DE2418367C2 - Elektromagnetische Federwickelkupplung - Google Patents

Description

Di«: Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare Schraubenfederkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten derartigen Schraubenfederkupplung (US-PS 37 35 847) besteht die Schraubenfederanordnung aus einer einzelnen Schraubenfederanordnung. Wenn die Spule erregt wird und der auch hier nur einfach vorhandene Ankerring mit dem Polstück in Eingriff tritt, wird zuerst das dem Polstück zunächst liegende Stück des Ankerringes angezogen und auf dieser Seite eine feste Verbindung zwischen Antriebs' und Abtriebselement hergestellt Dadurch entsteht ein Seitenschub, der zu einer ungleichen Belastung oder Stoßbelastung der Antriebsverbindung führt, die auch durch die Elastizität der verbindenden Schiaubenfeder nicht vollständig ausgeglichen werden kann und so eine beschleunigte Abnutzung und ein stoß- oder ruckartiges Eingreifen der Kupplung ergibt

Aus der US-PS 32 45 228 ist eine Drehmomentübers tragungseinrichtung bekannt, die zwischen einer Abtriebseinrichtung, z. B. einer Hohlwelle, auf eine Antriebseinrichtung, ζ. B. eine Kraftfahrzeugantriebswelle, eine Drehmomentübertragung auch dann gestattet, wenn die Längsachsen der beiden Einrichtungen ίο gegeneinander verschwenkt und/oder in Axialrichtung in gewissem Ausmaß verschoben sind. Es ist dabei ein stetiger Kraftschluß zwischen Antriebs- und Abtriebsseite vorhanden. In der Übertragungsstrecke befindet sich bei der bekannten Drehmomentübertragungseinrichtung ein Trennmittel in Form einer Kupplung, das für die Auftrennung der Übertragungsstrecke sorgt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetisch betätigbare Schraubenfederkupplung der genannten Gattung zu schaffen, bei der ein optimaler Ausgleich zwischen Antriebs- und Abtriebselement möglich ist und Stoßbelastungen der angeführten Art sowie die sich dadurch ergebende Abnutzung vermieden werden.

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Schraubenfederkupplung nach Anspruch 1. Die beiden getrennten Ringe, die jeweils nur mit einer der beiden ineinander verschraubten Schraubenfedern verbunden sind, können sich bei der fsaufschlagung, d. h. der Erregung der Spule, zunächst bis zur festen Anlage an das am Antriebselement ausgebildete Polstück gegeneinander verdrehen und so einen Ausgleich für die nie ganz identische Auslegung der beiden Schraubenfedern schaffen. Während des Einschaltvorganges wird dadurch ein stoßfreies und »weiches« Einsetzen des Anfangsdrehmomentes erreicht, so ein guier Anfangs-Drehmomentübergang erzielt und die Abnutzung der betroffenen Bauteile auf ein sehr geringes Restmaß herabgesetzt wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung nach Anspruch 2 läßt jeweils einen Ankerring unabhS'igig vom anderen zur Anlage mit dem Polstück kommen, so daß etwa diametral einander gegenüberliegende Angriffssteilen geschaffen werden bis zum vollständigen Anliegen der Gesamtankerringfläche, die jeweils zur Hälfte aus einem der beiden Ringe besteht.

Die vorteilhafte Weiterbildung gemäß Anspruch 3 erleichtert die Montage der erfindungsgemäßen Kupplung und trägt damit zur wirtschaftlichen Fertigung bei.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

F i g. 1 einen Teilquerschnitt einer elektromagnetisch betätigbaren Schraubenfederkupplung,

F i g. 2 eine Seitenansicht eines Bauteils der Kupplung gemäß Fig. 1.

F i g. 3 eine Seitenansicht auf die Ebene der Linie 3-3 in der F i g. 2, in der Richtung der Pfeile gesehen,

F i g. 4 eine Seitenansicht eines Teils der in der F i g. 1 dargestellten Kupplung,

F i g. 5 eine Seitenansicht auf die Ebene der Linie 5-5 in der F i g. 4. in der Richtung der Pfeile gesehen,

Fig.6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 in der F i g. 7, in der Richtung der Pfeile gesehen,

F i g. 7 und 9 Seitenansichten der Ringe der Kupplung gemäßFig. 1,

F i g. 8 einen Querschnitt entlang der Linie 8-8 in der F i g. 9, in der Richtung der !Pfeile gesehen,

Fig. 10 eine Seitenansicht auf die Ebene der Linie

10-10 in der Fig.9, in der Richtung der Pfeile gesehen,

F i g. 11 einen Teilquerschnitt einer zweiten Ausführungsform einer elektromagnetisch betätigbaren Schraubenfederkupplung,

F i g. 12 einen Teilquerschnitt eines Ringes der Kupplung gemäß F Ί g. 11 und

Fig. 13 eine Seitenansicht auf die Ebene der Linie 13-13 in der F i g. 12, in der Richtung der Pfeile gesehen.

In der F i g. 1 ist eine elektromagnetisch betätigbare Schraubenfederkupplung 10 dargestellt, welche zum Antrieb eines Lüfterkompressors 12 für eine Kfz-Klimaanlage verwendet wird wobei an dessen vorderem Ende ein rohrförmiger Ansatz 14 ausgebildet ist. Eine Abtriebswelle 16 zum Antrieb des Kompressors 12 ist drehbar in der Mitte der Kupplung 10 gelagert und erstreckt sich konzentrisch durch den rohrförmigen Ansatz 14 hindurch. Eine Wellendichtanordnung 15 ist um ein Zwischenstück der Abtriebswelle 16 innerhalb des Airsatzes 14 angeordnet

Eine vergrößerte Innenbohrung 18 des rohrförmigen Elementes 14 bildet einen Raum zur Aufnahme des größeren Teils einer Nabe 20 eines angetriebenen Elementes 22, wobei die Nabe 20 drehfest mit der Abtriebswelle 16 durch einen Keil 24 verkeilt ist, der in Schlitzen 25 und 26 eingesetzt ist weiche in der Welle 16 und der Nabe 20 jeweils ausgebildet sind. Die Nabe 20 ist in axialer Richtung in bezug auf die Welle 16 durch einen Abstandsring 27 festgelegt, der jeweils in Berührung mit den Wellenschultern 28 und den Nabenschultern 29 gehalten ist und zwar durch eine Mutter 30, die auf das Endstück der Welle 16 durch zentrale Öffnungen 31 und 32 aufgeschraubt ist, die in einer Abdeckung 33 bzw. in der Nabe 20 ausgebildet sind. Die Abdeckung 33 ist an der Außenfläche des angetriebenen Elementes 22 befestigt Eine ringförmige Elektromagnetspule 34 mit einer vorgegebenen Anzahl von Windungen umgibt den rohrförmigen Ansatz 14. Die Spule 34 ist in ein Harz 36 eingebettet, beispielsweise in ein Epoxid-, ein Polyamid- oder in ein Poiyester-Harz, und die Spulen-Harz-Anordnung 34/36 ist in ein^rm ringförmigen Spulengehäuse 38 untergebracht Eine Klemmenanordnung 40 ist an der Spulen-Harz-Anordnung 34/36 ausgebildet und erstreckt sich nach außen durch einen Öffnungsteil 42 des Gehäuses 38, um die Spule 34 mit Strom versorgen zu können.

Das Spulengehäuse 38 ist au, einem feramagnetischen Material hergestellt, beispielsweise aus Stahl oder aus Schmiedeeisen, und es ist mit einer Vielzahl von Verankerungsausnehmungen 44 ausgestattet die mit Harz 36 ausgegossen -ind. Weiterhin ist das Spulengehäuse 38 mit einer Vielzahl von damit einen integralen Bestand'eil bildenden Vorsprüngen 46 ausgestattet, die sich innerhalb von entsprechenden Ausnehmungen 48 erstrecken, welche in der benachbarten Vorderwand 50 des Kompressors 12 ausgebildet sind. Ein Wandelement 52 ist an der zylindrischen Innenwand 54 des Spulengehäuses 38 befestigt, beispielsweise durch Preßsitz, um eine vierte Wand um die Spule 34 herum zu bilden. Eine Vielzahl von in Umfangsrichtung fluchtenden bogenförmigen Schlitzen 56 ist durch das Wandelement 52 an einer dort vorgegebenen Stelle ausgebildet,

Eine Rollenanordnung 58 weist ein Nabenelement 60 auf, welches auf Lagern 62 um den rohrförmigen Ansatz 14 herum angebracht ist, Wobei eine sich in radialer Richtung erstreckende Wand 64 auf dem Nabenelement 60 ausgebildet ist dir sinen daran angeformten ersten zylindrischen Flansch 66 aufweist und weiterhin ein Rollenrillenteil 68 hat das auf einem zweiten zylindrischen Flansch 70 ausgebildet ist wobei dieser letztgenannte Flansch an dem ersten zylindrischen Flansch 66 befestigt ist Das Rollenrillenteil 68 ist derart ausgebildet, daß es radial mit dem Nabenelement 60 fluchtet Der zylindrische Flansch 66 reicht an einem Teil des Spulengehäuses 38 vorbei, und zwar mit eineui vorgegebenen Luftspalt 7Z Die Anordnung der Außenfläche 74 der radialen Wand 64 ist derart gewählt daß ein radialer Luftspalt 76 vorgegebener Breite zwischen der Außenfläche 74 und der benachbarten Fläche 78 ein dem Spulengehäuse-Wandelement 52 vorhanden ist Eine Vielzahl von in Umfangsrichtung fluchtenden bogenförmigen Schlitzen 80 ist durch die radiale Wand 64 an einer dazwischen gelegenen Stelle ausgebildet Ein durch den Motor angetriebener Keilriemen 82 ist in der Keilriemenscheibe 68 angebracht. Die Lager 62 sind axial zwischen einem scheibenförmigen Lagerabstandsstück 84 und einem Haltering 86 angeordnet der in einer Rille 88 befestigt ist, welche benachbart zu dem Lwde des rohrförmigen Ansatzes 14 ausgebildet ist

Eine Schraubenfederanordnung 90 ist um das Rollen-Naben-Element 60 und die radial äuße-e Fläche 92 des angetriebenen Elementes 22 herum angeordnet wobei das Ende des Rollen-Naben-Elementes 60 in eine ringförmige Ausnehmung 94 reicht, die in dem angetriebenen Element 22 ausgebildet ist Die Federan-Ordnung 90 weist ein Paar von identischen Schraubenfedern 96 und 98 auf (Fig. 2), die gemäß Fig.4 ineinandergeschraubt sind, um eine weiche Einheit zum Zusammenwirken mit einem Paar von Kupplungsankerringen 100 und 102 (Fig.6—10) zu bilden, wobei die beiden Ringe gemäß der Darstellung in der F i g. 1 ineinander angeordnet sind und aneinander anliegen.

Eine sich nach außen erstreckende und am Ende abgewinkelte Lasche 104 ist an einem Ende jeder Feder 96 und 98 ausgebildet, während eine sich nach innen erstreckende und am Ende abgewinkelte Lasche 106 ein dem anderen Ende jeder Feder ausgebildet ist. Die eine '.asche 104 erstreckt sich durch eine Öffnung 108, die in einer Lippe oder einem Ansatz 110 ausgebildet ist, der sich quer von dem äußeren Umfangsrand des Ankerringes 100 aus erstreckt während die andere Lasche 104 sich durch eine Öffnung 112 hindurch erstreckt, die in einer Lippe oder einem Ansatz 114 ausgebildet ist, der sich quer von dem äußeren Umfangsrand des Ankerringes 102 aus erstreckt Im zusammengebauten Zustand liegt eine Fläche 116 (Fig.6) des Ringes 100 an einer Fläche 118 des Ringes 102 an, was zur Ausbildung einer Ausnehmung 120 in einer Fläche 122 des Ringes 102 führ·. Die Lippe 110 erstreckt sich durch eine bogenförmige Öffnung 124(Fig.8),die indem Ring 102

5b auf crem radial äußeren Teil der Ausnehmung 120 gemäß F i g. I ausgebildet ist, was dazu führt, daß die Lippen 110 und 114 auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, um die Doppelfederanordnung gemäß F i g. 5 aufzunehmen. Die Laschen 106 erstrecken sich in gegenüber ang~ordnete radiale Schlitze 126(F ig. 1), die im Bereich der Stirnfläche des angetriebenen Elementes 22 angeordnet sind.

Gemäß F ί g. 1 ist die Federanordnung 90 mit einer zylindrischen Wand 128 der Haltekappe 33 ausgestattet und in seinem freien Zustand ist der linke Teil der Federanordnung 90 auf Abstand in radialer Richtung von dem Rollen-Naben-Element 60 angeordnet Da der rechte Teil der Federanordnung 90 einen kleineren

Durchmesser besitzt als der linke Teil, ist er in radialer Richtung auf Abstand von der zylindrischen Wand 128 angeordnet und ist an dem angetriebenen Element 22 mittels der Laschen 106 befestigt, die ihrerseits in radialen Schlitzen 126 des angetriebenen Elementes 22 gemäß den obigen Ausführungen befestigt sind. Die Lippen 110 und 114 der Ankerrirtge 100 und 102 sind jeweils gleitbar um die zylindrische Wand 128 der Haltekappe 33 angeordnet. Zwei zusätzliche Laschen oder Lippen 130 und 132 sind an dem Ring 102 ausgebildet, und zwar auf gleichem Abstand in bezug auf die Lasche 114, um als Führungen für die Anordnung der Ringe 100/102 um die Haltekappe 33 herum zu dienen. Gemäß Fig. 1 ist die Fläche 134 des Ankerringes 100 derart angeordnet, daß ein Luftspalt mit bestimmter Breite im Bereich der Oberfläche 138 der radialen Rollenwand 64 gebildet ist, wenn die Spule 34 nicht erregt ist
Im Betrieb wird die Kupplung 10 durch die Erregung

ucF L.icis.irörnägjici-kJpüic jt Üt/cf uic ΐνΐ6ΐΐιΐιΐΰίϊαΠΟΐ unung 40 beaufschlagt, wodurch ein magnetischer Fluß erzeugt wird, der entlang einem Pfad durch die angrenzenden ferromagnetischen Materialien verläuft, wobei dieser Flußpfad in der F i g. I durch das Bezugszeichen 140 angegeben ist. Genauer gesagt, der iFIußpfad verläuft primär von der Spule 34 zu den Umgehungswänden des Spulengehäuses 38, radial nach außen über den Luftspalt 72, zu dem zylindrischen Flansch 66, der auf der radialen Wand 64 der Rollenanordnung 58 gebildet ist, und von dort zu der radialen Wand 64 außerhalb der bogenförmigen Schlitze 80.

Danach überquert der Fluß den radialen Spalt 136, und zwar in Richtung nach außen in bezug auf die bogenförmigen Schlitze 80, weiter von der radialen Wand 64 bis in die Ankerringe 100 und 102, so daß diese gegen die Wand 64 gezogen werden, bis der Ring 100 daran anliegt Dann kreuzt der Fluß den in radialer Richtung mit variabler Größe ausgebildeten Spalt 136 zu der radialen Rollenwand 64 der Rollenanordnung 58, geht nach innen in die bogenförmigen Schlitze 80. wonach der Fluß dann den mit konstanter Breite ausgestatteten Spalt 76 zu dem Spulengehäuse-Wandelement 52 durchquert, um den Kreis zu der zylindrischen Innenwand 54 des Spulengehäuses 38 zu schließen.

Durch diese Anordnung wird ein starkes, zweipoliges Magnetkupplungsfeld erzeugt welches die Ankerringanordnung 100/102 anzieht so daß dadurch der obengenannte flächige Eingriff des näheren Ringes 100 mit der radialen Wand 64 der Rollenanordnung 58 hervorgerufen wird. Sobald cMes auftritt wird der linke Teil (F i g. 1) der Schraubenfederanordnung 90 derart gedreht daß ein Eingriff um das: rotierende Nabenelement 60 der Rollenanordnung 58 herum erfolgt Da der rechte Teil (Fig. 1) der Federanordnung 90 an dem angetriebenen Element 22 mittels der Laschen 106 befestigt ist, welche in die Schlitze 126 in dem angetriebenen Element 22 eingesetzt sind, wird somit das Element 22 in Drehung versetzt, wobei es seinerseits die Nabe 20, die Abtriebswelle 16 und den Kompressor 12 in Drehung versetzt. Die Laschenpaare 104 und 106 sind jeweils im wesentlichen in einem Abstand von 180° angeordnet, was dazu führt, daß ein gleichmäßiger Eingriff der zwei Federn 96 und 98 um die Elemente 60 und 22 erfolgt, wenn die Spule 34 erregt wird.

Wenn die Spule 34 abgeschaltet wird, so daß die magnetische Anzugwirkung durch die Spalte 72,76 und 136 aufhört, fällt der Ankerring 100 von der Rollenwand 64 ab, so daß dadurch die abgewinkelte Lasche 104 jeder Feder 96 und 98 der Federanordnung 90 losgelassen wird und die Möglichkeit hat, daß sie sich von dem Rollen-Naben-Element 60 abwickelt, so daß die Antriebsverbindung zwischen der Eingangsrollenanord-

/5 Mürig 58 und dsr Abirisbsweüs 16 unterbrochen ist.

In den F i g. 11 bis 13 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt. Anstelle des Paars von verschieden geformten Kupplungsankerringen 100 und 102 sind bei dieser Ausführungsform zwei identische Ringe 142 und 142' im Zusammenwirken mit den Endlaschen 104 der Feder 96 und 98 der Federanordnung 90 verwendet

Gemäß Fig. 12 und 13 weist jeder Ring 142, 142' einen Ansatz 144 mit einer darin ausgebildeten öffnung 146 auf um durch diese hindurch jeweils eine der Endlaschen 104 der Federn 96/98 aufzunehmen. Zwei zusätzliche Ansätze 148 und 150 sind an jedem Ring 142, 142' ausgebildet um als Führungselemente um die zylindrische Wand 128 der Halsekappe 33 herum zu dienen. Jeder Ring 142,142' weist weiterhin einen radial gebogenen Teil 152 auf, welcher dazu dient, die oberen und die unteren Hälften jeweils um einen Betrag abzusetzen, welcher gleich der Dicke des Ringes 142, 142' ist

Aufgrund des Abstandes 154 direkt gegenüber dem abgewinkelten Teil 152 können die zwei Ringe 142,142' derart aneinander angelegt werden, daß jeweils untere und obere Hälften aneinanderliegen, so daß entsprechende äußere koplanare Flächen entstehen, die um zwei Dicken der Ringe 142, 142' voneinander entfernt sind. Entsprechende Federlaschenöffnungen 146 sind einander gegenüber angeordnet wie es bei den jeweils auf den Laschen 110 und 114 der entsprechenden Ringanker 100 und 102 ausgebildeten öffnungen 108 und 112 der Fall ist

Gemäß F i g. 11 ist die zusammenwirkende Anordnung aus den identischen Ringen 142,142' bei Erregung der Spule 34 in der oben beschriebenen Art geg^ii das radiale Wandpolelement 64 gezogen, wobei die benachbarte Fläche, die je zur Hälfte aus den Ringen 142,142'besteht, daran anliegt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisch betätigbare Schraubenfederkupplung, deren Antriebs- und Abtriebselemente relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehbar sind, mit einer in einem stationären Gehäuse angeordneten elektromagnetischen Spule, mit einer zur Drehachse koaxialen, sich in axialer Richtung um Teile der Antriebs- und Abtriebselemente erstreckenden Schraubenfederanordnung, die an einem Ende am Abtriebselement befestigt ist, mit einer um die Drehachse drehbaren Ankerringeinrichtung die bei Erregung der Spule mit einem am Antriebselement ausgebildeten Polstück durch eine relativ zur Spule erfolgende axiale Bewegung in Eingriff tritt und so mit der Schraubenfederanordnung in Verbindung steht, daß hierbei keine axiale Bewegung der Schraubenfederanordnung erfolgt und die Schraubenfederanordnung bei sich drehendem Antriebselement und sich mit diesem initdrehender A jkerringeinrichtung durch radiales Zusammenziehen eine feste Verbindung zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebselement bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfederanordnung (90) aus zwei ineinander verschraubten Schraubenfedern (96, 98) besteht, daß jeweils ein Ende (106) der Schraubenfedern mit einem gegenüberliegenden Teil (26) des Abtriebselementes (22) verbunden ist, daß die Ankerringeinrichtung aus zwei aneinanderliegenden Ankerringen (100, 102; 142, 142') besteht und daß jeweils ein Ankerring rr.it dem jeweils anderen Ende (104) einer der Schraubenfedern verbunden ist.

2. Sdiraubenfederkupp.iing nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerringe (142, 142') jeweils einen in L .nfangsrichtung axial versetzten Teil (152) besitzen, wodurch eine Hälfte des Ankerringes jeweils gegenüber der anderen versetzt angeordnet ist, und daß in den Ankerringen jeweils diametral gegenüber dem axial versetzten Teil in Umfang ein Spalt (154) ausgebildet ist

3. Schraubenfederkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung des einen Endes der Schraubenfederanordnung am Abtriebselement (22) in diesem zwei radiale Schlitze (126) einander gegenüber angrenzend an die Stirnfläche vorgesehen sind und die Enden (106) der Schraubenfedern (96, 98) als radial nach innen in die Schlitze ragende Fortsätze ausgebildet sind.