EP1472469A1 - Elektromagnetisch betätigbare reibungskupplung oder-bremse - Google Patents

Elektromagnetisch betätigbare reibungskupplung oder-bremse

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EP1472469A1
EP1472469A1 EP03737303A EP03737303A EP1472469A1 EP 1472469 A1 EP1472469 A1 EP 1472469A1 EP 03737303 A EP03737303 A EP 03737303A EP 03737303 A EP03737303 A EP 03737303A EP 1472469 A1 EP1472469 A1 EP 1472469A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
guide ring
friction clutch
armature disk
brake according
friction
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03737303A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen PESCHECK
Helmut Fronius
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP1472469A1 publication Critical patent/EP1472469A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F16D27/10—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings
    • F16D27/108—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings with axially movable clutching members
    • F16D27/112—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings with axially movable clutching members with flat friction surfaces, e.g. discs
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    • F16D2121/20—Electric or magnetic using electromagnets
    • F16D2121/22—Electric or magnetic using electromagnets for releasing a normally applied brake
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    • F16D2125/38—Helical cams, Ball-rotating ramps with plural cam or ball-ramp mechanisms arranged concentrically with the brake rotor axis
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2127/00—Auxiliary mechanisms
    • F16D2127/08—Self-amplifying or de-amplifying mechanisms
    • F16D2127/10—Self-amplifying or de-amplifying mechanisms having wedging elements

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetically actuated friction clutch or brake according to the preamble of the main claim.
  • the contact pressure with which the axially movable armature disc is pressed against a friction surface of the output flange in the closed state of the friction clutch or brake is by a passive biasing means, such as. B. generated by a permanent magnet or a spring system.
  • the electromagnet is used to release the friction clutch or brake, i.e. H. for lifting the armature disk from the output flange.
  • the electromagnet is switched on, the armature disk is pulled against a guide ring of the electromagnet, which can be driven in rotation in the case of the clutch and is stationary in the case of the brake.
  • the advantage of this design is that the brake or clutch is reliably closed in the event of a power cut or power failure. In addition, electrical power is only consumed when it is ventilated.
  • Such a friction clutch or brake is disclosed in DE 26 38 944 AI.
  • a fundamental problem with this type of construction is that the magnetic force of the electromagnet has to overcome the passive pre-tensioning force, ie the spring force or the force of the permanent magnet, as well as internal frictional forces.
  • the level of the passive preload is determined by the torque to be transmitted between the armature disk and the output flange by friction.
  • In the closed state of the brake or clutch there is an axial Air gap between the guide ring of the electromagnet and the armature disk, which generates a magnetic resistance that is greater the larger the air gap.
  • the aim is to allow the largest possible air gap.
  • a large air gap requires a correspondingly strong electromagnet, which leads to a high weight and volume of the clutch or brake.
  • the invention has for its object to provide an electromagnetically actuated friction clutch or brake, which is suitable for transmission of high torques with a small space and weight, and it can be reliably released electromagnetically even with a large air gap.
  • the torque transmission between the guide ring and the armature disk takes place by several axially between the armature disk and the guide ring in one radius.
  • richly arranged entrainment elements which are arranged in assigned receiving areas of the armature disk and the guide ring.
  • each entrainment element also transmits an axial force component from the guide ring to the armature disk via a slope inclined from the direction of rotation. The geometry of the slope determines the direction of the line of action of the force and thus the ratio of the tangential to the axial force component.
  • the axial force component on the armature disk has the same direction as the axial force exerted on the armature disk by the passive prestressing means, so that a force amplification occurs which increases the torque that can be transmitted between the armature disk and the output flange.
  • the driving elements are designed as pins which are firmly connected to the guide ring and each have a beveled, preferably frustoconical or truncated cone, which plunge into recessed receiving areas of the armature disk.
  • the driving elements are balls which are held with a certain play between the recessed receiving areas of the armature disk and the guide ring.
  • the recessed receiving areas of the armature disk and / or guide ring taper conically in the axial direction.
  • the conical depressions which, for. B. can be drilled conically or can also be produced by cold forming, and the rotationally symmetrical entrainment elements can then be transmitted not only tangential and axial, but also radial forces between the guide ring and the armature disk.
  • This enables the armature disk to pass radially through secure the drive elements on the guide ring so that no separate bearing has to be provided for the armature disk.
  • the armature disk Under the action of a torque, the armature disk is centered in relation to the guide ring.
  • the elimination of the armature disk bearing initially saves installation space, weight and costs. Another important advantage is that no drag torque is transmitted between the output flange and armature disk, which is undesirable in some applications.
  • the production of the recessed receiving areas by cold forming offers the advantage that the surface of the armature disk or the guide ring is solidified in the area of the driving elements and therefore has a higher wear resistance.
  • the service life or number of possible circuits can also be increased by surface hardening of the receiving areas.
  • the armature disk and / or the guide ring can also be provided with bushings which have the recessed receiving areas.
  • a defined load distribution between the individual driving elements is achieved if exactly three driving elements are evenly distributed.
  • the entrainment elements radially within the friction surface.
  • the outer radius areas are available for the friction surface, so that a high torque can be transmitted.
  • the tangential force transmitted by the entrainment elements is greater, the smaller the radius range in which the entrainment elements are arranged. Since the induced thrust force is proportional to the tangential force torque ⁇ is gain of the clutch or brake to the greater the GroE ß is the diameter ratio of the friction surface and the radius area of the driving element.
  • the system can be further optimized in that the driving elements made of non-magnetic material, eg. B. ceramic, plastic, stainless steel, are made.
  • non-magnetic material eg. B. ceramic, plastic, stainless steel
  • a friction clutch according to the invention differs from a friction brake according to the invention in that the guide ring is rotatably mounted and is connected to a drive member, whereas it is fixed in the friction brake.
  • a friction clutch according to the invention is particularly suitable for driving a cooling water pump of an internal combustion engine, since in the released state it does not transmit a drag torque and an undesired coolant volume flow is avoided.
  • FIG. 1 is an exploded view of the friction clutch of FIG. 1,
  • Fig. 4 is an exploded view of the friction clutch according to Fig. 3 and Fig. 5 is an enlarged view of a driving element arranged between the armature plate and guide ring
  • Fig. 1, 2 denotes the armature disk, which can be moved axially by the amount of the gap s between the guide ring 4 and the output flange 6.
  • the magnetic coil 8 is fixedly installed together with the magnetic body 10 in the housing, which is not shown completely.
  • the guide ring 4 is rotatably supported by the bearing 12.
  • the guide ring has an outer cylindrical part 14 and an inner cylindrical part 16, which each enclose the magnetic body 10 inside and outside in a radial air gap 18, 20.
  • the guide ring 4 has a ring 18 made of non-magnetic material on the side facing the armature disk. Radially inside and outside of this ring 18, magnetic poles form on the guide ring, which attract the armature disk 2 when the magnet coil 8 has current flowing through it.
  • the guide ring 4 has several evenly distributed
  • the pin 30 has a frustoconical tip 32, which dips into a conical bore 34 (FIG. 2) of the armature disk.
  • the pins 30 are used for torque transmission between the guide ring and the armature disk and for the radial fixation of the armature disk on the guide ring, so that no separate bearing is required for the armature disk. If a torque is transmitted between the guide ring 4 and the armature disk 2, the interaction of the frustoconical tip 32 with the bore 34 means that the line of action of the transmitted force has a tangential and an axial component dependent thereon. The axial component presses the armature disk 2 in addition to the axial force of the springs 20 against the friction surface 22 of the output flange 6.
  • the springs 20 thus press the armature disk 2 against the output flange 6.
  • the torque introduced into the guide ring 4 is conducted to the output flange 6 via the pins 30 and the armature disk 2.
  • a torque is generated that depends only on the spring force and the friction coefficient of the friction surfaces 22, 24 of the output flange and armature disk. This initial moment is now supported on the pins 30.
  • a force component in the axial direction goes along with the introduced tangential force. This force component has the same direction as the spring force and thus reinforces the axial force that the armature disk against the output flange suppressed.
  • the torque that can now be transmitted is significantly higher than the initial torque.
  • the axial prestressing force on the armature disk 2 is generated in the embodiment according to FIGS. 3 and 4 by a single central coil spring 36.
  • Three evenly distributed balls 38 serve as entrainment elements between the guide ring and the armature disk 2, which balls are neither firmly connected to the guide ring 4 nor to the armature disk 2.
  • Both the guide ring 4 and the armature disk 2 have conical, recessed receiving areas 40, 42, between which the balls 38 are held movably.
  • the conical recess 42 in the armature disk 2 is produced by cold forming, while a bushing 44 is inserted in the guide ring 4.
  • the balls 38 have the possibility of their own movement both when closing and when opening the clutch, which results in favorable friction conditions and good efficiency.
  • the mode of operation is otherwise identical to the arrangement described above.
  • the output shaft 46 is also shown, which is non-rotatably seated in the hub 26 of the output.
  • the cover 48 connected to the guide ring 4 closes off the coupling from the outside.
  • FIG. 5 shows an enlarged ball 38 which sits between two conical depressions of the guide ring 4 and the armature disk 2.
  • the armature disk 2 is not on output flange 6 shown, so that a torque is transmitted between the armature disk 2 and the output flange 6.
  • the force transmitted between the armature disk 2 and the guide ring 4 is represented by the vector 40, which has a tangential component 52 and an axial component 54 dependent thereon.
  • the tangential component 52 depends directly on the torque transmitted between the armature disk and the guide ring
  • the axial component 54 which is dependent thereon increases the contact pressure between the armature disk 2 and the output flange 6. It has been shown that good torque amplification can be achieved without the risk of jamming , if values between 45 ° and 120 ° are selected for the cone angle, ß of the recesses in the armature plate 2 and the guide ring 4. From Fig. 5 it can also be seen that the function is guaranteed even if a harder material is used for the ball as for the ball seats and this results in a plastic deformation in the ball seats during power transmission. The function is also guaranteed if a softer material is used for the balls than for the ball seats and the balls deform elastically during power transmission.

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Abstract

Es wird eine nach dem Ruhestrom-Prinzip arbeitende, elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung oder -bremse vorgeschlagen, bei welcher bei abgeschaltetem Elektromagneten ein Drehmoment zwischen einer Ankerscheibe 2 und ei­nem Abtriebsflansch 6 reibschlüssig übertragen wird. Erfindungsgemäss wird die von einem passiven Vorspannmit­tel 20 erzeugte, auf die Ankerscheibe 2 wirkende Axial­kraft dadurch verstärkt, dass zwischen der Ankerscheibe 2 und einem Leitring 4 Mitnahmeelemente 30, 32 angeordnet sind, welche jeweils eine Kraft zwischen dem Leitring 4 und der Ankerscheibe 2 übertragen, deren Vektor eine tan­gentiale und eine davon abhängige axiale Komponente auf­weist, welche die Ankerscheibe 2 zusätzlich zur Vorspannkraft gegen die Reibfläche des Abtriebsflansches 6 presst.

Description

Elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung oder -bremse
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätig- bare Reibungskupplung oder -bremse nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs .
Bei einer solchen Reibungskupplung oder -bremse wird die Anpresskraft, mit der die axial bewegbare Ankerscheibe im geschlossenen Zustand der Reibungskuppung oder -bremse gegen eine Reibfläche des Abtriebsflansches gepresst wird, von einem passiven Vorspannmittel, wie z. B. von einem Permanentmagneten oder einem Federsystem, erzeugt. Der Elektromagnet dient zum Lüften der Reibungskupplung oder -bremse, d. h. zum Abheben der Ankerscheibe von dem Abtriebsflansch. Bei eingeschaltetem Elektromagneten wird die Ankerscheibe gegen einen Leitring des Elektromagneten gezogen, der im Falle der Kupplung drehantreibbar und im Falle der Bremse feststehend ist. Der Vorteil dieser Bauart liegt darin, dass die Bremse bzw. Kupplung bei Stromabschaltung oder -ausfall zuverlässig geschlossen wird. Zudem wird nur im gelüfteten Zustand elektrischer Strom verbraucht. Eine derartige Reibungskupplung oder -bremse ist in der DE 26 38 944 AI offenbart.
Ein grundsätzliches Problem bei dieser Bauart ist, dass zum Lüften die Magnetkraft des Elektromagneten die passive Vorspannkraft, also die Federkraft oder die Kraft des Permanentmagneten, sowie interne Reibungskräfte über- winden muß. Die Höhe der passiven Vorspannkraft wird bestimmt durch das zwischen Ankerscheibe und Abtriebsflansch durch Reibung zu übertragende Drehmoment. Im geschlossenen Zustand der Bremse bzw. Kupplung ergibt sich ein axialer Luftspalt zwischen dem Leitring des Elektromagneten und der Ankerscheibe, welcher einen magnetischen Widerstand erzeugt, der um so größer ist, je größer der Luftspalt ist. Aus Gründen der Verschleißreserve und aufgrund von Toleran- zen wird angestrebt, einen möglichst großen Luftspalt zuzulassen. Ein großer Luftspalt erfordert jedoch einen dementsprechend starken Elektromagneten, der zu einem hohen Gewicht und Bauvolumen der Kupplung bzw. Bremse führt.
Aus der DE 30 36 091 C2 ist eine nach dem Ruhestrom- Prinzip arbeitende elektromagnetisch lüftbare Bremse bekannt, bei der das Bremsmoment auf ein Rampensystem wirkt, welches die Anpresskraft der Bremse und damit das Bremsmoment verstärkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung oder -bremse anzugeben, die bei geringem Bauraum und Gewicht zur Übertragung hoher Drehmomente geeignet ist, wobei sie auch bei einem großen Luftspalt zuverlässig elektromagnetisch lüftbar ist .
Diese Aufgabe wird durch eine, auch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs aufweisende elek- tromagnetisch betätigbare Reibungskupplung oder -bremse gelöst .
Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie eine Anwendung sind durch die Unteransprüche gegeben.
Erfindungsgemäß erfolgt die Drehmomentübertragung zwischen dem Leitring und der Ankerscheibe also durch mehrere axial zwischen Ankerscheibe und Leitring in einem Radiusbe- reich angeordnete Mitnahmeelemente, die in zugeordneten Aufnahmebereichen der Ankerscheibe und des Leitrings angeordnet sind. Neben einer tangentialen Kraftkomponente überträgt jedes Mitnahmeelernent über eine aus der Drehrichtung geneigte Schräge auch eine axiale Kraftkomponente vom Leitring auf die Ankerscheibe . Die Geometrie der Schräge bestimmt die Richtung der Wirkungslinie der Kraft und damit das Verhältnis der tangentialen zur axialen Kraftkomponente. Die axiale Kraftkomponente auf die Ankerscheibe hat dieselbe Richtung wie die vom passiven Vorspannmittel auf die Ankerscheibe ausgeübte Axialkraft, so dass eine Kraftverstärkung eintritt, welche das zwischen Ankerscheibe und Abtriebstlansch übertragbare Drehmoment erhöht.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Mitnahmeelemente als Stifte ausgebildet, welche fest mit dem Leitring verbunden sind und die jeweils eine abgeschrägte, vorzugsweise kegel- oder kegelstumpfförmige Spitze aufweisen, welche in vertiefte Aufnahmebereiche der Ankerscheibe eintauchen. Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Mitnahmeelemente Kugeln, welche zwischen vertieften Aufnahmebereichen der Ankerscheibe und des Leitrings mit einem gewissen Spiel beweglich gehalten sind.
Bei einer vorteilhaf en Ausgestaltung der Erfindung verjüngen sich die vertieften Aufnahmebereiche von Ankerscheibe und/oder Leitring in axialer Richtung konisch. Zwischen den konischen Vertiefungen, welche z. B. konisch gebohrt oder auch durch Kaltumformung hergestellt sein kön- nen, und den rotationssymmetrischen Mitnahmeelernenten sind dann nicht nur tangentiale und axiale, sondern auch radiale Kräfte zwischen Leitring und Ankerscheibe übertragbar. Hierdurch wird ermöglicht, die Ankerscheibe radial durch die Mitnahmeelemente auf dem Leitring zu sichern, so dass für die Ankerscheibe kein eigenes Lager vorgesehen werden muss. Unter Einwirkung eines Drehmoments führt dies zu einer Zentrierung der Ankerscheibe gegenüber dem Leitring. Der Wegfall des Ankerscheibenlagers bietet zunächst eine Bauraum-, Gewichts- und Kostenersparnis. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass auch kein Schleppmoment zwischen Abtriebsflansch und Ankerscheibe übertragen wird, was bei einigen Anwendungen unerwünscht ist.
Die Herstellung der vertieften Aufnahmebereiche durch Kaltumformung bietet den Vorteil, dass die Oberfläche der Ankerscheibe bzw. des Leitrings im Bereich der Mitnahmeelemente verfestigt ist und daher eine höhere Verschleißbe- ständigkeit aufweist. Auch durch Oberflächenhärten der Aufnahmebereiche kann die Standzeit bzw. Zahl der möglichen Schaltungen erhöht werden. Vorteilhafterweise können die Ankerscheibe und/oder der Leitring auch mit Buchsen versehen sein, welche die vertieften Aufnahmebereiche aufweisen.
Eine definierte Lastverteilung zwischen den einzelnen Mitnahmeelementen wird erzielt, wenn genau drei Mitnahmeelemente gleichmäßig verteilt vorgesehen sind.
Es ist weiterhin vorteilhaft, die Mitnahmeelemente radial innerhalb der Reibfläche anzuordnen. So stehen die äußeren Radiusbereiche für die Reibfläche zur Verfügung, so dass ein hohes Drehmoment übertragbar ist. Ferner ist die von den Mitnahmeelementen übertragene Tangentialkraft um so größer, je kleiner der Radiusbereich ist, in dem die Mitnahmeelemente angeordnet sind. Da die induzierte Axialkraft proportional zur Tangentialkraft ist, ist die Drehmoment¬ verstärkung der Kupplung bzw. Bremse um so größer, je grö- ßer das Durchmesserverhältnis von Reibfläche und Radiusbereich der Mitnahmeelernente ist.
Das System läßt sich weiter dadurch optimieren, dass die Mitnahmeelemente aus unmagnetischem Werkstoff, z. B. Keramik, Kunststoff, rostfreier Edelstahl, hergestellt sind.
Eine erfindungsgemäße Reibungskupplung unterscheidet sich von einer erfindungsgemäßen Reibungsbremse dadurch, dass der Leitring drehbar gelagert und mit einem Antriebsglied verbunden ist, wohingegen er bei der Reibungsbremse feststehend ist. Eine erfindungsgemäße Reibungskupplung eignet sich insbesondere für den Antrieb einer Kühlwasser- pumpe eines Verbrennungsmotors, da diese im gelüfteten Zu- stand kein Schleppmoment überträgt und ein unerwünschter Kühlmittelvolumenstrom unterbleibt .
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert, wobei
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung einer Reibungskupplung,
Fig. 2 eine ExplosionsZeichnung der Reibungskupplung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine zweite Ausgestaltung einer Reibungskupplung,
Fig. 4 eine ExplosionsZeichnung der Reibungskupplung nach Fig. 3 und Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines zwischen Ankerscheibe und Leitring angeordneten Mitnahmeelements
zeigen.
In Fig. 1 ist mit 2 die Ankerscheibe bezeichnet, welche um den Betrag des Spaltes s axial zwischen dem Leitring 4 und dem Abtriebsflansch 6 bewegbar ist. Die Mag- netspule 8 ist zusammen mit dem Magnetkörper 10 feststehend im nicht vollständig gezeigten Gehäuse eingebaut. Der Leitring 4 ist durch das Lager 12 drehbar gelagert. Der Leitring weist einen äußeren zylindrischen Teil 14 und einen inneren zylindrischen Teil 16 auf, welche den Magnetkör- per 10 innen und außen jeweils i einem radialen Luftspalt 18, 20 umschließen. Der Leitring 4 weist an der der Ankerscheibe zugewandten Seite einen Ring 18 aus unmagnetischem Material auf. Radial innerhalb und außerhalb dieses Rings 18 bilden sich am Leitring magnetische Pole aus, welche die Ankerscheibe 2 anziehen, wenn die Magnetspule 8 stromdurchflossen ist. Bei eingeschalteter Magnetspule wird die Ankerscheibe 2 also gegen den Leitring 4 gezogen, so dass sich zwischen der Ankerscheibe 2 und dem Abtriebsflansch 6 ein axialer Luftspalt bildet und kein Drehmoment übertragen wird. Mehrere vorgespannte Schraubenfedern 20, von denen nur eine gezeigt ist, üben eine der Magnetkraft entgegengesetzte Axialkraft auf die Ankerscheibe aus, welche die Ankerscheibe bei abgeschaltetem Elektromagneten gegen den Abtriebsflansch 6 preßt, so dass zwischen den einander zugewandten Reibflächen 22, 24 (siehe Fig. 2) von
Abtriebsscheibe und Ankerscheibe ein Drehmoment reibschlüssig übertragen wird. Die nicht gezeigte Anbindung von An- bzw. Abtrieb erfolgt einerseits durch einen Riemen, welcher auf dem äußeren Zylinder 14 des Leitrings anliegt und durch eine Welle, welche von der Nabe 26 des Abtriebs aufgenommen ist.
Der Leitring 4 weist gleichmäßig verteilt mehrere
Bohrungen 28 auf, in denen jeweils ein Stift 30 fest sitzt. Der Stift 30 weist eine kegelstumpfförmige Spitze 32 auf, welche in eine konische Bohrung 34 (Fig. 2) der Ankerscheibe eintaucht. Die Stifte 30 dienen zur Drehmomentüber- tragung zwischen Leitring und Ankerscheibe sowie zur radialen Fixierung der Ankerscheibe auf dem Leitring, so dass kein separates Lager für die Ankerscheibe erforderlich ist. Wird ein Drehmoment zwischen dem Leitring 4 und der Ankerscheibe 2 übertragen, so bedingt das Zusammenwirken der kegelstumpfförmigen Spitze 32 mit der Bohrung 34, dass die Wirkungslinie der übertragenen Kraft eine tangentiale und eine davon abhängige axiale Komponente aufweist. Die axiale Komponente presst die Ankerscheibe 2 zusätzlich zur Axialkraft der Federn 20 gegen die Reibfläche 22 des Abtriebs- flansches 6.
Im Ruhezustand der Kupplung drücken die Federn 20 also die Ankerscheibe 2 gegen den Abtriebsflansch 6. Das in den Leitring 4 eingeleitete Drehmoment wird über die Stifte 30 und die Ankerscheibe 2 zum Abtriebsflansch 6 geleitet.
Zunächst wird ein Drehmoment erzeugt, das lediglich von der Federkraft und dem Reibungsbeiwert der Reibflächen 22, 24 von Abtriebsflansch und Ankerscheibe abhängt. Dieses Initialmoment stützt sich nun an den Stiften 30 ab. Mit der eingeleiteten Tangentialkraft geht eine Kraftkomponente in axialer Richtung einher. Diese Kraftkomponente hat die gleiche Richtung wie die Federkraft und verstärkt somit die Axialkraft, die die Ankerscheibe gegen den Abtriebsflansch drückt. Das nun übertragbare Drehmoment ist wesentlich höher als das Initialmoment.
In Fig. 3 und 4 sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen, wie in Fig. 1 bzw. 2. Die axiale Vorspannkraft auf die Ankerscheibe 2 wird bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 3 bzw. 4 von einer einzigen zentralen Schraubenfeder 36 erzeugt. Als Mitnahmeelernente zwischen dem Leitring und der Ankerscheibe 2 dienen drei gleichmäßig verteilte Kugeln 38, welche weder mit dem Leitring 4 noch mit der Ankerscheibe 2 fest verbunden sind. Sowohl der Leitring 4 als auch die Ankerscheibe 2 weisen konische, vertiefte Aufnahmebereiche 40, 42 auf, zwischen denen die Kugeln 38 beweglich gehalten sind. Die konische Vertie- fung 42 in der Ankerscheibe 2 ist durch Kaltumformen hergestellt, während im Leitring 4 eine Buchse 44 eingesetzt ist. Die Kugeln 38 haben sowohl beim Schließen als auch beim Öffnen der Kupplung die Möglichkeit zur Eigenbewegung, wodurch sich günstige Reibverhältnisse und ein guter Wirkungsgrad ergeben. Die Funktionsweise ist ansonsten identisch der oben beschriebenen Anordnung.
In Fig. 3 ist darüber hinaus die Abtriebswelle 46 gezeigt, welche drehfest in der Nabe 26 des Abtriebs sitzt. Der mit dem Leitring 4 verbundene Deckel 48 schließt die Kupplung nach außen ab.
Fig. 5 zeigt vergrößert eine Kugel 38, die zwischen zwei konischen Vertiefungen des Leitrings 4 und der Anker- scheibe 2 sitzt. Es ist die bei abgeschaltetem Elektromagneten vorherrschende Situation dargestellt, bei der sich zwischen der Ankerscheibe 2 und dem Leitring ein axialer Luftspalt s einstellt. Die Ankerscheibe 2 liegt am nicht dargestellten Abtriebsflansch 6 an, so dass zwischen Ankerscheibe 2 und Abtriebsflansch 6 ein Drehmoment übertragen wird. Die zwischen der Ankerscheibe 2 und dem Leitring 4 übertragene Kraft ist durch den Vektor 40 dargestellt, der eine tangentiale Komponente 52 und eine davon abhängige axiale Komponente 54 aufweist. Während die tangentiale Komponente 52 direkt vom zwischen Ankerscheibe und Leitring übertragenen Drehmoment abhängt, bewirkt die davon abhängige axiale Komponente 54 eine Erhöhung der Anpresskraft zwischen Ankerscheibe 2 und Abtriebsflansch 6. Es hat sich gezeigt, dass eine gute Drehmomentverstärkung ohne die Gefahr des Verklemmens erzielt werden kann, wenn für die Konuswinkel , ß der Vertiefungen in der Ankerscheibe 2 und dem Leitring 4 Werte zwischen 45° und 120° gewählt werden. Aus Fig. 5 ist ferner ersichtlich, dass die Funktion auch dann gewährleistet ist, wenn für die Kugel ein härterer Werkstoff wie für die Kugelsitze verwendet wird und dadurch bei der Kraftübertragung eine plastische Verformung in den Kugelsitzen entsteht. Ebenso ist die Funktion gewährleistet, wenn für die Kugeln ein weicherer Werkstoff wie für die Kugelsitze verwendet wird und die Kugeln sich bei der Kraftübertragung elastisch verformen.
Bezugszeichen
2 Ankerscheibe
4 Leitring
6 Abtriebsflansch
8 Magnetspule
10 Magnetkörper
12 Lager
14 Zylinder
16 Zylinder
18 unmagnetischer Ring
20 Feder
22 Reibfläche
24 Reibfläche
26 Nabe
28 Bohrung
30 Stift
32 Spitze
34 Bohrung
36 Feder
38 Kugel
40 Aufnahmebereich
42 Aufnahmebereich?
44 Buchse
46 Welle
48 Deckel
50 Vektor
52 Kraftkomponente
α Konuswinkel ß Konuswinkel s Luftspalt

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung oder -bremse mit einer axial bewegbaren Ankerscheibe (2), die zwischen einem Leitring (4) eines Elektromagneten (8, 10) und einem Abtriebsflansch (6) angeordnet ist und drehmomentschlüssig mit dem Leitring (4) verbunden ist und welche in einer ersten Schaltstellung von dem Elektromagneten ge- gen den Leitring (4) gezogen und gelüftet wird und in einer zweiten Schaltstellung - bei stromlosem Elektromagneten - von einem passiven Vorspannmittel (20) mit einer axialen Vorspannkraft gegen eine Reibfläche (22) des Abtriebsflansches (6) gepresst wird, so dass der Abtriebsflansch (6) und der Leitring (4) trieblich verbunden sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass axial zwischen der Ankerscheibe (2) und dem Leitring (4) in einem Radiusbereich verteilt mehrere Mitnahmeelernente (30, 32) in zugeordneten Auf ahmebereichen (28, 34) der Ankerscheibe (2) und des Leitrings (4) angeordnet sind, welche jeweils eine Kraft zwischen dem Leitring (4) und der Ankerscheibe (2) übertragen, deren Vektor (50) eine tangentiale (52) und eine davon abhängige axiale Komponente (54) aufweist, welche die Ankerscheibe (2) zusätzlich zur Vorspannkraft gegen die Reibfläche (22) des Abtriebsflansches (6) presst.
2. Reibungskupplung oder -bremse nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mitnahmeelemente als Stifte (30) ausgebildet sind, welche fest mit dem Leitring (4) verbunden sind und die jeweils eine abgeschrägte, vorzugsweise kegel- oder kegelstumpfförmige Spitze (32) aufweisen, welche in vertiefte Aufnahmebereiche (34) der Ankerscheibe (2) eintauchen.
3. Reibungskupplung oder -bremse nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mitnahmeelemente als Kugeln (38) ausgebildet sind, welche zwischen vertieften Aufnahmebereichen der Ankerscheibe (2) und des Leitring (4) beweglich gehalten sind.
4. Reibungskupplung oder -bremse nach einem der Ansprüche 2 oder 3 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die vertieften Aufnahmebereiche sich in axialer Rich- tung konisch verjüngen.
5. Reibungskupplung oder -bremse nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vertiefungen einen Konuswinkel ( , ß) im Bereich zwischen 45° und 120° aufweisen.
6. Reibungskupplung oder -bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass genau drei Mitnahmeelemente (30, 32) vorgesehen sind.
7. Reibungskupplung oder -bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c hn e t , dass der Radiusbereich der Mitnahmeelemente (30, 32) radial innerhalb der Reibfläche (22, 24) liegt.
8. Reibungskupplung oder -bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass für die Ankerscheibe (2) kein Lager vorgesehen ist und die Ankerscheibe (2) radial von den Mitnahmeelementen (30, 32) auf dem Leitring (4) gesichert ist.
9. Reibungskupplung oder -bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mitnahmeelemente (38) aus unmagnetischem Werkstoff hergestellt sind.
10. Reibungskupplung oder -bremse nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mitnahmeelemente (38) aus keramischem Material, Kunststoff oder rostfreiem Edelstahl bestehen.
11. Reibungskupplung oder -bremse nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die vertieften Aufnahmebereiche (42) durch Kaltumformung hergestellt sind.
12. Reibungskupplung oder -bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Aufnahmebereiche oberflächengehärtet sind.
13. Reibungskupplung oder -bremse nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c hn e t , dass in der Ankerscheibe (2) und/oder im Leitring (4) Buchsen (44) vorgesehen sind, welche die vertieften Aufnahmebe- reiche aufweisen.
14. Elektromagnetisch betätigbare Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Leitring (4) drehbar gelagert und mit einem Antriebsglied (46) verbunden ist.
15. Elektromagnetisch betätigbare Reibungsbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welcher der Leitring (4) feststehend ist.
16. Antrieb einer Kühlwasserpumpe eines Verbrennungsmotors mit einer elektromagnetisch betätigbaren Reibungskupplung nach Anspruch 14.
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