DE3033140C2

DE3033140C2 - Elektromagnetische Zweistufenkupplung

Info

Publication number: DE3033140C2
Application number: DE3033140A
Authority: DE
Inventors: Karl-Ernst Ing.(grad.) 7305 Altbach Hummel; Gerhard Ing.(grad.) 7000 Stuttgart Streich
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1980-09-03
Filing date: 1980-09-03
Publication date: 1985-06-27
Also published as: US4488627A; DE3033140A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Zweistufenkupplung zum Antrieb von Aggregaten, insbesondere Kältemittelverdichtern in Kraftfahrzeugen, die Elektromagnete sowie eine Mitnehmerscheibe aufweist, die mit Hilfe der Elektromagnete über Ankerscheiben wahlweise mit zwei Riemenrädern unterschiedlichen Durchmessers, die über Keilriemen mit einem Gegenriemenrad in Verbindung stehen, reibschlüssig zum Antrieb einer Aggregatswelle verbindbar ist

Solche elektromagnetische Zweistufenkupplungen sind bekannt. Sie werden vorzugsweise zur Leistungsanpassung von Aggregaten in Kraftfahrzeugen oder Werkzeugmaschinen eingesetzt So ist z. B. aus der DE-OS 23 41 208 eine Kupplung bekannt, bei der ein Mitnehmer auf der Welle eines Verdichters angebracht ist wobei auf dem Mitnehmer eine der beiden vorgesehenen Riemenscheiben direkt gelagert und die andere Riemenscheibe von dieser getragen wird. Die Magnete sind fest am Verdichtergehäuse angebracht und können über Reibungsringe die Verbindung zwischen den Riemenscheiben und dem Mitnehmer herstellen. Nachteilig ist bei den bekannten Bauarten, daß solche Zweistufenkupplungen ein relativ hohes Gewicht aufweisen und relativ groß gebaut werden müssen, da die Anordnung der beiden Riemenräder relativ viel Platz in Anspruch nimmt Die Anbaumöglichkeiten einer solchen Zweistufenkupplung am Aggregat sind daher räumlich stark beschränkt Ein weiterer Nachteil tritt dadurch auf, daß die Mitnehmerscheiben bekannten Bauarten direkt auf der Aggregatswelle gehalten werden, wodurch für diese eine Belastung auftritt die die Lebensdauer der Wellen und dtmit solcher Kupplungen beeinträchtigt.

Del*€rfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zweistufenkupplung zu schaffen, die im Vergleich zu bekannten Kupplungen weniger Platz in Anspruch nimmt und bei der die Belastung der Welle und damit die Verschleißerscheinungen gering gehalten werden können.

Die Erfindung besteht darin, daß die Mitnehmerscheibe in einem Hals des Aggregates abgestützt gelagert und zwischen den beiden Riemenrädern angeordnet ist und daß ein Riemenrad außen am Hals des Aggregates gelagert ist Durch eine solche Anordnung kann Platz gespart werden, weil die Mitnehmerscheibe innerhalb des Umfangs des äußeren Riemenrades angeordnet werden kann. Eine Riemenscheibe wird direkt auf dem Hals eines Aggregates, z. B. eines Verdichters, gelagert. Die andere Riemenscheibe kann auf einem Ansatz, der auf der Mitnehmerscheibe konzentrisch zur Wellenachse gebildet sein kann, gelagert werden. Der eigentliche Mitnehmerteil liegt dann zwischen den beiden Riemenrädern. Die mit der Welle drehfest verbundene Mitnehmerscheibe wird über ein Wälzlager o. dgl. innerhalb des Umfangs des Verdichterhalses zusätzlich gelagert. Dadurch muß die Mitnehmerscheibe zwar das kleine Riemenrad aufnehmen; durch das zusätzliche Lager aber im Verdichterhals kann der Riemenzug des kleinen Rades sowie die Schwingungen und Unwucht der auf der Welle sitzenden Massen aufgenommen und dadurch die Welle geschont werden. Zweckmäßig ist es dabei, wenn das große Riemenrad außen am Aggregathals und das kleine Riemenrad auf einem Ansatz des Mitnehmers gelagert ist.

Der Reibschluß des Mitnehmerteils mit den beiden Riemenrädern erfolgt über Ankerscheiben. Diese können so angeordnet sein, daß die Ankerscheibe für das große Riemenrad an der Mitnehmerscheibe und die Ankerscheibe für das kleine Riemenrad an diesem selbst befestigt wird. Die Ankerscheiben können dabei in bekannter Weise über Membranfedern, die vorgespannt werden, befestigt sein. Dadurch wird sichergestellt, daß bei Reibschluß eines Rades das andere Rad jeweils frei läuft.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Form des großen Riemenrades der Kontur des Magnetkörpers und

die Mitnehmerscheibe weitgehend der Kontur des großen Riemenrades angepaßt ist Dadurch werden zum einen die Wege des Magnetflusses, der von den Elektromagneten ausgeht, so gelenkt, daß eine gro3e Durchflutung der Ankerscheiben gewährleistet ist und außerdem der zwischen den beiden Riemenrädern liegende Raum dadurch klein gehalten werden kann.

Sehr vorteilhaft kann es sein, wenn das große Riemenrad aus zwei Riemenradhälften besteht, wobei die eine Rieme-iradhälfte auf dem Aggregathals mittels Doppellager und die andere Riemenradhälfte innerhalb des Ansatzes der Mitnehmerscheibe gelagert ist Dadurch wird erreicht, daß die beiden Riemenräder in einer Ebene verlaufen, wobei das kleine Riemenrad innerhalb des großen ireilaufenden und zweigeteilten Riemenrades angeordnet ist Eine Hälfte des großen Riemenrades wird innerhalb des Mitnehmeransatzes gelagert und die andere Hälfte auf dem Verdichterhals. Über diese Hälfte wird der Antrieb über Jie Mitnehmerscheibe besorgt Die andere Hälfte des großen Riemenrades dient dabei nur zur Abstützung und Führung des Keilriemens. Die Mitnehmerscheibe kann dabei zwischen der am Verdichterhals gelagerten Hälfte des großen Riemenrad?'; und dem kleinen Riemenrad verlaufen.

Das Gegenriemerii ad, welches über Keilriemen mit den Riemenrädern der Kupplung verbunden ist, kann in vorteilhafter Weise aus zwei in der gleichen Riemenebene ineinander angeordneten Riemenrillen bestehen. Dadurch werden zwei unterschiedliche Übersetzungstufen in einer Riemenebene ermöglicht.

Die Befestigung der Lager für die Riemenräder kann vorteilhaft mittels in diesen ausgestanzten und nach der Lagermontage umgebogenen Laschen erfolgen. Dies stellt eine einfache Möglichkeit dar, die Lager axial zu sichern.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, wie sie in den Figuren dargestellt und im folgenden näher beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 eine elektromagnetische Zweistufenkupplung im Querschnitt,

F i g. 2 eine im Querschnitt dargestellte weitere Ausführungsform einer elektromagnetischen Zweistufenkupplung nach der Erfindung, F i g. 3 ein Gegenriemenrad nach der Erfindung und

F i g. 4 einen Querschnitt durch ein teilweise dargestelltes Riemenrad mit den erfindungsgernäßen Laschen.

. In der F i g. 1 ist ein Verdichtergehäuse mit einem Verdichterhals 16 dargestellt, auf dem die erfindungsgemäße Kupplung teilweise gehalten wird. Die Zweistufenkupplung besteht aus zwei Riemenräderii 2 und 5, zwischen denen der Mitnehmerteil 9a einer Mitnehmerscheibe 9 angeordnet ist.

Der Magnetkörper 6 ist am Verdichter angebracht und mit zwei Magnetspulen 7 und 8 versehen, die zur Umschaltung des Antriebs von einem Riemenrad auf das andere Riemenrad in nicht näher dargestellter Weise von einem Strom durchflossen werden, der ein Ma- eo gnetfeld aufbaut, welches mit den Ankerscheiben 10 und 11 zusammenwirkt Dabei trägt der Verdichter das Gewicht der relativ schweren Magnetkörper mit den Magnetspulen. Im Hals des Verdichters verläuft eine Welle 1, die drehfest mit der Mitnehmerscheibe 9 verbunden ist. Das große Riemenrad 2 ist über Doppellager 3 auf dem Verdichterhals 16 gelagert und kann daher die Welle 1 nicht belasten.

Das kleine Riemenrad 5 ist über ein Lager 4 auf einem Ansatz 9b der Mitnehmerscheibe 9 gelagert Die Welle 1 nimmt somit zwar die Mitnehmerscheibe 9 und das kleine Riemenrad 5 auf; der an diesem aber auftretende Riemenzug sowie die Schwingungen oder eine Unwucht können von einem Stützlager 14, über welches die Mitnehmerscheibe 9 am inneren Umfang des Verdichterhalses 16 gelagert ist, aufgenommen werden. Dadurch kann eine lange Lebensdauer für die Welle 1 erzielt werden, da die oben erwähnten Schwingungen sowie der Riemenzug nicht direkt auf die Welle 1 übertragen werden.

Das große Riemenrad 2 ist unmittelbar vor den Magneten verlaufend angeordnet, wobei zwischen den Magneten und dem Riemenrad bzw. zwischen Riemenrad und Mitnehmerteil, bzw. Ankerscheibe ein kleiner Luftspalt eingehalten wird, um eine freie Bewegung des großen Rades 2 gegenüber den Elektromagneten 7 und 8, bzw. dem Mitnehmerteil, zu erhalten. Um den Durchgriff der Magnetfeldlinien zu erhöhen, sind in dem großen Riemenrad 2 in bekannter Weise Unterbrechungen 17 eingebracht

Der Mitnehmerteil 9a, welcher zwischen dem kleinen Riemenrad 5 und dem großen Riemenrad 2 in einer Ebene unter der Rille zur Aufnahme des nicht gezeigten Keilriemens des großen Riemenrades 2 veriäuft, ist abgewinkelt ausgebildet, so daß er in seinem oberen Bereich einen axialen Abstand zum großen Riemenrad 2 aufweist, in welchem die Ankerscheibe 11 über Membranfedern 13 mit dem Mitnehmerteil 9a verbunden ist. Die Ankerscheibe 10 sowie die Membranfedern 12 für das kleine Riemenrad sind an diesem selbst befestigt und stellen dann, wenn die Spule 8 von einem Strom beaufschlagt wird, eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Mitnehmerteil 9a und dem kleinen Riemenrad 5 her. Um eine bessere Anziehungskraft zwischen der Ankerscheibe 10 und dem Magnet 8 zu erhalten, sind im Mitnehmerteil 9a und in der Ankerscheibe 10 ebenfalls Unterbrechungen i7 vorgesehen, durch die ein besserer Durchgriff der Magnetfeldlinien erreicht wird. Die Membranfedern 13 und 12 sind vorgespannt und sorgen daher in dem Fall, daß die jeweilige Magnetspule nicht vom Strom durchflossen ist dafür, daß entweder das kleine oder das große Riemenrad frei laufen kann.

Eine solche Kupplung, wie sie in der F i g. 1 gezeigt ist, kann deshalb vor allem so platzsparend gebaut werden, weil die Mitnehmerscheibe 9 in einer Ebene innerhalb des großen Riemenrades 2 angeordnet werden kann, was dadurch ermöglicht wird, daß das große Riemenrad selbst außen am Hals des Verdichters innerhalb des Magnetkörpers gelagert ist. Der innerhalb dieses Rades gelegene Raum kann somit ausgenutzt werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispie!, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist, ist eine ebenso günstige, platzsparende Zweistufenkupplung gezeigt, bei der die beiden Riemenräder in einer Ebene gebildet sind. Dies ist in diesem Beispiel dadurch erreicht, daß das große Ricinenrad 2 aus zwei Hälften 2a und 2b gebildet ist, wobei der eigentliche Antrieb über die Riemenradhälfte 2a erfolgt. Die Riemenradhälfte 26 dient lediglich zur Sicherung und Führung des nicht gezeigten Keilriemens und ist zu diesem Zweck über ein Lager 24 innerhalb des Ansatzes 9£> der Mitnehmerscheibe 9 abgestützt. Die zweite Riemeniadhälfte 2a ist ähnlich wie in der ersten Ausführungsform über die Lager 3 am Verdichterhals 16 gelagert und kann daher die Welle 1 nicht belasten. In ihrem vertikalen Verlauf ist die Radhälfte 2a so dem MagnetkörDer 6 und den Magnetsoulen 7 und 8 ansepaßt, daß

immer jeweils nur ein schmaler Spalt zwischen den Magnetspulen und dieser Riemenradhälfte 2a besteht. Wenn dabei die in radialer Richtung einen größeren Abstand von der Welle 1 aufweisende Magnetspule 7 in ihrer Länge etwas kleiner ausgebildet ist als die weiter unten liegende Spule 8, so weist die Riemenradhälfte 2a in einem Bereich zwischen den beiden Magnetspulen 7 und 8 eine Abwinkelung 2c auf, die es ermöglicht, daß der Mitnehmerteil 9a scheibenförmig ausgebildet werden kann. Dabei sind dann die Ankerscheibe 11 und die to Membranfedern 13 wiederum im äußeren Bereich des Mitnehmerteils 9a mit diesem verbunden und stellen eine reibschlüssige Verbindung dann her, wenn die Magnetspule 7 von einem Strom beaufschlagt wird. Das kleine Riemenrad 5 wird wieder über ein Lager 4 auf einem Ansatz 9b der ansonsten gleich wie in Fig. 1 gezeigten Mitnehmerscheibe 9 gehalten, die ihrerseits über ein Lager 14 und einen Reduzierring 15 am Hals 16 des Verdichters abgestützt ist. Auch diese Anordnung ist sehr platzsparend und vermeidet eine übermäßige Belastung der Welle 1.

Die beiden Riemenräder 2 und 5 stehen über Normalkeilriemen und Breitkeilriemen mit einem Gegenriemenrad 20 in Verbindung, welches gemäß der Erfindung, wie aus der F i g. 3 ersichtlich ist, ebenfalls so aufgebaut sein kann, daß die beiden Riemen 25a, 256 in einer Ebene senkrecht zur Wellenachse 23 gehalten sind.

Zu diesem Zweck ist das Gegenriemenrad 20 aus zwei Hälften 20a und 206 zusammengesetzt, welche auf einer gemeinsamen Welle 23 gelagert sind. Im äußeren Bereich sind die beiden Hälften 20a und 206 voneinander weg aufgebogen und bilden einen Winkel miteinander, der zur Aufnahme sowohl des inneren als auch des äußeren Keilriemens dient. Zusammen mit der Kupplung kann daher eine sehr raumsparende Antriebsart erreicht werden.

Aus der F i g. 4 ist zu erkennen, wie in sehr einfacher und wirkungsvoller Weise die Lager 4 und 3 in ihrer Position axial gesichert sein können. Dies kann dadurch 40 geschehen, daß an entsprechenden Stellen an den Rädern 2 und 5 Laschen 18 eingestanzt sind, die nach der Montage der Lager nur umgebogen zu werden brauchen, was dann wiederum den sicheren axialen Sitz der Lager zur Folge hat 45

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Elektromagnetische Zweistufenkupplung zum Antrieb von Aggregaten, insbesondere Kältemittelverdichtern in Kraftfahrzeugen, die Elektromagnete sowie eine Mitnehmerscheibe aufweist, die mit Hilfe der Elektromagnete über Ankerscheiben wahlweise mit zwei Riemenrädern unterschiedlichen Durchmessers, die über Keilriemen mit einem Gegenriemenrad in Verbindung stehen, reibschlüssig zum Antrieb einer Aggregatswelle verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (9) in einem Hals (16) des Aggregats abgestützt gelagert (Lager 14) und zwischen den beiden Riemenrädern (2,5) angeordnet ist und :laß ein Riemenrad außen am Hals (16) des Aggregats gelagert ist.

2. Elektromagnetische Zweistufenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das große Riemenrad (2) außen am Aggregathals (16) und das kleine Riemenrad (5) auf einem Ansatz (9b) der Mitnehmerscheibe (9) gelagert (Lager 3,4) ist.

3. Elektromagnetische Zweistufenkupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerscheiben (11,10) für das große Riemenrad (2) an der Mitnehmerscheibe (9) und für das kleine Riemenrad (5) an diesem selbst befestigt sind.

4. Elektromagnetische Zweistufenkupplung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des großen Riemenrades (2) der Kontur des Magnetkörpers (6) und die Mitnehmerscheibe (9) weitgehend der Kontur des großen Riemenrades (2) angepaßt ist.

5. Elektromagnetische Zweistufenkupplung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das große Riemenrad (2) aus zwei Riemenradhälften (2a, 2b) besteht, wobei die eine Riemenradhälfte (2a) auf dem Aggregathals (16) mittels Doppellager (3) und die andere Riemenradhälfte (2b) innerhalb des Ansatzes (9b) der Mitnehmerscheibe (9) gelagert (Lager 24) ist.

6. Elektromagnetische Zweistufenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenrillen (25) der Riemenräder (2,5) in einer Ebene konzentrisch zueinander angeordnet sind.

7. Elektromagnetische Zweistufenkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenriemenrad (20) aus zwei in der gleichen Riemenebene ineinander angeordneten Riemenrillen (21, 22) besteht.

8. Elektromagnetische Zweistufenkupplung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Lager (3,4) der Riemenräder (2,5) mittels in diesen ausgestanzten und nach der Lagermontage umgebogenen Laschen (18) erfolgt.