WO2011023393A1 - Reibschaltkupplung zur betätigung mit einem strömungsfähigen druckmittel - Google Patents

Reibschaltkupplung zur betätigung mit einem strömungsfähigen druckmittel Download PDF

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WO2011023393A1
WO2011023393A1 PCT/EP2010/005255 EP2010005255W WO2011023393A1 WO 2011023393 A1 WO2011023393 A1 WO 2011023393A1 EP 2010005255 W EP2010005255 W EP 2010005255W WO 2011023393 A1 WO2011023393 A1 WO 2011023393A1
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WO
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coupling element
piston
reibschaltkupplung
coupling
pressure medium
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PCT/EP2010/005255
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Manfred Gebhart
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Kendrion Linnig Gmbh
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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
    • F16D25/00—Fluid-actuated clutches
    • F16D25/06—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch
    • F16D25/062—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having friction surfaces
    • F16D25/063—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having friction surfaces with clutch members exclusively moving axially
    • F16D25/0632—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having friction surfaces with clutch members exclusively moving axially with conical friction surfaces, e.g. cone clutches
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining

Definitions

  • the invention relates to a Reibschaltkupplung after
  • Pressure medium are actuated, are in manifold
  • Embodiments in particular known from automotive engineering. Such Reibschaltkupplungen are sometimes used to switch fans or coolant or lubricant pumps switchable with the motor shaft. Appropriate
  • moving parts are housed a resilient element, which counteracts the expansion of the pressure medium.
  • the invention has for its object to provide a coupling which has a comparatively simple and space-saving design. This object is achieved by a Reibschaltkupplung with the
  • the invention is based on a Reibschaltkupplung for actuation with a flowable pressure medium, which comprises two rotatably mounted about the same axis coupling elements which can be brought into frictional contact with each other for transmitting a rotational movement, and a lying in the coupling pressure chamber whose volume by means of an axially movable
  • Piston is variable, wherein the piston is held by the force of a spring in a predetermined position.
  • the pressure chamber serves to accommodate a flowable
  • the spring is a diaphragm spring.
  • annular disc springs are particularly well adapted to the geometry of a clutch with their concentrically arranged edges, of which either the interior or the exterior can be firmly clamped.
  • For a given shape of the plate spring are other parameters to choose from, such as
  • the coupling according to the invention can be adapted to different requirements with little or no dimensional changes. Because on plate springs flat or multiple parallel spring sections contribute to the force effect, plate springs offer, for example, compared to
  • Coil springs have a higher reliability
  • the spring is mounted inside the pressure chamber. This offers the advantage that no separate installation location has to be provided for the resilient element of the coupling. In addition, the travel is in the expansion space of the pressure medium, in which the piston is easily accessible for cooperation with a spring.
  • the essence of the invention is that the plate spring draws an outer coupling element to an inner coupling element, so that conical friction surfaces come into contact with each other.
  • Reibschaltkupplung a mechanical stop which is designed such that the mechanical stop caused by the fluid pressure medium axial
  • the mechanical stop can advantageously imbalance during the
  • a preferred embodiment of the invention provides that the surfaces of the coupling elements, which are used to transfer a
  • Rotational movement can come into frictional contact with each other
  • Friction surfaces can be advantageously used with conical friction surfaces, the height of a Reibschaltkupplung along the axis of rotation of the coupling to the - A -
  • conical friction surfaces offer the advantage that the drive and driven side coupling elements are centered in the engaged state to each other. Due to the wedging action with which the two conical friction surfaces intermesh, the torque transmission is less susceptible to vibrations and shocks acting perpendicular to the axis of rotation.
  • Coupling elements which can be in frictional contact with each other for transmitting a rotational movement, with respect to the
  • Rotary axis without frictional contact have an axial overlap region when going radially outward.
  • Such an axial overlap region in which a coupling element surrounds the other, offers an advantageous protection against the ingress of contaminants into the interior of the coupling. Furthermore, an axial overlap region ensures that even in the event of imbalance on at least one coupling element,
  • the clutch can be safely engaged.
  • a preferred embodiment of the invention provides that at the friction surfaces, a torque transmission takes place when the force exerted by the pressure medium on the piston, is smaller than a force of the plate spring, through which
  • Friction surfaces are pressed together.
  • Coupling can only be decoupled when the pressure medium is sufficiently pressurized.
  • Operation has the advantage that units that need to continue their operation safely, remain engaged even when the pressure medium can not be pressurized.
  • Torque transmission takes place when the force exerted by the pressure medium on the piston, is greater than a force of the plate spring through which the friction surfaces in
  • auxiliary units in a vehicle whose support is required only sporadically and usually for a short time, require only in these sections that the clutch is pressurized. In the uncoupled state, the clutch itself is pressure-free and the auxiliary unit consumes during this time no mechanical power of the drive, such as one
  • one of the coupling elements for transmitting a rotational movement has permanent magnets, so that without friction contact between the coupling elements, a transmission of a rotational movement according to the principle of
  • clutch according to the invention are transmitted a rotational movement. This allows, for example, aggregates such as e.g. To drive a fan that must move during a whole operating time of a motor, but a maximum speed of the mechanically engaged state is rarely required.
  • the friction surfaces of the coupling elements made of steel.
  • the coupling elements, which have the friction surfaces are made of steel, this embodiment of the invention, the effort for the coupling elements, which have the friction surfaces, are made of steel, this embodiment of the invention, the effort for the coupling elements, which have the friction surfaces, are made of steel, this embodiment of the invention, the effort for the coupling elements, which have the friction surfaces, are made of steel, this embodiment of the invention, the effort for
  • Figure 1 shows a schematic section through an inventive
  • Friction clutch with fan for a fan of an internal combustion engine of a vehicle
  • Figure 2 shows a schematic section through an inventive
  • FIG. 3 Flowchart illustrating the production of the
  • a fan 22 is with several
  • the thread of the fastening screws 20 protrudes beyond the cover 11, so that this part of the coupling 1 can be screwed to a drive element, for example a pulley.
  • a rotary feedthrough 14 leads a pressure medium line 13 through the cover 11. Together with a piston 5, the inner coupling element 2 and the cover 11 forms a
  • Pressure chamber 4 receives compressed air, which is supplied via the line 13, on.
  • the plate spring 6 pulls on the spring washer 16, the bearing pin 17 and the ball bearing 18, the outer
  • Coupling element 3 to the inner coupling element 2 zoom in, so that the conical friction surfaces 8 and 9 with each other in
  • the piston stroke is limited by the stop 7. This stabilizes the piston 5 and thus the position of the piston
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a
  • pneumatically actuated fan clutch Ib but in addition has an eddy current drive.
  • a ring on which a plurality of permanent magnets 12 located at the outer edge of the coupling element 3, a ring on which a plurality of permanent magnets 12 preferably
  • the Permanent magnets 12 on the coupling element 3 is in the axial direction, a ring 19 with cooling fins opposite, which forms the outer edge region of the cover 11 and the inner
  • Coupling element 2 is connected.
  • the cover 11 is made of a metal with high electrical conductivity, preferably aluminum.
  • Permanent magnets 12 induce metallically conductive
  • this embodiment of the invention provides the
  • Fan 22 to adjust. Because the eddy current drive is operated at a constant distance between the permanent magnets 12 and the cooling fin ring 19, the dimensions of the cooling fin ring 19 can be tuned comparatively more accurately to an application-specific heat dissipation performance.
  • Coupling element, on which the fan 22 is arranged to be made adjustable is made adjustable.
  • the magnetic force can be adjusted by
  • a displacement distance between inner coupling element 2 and outer coupling element 3 between not switched and switched state can be 1.5 mm, when the clutch is new, and except for z. B. increase 3.7 mm, at the end of
  • the embodiment is z. B. designed to have a force of the disc spring of 2000 Newton
  • the static torque in a z. B. new unworn state of the friction surfaces (8, 9) may be about 1100 Newton meters.
  • the maximum switchable torque is approximately 280 Newton meters. With a lever length of about 0.5 meters, the force is then about 560 Newton.
  • the input speed may be about 3000 revolutions per minute, with a slip speed of the
  • Eddy current system in the cold state can be approximately at 500 - 1200 revolutions per minute, depending on the
  • the transmittable torque of the Reibschaltkupplonne Ia, Ib depends on the friction surface and the angle of the
  • the force of the plate spring 6 can be changed to the switching behavior of switched and non-switched clutch or the transmittable torque in not
  • FIG. 3 shows, in principle, a method for producing the friction clutch clutches 1 a, 1 b in a flowchart.
  • the steps above the dashed line may be used to make a single stage clutch Ia.
  • the additional steps below the dashed line can then be carried out to obtain a two-stage eddy current drive coupling Ib.
  • first and second conical metal parts 2, 3 are generated in step S 302.
  • step S 304 a
  • step S 306 the outer coupling member 3 is connected to the piston 5.
  • Piston 5 connected and the piston used.
  • step S 316 the inner coupling member 2 and the outer coupling member 3 are designed so that they can rotate independently.
  • steps S 318 and S 320 the inner coupling element 2 with
  • Permanent magnet 12 and the outer coupling element 3 is provided with the cooling fin ring 19.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)
  • Hydraulic Clutches, Magnetic Clutches, Fluid Clutches, And Fluid Joints (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reibschaltkupplung (1a, 1b) zur Betätigung mit einem Druckmittel. Derartige Kupplungen können beispielsweise im Fahrzeugbau zum Antrieb von Hilfsaggregaten wie z.B. Lüftern (22) eingesetzt werden. Durch Verwendung einer Tellerfeder (6) gelingt eine besonders kompakte Bauweise. Darüber hinaus wird ein Herstellungsverfahren vorgeschlagen.

Description

„Reibschaltkupplung zur Betätigung mit einem strömungsfähigen Druckmittel"
Die Erfindung betrifft eine Reibschaltkupplung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur
Herstellung einer Reibschaltkupplung.
Stand der Technik
Reibschaltkupplungen, die mit einem strömungsfähigen
Druckmittel betätigt werden, sind in vielfältigen
Ausfϋhrungsformen, insbesondere aus der Fahrzeugtechnik bekannt. Solche Reibschaltkupplungen werden mitunter dazu eingesetzt, Ventilatoren bzw. Kühl- oder Schmiermittelpumpen schaltbar mit der Motorwelle zu koppeln. Entsprechende
Kupplungen müssen einerseits sehr zuverlässig funktionieren und sollen andererseits eine möglichst kompakte Bauform aufweisen. Eine besondere konstruktive Herausforderung stellt dabei die Unterbringung eines Arbeitsraums für ein Druckmittel dar, der möglichst dicht sein soll. Zusätzlich muss in eine derartige Schaltvorrichtung mit mehreren zueinander
beweglichen Teilen ein federndes Element untergebracht werden, das der Expansion des Druckmittels entgegenwirkt.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung bereitzustellen, die einen vergleichsweise einfachen und raumsparenden Aufbau aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine Reibschaltkupplung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 und 10 gelöst.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung aufgezeigt.
Die Erfindung geht von einer Reibschaltkupplung zur Betätigung mit einem strömungsfähigen Druckmittel aus, das zwei um dieselbe Achse drehbar gelagerte Kupplungselemente, die zur Übertragung einer Drehbewegung miteinander in Reibkontakt bringbar sind, und einen in der Kupplung liegenden Druckraum umfasst, dessen Volumen mittels eines axial beweglichen
Kolbens veränderlich ist, wobei der Kolben durch die Kraft einer Feder in einer vorgegebenen Position gehalten wird. Der Druckraum dient der Aufnahme eines strömungsfähigen
Druckmittels, mit dem durch Druckerhöhung der Kolben gegen die Kraft der Feder verschoben und die Kupplung entweder ein- oder ausgekuppelt werden kann. Die Feder ist eine Tellerfeder.
Vor allem durch ihre flache Bauweise bieten Tellerfedern den Vorteil, dass sie in axialer Richtung der Kupplungsdrehachse vergleichsweise wenig Raum beanspruchen. Insbesondere
kreisringförmige Tellerfedern sind mit ihren konzentrisch angeordneten Rändern, von denen wahlweise der Innere oder der Äußere fest eingespannt werden kann, besonders gut an die Geometrie einer Kupplung angepasst. Bei vorgegebener Form der Tellerfeder stehen weitere Parameter zur Auswahl, wie
beispielsweise Material, Materialdicke sowie Einschnitte in die Federfläche, mit denen sowohl die Federstärke als auch der Federweg angepasst werden können. Dadurch ist eine
erfindungsgemäße Kupplung vorteilhaft mit geringen oder keinen Änderungen der Abmessungen an verschiedene Anforderungen anpassbar. Weil an Tellerfedern flächige bzw. mehrere parallel geschaltete federnde Abschnitte zur Kraftwirkung beitragen, bieten Tellerfedern beispielsweise im Vergleich zu
Spiralfedern eine höhere Zuverlässigkeit und
Ausfallsicherheit . Die Feder ist im Innern des Druckraums angebracht. Dies bietet den Vorteil, dass für das federnde Element der Kupplung kein gesonderter Einbauort vorzusehen ist. Zudem liegt der Federweg im Expansionsraum des Druckmittels, in welchem der Kolben für ein Zusammenwirken mit einer Feder gut zugänglich ist. Durch die Unterbringung der Feder, insbesondere der
Tellerfeder, im Druckraum bietet eine derart ausgeführte erfindungsgemäße Reibschaltkupplung den Vorteil einer
besonders kompakten Bauweise.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Tellerfeder ein äußeres Kupplungselement an ein inneres Kupplungselement heranzieht, sodass konische Reibflächen miteinander in Kontakt treten.
Zweckmäßigerweise weist eine erfindungsgemäße
Reibschaltkupplung einen mechanischen Anschlag auf, der derart ausgebildet ist, dass der mechanische Anschlag eine vom strömungsfähigen Druckmittel hervorgerufene axiale
Verschiebung des Kolbens auf ein vorgegebenes maximales
Volumen des Druckmittel aufnehmenden Druckraums begrenzt. Ein solcher mechanischer Anschlag schränkt den Federweg ein und vermeidet daher vorteilhaft eine mögliche Überdehnung der Tellerfeder. Insbesondere, wenn der mechanische Anschlag in vergleichsweise größerer Entfernung zur Drehachse der Kupplung und symmetrisch zu dieser die Verschiebung des Kolbens
aufhält, kann der mechanische Anschlag die unter Druck
bestehende Stellung des Kolbens stabilisieren. Hierbei kann der mechanische Anschlag vorteilhaft Unwucht während des
Betriebs der Kupplung verringern.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Flächen der Kupplungselemente, die zur Übertragung einer
Drehbewegung miteinander in Reibkontakt treten können,
bezüglich der Drehachse konisch ausgebildet sind. Gegenüber ebenen, senkrecht zur Drehachse der Kupplung stehenden
Reibflächen kann mit konischen Reibflächen vorteilhaft die Bauhöhe einer Reibschaltkupplung entlang der Drehachse der Kupplung vorteilhaft dazu genutzt werden, die am - A -
Reibkraftschluss beteiligte Fläche zu vergrößern. Zudem bieten konische Reibflächen den Vorteil, dass die antriebs- und abtriebsseitigen Kupplungselemente im eingekuppelten Zustand zueinander zentriert sind. Aufgrund der Keilwirkung, mit der die beiden konischen Reibflächen ineinander greifen, ist die Drehmomentübertragung weniger anfällig gegenüber Schwingungen und Stößen, die senkrecht zur Drehachse wirken.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Flächen der
Kupplungselemente, die zur Übertragung einer Drehbewegung miteinander in Reibkontakt treten können, bezüglich der
Drehachse ohne Reibkontakt einen axialen Überlappungsbereich aufweisen, wenn man radial nach außen geht. Ein solcher axialer Überlappungsbereich, bei dem ein Kupplungselement das andere umringt, bietet einen vorteilhaften Schutz gegen das Eindringen von Verschmutzungen in das Innere der Kupplung. Des Weiteren gewährleistet ein axialer Überlappungsbereich, dass auch bei Unwucht an mindestens einem Kupplungselement,
beispielsweise infolge eines Lagerschadens, die Kupplung sicher eingekuppelt werden kann.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass an den Reibflächen eine Drehmomentübertragung stattfindet, wenn die Kraft, die das Druckmittel auf den Kolben ausübt, kleiner ist als eine Kraft der Tellerfeder, durch welche die
Reibflächen aneinander gepresst werden. Somit kann die
Kupplung nur dann entkuppelt werden, wenn das Druckmittel hinreichend stark unter Druck gesetzt wird. Eine solche
Arbeitsweise bietet den Vorteil, dass Aggregate, die ihren Betrieb sicher fortsetzen müssen, auch dann eingekuppelt bleiben, wenn das Druckmittel nicht mehr unter Druck gesetzt werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass an den Reibflächen eine
Drehmomentübertragung stattfindet, wenn die Kraft, die das Druckmittel auf den Kolben ausübt, größer ist als eine Kraft der Tellerfeder, durch welche die Reibflächen in
berührungslosen Zustand gehalten werden. Dies bedeutet, dass das Druckmittel nur zum Einkuppeln unter Druck gesetzt wird. Eine solche Ausführung der Erfindung bietet den Vorteil, dass Hilfsaggregate in einem Fahrzeug, deren Unterstützung nur sporadisch und meist für kurze Zeit benötigt wird, nur in diesen Abschnitten erfordern, dass die Kupplung unter Druck gesetzt wird. Im entkuppelten Zustand ist die Kupplung selbst druckfrei und das Hilfsaggregat verbraucht während dieser Zeit keine mechanische Leistung des Antriebs, z.B. eines
Verbrennungsmotors .
Weiterhin ist es bevorzugt, dass eines der Kupplungselemente zur Übertragung einer Drehbewegung Permanentmagnete aufweist, so dass ohne Reibkontakt zwischen den Kupplungselementen eine Übertragung einer Drehbewegung nach dem Prinzip einer
Wirbelstromkupplung stattfinden kann. Dadurch kann
vorteilhafterweise auch im ausgekuppelten Zustand der
erfindungsgemäßen Kupplung eine Drehbewegung übertragen werden. Dies ermöglicht beispielsweise, Aggregate wie z.B. einen Lüfter anzutreiben, der sich während einer gesamten Betriebsdauer eines Motors bewegen muss, wobei jedoch eine maximale Drehzahl des mechanisch eingekuppelten Zustands nur selten erforderlich ist.
Vorzugsweise bestehen die Reibflächen der Kupplungselemente aus Stahl. Insbesondere, wenn die Kupplungselemente, die die Reibflächen aufweisen, aus Stahl hergestellt werden, kann durch diese Ausführung der Erfindung der Aufwand zur
Herstellung der Kupplungselemente vorteilhaft reduziert werden. Weiterhin bietet dies den Vorteil eines
vergleichsweise geringen Verschleißes der Reibflächen
insbesondere, wenn im eingekuppelten Betrieb nur ein
vergleichsweise kleines Drehmoment zum Antrieb beispielsweise eines Lüfterrads im Motorraum erforderlich ist.
Ausführungsbeispiel :
Anhand der Zeichnungen werden zwei Ausführungsbeispiele und das Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen
Reibschaltkupplung beschrieben und dabei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erläutert. Es zeigen:
Figur 1 schematischer Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Reibschaltkupplung mit Lüfter für einen Ventilator eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs;
Figur 2 schematischer Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Reibschaltkupplung mit Wirbelstromantrieb;
Figur 3 Flussdiagramm, das die Herstellung der
Reibschaltkupplung verdeutlicht.
Die Bezugszeichen werden in beiden Figuren, soweit zutreffend, in einheitlicher Weise verwendet.
In Figur 1 ist eine pneumatisch betätigbare Lüfterkupplung Ia dargestellt. Ein Lüfterrad 22 ist mit mehreren
Befestigungsschrauben 21 an einem äußeren Kupplungselement 3 befestigt. Ein inneres Kupplungselement 2 wird über
Befestigungsschrauben 20 mit einer Abdeckung 11 verschraubt. Dabei ragt das Gewinde der Befestigungsschrauben 20 über die Abdeckung 11 hinaus, damit dieser Teil der Kupplung 1 mit einem Antriebselement beispielsweise einer Riemenscheibe verschraubt werden kann.
Eine Drehdurchführung 14 führt eine Druckmittelleitung 13 durch die Abdeckung 11. Zusammen mit einem Kolben 5 bildet das innere Kupplungselement 2 und die Abdeckung 11 einen
Druckraum 4. Der Druckraum 4 nimmt Druckluft, die über die Leitung 13 zugeführt wird, auf.
Innerhalb des Druckraums 4 ist eine Tellerfeder 6 an ihrem äußeren Rand zwischen der Abdeckung 11 und dem inneren
Kupplungselement 2 eingespannt. An ihrer inneren Berandung ist die kreisringförmige Tellerfeder 6 zwischen dem Kolben 5 und einer Federsicherungsscheibe 16 eingespannt, die ihrerseits mit einem Lagerbolzen 17 verschraubt ist. Über ein Kugellager 18 ist das äußere Kupplungselement 3 um die Kupplungsdrehachse drehbar gelagert.
Die Tellerfeder 6 zieht über die Federsicherungsscheibe 16, den Lagerbolzen 17 und das Kugellager 18 das äußere
Kupplungselement 3 an das innere Kupplungselement 2 heran, so dass die konischen Reibflächen 8 und 9 miteinander in
Reibkontakt treten. Somit befindet sich die Kupplung 1 ohne Überdruck im Druckraum 4 im eingekuppelten Zustand, der durch die Tellerfeder 6 hervorgerufen wird.
Durch Zuführung von Druckluft über die Leitung 13 und die Drehdurchführung 14 wird der Druck im Druckraum 4 erhöht und der Kolben 5 wird entgegen der Kraft der Feder 6 verschoben. Hierbei werden die Reibflächen 8 und 9 des inneren 2 und äußeren 3 Kupplungselements voneinander getrennt. Durch
Verlust des mechanischen Reibkontakts an den Reibflächen kann ein deutlich verringertes Drehmoment nur noch über die Reibung im Kugellager 18 übertragen werden. Dadurch wird das Lüfterrad 22 gegenüber einem Antriebselement entweder nur sehr langsam oder überhaupt nicht in Drehbewegung versetzt.
Der Kolbenweg ist durch den Anschlag 7 begrenzt. Dieser stabilisiert den Kolben 5 und somit die Position des
Lagerbolzens 17, des Kugellagers 18 und schließlich auch des äußeren Kupplungselements 3. Somit werden die Kräfte, die diese Kupplungsteile auf den Kolben 5 ausüben, nicht allein von den zylindrischen Wänden des Kolbens 5 und des Druckraums
4 aufgenommen. Dies bietet den Vorteil, dass sowohl der Kolben
5 als auch der Druckraum 4 mit einer vergleichsweise
geringeren Tiefe in Bezug zu ihrem Durchmesser gebaut werden können.
Die Figur 2 zeigt eine weitere Ausführung einer
erfindungsgemäßen pneumatisch betätigbaren Lüfterkupplung Ib, die jedoch zusätzlich einen Wirbelstromantrieb aufweist. Dazu befindet sich am äußeren Rand des Kupplungselements 3 ein Ring, auf dem mehrere Permanentmagnete 12 vorzugsweise
symmetrisch um die Drehachse angeordnet sind. Den Permanentmagneten 12 am Kupplungselement 3 liegt in axialer Richtung ein Ring 19 mit Kühlrippen gegenüber, der den äußeren Randbereich der Abdeckung 11 bildet und mit dem inneren
Kupplungselement 2 verbunden ist.
Die Abdeckung 11 wird aus einem Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, vorzugsweise Aluminium, hergestellt. Die
Permanentmagnete 12 induzieren im metallisch leitfähigen
Material des Kühlrippenrings 19 Wirbelströme, so dass nach dem Prinzip einer Wirbelstromkupplung das äußere Kupplungselement 3 durch elektromagnetische Kräfte in Drehrichtung des inneren Kupplungselements 2 mitbewegt wird.
Wenn die Kupplung Ib immer mit einer Druckerhöhung betätigt wird, die ausreicht, den Kolben 5 an den Anschlag 7 zu
verschieben, bietet diese Ausführung der Erfindung die
Möglichkeit, zwei verschiedene Drehgeschwindigkeiten des
Lüfterrads 22 einzustellen. Weil der Wirbelstromantrieb dabei mit gleichbleibendem Abstand zwischen den Permanentmagneten 12 und dem Kühlrippenring 19 betrieben wird, lassen sich die Dimensionen des Kühlrippenrings 19 vergleichsweise genauer auf eine anwendungsgemäße Wärmeabfuhrleistung abstimmen.
Grundsätzlich kann die elektromagnetische Kraft der
Wirbelstromkupplung zur Geschwindigkeitsanpassung des
Kupplungselements, an welchem der Lüfter 22 angeordnet ist, einstellbar gestaltet werden.
Die magnetische Kraft kann eingestellt werden durch
Veränderung von einer oder mehreren der folgenden
Möglichkeiten : a) Die Anzahl der Magnete die im Wirbelstromsystem genutzt werden; b) Die Größe des Luftspalts des Wirbelstromsystems, d. h. der Luftspalt zwischen einem Abschnitt am Kühlrippenring 19, in welchem die Wirbelstromzone ausgebildet ist und dem äußeren Kupplungselement 3 das die Magnete 12 trägt. c) Durch die Stärke der Magnete 12 die eingesetzt werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 1 oder 2 kann eine Verschiebedistanz zwischen innerem Kupplungselement 2 und äußerem Kupplungselement 3 zwischen nicht geschaltetem und geschaltetem Zustand 1,5 mm betragen, wenn die Kupplung neu ist, und sich bis auf z. B. 3,7 mm erhöhen, am Ende der
Kupplungslaufzeit, ohne die Funktion der Kupplung zu
beeinträchtigen. Das Ausführungsbeispiel ist z. B. dafür ausgelegt, eine Kraft der Tellerfeder von 2000 Newton
bereitzustellen, wodurch am Ende der Laufzeit der Kupplung immer noch über 600 Newtonmeter als statisches Drehmoment verbleiben. Das statische Drehmoment in einem z. B. neuen unverschlissenen Zustand der Reibflächen (8, 9) kann ungefähr 1100 Newtonmeter betragen. Das maximale schaltbare Drehmoment beträgt ungefähr 280 Newtonmeter. Bei einer Hebellänge von ungefähr 0,5 Meter beträgt die Kraft dann ungefähr 560 Newton. Die Eingangsgeschwindigkeit kann ungefähr 3000 Umdrehungen pro Minute betragen, wobei eine Schlupfgeschwindigkeit des
Wirbelstromsystems im kalten Zustand ungefähr bei 500 - 1200 Umdrehungen pro Minute liegen kann, abhängig von der
Lüfterlast. In einem neuen Zustand der Kupplung sollte der Druck in der Druckkammer beim Öffnen der Kupplung 4 - 5 bar betragen .
Die diskutierten Parameter sind lediglich beispielhaft und können variieren, ohne den Gegenstand der Anmeldung zu
verlassen.
Das übertragbare Drehmoment der Reibschaltkupplungen Ia, Ib hängt von der Reibflächenoberfläche und vom Winkel der
konischen Reibflächen (8, 9) ab.
Ebenfalls kann die Kraft der Tellerfeder 6 verändert werden, um das Schaltverhalten von geschalteter und nicht geschalteter Kupplung bzw. das übertragbare Drehmoment im nicht
geschalteten Zustand beeinflussen zu können. In Figur 3 ist in einem Flussdiagramm prinzipiell ein Verfahren zur Herstellung der Reibschaltkupplungen Ia, Ib dargestellt .
Die Schritte überhalb der gestrichelten Linie können verwendet werden, um eine einstufige Kupplung Ia herzustellen. Die zusätzlichen Schritte unterhalb der gestrichelten Linie können dann ausgeführt werden, um eine zweistufige Kupplung Ib mit Wirbelstromantrieb zu erhalten.
Zunächst werden erste und zweite konische Metallteile 2, 3 im Schritt S 302 erzeugt. Im Schritt S 304 wird ein
Lüfterhalteabschnitt an eine äußere Oberfläche des äußeren Kupplungselements 3 angebracht. Im Schritt S 306 wird das äußere Kupplungselement 3 mit dem Kolben 5 verbunden.
Zu den Schritten S 308, S 310, S 312, S 314 wird die
Tellerfeder 6 mit dem inneren Kupplungselement 2 und dem
Kolben 5 verbunden sowie der Kolben eingesetzt.
Im Schritt S 316 werden das innere Kupplungselement 2 und das äußere Kupplungselement 3 so ausgestaltet, dass sie unabhängig voneinander rotieren können. In den Schritten S 318 sowie S 320 werden das innere Kupplungselement 2 mit
Permanentmagneten 12 und das äußere Kupplungselement 3 mit dem Kühlrippenring 19 versehen.
Bezugs zeichenliste :
Ia Kupplung
Ib Kupplung mit Wirbelstromantrieb
2 inneres Kupplungselement
3 äußeres Kupplungselement
4 Druckraum
5 Kolben
6 Tellerfeder
7 mechanischer Anschlag
8 innere konische Reibfläche
9 äußere konische Reibfläche
10 Überlappungsbereich
11 Abdeckung
12 Permanentmagnete
13 Druckluftleitung
14 Gleitstück für Drehdurchführung
15 Abdichtung
16 Federsicherungsscheibe
17 Lagerbolzen
18 Kugellager
19 Kühlrippenring
20 Befestigungsschraube für Antriebselement
21 Befestigungsschraube für Lüfter
22 Lüfter

Claims

Ansprüche:
1. Reibschaltkupplung (Ia, Ib) zur Betätigung mit einem strömungsfähigen Druckmittel umfassend zwei um dieselbe
Drehachse drehbar gelagerte Kupplungselemente (2, 3), die zur Übertragung einer Drehbewegung miteinander in Reibkontakt bringbar sind, und einen in der Kupplung (Ia, Ib) liegenden Druckraum (4), dessen Volumen mittels eines axial beweglichen Kolbens (5) veränderlich ist, wobei der Kolben (5) durch die Kraft einer Tellerfeder (6) in einer vorgegebenen Position gehalten wird, die im Inneren des Druckraumes angebracht ist, dadurch gekennzeichnet,- dass die Tellerfeder (6) ein äußeres Kupplungselement heranzieht, so dass konische Reibflächen miteinander in Reibkontakt treten.
2. Reibschaltkupplung (Ia, Ib) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 insbesondere nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Feder (6) im Inneren des
Druckraums (4) angebracht ist.
3. Reibschaltkupplung (Ia, Ib) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanischer
Anschlag (7) derart ausgebildet ist, dass der mechanische Anschlag (7) eine vom strömungsfähigen Druckmittel
hervorgerufene axiale Verschiebung des Kolbens (5) auf ein vorgegebenes maximales Volumen des Druckmittel aufnehmenden Hohlraumes (4) begrenzt.
4. Reibschaltkupplung (Ia, Ib) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (8, 9) der Kupplungselemente (2, 3), die zur Übertragung einer
Drehbewegung miteinander in Reibkontakt treten können, bezüglich der Drehachse konisch ausgebildet sind.
5. Reibschaltkupplung (Ia, Ib) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (8, 9) der
Kupplungselemente (2, 3), die zur Übertragung einer
Drehbewegung miteinander in Reibkontakt treten können,
bezüglich der Drehachse ohne Reibkontakt einen axialen
Überlappungsbereich (10) aufweisen, in eine Blickrichtung radial nach außen.
6. Reibschaltkupplung (Ia, Ib) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den
Reibflächen (8, 9) eine Drehmomentübertragung stattfindet, wenn die Kraft, die das Druckmittel auf den Kolben (5) ausübt, kleiner ist als eine Kraft der Tellerfeder (6), durch welche die Reibflächen (8, 9) aneinander gepresst werden.
7. Reibschaltkupplung (Ia, Ib) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den
Reibflächen (8, 9) eine Drehmomentübertragung stattfindet, wenn die Kraft, die das Druckmittel auf den Kolben (5) ausübt, größer ist als eine Kraft der Tellerfeder (6), durch welche die Reibflächen (8, 9) in berührungslosem Abstand gehalten werden.
8. Reibschaltkupplung (Ia, Ib) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der
Kupplungselemente (2, 3) zur Übertragung einer Drehbewegung Permanentmagnete (12) aufweist, so dass ohne Reibkontakt zwischen den Kupplungselementen (2, 3) eine Übertragung einer Drehbewegung nach dem Prinzip einer
Wirbelstromkupplung (12, 19) stattfinden kann.
9. Reibschaltkupplung (Ia, Ib) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibflächen (8, 9) der Kupplungselemente (2, 3) aus Stahl bestehen.
10. Verfahren zur Herstellung einer Reibschaltkupplung, das die folgenden Schritte urafasst: herstellen eines inneren Kupplungselements (2) und
eines äußeren Kupplungselements (3), wobei jedes
Kupplungselement eine innere und eine äußere Oberfläche aufweist, anbringen eines Lüfterhalters an der äußeren Oberfläche des äußeren Kupplungselements (3), verbinden von wenigstens einem Teil eines zweiten Endes eines Kolbens (5) , der ein erstes und zweites Ende
besitzt, mit wenigstens einem Teil der Innenfläche des äußeren Kupplungselements (3), verbinden von wenigstens einem Teil des ersten Endes des Kolbens (5) mit wenigstens einem Teil der Innenfläche des inneren Kupplungselements (2), verbinden von wenigstens einem Teil des ersten Endes der Tellerfeder, die ein erstes und zweites Ende besitzt, mit wenigstens einem Teil des ersten Endes des Kolbens (5) und verbinden von wenigstens einem Teil des zweiten Endes der Tellerfeder (6) mit wenigstens einem Teil der Innenfläche inneren Kupplungselements (2), erzeugen eines Druckraums (4) mit wenigstens einem Teil des ersten Endes des Kolbens (5), und abstimmen des inneren Kupplungselements (2) mit dem äußeren Kupplungselement (3), sodass die innere konische Reibfläche (8) mit der äußeren konischen Reibfläche (9) einen Metall auf Metall Reibkontakt eingehen kann.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt der Kolben (5) so konfiguriert wird, dass die innere konische Reibfläche (8) und die äußere konische Reibfläche (9) sich axial relativ zueinander bewegen können.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt die Tellerfeder (6) so vorgespannt wird, dass die Tellerfeder das äußere Kupplungselement (3) an das innere Kupplungselement (2) und damit die äußere konische Reibfläche (9) an die innere konische
Reibfläche (8) heranzieht.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter am äußeren Kupplungselement (3) an einem Halter angebracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (6) und der Kolben (5) am inneren
Kupplungselement (2) bzw. am äußeren Kupplungselement (3) angeordnet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am inneren Kupplungselement (2) und am äußeren
Kupplungselement (3) eine innere konische Reibfläche (8) bzw. eine äußere konische Reibfläche (9) ausgebildet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die konischen Reibflächen (8, 9) so ausgebildet werden, dass der Neigungswinkel des jeweiligen Konus ungefähr 25 Grad beträgt.
17. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am inneren und äußeren Kupplungselement die Elemente eines Wirbelstromantriebs angeordnet werden.
18. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am äußeren Kupplungselement (3) Magnete (12) angeordnet und am inneren Kupplungselement (2) Wirbelstrombereiche vorgesehen werden.
19. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am inneren Kupplungselement (2) Kühlrippen angeordnet werden.
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