Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare Reibschaltkupplung mit einer Antriebswelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Eine derartige Reibschaltkupplung ist aus der DE 197 41 553 A1 bekannt. Die bekannte Reibschaltkupplung ist als Bestandteil des Lüfterantriebs für ein Lüfterrad für einen Kühler in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Hierbei weist die Reibschaltkupplung eine Elektromagnetanordnung mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten Spulen auf, von denen die eine Spule zur Aktivierung einer Wirbelstromkupplung dient, während die andere Spule der eigentlichen Betätigung der Reibschaltkupplung dient. Die stationär angeordneten Spulen sind gemeinsam mit dem Lüfterrad sowie den Permanentmagnetelementen der Wirbelstromkupplung mittels eines Drei- Ring-Lagers auf einem Antriebselement gelagert. Nachteilig bei der bekannten Lösung ist, dass durch die konzentrische Anordnung der beiden Spulen ein im Durchmesser relativ großer Bauraum für die Reibschaltkupplung benötigt wird. Darüber hinaus ist das verwendete Drei-Ring- Lager relativ komplex im Aufbau und teuer in der Herstellung.

Solche Reibscheibenkupplungen sind auch in der US 5,898,249 A1 , der DE 10 2009 033 616 A1 , der DE 40 07 366 C2 sowie der DE 904 737 B gezeigt.

Neben den gattungsgemäßen Reibschaltkupplungen, die als Antriebselement eine Antriebswelle aufweisen, sind Reibscheibenkupplungen bekannt, die über eine Riemenscheibe angetrieben werden. Eine derartige nicht gattungsbildende Reibscheibenkupplung ist beispielsweise in der DE 34 43 523 A1 beschrieben. Die bekannte Reibschaltkupplung weist zwei axial beabstandete Spulen auf, die jeweils in einem eigenen Trägerelement getragen bzw. aufgenommen sind.

Offenbarung der Erfindung

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetisch betätigbare Reibschaltkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass deren radialer Bauraum gegenüber dem Stand der Technik deutlich verringert ist. Diese Aufgabe bei einer Reibschaltkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die beiden Spule in Bezug auf die Längsachse des Antriebselements axial hintereinander angeordnet sind, wobei eine besonders kompakte Anordnung der beiden Spulen dadurch erzielt wird, dass die beiden Spulen durch eine magnetisch leitende Trennwand des Trägerelements axial voneinander getrennt sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigbaren Reibschaltkupplung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.

Durch die axiale Hintereinanderanordnung der beiden Spulen in einem gemeinsamen Trägerelement und durch die axiale Trennung der beiden Spulen durch eine gemeinsame Trennwand, wird erreicht, dass sich der magnetische Fluss bei gleichzeitiger Bestromung beider Spulen teilweise addiert, d.h. die Magnetkraft wird erhöht. Insbesondere dient die gemein- same Trennwand zur Leitung des magnetischen Flusses beider Spulen in radialer Richtung.

Bei der Zuschaltung der zweiten Spule, also bei Durchschaltung der Kupp- lung zur Übertragung eines 1 :1 Drehmomentes von der Antriebswelle auf das Lüfterrad, unterstützt die erste Spule die zweite Spule und erhöht somit das übertragene Moment. Bevorzugt kann die erste Spule ausgeschaltet werden, nachdem die der zweiten Spule zugeordnete Ankerscheibe geschaltet ist, um Energie zu sparen. Gleichzeitig wird hierdurch auch die eigene Erwärmung der Spulen reduziert.

Um im Aufbau sowie in den Herstellkosten nachteilige Drei-Ring-Lager zu vermeiden, wird in einer bevorzugten konstruktiven Ausbildung der Lagereinrichtung für die Wirbelstromkupplung vorgeschlagen, diese auf dem Außenumfang eines (radial umlaufenden) Wandabschnitts des Trägerelements anzuordnen und als 2-Ring-Lager auszubilden.

Zusätzlich ist es erfindungsgemäß bei einer weiteren Variante der Erfindung vorgesehen, dass auch die anderen beiden Lagereinrichtungen je- weils als 2-Ring-Lager ausgebildet sind. Dadurch lassen sich die Herstellkosten der erfindungsgemäßen Reibschaltkupplung zusätzlich verringern.

Bevorzugt ist es zur Minimierung des radialen Bauraums, wenn die beiden Spulen radial in etwa denselben Außendurchmesser aufweisen. Eine der- artige Lösung hat darüber hinaus den Vorteil, dass der zur Verfügung stehende radiale Bauraum für die Spulen größtmöglich ausgenutzt wird.

Um die Funktionalität bei der Betätigung der Elektromagnetanordnung der beiden Spulen zu optimieren, ist es darüber hinaus weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass das Lüfterrad und der Träger auf gegenüberliegenden

Seiten des Trägerelements angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Spule zum Schalten der Wirbelstromkupplung und der Spule zum Schalten der Reibscheibenkupplung jeweils eine Ankerscheibe zugeordnet ist, wobei sich die Ankerscheiben weiterbildungsgemäß auf zwei gegenüberliegenden, d.h. voneinander ab- gewandten Seiten des Trägerelementes befinden. Bevorzugt werden beide Ankerscheiben durch Bestromung der jeweiligen Spule axial aufeinander zu, d.h. in Richtung Trägerelement bewegt.

Um die Größe der beiden Spulen insgesamt zu minimieren wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass zum Schalten der Reibscheibenkupplung die beiden Spulen zunächst gemeinsam bestromt werden, und dass nach dem Schalten der Reibscheibenkupplung die der Wirbelstromkupplung zugeordnete Spule anschließend abgeschaltet wird.

Dadurch kann insbesondere die Baugröße der der Reibscheibenkupplung zugeordneten Spule minimiert werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.

Diese zeigt in der einzigen Figur eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigbaren Reibschaltkupplung, wobei lediglich die oberhalb der Symmetrielinie angeordnete Kupplungshälfte dargestellt ist.

In der einzigen Figur ist eine erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Reibschaltkupplung 10 als Bestandteil eines Lüfterantriebs 100 dargestellt. Mittels des Lüfterantriebs 100 wird ein Lüfterrad 1 angetrieben, dessen Luftstrom auf einen nicht dargestellten Lüfter wirkt, der wiederum der Kühlung einer Brennkraftmaschine dient. Der Lüfterantrieb 100 umfasst eine Antriebswelle 1 1 , die zumindest mittelbar von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben bzw. gedreht wird. Auf der Antriebswelle 1 1 ist eine Elektromagnetanordnung 15 mittels eines ersten Lagers 16 ortsfest gelagert. Hierzu weist die Elektromagnetanordnung 15 ein Trägerelement 17 auf, das mittels einer Drehmoment- stütze 18 zum Beispiel zu der Karosserie des Kraftfahrzeugs abgestützt ist.

Das erste Lager 16 umfasst einen Innenring 19, einen Außenring 20 sowie zwischen dem Innenring 19 und dem Außenring 20 angeordnete Lagerkörper 21 . Das erste Lager 16 ist somit als konventionelles Standardbauteil bzw. Standardkugellager ausgebildet. Der Außenring 20 des ersten Lagers 16 ist radial von einem ersten, radial umlaufenden Wandabschnitt 22 des Trägerelements 17 umfasst, der in einen flanschförmig umlaufenden Bereich 23 übergeht. Auf der dem ersten Wandabschnitt 22 des Bereichs 23 gegenüberliegenden Seite schließt sich ein zweiter, ringförmig umlaufender zweiter Wandabschnitt 24 an. Der Bereich 23 geht in einen Spulenträgerbereich 25 über, der mittels einer senkrecht zur Längsachse 27 der Antriebswelle 1 1 angeordneten Trennwand 28 in zwei Aufnahmebereiche aufgeteilt ist.

Die beiden, auf gegenüberliegenden Seiten der Trennwand 28 angeordneten Aufnahmebereiche dienen der Aufnahme einer ersten Spule 29 bzw. einer zweiten Spule 30, die somit in Bezug auf die Längsachse 27 der Antriebswelle 1 1 axial hintereinander angeordnet sind. Die beiden einen in etwa einen gleichen Außendurchmesser aufweisenden Spulen 29, 30 werden mittels Anschlussleitungen 31 , 32 separat voneinander bestromt, wobei die beiden Anschlussleitungen 31 , 32 das Trägerelement 17 in Durchgangsbohrungen 33, 34 verlaufen, die im Bereich des Bereichs 23 bzw. des zweiten Wandabschnitts 24 ausgebildet sind.

Werden beide Spulen 29, 30 bestromt, so fließt der magnetische Fluss beider Spulen in radialer Richtung durch die Trennwand 28. Die Spulen

29, 30 wirken addierend, bzw. einander verstärkend, so dass das von der zweiten Spule 30 übertragene Drehmoment erhöht wird. Hierdurch ist es möglich, stärkere Lüfter zu betreiben, bzw. einzusetzen. Der zweite Wandabschnitt 24 des Trägerelements 17 ist radial von einem zweiten Lager 35 umfasst. Das zweite Lager 35 ist ebenfalls als Standardkugellager ausgebildet und weist einen Innenring 36, einen Außenring 37, sowie zwischen dem Innenring 36 und dem Außenring 37 angeordnete Lagerkörper 38 auf. Das zweite Lager 35 dient der drehbaren Lagerung einer Ankerscheibe 39 sowie eines Kühlrippenrings 40, die beide an einem flanschartig ausgebildeten Träger 42 angeordnet bzw. befestigt sind. Im Bereich des Kühlrippenrings 40 ist auf der dem Lüfterrad 1 zugewandten Seite eine insbesondere aus Stahl ausgebildete Scheibe 43 angeordnet. Die Scheibe 43 ist Bestandteil einer Wirbelstromkupplung 45. Die Wirbelstromkupplung 45 ist über die erste Spule 29 schaltbar, die bei einer

Bestromung die Ankerscheibe 39 anzieht und somit die Drehzahl, übertragen durch den Reibschluss, auf den Kühlrippenring 40 überträgt, so dass der Kühlrippenring 40 mit den Permanentmagnetelementen 47 und deren Rückschlussscheibe 63 einen Wirbelstrom erzeugt, dessen Moment das Lüfterrad 1 über eine Stütze 62 und einen Lüfterradträger 55 überträgt, so dass sich eine reduzierte Drehzahl einstellt.

Das Lüfterrad 1 ist mittels eines dritten Lagers 50 im Bereich des einen Wellenendes 51 der Antriebswelle 1 1 drehbar gelagert. Hierzu weist das dritte Lager 50, das ebenfalls als Standardkugellager ausgebildet ist, einen Innenring 52, einen Außenring 53 sowie zwischen dem Innenring 52 und dem Außenring 53 angeordnete Lagerkörper 54 auf. Der Außenring 53 ist mit dem Lüfterradträger 55 verbunden, an dem wiederum das Lüfterrad 1 befestigt ist. Darüber hinaus dient der Lüfterradträger 55 der Befestigung einer Ankerscheibe 57, die mit der zweiten Spule 30 zusammenwirkt. Hierzu ist die Ankerscheibe 57 in Wirkverbindung mit einer Ro- torscheibe 58 angeordnet, die im axialen Zwischenraum zwischen der Ankerscheibe 57 und der zweiten Spule 30 mittels eines Halters 60 über eine Passfeder 61 mit der Antriebswelle 1 1 drehfest befestigt ist. Weiterhin ist an dem Lüfterradträger 55 über die Stütze 62 die insbesondere aus Stahl bestehende Rückschlussscheibe 63 befestigt, die auf der der Ankerschei- be 39 abgewandten Seite der Permanentmagnetelemente 47 angeordnet ist.

Der soweit beschriebene Lüfterantrieb 100 bzw. die Reibschaltkupplung 10 arbeitet wie folgt: Werden die beiden Spulen 29 und 30 nicht bestromt, so haben die beiden Ankerscheiben 39 und 57 keine Verbindung mit der

Rotorscheibe 58, das bedeutet, dass das Lüfterrad 1 entweder steht, oder infolge der Lagerreibung bei einer Drehung der Antriebswelle 1 1 sich mit geringer Drehzahl mit dreht. Gegebenenfalls wird durch die Anordnung der Permanentmagnetelemente

47 bzw. der Scheibe 43 eine kleine Schleppdrehzahl des Lüfterrads 1 erzeugt.

Bei einer Bestromung der ersten Spule 29 gelangt die Ankerscheibe 39 in Wirkverbindung mit der Rotorscheibe 58, so dass die Wirbelstromkupplung 45 aktiviert wird. Dadurch wird das Lüfterrad 1 mit einer ersten Betriebsdrehzahl gedreht. Zum Aktivieren der direkten Verbindung zwischen der Ankerscheibe 57 und der Rotorscheibe 58, damit das Lüfterrad 1 mit der gleichen Drehzahl gedreht wird wie die Antriebswelle 1 1 , ist es bevor- zugt vorgesehen, dass beide Spulen 29, 30 zunächst bestromt werden, wodurch sich deren elektromagnetische Wirkung auf die Ankerscheibe 57 verstärkt, so dass die Ankerscheibe 57 in Anlagekontakt mit der Rotor- Scheibe 58 gelangt. Sobald dies geschehen ist kann die Bestromung der ersten Spule 29 abgeschaltet werden, um Energie zu sparen.

Der soweit beschriebene Lüfterantrieb 100 bzw. die Reibschaltkupplung 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es zum Beispeil denkbar, dass die beiden Lager 16 und 50 als zweireihige (Schräg-) Kugellager ausgebildet sind.

Bezugszeichenliste

1 Lüfterrad

10 Reibschaltkupplung

1 1 Antriebswelle

15 Elektromagnetanordnung

16 erstes Lager

17 Trägerelement

18 Drehmomentstütze

19 Innenring

20 Außenring

21 Lagerkörper

22 erster Wandabschnitt

23 Bereich

24 zweiter Wandabschnitt

25 Spulenträgerbereich

27 Längsachse

28 Trennwand

29 erste Spule

30 zweite Spule

31 Anschlussleitung

32 Anschlussleitung

33 Durchgangsbohrung

34 Durchgangsbohrung

35 zweites Lager

36 Innenring

37 Außenring

38 Lagerkörper

39 Ankerscheibe

40 Kühlrippenring

42 Träger

43 Scheibe

45 Wirbelstromkupplung

47 Permanentmagnetelement drittes Lager

Wellenende

Innenring

Außenring

Lagerkörper

Lüfterradträger

Ankerscheibe

Rotorscheibe

Halter

Passfeder

Stütze

Rückschlussscheibe

Lüfterantrieb