist hier der Reibring als zylindrischer, geschlitzter Körper ausgeführt.

Bei beiden bekannten Kupplungen muß die Schlingfeder aus einem ferromagnetlschen Material bestehen, das auch nach längerer Einsatzzeit nicht so magnetisch verhärtet, daß ein ungewolltes Klebenbleiben bei Entregen der Kupplung auftritt, und es müssen bei der Fertigung enge Toleranzen beachtet werden, da die als Anker dienende Windung gegen die Zugkraft der Feder an den Polring angezogen werden muß.

Weiter ist aus US-PS 35 65 223 eine magnetisch betätigbare Scheibenkupplung bekannt, bei der der Ankerring mit Flachfedern vom Polring abgespreizt gehalten wird, wobei die Flachfedern in einem elastomeren Körper eingenietet sind, der durch Vulkanisieren mit der Nabe des Abtriebselementes verbunden ist. Dieser elastomere Körper wirkt so als Drehmoment-Dämpfungselement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schlingfederkupplung der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß bei Aufrechterhaltung der guten Drehmoment-Übertragungseigenschaften ein robuster, kostensparender Aufbau ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektromagnetisch betätigbare Schlingfederkupplung nach Anspruch 1. Es muß auf diese Weise nur das Material des Ankerteils optimale Magneteigenschaften besitzen, während das Material der Schlingfeder selbst ohne Rücksicht auf die Magneteigenschaften ausgesucht werden kann. In vielen Fällen ist es dabei möglich, den sonst notwendigen gesonderten Reibkörper vollständig wegzulassen und die Drehmoment-Übertragung durch die Schlingfeder allein zu bewirken. Die Feder wird beim Kupplungsvorgang nicht mehr auf Zug beansprucht, d. h. die einzige, der Axialbewegung möglicherweise entgegenwirkende Kraft ist die Reibungskraft zwischen Anker und Feder. Aus diesem Grunde sind keine strengen Toleranzen bei der Anfertigung der Bauteile der erfindungsgemäßen Schlingfederkupplung bzw. bei der Montage zu beachten. Die Kupplung kann deswegen meist mit weniger Bauteilen, auf alle Fälle aber mit geringerem Aufwand hergestellt werden. Für die Verbindung des Ankerteiles mit der Schlingfeder eignet sich besonders die im Anspruch 2 gekennzeichnete Bauart.

Damit die beim Übergang vom gelösten zum betätigten Zustand der Schlingfederkupplung möglicherweise auftretenden Drehmomentspitzen (Reibungsschluß-Schläge) vermieden werden können, ist es erfahrungsgemäß notwendig, die miteinander in Berührung kommenden Flächen der Schlingfeder und der Abtriebs- wie Antriebselemente gut zu bearbeiten und gegen Ansammlung von Spänen, Staub etc. zu schützen. Dieser zusätzliche Aufwand kann vermieden werden durch eine vorteilhafte Weiterbildung gemäß Anspruch 3.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine elektromagnetisch betätigbare Schlingfederkupplung,

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 der Fig. 1, in Pfeilrichtung gesehen,

Fig. 3 einen Schnitt läno.s Linie 3-3 in Fig. 1, in Pfeilrichtung gesehen, und

Fig. 4 eine Schnittdarstellung ähnlich Fig. 1 einer abgewandelten Ausführung der elektromagnetisch betätigbaren Schlingfederkupplung.

Die in Flg. 1 dargestellte elektromagnetisch betätigbare Schlingfederkupplung 10 ist beispielsweise zum Antrieb eines Kompressors 11 einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage geeignet, der am antriebsseltigen Gehäuseende eine rohrförmlge Verlängerung 12 besitzt. Die Antriebswelle 14 für den Kompressor ist mit Nadellagern 15 im Gehäuseschild gelagert und steht durch die rohrförmige

Verlängerung 12 nach außen vor. Die Antriebswelle 14 ist in einem mit etwas geringerem Durchmesser versehenen Mittelabschnitt 17 mittels einer Drehwellendichtung 16 abgedichtet, die in DichteingrifT mit einem stationären Dichtungsring 18 steht, der wiederum durch einen in eine Nut 22 in der rohrförmigen Verlängerung eingesetzten O-Ring 20 abgedichtet ist. Der D.s-htring 18 wird in Axialrichtung zwischen einer im inneren der rohrförmigen Verlängerung 12 ausgebildeten Schulter 24 und einem Sprengring 26 gehalten, der in einer Innennut 28 sitzt. Die Innenbohrung der rohrförmigen Verlängerung 12 ist gegenüber dem Wellendurchmesser vergrößert und bildet so eine Kammer 30, um das Einsetzen und Entfernen des Sprengrings 26, des stationären Dichtringes 18 und des sich drehenden Teils der Wellendichtung 16 zu ermöglichen.

Die vergrößerte Innenkammer 30 der rohrförmigen Verlängerung 12 dient auch zur Aufnahme eines Anteils einer Nabe 32 eines Abtriebselementes 34 der Kupplung 10. Die Nabe 32 1st an einem wiederum mit verringertem Durchmesser versehenen Endabschnitt 36 der Welle 14 angebracht und mittels eines Keils 38 mit der Antriebswelle verkeilt. Sie wird am Endabschnitt 36 der Welle 14 mittels einer Schraube 40 gehalten, die durch In einer Haltekappe 42 und in der Nabe 32 ausgebildete Mittelöffnungen eingeführt und in eine Gewindeöffnung 44 im Wellenende 36 eingeschraubt ist.

Eine elektromagnetische Ringspule 46 mit einer bestimmten Windungszahl ist die rohrförmige Verlängeder Keilriemennut 70. Die Lager 66 werden in Axialrichtung durch ein beilagscheibenförmiges Abstandstück 75 und einen Haltering 76 gerichtet, der in einer in der Nähe des Endes der rohrförmigen Verlängerung 12 ausgebildeten Nut sitzt.

Eine Schraubenfeder 77 ist um die Keilriemenscheibennabe 64 und die radial außen liegende Oberfläche des Abtriebselementes 34 angebracht. Eine Abschlußwindung 78 der Feder 77 ist an ihrem Ende mit einer Abbiegung 80 (Fig. 2) versehen, und diese stellt durch eine in einem zylindrischen Abschnitt 84 eines Kupplungs-Ankerteils 86 ausgebildeten Durchgangsöffnung 82 vor. Diese Endwindung 78 befindet sich nach der Darstellung in Fig. 1 am linken oder inneren Ende der Feder. Das ringförmige Ankerteil 86 besitzt auch einen als Radialflajsch ausgebildeten Abschnitt 88, dessen Außenfläche 90 mit einer vorbestimmten Luftspaltbreite 92 von der zugewendeten Fläche 93 der Radialwand 68 der Keilriemenscheibe angebracht ist. Das Ankerteil ist so wirksam mit dem inneren Ende der Schraubenfeder so verbunden, daß es sich mit dieser dreht, jedoch eine Axialbewegung relativ zu ihr durchführen kann.

Die Feder 77 sitzt innerhalb einer Zylinderwand 94 der Haltekappe 42 und besitzt im gelösten Zustand einen gewissen Radialabstand von der Keilriemenscheiben-Nabe 64, die sie im wesentlichen mit ihrer (nach Fig. 1) linken Hälfte überdeckt. Die rechte Hälfte der Feder 77 besitzt in Radialrichtung einen gewissen Abstand von der Zylinderwand 94 und ist mit dem Abtriebselement 34

rung 12 umgebend angebracht. Die Spule 46 ist in einem 30 über eine an Ihrer äußersten Windung 98 ausgebildete

Harzkörper 48, beispielsweise aus Epoxid-, Polyamidöder Polyesterharz eingegossen oder eingebettet und die Spulenanordnung sitzt In einem ringförmigen Spulengehäuse 50. Eine Anschlußeinrichtung 51 ist an der harzgetränkten Spule 46, 48 ausgebildet und steht durch einen Ausschnitt im Gehäuse 50 aus diesem vor, um einen Anschluß mit einer Stromquelle zur Beaufschlagung der Spule 46 zu ermöglichen.
Das Spulengehause 50 besteht aus einem ferromagneti-Schleife 96 (Fig. 3) verbunden, wobei diese Schleife in einem Einschnitt oder einer Tasche 100 in der Fläche 102 des Abtriebselementes 34 sitzt. Der zylindrische Abschnitt 84 des Ankerteils 86 ist so um die Zylinderwand 94 der Haltekappe 42 gesetzt, daß eine Gleitbewegung möglich ist.

Zur Inbetriebnahme der Kupplung 10 wird die Elektromagnetspule 46 über die Anschlußanordnung 51 erregt, und es wird ein Magnetfluß erzeugt, dessen Weg 104

sehen Material, beispielsweise Stahl oder Schmiedeelsen, ⁴O strichpunktiert in der unteren Hälfte der Fig. 1 darge-

und ist mit Gießsenken 52 versehen, in denen der Gießharzkörper 52 sitzt. Das Spulengehäuse 50 ist mit angeformten Ansätzen 54 versehen, die jeweils in Vertiefungen in der benachbarten Schildwand 57 des Kompressors 11 reichen. Ein sich radial nach außen erstreckender Flansch oder Kragen 58 ist In der nach Flg. 1 äußeren rechten Ecke des Spulengehäuses angeformt. Ein Wandteil 59 Ist, z. B. durch Preßsitz, an die innere Zylinderwand 60 des Spulengehäuses 50 angepaßt, um so eine weitere Wand des Spulengehäuses 46 zu bilden. Die Außenfläche 61 des Wandteils 59 ist in radialer Richtung mit einer Fläche 62 des sich nach außen erstreckenden Flansches 58 ausgerichtet.

Eine Keilriemenscheiben-Anordnung 63 enthält eine über Lager 66 um die rohrförmige Verlängerung 12 angebrachte Nabe 64, eine an der Nabe 64 ausgebildete, sich radial erstreckende Wand 68 und eine Keilriemennut 70, die am Außenende der Wand 64 radial in Ausrichtung mit der Nabe 64 ausgebildet Ist. Die dem Kompressor zugewendete Außenfläche 71 der Radialwand 68 sitzt so, daß ein radialer Luftspalt oder Zwischenraum 72 mit vorbestimmter Breite zwischen dieser Außenfläche 71 und den benachbarten miteinander ausgerichteten Flächen 61 und 62 des Wandteils 59 bzw. des radial Flansches 58 des Spulengehäuses 50 gebildet Ist. Es sind eine Vielzahl von In Umfangsrichtung ausgerichteten Kreisschlitzen 73 durch die Radialwand 68 etwa in deren Mitte ausgebildet. Ein durch den Motor angetriebener Kellriemen 74 sitzt In stellt ist. Der Magnetfluß führt über die die Spule 46 umgebenden Wände des Spulengehäuses 50 zu dem an dem Spulengehäuse ausgebildeten Radialflansch 58, überquert dort den radialen Luftspalt 72 zur Radialwand 68 der Keilriemenscheiben-Anordnung 63, und zwar außerhalb der Kreisschlitze 73.

Dann überquert der Magnetfluß den Radialspalt 92 noch außerhalb der Kreisschlitze 73 von der Radialwand 68 zu dem Ankerteil 86, und von diesem überquert der Fluß wiederum den Radialspalt 92 zur Radialwand 68 der Keilriemen-Anordnung 63 innerhalb der Kreisschlitze 73. Dann kehrt der Magnetfluß über den Luftspalt 72 zu dem Wandteil 59 des Spulengehäuses 50 zurück, um durch Eintritt in die innere Zylinderwand 60 des Spulengehäuses 50 die Magnetflußlinien zu schließen.

Durch diese Anordnung ergibt sich ein starkes vierpoliges Magnetkupplungsfeld, daß das Ankerteil 86 zur Anlage an die Radialwand 68 der Keilriemenscheiben-Anordnung 63 zieht, ohne die Feder 77 axial zu dehnen, wenn das Ankerteil sich In Axialrichtung der Feder bewegt. Sobald das Ankerteil anliegt, wird die linke Hälfte gemäß Flg. 1 der Schraubenfeder 77 durch die Drehung des Ankerteils in Eingriff mit der sich drehenden Nabe 64 der Kellriemenscheiben-Anordnung 63 gewickelt. Da die rechte Hälfte gemäß Flg. 1 der Feder mit dem Abtriebselement 34 über die in die Tasche in dem Abtriebselement eingesetzte Schleife 96 verbunden 1st, wird dieses Element zur Drehung gebracht.

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und treibt daduich wieder die Nabe 32 und diese die Antriebswelle 14 und dadurch den Kompressor 11 an.

Wenn die Spule 46 entregt wird und die magnetische Anziehung über die Spalte 72 und 92 aufhört, löst sich das Ankerteil 86 von der Riemenscheiben-Radialwand 68, gibt dadurch das abgebogene Ende 80 der Feder 77 frei und erlaubt, daß die Feder sich von der Riemenscheibennabe 64 abwickelt bzw. abhebt, so daß die Verbindung zwischen der Keilriemenscheiben-Anordnung 63 und der Antriebswelle 14 unterbrochen wird.

Die in Fig. 4 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektromagnetisch betätigbaren Schlingfederkupplung 110 Ist allgemein gleichartig wie die Kupplung 10 nach Flg. 1 aufgebaut, und beiden Ausführungen gemeinsame Elemente tragen die gleichen Bezugszeichen.

Die Keilriemenscheiben-Anordnung 112 enthält eine Nabe 114, die an Lagern 66, die rohrförmige Verlängerung 12 umgebend, angebracht ist, eine sich radial erstreckende Wand 116, die an der Nabe 114 ausgebildet ist und einen ersten zylindrischen Flansch 118 besitzt, sowie eine Keilriemennut 120 an einem zweiten zylindrischen Flansch 122, der mit dem ersten zylindrischen Flansch 118 verbunden ist. Wieder ist die Keilriemenscheibennut 120 radial mit der Nabe 114 ausgerichtet. Der zylindrische Flansch 118 reicht an einem Teil des Spulengehäuses 50 vorbei und besitzt zu diesem einen bestimmten Abstand oder Luftspalt 124. Wie bei der Kupplung nach Fig. 1 ist ein Luftspalt 72 zwischen der Radialwand 116 und dem Wandteil 59 des Spulengehäuses 50 vorhanden. Eine Anschlußeinrichtung 126 ist wiederum an dem Kunstharzkörper der Spulenanordnung 46, 48 ausgebildet und reicht durch einen Ausschnitt im Spulengehäuse 50 nach außen, diesmal links (nach Fi g. 4) an den Enden der Flansche 118 und 122 vorbei.

Die Betriebsweise der Kupplung 110 verläuft ähnlich wie die der Kupplung 10 in Flg. 1, jedoch verläuft der bei Erregung der Spule 46 entstehende Magnetfluß vom Spulengehäuse 50 sowohl radial nach außen über den Luftspalt 124 in den zylindrischen Flansch 118 als auch axial über den Luftspalt 72 zur Radial wand 116 der Keilriemenscheiben-Anordnung. Eine Abtriebseinheit 130 ist statt des Abtriebselementes 34 nach Flg. 1 mit der Nabe 32 verbunden, und diese Abtriebseinheit 130 ist mit einem Drehmoment-Dämpfungselement 132 versehen. Dieses Dämpfungselement 132 Ist zwischen einem an der Nabe 32 ausgebildeten Radialflansch 134 und einer Platte 136 verbunden, die am Außenumfang mit einer Verbreiterung 138 versehen ist, welche in eine äußere Zylinderwand 141 ausläuft. Ein abgebogenes nach innen gerichtetes Ende 142 am (gemäß Fig. 4) äußersten rechten Endabschnitt der Schraubenfeder 77 ist in diesem Radialschlitz 140 eingesetzt. Das Drehmoment-Dämpfungselement 132 enthält einen scheibenförmigen Abschnitt 144, der zwischen dem Radialflansch 134 und der Platte 136 sitzt, und einen zylindrisch verbreiterten Abschnitt 146, der in dem verbreiterten Abschnitt 138 radial nach außen benachbart sitzt.

Sobald das Ankerteil 86 bei Beaufschlagung der Spule mit der Radialwand 16 in Eingriff kommt und die Feder 77 in Kraftschluß mit der Riemenscheiben-Nabe 114 kommt, wird die Platte 136, das Dämpfungselement 132 und der Radialflansch 134 in Umdrehung versetzt, so daß die Antriebswelle 14 über die Nabe 32 angetrieben wird, wobei das Dämpfungselement 132 die beim Anlegen entstehenden Drehmomentspitzen abfängt und das Betrlebsgeräusch vermindert.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisch betätigbare Schlingfederkupplung mit relativ zueinander um eine gemeinsame Drehachse verdrehbaren Antriebs- und Abtriebs-Elementen, mit einer ortsfest angeordneten Elektromagnetspule, mit einer zur Drehachse koaxialen Schraubenfeder, die an einem Ende mit dem Abtriebs-Element verbunden ist, mit einem um die Drehachse relativ zum Antriebs-Eiement drehbaren Anker und mit einem durch einen Radialflansch des Antriebs-Elementes gebildeten, in Axialrichtung zwischen der Spule und dem Anker angeordneten Polring, wobei der Anker bei Beaufschlagung der Spule durch eine Axialbewegung relativ zu dieser in Eingriff mit dem Polring kommt und so mit der Schraubenfeder verbunden ist, daß bei der gemeinsamen Drehung des Ankers mit dem Polring die Schraubenfeder eine Zusammenziehung radial nach innen erfährt und eine feste Verbindung zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebs-Element herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker ein an dem dem Polring (68) benachbart liegenden Ende (80) der Schraubenfeder (77) vorgesehenes besonderes Ankerteil (86) ist, das mit dem zugehörigen Ende (80) der Schraubenfeder (77) in nur eine axiale Relativbewegung zulassender Weise verbunden ist.

2. Schlingfederkupplung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Ankerteil (86) einen zylindrlsehen Abschnitt (84) und einen radialen Flanschabschnitt (88) besitzt, und daß das freie Ende (80) der Schraubenfeder (77) als radialer Fortsatz ausgebildet ist und sich durch eine Öffnung (82) im zylindrischen Abschnitt des Ankers (86) erstreckt.

3. Schlingfederkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebs-Element (34) ein zwischen dem bei betätigter Kupplung mit der Schraubenfeder (77) in Eingriff stehenden Abschnitt (136, 141) und einem mit der Abtriebsachse (14) verbundenen Abschnitt (134) eingesetztes Drehmoment-Dämpfungselement (132) enthält.