WO2017215701A1 - Riemenscheibenkupplungssystem mit elektromagnetischer kupplung für ein nebenaggregat, wie einen kältemittelkompressor - Google Patents

Riemenscheibenkupplungssystem mit elektromagnetischer kupplung für ein nebenaggregat, wie einen kältemittelkompressor Download PDF

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WO2017215701A1
WO2017215701A1 PCT/DE2017/100470 DE2017100470W WO2017215701A1 WO 2017215701 A1 WO2017215701 A1 WO 2017215701A1 DE 2017100470 W DE2017100470 W DE 2017100470W WO 2017215701 A1 WO2017215701 A1 WO 2017215701A1
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magnetic
pulley
shaft
anchor element
coupling system
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Julia KRIEGER
Oliver Dippold
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to a clutch system, in particular a pulley clutch system, for an accessory, preferably an air compressor / refrigerant compressor, an internal combustion engine of a motor vehicle, such as utility vehicle, or a mobile work machine, with a pulley, a rotatably mounted relative to the pulley shaft and one between the belt - Disc and the shaft acting, magnetically actuable / electromagnetic clutch, wherein the clutch comprises a magnetic actuator and a cooperating with the magnetic actuator, a permanent magnetic portion exhibiting and relative to the shaft slidably disposed anchor member, and wherein the pulley on the one hand in a first displacement position of the anchor element On the other hand, at least in a further, second displacement position of the anchor element is rotatably coupled to the shaft relative to the shaft rotatable.
  • an accessory preferably an air compressor / refrigerant compressor, an internal combustion engine of a motor vehicle, such as utility vehicle, or a mobile work machine
  • the clutch comprises a magnetic actuator and a cooperating
  • the clutch system for an alternator, a power steering pump, a water pump, a mechanical supercharger, an oil pump, a vacuum pump or an RSG (belt starter / alternator).
  • the coupling system in other systems in which always a drive and an output (arrangement between input and output) is present.
  • the invention also relates to a traction drive comprising the coupling system.
  • Generic coupling systems are already well known from the prior art. For example, DE 1 1 2014 001 739 T5 discloses a clutch mechanism having a drive-side rotatable body rotated by a rotational drive force output from a drive source.
  • this mechanism has a driven-side rotatable body to which the rotational force is transmitted from the driving-side rotatable body through the coupling of the driven-side rotatable body to the driving-side rotatable body.
  • a permanent magnet is present, which is an attractive magnetic circuit generates a magnetic force for coupling between the drive-side rotatable body and the rotatable body of the driven side. Also, the permanent magnet generates a non-attracting magnetic circuit that is different from the attracting magnetic circuit.
  • a movable element is made of a magnetic material and displaceable. An electromagnetic coil serves to displace the movable member to generate an electromagnetic force.
  • the magnetic actuator switching technology particularly simple design.
  • the anchor element is independent of speed particularly easy to adjust and it can be saved space due to the low complexity of the magnetic actuator.
  • transmission of the principle of an at least bistable, more preferably an unstable, solenoid to a rotary system is carried out particularly effectively.
  • the anchor element is supported and designed with its permanent magnetic portion such that it rotatably connects the pulley in a synchronous position (a third displacement position of the armature element) by a magnetic field generated by the magnetic actuator with the shaft.
  • this synchronous position is used to equalize the pulley and the shaft to an equal rotational speed.
  • the non-rotatable connection between the shaft and the pulley is preferably implemented in the synchronous position by means of a reibkraftschlüssigen connection between the armature element and pulley. As a result, the acceleration of the shaft via the pulley takes place particularly evenly.
  • the anchor element is coupled in a rotationally fixed manner to the shaft and forms a friction surface (referred to below as a counter friction surface), which is pressed against frictional engagement with the belt pulley or a pulley-resistant element in the synchronized position, the space requirement of the clutch system is further reduced.
  • the (counter) friction surface of the anchor element is formed on a radially extending end face of the anchor element or conical.
  • the anchor element can be switched over between the first and the second displacement position by energizing the magnet actuator, the anchor element can be controlled particularly easily. It is also advantageous if two spring elements are present, ie at least two spring elements are present, which are at least partially supported in the first displacement position and / or in the second displacement position on different axial sides of the anchor element and with a magnetic field generated by the permanent magnetic section in balance of power. As a result, the support in the respective first and second displacement position is implemented particularly robust. Furthermore, it is advantageous if the anchor element has a centrifugally operated latching mechanism which engages in the second displacement position, for rotationally fixed coupling of the pulley to the shaft, positively in a toothing on the pulley or a pulley-fixed element. As a result, a particularly high torque transmission in the second position between the belt pulley and the shaft can be realized.
  • the Klinkenmecha- is designed to save space.
  • the pawls are resiliently biased inward in the radial direction, so that they fall back inward falls below a certain speed of the anchor element.
  • the latch mechanism is further preferably implemented a freewheel mechanism which connects the pulley in a first relative rotational direction of the pulley to the shaft with the shaft.
  • the invention also relates to a traction drive, preferably a belt drive, for an internal combustion engine of a motor vehicle, such as a car, truck, bus, agricultural utility vehicle or motorcycle, or a mobile work machine (in industry / manufacturing), with a coupling system according to at least one of the previously discussed embodiments, or a non-mobile work machine (in the industry / manufacturing), with a coupling system according to at least one of the previously discussed embodiments.
  • an electromagnetic clutch is preferably implemented on a refrigerant compressor with a further preferred pawl actuation.
  • a frictionally engaged and positive contact can be implemented with the electromagnetic clutch between the pulley and the shaft of the compressor.
  • An armature / an anchor element can be switched over at least between two / three different displacement positions via an electromagnet (magnet actuator) which can be energized.
  • the armature disk is displaceable by a targeted energizing the electromagnet in three positions, whereby a decoupled position (first displacement position), a synchronizing position (synchronous position) by frictional contact and a coupled position (second displacement position) can be realized by positive connection.
  • the open and the closed clutch can be kept de-energized by the principle of a bistable solenoid.
  • the synchronizing position is kept energized according to the principle of the electromagnetic friction clutch.
  • Fig. 1 is a longitudinal sectional view of a coupling system according to the invention according to a first embodiment, wherein the coupling system is already attached to an accessory
  • Fig. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system according to
  • FIG. 1 a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 2, wherein a magnetic field generated by a permanent magnetic portion of the armature element is shown schematically for implementing the first displacement position, a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 3, wherein now, for switching the armature element of the first displacement position toward a synchronous position, the magnetic actuator is energized and thus generates a further magnetic field acting on the anchor member, a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIGS.
  • FIG. 5 a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 5, wherein the Anchor element, compared to Fig. 5, in which the shaft is not yet accelerated to the same speed as the pulley, now the same speed as the pulley, so that several pawls of a latch mechanism of the anchor member are pivoted radially outwardly and to a stop of the pulley abo, a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 6, wherein the magnetic actuator is again turned off and is started to spend the anchor member by means of the permanent magnetic portion and a spring element except Frictional contact with the pulley
  • Fig. 8 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to Fig. 7, wherein the anchor element now in a second displacement position is shifted, which is secured by the balance of forces between the magnetic fields of the permanent magnet and the spring elements, and wherein the pawls of the latch mechanism are not yet folded radially outward,
  • FIG. 9 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 8, wherein the pawls are positively locked by the still continuing rotational movement of the armature element outwardly in a toothing on the pulley, so that a positive rotational alliance between the anchor element and the pulley .
  • FIG. 10 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 9, showing how the anchor member is displaced from its second shift position back to the first shift position by the magnetic actuator generating a magnetic field compensating the magnetic field of the permanent magnet toward the magnetic actuator;
  • 1 1 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 10, wherein the anchor element is displaced in the axial direction back into the first displacement position, that the pawls of the latch mechanism are again out of positive contact with the toothing of the pulley,
  • Fig. 12 is a perspective view of the anchor element of his
  • Fig. 13 is a perspective view of the anchor element of his
  • FIG. 14 is a perspective sectional view of the coupling system together with a housing of the auxiliary unit, wherein the relative arrangement between the teeth of the pulley and the Klin- kenmechanismus is clearly visible in the first displacement position of the anchor element,
  • Fig. 15 is a front view of the coupling system according to Fig. 1, such that the
  • Anchor element is spent in the second displacement position, in which engage the pawls of the latch mechanism in the toothing on the pulley,
  • Fig. 16 is a front view of the coupling system similar to FIG. 15, wherein the
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of the coupling system according to FIGS. 1 to 1 1,
  • Fig. 18 is a longitudinal sectional view of the coupling system according to FIGS. 1 to
  • FIG. 19 is a longitudinal sectional view of a coupling system according to the invention according to a second embodiment, wherein the coupling system is already attached to an accessory,
  • Fig. 20 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system according to
  • Fig. 19 in which an anchor element of a clutch is arranged in a first displacement order, in which a pulley from a shaft of
  • Coupling system is torsionally coupled
  • FIG. 21 shows a schematic longitudinal sectional representation of the coupling system similar to FIG. 20, wherein two magnetic fields generated by a permanent-magnetic section of the anchor element are shown for implementing the first displacement position, a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 21, wherein the anchor member is spent in the synchronous position in which the permanent magnetic portion generates a directed away from the magnetic actuator magnetic field, so that the anchor member is pressed against the pulley,
  • FIG. 23 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 22, wherein now in the synchronous position, several latches of a latch mechanism of the anchor element are pivoted radially outward and abut against a stop of the pulley,
  • Fig. 24 is a schematic longitudinal sectional view of the clutch system similar to Fig. 23, with the solenoid actuator in turn turned off and the armature element started to be disengaged from frictional engagement with the pulley,
  • FIG. 25 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 24, wherein the anchor element is now displaced into a second displacement position, and wherein the pawls of the latch mechanism are not yet pivoted radially outwards,
  • FIG. 26 shows a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 25, wherein the pawls are positively locked in a toothing on the belt pulley by the still continuing rotational movement of the armature element, so that there is a positive rotational connection between the armature element and the pulley .
  • FIG. 27 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 26, showing how the anchor member is displaced from its second shift position back to the first shift position by the magnetic actuator generating a magnetic field amplifying the magnetic field of the permanent magnet toward the magnetic actuator.
  • 28 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 27, wherein the anchor element is displaced back into the first displacement position in the axial direction and the pawls of the latch mechanism are again arranged in out of positive contact with the toothing of the belt pulley;
  • 29 is a longitudinal sectional view of a coupling system according to the invention according to a third embodiment, wherein the coupling system is already attached to an accessory,
  • Fig. 30 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system according to
  • FIG. 31 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 30, showing a magnetic field generated by a permanent-magnetic section of the anchor element for converting the first displacement position;
  • FIG. 32 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 31, wherein the armature element is brought into the synchronous position in which the permanent magnetic section and the magnetic actuator generate a magnetic field directed towards the magnetic actuator so that the armature element is pressed against the pulley .
  • FIG. 33 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to FIG. 32, wherein the anchor element is now displaced into a second displacement position in which the pawls of the pawl mechanism are already pivoted radially outwards, so that a positive rotational connection exists between the anchor element and the pulley; and
  • Fig. 34 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling system similar to Fig. 33, wherein the anchor member is displaced in the axial direction back into the first displacement position and the pawls of the latch mechanism are again out of positive engagement with the toothing of Riem menular arranged.
  • a structure of a coupling system 1 according to the invention is illustrated according to the first embodiment.
  • the coupling system 1 is part of a traction mechanism drive in the form of a belt drive.
  • the clutch system 1 is thus also referred to as a pulley clutch system.
  • the coupling system 1 is used for selectively connecting or decoupling an auxiliary unit, here an air conditioning compressor, an internal combustion engine, such as a gasoline or diesel engine, from a traction means, namely belt, the traction mechanism.
  • an auxiliary unit here an air conditioning compressor, an internal combustion engine, such as a gasoline or diesel engine
  • a traction means namely belt
  • the traction mechanism namely belt
  • the coupling system 1 directly has a pulley 2, which forms a first rotary part of the coupling system 1.
  • a second rotary part of the coupling system 1 is formed by a shaft 3.
  • This shaft 3 can directly be an integral component / section of a shaft of the ancillary unit / air-conditioning compressor, which is not completely shown here for the sake of clarity, or can be designed as a separate shaft.
  • this shaft 3 is designed separately from a drive shaft 24 of the accessory formed component. Only for the sake of simplicity, the shaft 3 is shown in the following figures 2 to 1 1 as an integral part of the drive shaft 24.
  • the shaft 3 is rotatably mounted on the drive shaft 24.
  • the pulley 2 is rotatably supported by means of a roller bearing 25 on the shaft 3.
  • the pulley 2 has a first, in a radial direction, ie radially to a rotational axis 26 of the shaft 3, extending first disc region 27.
  • the pulley 2 On a radial outer side of the first disc region 27, the pulley 2 in turn has a form-fitting receiving contour 28 for the positive reception of a belt of the traction mechanism drive. Furthermore, the pulley 2 is rotatably connected to a cover 14. The cover 14 is rotatably attached to the pulley 2 and forms a pulley-solid element. The cover 14 therefore forms a second disc region 29 of the pulley 2. The two disc regions 27 and 29 are spaced apart from one another in the axial direction of the shaft 3, forming a receiving space 30.
  • An anchor element 7 serves as the connecting element / coupling element of the belt pulley 2 with the shaft 3.
  • the anchor element 7 has an essentially disc-shaped base section 21.
  • the base section 21 is in turn coupled in a motion-coupled manner to the shaft 3 via a linear sliding bearing 31 at a radially inner region.
  • the linear sliding bearing 31 allows displacement of the anchor element 7 within the receiving space 30 in the axial direction relative to the shaft 3, but at the same time defines a rotationally fixed connection of the anchor element 7 with the shaft 3.
  • the armature element 7 is constructed from a plurality of ring elements / rings arranged concentrically to one another / nested one inside the other.
  • a first ring 32a is made of a non-magnetic, ie, non-magnetic material.
  • the first ring 32a is placed directly radially on the outside of the linear sliding bearing 31.
  • another second ring 32b is applied to the first ring 32a.
  • the second ring 32b is made of a magnetic / magnetizable material.
  • a third ring 32c is in turn applied radially outside of the second ring 32b to this second ring 32b.
  • This third ring 32c is formed of a permanent magnetic material / permanent magnet. Consequently, the third ring 32c forms a permanent-magnetic portion 6 of the anchor element 7. Again radially Outside the third ring 32c is followed by a fourth ring 32d.
  • This fourth ring 32d in turn consists of a magnetic / magnetizable material.
  • the fourth ring 32d is fitted on the third ring 32c. All four rings 32a to 32d of the anchor element 7 are rotatably connected to each other.
  • the pulley 2 and the lid 14 are also made of a magnetic / magnetizable material.
  • a latch mechanism 18 is attached to the anchor element 7, which can be seen clearly in particular in FIGS. 13 and 14.
  • the pawl mechanism 18 has three pawls 20 distributed along the circumferential direction of the anchor member 7 and pivotally attached to the anchor member 7, namely the third ring 32c. Each pawl 20 has a certain mass.
  • the pawls 20 are elastically biased (by means of leaf springs 43) in their pivoting direction in the radial direction inwards.
  • the latch mechanism 18 is designed as a centrifugally operated latch mechanism 18.
  • two spring elements 16 and 17 are attached to the anchor element 7. These spring elements 16, 17 are designed as helical compression springs.
  • a first spring element 16 is arranged on a first (in operation, the magnetic actuator 5 facing) end face 15 of the anchor element 7.
  • a second spring element 17 is disposed on a, the first end face 15 facing away, the second axial end face 33 of the anchor element 7. As described in more detail below, these spring elements 16 and 17 in the respective displacement positions of the anchor element 7 cooperate with these.
  • the anchor element 7 is part of a coupling 4, which furthermore has a magnetic actuator 5 in order to move the anchor element 7 back and forth between its displacement positions.
  • the anchor element 7 interacts in particular with a magnetic coil 34 of the magnetic actuator 5.
  • the magnetic actuator 5 forms an electromagnet.
  • the armature element 7, as described in more detail below moved back and forth between its displacement positions.
  • the anchor member 7 is arranged in a first displacement position in the form of an open position of the clutch 4 / the clutch system 1.
  • the magnetic actuator / solenoid 34 is turned off and thus does not generate a magnetic field.
  • the solenoid coil 34 is switched off / de-energized, the first displacement position is kept stable by the formation of the permanent-magnetic section 6 and by the arrangement of the second spring element 17.
  • the permanent magnetic portion 6 forms in the first displacement position, a first magnetic field 8, from the third ring 32c via the two radially inwardly and outwardly adjoining rings, ie the second ring 32b and the fourth ring 32d, via the pulley 2 and the lid 14 is passed.
  • the first magnetic field 8 is shown in FIG. 3 as the resulting magnetic field.
  • the first magnetic field 8 is directed so that (by the permanent magnetic section 6) a first magnetic force 35 acts on the anchor element 7.
  • the first magnetic force 35 is chosen so strong that the second spring element 17 is arranged elastically compressed in the first displacement position.
  • a spring force 36 is generated in the second spring element 17, which is in the force equilibrium with the first magnetic force 35.
  • a stable support of the armature element 7 is present in the first displacement position with currentless switching of the magnetic actuator 5.
  • the armature element 7 is first moved into the position shown in FIGS. 5-7 illustrated synchronizing position (also referred to as the third displacement position) of the anchor element 7 to spend.
  • the magnetic actuator 5 / the magnetic coil 34 is energized so that he / she generates a (second) magnetic field 9.
  • This second magnetic field 9 is chosen in its direction and strength so that it generates a (second) magnetic force 37 which acts on the armature element 7, opposite to the first magnetic force 35.
  • the second magnetic force 37 is so strong during the adjustment of the anchor element 7 according to FIG.
  • the anchor element 7 moves in the axial direction away from the cover 14, ie towards the magnetic actuator 5 and to the first disk region 27.
  • the second magnetic force 37 is amplified in a first displacement region of the anchor element 7 between the first displacement position and the synchronous position by the first spring force 36.
  • the armature element 7 is frictionally engaged with a counter-friction surface 13, which is pronounced on the first end face 15, on a friction surface 12 on the first disk region 27.
  • the anchor element 7 together with the shaft 3 is not yet at the same speed as the pulley 2, but in the slip mode.
  • a (third) magnetic field 10 generated by the permanent-magnetic section 6 acts in addition to the second magnetic field 9, as generated by the magnetic actuator 5, in turn.
  • the third magnetic field 10 acts at the beginning of the synchronous position according to FIG. 5 at the same time parallel / rectified to the second magnetic field 9 on the anchor member 7, so that the anchor member 7 is attracted in addition to the second magnetic force 37 with a third magnetic force 38 to the solenoid 34 and thus pressed against the first disc portion 27.
  • a (second) spring force 39 which is applied by the first spring element 16 due to its elastic compression, the anchor member 7.
  • the first spring element 16 is in the synchronous position, as already the second spring element 17th supported in the first displacement position adjacent to the anchor member 7 at an axially fixed portion of the shaft 3.
  • the synchronous position thus serves to accelerate the armature element 7 to the same speed as the pulley 2. If the same speed of both elements - pulley 2 and anchor element 7 - reached, the magnetic actuator 5 is turned off again in Fig. 7. As a result, the anchor element 7 is moved from the synchronous position to a second displacement position. After switching off the second magnetic field 9, only the third magnetic field 10 with the third magnetic force 38 of the permanent-magnetic section 6 acts on the anchor element 7. As can be seen in Fig. 8, the permanent magnetic portion 6 is selected in its strength so that when switching off the magnet actuator 5 again a fourth magnetic field 1 1 acts by him on the anchor member 7.
  • the fourth magnetic field 1 1 acts with a fourth magnetic force 41 axially opposite to the third magnetic field 10 such that the armature element 7 is moved away from the first disk region 27 towards the second disk region 29.
  • the movement is caused in particular by the spring force 39 of the first spring element 16.
  • FIG. 9 also shows that the armature element 7 moves axially away from the magnet coil 34 / the first disk region 27 until the two magnetic forces 38 and 41 form a balance of forces with the spring force 39.
  • This balance of forces is formed in the second displacement position of the anchor element 7, in which the pawls 20 are positioned in the axial direction adjacent to the stop 22.
  • the pawls 20 pivot radially outwards and into positive contact with an (internal) toothing 19 on the pulley 2.
  • the pawls 20 are pivoted outwards in the radial direction in such a way that they engage positively in the Gearing 19 intervene.
  • the second displacement position is again designed as a stable position of the anchor element 7.
  • the second displacement position is also referred to as the closed position of the clutch 4.
  • the fifth magnetic field 42 is configured to generate a magnetic force directed against the third magnetic force 38 of the permanent magnetic portion 6.
  • the armature element 7 due to the fourth magnetic force 41 and the spring force 39 away from the solenoid actuator 5, that is shifted towards the lid 14, so that the pawls 20, as illustrated in Fig. 1 1, except frictional contact with the toothing 19th reach.
  • the latching mechanism 18 is thus designed as a centrifugal force-actuated latching mechanism 18, which locks in particular in a first relative direction of rotation of the pulley 2 relative to the shaft 3.
  • the latch mechanism 18 is also referred to as a freewheel mechanism. Engagement and disengagement can be assisted by varying / increasing / reducing the load on the unit.
  • the magnetic actuator 5 is fixedly attached to a housing 23 of the auxiliary device not shown here for clarity.
  • FIG. 19 a second embodiment of the coupling system 1 according to the invention is shown.
  • the coupling system 1 of this second embodiment is constructed in principle as that of the first embodiment and functioning.
  • the pawl mechanism 18 is now no longer disposed between the base portion 21 and the second disc portion 29 in the axial direction, but is disposed axially between the base portion 21 and the solenoid actuator 5.
  • a first disk region 27 is dispensed with. This is effected in particular by the fact that the displacement movements between the displacement positions and the acting magnetic fields are chosen to be opposite to those of the first exemplary embodiment.
  • Figs. 20 and 21 can be seen, is now in the first displacement position now passed over the pulley 2 and the solenoid actuator 5 and the housing 23 of the auxiliary device first magnetic field 8 together with the third magnetic field 10 and the (second) spring force 39 in the force equilibrium.
  • a (second) magnetic force 37 is again generated by a second magnetic field 9 on the magnetic actuator 5, by energizing the magnetic coil 34.
  • the anchor element 7 is pressed against the second disk region 29 with frictional engagement.
  • the friction surface 12 is attached to the cover 14 and the counter friction surface 13 of the anchor element 7 on the second end face 33.
  • a third exemplary embodiment which in turn is essentially constructed and works like the first exemplary embodiment, can be clearly seen in FIG.
  • the first disk region 27 is dispensed with.
  • a cone surface 40 forming the friction surface 12 is formed on the pulley 2.
  • This cone region 40 interacts with the counter friction surface 13 on the anchor element 7.
  • the counter friction surface 13 is formed complementary to the friction surface 12 and formed by a conical radial outer region of the anchor member 7 and the fourth ring 32 d.
  • the friction surface 13 and the friction surface 12 are in turn frictionally engaged with each other in the synchronizing position. As in Figs.
  • the anchor element 7 is stably supported.
  • the solenoid coil 34 is to be energized (FIG. 32).
  • the magnetic coil 34 is switched off according to FIG. 33. According to Fig. 34, the anchor element 7 is then brought back into the first displacement position.
  • a clutch system 1 is thus implemented on a refrigerant compressor.
  • a switching movement between the individual positions of the coupling system 1 is carried out in a first embodiment by the movement of the armature element 7 from the decoupled position I (first displacement position) on the cover side on the synchronizing position II (synchronous position) on the compressor side to the coupled position III (second displacement position ) between the positions I and II.
  • a standstill / a standstill position is implemented with retracted clamping bodies (pawls 20) in the decoupled position I. There is no connection between the pulley 2 and the clutch disc (in the form of the anchor element 7).
  • the synchronization is implemented by the Reibkraftschlüssige connection of the clutch disc 7 with the pulley 2 via a friction element (eg, a friction lining / Gegenreib Structure / friction surface). Since the coupling 4 is at least a form-locking coupling, a torque transmission from the pulley 2 to the clutch disk 7 is achieved via the fold-out clamping bodies 20 at a specific rotational speed. As a result, the clutch 4 is also implemented as a centrifugal clutch, with no further power supply is necessary. Finally, the clamping body 20 engage in the toothed ring (toothing 19). For decoupling the positive connection is to be solved again by moving to position I.
  • a friction element eg, a friction lining / Gegenreib Structure / friction surface
  • a restoring force acts by leaf springs 43 on the clamping body 20, so that the clamping body 20 securely fold.
  • An output shaft (drive shaft 24) is mounted in the accessory.
  • An electromagnet 5, consisting of copper coil 34 and iron core is attached to the housing extension 23 of the accessory / air compressor by means of a locking ring.
  • a pulley 2, which includes the electromagnet 5, is mounted on the inner ring via a belt disc bearing 25. The inner ring with integrated guide pin is screwed onto the output shaft 24. In the pulley 2, a spring and a toothed ring 19 are inserted.
  • a friction lining 12 is glued to a surface perpendicular to the central axis 26 of the pulley 2.
  • An armature disk (anchor element 7) is mounted on the inner ring (shaft 3) via a linear sliding bearing 31. On the inner ring 3, a flange is screwed. A lid 14 is fixedly connected to the pulley 2.
  • the armature disk 7 is made up of rings 32a-d: directly on the linear sliding bearing 31 sits an amagnetic disk (first ring 32a), above it a magnetic inner disk (second ring 32b). This is followed by a permanent magnet ring (third ring 32c) and then an external magnetic disk (fourth ring 32d). Magnetic is to be equated with ferromagnetic and magnetizable. At the front of a punched sheet is fixed, were bent at the three ends to leaf springs 43. Over this sheet a magnetic cover is arranged. By means of bolts, three clamping bodies 20 are movably attached to the armature disk 7 in such a way that they bias the leaf springs 43.
  • the electromagnet 5 is used for targeted control of the clutch disc 7.
  • a permanent magnet (permanent magnetic portion 6) is integrated in the clutch disc 7 in order to reach and hold the three positions according to the concept of a bistable solenoid. Two positions (I, III) can be kept unpowered. When energized coil 34, the permanent magnet 6 can form two magnetic circuits / fields, in position I, the magnetic circuit of the clutch disc 7 is closed via the cover 14. In position III, the magnetic circuit is closed via the electromagnet 5 on the compressor side. The magnetic forces are generated by the interaction of electromagnet 5 and permanent magnet 6. By a respective spring (spring elements 16, 17) left and right of the clutch disc 7, the required balance of forces in the coupled position III can be adjusted.
  • the explicit sequence of movements takes place as described below:
  • the opened clutch 4 / position I is held by no voltage being applied to the electromagnet 5, the magnetic circuit of the permanent magnet 6 closing over the cover 14.
  • the armature disk 7 is held de-energized in the coupled position of magnetic force 35.
  • a voltage is applied to the electromagnet 5, which generates a magnetic circuit 9 via the electromagnet 5 on the compressor side.
  • the flow direction of the electromagnetic circuit is identical to that of the permanent magnetic circuit.
  • the electromagnet 5 amplifies the magnetic field 10 of the permanent magnet 6 on the compressor side.
  • the magnetic force 37 + 38 prevails on the compressor side, so that the armature disk 7 is attracted by the electromagnet 5 and moves into the synchronizing position II.
  • the synchronization / position II is then held by the voltage at the electromagnet 5 is maintained.
  • the resulting force acting on the armature disk 7 magnetic force presses the armature disk 7 against the friction lining 12.
  • This torque is transmitted to the output shaft 24, the output shaft 24 is synchronized to speed of the pulley 2 and the clamping body 20 fold out by centrifugal forces and are on the retaining edge (Stop 22) retained by the engagement in the toothed ring 19.
  • the movement from the synchronization to the closed clutch 4 / from position II to position III is in turn implemented by the voltage at the electromagnet 5 is released.
  • the armature disk 7 is pressed by the first spring element 16 in the direction of the cover side.
  • the magnetic forces and spring forces are in equilibrium, so that the armature disk 7 autonomously holds this axial position III.
  • the closed clutch / position III is held by the force balance, so that the armature disk 7 is kept de-energized in the coupled position III.
  • the clamping body 20 are no longer retained by the retaining edge 22 and engage by the centrifugal force in the toothed ring 19 a.
  • the movement from the closed clutch 4 to the opened clutch 4 / from position III to I is achieved by again applying to the electromagnet 5 a voltage which generates a magnetic field opposite to the magnetic field of the permanent magnet 6.
  • the movement from the decoupled position I on the compressor side via the synchronizing position II on the lid side to the coupled position III between the positions I and III is spent.
  • An output shaft (drive shaft 24) is in turn mounted in the accessory / in the housing cover of the auxiliary unit.
  • a magnetic attachment is screwed onto the housing base.
  • An inner ring with integrated guide pin is screwed onto the output shaft 24.
  • a spring is inserted.
  • a pulley 2 is placed on the iron core of the electromagnet 5.
  • An armature disk (anchor element 7) is mounted on the inner ring (shaft 3) via a linear sliding bearing 31, it is aligned with the clamping bodies 20 towards the compressor side.
  • a spring is mounted on the cover side. About the spring, a flange is screwed onto the inner ring 3.
  • a toothed ring 19 is fixed and glued a friction lining 12 on a surface perpendicular to the central axis 26.
  • a pulley bearing 25 is integrated in the lid 14.
  • a rubber ring is inserted in a groove in the lid 14.
  • the cover 14 is connected to the belt pulley 2 with the rubber ring and mounted on the pulley bearing on the inner ring.
  • the armature disk 7 is made up of rings 32a-d: directly on the linear sliding bearing 31 sits an amagnetic disk (first ring 32a), above it a magnetic inner disk (second ring 32b). This is followed by a permanent magnet ring (third ring 32c) followed by an outer magnetic disk (fourth ring 32d).
  • Magnetic is to be equated with ferromagnetic and magnetizable.
  • At the front of a punched sheet is fixed, were bent at the three ends to leaf springs 43.
  • three clamping bodies 20 are movably attached to the armature disk 7 in such a way that they bias the leaf springs 43.
  • a permanent magnet (permanent magnetic portion 6) is integrated in the clutch disc 7 in order to reach and hold the three positions according to the concept of a bistable solenoid. Two positions (I, III) can be kept de-energized. When energized coil 34, the permanent magnet 6 can two
  • the explicit sequence of movements takes place as described below:
  • the standstill / position I is maintained by no voltage being applied to the electromagnet 5, the magnetic circuit of the permanent magnet 6 closing via the electromagnet 5 on the compressor side.
  • the armature disk 7 is held de-energized in the disengaged position I.
  • a voltage is applied to the electromagnet 5, which generates a magnetic field 9 opposite to the magnetic field 8 of the permanent magnet 6.
  • the magnetic fields on the compressor side cancel each other, so that only the magnetic field acts on the cover side.
  • the clutch disc 7 moves in the direction of the cover side.
  • the synchronization / position II is then held by the voltage at the electromagnet 5 is maintained.
  • the closed clutch / position III is held by the force balance, so that the armature disk 7 is kept de-energized in the coupled position III.
  • the clamping body 20 are no longer retained by the retaining edge 22 and engage by the centrifugal force in the toothed ring 19 a.
  • the movement from the closed clutch 4 to the opened clutch 4 / from position III to I is achieved by again applying to the solenoid 5 a voltage which closes a magnetic circuit via the compressor-side electromagnet 5.
  • the electromagnet 5 amplifies the magnetic field of the permanent magnet 6 on the compressor side.
  • the magnetic force on the compressor side outweighs and the armature disk 7 is attracted by the electromagnet 5 and moves in the decoupled position.
  • the opened clutch 4 is again held independently by voltage can be removed from the electromagnet 5.
  • the force of the permanent magnet 6 is strong enough to hold the armature disk 7 in this position. Armature disk 7 and drive shaft 24 swing out and come to a standstill. With decreasing speed, the clamping body 20 fold again.
  • an output shaft (drive shaft 24) is in turn mounted in the auxiliary unit.
  • a magnetic attachment is screwed onto the housing attachment.
  • An inner ring with integrated guide pin is screwed onto the output shaft 24.
  • a spring is inserted.
  • a pulley 2 is placed on the iron core of the electromagnet 5.
  • a toothed ring 19 is inserted and a conical friction lining 12 glued to a surface of the pulley 2.
  • An armature disk (anchor element 7) is mounted on the inner ring (shaft 3) via a linear sliding bearing 31.
  • On the inner ring 3, a flange is screwed.
  • a pulley bearing 25 is placed in front of the flange.
  • a lid 14 is fixedly connected to the pulley 2.
  • the armature disk 7 is in turn made up of rings 32a-d: directly on the linear sliding bearing 31 sits an amagnetic disk (first ring 32a), above it a magnetic inner disk (second ring 32b). This is followed by a permanent magnet ring (third ring 32c) followed by an outer magnetic disk (fourth ring 32d). Magnetic is to be equated with ferromagnetic and magnetizable.
  • a stamped sheet on which three ends were bent into leaf springs 43. Over this sheet a magnetic cover is arranged.
  • three clamping bodies 20 are movably attached to the armature disk 7 in such a way that they bias the leaf springs 43.
  • the electromagnet 5 is used for targeted control of the clutch disc 7.
  • a permanent magnet (permanent magnetic portion 6) is integrated in the clutch disc 7 in order to reach and hold the three positions according to the concept of a bistable solenoid. Two positions (I, III) can be kept unpowered. When energized coil 34, the permanent magnet 6 can form two magnetic circuits / fields, in position I, the magnetic circuit of the clutch disc 7 is closed via the cover 14. In position III, the magnetic circuit is closed via the electromagnet 5 on the compressor side. The magnetic forces are generated by the interaction of electromagnet 5 and permanent magnet 6. By a respective spring (spring elements 16, 17) left and right of the clutch disc 7, the required balance of forces in the coupled position III can be adjusted.
  • the explicit sequence of movements takes place as described below:
  • the opened clutch 4 / position I is held by no voltage being applied to the electromagnet 5, the magnetic circuit of the permanent magnet 6 closing over the cover 14.
  • the armature disk 7 is held de-energized in the coupled position of magnetic force 35.
  • a voltage is applied to the electromagnet 5, which generates a magnetic circuit 9 via the electromagnet 5 on the compressor side.
  • the flow direction of the electromagnetic circuit is identical to that of the permanent magnetic circuit.
  • the electromagnet 5 amplifies the magnetic field 10 of the permanent magnet 6 on the compressor side.
  • the magnetic force 37 + 38 prevails on the compressor side, so that the armature disk 7 is attracted by the electromagnet 5 and moves into the synchronizing position II.
  • the synchronization / position II is then held by the voltage at the electromagnet 5 is maintained.
  • the resulting force acting on the armature disk 7 magnetic force presses the armature disk 7 against the friction lining 12.
  • This torque is transmitted to the output shaft 24, the output shaft 24 is at the speed of the pulley 2 synchronized and the clamp body 20 fold out by centrifugal forces and are retained on the retaining edge (stop 22) by snapping into the toothed ring 19.
  • the movement from the synchronization to the closed clutch 4 / from position II to position III is in turn implemented by releasing the voltage at the electromagnet 5.
  • the armature disk 7 is pressed by the first spring element 16 in the direction of the cover side.
  • the magnetic forces and spring forces are in equilibrium, so that the armature disk 7 autonomously holds this axial position III.
  • the closed clutch / position III is held by the force equilibrium, so that the Ankeremia 7 is kept de-energized in the coupled position III.
  • the clamping body 20 are no longer retained by the retaining edge 22 and engage by the centrifugal force in the toothed ring 19 a.
  • the movement from the closed coupling 4 into the opened coupling 4 / from position III to I is achieved by again applying to the electromagnet 5 a voltage which generates a magnetic field opposite to the magnetic field of the permanent magnet 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem (1) für ein Nebenaggregat einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Riemenscheibe (2), einer relativ zu der Riemenscheibe (2) drehbar gelagerten Welle (3) und einer, zwischen der Riemenscheibe (2) und der Welle (3) wirkenden, magnetisch aktuierbaren Kupplung (4), wobei die Kupplung (4) einen Magnetaktor (5) sowie ein mit dem Magnetaktor (5) zusammenwirkendes, einen permanentmagnetischen Abschnitt (6) aufweisendes und relativ zu der Welle (3) verschiebbar angeordnetes Ankerelement (7) aufweist, und wobei die Riemenscheibe (2) einerseits in einer ersten Verschiebestellung des Ankerelementes (7) relativ zu der Welle (3) frei verdrehbar ist, andererseits, zumindest in einer weiteren, zweiten Verschiebestellung des Ankerelementes (7) drehfest mit der Welle (3) gekoppelt ist, wobei das Ankerelement (7) derart abgestützt und mit seinem permanentmagnetischen Abschnitt (6) derart ausgestaltet ist, dass es bei stromlos geschalteten Magnetaktor (5) in der ersten Verschiebestellung und in der zweiten Verschiebestellung stabil gehalten ist; sowie einen Zugmitteltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem Kupplungssystem (1).

Description

Riemenscheibenkupplunqssvstem mit elektromagnetischer Kupplung für ein Nebenaggregat, wie einen Kältemittelkompressor
Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem, insbesondere ein Riemenscheibenkupplungssystem, für ein Nebenaggregat, vorzugsweise einen Klimakompressor / Kältemittelkompressor, einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, wie Nutzfahrzeuges, oder einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einer Riemenscheibe, einer relativ zu der Riemenscheibe drehbar gelagerten Welle und einer zwischen der Riemen- scheibe und der Welle wirkenden, magnetisch aktuierbaren / elektromagnetischen Kupplung, wobei die Kupplung einen Magnetaktor sowie ein mit dem Magnetaktor zusammenwirkendes, einen permanentmagnetischen Abschnitt aufweisendes und relativ zu der Welle verschiebbar angeordnetes Ankerelement aufweist, und wobei die Riemenscheibe einerseits in einer ersten Verschiebestellung des Ankerelementes re- lativ zu der Welle frei verdrehbar ist, andererseits, zumindest in einer weiteren, zweiten Verschiebestellung des Ankerelementes drehfest mit der Welle gekoppelt ist. Alternativ zu dem Klimakompressor, ist es prinzipiell auch möglich, das Kupplungssystem für eine Lichtmaschine, eine Lenkhilfepumpe, eine Wasserpumpe, einen mechanischen Lader, eine Ölpumpe, eine Unterdruckpumpe oder ein RSG (Riemenstarter- generator / Lichtmaschine) einzusetzen. Desweiteren ist es auch möglich, das Kupplungssystem in weiteren Systemen einzusetzen, bei denen stets ein Antrieb und ein Abtrieb (Anordnung zwischen An- und Abtrieb) vorhanden ist. Auch betrifft die Erfindung einen Zugmitteltrieb aufweisend das Kupplungssystem. Gattungsgemäße Kupplungssysteme sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 1 1 2014 001 739 T5 einen Kupplungsmechanismus mit einem antriebsseitigen drehbaren Körper, der durch eine Drehantriebskraft gedreht wird, die von einer Antriebsquelle ausgegeben wird. Auch weist dieser Mechanismus einen drehbaren Körper der angetriebenen Seite auf, auf den die Drehkraft von dem antriebsseitigen drehbaren Körper durch die Kopplung des drehbaren Körpers der angetriebenen Seite mit dem antriebsseitigen drehbaren Körper übertragen wird. Ein Permanentmagnet ist vorhanden, der einen anziehenden Magnetkreis erzeugt, der eine Magnetkraft zur Kopplung zwischen dem antriebsseitigen drehbaren Körper und dem drehbaren Körper der angetriebenen Seite erzeugt. Auch erzeugt der Permanentmagnet einen nicht anziehenden Magnetkreis, der verschieden zu dem anziehenden Magnetkreis ist. Ein bewegliches Element ist aus einem magnetischen Ma- terial hergestellt und verschiebbar. Eine elektromagnetische Spule dient zum Verschieben des beweglichen Elements unter Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft.
Desweiteren ist Stand der Technik aus der DE 10 2010 060 590 B4, der DE 20 201 1 051 978 IM sowie der DE 198 59 387 A1 bekannt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen haben häufig den Nachteil, dass sie relativ viel Bauraum durch die Ausgestaltung mehrerer Spulen einnehmen, da es notwendig ist, eine anziehende und eine abstoßende Bewegung zum Umschal- ten zwischen den Stellungen des Ankerelementes zu gewährleisten. Desweiteren ist es häufig nachteilig, dass ein Zu- und Abschalten der Riemenscheibe drehzahlabhängig ist, d.h. nicht in jedem Betriebspunkt möglich ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese aus dem Stand der Tech- nik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere ein Kupplungssystem für ein Nebenaggregat zur Verfügung zu stellen, durch das einerseits ein drehzahlunabhängiges Zu- und Abschalten der Riemenscheibe von der Welle möglich sein soll, andererseits jedoch ein möglichst kleiner Bauraum in Anspruch genommen werden soll. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Ankerelement derart abgestützt und mit seinem permanentmagnetischen Abschnitt derart ausgestaltet ist, dass es bei stromlos geschaltetem Magnetaktor in der ersten Verschiebestellung und in der zweiten Verschiebestellung stabil gehalten / abgestützt ist (d.h. dass die Kupplungseinrichtung bistabil ausgeführt ist und das Ankerelement zwei stabile Verschiebestellungen aufweist).
Durch die stabile Abstützung des Ankerelementes in zumindest zwei Verschiebestellungen, ohne dabei den Magnetaktor bestromen zu müssen, ist der Magnetaktor schalttechnisch besonders einfach ausgestaltet. Zudem ist das Ankerelement drehzahlunabhängig besonders einfach verstellbar und es kann Bauraum aufgrund der geringen Komplexität des Magnetaktors eingespart werden. Somit wird Übertragung des Prinzips eines zumindest bistabilen, weiter bevorzugt eines instabilen, Hubmagneten auf ein rotatives System besonders effektiv ausgeführt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert. Von Vorteil ist es, wenn das Ankerelement derart abgestützt und mit seinem permanentmagnetischen Abschnitt derart ausgestaltet ist, dass es in einer Synchronstellung (eine dritte Verschiebestellung des Ankerelements) durch ein durch den Magnetaktor erzeugtes Magnetfeld die Riemenscheibe drehfest mit der Welle verbindet. Insbesondere dient diese Synchronstellung zum Angleichen der Riemenscheibe und der Welle auf eine gleiche Drehgeschwindigkeit / Drehzahl. Die drehfeste Verbindung zwischen der Welle und der Riemenscheibe wird in der Synchronstellung vorzugsweise mittels einer reibkraftschlüssigen Verbindung zwischen Ankerelement und Riemenscheibe umgesetzt ist. Dadurch findet die Beschleunigung der Welle über die Riemenscheibe besonders gleichmäßig statt.
Ist das Ankerelement drehfest mit der Welle gekoppelt und bildet es eine Reibfläche (nachfolgend als Gegenreibfläche bezeichnet) aus, die in der Synchronstellung reib- kraftschlüssig an die Riemenscheibe oder ein riemenscheibenfestes Element angedrückt ist, wird der Platzbedarf des Kupplungssystems weiter reduziert.
Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn die (Gegen- )Reibfläche des Ankerelementes an einer radial verlaufenden Stirnseite des Ankerelementes oder konisch ausgebildet ist. Dadurch nehmen die Mittel zum Umsetzen der dritten Verschiebestellung besonders wenig Bauraum ein.
Ist das Ankerelement zwischen der ersten und der zweiten Verschiebestellung durch Bestromen des Magnetaktors umschaltbar, ist das Ankerelement besonders einfach ansteuerbar. Von Vorteil ist es zudem, wenn zwei Federelemente vorhanden sind, d.h. zumindest zwei Federelemente vorhanden sind, die zumindest teilweise in der ersten Verschiebestellung und/oder in der zweiten Verschiebestellung an unterschiedlichen axialen Seiten des Ankerelementes abgestützt sind und mit einem durch den permanentmagnetischen Abschnitt erzeugten Magnetfeld im Kräftegleichgewicht stehen. Dadurch ist die Abstützung in der jeweiligen ersten und zweiten Verschiebestellung besonders robust umgesetzt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Ankerelement einen fliehkraftbetätigten Klinkenmechanismus aufweist, der in der zweiten Verschiebestellung, zur drehfesten Kopplung der Riemenscheibe mit der Welle, formschlüssig in eine Verzahnung an der Riemenscheibe oder einem riemenscheibenfesten Element eingreift. Dadurch ist eine besonders hohe Drehmomentübertragung in der zweiten Stellung zwischen der Rie- menscheibe und der Welle realisierbar.
Sind mehrere Klinken des Klinkenmechanismus in axialer Richtung gesehen hin zu dem Magnetaktor oder weg von dem Magnetaktor an einem scheibenförmigen
Grundabschnitt des Ankerelementes schwenkbar angebracht, ist der Klinkenmecha- nismus besonders platzsparend ausgeführt.
Weiterhin ist es dabei zweckmäßig, wenn die Klinken in radialer Richtung nach innen federelastisch vorgespannt sind, sodass sie bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl des Ankerelementes wieder nach innen weg klappen.
Durch den Klinkenmechanismus ist weiter bevorzugt ein Freilaufmechanismus umgesetzt, der die Riemenscheibe in einer ersten Relativdrehrichtung der Riemenscheibe zur Welle mit der Welle verbindet. Zudem betrifft die Erfindung auch einen Zugmitteltrieb, vorzugsweise einen Riementrieb, für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses, landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges oder Motorrades, oder einer mobilen Arbeitsmaschine (in der Industrie / Fertigung), mit einem Kupplungssystem nach zumindest einer der zuvor erläuterten Ausführungen, oder einer nicht-mobilen Arbeitsmaschine (in der Industrie / Fertigung), mit einem Kupplungssystem nach zumindest einer der zuvor erläuterten Ausführungen. In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß eine elektromagnetische Kupplung vorzugsweise an einem Kältemittelkompressor mit einer weiter bevorzugten Klin- kenaktuierung umgesetzt. Zur aktiven und sicheren Verbindung sowie Trennung der Riemenscheibe zu jedem Betriebszeitpunkt ist mit der elektromagnetischen Kupplung, zwischen der Riemenscheibe und der Welle des Kompressors, ein reibkraftschlüssi- ger und formschlüssiger Kontakt umsetzbar. Ein Anker / ein Ankerelement ist zumindest zwischen zwei / drei verschiedenen Verschiebestellungen über einen bestromba- ren Elektromagneten (Magnetaktor) umschaltbar. Somit ist die Ankerscheibe durch ein gezieltes Bestromen des Elektromagneten in drei Positionen verschiebbar, wodurch eine ausgekoppelte Position (erste Verschiebestellung), eine synchronisierende Posi- tion (Synchronstellung) durch reibkraftschlüssigen Kontakt und eine gekoppelte Position (zweite Verschiebestellung) durch formschlüssige Verbindung realisiert werden können. Die offene und die geschlossene Kupplung kann durch das Prinzip eines bistabilen Hubmagneten stromlos gehalten werden. Die synchronisierende Position wird nach dem Prinzip der elektromagnetischen Reibkupplung bestromt gehalten.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Kupplungssystems nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei das Kupplungssystem bereits an einem Nebenaggregat angebracht ist, Fig. 2 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems nach
Fig. 1 , in der ein Ankerelement einer Kupplung in einer ersten Verschiebestellung angeordnet ist, in der eine Riemenscheibe von einer Welle des Kupplungssystems drehentkoppelt ist, eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 2, wobei ein durch einen permanentmagnetischen Abschnitt des Ankerelementes erzeugtes Magnetfeld schematisch zur Umsetzung der erste Verschiebestellung dargestellt ist, eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 3, wobei nun, zum Umschalten des Ankerelementes von der ersten Verschiebestellung hin zu einer Synchronstellung, der Magnetaktor bestromt ist und somit ein weiteres Magnetfeld erzeugt, das auf das Ankerelement einwirkt, eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu den Fign. 3 und 4, wobei das Ankerelement in die Synchronstellung verbracht ist, in der auch der permanentmagnetische Abschnitt ein in Richtung des Magnetaktors gerichtetes Magnetfeld erzeugt, sodass das Ankerelement an die Riemenscheibe angedrückt ist, eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 5, wobei das Ankerelement, gegenüber Fig. 5, in der die Welle noch nicht auf die gleiche Drehzahl wie die Riemenscheibe beschleunigt ist, nun die gleiche Drehzahl wie die Riemenscheibe aufweist, sodass mehrere Klinken eines Klinkenmechanismus des Ankerelementes radial nach außen verschwenkt sind und an einen Anschlag der Riemenscheibe anliegen, eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 6, wobei der Magnetaktor wiederum abgeschaltet ist und begonnen wird das Ankerelement mittels des permanentmagnetischen Abschnittes und eines Federelementes außer reibkraftschlüssigen Kontakt mit der Riemenscheibe zu verbringen,
Fig. 8 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 7, wobei das Ankerelement nun in eine zweite Verschiebestellung verschoben ist, die durch das Kräftegleichgewicht zwischen den Magnetfeldern des Permanentmagneten sowie den Federelementen gesichert ist, und wobei die Klinken des Klinkenmechanismus noch nicht radial nach außen geklappt sind,
Fig. 9 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 8, wobei die Klinken durch die immer noch anhaltende Drehbewegung des Ankerelementes nach außen in eine Verzahnung an der Riemenscheibe formschlüssig eingerastet sind, sodass ein formschlüssiger Dreh- verbünd zwischen dem Ankerelement und der Riemenscheibe besteht,
Fig. 10 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 9, wobei dargestellt ist, wie das Ankerelement von seiner zweiten Verschiebestellung zurück in die erste Verschiebestellung verschoben wird, indem der Magnetaktor ein das Magnetfeld des Permanentmagneten hin zu dem Magnetaktor kompensierendes Magnetfeld erzeugt,
Fig. 1 1 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 10, wobei das Ankerelement so in axialer Richtung zurück in die erste Verschiebestellung verschoben ist, dass die Klinken des Klinkenmechanismus wieder außer formschlüssigen Kontakt mit der Verzahnung der Riemenscheibe angeordnet sind,
Fig. 12 eine perspektivische Darstellung des Ankerelementes von seiner dem
Magnetaktor im Betrieb zugewandten Seite,
Fig. 13 eine perspektivische Darstellung des Ankerelementes von seiner dem
Magnetaktor im Betrieb abgewandten Seite, an der der Klinkenmechanismus samt seinen Klinken angebracht ist,
Fig. 14 eine perspektivische abschnittsweise Darstellung des Kupplungssystems zusammen mit einem Gehäuse des Nebenaggregates, wobei die relative Anordnung zwischen der Verzahnung der Riemenscheibe und dem Klin- kenmechanismus in der ersten Verschiebestellung des Ankerelementes gut zu erkennen ist,
Fig. 15 eine Vorderansicht des Kupplungssystems nach Fig. 1 , derart, dass das
Ankerelement in die zweite Verschiebestellung verbracht ist, in der die Klinken des Klinkenmechanismus in die Verzahnung an der Riemenscheibe eingreifen,
Fig. 16 eine Vorderansicht des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 15, wobei der
Klinkenmechanismus wieder außer formschlüssigen Kontakt mit der Riemenscheibe angeordnet ist,
Fig. 17 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Kupplungssystems nach den Fign. 1 bis 1 1 ,
Fig. 18 eine Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems nach den Fign. 1 bis
1 1 , wie es an einem Gehäuse eines Nebenaggregates verbaut ist,
Fig. 19 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Kupplungssystems nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei das Kupplungssystem bereits an einem Nebenaggregat angebracht ist,
Fig. 20 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems nach
Fig. 19, in der ein Ankerelement einer Kupplung in einer ersten Verschie- bestellung angeordnet ist, in der eine Riemenscheibe von einer Welle des
Kupplungssystems drehentkoppelt ist,
Fig. 21 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 20, wobei zwei durch einen permanentmagnetischen Abschnitt des Ankerelementes erzeugte Magnetfelder zur Umsetzung der erste Verschiebestellung dargestellt sind, eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 21 , wobei das Ankerelement in die Synchronstellung verbracht ist, in der der permanentmagnetische Abschnitt ein von dem Magnetaktor weg gerichtetes Magnetfeld erzeugt, sodass das Ankerelement an die Riemenscheibe angedrückt ist,
Fig. 23 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 22, wobei nun in der Synchronstellung mehrere Klinken eines Klinkenmechanismus des Ankerelementes radial nach außen verschwenkt sind und an einen Anschlag der Riemenscheibe anliegen,
Fig. 24 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 23, wobei der Magnetaktor wiederum abgeschaltet ist und begonnen wird das Ankerelement außer reibkraftschlüssigen Kontakt mit der Riemenscheibe zu verbringen,
Fig. 25 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 24, wobei das Ankerelement nun in eine zweite Verschiebestellung verschoben ist, und wobei die Klinken des Klinkenmechanismus noch nicht radial nach außen geschwenkt sind,
Fig. 26 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 25, wobei die Klinken durch die immer noch anhaltende Drehbewegung des Ankerelementes nach außen in eine Verzahnung an der Riemen- scheibe formschlüssig eingerastet sind, sodass ein formschlüssiger Drehverbund zwischen dem Ankerelement und der Riemenscheibe besteht,
Fig. 27 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 26, wobei dargestellt ist, wie das Ankerelement von seiner zweiten Verschiebestellung zurück in die erste Verschiebestellung verschoben wird, indem der Magnetaktor ein das Magnetfeld des Permanentmagneten hin zu dem Magnetaktor verstärkendes Magnetfeld erzeugt, Fig. 28 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 27, wobei das Ankerelement in axialer Richtung zurück in die erste Verschiebestellung verschoben ist und die Klinken des Klinkenmechanismus wieder außer formschlüssigen Kontakt mit der Verzahnung der Rie- menscheibe angeordnet sind,
Fig. 29 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Kupplungssystems nach einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei das Kupplungssystem bereits an einem Nebenaggregat angebracht ist,
Fig. 30 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems nach
Fig. 29, in der ein Ankerelement einer Kupplung in einer ersten Verschiebestellung angeordnet ist, in der eine Riemenscheibe von einer Welle des Kupplungssystems drehentkoppelt ist,
Fig. 31 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 30, wobei ein durch einen permanentmagnetischen Abschnitt des Ankerelementes erzeugtes Magnetfeld zur Umsetzung der erste Verschiebestellung dargestellt ist,
Fig. 32 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 31 , wobei das Ankerelement in die Synchronstellung verbracht ist, in der der permanentmagnetische Abschnitt und der Magnetaktor ein zu dem Magnetaktor hin gerichtetes Magnetfeld erzeugen, sodass das An- kerelement an die Riemenscheibe angedrückt ist,
Fig. 33 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 32, wobei das Ankerelement nun in eine zweite Verschiebestellung verschoben ist, in der die Klinken des Klinkenmechanismus bereits radial nach außen geschwenkt sind, sodass ein formschlüssiger Drehverbund zwischen dem Ankerelement und der Riemenscheibe besteht, und Fig. 34 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kupplungssystems ähnlich zu Fig. 33, wobei das Ankerelement in axialer Richtung zurück in die erste Verschiebestellung verschoben ist und die Klinken des Klinkenmechanismus wieder außer formschlüssigen Kontakt mit der Verzahnung der Rie- menscheibe angeordnet sind.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Bezug auf die nachfolgenden drei beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiele sei darauf hingewiesen, dass prinzipiell alle drei Ausführungsbeispiele wie das erste Ausführungsbeispiel aufgebaut sind sowie funktionieren, wobei hinsichtlich der zweiten und dritten Ausführungsbeispiele lediglich die Unterschiede gegenüber die- sem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
In Fig. 1 ist ein Aufbau eines erfindungsgemäßen Kupplungssystems 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das Kupplungssystem 1 ist Bestandteil eines Zugmitteltriebs in Form eines Riementriebs. Das Kupplungssystem 1 ist somit auch als Riemenscheibenkupplungssystem bezeichnet. Das Kupplungssystem 1 dient zum wahlweisen Verbinden oder Entkoppeln eines Nebenaggregats, hier eines Klimakompressors, einer Verbrennungskraftmaschine, wie eines Otto- oder Dieselmotors, von einem Zugmittel, nämlich Riemen, des Zugmitteltriebes. In Fig. 1 ist auch prinzipiell erkennbar, dass das Kupplungssystem 1 unmittelbar eine Riemenscheibe 2 aufweist, die ein erstes Drehteil des Kupplungssystems 1 ausbildet. Ein zweites Drehteil des Kupplungssystems 1 ist durch eine Welle 3 ausgebildet. Diese Welle 3 kann unmittelbar ein integraler Bestandteil / Abschnitt einer Welle des hier der Übersichtlichkeit halber nicht vollständig dargestellten Nebenaggregats / Klima- kompressors sein oder als eine separate Welle ausgebildet sein. In Fig. 1 ist diese Welle 3 ein separat von einer Antriebswelle 24 des Nebenaggregats ausgebildeter Bestandteil ausgeführt. Lediglich der Einfachheit halber ist die Welle 3 in den folgenden Figuren 2 bis 1 1 als integraler Bestandteil der Antriebswelle 24 eingezeichnet. Die Welle 3 ist drehfest auf der Antriebswelle 24 befestigt. Die Riemenscheibe 2 ist mittels einer Wälzlagerung 25 auf der Welle 3 drehbar gelagert. Die Riemenscheibe 2 weist einen ersten sich in radialer Richtung, d.h. radial zu einer Drehachse 26 der Welle 3, erstreckenden, ersten Scheibenbereich 27 auf. An einer radialen Außenseite des ersten Scheibenbereiches 27 weist die Riemenscheibe 2 wiederum eine formschlüssige Aufnahmekontur 28 zur formschlüssigen Aufnahme eines Riemens des Zugmitteltriebes auf. Weiterhin ist die Riemenscheibe 2 drehfest mit einem Deckel 14 verbunden. Der Deckel 14 ist drehfest an der Riemenscheibe 2 befestigt und bildet ein riemenscheibenfestes Element aus. Der Deckel 14 bildet daher einen zweiten Scheibenbereich 29 der Riemenscheibe 2 aus. Die beiden Scheibenbereiche 27 und 29 sind in axialer Richtung der Welle 3 voneinander beabstandet, unter Ausbildung eines Aufnahmeraums 30. Als Verbindungselement / Koppelelement der Riemenscheibe 2 mit der Welle 3 dient ein Ankerelement 7. Das Ankerelement 7 weist einen im Wesentlichen scheibenförmigen Grundabschnitt 21 auf. Der Grundabschnitt 21 ist wiederum über eine Lineargleitlagerung 31 an einem radial inneren Bereich mit der Welle 3 bewegungsgekoppelt. Die Lineargleitlagerung 31 ermöglicht Verschieben des Ankerelementes 7 innerhalb des Aufnahmeraums 30 in axialer Richtung relativ zur Welle 3, legt jedoch gleichzeitig eine drehfeste Verbindung des Ankerelementes 7 mit der Welle 3 fest.
Das Ankerelement 7, wie auch schematisch in Fig. 2 sowie in Fig. 12 zu erkennen, ist aus mehreren konzentrisch zueinander / ineinander geschachtelt angeordneten Rin- gelementen / Ringen aufgebaut. Ein erster Ring 32a besteht aus einem amagnetischen, d.h. nicht magnetischen Material. Der erste Ring 32a ist unmittelbar radial außen auf die Lineargleitlagerung 31 aufgesetzt. Radial außerhalb des ersten Ringes 32a ist ein weiterer zweiter Ring 32b auf den ersten Ring 32a aufgebracht. Der zweite Ring 32b besteht aus einem magnetischen / magnetisierbaren Material. Ein dritter Ring 32c ist wiederum radial außerhalb des zweiten Ringes 32b auf diesen zweiten Ring 32b aufgebracht. Dieser dritte Ring 32c ist aus einem permanentmagnetischen Material / Permanentmagneten ausgebildet. Folglich bildet der dritte Ring 32c einen permanentmagnetischen Abschnitt 6 des Ankerelementes 7 aus. Wiederum radial au- ßerhalb des dritten Ringes 32c schließt ein vierter Ring 32d an. Dieser vierte Ring 32d besteht wiederum aus einem magnetischen / magnetisierbaren Material. Der vierte Ring 32d ist auf dem dritten Ring 32c aufgesetzt / aufgebracht. Alle vier Ringe 32a bis 32d des Ankerelementes 7 sind drehfest miteinander verbunden. Die Riemenscheibe 2 und der Deckel 14 bestehen ebenfalls aus einem magnetischen / magnetisierbaren Material.
Weiterhin ist an dem Ankerelement 7 ein Klinkenmechanismus 18 angebracht, der insbesondere in Fig. 13 sowie Fig. 14 gut zu erkennen ist. Der Klinkenmechanismus 18 weist drei entlang in Umfangsrichtung des Ankerelementes 7 verteilt angeordnete Klinken 20 auf, die schwenkbar an dem Ankerelement 7, nämlich dem dritten Ring 32c angebracht sind. Jede Klinke 20 weist eine bestimmte Masse auf. Die Klinken 20 sind federelastisch (mittels Blattfedern 43) in ihrer Schwenkrichtung in radialer Richtung nach innen vorgespannt. Der Klinkenmechanismus 18 ist als fliehkraftbetätigter Klin- kenmechanismus 18 ausgebildet.
Wie auch in Fig. 1 gut zu erkennen ist, sind an dem Ankerelement 7 zwei Federelemente 16 und 17 angebracht. Diese Federelemente 16, 17 sind als Schraubendruckfedern ausgebildet. Ein erstes Federelement 16 ist an einer ersten (im Betrieb dem Magnetaktor 5 zugewandten) Stirnseite 15 des Ankerelementes 7 angeordnet. Ein zweites Federelement 17 ist an einer, der ersten Stirnseite 15 abgewandten, zweiten axialen Stirnseite 33 des Ankerelementes 7 angeordnet. Wie nachfolgend näher beschrieben, wirken diese Federelemente 16 und 17 in den jeweiligen Verschiebestellungen des Ankerelementes 7 mit diesen zusammen. Das Ankerelement 7 ist Teil ei- ner Kupplung 4, die weiterhin einen Magnetaktor 5 aufweist, um das Ankerelement 7 zwischen seinen Verschiebestellungen hin und her zu bewegen. Das Ankerelement 7 wirkt insbesondere mit einer Magnetspule 34 des Magnetaktors 5 zusammen. Der Magnetaktor 5 bildet einen Elektromagneten aus. In Abhängigkeit des Betriebszustandes der Magnetspule 34 / des Magnetaktors 5 wird das Ankerelement 7, wie nachfolgend näher beschrieben, zwischen seinen Verschiebestellungen hin und her verschoben. In Fig. 3 ist das Ankerelement 7 in einer ersten Verschiebestellung in Form einer geöffneten Stellung der Kupplung 4 / des Kupplungssystems 1 angeordnet. In dieser ersten Verschiebestellung / Stellung ist der Magnetaktor / die Magnetspule 34 ausgeschaltet und erzeugt somit kein Magnetfeld. Die erste Verschiebestellung ist bei aus- geschalteter / unbestromter Magnetspule 34 durch die Ausbildung des permanentmagnetischen Abschnittes 6 sowie durch die Anordnung des zweiten Federelementes 17 stabil gehalten. Hierfür bildet der permanentmagnetische Abschnitt 6 in der ersten Verschiebestellung ein erstes Magnetfeld 8 aus, das von dem dritten Ring 32c aus über die beiden radial nach innen und außen anschließenden Ringe, d.h. den zweiten Ring 32b und den vierten Ring 32d, über die Riemenscheibe 2 sowie den Deckel 14 geleitet ist. Das erste Magnetfeld 8 ist in Fig. 3 als resultierendes Magnetfeld eingezeichnet. Das erste Magnetfeld 8 ist so gerichtet, dass (durch den permanentmagnetischen Abschnitt 6) eine erste Magnetkraft 35 auf das Ankerelement 7 wirkt. Die erste Magnetkraft 35 ist so stark gewählt, dass das zweite Federelement 17 in der ersten Verschiebestellung elastisch gestaucht angeordnet ist. Dadurch wird in dem zweiten Federelement 17 eine Federkraft 36 erzeugt, die sich im Kräftegleichgewicht mit der ersten Magnetkraft 35 befindet. Somit ist eine stabile Abstützung des Ankerelementes 7 bei stromlosem Schalten des Magnetaktors 5 in der ersten Verschiebestellung vorhanden.
Zum Umschalten zwischen der ersten Verschiebestellung hin zu einer, wie schließlich in Fig. 9 umgesetzten, zweiten Verschiebestellung ist das Ankerelement 7 zunächst in die in den Fign. 5 bis 7 dargestellte Synchronstellung (auch als dritte Verschiebestellung bezeichnet) des Ankerelementes 7 zu verbringen. Hierzu wird, wie in Fig. 4 dar- gestellt, der Magnetaktor 5 / die Magnetspule 34 bestromt, sodass er / sie ein (zweites) Magnetfeld 9 erzeugen. Dieses zweite Magnetfeld 9 ist in seiner Richtung und Stärke so gewählt, dass es eine (zweite) Magnetkraft 37 erzeugt, die auf das Ankerelement 7, entgegengesetzt zur ersten Magnetkraft 35, wirkt. Die zweite Magnetkraft 37 ist beim Verstellen des Ankerelementes 7 gemäß Fig. 4 so stark, dass sich das Ankerelement 7 in axialer Richtung weg vom Deckel 14, d.h. hin zu dem Magnetaktor 5 sowie zu dem ersten Scheibenbereich 27 bewegt. Verstärkt wird die zweite Magnetkraft 37 in einem ersten Verschiebebereich des Ankerelementes 7 zwischen der ersten Verschiebestellung und der Synchronstellung durch die erste Federkraft 36. In der nach Fig. 5 erreichten Synchronstellung des Ankerelementes 7 liegt das Ankerelement 7 mit einer an der ersten Stirnseite 15 ausgeprägten Gegenreibfläche 13 an einer Reibfläche 12 am ersten Scheibenbereich 27 reibkraftschlüssig an. In Fig. 5 ist das Ankerelement 7 samt der Welle 3 noch nicht auf der gleichen Drehzahl wie die Riemenscheibe 2, sondern im Schlupfbetrieb. Auch befinden sich die Klinken 20 noch in einem eingefahrenen Zustand, d.h. die Klinken 20 sind noch in einer nach innen verschwenkten Position. In Fig. 5 wirkt zusätzlich zu dem zweiten Magnetfeld 9, wie es durch den Magnetaktor 5 erzeugt wird, wiederum ein durch den permanentmagne- tischen Abschnitt 6 erzeugtes (drittes) Magnetfeld 10. Das dritte Magnetfeld 10 wirkt zu Beginn der Synchronstellung gemäß Fig. 5 gleichzeitig parallel / gleichgerichtet zu dem zweiten Magnetfeld 9 auf das Ankerelement 7, sodass das Ankerelement 7 zusätzlich zu der zweiten Magnetkraft 37 mit einer dritten Magnetkraft 38 zur Magnetspule 34 hingezogen wird und somit an den ersten Scheibenbereich 27 angedrückt ist. Entgegen den Magnetkräften 37 und 38 wirkt in der Synchronstellung eine (zweite) Federkraft 39, die durch das erste Federelement 16 aufgrund seiner elastischen Komprimierung aufgebracht wird, auf das Ankerelement 7. Das erste Federelement 16 ist in der Synchronstellung, wie bereits das zweite Federelement 17 in der ersten Verschiebestellung neben dem Ankerelement 7 an einem axial festen Abschnitt der Welle 3 abgestützt.
In Fig. 6 weist schließlich das Ankerelement 7 samt Welle 3 die gleiche Drehzahl auf wie die Riemenscheibe 2, sodass die Klinken 20 radial nach außen schwenken. In der Synchronstellung dient ein Anschlag 22 an der Riemenscheibe 2 zum Beschränken der Schwenkbewegung der Klinken 20 in radialer Richtung nach außen.
Die Synchronstellung dient somit zum Beschleunigen des Ankerelementes 7 auf die gleiche Drehzahl wie die Riemenscheibe 2. Ist die gleiche Drehzahl beider Elemente - Riemenscheibe 2 und Ankerelement 7 - erreicht, wird der Magnetaktor 5 wiederum nach Fig. 7 ausgeschaltet. Dadurch wird das Ankerelement 7 von der Synchronstellung in eine zweite Verschiebestellung verbracht. Denn nach Ausschalten des zweiten Magnetfeldes 9 wirkt lediglich das dritte Magnetfeld 10 mit der dritten Magnetkraft 38 des permanentmagnetischen Abschnittes 6 auf das Ankerelement 7. Wie auch in Fig. 8 zu erkennen, ist der permanentmagnetische Abschnitt 6 in seiner Stärke so gewählt, dass bei einem Abschalten des Magnetaktors 5 wiederum ein viertes Magnetfeld 1 1 durch ihn auf das Ankerelement 7 wirkt. Das vierte Magnetfeld 1 1 wirkt mit einer vierten Magnetkraft 41 axial entgegengesetzt zu dem dritten Magnetfeld 10 derart, dass das Ankerelement 7 weg von dem ersten Scheibenbereich 27 hin zu dem zweiten Scheibenbereich 29 bewegt wird. Die Bewegung wird insbesondere durch die Federkraft 39 des ersten Federelementes 16 hervorgerufen.
In Fig. 9 ist zudem dargestellt, dass sich das Ankerelement 7 so weit axial von der Magnetspule 34 / dem ersten Scheibenbereich 27 weg verschiebt, bis die beiden Magnetkräfte 38 und 41 mit der Federkraft 39 ein Kräftegleichgewicht ausbilden. Dieses Kräftegleichgewicht wird in der zweiten Verschiebestellung des Ankerelementes 7 gebildet, in der die Klinken 20 in axialer Richtung neben dem Anschlag 22 positioniert sind. Dadurch schwenken die Klinken 20 radial nach außen und in formschlüssigen Kontakt mit einer (Innen-)Verzahnung 19 an der Riemenscheibe 2. In der zweiten Verschiebestellung nach Fig. 9 sind die Klinken 20 derart in radialer Richtung nach außen verschwenkt, dass sie formschlüssig in die Verzahnung 19 eingreifen. Somit ist die zweite Verschiebestellung wiederum als stabile Stellung des Ankerelementes 7 ausgestaltet. Die zweite Verschiebestellung ist auch als geschlossene Stellung der Kupplung 4 bezeichnet.
Soll schließlich das Ankerelement 7 wieder von seiner zweiten Verschiebestellung zurück in die erste Verschiebestellung gebracht werden, findet wiederum zunächst ein Bestromen des Magnetaktors 5 / der Magnetspule 34 unter Erzeugung eines fünften Magnetfeldes 42, statt. Dies ist in Fig. 10 gut zu erkennen. Das fünfte Magnetfeld 42 ist so ausgestaltet, dass es eine Magnetkraft erzeugt, die entgegen der dritten Magnetkraft 38 des permanentmagnetischen Abschnittes 6 gerichtet ist. Dadurch wird wiederum das Ankerelement 7 aufgrund der vierten Magnetkraft 41 und der Federkraft 39 weg von dem Magnetaktor 5, d.h. hin zu dem Deckel 14, verschoben, sodass die Klinken 20, wie in Fig. 1 1 veranschaulicht, außer reibraftschlüssigen Kontakt mit der Verzahnung 19 gelangen. Dadurch wird wieder die erste Verschiebestellung nach Fig. 1 1 erreicht, wobei sich das fünfte Magnetfeld 42 wieder auf das erste Magnetfeld 8 zurückstellt.
In Zusammenwirkung mit den Fign. 13, 14 und 16 ist dann nochmals die Anordnung der Klinken 20 in der ersten Verschiebestellung des Ankerelementes 7 ersichtlich, wobei die Klinken 20 in radialer Richtung nach innen verschwenkt sind, und nicht in die Verzahnung 19 formschlüssig eingreifen. In Fig. 15 ist die zweite Verschiebestellung des Ankerelementes 7 umgesetzt, sodass die Klinken 20 formschlüssig in die Verzahnung 19 eingreifen. Der Klinkenmechanismus 18 ist somit als ein fliehkraftaktu- ierter Klinkenmechanismus 18 ausgestaltet, der insbesondere in einer ersten Relativdrehrichtung der Riemenscheibe 2 relativ zur Welle 3 sperrt. Somit ist der Klinkenmechanismus 18 auch als ein Freilaufmechanismus bezeichnet. Das Ein- und Auskuppeln kann durch Variation / Erhöhung / Reduktion der Last am Aggregat unterstützt werden.
In Fig. 17 ist das Kupplungssystem 1 nochmals in einer Explosionsdarstellung zu erkennen.
Wie in Fig. 18 dargestellt, ist der Magnetaktor 5 fest an einem Gehäuse 23 des hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Nebenaggregates befestigt.
In Verbindung mit Fig. 19 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kupplungssystems 1 dargestellt. Das Kupplungssystem 1 dieses zweiten Ausführungsbeispiels ist prinzipiell wie das des ersten Ausführungsbeispiels aufgebaut sowie funktionierend. Als ein Unterschied ist zu erkennen, dass der Klinkenmechanismus 18 nun nicht mehr in axialer Richtung gesehen zwischen dem Grundabschnitt 21 und dem zweiten Scheibenbereich 29, sondern axial zwischen dem Grundabschnitt 21 und dem Magnetaktor 5 angeordnet ist. Desweiteren ist auf einen ersten Scheibenbereich 27 verzichtet. Dies wird insbesondere dadurch bewirkt, dass die Verschiebebewegun- gen zwischen den Verschiebestellungen sowie die wirkenden Magnetfelder entgegengesetzt zu denen des ersten Ausführungsbeispiels gewählt sind. Wie in den Fign. 20 und 21 zu erkennen ist, ist in der ersten Verschiebestellung das nun über die Riemenscheibe 2 und den Magnetaktor 5 sowie das Gehäuse 23 des Nebenaggregats geleitete erste Magnetfeld 8 zusammen mit dem dritten Magnetfeld 10 sowie der (zweiten) Federkraft 39 im Kräftegleichgewicht.
Zum Verschieben des Ankerelementes 7 in axialer Richtung wird laut Fig. 22 wiederum eine (zweite) Magnetkraft 37 durch ein zweites Magnetfeld 9 an dem Magnetaktor 5, durch Bestromen der Magnetspule 34, erzeugt. Dadurch wird das Ankerelement 7 reibkraftschlüssig an den zweiten Scheibenbereich 29 angedrückt. Hierzu ist die Reib- fläche 12 an dem Deckel 14 angebracht und die Gegenreibfläche 13 des Ankerelementes 7 an der zweiten Stirnseite 33.
Gemäß den Fign. 23 bis 26 findet die Verschiebung des Ankerelementes 7 von der Synchronstellung (Fig. 23) in die zweite Verschiebestellung dadurch statt, dass der Magnetaktor 5 abgeschaltet wird (Fig. 24) und durch die wirkende (erste) Federkraft 36 das Ankerelement 7 wiederum in die zweite Verschiebestellung verschoben wird (Fig. 25), bis die Klinken 20 radial nach außen schwenken (Fig. 26). Zum Umschalten zwischen der zweiten Verschiebestellung zurück in die erste Verschiebestellung ist dann wiederum gemäß Fign. 27 und 28 die Magnetspule 34 entsprechend zu aktivie- ren.
Ein drittes Ausführungsbeispiel, das wiederum im Wesentlichen wie das erste Ausführungsbeispiel aufgebaut ist sowie funktioniert, ist in Fig. 29 gut zu erkennen. Hierbei ist im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel wiederum auf den ersten Schei- benbereich 27 verzichtet. Stattdessen ist ein die Reibfläche 12 ausbildender Konusbereich 40 an der Riemenscheibe 2 ausgeformt. Dieser Konusbereich 40 wirkt mit der Gegenreibfläche 13 an dem Ankerelement 7 zusammen. Die Gegenreibfläche 13 ist komplementär zu der Reibfläche 12 ausgeformt und durch einen konusförmigen radialen Außenbereich des Ankerelementes 7 bzw. des vierten Ringes 32d gebildet. Ge- genreibfläche 13 und Reibfläche 12 liegen wiederum in der Synchronstellung reibkraftschlüssig aneinander an. Wie in den Fign. 30 und 31 zu erkennen ist, ist auch wiederum in der ersten Verschiebestellung des Ankerelementes 7 dieses dritten Ausführungsbeispiels das Ankerelement 7 stabil abgestützt. Zum Bewegen des Ankerelementes 7 von der ersten Verschiebestellung in die Synchronstellung ist die Magnetspule 34 zu bestromen (Fig. 32). Daraufhin, zum Bewegen des Ankerelementes 7 von der Synchronstellung in die zweite Verschiebestellung, wird die Magnetspule 34 nach Fig. 33 abgeschaltet. Nach Fig. 34 wird das Ankerelement 7 anschließend wieder zurück in die erste Verschiebestellung gebracht.
In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein Kupplungssystem 1 an einem Kältemittelkompressor umgesetzt. Eine Schaltbewegung zwischen den einzelnen Stellungen des Kupplungssystems 1 erfolgt in einem ersten Ausführungsbeispiel durch die Bewegung des Ankerelementes 7 von der ausgekoppelten Position I (erste Verschiebestellung) auf der Deckelseite über die synchronisierende Position II (Synchronstellung) auf Kompressorseite hin zur gekoppelten Position III (zweite Verschiebestellung) zwischen den Positionen I und II. Ein Stillstand / eine Stillstandposition ist mit eingeklappten Klemmkörpern (Klinken 20) in der ausgekoppelten Position I umgesetzt. Dabei besteht keine Verbindung zwischen der Riemenscheibe 2 und der Kupplungsscheibe (in Form des Ankerelementes 7). Die Synchronisierung wird durch die reibkraftschlüssige Verbindung der Kupplungsscheibe 7 mit der Riemenscheibe 2 über ein Reibungselement (z.B. einen Reibbelag / Gegenreibfläche / Reibfläche) umgesetzt. Da es sich bei der Kupplung 4 zumindest um eine formschlüssige Kupplung handelt, wird eine Drehmomentenübertragung von der Riemenscheibe 2 auf die Kupp- lungsscheibe 7 über die ausklappbaren Klemmkörper 20 bei einer bestimmten Drehzahl erreicht. Dadurch ist die Kupplung 4 auch als Fliehkraftkupplung umgesetzt, wobei keine weitere Stromzufuhr notwendig ist. Letztendlich rasten die Klemmkörper 20 in den Zahnring (Verzahnung 19) ein. Zum Auskoppeln ist die formschlüssige Verbindung wieder durch Bewegung in die Position I zu lösen. Eine rückstellende Kraft wirkt durch Blattfedern 43 auf die Klemmkörper 20, sodass die Klemmkörper 20 sicher ein- klappen. Eine Abtriebswelle (Antriebswelle 24) ist im Nebenaggregat gelagert. Ein Elektromagnet 5, bestehend aus Kupferspule 34 und Eisenkern ist am Gehäuseansatz 23 des Nebenaggregats / Klimakompressors mittels eines Sicherungsringes befestigt. Eine Riemenscheibe 2, die den Elektromagneten 5 einschließt, wird über eine Riemen- Scheibenlagerung 25 auf dem Innenring gelagert. Der Innenring mit integriertem Führungsbolzen ist auf die Abtriebswelle 24 geschraubt. In die Riemenscheibe 2 werden eine Feder und ein Zahnring 19 eingefügt. Ein Reibbelag 12 wird auf eine Fläche senkrecht zur Mittelachse 26 der Riemenscheibe 2 geklebt. Eine Ankerscheibe (Ankerelement 7) wird auf den Innenring (Welle 3) über ein Lineargleitlager 31 gelagert. Auf den Innenring 3 wird ein Flansch geschraubt. Ein Deckel 14 wird fest mit der Riemenscheibe 2 verbunden. Die Ankerscheibe 7 ist aus Ringen 32a-d aufgebaut: Direkt auf dem Lineargleitlager 31 sitzt eine amagnetische Scheibe (erster Ring 32a), darüber eine magnetische innere Scheibe (zweiter Ring 32b). Auf diese folgt ein Permanentmagnetring (dritter Ring 32c) und anschließend eine äußere magnetische Schei- be (vierter Ring 32d). Magnetisch ist hierbei mit ferromagnetisch und magnetisierbar gleichzusetzen. An der Vorderseite ist ein gestanztes Blech befestigt, an dem drei Enden zu Blattfedern 43 gebogen wurden. Über diesem Blech ist eine magnetische Abdeckung angeordnet. Mittels Bolzen sind an der Ankerscheibe 7 drei Klemmkörper 20 beweglich so befestigt, dass sie die Blattfedern 43 vorspannen.
Der Elektromagnet 5 ist zur gezielten Ansteuerung der Kupplungsscheibe 7 verwendet. Ein Permanentmagnet (permanentmagnetischer Abschnitt 6) ist in die Kupplungsscheibe 7 integriert, um die drei Positionen nach dem Konzept eines bistabilen Hubmagneten erreichen und halten zu können. Zwei Positionen (I, III) können un- bestromt gehalten werden. Bei unbestromter Spule 34 kann der Permanentmagnet 6 zwei Magnetkreise / -felder bilden, in Position I wird der Magnetkreis der Kupplungsscheibe 7 über den Deckel 14 geschlossen. In Position III wird der Magnetkreis über den Elektromagneten 5 auf Kompressorseite geschlossen. Die Magnetkräfte entstehen durch Wechselwirkung von Elektromagnet 5 und Permanentmagnet 6. Durch je eine Feder (Federelemente 16, 17) links und rechts der Kupplungsscheibe 7 kann das benötigte Kräftegleichgewicht in der gekoppelten Position III eingestellt werden. Der explizite Bewegungsablauf erfolgt wie nachfolgend geschildert: Die geöffnete Kupplung 4 / Position I wird gehalten, indem am Elektromagneten 5 keine Spannung anliegt, wobei sich der magnetische Kreis des Permanentmagneten 6 über den Deckel 14 schließt. Die Ankerscheibe 7 wird stromlos in ausgekoppelter Position von Magnetkraft 35 gehalten. Zur Bewegung von der geöffneten Kupplung 4 zur Synchronisation / von Position I zu II wird am Elektromagneten 5 eine Spannung angelegt, die einen Magnetkreis 9 über den Elektromagneten 5 auf Kompressorseite erzeugt. Die Flussrichtung des elektromagnetischen Kreises ist identisch zu der des permanentmagnetischen Kreises. Der Elektromagnet 5 verstärkt das Magnetfeld 10 des Perma- nentmagneten 6 auf Kompressorseite. Die Magnetkraft 37 + 38 auf Kompressorseite überwiegt, sodass die Ankerscheibe 7 von dem Elektromagneten 5 angezogen wird und sich in die synchronisierende Position II bewegt. Die Synchronisation / Position II wird anschließend gehalten, indem die Spannung am Elektromagneten 5 aufrechterhalten wird. Die resultierende, auf die Ankerscheibe 7 wirkende Magnetkraft presst die Ankerscheibe 7 gegen den Reibbelag 12. Dadurch wird Drehmoment auf die Abtriebswelle 24 übertragen, die Abtriebswelle 24 wird auf Drehzahl der Riemenscheibe 2 synchronisiert und die Klemmkörper 20 klappen durch Fliehkräfte aus und werden an der Haltekante (Anschlag 22) vom Einrasten in den Zahnring 19 zurückgehalten. Die Bewegung von der Synchronisation zur geschlossenen Kupplung 4 / von Position II hin zu Position III wird wiederum umgesetzt, indem die Spannung am Elektromagneten 5 gelöst wird. Schließlich wird die Ankerscheibe 7 durch das erste Federelement 16 in Richtung Deckelseite gedrückt. An der gekoppelten Position III (zweite Verschiebestellung) befinden sich die Magnetkräfte und Federkräfte im Gleichgewicht, sodass die Ankerscheibe 7 selbständig diese axiale Position III hält. Die geschlossene Kupplung / Position III wird durch das Kräftegleichgewicht gehalten, sodass die Ankerscheibe 7 in der gekoppelten Position III stromlos gehalten wird. Die Klemmkörper 20 werden nicht mehr von der Haltekante 22 zurückgehalten und rasten durch die Fliehkraft in den Zahnring 19 ein. Die Bewegung von der geschlossenen Kupplung 4 in die geöffnete Kupplung 4 / von Position III zu I wird erreicht, indem wiederum an dem Elektromagneten 5 eine Spannung angelegt wird, die ein Magnetfeld entgegengesetzt zu dem Magnetfeld des Permanentmagneten 6 erzeugt. Dadurch heben sich die Magnetfelder auf der Kompressorseite gegenseitig auf und es wirkt nur noch das Magnetfeld auf der Deckelseite. Mithilfe der Federkraft bewegt sich die Kupplungs- scheibe 7 in Richtung Deckelseite (Klinken 20 werden axial aus der Zahnkontur (Verzahnung 19) herausgeschoben). In der ausgekuppelten Position I wird die geöffnete Kupplung 4 wiederum selbständig gehalten, indem Spannung vom Elektromagneten 5 weggenommen werden kann. Die Kraft des Permanentmagneten 6 ist stark genug, die Ankerscheibe 7 in dieser Position zu halten. Ankerscheibe 7 und Antriebswelle 24 schwingen sich aus und kommen zum Stillstand. Bei sinkender Drehzahl klappen die Klemmkörper 20 wieder ein.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Bewegung von der ausgekoppelten Posi- tion I auf Kompressorseite über die synchronisierende Position II auf Deckelseite zur gekoppelten Position III zwischen den Positionen I und III verbracht.
Eine Abtriebswelle (Antriebswelle 24) ist wiederum im Nebenaggregat / im Gehäusedeckel des Nebenaggregats gelagert. Ein magnetischer Aufsatz wird auf den Gehäu- seansatz geschraubt. Ein Innenring mit integriertem Führungsbolzen ist auf die Abtriebswelle 24 geschraubt. In den Aufsatz wird eine Feder eingefügt. Eine Riemenscheibe 2 wird auf den Eisenkern des Elektromagneten 5 gesetzt. Eine Ankerscheibe (Ankerelement 7) wird auf den Innenring (Welle 3) über ein Lineargleitlager 31 gelagert, sie wird mit den Klemmkörpern 20 Richtung Kompressorseite ausgerichtet. An der Ankerscheibe 7 wird auf der Deckelseite eine Feder angebracht. Über die Feder wird auf den Innenring 3 ein Flansch geschraubt. Auf einen Deckel 14 wird fest ein Zahnring 19 befestigt und ein Reibbelag 12 auf eine Fläche senkrecht zur Mittelachse 26 geklebt. Eine Riemenscheibenlagerung 25 wird in den Deckel 14 integriert. In eine Nut im Deckel 14 wird ein Gummiring eingefügt. Der Deckel 14 wird mit der Riemen- scheibe 2 mit dem Gummiring verbunden und über das Riemenscheibenlager auf dem Innenring gelagert. Die Ankerscheibe 7 ist aus Ringen 32a-d aufgebaut: Direkt auf dem Lineargleitlager 31 sitzt eine amagnetische Scheibe (erster Ring 32a), darüber eine magnetische innere Scheibe (zweiter Ring 32b). Auf diese folgt ein Permanentmagnetring (dritter Ring 32c) und anschließend eine äußere magnetische Scheibe (vierter Ring 32d). Magnetisch ist hierbei mit ferromagnetisch und magnetisierbar gleichzusetzen. An der Vorderseite ist ein gestanztes Blech befestigt, an dem drei Enden zu Blattfedern 43 gebogen wurden. Mittels Bolzen sind an der Ankerscheibe 7 drei Klemmkörper 20 beweglich so befestigt, dass sie die Blattfedern 43 vorspannen. Ein Permanentmagnet (permanentmagnetischer Abschnitt 6) ist in die Kupplungsscheibe 7 integriert, um die drei Positionen nach dem Konzept eines bistabilen Hubmagneten erreichen und halten zu können. Zwei Positionen (I, III) können unbestromt gehalten werden. Bei unbestromter Spule 34 kann der Permanentmagnet 6 zwei
Magnetkreise / -felder bilden, in Position I wird der Magnetkreis der Kupplungsscheibe 7 über den Elektromagneten 5 auf Kompressorseite geschlossen. In Position III wird der Magnetkreis über den Deckel 14 geschlossen. Die Magnetkräfte entstehen durch Wechselwirkung von Elektromagnet 5 und Permanentmagnet 6. Durch je eine Feder (Federelemente 16, 17) links und rechts der Kupplungsscheibe 7 kann das benötigte Kräftegleichgewicht in der gekoppelten Position III eingestellt werden.
Der explizite Bewegungsablauf erfolgt wie nachfolgend geschildert: Der Stillstand / die Position I wird gehalten, indem am Elektromagneten 5 keine Spannung anliegt, wobei sich der magnetische Kreis des Permanentmagneten 6 über den Elektromagneten 5 auf Kompressorseite schließt. Die Ankerscheibe 7 wird stromlos in ausgekoppelter Position I gehalten. Zur Bewegung von der geöffneten Kupplung 4 zur Synchronisation / von Position I zu II wird am Elektromagneten 5 eine Spannung angelegt, die ein Magnetfeld 9 entgegengesetzt zum Magnetfeld 8 des Permanentmagneten 6 erzeugt. Die Magnetfelder auf Kompressorseite heben sich gegenseitig auf, sodass nur noch das Magnetfeld auf Deckelseite wirkt. Mithilfe der Federkraft 39 bewegt sich die Kupplungsscheibe 7 in Richtung Deckelseite. Die Synchronisation / Position II wird anschließend gehalten, indem die Spannung am Elektromagneten 5 aufrechterhalten wird. Die resultierende, auf die Ankerscheibe 7 wirkende Magnetkraft presst die An- kerscheibe 7 gegen den Reibbelag 12. Dadurch wird Drehmoment auf die Abtriebswelle 24 übertragen, die Klemmkörper 20 klappen durch die wirkenden Fliehkräfte aus und werden an der Haltekante (Anschlag 22) vom Einrasten in den Zahnring 19 zurückgehalten. Die Bewegung von der Synchronisation zur geschlossenen Kupplung 4 / von Position II hin zu Position III wird wiederum umgesetzt, indem die Spannung am Elektromagneten 5 gelöst wird. Schließlich wird die Ankerscheibe 7 durch das zweite Federelement 17 in Richtung Kompressorseite gedrückt. An der gekoppelten Position III (zweite Verschiebestellung) befinden sich die Magnetkräfte und Federkräfte im Gleichgewicht, sodass die Ankerscheibe 7 selbständig diese axiale Position III hält. Die geschlossene Kupplung / Position III wird durch das Kräftegleichgewicht gehalten, sodass die Ankerscheibe 7 in der gekoppelten Position III stromlos gehalten wird. Die Klemmkörper 20 werden nicht mehr von der Haltekante 22 zurückgehalten und rasten durch die Fliehkraft in den Zahnring 19 ein. Die Bewegung von der ge- schlossenen Kupplung 4 in die geöffnete Kupplung 4 / von Position III zu I wird erreicht, indem wiederum an dem Elektromagneten 5 eine Spannung angelegt wird, die einen Magnetkreis über den Elektromagneten 5 auf Kompressorseite schließt.
Dadurch ist die Flussrichtung des elektromagnetischen Kreises zu der des permanentmagnetischen Kreises. Der Elektromagnet 5 verstärkt das Magnetfeld des Per- manentmagneten 6 auf Kompressorseite. Die Magnetkraft auf der Kompressorseite überwiegt und die Ankerscheibe 7 wird vom Elektromagneten 5 angezogen und bewegt sich in die ausgekoppelte Position. In der ausgekuppelten Position I wird die geöffnete Kupplung 4 wiederum selbständig gehalten, indem Spannung vom Elektromagneten 5 weggenommen werden kann. Die Kraft des Permanentmagneten 6 ist stark genug, die Ankerscheibe 7 in dieser Position zu halten. Ankerscheibe 7 und Antriebswelle 24 schwingen sich aus und kommen zum Stillstand. Bei sinkender Drehzahl klappen die Klemmkörper 20 wieder ein.
In dem dritten Ausführungsbeispiel ist wiederum eine Abtriebswelle (Antriebswelle 24) wiederum im Nebenaggregat gelagert. Ein magnetischer Aufsatz wird auf den Gehäuseansatz geschraubt. Ein Innenring mit integriertem Führungsbolzen ist auf die Abtriebswelle 24 geschraubt. In den Aufsatz wird eine Feder eingefügt. Eine Riemenscheibe 2 wird auf den Eisenkern des Elektromagneten 5 gesetzt. In die Riemenscheibe 2 wird ein Zahnring 19 eingefügt und ein konusförmiger Reibbelag 12 auf eine Fläche der Riemenscheibe 2 geklebt. Eine Ankerscheibe (Ankerelement 7) wird auf den Innenring (Welle 3) über ein Lineargleitlager 31 gelagert. Auf den Innenring 3 wird ein Flansch geschraubt. Vor den Flansch wird ein Riemenscheibenlager 25 platziert. Ein Deckel 14 wird fest mit der Riemenscheibe 2 verbunden. Die Ankerscheibe 7 ist wiederum aus Ringen 32a-d aufgebaut: Direkt auf dem Lineargleitlager 31 sitzt eine amagnetische Scheibe (erster Ring 32a), darüber eine magnetische innere Scheibe (zweiter Ring 32b). Auf diese folgt ein Permanentmagnetring (dritter Ring 32c) und anschließend eine äußere magnetische Scheibe (vierter Ring 32d). Magnetisch ist hierbei mit ferromagnetisch und magnetisierbar gleichzusetzen. An der Vorderseite ist ein gestanztes Blech befestigt, an dem drei Enden zu Blattfedern 43 gebogen wurden. Über diesem Blech ist eine magnetische Abdeckung angeordnet. Mittels Bolzen sind an der Ankerscheibe 7 drei Klemmkörper 20 beweglich so befestigt, dass sie die Blattfedern 43 vorspannen.
Der Elektromagnet 5 ist zur gezielten Ansteuerung der Kupplungsscheibe 7 verwendet. Ein Permanentmagnet (permanentmagnetischer Abschnitt 6) ist in die Kupplungsscheibe 7 integriert, um die drei Positionen nach dem Konzept eines bistabilen Hubmagneten erreichen und halten zu können. Zwei Positionen (I, III) können un- bestromt gehalten werden. Bei unbestromter Spule 34 kann der Permanentmagnet 6 zwei Magnetkreise / -felder bilden, in Position I wird der Magnetkreis der Kupplungsscheibe 7 über den Deckel 14 geschlossen. In Position III wird der Magnetkreis über den Elektromagneten 5 auf Kompressorseite geschlossen. Die Magnetkräfte entstehen durch Wechselwirkung von Elektromagnet 5 und Permanentmagnet 6. Durch je eine Feder (Federelemente 16, 17) links und rechts der Kupplungsscheibe 7 kann das benötigte Kräftegleichgewicht in der gekoppelten Position III eingestellt werden.
Der explizite Bewegungsablauf erfolgt wie nachfolgend geschildert: Die geöffnete Kupplung 4 / Position I wird gehalten, indem am Elektromagneten 5 keine Spannung anliegt, wobei sich der magnetische Kreis des Permanentmagneten 6 über den Deckel 14 schließt. Die Ankerscheibe 7 wird stromlos in ausgekoppelter Position von Magnetkraft 35 gehalten. Zur Bewegung von der geöffneten Kupplung 4 zur Synchronisation / von Position I zu II wird am Elektromagneten 5 eine Spannung angelegt, die einen Magnetkreis 9 über den Elektromagneten 5 auf Kompressorseite erzeugt. Die Flussrichtung des elektromagnetischen Kreises ist identisch zu der des permanentmagnetischen Kreises. Der Elektromagnet 5 verstärkt das Magnetfeld 10 des Permanentmagneten 6 auf Kompressorseite. Die Magnetkraft 37 + 38 auf Kompressorseite überwiegt, sodass die Ankerscheibe 7 von dem Elektromagneten 5 angezogen wird und sich in die synchronisierende Position II bewegt. Die Synchronisation / Position II wird anschließend gehalten, indem die Spannung am Elektromagneten 5 aufrechterhalten wird. Die resultierende, auf die Ankerscheibe 7 wirkende Magnetkraft presst die Ankerscheibe 7 gegen den Reibbelag 12. Dadurch wird Drehmoment auf die Abtriebswelle 24 übertragen, die Abtriebswelle 24 wird auf Drehzahl der Riemenscheibe 2 synchronisiert und die Klemmkörper 20 klappen durch Fliehkräfte aus und werden an der Haltekante (Anschlag 22) vom Einrasten in den Zahnring 19 zurückgehalten. Die Bewegung von der Synchronisation zur geschlossenen Kupplung 4 / von Position II hin zu Position III wird wiederum umgesetzt, indem die Spannung am Elektromagne- ten 5 gelöst wird. Schließlich wird die Ankerscheibe 7 durch das erste Federelement 16 in Richtung Deckelseite gedrückt. An der gekoppelten Position III (zweite Verschiebestellung) befinden sich die Magnetkräfte und Federkräfte im Gleichgewicht, sodass die Ankerscheibe 7 selbständig diese axiale Position III hält. Die geschlossene Kupplung / Position III wird durch das Kräftegleichgewicht gehalten, sodass die An- kerscheibe 7 in der gekoppelten Position III stromlos gehalten wird. Die Klemmkörper 20 werden nicht mehr von der Haltekante 22 zurückgehalten und rasten durch die Fliehkraft in den Zahnring 19 ein. Die Bewegung von der geschlossenen Kupplung 4 in die geöffnete Kupplung 4 / von Position III zu I wird erreicht, indem wiederum an dem Elektromagneten 5 eine Spannung angelegt wird, die ein Magnetfeld entgegen- gesetzt zu dem Magnetfeld des Permanentmagneten 6 erzeugt. Dadurch heben sich die Magnetfelder auf der Kompressorseite gegenseitig auf und es wirkt nur noch das Magnetfeld auf der Deckelseite. Mithilfe der Federkraft bewegt sich die Kupplungsscheibe 7 in Richtung Deckelseite (Klinken 20 werden axial aus der Zahnkontur (Verzahnung 19) herausgeschoben). In der ausgekuppelten Position I wird die geöffnete Kupplung 4 wiederum selbständig gehalten, indem Spannung vom Elektromagneten 5 weggenommen werden kann. Die Kraft des Permanentmagneten 6 ist stark genug, die Ankerscheibe 7 in dieser Position zu halten. Ankerscheibe 7 und Antriebswelle 24 schwingen sich aus und kommen zum Stillstand. Bei sinkender Drehzahl klappen die Klemmkörper 20 wieder ein.
Bezugszeichenliste Kupplungssystem
Riemenscheibe
Welle
Kupplung
Magnetaktor
permanentmagnetischer Abschnitt
Ankerelement
erstes Magnetfeld
zweites Magnetfeld
drittes Magnetfeld
viertes Magnetfeld
Reibfläche
Gegenreibfläche
Deckel
Stirnseite / erste Stirnseite
erstes Federelement
zweites Federelement
Klinkenmechanismus
Verzahnung
Klinke
Grundabschnitt
Anschlag
Gehäuse
Antriebswelle
Wälzlagerung
Drehachse
erster Scheibenbereich
Aufnahmekontur
zweiter Scheibenbereich
Aufnahmeraum
Lineargleitlagerung a erster Ringb zweiter Ringc dritter Ringd vierter Ring
zweite Stirnseite Magnetspule erste Magnetkraft erste Federkraft zweite Magnetkraft dritte Magnetkraft zweite Federkraft Konusbereich vierte Magnetkraft fünftes Magnetfeld Blattfeder

Claims

Patentansprüche
Kupplungssystem (1 ) für ein Nebenaggregat einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Riemenscheibe (2), einer relativ zu der Riemenscheibe (2) drehbar gelagerten Welle (3) und einer, zwischen der Riemenscheibe (2) und der Welle (3) wirkenden, magnetisch aktuierbaren Kupplung (4), wobei die Kupplung (4) einen Magnetaktor (5) sowie ein mit dem Magnetaktor (5) zusammenwirkendes, einen permanentmagnetischen Abschnitt (6) aufweisendes und relativ zu der Welle (3) verschiebbar angeordnetes Ankerelement (7) aufweist, und wobei die Riemenscheibe (2) einerseits in einer ersten Verschiebestellung des Ankerelementes (7) relativ zu der Welle (3) frei verdrehbar ist, andererseits, zumindest in einer weiteren, zweiten Verschiebestellung des Ankerelementes (7) drehfest mit der Welle (3) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerelement (7) derart abgestützt und mit seinem permanentmagnetischen Abschnitt (6) derart ausgestaltet ist, dass es bei stromlos geschalteten Magnetaktor (5) in der ersten Verschiebestellung und in der zweiten Verschiebestellung stabil gehalten ist.
Kupplungssystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Ankerelement (7) derart abgestützt und mit seinem permanentmagnetischen Abschnitt (6) derart ausgestaltet ist, dass es in einer Synchronstellung durch ein durch den Magnetaktor (5) erzeugtes Magnetfeld (9) die Riemenscheibe
(2) drehfest mit der Welle (3) verbindet.
Kupplungssystem (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Ankerelement (7) drehfest mit der Welle
(3) gekoppelt ist und eine Reibfläche (13) ausbildet, die in der Synchronstellung reibkraftschlüssig an die Riemenscheibe (2) oder ein riemenscheibenfestes Element (14) angedrückt ist.
4. Kupplungssystem (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Reibfläche (13) an einer radial verlaufenden Stirnseite (15) des Ankerelementes (7) oder konisch ausgebildet ist.
5. Kupplungssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerelement (7) zwischen der ersten und der zweiten Verschiebestellung durch Bestromen des Magnetaktors (5) umschaltbar ist.
Kupplungssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Federelemente (16, 17) vorhanden sind, die zumindest teilweise in der ersten Verschiebestellung an unterschiedlichen axialen Seiten des Ankerelementes (7) abgestützt sind und mit einem durch den permanentmagnetischen Abschnitt (6) erzeugten Magnetfeld (10, 1 1 ) im Kräftegleichgewicht stehen.
Kupplungssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerelement (7) einen fliehkraftbetätigten Klinkenmechanismus (18) aufweist, der in der zweiten Verschiebestellung, zur drehfesten Koppelung der Riemenscheibe (2) mit der Welle (3), formschlüssig in eine Verzahnung (19) an der Riemenscheibe (2) oder einem riemenscheibenfesten Element (14) eingreift.
Kupplungssystem (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Klinken (20) des Klinkenmechanismus (18) in axialer Richtung gesehen hin zu dem Magnetaktor (5) oder weg von dem Magnetaktor (5) an einem scheibenförmigen Grundabschnitt (21 ) des Ankerelementes (7) schwenkbar angebracht sind.
Kupplungssystem (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Klinken (20) in radialer Richtung nach innen federelastisch vorgespannt sind.
Zugmitteltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem Kupplungssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
PCT/DE2017/100470 2016-06-15 2017-06-02 Riemenscheibenkupplungssystem mit elektromagnetischer kupplung für ein nebenaggregat, wie einen kältemittelkompressor WO2017215701A1 (de)

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