Elektromagnetische reibschlüssige Schaltkupplung, Verfahren zu

ihrem Betrieb und Verwendung innerhalb eines Antriebsstranges

zur automatischen Betätigung einer Fahrzeugtür oder Fahr¬

zeugklappe [001] Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische reibschlüssige Schaltkupplung, ein Verfahren zu ihrem Betrieb und eine Verwendung der Schaltkupplung innerhalb eines Antriebsstranges zur automatischen Betätigung einer Fahrzeugtür oder Fahrzeugklappe (Heckklappe, Motorhaube etc.). [002] Bekannte derartige Schaltkupplungen weisen sowohl ein mit einem Reibbelag versehenes und mit einer ersten Welle drehfest verbundenes Rotorteil, an dem auf der dem Reibbelag abgewandten Seite eine elektrische Spule angeordnet ist, als auch eine drehfest, aber axial verschiebbare mit einer zweiten Welle verbundene Ankerscheibe auf. Dabei wird im eingekuppelten Zustand von der ersten auf die zweite Welle ein vom Spulenstrom abhängiges Drehmoment übertragen. Will man daher den Kraftschluß zwischen den Wellen aufrechterhalten, muß ständig Strom durch die Spule der Schaltkupplung fließen. [003] Aus der DE 102 25 580 Al ist eine elektromagnetische Schaltkupplung zur Verwendung innerhalb eines Antriebsstranges zur automatischen Betätigung der Heckklappe eines Kraftfahrzeuges bekannt, an dessen Rotorteil ein Permanentmagnet angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, daß die Heckklappe des Kraftfahrzeuges in jeder Zwischenstellung sicher gehalten wird, wenn die Spule stromlos ist. Allerdings muß bei dieser Schaltkupplung durch die Spule ständig ein Strom fließen, um die Kupplung zu trennen. Eine im wesentlichen kraftfreie Notbetätigung der entsprechenden Heckklappe ist daher nicht möglich. [004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische reibschlüssige Schaltkupplung anzugeben, deren Spule sowohl im eingekuppelten Zustand als auch im ausgekuppelten Zustand stromfrei sein kann. Ferner soll ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen (bistabilen) Schaltkupplung als auch eine bevorzugte Verwendung der Schaltkupplung innerhalb eines Antriebsstranges zur automatischen Betätigung einer Fahrzeugtür oder Fahrzeugklappe (Heckklappe, Motorhaube etc.) angegeben werden. [005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Schaltkupplung durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 7 und hinsichtlich der Verwendung durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche. [006] Die Erfindung beruht im wesentlichen auf dem Gedanken, einerseits, wie im Falle der DE 102 25 580 Al, einen ersten Permanentmagneten an dem Rotorteil anzuordnen und andererseits Mittel vorzusehen, welche auf die Ankerscheibe eine axiale, der Ma¬ gnetkraft des ersten Permanentmagneten entgegengerichtete Kraft ausüben. Dabei sind der erste Permanentmagnet und die Mittel derart gewählt, daß die durch den Perma¬ nentmagneten und die Mittel auf die Ankerscheibe ausgeübte resultierende Kraft bei nicht bestromter Spule die Ankerscheibe gegen den Reibbelag des Rotorteiles drückt, wenn sich die Ankerscheibe in ihrer eingekuppelten Endstellung befindet und die An¬ kerscheibe gegen einen von dem Reibbelag des Rotorteiles axial beabstandeten Anschlag drückt, wenn sie sich in ihrer ausgekuppelten Endstellung befindet. Die elektrische Spule ist derart mit Strom beaufschlagbar, daß das dadurch erzeugte Magnetfeld die Ankerscheibe in Abhängigkeit von der Richtung des Stromes gegen die Rückstellkraft der Mittel oder des ersten Permanentmag-neten in ihre ein- oder in ihre ausgekuppelte Endstellung verschiebt. [007] Die erfindungsgemäße Schaltkupplung weist also den Vorteil auf, daß sie zwei stabile stromlose Zustände besitzt, wobei das Umschalten zwischen den beiden stabilen Zuständen jeweils lediglich durch einen die Spule beaufschlagenden Stromimpuls entsprechender Höhe, Zeitdauer und Richtung erfolgt. [008] Bei den Mitteln, welche auf die Ankerscheibe eine axiale, der Magnetkraft des ersten Permanentmagneten entgegengerichtete Kraft ausüben, kann es sich um mindestens ein zwischen der Ankerscheibe und dem Rotor angeordnetes elastisches Element oder aber auch um mindestens einen zwischen der Ankerscheibe und dem Anschlag angeordneten zweiten Permanentmagneten handeln. [009] Als elastische Elemente können beispielsweise Druckfedern, Tellerfedern, Wellscheiben oder Gummipuffer verwendet werden. [010] Die erfindungsgemäße Schaltkupplung kann vorteilhafterweise innerhalb eines einen Antriebsmotor und eine Fahrzeugtür oder eine Fahrzeugklappe verbindenden Antriebsstranges abgeordnet werden, wobei die in ihrer eingekuppelten Endstellung befindliche Ankerscheibe bei nicht bestromter elektrischer Spule aufgrund des Perma¬ nentmagneten mit einer Kraft gegen den Reibbelag des Rotorteiles gedrückt wird, die groß genug ist, damit die Fahrzeugtür oder Fahrzeugklappe in der jeweiligen beim Ausschalten der Schaltkupplung eingenommenen Position sicher stehenbleibt. [011] Mit der erfindungsgemäßen Kupplung ist es ferner auf einfache Weise möglich, durch Vorgabe eines entsprechenden Spannungs- bzw. Stromverlaufes eine „Übertragungsmomentenkurve,, vorzugeben, d.h., die Schaltkupplung kann in unter¬ schiedlichen Stellungen der Fahrzeugtür unterschiedliche Übertragungsmomente realisieren. [012] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen: [013] Fig.l eine im Schnitt dargestellte schematische Seitenansicht einer erfin¬ dungsgemäßen Schaltkupplung mit zwischen der Ankerscheibe und dem Rotor an¬ geordneten federelastischen Mitteln; [014] Fig.2 eine Explosionsdarstellung der in Fig.l wiedergegebenen Schaltkupplung, wobei die Einzelteile der Kupplung perspektivisch dargestellt sind, und [015] Fig.3 ein weiteres der Fig.2 entsprechendes Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Schaltkupplung, wobei auf der dem Rotor abgewandten Seite der An¬ kerscheibe ein zweiter Permanentmagnet vorgesehen ist. [016] In den Fig.1 und 2 ist mit 1 eine nur schematisch und ohne Gehäuse dargestellte elektromagnetische reibschlüssige Schaltkupplung bezeichnet, die z.B. innerhalb eines Antriebsstranges zwischen einem nicht dargestellten Antriebsmotor und einer ebenfalls nicht dargestellten Heckklappe eines Kraftfahrzeuges anordbar ist. [017] Die Schaltkupplung 1 umfaßt ein mit einem Reibbelag 2 versehenes und mit einer ersten Welle 3 (z.B. der mit dem Antriebsmotor verbundenen Antriebswelle) drehfest verbundenes Rotorteil 4, welches auf seiner dem Reibbelag 2 abgewandten Seite eine Ausnehmung 5 besitzt, in der eine elektrische Spule 6 gehäusefest gelagert ist. Die Spule 6 ist über elektrische Leitungen 7 mit einer elektrischen Steuereinrichtung 8 verbunden. [018] Die Schaltkupplung 1 weist ferner eine drehfest, aber axial verschiebbar mit einer zweiten Welle 9 (Abtriebswelle) verbundene Ankerscheibe 10 auf. Hierzu ist die zweite Welle 9 fest mit einem Ankerscheibenträger 11 verbunden, welcher axiale Füh¬ rungsteile 12 umfaßt, die in entsprechende nutenförmige Ausnehmungen 13 der An¬ kerscheibe 10 eingreifen. [019] An dem Rotorteil 4 ist parallel zu der elektrischen Spule 6 ein ringförmiger erster Permanentmagnet 14 angeordnet, auf dem in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Reibbelag 2 befestigt ist. [020] Zwischen der Ankerscheibe 10 und dem Rotorteil 4 ist ferner ein federelastisches Element 15 angeordnet, welches auf die Ankerscheibe 10 eine axiale, der Magnetkraft des ersten Permanentmagneten 14 entgegengerichtete Kraft ausübt. Dabei besteht das federelastische Element 15 aus zwei ringförmigen Endteilen 16, 17 und mehreren zwischen den Endteilen 16, 17 befindlichen Federelementen 18. Das erste ringförmige Endteil 16 stützt sich an dem Rotorteil 4 und das zweite ringförmige Endteil 17 an der Ankerscheibe 10 ab. [021] Der erste Permanentmagnet 14 und das federelastische Element 15 sowie der Ver¬ schiebeweg der Ankerscheibe 10 entlang der Führungsteile 12 des Ankerschei¬ benträgers 11 sind derart gewählt, daß die durch den ersten Permanentmagneten 14 und das federelastische Element 15 auf die Ankerscheibe 10 ausgeübte resultierende Kraft, bei nicht bestromter Spule 6, die Ankerscheibe 10 gegen den Reibbelag 2 des Rotorteiles 4 drückt, wenn sich die Ankerscheibe 10 in ihrer eingekuppelten Endstellung befindet, d.h. an dem Reibbelag 2 anliegt. In dieser Stellung sind also die durch die Federelemente 18 auf die Ankerscheibe 10 ausgeübten Kräfte wesentlich geringer als die auf die Ankerscheibe 10 wirkende Mag-netkraft des ersten Perma¬ nentmagneten 14. [022] Befindet sich die Ankerscheibe 10 bei nicht bestromter Spule 6 hingegen in ihrer ausgekuppelten Stellung, d.h. an dem durch die Vorderseite 19 des Ankerschei¬ benträgers 11 gebildeten Anschlag, so wird die Ankerscheibe 10 durch das feder¬ elastische Element 15 gegen den Anschlag 19 gedrückt, da die Federkräfte in diesem Fall größer sind, als die auf die Ankerscheibe 10 wirkende Magnetkraft des ersten Per¬ manentmagneten 14. [023] Die Verschiebung der Ankerscheibe 10 in ihre ein- oder ausgekuppelte Stellung erfolgt mittels des durch die elektrische Spule 6 bewirkte Magnetfeld, wobei die Steuereinrichtung 8 jeweils lediglich einen relativ kurzen Stromimpuls erzeugt. So wird bei entkuppelter Schaltkupplung 1 die elektrische Spule 6 zum Einkuppeln der Schaltkupplung 1 mit einem ersten Stromimpuls beaufschlagt, der ein Magnetfeld verursacht, das gleichgerichtet mit dem Magnetfeld des ersten Permanentmagneten 14 ist und die Ankerscheibe 10 gegen die Kraft des federelastischen Elementes 15 in ihre eingekuppelte Endstellung verschiebt. Bei eingekuppelter Schaltkupplung 1 wird die elektrische Spule 6 zum Entkuppeln der Schaltkupplung 1 mit einem zweiten Stromimpuls beaufschlagt, der ein dem Magnetfeld des ersten Permanentmagneten 14 entgegengerichtetes Magnetfeld erzeugt, welches die Ankerscheibe 10 gegen die Kraft des ersten Permanentmagneten 14 in ihre ausgekuppelte Endstellung verschiebt. [024] Bei Verwendung der Schaltkupplung 1 in einer Anordnung innerhalb eines Antrie¬ bsstranges zur automatischen Betätigung der Heckklappe eines Kraftfahrzeuges (vgl. z.B. auch die eingangs erwähnte Druckschrift DE 102 25 580 Al) kann dann im ausge¬ kuppelten Zustand der Schaltkupplung die Heckklappe im wesentlichen kraftfrei verschwenkt werden. Durch Erzeugung kurzer Stromimpulse mittels der Steuer¬ einrichtung 8 kann die Heckklappe in unterschiedlichen Positionen festgehalten werden, ohne daß nach Erreichen dieser Positionen ein weiterer Strom fließen muß. Dabei ist die Magnetkraft des ersten Permanentmagneten 14 so groß zu wählen, daß die in ihrer eingekuppelten Endstellung befindliche Ankerscheibe 10 bei nicht bestromter elektrischer Spule 6 mit einer Kraft gegen den Reibbelag 2 des Rotorteiles 4 gedrückt wird, die groß genug ist, damit die Fahrzeugtür oder Fahrzeugklappe in der jeweiligen beim Ausschalten der Schaltkupplung 1 eingenommenen Position sicher stehenbleibt. [025] Befindet sich die Schaltkupplung 1 in ihrer eingekuppelten Stellung, kann zur Erhöhung des zu übertragenden Drehmomentes ein entsprechend hoher ständig fließender Strom mittels der Steuereinrichtung 8 durch die Spule 6 geschickt werden. [026] Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehend beschriebene Ausfüh¬ rungsbeispiel beschränkt. So kann die Funktion des federelastischen Elementes bei¬ spielsweise auch durch einen zwischen der Ankerscheibe und dem Anschlag an¬ geordneten zweiten Permanentmagneten erfüllt werden, sofern dessen Anziehungskraft auf die Ankerscheibe größer ist als die Anziehungskraft des ersten Perma¬ nentmagneten, wenn sich die Ankerscheibe in ihrer ausgekuppelten Stellung befindet. [027] Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel einer derartigen Schaltkupplung ist in Fig.2 dargestellt. Dabei sind die gleichen Teile wie in Fig.3 mit den gleichen Be¬ zugszeichen gekennzeichnet. Der ringförmig ausgebildete zweite Permanentmagnet ist mit dem Bezugszeichen 20 versehen. Bezugszeichenliste [028] 1 Schaltkupplung [029] 2 Reibbelag [030] 3 erste Welle [031] 4 Rotorteil [032] 5 Ausnehmung [033] 6 elektrische Spule, Spule [034] 7 elektrische Leitung [035] 8 Steuereinrichtung [036] 9 zweite Welle [037] 10 Ankerscheibe [038] 11 Ankerscheibenträger [039] 12 Führungsteil [040] 13 nutenförmige Ausnehmung 14 erster Permanentmagnet 15 federelastisches Element, elastisches Element, Mittel 16,17 Endteile [041] 18 Federelement [042] 19 Vorderseite, Anschlag [043] 20 zweite Permanentmagnet, Mittel