DE2919992A1

DE2919992A1 - Kupplung

Info

Publication number: DE2919992A1
Application number: DE19792919992
Authority: DE
Inventors: J G Fraser Macdonald
Original assignee: Warner Electric Brake and Clutch Co
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1978-05-22
Filing date: 1979-05-17
Publication date: 1979-11-29
Also published as: GB2021708B; IT7921640A0; JPS6231212B2; JPS54153954A; US4201281A; DE7914335U1; IT1111239B; CH630999A5; FR2426832A1; GB2021708A; FR2426832B1

Description

DR.-ING. OIPU-ING.M. Sr. PI°-..-PHYS. OR DIPL.-PHYS. DIPL.-PHYS. Df». HÖGER - STELLRECHT -G=<'ESS6ACH - HAECKER BOEHMf= PATENTANWÄLTE I N STUTTGART 29Ί999Ζ

A 43 322 b Anmelder: Warner Electric Brake

k - 177 & Clutch Company

17. Mai 1979 South Beloit, 111.

USA

Beschreibung Kupplung

Die Erfindung betrifft eine Kupplung mit einem drehbaren, eine Nabe aufweisenden Antriebselement, mit einem um die Drehachse des Antriebselements drehbaren Abtriebselement, mit einem die Nabe umgebenden in radialer Richtung zusammenziehbaren Schuh, mit einer den Schuh umgebenden Schraubenfeder, deren eines Ende drehfest mit dem Abtriebselement verbunden ist, und mit selektiv betätigbaren Betätigungseinrichtungen, zum Kuppeln des anderen Endes der Schraubenfeder mit dem Antriebselement.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer elektromagnetischen Kupplung, bei der ein angetriebenes Antriebselement und ein anzutreibendes Abtriebselement normalerweise nicht miteinander gekuppelt sind.

Aus den US-PSen 3 149 706 und 3 685 682 sind bereits elektromagnetische Reibungskupplungen bekannt, bei denen ein drehbares Antriebselement mit einer im wesentlichen zylindrischen Nabe mit einem Abtriebselement gekuppelt werden kann, wenn ein Schuh in radialer Richtung zusammengezogen wird und die Nabe reibschlüssig erfaßt. Der Schuh ist dabei von einer Schraubenfeder umgeben, deren eines Ende mit dem Abtriebselement verbunden ist und die ein gegenüber liegendes bzv/. ankerseitiges Ende aufweist, welches in axialer Richtung in Eingriff

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mit dem Antriebselement gezogen v/erden kann, wenn ein Elektromagnet erregt wird. Dabei ergibt sich zunächst ein Anfangsdrehmoment, welches magnetisch zwischen dem Antriebselement und dem ankerseitigen Ende der Schraubenfeder übertragen wird, wobei das ankerseitige Ende der Schraubenfeder um eine kurze Strekke gedreht wird. Dies hat zur Folge, dass die Windungen der Schraubenfeder sich um den Schuh zusammenziehen und dabei den Schuh zusammenziehen, so dass er reibschlüssig in Eingriff mit der Nabe des Antriebselements gelangt. Der Schuh dreht sich nunmehr gemeinsam mit der Nabe und überträgt das Drehmoment auf das Abtriebselement.

Das zunächst zwischen dem Antriebselement und dem ankerseitigen Ende der Schraubenfeder magnetisch übertragene Drehmoment ist relativ klein und wird direkt durch die Schraubenfeder auf das Abtriebselement übertragen. Dieses Anfangsdrehmoment wird jedoch dadurch verstärkt, dass die Schraubenfeder sich selbst und damit den Schuh zusammenzieht, so dass ein hoher Prozentsatz des Gesamtdrehmoments zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement über den Schuh übertragen wird. Der Kupplungsring oder Schuh ist dabei gemäß der US-PS 3 149 706 relativ zu dem Abtriebselement und der Schraubenfeder drehbar und bewirkt ein automatisches Zusammenziehen der Schraubenfeder. Mit anderen Worten wird also bei dieser bekannten Kupplung die Feder reibschlüssig von dem Schuh erfaßt und zieht sich in radialer Richtung noch stärker zusammen als dies aufgrund des magnetisch übertragenen Anfangsdrehmomentes zwischen dem Antriebselement und dem ankerseitigen Federende der Fall wäre. Das unmittelbar über die Feder übertragene Drehmoment ist folglich größer als das magnetisch übertragene Drehmoment und nicht nur von diesem abhängig.

Auch bei der Kupplung gem. der US-PS 3 685 622 tritt automatisch

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ein verstärktes Zusammenziehen der Schraubenfeder auf. Bei dieser Kupplung umschlingt die Schraubenfeder sowohl die Nabe des Antriebselementes als auch den Schuh. Der Reibschluß zwischen der Feder und der Nabe bewirkt dabei, dass die Feder stärker zusammengezogen wird als dies allein aufgrund des magnetisch übertragenen Drehmomentes der Fall wäre, so dass das über die Feder direkt übertragene Drehmoment wieder größer als das magnetisch erzeugte Drehmoment und nicht direkt mit diesem verknüpft ist.

Bei üblichen Schrauben- bzw. Bandfederkupplungen, bei denen die Feder den Spalt zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement überbrückt, umschlingt die erste Windungder Feder das Antriebselement mithoher Reibkraft, während sich das Drehmoment in den übrigen Windungen der Feder, die das Antriebselement umschlingen, zunehmend erhöht. Die zweite Windung umschlingt also das Antriebselement noch fester als die erste, wodurch das Drehmoment für die weiteren Windungen noch weiter erhöht wird. Die letzte Windung, welche das Antriebselement umschlingt, ist schließlich dem höchsten Drehmoment ausgesetzt. Das höchste Drehmoment, welches von der Kupplung übertragen werden kann, ist somit durch das Drehmoment begrenzt, welches von der letzten Federwindung auf dem Antriebselement übertragen werden kann.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine neuartige und verbesserte elektromagnetische Reibungskupplung anzugeben, bei der das Antriebselement, das Abtriebselement und ein zusammenziehbarer Schuh in spezieller Weise bezüglich einer Schraubenfeder oder dergleichen angeordnet sind, derart, dass die Schraubenfeder das magnetisch übertragene Anfangsdrehmoment in neuartiger Weise so verstärkt, dass mit einer relativ leichten und.billigen Feder eine beträchtliche Drehmomentenver-

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Stärkung ermöglicht wird, ohne dass beim anfänglichen Greifen der Kupplung hohe Drehmomentspitzen auftreten und ohne dass sich an dem Antriebselement und dem Abtriebselement hohe radiale und axiale Druckkräfte ergeben. Diese Aufgabe wird bei einer Kupplung der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass federnde Kupplungseinrichtungen vorgesehen sind, über die der Schuh und das Abtriebselement drehfest miteinander verbunden sind und die den Schuh bei nicht betätigten Betätigungseinrichtungen in radialer Richtung im Abstand von der Nabe des Antriebselements halten.

Es ist ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplung, dass sich der Schuh gemeinsam mit dem Abtriebselement dreht und dass die Feder den Schuh mit geringer Reibung derart umschlingt, dass jede weitere Windung der Feder das magnetisch übertrageⁿSrehmoment verstärkt und für den Schuh eine Klemmkraft erzeugt, die es ermöglicht, dass das Gesamtausgangsdrehmoment das maximale Drehmoment, mit dein Feder belastet wird, beträchtlich übersteigt.

Es ist auch ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplung, dass verhindert wird, dass die Feder sich selbst zusammenzieht, so dass das über die Feder übertragene Drehmoment in erster Linie durch das magnetisch übertragene Drehmoment bestimmt wird und auf einen Maximalwert begrenzt ist, der dem magnetischen Drehmoment im wesentlichen proportional ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Schuh die Feder ausser Reibkontakt mit der Nabe des Antriebselements hält, so dass die Feder sich nicht selbst zusammenzieht und die Feder, der Schuh und das Abtriebselement zu einer gemeinsamen Drehbewegung angetrieben werden.

Vorteilhaft ist es auch, dass der Schuh erfindungsgemäß derart

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mit dem Abtriebselement verbunden ist, dass jegliche Exzentrizität zwischen dem Abtriebselement und der Nabe des Antriebselements kompensiert wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass spezielle (Blatt-)Federn vorgesehen sind, welche das Drehmoment zwischen dem Schuh und dem Abtriebselement übertragen, welche ein Zusammenziehen des Schuhs in radialer Richtung und ein Anlegen desselben an die Nabe des Antriebselements ermöglichen und welche ausserdem dazu dienen, bei geöffneter Kupplung den Schuh ausser Eingriff mit der Nabe zu halten.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung v/erden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Kupplung gemäß der Erfindung längs der Linie 1-1 in Fig. 6;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilquerschnitt durch die Kupplung gemäß Fig. 1 längs der Linie 2-2 in dieser Figur;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung von Teilen eines Schuhs der Kupplung gem. Fig. 1 und 2;

Fig. 4 einen vergrößerten Teilquerschnitt der Kupplung gem. Fig. 1 bei gelöster Kupplung;

Fig. 5 einen vergrößerten Teilquerschnitt der Kupplung gem. Fig. 1 bei geschlossener Kupplung; -

Fig. 6 Querschnitte durch die Kupplung gern, Fig. 1 längs der ^un Linien 6-6 bzw. 7-7' in dieser Figur.

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Im einzelnen ist in der Zeichnung eine elektromagnetische Reibungskupplung 10 gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem Kompressor 11 dargestellt, der zur Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs gehört. Der Kompressor 11 besitzt einen rohrförmigen Stutzen 13 zum Montieren der Kupplung 10 sowie eine Antriebswelle 14, welche den Stutzen 13 durchgreift und - in Fig. 6-im Uhrzeigersinn antreibbar ist.

Die Kupplung 10 besitzt einen Elektromagneten mit einem ringförmigen Magnetkern 15, der starr an einem Ende des Kompressors 11 befestigt ist und einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist. Der Elektromagnet besitzt folglich einen inneren Polring 16, einen äusseren Polring 17 und eine in radialer Richtung verlaufende Brücke 19 zwischen den beiden Polringen. Eine Erregerwicklung 20 mit mehreren Windungen sitzt auf einem U-förmigen Spulenkern 21, der seinerseits auf der Aussenseite des inneren Polrings 16 befestigt ist.

Auf dem Stutzen des Kompressors 11 ist mit Hilfe eines Kugellagers 24 ein Eingangs- oder Antriebselement in Form eines ringförmigen Rotors 23 drehbar gelagert, welcher vom Motor des Kraftfahrzeugs durch einen endlosen Riemen 25 angetrieben werden kann. Der Rotor 23 besitzt eine rohrförmige Nabe 26, die fest mit dem äusseren Lagerring des Kugellagers 24 verbunden ist, im Querschnitt rund ist und ein hinteres Teilstück 27 verringerten Durchmessers auf v/eist. Auf dem hinteren Teilstück der Nabe 26 sitzt drehfest ein innerer Polring 29 aus magnetisierbarem Material, dessen vorderes Ende eine in radialer Richtung verlaufende Polfläche 30 bildet. Ein äusserer Polring 31 ist einstückig an den inneren Polring 29 angeformt und besitzt ein vorderes Ende, welches eine zweite in radialer Richtung verlaufende Polfläche 33 bildet. Die beiden Polflächen 30, 33 sind magnetisch gegeneinander durch mehrere bogenförmige Schlit-

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ze 34 isoliert, welche in Umfangsrichtung des Rotors 23 im Abstand voneinander vorgesehen sind. Eine Nutscheibe 35 ist einstückig an den äusseren Polring 31 angeformt und mit Hilfe des endlosen Riemens 25 antreibbar. Wenn der Riemen 25 angetrieben wird, dann drehen sich die Nutscheibe 35, die Polringe 29 und 31 und die Nabe 26 gemeinsam um das Kugellager 24.

Der innere Polring 29 des Rotors 23 ist gegenüber dem inneren Polring 16 des Magnetkerns 15 nach innen versetzt, während der äussere Polring 31 des Rotors 23 zwischen der Erregerwicklung und dem äusseren Polring 17 des Magnetkerns 15 liegt. Wenn die Erregerwicklung 20 aus einer Spannungsquelle gespeist wird, dann ergibt sich ein magnetischer Fluß, der über den Magnetkern 15 und den Rotor 23 sowie über die verschiedenen Luftspalte zwischen den einzelnen Polringen fließt. Der Verlauf des magnetischen Flusses und die Art der Regelung des magnetischen Flusses zwischen dem Magnetkern 15 und dem Rotor 23 sind in einer früheren Anmeldung der Anmelderin (amtliches Aktenzeichen: P 28 53 861.6 ) ausführlich erläutert.

Ein Anker 40 (Fig. 4) liegt den von den vorderen Enden der Polringe 29 und 31 des Rotors 23 gebildeten Polflächen 30 und 33 gegenüber und hat beim Ausführungsbeispiel die Form eines kontinuierlichen im Querschnitt wesentlichen U-förmigen Ringes, wobei die offene Seite des "U" den Polflächen 30 und 33 des Rotors 23 zugewandt ist und in radialer Richtung mit den bogenförmigen Schlitzen 34 fluchtet. Dabei liegt ein Schenkel 41 des U-förmigen Ankerringes der Polfläche 30 gegenüber, während der andere Schenkel 42 der Polfläche 33 gegenüberliegt. Der Anker 40 wird normalerweise in einer Ruhestellung (Fig. 4) gehalten, in der die Schenkel 41 und 42 von den Polflächen 30 und 33 durch schmale Luftspalte getrennt sind. Wenn die Wicklung 20 erregt wird, wird der Anker 40 magnetisch gegen die

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Polflächen 30 und 33 gezogen, so dass sich die Luftspalte schliessen und der Anker 40 gemeinsam mit dem Rotor 23 umläuft (Fig. 5).

Wenn der Anker 40 in Eingriff mit den Polflächen 30 und 33 gelangt, dann hat dies zur Folge, dass eine Schraubenfeder 50 ein Drehmoment von dem Rotor 23 auf die Antriebswelle 14 des Kompressors 11 überträgt,und zwar über ein ausgangsseitiges Element bzw. ein Abtriebselement 51, welches einen Bestandteil der Kupplung 10 bildet. Beim Ausführungsbeispiel v/eist das Abtriebselement eine Buchse 53 auf, welche im Inneren des Stutzens 13 auf die Antriebswelle 14 des Kompressors aufgeschoben ist. Die Buchse 53 ist dabei mit der Antriebswelle 14 mittels eines Keils 54 drehfest verbunden und in axialer Richtung mittels einer Druckscheibe 55 und einer Mutter 56 gesichert.

Das Abtriebselement 51 weist ferner eine becherförmige Nabe 57 (Fig. 2) auf, die einstückig mit der Buchse 53 ausgebildet ist. Die Nabe 57 besitzt einen runden Querschnitt und ist an ihrem äusseren Umfang in drei abgestufte Bereiche 59, 60 und 61 zunehmend grösseren Durchmessers unterteilt. Von diesen ist der Bereich 59 mit dem kleinsten Durchmesser im Abstand vor der Nabe 26 des Rotors 23 angeordnet, während der mittlere Bereich 60 die Nabe 26 des Rotors 23 im wesentlichen umgibt. Der dritte Nabenbereich 61 umgibt schließlich den Anker 40 an dessen äusserem Umfang.

Die Schraubenfeder 50 liegt im wesentlichen zwischen den beiden hinteren Bereichen 60 und 61 der Nabe 57, wobei das vordere Ende 63 der Schraubenfeder 50 in einem Bereich 54, wie dies Fig. 2 zeigt, derart abgebogen ist, dass die Schraubenfeder einen Schlitz 65 (Fig. 2 und 6) durchgreifen kann, der an der Stufe zwischen den Bereichen 59 und 60 vorgesehen ist, so dass das Ende 63 über dem äusseren Umfang des Nabenbereichs 59 liegt.

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Das äusserste freie Ende des durch den letzten Gang der Schraubenfeder 50 gebildeten Endes 63 ist noch einmal zu einem Haken 66 abgewinkelt, der in eine öffnung 67 in der. Stufe zv/ischen den Nabenbereichen 59 und 60 eingreift, so dass die Schraubenfeder 50 und die Nabe 57 drehfest miteinander verbunden sind.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die hinterste - in Fig. 2 linke - Windung 70 der Schraubenfeder 50 in einem Bereich 71 abgewinkelt und durchgreift einen Schlitz 73 des Ankers 40. Am freien Ende der hintersten Wicklung 70 ist ferner ein Haken 74 angeformt, der in eine öffnung 75 des Ankers eingreift. Auf diese Weise sind auch der Anker 40 und die Schraubenfeder 50 drehfest miteinander verbunden. Dabei besteht insbesondere auch die Möglichkeit, dass die hinterste bzw. letzte Windung 70 der Schraubenfeder selbst den Anker bildet und direkt gegen den Rotor 23 gezogen werden kann.

Wenn die Erregerwicklung 20 erregt wird und den Anker 40 gegen den Rotor 23 zieht, dann drehen sich der Anker 40 und die Schraubenfeder 50 im gleichen Drehsinn wie der Rotor 23, wobei über die Schraubenfeder 50 ein Drehmoment auf das Abtriebselement 51 übertragen wird, welches sich folglich ebenfalls dreht. Ausserdem wird die hinterste Windung 70 der Schraubenfeder 50 relativ zum vorderen Ende 63 derselben (in Fig. 6) im Uhrzeigersinn verdreht, so dass sich die Schraubenfeder zusammenzieht bzw. verengt. Durch diese Verformung der Schraubenfeder 50 wird ein Schuh 80 derart zusammengedrückt, dass er in radialer Richtung in Reibkontakt mit der Nabe 26 gelangt, so dass auch über den Schuh 80 ein Drehmoment von dem Rotor auf das Abtriebselement 51 übertragen wird.

Gemäß der Erfindung ist nun der Schuh 80 so ausgebildet und angeordnet, dass er verhindert, dass die Schraubenfeder 50

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von selbst wirksam wird,und ausserdem derart, dass er das Drehmoment, welches über die Schraubenfeder 50 unmittelbar übertragen wird, auf einen Wert begrenzt, der im wesentlichen dem magnetischen Drehmoment proportional ist, welches unmittelbar von dem Rotor 23 auf den Anker 40 übertragen wird. Im einzelnen wird dieses Ergebnis dadurch erreicht, dass man den Schuh 80 erstens mit dem Abtriebselement 51 kuppelt, so dass er sich gemeinsam mit diesem und der Schraubenfeder 50 dreht, und weiter dadurch, dass man den Schuh 80 zweitens als Distanzelement zwischender Schraubenfeder 50 und der Nabe 26 verwendet, um so die Innenseite der Schraubenfeder 50 auf der gesamten Länge derselben und unter allen Bedingungen ausser Kontakt mit der Nabe 26 zu halten. Auf diese Weise wird erreicht, dass weder der Schuh 80 noch die Nabe 26 ein solches Drehmoment auf die Schraubenfeder ausüben können, dass diese sich von selbst dichter um die genannten Elemente schlingt als dies aufgrund des Zusammenwirkens von Anker 40 und Rotor 23 der Fall ist. Das Drehmoment, welches von der Schraubenfeder 50 unmittelbar übertragen wird, wird auf diese Weise geregelt und auf einen Wert begrenzt, der dem magnetischen Drehmoment zwischen dem Rotor 23 und dem Anker 40 proportional ist. Wie nachstehend noch erläutert wird, führen die Regelung und Begrenzung des von der Schraubenfeder direkt übertragenen Drehmoments zu entscheidenden Vorteilen gegenüber vorbekannten elektromagnetischen Kupplungen mit einem Schuh und einer Kupplungsfeder.

Beim Ausführungsbeispiel weist der Schuh 80 drei bogenförmige Bänder 81 (Fig. 3 und 7) aus einem geeigneten Reibmaterial, beispielsweise aus einem für Bremsbeläge geeigneten Material, auf. Jedes der Bänder überspannt dabei einen Bogen von etwa 115°. Die Bänder 81 umgeben die Nabe 26,und zwar mit Spiel, solange die Kupplung 10 nicht betätigt ist (Fig. 4). Die Bänder 81 sind mit Hilfe spezieller Blattfedern 83 (Fig. 2 und 3)

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derart miteinander verbunden, dass sie sich gemeinsam mit dem Abtriebselement 51 drehen und sich in radialer Richtung um die Nabe 26 herum zusammenziehen können, wobei einzelne Teile der Blattfedern 83 Bestandteile des Schuhs 80 und andere Teile in radialer Richtung flexible Elemente bilden, die dazu dienen, den Schuh 80 mit dem Abtriebselement 51 zu kuppeln. Im einzelnen sind drei derartige Blattfedern 83 vorgesehen, die in Umfangsrichtung im Abstand voneinander rund um das Abtriebselement 51 angeordnet sind, wie dies Fig. 6 und 7 zeigen. Jede der Blattfedern 83 besitzt dabei einen bogenförmigen Montagebereich 84 (Fig. 3), der in axialer Richtung relativ schmal ist und dessen hinteres Ende 84 a mittels Nieten 85 (Fig. 2) starr mit dem äusseren Umfang des vordersten Bereichs 59 der Nabe 57 des Abtriebselements 51 verbunden ist.

Das vordere Ende 84 b des Montagebereichs 84 bildet einen Kragarm, welcher sich in radialer Richtung relativ zu dem hinteren Ende 84 a frei biegen kann, wobei für diesen Zweck am äusseren Umfang des Nabenbereichs 59 eine -Aussparung 86 (Fig. 2 und 6) vorgesehen ist, die sich unterhalb des vorderen Endes 84 b des Montagebereich 84 befindet.

An das vordere Ende 84 b des Montagebereichs 84 jeder der Blattfedern 83 ist ein Zwischenbereich 87 (Fig. 3) einstückig angeformt, der von dem Montagebereich 84 nach hinten bzw. in axialer Richtung absteht und den axialen Spalt zwischen dem Nabenbereich 59 und den Bändern 81 aus Reibmaterial überspannt. Der Zwischenbereich 87 einer der Blattfedern 83 erstreckt sich dabei durch den gleichen Schlitz 65 nach hinten,der auch das Ende 63 bzw. den letzten Gang der Schraubenfeder 50 aufnimmt. Zwei weitere Schlitze 89 (Fig. 6), die in Umfangsrichtung im Abstand voneinander an der Stufe zwischen den Nabenbereichen und 60 vorgesehen sind, dienen der Aufnahme der Zwischenberei-

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ehe 87 der beiden weiteren Blattfedern 83. Jede der Aussparungen 86 in dem vorderen Nabenbereich 59 ist bis unter den Zwischenbereich 87 der betreffenden Blattfeder 83 verlängert, so dass sich auch der Zwischenbereich in radialer Richtung auslenken läßt.

Jede Blattfeder 83 besitzt schließlich einen zweiten bogenförmigen Bereich 90 (Fig. 3), der mit einem Band 81 verklebt oder auf andere Weise fest verbunden ist. Der zweite Bereich 90 jeder Blattfeder 83 ist in axialer Richtung gegenüber dem Montagebereich 84 in axialer Richtung nach hinten zurückgesetzt und liegt noch vor dem vorderen Ende 84 b des Montagebereichs. Die Bereiche 90 der drei Blattfedern 83 liegen teleskopartig im Inneren der Schraubenfeder 50 (Fig. 4) und haben im wesentlichen die gleichen Abmessungen wie die Bänder 81 aus Reibmaterial.

Aufgrund der beschriebenen Anordnung dienen die Blattfedern 83 der starren winkelmäßigen Kopplung zwischen den Bändern 81 und dem Abtriebselement 51 und können dennoch in radialer Richtung ausgelenkt werden, so dass sie sich um die Nabe 26 herumlegen können, wenn sich die Schraubenfeder 50 zusammenzieht. Ausserdem ermöglichen die Blattfedern 83, dass sich die Bänder 81 in radialer Richtung passend an die Nabe 26 anlegen, wobei jegliche Exzentrizität, die möglicherweise zwischen der Nabe 26 und dem vorderen Nabenbereich 29 des Abtriebselements 51 vorhanden ist, kompensiert wird. Wenn die Schraubenfeder 50 entspannt wird, entspannen sich auch die Blattfedern 83 und drücken die Bänder 81 aus Reibmaterial nach aussen von der Nabe 26 weg, so dass ein freies Laufen der Nabe 26 gegenüber den Bändern 81 ermöglicht wird.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, dass der Schuh 80 beim betrachteten Ausführungsbeispiel durch Bänder 81 aus Reibmaterial und durch bogenförmige Bereiche 90 von Blattfedern 83 ge-

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bildet wird. Die Bänder 81 sind dabei starr mit den Bereichen 90 verbunden und teleskopartig über, die Nabe 26 geschoben, während die bogenförmigen Bereiche 90 teleskopartig in die Schraubenfeder 50 eingeschoben sind. Der Schuh 80 muß sich ferner zwangsläufig mit dem Abtriebselement 51 drehen, mit dem die Montagebereiche 84 und die Zwischenbereich 87 der Blattfedern 83 starr verbunden sind, wobei jedoch die -vorderen Enden 84 b der Montagebereiche 84 ein öffnen und Schließen des Schuhs in radialer Richtung ermöglichen.

Wie Fig. 4 zeigt, erstreckt sich der Schuh 80 in axialer Richtung über die gleiche Länge wie-der Teil der Schraubenfeder 50, der die Nabe 26 umgibt. Auf diese Weise kann der Schuh 80 dazu dienen, die Schraubenfeder 50 auf ihrer gesamten Länge radial im Abstand von und ausser Kontakt mit der Nabe 26 zu halten.

Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Kupplung:

Wenn die Erregerwicklung 20 nicht erregt ist, dann ist die Schraubenfeder 50 in axialer Richtung zusammengezogen, in radialer Richtung bzw. in ümfangsrichtung jedoch entspannt. Die Schraubenfeder 50 hält somit den Anker 40 im Abstand von den Polflächen 30 und 33 des Rotors 23 (Fig. 4) und ermöglicht ausserdem, dass sich die Blattfedern 23 entspannen und den Schuh 80 in seiner Offenstellung halten derart, dass sich die Bänder 81 aus Reibmaterial lose im Abstand von der Nabe 26 befinden. Dementsprechend wird die Drehbewegung des Antriebselements bzv/. des Rotors 23 nicht auf das Abtriebselement 51 und damit auf die Welle 14 des Kompressors 11 übertragen.

Wenn nun die Erregerwicklung 20 erregt wird, dann wird der Anker 40 zunächst in axialer Richtung gegen die Polflächen 30

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und 33 des Rotors 23 gezogen, wodurch die Schraubenfeder 50 in axialer Richtung gedehnt wird. Wenn dann der Anker 40 sich mit dem Rotor 23 zu drehen beginnt, dann führt die Drehbewegung des hintersten Ganges^Zcier hintersten Windung 70 der Schraubenfeder 50 gegenüber den übrigen Windungen derselben dazu, dass sich die Schraubenfeder 50 in radialer Richtung einschnürt. Dies hat zur Folge, dass die Schraubenfeder 50 die Bänder 81 des Schuhs 80 nach innen drückt, so dass sie in Reibkontakt mit der Nabe 26 gelangen. Die Zwischenbereiche 87 und die vorderen Enden 84 b der Montagebereiche 84 der einzelnen Blattfedern 83 werden dabei in radialer Richtung nach innen in die darunter befindlichen Aussparungen ausgelenkt, wodurch ein Zusammenziehen des Schuhs 80 ermöglicht wird.

Ein Teil des Drehmoments, welches zwischen den Bauteilen 23 und 51 übertragen wird, wird direkt über die Schraubenfeder 50 übertragen und ist dem magnetischen Drehmoment zwischen dem Anker 40 und .den Polflächen 30 und 31 des Rotors 23 im wesentlichen proportional. Das durch die Magnetkräfte übertragene Drehmoment wird ausserdem dadurch verstärkt, dass die Schraubenfeder 50 sich einschnürt und die Bereiche 90 der Blattfedern 83 des Schuhs 80 nach innen drückt, bis die Bänder 81 aus Reibmaterial rund um die Nabe 26 an dieser anliegen. Der Schuh gelangt dabei jedoch nicht in radialen Reibkontakt mit dem Abtriebselement 51. Folglich wird das gesamte Drehmoment, welches zwischen der Nabe 26 und dem Abtriebselement 21 übertragen wird,von der Nabe auf die Bänder 81 und von diesen auf die Blattfedern 83 und schließlich von letzteren auf das Abtriebselement 51 übertragen.

Da das Abtriebselement 51, die Schraubenfeder 50 und der Schuh 80 alle im gleichen Drehsinn umlaufen, ergibt sich kein merklicher Schlupf bzw. keine Relativdrehung zwischen dem Schuh 80

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und der Schraubenfeder 50, so dass der Schuh 80 nicht in der Lage ist, eine unerwünschte Einschnürung der Schraubenfeder zu bewirken oder eine Einschnürung derselben, die stärker ist als diejenige Einschnürung, welche aufgrund der magnetischen' Kuppelung bewegt wird. Ausserdem verhindert der Schuh 80, dass die Schraubenfeder 50 in Kontakt mit der Nabe 26 gelangt und von dieser in unerwünschter Weise zugezogen wird. Dementsprechend wird die maximale Belastung der Schraubenfeder auf einen Wert begrenzt, der auf das magnetisch übertragene Drehmoment bestimmt wird, so dass eine kleine, leichte und billige Feder verwendet werden kann. Ausserdem hat die Schraubenfeder einen geringen Verschleiß, da im wesentlichen keine Relativdrehung zwischen der Schraubenfeder und dem Schuh 80 stattfindet.

Da keine unerwünschte Einschnürung der Schraubenfeder 50 erfolgen kann, greift die Kupplung 10 relativ sanft und weich, ohne dass hohe Drehmomentspitzen auftreten. Ausserdem ist die Kupplung verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Drehzahländerungen und Änderungen des Trägheitsmomentes. Dies hat aber zur Folge, dass die an der Kupplung wirksamen axialen und radialen Druckbelastungen relativ niedrig sind.

Es soll darauf hingewiesen werden, dass der Reibungskoeffizient zwischen der Nabe 26 und den Bändern 81 aus Reibmaterial relativ hoch ist (beispielsweise im Bereich zwischen 0,3 und 0,6). Während der Reibungskoeffizient zwischen der Schraubenfeder 50 und den Bereichen 90 der Blattfedern 83 relativ niedrig ist (beispielsweise kleiner als 0,05). Der niedrige Reibungskoeffizient zwischen der Schraubenfeder 50 und den Blattfedern 83 führt in Verbindung mit der speziellen Anordnung der Schraubenfeder gegenüber den Blattfedern dazu, dass sich mit der Schraubenfeder eine beträchtliche Verstärkung des Drehmoments erreichen läßt, welches in ihr selbst wirksam ist. Wenn sich die Schraubenfeder

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einzuschnüren beginnt, dann ermöglicht der niedrige Reibungskoeffizient zwischen den Blattfedern und den Windungen der Schraubenfeder, dass die einzelnen Windungen der Schraubenfeder in Umfangsrichtung um die Blattfedern herumgleiten, ohne sie mit hoher Reibkraft zu erfassen. Das höchste Drehmoment, mit dem die Schraubenfeder belastet wird, ist an der hintersten Windung 70 derselben wirksam und dem magnetisch erzeugten Drehmoment proportional. Wegen der niedrigen Reibung fällt das Drehmoment für die anschließenden Windungen nicht so schnell ab, wie dies bei hohen Reibkräften der Fall ist, so dass ein grösserer /urteil des Drehmoments als radiale Klemmkraft für das Zusammenziehen des Schuhs wirksam ausgenützt wird.

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Claims

OR-,Νβ. 0.PU-Na-M-SC. U,PU.PHV..DR. O.PU-PHVS.

HÖGER - STELLRECHT - GRiESS3ACH - HAECKER BOEHME

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 43 322 b Anmelder: Warner Electric Brake

k - 177 & Clutch Company

17. Mai 1979 South Beloit, 111.

USA

Patentansprüche

Kupplung mit einem drehbaren, eine Nabe aufweisenden Antriebselement, mit einem um die Drehachse des Antriebselements drehbaren Abtriebselement, mit einem die Nabe umgebenden in radialer Richtung zusammenziehbaren Schuh, mit einer den Schuh umgebenden Schraubenfeder, deren eines Ende drehfest mit dem Abtriebselement verbunden ist, und mit selektiv betätigbaren Betätigungseinrichtungen zum Kuppeln . des anderen Endes der Schraubenfeder mit dem Antriebs element, dadurch gekennzeichnet, dass federnde Kupplungseinrichtungen (83) vorgesehen sind, über die der Schuh (80) und das Abtriebselement (51) drehfest miteinander verbunden sind und die den Schuh (80) bei nicht betätigten Betätigungseinrichtungen (15, 40) in radialer Richtung im Abstand von der Nabe (26) des Antriebselements (23) halten.

Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Kupplungseinrichtungen Blattfedern (83) aufweisen, die an dem Abtriebselement (51) befestigt sind und kragarmförmig von diesem abstehen.

Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfedern (83) Bereiche (87, 90) aufweisen, die in das Innere der Schraubenfeder (50) eingreifen und Bestandteile des Schuhs (80) bilden, und dass der Reibungskoeffizient zwischen der Schraubenfeder (50) und den in sie hineinragenden

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Bereichen (87, 90) der Blattfedern (83) kleiner ist als der Reibungskoeffizient zwischen dem Schuh (80) und der Nabe (26) .

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Bestandteile des Schuhs (80) bildenden Bereichen (90) der Blattfedern (83) Elemente (81) aus Reibmaterial befestigt sind.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfedern (83) in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sind, dass jede Blattfeder

(83) einen ersten im wesentlichen bogenförmigen Bereich

(84) aufweist, der in Umfangsrichtung des Abtriebselements (51) verläuft und ein hinteres Ende (84a) aufweist, welches mit dem Abtriebselement (51) verbunden ist, dass jede Blattfeder (83) ferner einen zweiten, im wesentlichen bogenförmigen Bereich (90) aufweist, der einstückig mit dem vorderen Ende (84b) des ersten Bereichs (84) verbunden, in axialer Richtung gegenüber dem ersten Bereich (84) versetzt und Bestandteil des Schuhs (80) ist und in umfangsrichtung der Nabe (26) verläuft und ein vorderes Ende aufweist, welches vor dem vorderen Ende (84b) des ersten Bereichs (84) der betreffenden Blattfeder (83) angeordnet ist.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (51) im Querschnitt im wesentlichen rund ist, dass das hintere Ende (84a) des ersten Bereichs (84) jeder Blattfeder (83) an einer äusseren Umfangsflache (59) des Abtriebselements (51) befestigt ist, dass in der äusseren Umfangsflache (59) eine Aussparung (86) vorgesehen ist, die sich unterhalb des vorderen Endes (84b) des ersten

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Bereichs (84) jeder Blattfeder (83) befindet und in die das vordere Ende (84b) des ersten Bereichs (84) in radialer Richtung nach innen gegenüber dem hinteren Ende (84a) elastisch auslenkbar ist.

7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Blattfeder (83) einen Zwischenbereich (87) aufweist, der zwischen dem vorderen Ende (84b) des ersten Bereichs (84) und dem hinteren Ende des zweiten Bereichs (90) vorgesehen ist.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (86) in der äusseren Umfangsflache (59) sich bis unter den Zwischenbereich (87) jeder Blattfeder erstreckt.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die selektiv betätigbaren Betätigungseinrichtungen einen Elektromagneten (15) aufweisen, der dem Antriebselement (23) zugeordnet ist und mit dessen Hilfe bei Ansteuerung seiner Erregerwicklung (20) das andere Ende der Schraubenfeder (50) in axialer Richtung in Eingriff mit dem Antriebselement (23) bringbar ist, und dass der Schuh (80) bezüglich des Abtriebselements (51) derart angeordnet ist, dass er in zusammengezogenem Zustand nicht in Reibkontakt mit dem Abtriebselement (51) steht, so dass das gesamte Drehmoment, welches von der Nabe (26) auf den Schuh (80) übertragen wird, über die Kupplungseinrichtungen (83) auf das Abtriebselement (51) übertragbar ist.

10. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (50) mehrere Windungen aufweist und so angeordnet ist, dass sie den Schuh (80) umschlingt und dass keine ihrer Windungen in Kontakt mit

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der Nabe (26) bringbar ist.

11. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schuh (80) als radiales Distanzelement zwischen der Schraubenfeder (50) und der Nabe (26) ausgebildet ist, welches die Innenseite der Schraubenfeder (50) auf der gesamten Länge derselben ausser Eingriff mit der Nabe (26) hält.

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