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Die
Erfindung betrifft eine Lüfterkupplungsvorrichtung
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Eine
solche Lüfterkupplungsvorrichtung
ist in der
DE 40 23
394 A1 beschrieben.
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Bei
einer konventionellen Lüfterkupplungsvorrichtung
dieses Typs ist der Innenraum eines abgedichteten Gehäuses, das
von einem Gehäuse
und einer Abdeckung gebildet wird, mittels einer eine Ölversorgungseinstellöffnung aufweisenden
Trennplatte aufgeteilt in ein Ölreservoir
und eine Drehmomentübertragungskammer
mit einer darin angeordneten Antriebsscheibe. An einem Teil einer
Innenumfangswand des abgedichteten Gehäuses, die einer Außenumfangswand
der Antriebsscheibe zugewandt ist, auf der sich Öl während der Rotation ansammelt, sind
ein Damm und ein daran anschließender
Zirkulationskanal ausgebildet, durch den die Verbindung von der
Drehmomentübertragungskammer
zu dem Ölreservoir
hergestellt wird. Außerdem
ist ein Ventil vorgesehen zum Öffnen
der Versorgungseinstellöffnung
in der Trennplatte, wenn die Umgebungstemperatur einen vorgegebenen
Wert überschreitet
und zum Schließen
der Versorgungseinstellöffnung
in der Trennplatte, wenn die Temperatur gleich oder kleiner dem
vorgegebenen Wert ist, um die Übertragung
des Drehmomentes von der Antriebsseite zu der angetriebenen Seite
des abgedichteten Gehäuses
mittels Vergrößern oder
Verkleinern einer effektiven Kontaktfläche von Öl an einem Drehmomentübertragungsspalt
zu steuern, der zwischen der Antriebsscheibe und einer dieser zugewandten
und zu deren Äußeren benachbarten
Wand des abgedichteten Gehäuses angeordnet
ist. Ein Paar Elektromagnete sind an einer Vorderseite oder einer
Rückseite
des abgedichteten Gehäuses
angeordnet. Ein Magnetventil zum Öffnen oder Schließen der
Versorgungseinstellöffnung ist
einem der Elektromagnete zugewandt angeordnet. Schließlich ist
ein Magnetfeinventil zum Öffnen und
Schließen
des Zirkulationskanales dem anderen Elektromagnet zugewandt angeordnet
(vergleiche die japanische Patentschrift
JP 2911623 B2 ).
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Im
allgemeinen besteht bei einer solchen konventionellen extern gesteuerten
Lüfterkupplungsvorrichtung
das Problem, daß sie
einen komplizierten Mechanismus aufweist, viel Leistung verbraucht
und zu hohen Kosten führt,
weil sie vorrangig elektrisch gesteuert ist. Außerdem kann die Lüfterkupplungsvorrichtung
bei einem Ausfall der Zirkulation des Betriebsöls wegen einer Fehlfunktion
des elektrischen Systems beschädigt
werden. Weil aber eine extern gesteuerte Lüfterkupplungsvorrichtung insofern
vorteilhaft ist, daß Steuerfaktoren,
wie die Wassertemperatur, die Motordrehzahl und Nebenaggregate,
wie zum Beispiel eine Klimaanlage, willkürlich ausgewählt werden
können,
und daß eine
geeignet Lüftersteuerung
durchgeführt
werden kann, besteht das Bedürfnis
nach Verbesserungen zum Lösen
der vorstehend beschriebenen Probleme. Die
DE 197 42 823 A1 zeigt
beispielsweise eine Ausfallsicherung für einen anderen Typ einer Lüfterkupplungsvorrichtung.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Lüfterkupplungsvorrichtung
mit schnellem und präzisem Ansprechverhalten
auf Ansteuerungsänderungen anzugeben,
bei der auch im Falle eines Stromausfalles die Betriebssicherheit
gegeben ist, so dass ein Überhitzen
wirkungsvoll vermieden wird.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch eine Lüfterkupplungsvorrichtung
der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden
Teils des Patenanspruchs 1 gelöst.
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Die
Erfindung verwendet grundsätzlich
ein Verfahren, nach dem ein Ventil zum Öffnen und Schließen einer Ölversorgungseinstellöffnung zum Zuführen von
Betriebsöl
aus einem Ölreservoir
zu einer Drehmomentübertragungskammer
mittels eines nicht erregten Elektromagneten gesteuert wird, der einen
Permanentmagneten verwendet. Prinzipiell wird eine Lüfterkupplungsvorrichtung
angeben, bei der der Innenraum eines von einem Gehäuse, das mittels
eines Lagers an einem Drehachsenkörper gelagert ist und von diesem
gehalten wird, an dessen einem Ende eine Antriebsscheibe befestigt
ist, und einer an dem Gehäuse
angebrachten Abdeckung gebildeten abgedichteten Gehäuses mittels
einer eine Ölversorungseinstellöffnung aufweisenden
Trennplatte in ein Ölreservoir
und eine Drehmomentübertragungskammer
aufgeteilt ist, in der die Antriebsscheibe enthalten ist. An einem
Teil einer Innenumfangswand des abgedichteten Gehäuses, die
einer Außenumfangswand
der Antriebsscheibe zugewandt ist, auf der sich Öl während der Rotation sammelt, sind
ein Damm und ein sich daran anschließender Zirkulationskanal ausgebildet,
der die Verbindung von der Drehmomentübertragungskammer zu dem Ölreservoir
herstellt. Ein Ventil ist in dem Ölreservoir zum Öffnen und
Schließen
der Ölversorgungseinstellöffnung angeordnet,
um die Übertragung
des Drehmoments von einer Antriebsseite zu einer angetriebenen Seite
mittels Vergrößern oder
Verkleinern einer effektiven Kontaktfläche von Öl in einem Drehmomentübertragungsspalt
zu steuern, der von der Antriebsseite und der angetriebenen Seite
definiert wird. Kennzeichnend ist, daß ein nicht erregter Elektromagnet,
der einen in dem Ölreservoir
des abgedichteten Gehäuses
angeordneten Permanentmagneten verwendet, mittels eines Lagers um
den Drehachsenkörper
gelagert ist, um das Ventil mittels des Elektromagneten zu betätigen, wodurch
ein Mechanismus zum Steuern des Öffnens
und des Schließens
der Ölversorgungseinstellöffnung gebildet
wird.
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Die
Erfindung wird außerdem
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ölversorgungseinstellöffnungen
vorgesehen sind, um eine Doppelventilanordnung zu bilden, bei der
ein Ventil für
jede Ölversorgungseinstellöffnung vorgesehen
ist.
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Der
Permanentmagnet kann entweder an dem abgedichteten Gehäuse oder
dem Elektromagneten oder dem abgedichteten Gehäuse und dem Elektromagneten
gleichermaßen
angeordnet sein. Das Ventil kann von einer Blattfeder und einem
Magnetstück
gebildet werden. Alternativ kann das Ventil von einer Schraubenfeder
und einem Magnetstück gebildet
werden. Weiter ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus
einem nicht magnetischen Material bestehen kann.
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Erfindungsgemäß weist
der Mechanismus zum Steuern des Öffnens
und des Schließens
des Ventils, welcher ein System zum Steuern des Öffnens und Schließens der Ölversorgungseinstellöffnung mittels
des nicht erregten Elektromagneten mit einem Permanentmagneten verwendet,
die gleichen Prinzipien wie bei einem gewöhnlichen, nicht erregten Betätigungsventil
auf. Entsprechend diesem Prinzip wird das Magnetfeld des Permanentmagneten aufgehoben
und die anziehende Kraft des Permanentmagneten ausgelöscht, wenn
ein Strom derart dem Elektromagneten zugeführt wird, daß ein zu dem
von dem Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feld entgegengesetzt
gerichtetes magnetisches Feld erzeugt wird. Dadurch ergibt sich
ein Mechanismus zum Schließen
der Ölversorgungseinstellöffnung,
indem das Ventil mittels des Einwirkens der Feder gegen die Trennplatte
vorgespannt wird. Zum Öffnen
der Ölversorgungseinstellöffnung wird der
Elektromagnet abgeschaltet, wodurch das Ventil gegen die Feder zu
dem Permanentmagneten hin angezogen wird.
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Durch
ein Zuführen
eines Stromes zu dem Elektromagneten, um ein zu dem von dem Permanentmagneten
erzeugten elektrischen Feld gleichgerichtetes magnetisches Feld
zu erzeugen, läßt sich die Ölversorgungsöffnung unverzüglich als
Ergebnis eines Synergieeffektes der anziehenden Kraft des Permanentmagneten
und der anziehenden Kraft des Elektromagneten öffnen.
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Auf
diese Weise ergibt das Verwenden des Steuermechanismus zum Öffnen und
Schließen
einen Sicherheitszustand oder einen Zustand, bei dem die an der
Trennplatte vorgesehene Ölversorgungseinstellöffnung selbst
dann geöffnet
bleibt, wenn der Elektromagnet aufgrund eines Ausfalls des elektrischen
Systems abgeschaltet wird. Somit kann das Betriebsöl in diesem
Sicherheitszustand zirkulieren, die Lüfterkupplungsvorrichtung verbleibt
somit eingekuppelt, wodurch der Lüfter weiter dreht. Auf diese Weise
wird es möglich,
eine Beschädigung
des Motors aufgrund Überhitzen
zu vermeiden.
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Wenn
mehrere Ölversorgungseinstellöffnungen
vorgesehen sind, um eine Doppelventilanordnung zu erzeugen, kann
die Stromstärke
zum Erregen des Elektromagneten schrittweise variiert werden, um
die einzelnen Ventile schrittweise zu öffnen oder zu schließen. Auf
diese Weise ist es möglich,
die Drehzahl des Lüfters
schrittweise zu steigern oder das Maß der Drehzahlsteigerung zu ändern.
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Das
Gehäuse
besteht aus einem nicht magnetischen Material, um eine Leckage des
Magnetflusses zu vermeiden. Für
den Fall, daß ein
Gehäuse aus
Eisen verwendet wird, ist ein Teil des Gehäuses zum Verhindern der Leckage
des Magnetflusses ausgeschnitten. Dieser ausgeschnittene Teil ist
mittels eines Dichtmittels abgedichtet.
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1 zeigt
einen Vertikalschnitt eines Ausführungsbeispiels
einer extern gesteuerten Lüfterkupplungsvorrichtung
mit den Erfindungsmerkmalen.
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2 zeigt
einen vergrößerten Vertikalschnitt
eines wesentlichen Bereichs der Vorrichtung.
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3A und 3B sind
Illustrationen, die den Vorgang des Öffnens und des Schließens eines
Ventils der Vorrichtung zeigen. 3A zeigt
einen Zustand, bei dem eine Ölversorgungseinstellöffnung mittels
Abschalten eines Elektromagneten geöffnet wird, indem ein Strom
dem Elektromagneten zugeführt
wird, um ein zu dem von einem Permanentmagneten erzeugten Magnetfeld
gleichgerichtetes Magnetfeld zu erzeugen. 3B zeigt
einen Zustand, bei dem die Ülversorgungseinstellöffnung mittels
Zuführen
eines Stroms zu dem Elektromagnet geschlossen wird, durch den ein
zu dem von dem Permanentmagneten erzeugten Magnetfeld entgegengesetzt gerichtetes
Magnetfeld erzeugt wird.
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4 zeigt
einen Vertikalschnitt eines wesentlichen Bereichs eines anderen
Ausführungsbeispieles
einer extern gesteuerten Lüfterkupplungsvorrichtung
mit den Erfindungsmerkmalen.
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5 zeigt
einen Vertikalschnitt eines wesentlichen Bereichs eines weiteren
Ausführungsbeispiels
einer extern gesteuerten Lüfterkupplungsvorrichtung
mit den Erfindungsmerkmalen.
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6 zeigt
einen Vertikalschnitt eines wesentlichen Bereichs wieder eines anderen
Ausführungsbeispiels
einer extern gesteuerten Lüfterkupplungsvorrichtung
mit den Erfindungsmerkmalen.
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7 zeigt
einen Vertikalschnitt eines wesentlichen Bereichs noch eines anderen
Ausführungsbeispiels
einer extern gesteuerten Lüfterkupplungsvorrichtung
mit den Erfindungsmerkmalen.
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8 zeigt
einen Vertikalschnitt eines Ausführungsbeispiels
einer extern gesteuerten Lüfterkupplungsvorrichtung
mit den Erfindungsmerkmalen, die eine Doppelventilanordnung aufweist.
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9A und 9B zeigen
charakteristische Diagramme als vergleichende Illustrationen der
Beziehung zwischen dem Ausschalten der Lüfterrotation und der Zeit für die in 1 gezeigte
Einventilanordnung und die in 8 gezeigte
Doppelventilanordnung. 9A ist ein
charakteristisches Diagramm für die
Einventilanordnung. 9B ist ein charakteristisches
Diagramm für
die Doppelventilanordnung.
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10 zeigt
einen Vertikalschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels einer eine
Doppelventilstruktur aufweisende extern gesteuerte Lüfterkupplungsvorrichtung
mit den Erfindungsmerkmalen.
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11A und 11B sind
charakteristische Diagramm die als vergleichende Illustrationen
die Beziehung zwischen dem Abschalten der Lüfterrotation und der Zeit bei
der in 10 gezeigten Doppelventilanordnung
zeigen. Das in 11A gezeigte charakteristische
Diagramm ergibt sich, wenn nur ein Ölversorgungseinstellventil
mit einem geringeren Durchmesser geöffnet wird. 11B zeigt
ein charakteristisches Diagramm, das sich ergibt, wenn ein Ölversorgungseinstellventil
mit einem geringeren und eines mit einem größeren Durchmesser gleichermaßen geöffnet werden.
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12A bis 12C illustrieren
die Vorgänge und
Effekte eines Steuersystems zum Öffnen
und Schließen
der Ventile einer Lüfterkupplungsvorrichtung
mit einer Doppelventilanordnung mit den Erfindungsmerkmalen. Das
in 12A gezeigte Diagramm gibt eine
Beziehung zwischen der Drehzahl der Antriebswelle (Motorseite) und
der Drehzahl des Lüfters
bei einer Steuerung zum Erzeugen von Rotationsgeschwindigkeiten
in drei Schritten an. 12B zeigt eine
Beziehung zwischen der Drehzahl der Antriebswelle und der Lüfterdrehzahl
beim Steuern zum Erzeugen von Zwischendrehzahlen. 12C zeigt eine
Beziehung zwischen der Drehzahl der Antriebswelle und der Lüfterdrehzahl
beim Steuern zum Erzielen einer willkürlichen Drehzahl.
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13 zeigt
ein Diagramm als Beispiel der Steuerung zum Erzielen von Lüfterdrehzahlen
in drei Schritten bei der gleichen Vorrichtung, wobei die Drehzahl
der Antriebswelle konstant gehalten wird.
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14 zeigt
ein Diagramm als Beispiel für die
Steuerung zum Verhindern des Freilaufs bei der gleichen Vorrichtung
zur Zeit der Beschleunigung.
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15 zeigt
ein Diagramm als Beispiel der Steuerung der Lüfterdrehzahl der gleichen Vorrichtung,
wobei die Motordrehzahl konstant auf 3000 Umdrehungen pro Minute
gehalten wird.
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16 zeigt
ein Diagramm als Beispiel der Steuerung der Lüfterdrehzahl, wobei die Motordrehzahl
konstant auf 3500 Umdrehungen pro Minute gehalten wird.
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17 zeigt
ein Diagramm als Beispiel der Steuerung zum Konstanthalten der Lüfterdrehzahl bei
der gleichen Vorrichtung, wobei sich die Motordrehzahl ändert.
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18 zeigt
ein Diagramm als Beispiel der Steuerung zum Erhalten eines oberen
Grenzwertes der Lüfterdrehzahl
der gleichen Vorrichtung, wobei sich die Motordrehzahl ändert.
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19 zeigt
ein Diagramm als Beispiel der Steuerung zum Halten der Lüfterdrehzahl
der gleichen Vorrichtung bei einer mittleren Drehzahl, ohne Durchführung einer
Rückkopplungssteuerung.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bezeichnet 1 eine
Antriebswelle, 2 ein abgedichtetes Gehäuse, 2-1 ein Gehäuse, 2-2 ein
Abdeckung, 3 eine Antriebsscheibe, 4 eine Trennplatte, 5 ein Ölreservoir, 6 eine
Drehmomentübertragungskammer, 7 eine Ölversorgungseinstellöffnung, 8 einen
Zirkulationskanal, 9 ein Ventil, 9-1 eine Blattfeder, 9-2 und 19-2 Magnetstücke, 10 einen
Permanentmagneten, 11 einen Elektromagneten, 12 einen
Tragkörper
für den
Elektromagneten, 13 und 14 Lager, 15 einen Damm
und 19-1 eine Schraubenfeder.
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Bei
der in 1 gezeigten extern gesteuerten Lüfterkupplungsvorrichtung
(Einventilanordnung) ist ein abgedichtetes Gehäuse 2, das von einem
Gehäuse 2-1 und
einer Abdeckung 2-2 gebildet wird, mittels eines Lagers 13 um
einen Drehachsenkörper (Antriebswelle) 1 gelagert.
Die Antriebswelle 1 wird von einem Antriebsabschnitt (Motor)
zur Rotation angetrieben. Das Innere des abgedichteten Gehäuses 2 ist
mittels einer Trennplatte 4, die eine Ölversorgungseinstellöffnung 7 aufweist,
in ein Ölreservoir 5 und
eine Drehmomentübertragungskammer 6 aufgeteilt.
Eine Antriebsscheibe 3, die an einem Ende des Drehachsenkörpers 1 befestigt
ist, ist derart in der Drehmomentübertragungskammer 6 angeordnet, daß ein Drehmomentübertragungsspalt
zwischen der Scheibe und einer Innenumfangsfläche der Drehmomentübertragungskammer
gebildet wird.
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Ein
Ventil 9 zum Öffnen
und Schließen
der Ölversorgungseinstellöffnung 7 wird
von einer Blattfeder 9-1 und einem Magnetstück 9-2 gebildet.
Das Ventil weist einen Mechanismus zum Öffnen und Schließen der
in der Trennplatte 4 vorgesehenen Ölversorgungseinstellöffnung 7 mit
der Blattfeder 9-1 auf, die mit einem Basisabschnitt derselben
an einer Innenwand des Ölreservoirs 5 befestigt
ist und auf die kontinuierlich eine Kraft zur Trennplatte 4 hin
einwirkt.
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An
der antriebsseitigen Seite des abgedichteten Gehäuses 2 ist ein von
einem Tragkörper 12 getragener
Elektromagnet 11 angeordnet, der mittels eines Lagers 14 an
dem Drehachsenkörper 1 gelagert
ist und von diesem getragen wird. Ein paarweise mit dem Elektromagnet 11 angeordneter
Permanentmagnet 10 ist an einer Außenfläche des Gehäuses 2-1 dem Ventil 9 zugewandt
angebracht. 11-1 gibt ein ringförmiges magnetisches Material
an. Wenn somit ein Strom dem Elektromagnet 11 zugeführt wird,
um ein Magnetfeld zu erzeugen, das einem von dem Permanentmagneten 10 erzeugten
magnetischen Feld entgegengesetzt gerichtet ist, wird das Magnetfeld des
Permanentmagneten 10 aufgehoben. Als Resultat wird die
anziehende Kraft des Permanentmagneten 10 ausgelöscht, und
das Ventil 9 wird mittels der Wirkung der Blattfeder 9-1 gegen
die Trennplatte 4 vorgespannt, um die Ölversorgungseinstellöffnung 7 zu
schließen.
Wenn der Elektromagnet 11 abgeschaltet wird oder wenn ein
Strom dem Elektromagnet 11 zugeführt wird, um ein dem von dem
Permanentmagneten erzeugten Magnetfeld gleichgerichtetes Magnetfeld
zu erzeugen, wird das Ventil 9 gegen die Blattfelder 9-1 zu
dem Permanentmagneten 10 angezogen, um die Ölversorgungseinstellöffnung 7 zu öffnen.
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Bei
der Lüfterkupplungsvorrichtung
mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird, wenn der Elektromagnet 11 abgeschaltet
wird oder wenn ein Strom zum Erzeugen eines zu dem von dem Permanentmagnet
erzeugten Magnetfeld gleichgerichteten Magnetfeld dem Elektromagnet 11 zugeführt wird,
ein Magnetstück 9-2 des
Ventils 9 gegen die Blattfeder 9-1 als Ergebnis
der Wirkung des Permanentmagneten 10 angezogen, wie in 3A gezeigt, um die Ölversorgungseinstellöffnung 7 zu öffnen und den
geöffneten
Zustand zu bewirken. Als Ergebnis wird das Öl aus dem Ölreservoir 5 durch
die Ölversorgungseinstellöffnung 7 der
Trennplatte 4 der Drehmomentübertragungskammer 6 zugeführt. Das der
Drehmomentübertragungskammer 6 zugeführte Öl überträgt ein Antriebsmoment der
Antriebsscheibe 3 auf das Gehäuse 2-1, um die Drehzahl
eines Kühllüfters (nicht
gezeigt) zu erhöhen,
der an dem Gehäuse
angeordnet ist.
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Wenn
ein Strom dem Elektromagneten 11 zugeführt wird, um ein dem von dem
Permanentmagneten 10 erzeugten Magnetfeld entgegengerichtetes
Magnetfeld zu erzeugen, wird das Ventil 9 mittels einer
Kraft von der Blattfeder 9-1 gegen die Trennplatte 4 vorgespannt,
weil die anziehende Kraft des Permanentmagneten 10 dadurch
aufgehoben wird, daß die
Magnetfelder des Permanentmagneten 10 und des Elektromagneten 11 einander
auslöschen, wie
in 3B gezeigt. Dadurch wird die Ölversorgungseinstellöffnung 7 geschlossen
und der geschlossene Zustand hergestellt. Als Ergebnis wird die
Zufuhr von Öl
aus dem Ölreservoir 5 zu
der Drehmomentübertragungskammer 6 unterbrochen.
Das Öl
in der Drehmomentübertragungskammer 6 wird mittels
eines Dammes 15 durch einen Zirkulationskanal 8 in
das Ölreservoir 5 zurückgeführt, wodurch
ein Absinken der Drehmomentübertragungsrate
und ein Reduzieren der Drehzahl des Gehäuses 2-1 bewirkt wird,
was zu einem Reduzieren der Drehzahl des Kühllüfters führt.
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Unter
Bezugnahme auf weitere in den 4 bis 6 gezeigte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung hat die in 4 gezeigte Lüfterkupplungsvorrichtung eine
Konfiguration, bei der der Mechanismus zum Steuern des Öffnens und
Schließens
der Ölversorgungseinstellöffnung 7 mittels
Betätigen
des Ventils 9 unter Verwendung des Elektromagneten 11 einen
Permanentmagneten 20 aufweist, der eine an der Trennplatte 4 angeordnete Ölversorgungseinstellöffnung 20-1 aufweist,
um das Öffnen
und Schließen
des Ventils 9 zu unterstützen und zum Arretieren des
geöffneten
und des geschlossenen Zustandes. In diesem Fall ist die anziehende
Kraft des Permanentmagneten 20 kleiner als die des Permanentmagneten 10,
der mit dem Elektromagneten 11 kombiniert wird.
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Bei
dieser Lüfterkupplungsvorrichtung
werden, wenn ein Strom dem Elektromagneten 11 zugeführt wird,
um ein dem von dem Permanentmagneten 10 erzeugten Magnetfeld
entgegengerichtetes Magnetfeld zu erzeugen, die Magnetfelder des
Permanentmagneten 10 und des Elektromagneten 11 gegenseitig
ausgelöscht,
wie vorstehend beschrieben, um die anziehende Kraft des Permanentmagneten 10 aufzuheben.
Als Resultat wird das Ventil 9 mittels der Kraft der Blattfeder 9-1 gegen
die Trennplatte 4 vorgespannt, um die Ölversorgungseinstellöffnung 7 zu
schließen.
Gleichzeitig wird die Blattfeder 9-1 von dem an der Trennplatte 4 angeordneten
Permanentmagneten 20 angezogen, wodurch die Ölversorgungseinstellöffnung 7 mit
verbesserter Zuverlässigkeit
geschlossen werden kann und wodurch eine Arretierung in dem geschlossenen
Zustand unterstützt wird.
Wenn der Elektromagnet 11 abgeschaltet wird oder wenn ein
Strom dem Elektromagneten 11 zugeführt wird, um ein zu dem von
dem Permanentmagneten 10 erzeugten Magnetfeld gleichgerichtetes Magnetfeld
zu erzeugen, wird ein Magnetstück 9-2 des
Ventils 9 durch die Wechselwirkung mit dem an dem Gehäuse 2-1 angeordneten
Permanentmagneten 10 gegen die anziehende Kraft des Permanentmagneten 20 angezogen,
um die Ölversorgungseinstellöffnung 7 zu öffnen.
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Bei
der in 5 gezeigten Lüfterkupplungsvorrichtung
wird ein Ventil 19 von einer Schraubenfeder 19-1 und
einem Magnetstück 19-2 als
Mittel zum Öffnen
und Schließen
der Ölversorgungseinstellöffnung 7 in
der Trennplatte 4 gebildet. Wenn in diesem Fall ein Strom
dem Elektromagneten 11 zugeführt wird, um ein zu dem von
dem Permanentmagneten 10 erzeugten Magnetfeld entgegengerichtetes
Magnetfeld zu erzeugen, löschen
sich die Magnetfelder des Permanentmagneten 10 und des
Elektromagneten 11 gegenseitig aus, wie vorstehend beschrieben, um
die anziehende Kraft des Permanentmagneten 10 aufzuheben.
Als Ergebnis wird das Magnetstück 19-2 durch
die Einwirkung der Schraubenfelder 19-1 gegen die Trennplatte 4 vorgespannt,
um die Ölversorgungseinstellöffnung 7 zu
schließen.
Wird der Elektromagnet 11 abgeschaltet oder wird dem Elektromagneten 11 ein
Strom zugeführt,
um ein zu dem von dem Permanentmagneten 10 erzeugten Magnetfeld
gleichgerichtetes Magnetfeld zu erzeugen, wird das Magnetstück 19-2 des
Ventils 19 durch die Wirkung des Permanentmagneten 10 gegen
die Schraubenfeder 19-1 angezogen, um die Ölversorgungsöffnung 7 zu öffnen.
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Die
in 6 gezeigte Kupplungsvorrichtung gibt ein Ausführungsbeispiel
wieder, bei dem der Permanentmagnet 10 an der gleichen
Seite wie der Elektromagnet 11 angeordnet ist. In diesem
Fall sind der Permanentmagnet 10 und der Elektromagnet 11 gemeinsam
an dem Tragkörper 12 angeordnet.
Bei einer derartigen Konfiguration löschen sich die Magnetfelder
des Permanentmagneten 10 und des Elektromagneten 11 in
gleicher Weiser wie bei der in 1 gezeigten
Konfiguration aus, um die anziehende Kraft des Permanentmagneten 10 aufzuheben, wenn
ein Strom dem Elektromagneten 11 zugeführt wird, um ein zu dem von
dem Permanentmagneten 10 erzeugten Magnetfeld entgegengerichtetes
Magnetfeld zu erzeugen. Dadurch wird das Magnetstück 9-2 durch
die Wirkung der Blattfelder 9-1 gegen die Trennplatte 4 vorgespannt,
um die Ölversorgungseinstellöffnung 7 zu
schließen.
Wenn der Elektromagnet 11 abgeschaltet wird oder wenn ein
Strom dem Elektromagneten 11 zugeführt wird, um ein dem von dem
Permanentmagneten 10 erzeugten Magnetfeld gleichgerichtetes
Magnetfeld zu erzeugen, wird das Magnetstück 9-2 des Ventils 9 durch
die Wirkung des Magneten 10 gegen die Blattfeder 9-1 angezogen, um
die Ölversorgungseinstellöffnung 7 zu öffnen.
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Die
in 7 gezeigte Kupplungsvorrichtung gibt ein Ausführungsbeispiel
wieder, bei dem ein Magnetkörper 21 eine
blockähnliche
Konfiguration anstelle einer ringählichen Konfiguration aufweist.
Der Magnetkörper 21 hat
eine ähnliche
Breite wie das ringförmige
magnetische Material 11-1 und ist an dem Gehäuse 2-1 des
abgedichteten Gehäuses 2 angeordnet.
Der Magnetkörper 21 kann
an der Rückseite
des Gehäuses 2-1 um
die Antriebswelle 1 (vergleiche 1) angeordnet
sein. Wenn in diesem Fall ein Strom dem Elektromagneten 11 zugeführt wird, um
ein einem von dem Permanentmagneten 10 erzeugten Magnetfeld
entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld zu erzeugen, löschen sich
die Magnetfelder des Permanentmagneten 10 und des Elektromagneten 11 gegenseitig
aus, wodurch die anziehende Kraft des Permanentmagneten 10 aufgehoben
wird. Als Resultat wird das Magnetstück 9-2 mittels der Wirkung
der Blattfeder 9-1 gegen die Trennplatte 4 vorgespannt,
um die Ölversorgungseinstellöffnung 7 zu
schließen.
Wenn der Elektromagnet 11 abgeschaltet wird, oder wenn
ein Strom dem Elektromagneten 11 zugeführt wird, um ein dem von dem
Permanentmagneten 10 erzeugten Magnetfeld gleichgerichtetes
Magnetfeld zu erzeugen, wird das Magnetstück 9-2 des Ventils 9 durch
die Wirkung des Permanentmagneten 10 gegen die Blattfeder 9-1 angezogen,
um die Ölversorgungseinstellöffnung 7 zu öffnen.
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Die
in den 8 und 10 gezeigten Kupplungsvorrichtungen
haben die gleiche Struktur, wie die Lüfterkupplungvorrichtung mit
Einventilanordnung von 1. Im Gegensatz dazu sind jedoch zwei
Sätze Ölversorgungseinstellöffnungen 7, 7-1 und 7-2 und
Ventile 9 sowie zwei Sätze
Mechanismen zum Steuern des Öffnens
und Schließens
der Ölversorgungseinstellöffnungen 7, 7-1 und 7-2 vorgesehen.
Die Mechanismen weisen jeweils ein Ventil 9 und einen Permanentmagneten 10 auf.
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Im
einzelnen sind bei der in 8 gezeigten Lüfterkupplungsvorrichtung
mit Doppelventilanordnung zwei Ölversorgungseinstellöffnungen 7 in
der Trennplatte 4 auf einem geradlinigen Durchmesser desselben
angeordnet. Die beiden Ölversorgungseinstellöffnungen 7 sind
unter verschiedenen Abständen
von der Mitte der Trennplatte in Radialrichtung derselben angeordnet.
Bei der in 10 gezeigten Lüfterkupplungsvorrichtung
mit Doppelventilanordnung sind Ölversorgungseinstellöffnungen 7-1 und 7-2 mit
verschiedenen Durchmessern in der Trennplatte 4 und vorzugsweise
auf einem geradlinigen Durchmesser derselben angeordnet.
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Jede
der Ölversorgungseinstellöffnungen 7, 7-1 und 7-2 ist
mit einem Ventil 9 versehen, das von einer Blattfeder 9-1 und
einem Magnetstück 9-2 gebildet
wird und als Mechanismus zum Öffnen
und Schließen
der jeweiligen Ölversorgungseinstellöffnung 7, 7-1 oder 7-2 unter
Verwendung der Blattfeder 9-1 dient. Die Blattfeder 9-1 ist
im Bereich einer Basis derselben an einer Innenwand des Ölreservoirs 5 befestigt
und wird kontinuierlich mit einer Kraft auf die Trennplatte 4 hin
beaufschlagt. Einem jeden Ventil 9 zugeordnet ist ein an
einer Außenseite
des Gehäuses 2-1 dem
jeweiligen Ventil 9 zugewandt angeordneter Permanentmagnet 10 angebracht,
der paarweise mit einem Elektromagneten 11 angeordnet ist, welcher
an der Antriebsabschnittseite des abgedichteten Gehäuses 2 vorgesehen
ist. 11-1 gibt ein ringförmiges magnetisches Material
an.
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Die
in den 8 und 10 gezeigten Kupplungsvorrichtungen
mit Doppelventilanordnung, die den vorstehend beschriebenen Aufbau
haben, sind insoweit ähnlich
der in 1 gezeigten Lüfterkupplungsvorrichtung
mit Einventilanordnung, daß bei
einem Abschalten des Elektromagneten 11 oder bei einem
Zuführen
von Strom zu dem Elektromagneten 11, um ein zu einem von
dem Permanentmagneten 10 erzeugten Magnetfeld gleichgerichtetes Magnetfeld
zu erzeugen, die Magnetstücke 9-2 der Ventile 9 durch
die Wirkung der Permanentmagnete 10 gegen die Blattfedern 9-1 angezogen
werden, um die Ölversorgungseinstellöffnungen 7, 7-1 und 7-2 zu öffnen und
den geöffneten
Zustand zu erhalten. Als Resultat wird das Öl aus dem Ölreservoir 5 durch
die Ölversorgungseinstellöffnungen 7, 7-1 und 7-2 der Trennplatte 4 der
Drehmomentübertragungskammer 6 zugeführt. Das
der Drehmomentübertragungskammer 6 zugeführte Öl überträgt ein Antriebsmoment von
der Antriebsscheibe 3 auf das Gehäuse 2-1, um die Drehzahl
des (nicht gezeigten) Kühllüfters zu
erhöhen,
der an dem Gehäuse
angeordnet ist. Wenn anderseits ein Strom dem Elektromagneten 11 zugeführt wird,
um ein den von den Permanentmagneten 10 erzeugten Magnetfeldern
entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld zu erzeugen, löschen sich
die Magnetfelder der Permanentmagneten 10 und des Elektromagneten 11 gegenseitig
aus, um die anziehende Kräfte
der Permanentmagneten 10 aufzuheben. Dadurch werden die
Ventile 9 mittels der Federkraft der Blattfedern 9-1 gegen
die Trennplatte 4 vorgespannt, um die Ölversorgungseinstellöffnungen 7 zu
schließen
und den geschlossenen Zustand zu erhalten. Weil dadurch die Zufuhr
von Öl
aus dem Ölreservoir 5 in
die Drehmomentübertragungskammer 6 unterbrochen
wird und das Öl
aus der Drehmomentübertragungskammer 6 wegen
der Gegenwart des Dammes 15 durch den Zirkulationskanal 8 in
das Ölreservoir 5 zurückgeführt wird,
wird die Drehmomentübertragungsrate
verringert, um die Drehzahl des Gehäuses 2-1 zu reduzieren,
was eine Verringerung der Drehzahl des Kühllüfters ergibt.
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Ein
jedes Ventil der Lüfterkupplungsvorrichtung
mit Doppelventilanordnung wird somit mittels Erregen des Elektromagneten 11 geöffnet und
geschlossen. Die beiden Ventile lassen sich mittels schrittweisem
Verändern
der Stromstärke
zum Erregen des Elektromagneten 11 für das jeweilige Ventil schrittweise öffnen und
schließen.
Im einzelnen können,
wie in den 9A, 9B, 11A und 11B gezeigt, während bei
der in 1 gezeigten Lüfterkupplungsvorrichtung
mit Einventilanordnung ein Erhöhen
der Stromstärke
zum Erregen des Elektromagneten 11 ein Springen der Drehzahl
des Kühllüfters auf
eine vorbestimmte Drehzahl bewirkt, wie mittels der durchgezogenen
Linie angedeutet, bei der in 8 gezeigten
Lüfterkupplungsvorrichtung
mit Doppelventilanordnung die einzelnen Ventile schrittweise mittels
schrittweisem Ändern
der Stromstärke
zum Erregen des Elektromagneten 11 oder durch Ändern der
Polarität
(positive oder negative Polarität)
der Stromquelle geöffnet
oder geschlossen werden. Folglich läßt sich die Drehzahl des Kühllüfters schrittweise
auf eine vorbestimmte Drehzahl erhöhen, wie in 9B mittels
einer gestrichelten Linien angedeutet. Somit ermöglicht die Lüfterkupplungsvorrichtung mit
Doppelventilanordnung die Lüfterdrehzahl
auf verschiedene Arten zu steuern.
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Im
Fall der in 10 gezeigten Lüfterkupplungsvorrichtung
mit Doppelventilstruktur kann entweder eines oder beide Ventile
mit unterschiedlichen Durchmessern gleichzeitig geöffnet oder
geschlossen werden, um die Menge zugeführten Öles mittels schrittweisem Ändern der
Stromstärke
zum Erregen des Elektromagneten 11 einzustellen. Anderseits kann
auch die Polarität
(positive oder negative Polarität)
der Stromquelle geändert
werden. Auf diese Weise ist es möglich,
das Maß des
Anstieges der Lüfterdrehzahl
zu variieren, wie mittels gestrichener Linien in 11A und 11B gezeigt. 11A zeigt
ein Anstiegsmaß,
das sich ergibt, wenn nur die Ölversorgungseinstellöffnung 7-1 in 10 geöffnet ist. 11B zeigt ein Anstiegsmaß, das sich
ergibt, wenn die Ölversorgungseinstellöffnungen 7-1 und 7-2 in 10 geöffnet sind.
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Im
folgenden wird eine eingehendere Beschreibung der Arbeitsweise und
Wirkungen des Steuersystems zum Ventilöffnen/-schließen bei
der vorstehend beschriebenen Lüfterkupplungsvorrichtung
mit Doppelventilanordnung gegeben.
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Wenn
die beiden Ventile unter verschiedenen Abständen in Radialrichtung für mittlere
Drehzahl und EIN-Drehzahl angeordnet sind, läßt sich die Steuerung durchführen, um
1. Drehzahlen in drei Schritten (12A),
2. Zwischendrehzahlen (12B) und 3.
eine willkürliche
Drehzahl (12C) zu erhalten. Die mittlere
Drehzahl läßt sich erhalten,
wenn nur das Ventil für
die mittlere Drehzahl geöffnet
wird. Ein kontinuierlicher Übergang
von der mittleren Drehzahl zu der EIN-Drehzahl läßt sich dadurch erzeugen, daß die beiden
Ventile geöffnet
werden, das heißt
die Ventile für
die mittlere Drehzahl und für
die EIN-Drehzahl zum Erzeugen der EIN-Drehzahl (13).
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1. Steuerung auf drei
Schritte
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Wie
in 12A gezeigt, läßt sich eine Steuerung zum
Erzielen von drei stabilen Drehzahlverläufen mittels Zuführen eines
Steuersignals erzeugen, das eine einzelne Ladung für einen
Elektromagneten hat. Im einzelnen läßt sich das Öffnen und
Schließen der
beiden Ventile mittels Schalten dreier Spannungswerte steuern, das
heißt
0 Volt (AUS), + 12 Volt (EIN) und – 12 Volt (EIN), um die Lüfterdrehzahl
derart zu steuern, daß sich
drei stabile Drehzahlverläufe ergeben.
Im einzelnen ist das die EIN-Drehzahl, für die die Spannung + 12 Volt
angelegt wird, um beide Ventile zu öffnen, die mittlere Drehzahl,
für die
die Spannung 0 Volt angelegt wird, um nur das Ventil für die mittlere
Drehzahl zu öffnen
und die AUS-Drehzahl, für
die die Spannung – 12
Volt angelegt wird, um beiden Ventile zu schließen. 12 Volt ist die gleiche Spannung
wie eine Batteriespannung.
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2. Steuerung
auf Zwischendrehzahl
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Wie
in 12B gezeigt, lassen sich die beiden
Ventile auf eine vorbestimmte Leistungsrate schalten, die im Prinzip
eine Pulsweite ist. Dadurch wird die Lüfterdrehzahl derart gesteuert,
daß sich eine
Zwischendrehzahl ergibt, die zwischen der AUS-Drehzahl und der mittleren
Drehzahl liegt (die sich dadurch ergibt, daß nur das Ventil für die mittlere Drehzahl
zum Öffnen
und Schließen
angesteuert wird). Eine weitere Zwischendrehzahl ergibt sich, die zwischen
der mittleren Drehzahl und der EIN-Drehzahl liegt (die sich dadurch
ergibt, daß das
Ventil für die
EIN-Drehzahl zum Schließen
angesteuert wird, während
das Ventil für
die mittlere Drehzahl in einem vollständig geöffneten Zustand ist).
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3. Steuerung
auf eine willkürliche
Drehzahl
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Wie
in 12C gezeigt, läßt sich die Differenz zwischen
den relativen Drehzahlen der Antriebswelle (rotierender Bereich)
und dem Elektromagnet (feststehender Bereich) mittels eines Magnetaufnehmers
oder ähnlichem
messen. Somit läßt sich die
Drehzahl mit einer Rückkopplung
der Drehzahlen mittels Öffnen
und Schließen
nur des Ventils für
die mittlere Drehzahl steuern, wenn eine gewählte Drehzahl zwischen der
AUS-Drehzahl und der mittleren Drehzahl liegt. Anderseits ist eine
Steuerung mittels Öffnen
und Schließen
des Ventils für
die EIN-Drehzahl möglich,
wobei das Ventil für
die mittlere Drehzahl in einem vollständig geöffneten Zustand bleibt, wenn
die gewünschte
Drehzahl zwischen der mittleren Drehzahl und der EIN-Drehzahl liegt.
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13 zeigt
ein Beispiel der Steuerung der Lüfterdrehzahl,
bei dem das System zum Steuern in drei Schritten verwendet wird.
Das Öffnen
und Schließen
der beiden Ventile wird mittels Schalten der drei Spannungswerte
gesteuert, das heißt
0 Volt (AUS), + 12 Volt (EIN) und – 12 Volt (EIN). Dies ermöglicht eine
stabile Steuerung, um Übergänge von der
AUS-Drehzahl auf die mittlere Drehzahl, von der mittleren Drehzahl
auf die EIN-Drehzahl, von der EIN-Drehzahl auf die mittlere Drehzahl,
von mittleren Drehzahl auf die AUS-Drehzahl, von der AUS-Drehzahl
auf die EIN-Drehzahl
und von der EIN-Drehzahl auf die AUS-Drehzahl zu erhalten, wobei
die Drehzahl der Antriebswelle konstant gehalten wird.
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Wenn
die Lüfterdrehzahl
sich im Leerlauf im EIN-Zustand befindet, wie in 14 gezeigt,
wird der Lüfter
beim Beschleunigen frei hochlaufen, selbst wenn er durch Schließen des
Ventils gewaltsam in den AUS-Zustand gebracht wird. Hingegen ermöglicht die
Doppelventilanordnung nach der Erfindung beim Verwenden der folgenden
Methode, ein freies Hochlaufen zu verhindern.
- 1.
Wenn nur das Ventil für
die mittlere Drehzahl außerhalb
der Scheibe in deren Radialrichtung angeordnet ist, kann die mittlere
Drehzahl bei der Beschleunigung ohne ein freies Beschleunigen beibehalten
werden, weil kein übermäßiges Öl zugeführt wird.
- 2. Wenn der mittlere Zustand während des Leerlaufes beibehalten
wird, läßt sich
ein freies Hochlaufen bei der Beschleunigung vermeiden, weil die
Lüfterdrehzahl
augenblicklich mittels Schließen
des Ventils beim Beschleunigen abgeschaltet werden kann.
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Außerdem läßt sich
die Lüfterdrehzahl
mittels Öffnen
und Schließen
der Ventile derart Steuern, daß sich
eine willkürliche
Drehzahl ergibt, wie bei einem Vorsehen einer Rückkopplung der Lüfterdrehzahl
vorgesehen (Steuerung auf willkürliche
Drehzahl).
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Das
bedeutet, weil die Doppelventilanordnung das Ventil für die mittlere
Drehzahl und das Ventil für
die EIN-Drehzahl hat, die voneinander getrennt sind, wird die Lüfterdrehzahl
mittels Öffnen
und Schließen
des Ventils für
die mittlere Drehzahl gesteuert, wenn die gewünschte Drehzahl zwischen der AUS-Drehzahl
und der mittleren Drehzahl liegt. Die Lüfterdrehzahl wird mittels Öffnen und
Schließen
des Ventils für
die EIN-Drehzahl gesteuert (wobei das Ventil für die mittlere Drehzahl in
einem vollständig geöffneten
Zustand ist), wenn die gewünschte
Drehzahl zwischen der mittleren Drehzahl und der EIN-Drehzahl liegt.
Weil in diesem Fall jedes der Ventile einen separaten Steuerbereich
hat, läßt sich
eine geringere Bereite des Flatterns gereichen, als die, die sich
ergibt, wenn die Drehzahl mit einem einzelnen Ventil gesteuert wird.
Eine solche Steuerung auf eine willkürliche Drehzahl ergibt folgende
Vorteile.
- 1. Die Lüfterdrehzahl läßt sich
auf jede beliebige Drehzahl steuern und einstellen von dem AUS-Zustand
bis zu dem EIN-Zustand und von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand,
wobei die Motordrehzahl konstant gehalten wird (3000 Umdrehungen
pro Minute) (vergleiche 15 und 16).
- 2. Die Lüfterdrehzahl
kann ständig
konstant gehalten werden (zum Beispiel bei 1.000 Umdrehungen pro
Minute), während
sich die Motordrehzahl ändert
(vergleiche 17).
- 3. Die Lüfterdrehzahl
kann auf einem oberen Grenzwert (zum Beispiel 2.000 Umdrehungen
pro Minute) gehalten werden, während
sich die Motordrehzahl ändert
(vergleiche 18).
- 4. Drehzahlen zwischen der AUS-Drehzahl und der mittleren Drehzahl
und zwischen der mittleren Drehzahl und der EIN-Drehzahl lassen
sich mittels Öffnen
und Schließen
der Ventile bei einer vorgegebenen Leistungsrate ohne Rückkopplung der
Lüfterdrehzahl
einhalten (vergleiche 19).
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Eine
stabilere Steuerung läßt sich
erzielen, wenn in der Nähe
des Ventils für
die mittlere Drehzahl am Ölreservoir
die Technik verwendet wird, die in der japanischen Patentveröffentlichung
JP 2000-74098 A angegeben ist.
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Wie
vorstehend beschrieben, verwendet die extern gesteuerte Lüfterkupplungsvorrichtung
nach der Erfindung das System zum Steuern des Ventils zum Öffnen und
Schließen
der Ölversorgungseinstellöffnung unter
Verwendung einer Kombination eines Elektromagneten und eines Permanentmagneten.
Das führt
dazu, daß selbst
wenn der Elektromagnet aufgrund eines Ausfalls des elektrischen
System abgeschaltet wird, ein Sicherheitseffekt vorteilhaft dadurch
erzielt wird, daß das
Betriebsöl
trotzdem zirkuliert, um ein Beschädigen des Motors (Überhitzen)
zu verhindern, weil die in der Trennplatte angeordnete Ölversorgungseinstellöffnung offen
gehalten wird. Außerdem
läßt sich
die Zufuhr von Öl
in den Drehmomentübertragungsspalt
zwischen der Antriebsscheibe und dem abgedichteten Gehäuse schnell
und zuverlässig
abhängig
von den Antriebsbedingungen des Antriebsabschnittes steuern. Das Antriebsmoment
der Antriebsscheibe kann ständig
in einem optimalen Zustand der Transmission auf die angetriebene
Seite übertragen
werden. Weil auf diese Weise die Drehzahl eines Kühllüfters abhängig von
verschiedenen Antriebsbedingungen gesteuert werden kann, ist es
möglich,
den Lärm
des Lüfters
zu reduzieren und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.