DE3005729A1

DE3005729A1 - Elektromechanisch betaetigte bandkupplung

Info

Publication number: DE3005729A1
Application number: DE19803005729
Authority: DE
Inventors: Kwang Yew
Original assignee: Canadian Fram Ltd
Current assignee: Canadian Fram Ltd
Priority date: 1979-03-16
Filing date: 1980-02-15
Publication date: 1980-09-18
Also published as: GB2044371B; US4271948A; CA1145692A; BR8001529A; KR830002169A; GB2044371A; FR2451507A1; JPS55126130A; IT1129623B; IT8020517A0

Description

Elektromechanisch betätigte Bandkupplung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanisch betätigte Bandkupplung.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß das Motorkühlgebläse nur über einen relativ geringen Anteil der Zeit betrieben werden muß, während der sich der Fahrzeugmotor in Betrieb befindet. Wenn sich das Gebläse im Betrieb befindet, wenn es nicht erforderlich ist, wird die zum Antrieb des Gebläses benötigte Energie verschwendet, wodurch der Treibstoffverbrauch ansteigt. Es ist daher wünschenswert, eine Kupplung vorzusehen, die eine Rotation des Gebläses zusammen mit dem Motor bewirkt, wenn die Kühlwirkung des Gebläses benötigt wird, die jedoch das Gebläse vom Motor trennt, wenn keine Kühlung erforderlich ist. Eine derartige Kupplung ist beispielsweise in den amerikanischen Patentanmeldungen 900 829 vom 28. April 1978 und 951 103 vom 13. Oktober 1978 beschrieben. In beiden Anmeldungen ist eine elektromechanische Kupplung offenbart, die ein flexibles Bandelement umfaßt, das die Antriebsverbindung zwischen dem angetriebenen und treibenden Element der Kupplung herstellt.

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Für die flexiblen Bandelemente, die in den Kupplungen der vorstehend erwähnten Anmeldungen Verwendung finden, ist es von Bedeutung, daß sie aus einem magnetischen Material hergestellt werden müssen, das relativ unflexibel ist. Ein flexibleres Material würde jedoch ein besseres Umschlingen des Bandes um das Antriebselement herum ermöglichen und auf diese Weise ein höheres DrehmomentübertraguncTsvermögen der Kupplung bewirken. Darüber hinaus wird durch ein flexibleres Band die elektromagnetische Kraft geringer, die zum Halten des Bandes gegen das Antriebselement erforderlich ist, wodurch bei gleicher Größe der elektromagnetischen Kraft ein höheres Drehmoment übertragen werden kann. Ein anderes Problem bei einem unflexiblen Band besteht darin, daß die Herstellung des Bandes zu der Form des Antriebselementes, mit dem es in Eingriff treten muß, relativ schwierig ist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektromechanisch betätigte Bandkupplung zu schaffen, die ein flexibles Bandelement aufweist, um auf diese Weise eine bessere Umschlingung des Bandes um das Antriebselement herum möglich zu machen und dadurch der Kupplung ein besseres Drehmomentübertragungsvermögen zu verleihen.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine elektromagnetisch betätigte Bandkupplung zur Verfugung zu stellen, bei der verschiedene Abschnitte des Bandes aus verschiedenen Materialien hergestellt werden können, um dadurch Materialien so auswählen zu können, daß

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sich an einem Ende des Bandes ein besserer Verschleiß und am anderen Ende des Bandes bessere magnetische Eigenschaften ergeben.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Band für eine elektromechanisch betätigte Bandkupplung zur Verfugung zu stellen, das leichter hergestellt werden kann als diejenigen Bänder, die mittels eines einzigen kontinuierlichen Elementes die Kupplung vollständig umhüllen müssen.

Zum Erreichen dieser Ziele schlägt die Erfindung eine elektromechanisch betätigte Bandkupplung vor, die zwei koaxiale, relativ zueinander drehbare Elemente aufweist, welche ein treibendes Element und ein getriebenes Element umfassen, ein um eines der Elemente herum geschlungenes Band, elektromagnetische Einrichtungen, die von dem einen Element getragen werden, um das Band in treibenden Eingriff mit dem einen Element zu drücken, und Einrichtungen, die das Band in treibenden Eingriff mit dem anderen Element bringen. Die Kupplung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Band mindestens zwei in Umfangsrichtung beabstandete bogenförmige Segmente und eine Segmentverbindungs— einrichtung zum Verbinden der bogenförmigen Segmente aufweist.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 eine in Axialrichtung geführte Querschnittsansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kupplungs- und Gebläseeinheit;

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1; und

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des inneren Bandelementes, das bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kupplung Verwendung findet.

Die in Fig. 1 mit der Bezugsziffer 10 versehene Kupplungs- und Gebläseeinheit umfaßt ein Antriebselement 12, das in einem Flansch 14 endet, der eine Verbindung mit dem Fahrzeugmotor (nicht gezeigt) herstellt, so daß das Antriebselement 12 durch den Betrieb des Motors in Umdrehungen versetzt wird. Das andere Ende des Antriebselementes 12 trägt eine Schleifringeinheit, die mit der Bezugsziffer 15 versehen ist. Die Schleifringeinheit umfaßt ein Element 16, das drehfest mit dem Antriebselement 12 verbunden ist, und ein Schleifelement 18, das so montiert ist, daß sich das Element 16 relativ zum Element 18 drehen kann. Anschlußdrähte 20,22 erstrecken sich jeweils von den Elementen 18 und 16, so daß eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlußdrähten 20 und 22 über die Elemente 16 und 18 der Schleifringeinheit 15 hergestellt wird.

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Der Anschlußdraht 20 ist an geeignete Matortemperatur- und/oder Drucksensoren bekannter Bauart angeschlossen. Da diese Sensoren herkömmlich ausgebildet sind, werden sie im einzelnen hier nicht beschrieben. Der Anschlußdraht 22 ist im Kanal 23 des Antriebselementes 12 geführt.

Das Antriebselement 12 trägt des weiteren einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Spulenkörper 24, der aus magnetischem Material besteht und so montiert ist, daß er sich zusammen mit dem Antriebselement 12 dreht. Der Spulenkörper 24 umfaßt zwei axial beabstandete, sich in Umfangsrichtung erstreckende Polstückabschnitte 26,28, die das Antriebselement 12 umschreiben und derart zusammenwirken, daß sie zwischen sich einen Hohlraum 30 begrenzen. Eine elektromagnetische Spule umfaßt Wicklungen 32, die im Hohlraum 30 angeordnet und in Umfangsrichtung um das Antriebselement 12 herum gewickelt sind. Die Wicklungen 32 sind mit dem Anschlußdraht 22 verbunden, so daß bei Übertragung eines elektrischen Signales durch den Anschlußdraht 20 elektrischer Strom über den Anschlußdraht 20, den Schleifring 15 und den Anschlußdraht 22 der Spule 32 zugeführt wird.

An einem Lager 34, das zwischen dem Spulenkörper 24 und der Schleifringeinheit 15 am Antriebselement 12 angeordnet ist, ist ein angetriebenes Element 36 montiert, so daß es sich relativ zum Antriebselement 12 drehen kann. Gebläseflügel 40 sind über Bolzen 38 am

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angetriebenen Element 36 befestigt, so daß die Gebläseflüciel 40 zusammen mit dem angetriebenen Element 36 rotieren. Es versteht sich von selbst, daß weitere Gebläseflügel 40 in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander in bekannter Weise um das angetriebene Element 36 herum angeordnet sind. Das angetriebene Element 36 umfaßt des weiteren einen sich in Axialrichtung erstreckenden Abschnitt 42, der von dem angetriebenen Element 36 vorsteht und die Polstückabschnitte 26 und 28 des Spulenkörpers 24 umgibt. Die innere Umfangsfläche 44 des Abschnittes 42 wirkt mit den äußeren Umfangsrändern 46,48 der Polstückabschnitte 26 und 2B zusammen, so daß dazwischen ein Spalt 50 aufrechterhalten wird. Ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes Band 52 ist im Spalt 50 vorgesehen.

Das Band 52 weist ein inneres Bandelement 54 und ein äußeres Bandelement 56 auf. Das innere Bandelement 54 umfaßt in Umfangsrichtung beabstandete, sich bogenförmig erstreckende Segmente 58,60 und 62. Diese bogenförmigen Segmente sind aus elektromagnetischem Material hergestellt und so geformt, daß sie an die äußeren Umfangsflächen der Polstückabschnitte 46,48 angepaßt sind. Die bogenförmigen Segmente 58,60 und 62 sind über flexible Verbindungssegmente 64,66 miteinander verbunden. Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, verbindet das Verbindungssegment 64 ein Ende des bogenförmigen Segmentes 58 mit einem benachbarten Ende des bogenförmigen Segmentes 60, während das flexible Segment 66 das

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andere Ende des bogenförmigen Segmentes 60 mit dem benachbarten Ende des Segmentes 62 verbindet. Die flexiblen Verbindungssegmente 64,66 sind aus relativ flexiblem, nichtmagnetischen Material her-

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gestellt, so daß eine radiale Relativbewegung zwischen den bogenförmigen Segmenten 58,60 und 62 zulassen. Anstelle der getrennten Verbindungssegmente 64 und 66 kann auch ein einziges verbindendes Felgenelement Verwendung finden, um alle bogenförmigen Segmente 58,60, und 62 miteinander zu verbinden, wie am besten bei einer anderen Ausführungsform des inneren Bandelementes in Fig. 3 gezeigt ist, in der das Felgenelement oder das Band 164 die bogenförmigen Segmente 158,160 und 162 miteinander verbindet. In jedem Falle überbrücken die bogenförmigen Segmente 58,60 und 62 den Hohlraum 30, in dem die aus Wicklungen 32 bestehende Magnetspule angeordnet ist. Naturgemäß können je nach Anwendungszweck auch mehr oder weniger als drei bogenförmige Elemente vorgesehen sein.

Das äußere Bandelement 56 umfaßt einen Streifen aus elastischem, nichtmagnetischen Material 68 und einen entsprechenden Streifen aus Reibmaterial 70, der mit der äußeren Umfangsflache des Streifens 6ü verbunden ist. Der Streifen aus dem Reibmaterial 70 kann von bekannter Bauart sein. Ein Anschlag 72 steht in Radialrichtung von der äußeren Umfangsflache des bogenförmigen Segmentes 58 vor, und zwar zu demjenigen Ende desselben benachbart, das dem Ende gegenüberliegt, an dem das Verbindungssegment 64 befestigt ist. Der Vorsprung oder Anschlag 72 befindet sich mit einem entsprechenden

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Schlitz in Eingriff, der im Streifen 68 des äußeren Bandelementes 56 vorgesehen ist, so daß auf diese Weise das innere und äußere Bandelement zur Übertragung von Antriebskräften miteinander verbunden sind. Die Enden des inneren und äußeren Bandelementes, die denjenigen Enden gegenüberliegen, die den Anschlag 72 und den entsprechenden Schlitz tragen, sind frei, um eine radiale Relativbewegung zwischen den Bandelementen zuzulassen.

Der Streifen des elastischen Materials 6b nimmt eine entspannte oder freie Form ein, die von der bogenförmigen Form des bpaltes verschieden ist. Wenn daher das innere und äußere Bande!ernent im Spalt 50 installiert werden, wird durch die Elastizität des Streifens 68 das Reibmaterial 70 in Reibeingriff mit dem angetriebenen Element 36 gedrückt.

Die verschiedenen Bestandteile des Kupplungsmechanismus 1U sind in den Figuren in der Lage dargestellt, die sie im ausgerückten Zustand der Kupplung einnehmen. In diesem Zustand wird das Antriebselement 12 naturgemäß vom Motor angetrieben, während das angetriebene Element 36 nicht angetrieben wird, da keine Triebverbindung zwischen dem Antriebselement 12 und dem angetriebenen Element 36 besteht. Aufgrund des Lagers 34 kann das Antriebselement 12 rotieren, ohne das angetriebene Element 36 anzutreiben, es sei denn, der Kupplungsmechanismus wäre

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eingerückt. Wenn die vorstehend erwähnten Temperatur- und/oder Drucksensoren (nicht gezeigt) einen Motorbetriebszustand erfühlen, der einen Betrieb des Motorkühlgebläses erforderlich macht, wird ein elektrisches Signal durch die Anschlußdrähte 20 und 22 geleitet, um die die Wicklungen 32 umfassende Spule zu erregen. Wenn dies geschieht, bewirkt der in dem von den Polstückabschnitten 26,28 und den bogenförmigen Segmenten 58,60,62 des inneren Bandelementes 54 gebildeten Magnetkreis erzeugte Magnetfluß eine radiale Bewegung des inneren Bandelementes in Richtung auf die Polstücke 26,28 zu (Fig. 1 und 2). Folglich werden die Innenränder der Segmente 58,60,62 in Eingriff mit den äußeren Umfangsrändern 46,48 der Polstückabschnitte 26,28 gebracht.

Die infolge des Eingriffs des inneren Bandelementes 54 mit dem Antriebselement 12 auf das innere Bandelement ausgeübten Kräfte werden über den Anschlag 70 und den entsprechenden Schlitz im Streifen 68 auf das äußere Bandelement 56 übertragen. Aufgrund der Elastizität des Streifens 68 wird das Reibmaterial 70 gegen das angetriebene Element 36 mit einer vorgegebenen Kraft unter Vorspannung gesetzt. Das Reibmaterial 70 wird daher mit einer vorgegebenen Kraft gegen das angetriebene Element 36 gepreßt.

Aufgrund der Übertragung der Kräfte zwischen dem inneren und äußeren Bandelement 54 und 56 entsteht eine dem Fachmann bekannte Servowirkung, gemäß der eine relativ geringe Betätigungskraft durch die Schlingwirkung der Bandelemente mehrfach multipliziert wird. Die Kraft, mit der der Streifen 64 gegen das angetriebene

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Element 36 gedrückt wird, ist daher eine Funktion dieser vervielfachten Betätigungskraft. Da die zum Erreichen eines Schleifzustandes zwischen dem Streifen des Reibmaterials 70 und dem angetriebenen Element 36 erforderliche Kraft eine Funktion der Belastungskraft ist,tritt ein derartiger Schleifzustand zwischen dem Reibmaterial 70 und dem angetriebenen Element 36 bei Einrücken der Kupplung auf, wenn die übertragenen Drehmomentwerte größer sind als ein vorgegebenes Maximum. Folglich tritt kein Schleifzustand zwischen den Segmenten 58,60 und 62 und den Polstücken 36,3H auf, wodurch ein vorzeitiger Verschleiß dieser Bestandteile vermieden wird, der durch einen derartigen Schleif zustand hervorgerufen werden könnte.

Da sich die bogenförmigen Segmente 58,60,62 über relativ kurze bogenförmige Segmente der Palstückabschnitte 46,48 erstrecken, können sie in einfacher Weise so hergestellt werden, daß ihre inneren Umfangsflächen an die Form der äußeren Umfangsfläche der Polstückabschnitte angepaßt sind. Eine Übereinstimmung zwischen dem Band und den Polstückabschnitten zu sichern, ist relativ schwierig, wenn sich das Band über einen beträchtlichen Abschnitt der Umfangslängen der Polstückabschnitte erstreckt, ist jedoch relativ einfach, wenn die bogenförmigen Segmente voneinander getrennt sind und sich über einen relativ geringen Anteil der Umfangsfläche erstrecken. Des weiteren wird durch die zwischen den bogenförmigen Segmenten 58,60 und 62 durch die Verbindungsserjmente 64,66 erreichte Flexibilität der Hüllvorgang des Bandes um die

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Polstückabschnitte verbessert, da die zwischen den Segmenten zugelassene Relativbewegung gestattet, daß jedes Segment mit seinem Abschnitt der äußeren Umfangsfläche der Polstückabschnitte in Eingriff treten kann, so daß ein punktförmiger Kontakt vermieden wird, der die Halte- und Hüllkräfte verringert. Das Band kann sich des weiteren infolge der Flexibilität des inneren Bandelementes 54 aufgrund der getrennten Segmente, die durch die Verbindungssegmente miteinander verbunden sind, an den Spalt anpassen, wenn die Kupplung ausgerückt ist, so daß auf diese Weise ein widerstandsfreier Betrieb der Kupplung während der Trennung des Gebläses gesichert wird. Schließlich können die getrennten bogenförmigen Segmente 5d,60,62 aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Beispielsweise wird die durch den Eingriff des bogenförmigen Elementes 62 mit dem Polstückabschnitt erzeugte Kraft aufgrund der Schlingwirkung des Bandes einige Male multipliziert. Es ist daher von Bedeutung, daß das Segment 62 aus einem Material hergestellt wird, das gute magnetische Eigenschaften besitzt. Andererseits können die Segmente 60 und 62 aus einem billigeren Material oder aus einem Material mit besseren Verschleißeigenschaften als das bogenförmige Segment 62 hergestellt werden.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Elektromechanisch betätigte Bandkupplung mit zwei koaxial fin, relativ zueinander drehbaren Elementen, die ein Antriebseiement und ein angetriebenes Element umfassen, einem Uand, das um eines der Elemente herum geschlungen ist, elektromagnetischen Einrichtungen, die von einem Element getragen werden, um das Band in treibenden Eingriff mit dem einen Element zu drücken, und Einrichtungen, die das Band in treibenden Eingriff mit dem anderen Element bringen, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (52) mindestens zwei in Umfangsrichtung beabstandete bogenförmige Segmente (56,60,62) und Segmentverbindungseinrichtungen (64,66) zum Verbinden der bogenförmigen Elemente aufweist.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Segmentverbindungseinrichtungen (64,66) aus elastischem Material hergestellt sind, um eine Relativbewegung zwischen den bogenförmigen Elementen (bö,6Q,62) zu gestatten.

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3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentverbindungseinrichtungen (64,66) aus nichtmagnetischem Material und die bogenförmigen Segmente (58,60,62) aus magnetischem Material hergestellt sind.
4. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ zueinander drehbaren Elemente (12,36) innere und äußere, radial zueinander versetzte gekrümmte Abschnitte (24,42) aufweisen, die zwischen sich einen Spalt (50) bilden, daß das Band (52) in dem Spalt (50) angeordnet ist und daß die Krümmung der bogenförmigen Segmente (58,60,62) an die Krümmung von einem (24) der radial zueinander versetzten Abschnitte angepaßt ist, so daß die bogenförmigen Segmente mit dem einen radial versetzten Abschnitt in Eingriff treten können, wenn die Kupplung eingerückt ist.
5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Segmente (58,60,62) jeweils innere und äußere gekrümmte Oberflächen aufweisen, wobei eine der Oberflächen eines jeden bogenförmigen Segmentes dem einen radial versetzten Abschnitt (24) zugewendet ist, und daß die Segmentverbindungseinrichtungen (64,66) an den anderen Oberflächen der bogenförmigen Segmente befestigt sind.

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6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dt^r eine gekrümmte Abschnitt (24) ein Teil des einen Elementes (12) ist, daß die radial innere Überfläche der Segmente mit dem einen Abschnitt in Eingriff tritt, wenn die Kupplung eingerückt ist, und daß die Segmentverbindungseinrichtungen von dem einen Element durch die bogenförmigen Segmente getrennt sind.
7. Kupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentverbindungseinrichtungen ein bogenförmiges Element (164) umfassen, das mindestens einen Abschnitt jedes Segmentes umschreibt und mit diesem verbunden ist.
8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentverbindungseinrichtungen Verbindungssegmente (64,66) umfassen, die zueinander benachbarte bogenförmige Segmente (58,60,62) miteinander verbinden.

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