Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsreibungskupplung für ein Lüfterrad einer Verbrennungskraftmaschine, auf eine Primärbaugruppe für eine Flüssigkeitsreibungskupplung, auf ein Verfahren zum Ansteuern einer Flüssigkeitsreibungskupplung eines Lüfters einer Verbrennungskraftmaschine sowie auf ein entsprechendes Steuergerät.The present invention relates to a fluid friction clutch for a fan of an internal combustion engine, to a primary assembly for a fluid friction clutch, to a method for driving a fluid friction clutch of a fan of an internal combustion engine and to a corresponding control device.
Ein herkömmlicher Lüfter für einen Verbrennungsmotor weist als schaltbare Kupplung eine Flüssigkeitsreibkupplung, auch Viscokupplung genannt, auf. Mit der Kupplung kann der Lüfter direkt vom Motor angetrieben werden und bei Nichtbedarf effektiv vom Motor getrennt werden.A conventional fan for an internal combustion engine has as switchable clutch a fluid friction clutch, also called viscous coupling, on. With the clutch, the fan can be driven directly by the engine and be effectively disconnected from the engine when not in use.
Beispielsweise zeigt die DE 103 38 432 A1 eine elektrisch betätigte Visco-Kupplung für einen Lüfter.For example, the shows DE 103 38 432 A1 an electrically operated visco coupling for a fan.
Die DE 102 19 872 A1 zeigt eine Kombination eines E-Motors mit einer Bimetall-Viscokupplung. Dabei ist das vorrangige Ziel eine Anhebung der Lüfterdrehzahl durch den E-Motor für den Fall, dass die erreichbare Lüfterdrehzahl über die direkt vom Verbrennungsmotor angetriebene Viscokupplung nicht ausreicht, insbesondere zur Kühlung eines Kondensators der Klimaanlage.The DE 102 19 872 A1 shows a combination of an electric motor with a bimetallic viscous coupling. The primary objective is an increase in the fan speed by the electric motor in the event that the achievable fan speed on the directly driven by the engine Viscocoupplung is not sufficient, especially for cooling a condenser of the air conditioner.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Flüssigkeitsreibungskupplung für ein Lüfterrad einer Verbrennungskraftmaschine, eine verbesserte Primärbaugruppe für eine Flüssigkeitsreibungskupplung, ein verbessertes Verfahren zum Ansteuern einer Flüssigkeitsreibungskupplung eines Lüfters einer Verbrennungskraftmaschine und ein verbessertes Steuergerät zu schaffen.It is the object of the present invention to provide an improved fluid friction clutch for a fan of an internal combustion engine, an improved primary assembly for a fluid friction clutch, an improved method for driving a fluid friction clutch of a fan of an internal combustion engine and an improved control device.
Diese Aufgabe wird durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung für ein Lüfterrad einer Verbrennungskraftmaschine, eine Primärbaugruppe für eine Flüssigkeitsreibungskupplung, ein Verfahren zum Ansteuern einer Flüssigkeitsreibungskupplung eines Lüfters einer Verbrennungskraftmaschine sowie ein entsprechendes Steuergerät gemäß den Hauptansprüchen gelöst.This object is achieved by a fluid friction clutch for a fan of an internal combustion engine, a primary assembly for a fluid friction clutch, a method for driving a fluid friction clutch of a fan of an internal combustion engine and a corresponding control device according to the main claims.
Bei leichteren Fahrzeugen wie Personenkraftwagen, SUVs, Pick-Up-Trucks und Transportern kann eine Anhebung der Lüfterdrehzahl von Bedeutung sein. Bei Lüfterantrieben von schweren Lastkraftwagen mit Antriebseinheiten nach dem Schlupfprinzip wird bei geringen Zuschaltgraden des Lüfters der überwiegende Anteil der Antriebsleistung in Schlupfleistung umgesetzt. Wenn beispielsweise die Lüfterdrehzahl 10–50% der Eingangsdrehzahl der Antriebseinheit beträgt wird an einer Viscokupplung der größere Teil der Antriebsleistung in Wirbelverlusten verloren. Die eigentlich dem Lüfter zugeführte mechanische Antriebsleistung ist der kleinere Teil der Wellenleistung. Dadurch sind diese Betriebspunkte relativ unwirtschaftlich.For lighter vehicles such as passenger cars, SUVs, pick-up trucks and vans, increasing the fan speed may be important. In fan drives of heavy trucks with drive units according to the slip principle, the majority of the drive power is converted into slip performance at low degrees of fan clipping. For example, if the fan speed is 10-50% of the input speed of the drive unit, the viscous coupling will lose most of the drive power in swirl losses. The actual mechanical drive power supplied to the fan is the smaller part of the shaft power. As a result, these operating points are relatively uneconomical.
Wenn solche Betriebspunkte relativ häufig in dem Fahrzustandskollektiv des Fahrzeuges vorkommen, kann das zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führen. Dies kann insbesondere beim Einsatz von Systemen der gekühlten Abgasrückführung der Fall sein, da hierdurch mehr Wärme in das Kühlsystem eingetragen wird. Dadurch erfordern Betriebspunkte des Fahrzeuges, welche ohne Abgasrückführung nur mit dem Staudruck vor dem Kühler zu kühlen waren, nun eine Lüfterunterstützung, was zu einer häufigeren Lüfterzuschaltung im Bereich 10–50% führt.If such operating points occur relatively frequently in the driving state collective of the vehicle, this can lead to increased fuel consumption. This may be the case, in particular, when using systems of cooled exhaust gas recirculation, since in this way more heat is introduced into the cooling system. This requires operating points of the vehicle, which were to be cooled without exhaust gas recirculation only with the dynamic pressure in front of the radiator, now a fan support, which leads to a more frequent fan switching in the range 10-50%.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz dient die elektrische steuerbare Viscokupplung weiterhin als Trägerelement für den Lüfter, d. h. die serienerprobte Visco-Lüfterkupplung kann nahezu unverändert übernommen werden, dies gilt insbesondere für das Hauptlager der Visco-Lüfterkupplung.In the approach presented here, the electrically controllable viscous coupling continues to serve as a support element for the fan, d. H. The series-tested Visco fan clutch can be taken over virtually unchanged, this applies in particular to the main bearing of the Visco fan clutch.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Teillastbetrieb des Lüfters der Lüfter über einen elektrischen Antrieb betätigt werden kann, und erst bei Belastungen nahe dem Vollastbetrieb die Antriebsleistung über eine Flüssigkeitsreibungskupplung von einer Verbrennungskraftmaschine bezogen werden kann.The present invention is based on the finding that at a partial load operation of the fan, the fan can be actuated via an electric drive, and only at loads near the full load operation, the drive power can be obtained via a fluid friction clutch of an internal combustion engine.
Der Lüfter kann auch durch einen zusätzlichen Elektromotor mit einer separaten Achse, welcher entfernt von der Viscokupplung mit dem Lüfter angeordnet sein kann angetrieben werden. Beispielsweise kann der Elektromotor an einer Motorstirnfläche angebracht sein. Der Antrieb des Lüfters kann dann über ein Zugmittelgetriebe, z. B. einen Riementrieb erfolgen.The fan may also be driven by an additional electric motor having a separate axis which may be remote from the viscous coupling with the fan. For example, the electric motor may be attached to an engine end face. The drive of the fan can then via a traction mechanism, z. B. a belt drive.
Vorteilhafterweise kann durch einen elektrischen Antrieb, insbesondere im Teillastbereich eines Lüfters, Energie eingespart werden, da Verluste im Übertragungsweg minimiert werden können. Weiterhin kann durch den elektrischen Antrieb der Lüfter ohne laufenden Verbrennungsmotor betrieben werden.Advantageously, energy can be saved by an electric drive, in particular in the partial load range of a fan, since losses in the transmission path can be minimized. Furthermore, can be operated by the electric drive, the fan without running internal combustion engine.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Flüssigkeitsreibungskupplung für ein Lüfterrad einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Flüssigkeitsreibungskupplung die folgenden Merkmale aufweist:
eine Antriebswelle zum Übertragen einer Rotation von der Verbrennungskraftmaschine auf die Flüssigkeitsreibungskupplung;
eine Primärbaugruppe, die mit der Antriebswelle gekuppelt ist und dazu ausgebildet ist, von der Antriebswelle angetrieben zu werden, wobei die Primärbaugruppe eine erste Seite eines Kupplungsspalts aufweist;
eine Sekundärbaugruppe zum Antreiben des Lüfterrads, wobei die Sekundärbaugruppe drehbar auf der Antriebswelle gelagert ist und eine zweite Seite des Kupplungsspalts aufweist;
eine Aktuatorbaugruppe für eine Füllstandsregeleinrichtung des Kupplungsspalts, wobei die Aktuatorbaugruppe elektrisch ansteuerbar ist, drehbar auf der Antriebswelle gelagert ist und eine Drehmomentstütze zum Verankern am Verbrennungsmotor aufweist; und
einen elektrischen Antrieb für die Sekundärbaugruppe, wobei ein Rotor des Antriebs drehfest zur Sekundärbaugruppe angeordnet ist, und ein Stator des Antriebs an der Aktuatorbaugruppe befestigt ist.The present invention provides a fluid friction clutch for a fan of an internal combustion engine, wherein the fluid friction clutch has the following features:
a drive shaft for transmitting rotation from the internal combustion engine to the fluid friction clutch;
a primary assembly which is coupled to the drive shaft and adapted to be driven by the drive shaft, wherein the Primary assembly has a first side of a coupling gap;
a secondary assembly for driving the fan wheel, the secondary assembly being rotatably supported on the drive shaft and having a second side of the coupling gap;
an actuator assembly for a level control device of the coupling gap, wherein the actuator assembly is electrically controllable, is rotatably mounted on the drive shaft and has a torque arm for anchoring to the internal combustion engine; and
an electric drive for the secondary assembly, wherein a rotor of the drive is rotatably mounted to the secondary assembly, and a stator of the drive is attached to the actuator assembly.
Unter einer Flüssigkeitsreibungskupplung kann ein Verbindungselement zum Übertragen einer Drehbewegung von einer angetriebenen Seite auf eine koaxial dazu drehbare angetriebene Seite verstanden werden. Dabei wird die Drehbewegung durch Scherkräfte in einem Flüssigkeitsfilm in einem Kupplungsspalt zwischen den Seiten übertragen. Zwischen den beiden Seiten besteht kein direkter Kontakt und die antreibende Seite dreht um einen Schlupf schneller als die angetriebene Seite. Je größer der Schlupf ist, umso größer ist das übertragbare Drehmoment. Das übertragbare Drehmoment kann auch über eine Änderung einer Flüssigkeitsmenge im Kupplungsspalt beeinflusst werden. Wenn keine Flüssigkeit im Kupplungsspalt ist, kann kein Drehmoment übertragen werden. Eine Antriebswelle überträgt die Drehbewegung auf die antreibende Seite der Kupplung. Unter der antreibenden Seite kann die Primärbaugruppe verstanden werden. Unter der angetriebenen Seite kann die Sekundärbaugruppe verstanden werden. An der Sekundärbaugruppe kann das Lüfterrad befestigt sein. Eine Aktuatorbaugruppe kann beispielsweise eine elektrische Spule zum Erzeugen eines Magnetfelds aufweisen. Mittels des Magnetfelds kann eine Füllstandsregeleinrichtung für den Kupplungsspalt angesteuert werden, um die Kupplung zu steuern. Beispielsweise kann eine Stärke des Magnetfelds eine Öffnungsweite einer Zulaufbohrung zu dem Kupplungsspalt beeinflussen. Die Aktuatorbaugruppe kann durch ein Lager auf der Antriebswelle geführt sein. Die Aktuatorbaugruppe kann durch einen Arm gegen eine Drehbewegung am Verbrennungsmotor abgestützt sein. Ein elektrischer Antrieb kann ein Elektromotor sein. Stromdurchflossene Komponenten des Antriebs können drehfest mit der Aktuatorbaugruppe verbunden sein. Drehende Komponenten des Antriebs können mit der angetriebenen Seite der Flüssigkeitsreibungskupplung verbunden sein, um ein Drehmoment des Antriebs auf die angetriebene Seite zu übertragen.A fluid friction clutch may be understood to mean a connecting element for transmitting a rotational movement from a driven side to a coaxially rotatable driven side. The rotational movement is transmitted by shear forces in a liquid film in a coupling gap between the sides. There is no direct contact between the two sides and the driving side turns one slip faster than the driven side. The greater the slip, the greater the transmittable torque. The transmittable torque can also be influenced by changing a quantity of liquid in the coupling gap. If there is no liquid in the coupling gap, no torque can be transmitted. A drive shaft transmits the rotary motion to the driving side of the clutch. Under the driving side, the primary assembly can be understood. Under the driven side, the secondary assembly can be understood. The fan can be attached to the secondary module. An actuator assembly may include, for example, an electrical coil for generating a magnetic field. By means of the magnetic field, a level control device for the coupling gap can be controlled to control the clutch. For example, a strength of the magnetic field can influence an opening width of an inlet bore to the coupling gap. The actuator assembly may be guided by a bearing on the drive shaft. The actuator assembly may be supported by an arm against rotation on the engine. An electric drive can be an electric motor. Current-carrying components of the drive can be rotatably connected to the actuator assembly. Rotating components of the drive may be connected to the driven side of the fluid friction clutch to transmit a torque of the drive to the driven side.
Die Aktuatorbaugruppe kann ein statisch bestimmtes Lager zur Antriebswelle aufweisen. Unter einem statisch bestimmten Lager kann ein Lager verstanden werden, das zusätzlich zu einer radialen Führung eine axiale Führung ermöglicht und weiterhin Drehmomente senkrecht zur Rotationsachse übertragen kann. Beispielsweise kann ein zweireihiges Lager die Aktuatorbaugruppe präzise führen, wodurch ein geringes Maß im Luftspalt des elektrischen Antriebs möglich wird. Dadurch kann der Antrieb energiesparend ausgeführt werden.The actuator assembly may include a statically-defined bearing to the drive shaft. A statically determined bearing can be understood as meaning a bearing which, in addition to a radial guide, permits axial guidance and can furthermore transmit torques perpendicular to the axis of rotation. For example, a double row bearing can guide the actuator assembly precisely, allowing a small amount of air gap in the electric drive. This allows the drive to be designed to save energy.
Zwischen der Primärbaugruppe und der Antriebswelle kann ein Freilauf oder eine Magnetkupplung zum Übertragen einer Rotation von der Antriebswelle auf die Primärbaugruppe angeordnet sein. Ebenso kann die Antriebswelle an einer Schnittstelle zur Verbrennungskraftmaschine einen weiteren Freilauf oder eine weitere Magnetkupplung zum Übertragen einer Rotation von der Verbrennungskraftmaschine auf die Antriebswelle aufweisen. Ein Freilauf kann ein Überholen der Antriebswelle durch die Primärbaugruppe oder der Verbrennungskraftmaschine durch die Antriebswelle ermöglichen. Eine Magnetkupplung kann die Primärbaugruppe schaltbar von der Antriebswelle oder die Antriebswelle von der Verbrennungskraftmaschine trennen, so dass in keine Drehrichtung ein Drehmoment übertragen werden kann. Durch eine teilweise oder vollständige Trennung kann ein Energieverlust verringert werden, da ohne Drehmomentübertragung keine Reibung entsteht.Between the primary assembly and the drive shaft may be disposed a freewheel or a magnetic coupling for transmitting rotation from the drive shaft to the primary assembly. Likewise, the drive shaft at an interface to the internal combustion engine, a further freewheel or a further magnetic coupling for transmitting a rotation of the internal combustion engine to the drive shaft. A freewheel can allow overtaking of the drive shaft by the primary assembly or the internal combustion engine by the drive shaft. A magnetic coupling can switchably disconnect the primary assembly from the drive shaft or the drive shaft from the internal combustion engine so that no torque can be transmitted in any direction of rotation. By a partial or complete separation, an energy loss can be reduced because there is no friction without torque transfer.
Bei der Flüssigkeitsreibungskupplung kann die Primärbaugruppe gemäß dem im Folgenden vorgestellten Ansatz ausgeführt sein. Durch den zusätzlichen Ablaufkanal kann die Kupplungsflüssigkeit durch den Elektroantrieb aus dem Kupplungsspalt entfernt werden.In the fluid friction clutch, the primary assembly may be designed according to the approach presented below. Due to the additional drainage channel, the coupling fluid can be removed from the coupling gap by the electric drive.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Ansteuern einer Flüssigkeitsreibungskupplung eines Lüfters einer Verbrennungskraftmaschine, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Empfangen einer Solldrehzahl für den Lüfter und einer aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine;
Bestimmen eines erforderlichen Drehmoments zum Antreiben des Lüfters mit der Solldrehzahl anhand einer hinterlegten Kennlinie des Lüfters;
Ansteuern eines elektrischen Antriebs der Flüssigkeitsreibungskupplung, wenn das erforderliche Drehmoment kleiner als ein Grenzwert ist und/oder die Solldrehzahl größer als die aktuelle Drehzahl ist; und
Bereitstellen eines Steuersignals für eine Aktuatorbaugruppe zum Aktivieren der Flüssigkeitsreibungskupplung, wenn das erforderliche Drehmoment größer als der Grenzwert ist.The present invention further provides a method for driving a Fluid friction clutch of a fan of an internal combustion engine, the method comprising the following steps:
Receiving a desired speed for the fan and a current speed of the internal combustion engine;
Determining a required torque for driving the fan at the target speed based on a stored characteristic of the fan;
Energizing an electrical drive of the fluid friction clutch when the required torque is less than a threshold and / or the desired speed is greater than the current speed; and
Providing a control signal for an actuator assembly to activate the fluid friction clutch when the required torque is greater than the threshold.
Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät zum Ansteuern einer Flüssigkeitsreibungskupplung eines Lüfters einer Verbrennungskraftmaschine, wobei das Steuergerät die folgenden Merkmale aufweist:
eine Einrichtung zum Empfangen einer Solldrehzahl für den Lüfter und einer aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine;
eine Einrichtung zum Bestimmen eines erforderlichen Drehmoments zum Antreiben des Lüfters mit der Solldrehzahl anhand einer hinterlegten Kennlinie des Lüfters;
eine Einrichtung zum Ansteuern eines elektrischen Antriebs der Flüssigkeitsreibungskupplung, wenn das erforderliche Drehmoment kleiner als ein Grenzwert ist und/oder die Solldrehzahl größer als die aktuelle Drehzahl ist; und
eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Steuersignals für eine Aktuatorbaugruppe der Flüssigkeitsreibungskupplung, wenn das erforderliche Drehmoment größer als der Grenzwert ist.Furthermore, the present invention provides a control device for actuating a fluid friction clutch of a fan of an internal combustion engine, wherein the control device has the following features:
means for receiving a desired speed for the fan and a current speed of the internal combustion engine;
means for determining a required torque for driving the fan at the target speed based on a stored characteristic of the fan;
means for driving an electric drive of the fluid friction clutch when the required torque is less than a threshold and / or the target speed is greater than the current speed; and
means for providing a control signal to an actuator assembly of the fluid friction clutch when the required torque is greater than the threshold.
Unter einer Lüfterkennlinie kann ein ermittelter Zusammenhang zwischen einem erforderlichen Drehmoment und einer Drehzahl des Lüfters verstanden werden. Ein Grenzwert kann beispielsweise ein festgelegtes Verhältnis von Eingangsdrehzahl der Kupplung zu einer Soll-Drehzahl der Kupplung verstanden werden. Unter einer Einrichtung zum Ansteuern kann eine Leistungselektronik zum Bereitstellen notwendiger elektrischer Energie für ein elektromagnetisches Drehfeld des Antriebs verstanden werden. Die Einrichtung zum Ansteuern kann ferner eine Rückkopplung einer Ist-Drehzahl des Lüfters aufweisen, um das Drehfeld entsprechend anzupassen. Ein Steuersignal für die Aktuatorbaugruppe kann beispielsweise ein pulsweitenmoduliertes elektrisches Signal sein.Under a fan characteristic can be understood a determined relationship between a required torque and a speed of the fan. A limit can be understood, for example, a fixed ratio of input speed of the clutch to a desired speed of the clutch. A device for driving can be understood as a power electronics for providing necessary electrical energy for an electromagnetic rotating field of the drive. The means for driving may further comprise a feedback of an actual speed of the fan to adjust the rotating field accordingly. A control signal for the actuator assembly may be, for example, a pulse width modulated electrical signal.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Primärbaugruppe für eine Flüssigkeitsreibungskupplung, wobei die Primärbaugruppe die folgenden Merkmale aufweist:
eine Kupplungsfläche, die in einem rotationsachsenfernen Bereich einer Primärscheibe eine gefaltete Gestalt aufweist und eine antreibende Hälfte eines Kupplungsspalts darstellt;
einen Vorratsraum für Kupplungsfluid, wobei der Vorratsraum konzentrisch zu einer Rotationsachse der Primärscheibe angeordnet ist und näher an der Rotationsachse angeordnet ist, als die Kupplungsfläche;
einen Zulaufkanal für Kupplungsfluid, der den Vorratsraum mit einem Innenradius des Kupplungsspalts verbindet;
eine Zulaufkontrolleinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen Zulaufquerschnitt des Zulaufkanals ansprechend auf eine Betätigung durch einen Aktuator zu Variieren;
einen ersten Ablaufkanal für Kupplungsfluid, der einen Außenradius des Kupplungsspalts mit dem Vorratsraum verbindet; und
einen zweiten Ablaufkanal für Kupplungsfluid, der den Außenradius des Kupplungsspalts mit dem Vorratsraum verbindet.Further, the present invention provides a primary assembly for a fluid friction clutch, the primary assembly having the following features:
a clutch face having a folded shape in a portion away from the axis of rotation of a primary pulley and being a driving half of a clutch gap;
a reservoir for clutch fluid, wherein the reservoir is arranged concentrically to a rotational axis of the primary pulley and is arranged closer to the axis of rotation, as the clutch surface;
an inlet channel for coupling fluid, which connects the reservoir with an inner radius of the coupling gap;
an inlet control device configured to vary an inlet cross-section of the inlet channel in response to actuation by an actuator;
a first flow passage for coupling fluid, which connects an outer radius of the coupling gap with the reservoir; and
a second flow passage for coupling fluid, which connects the outer radius of the coupling gap with the reservoir.
Die Primärbaugruppe kann einen Staukörper aufweisen, der auf dem Außenradius des Kupplungsspalts angeordnet ist, und an dessen Vorderkante der erste Ablaufkanal mit dem Vorratsraum verbunden ist, und an dessen Hinterkante der zweite Ablaufkanal mit dem Vorratsraum verbunden ist. Bei einer Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Primärbaugruppe und der Sekundärbaugruppe kann vor oder hinter dem Staukörper ein Staudruck entstehen, der das Kupplungsfluid durch einen der Ablaufkanäle zurück in den Vorratsraum drückt. Wenn die Primärbaugruppe schneller dreht, als die Sekundärbaugruppe, fließt das Kupplungsfluid durch den ersten Ablaufkanal. Wenn die Sekundärbaugruppe die Primärbaugruppe überholt, beispielsweise wenn der Elektromotor die Drehzahl der Sekundärbaugruppe erhöht, dann fließt das Kupplungsfluid durch den zweiten Ablaufkanal.The primary assembly may have a bluff body which is arranged on the outer radius of the coupling gap, and at the front edge of the first flow channel is connected to the reservoir, and at the rear edge of the second flow channel is connected to the reservoir. At a rotational speed difference between the primary assembly and the secondary assembly, a back pressure may be created in front of or behind the bluff body which forces the coupling fluid back into the reservoir through one of the drain channels. When the primary assembly rotates faster than the secondary assembly, the coupling fluid flows through the first drainage channel. If the secondary assembly overhauls the primary assembly, for example, when the electric motor increases the speed of the secondary assembly, then the coupling fluid flows through the second drainage channel.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Lüfterrad einer Verbrennungskraftmaschine, mit folgenden Merkmalen:
einer Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei die Antriebswelle mit einer Welle der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, und die Sekundärbaugruppe mit dem Lüfterrad verbunden ist, und die Aktuatorbaugruppe mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, wobei die Primärbaugruppe gemäß dem hier vorgestellten Ansatz ausgeführt ist; und
einem Steuergerät dem hier vorgestellten Ansatz, das zum Ansteuern der Flüssigkeitsreibungskupplung mit der Flüssigkeitsreibungskupplung gekoppelt ist.The present invention further provides a fan impeller of an internal combustion engine, having the following features:
a fluid friction clutch according to the approach presented here, wherein the drive shaft is connected to a shaft of the internal combustion engine, and the secondary assembly is connected to the fan, and the actuator assembly is connected to the internal combustion engine, wherein the primary assembly is designed according to the approach presented here; and
a control device to the approach presented here, which is coupled for driving the fluid friction clutch with the fluid friction clutch.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Advantageous embodiments of the present invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
1 eine Darstellung eines Lüfterrads gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a representation of a fan according to an embodiment of the present invention;
2 einen Schnitt durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a section through a fluid friction clutch according to an embodiment of the present invention;
3 einen Schnitt durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit Freilauf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3 a section through a fluid friction clutch with freewheel according to an embodiment of the present invention;
4 einen Schnitt durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit Freilauf gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 a section through a fluid friction clutch with freewheel according to another embodiment of the present invention;
5 eine Darstellung eines Primärbauteils einer Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 5 1 is a view of a primary component of a fluid friction clutch according to an embodiment of the present invention;
6 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts zum Ansteuern einer Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 6 1 is a block diagram of a control device for actuating a fluid friction clutch according to an exemplary embodiment of the present invention,
7 einen Schnitt durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 7 a section through a fluid friction clutch according to another embodiment of the present invention;
8 einen Schnitt durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 8th a section through a fluid friction clutch according to another embodiment of the present invention; and
9 einen Schnitt durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 9 a section through a fluid friction clutch according to another embodiment of the present invention.
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.In the following description of the preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various drawings and similar, and a repeated description of these elements will be omitted.
1 zeigt eine räumliche Darstellung eines Lüfters 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Lüfter 100 ist für einen Lastkraftwagen dimensioniert. Der Lüfter 100 ist von einer Anschlussseite zu einer Verbrennungskraftmaschine dargestellt. Mittig im Lüfter 100 ist ein Flansch 102 einer Flanschwelle angeordnet. Der Flansch 102 ist eine Schnittstelle für eine Drehbewegung aus der Verbrennungskraftmaschine. Koaxial zu der Flanschwelle ist anschließend an den Flansch 102 ein elektrischer Antrieb 104, ein E-Motor für den Lüfter 100 angeordnet. Der elektrische Antrieb 104 ist als Außenläufermotor ausgeführt. Ein Stator des Elektromotors 104 ist drehbar auf der Flanschwelle gelagert und über eine Drehmomentstütze 106 an der Verbrennungskraftmaschine befestigbar. Der Stator ist Innerhalb eines drehbaren Rotors des Elektromotors 104 angeordnet. Der Rotor ist mit einem Gehäuse einer Flüssigkeitsreibungskupplung 108, einer Viscokupplung verschraubt. Der Stator weist sechs sternförmig um die Flanschwelle angeordnete Teilwicklungen auf. Der Rotor ist Ringförmig und weist acht sternförmig um den Stator angeordnete Polschuhe auf. Auf der Drehmomentstütze 106 ist ein Steuergerät als integrierte Steuerelektronik für den Elektromotor 104 angeordnet Das Gehäuse der Flüssigkeitsreibungskupplung 108 ist drehbar auf der Flanschwelle gelagert und trägt außen einen Kranz aus Schaufelblättern des Lüfters 100. Zur Wärmeabfuhr ist das Gehäuse verrippt. Die Schaufelblätter sind an einem Außendurchmesser ringförmig verbunden. 1 shows a spatial representation of a fan 100 according to an embodiment of the present invention. The fan 100 is dimensioned for a truck. The fan 100 is shown from a connection side to an internal combustion engine. Center in the fan 100 is a flange 102 a flange shaft arranged. The flange 102 is an interface for a rotary motion from the internal combustion engine. Coaxial to the stub shaft is adjacent to the flange 102 an electric drive 104 , an electric motor for the fan 100 arranged. The electric drive 104 is designed as an external rotor motor. A stator of the electric motor 104 is rotatably mounted on the flange shaft and a torque arm 106 attachable to the internal combustion engine. The stator is inside a rotatable rotor of the electric motor 104 arranged. The rotor is fitted with a housing of a fluid friction clutch 108 , screwed to a viscous coupling. The stator has six partial windings arranged in a star shape around the flange shaft. The rotor is ring-shaped and has eight star-shaped arranged around the stator pole pieces. On the torque arm 106 is a control unit as integrated control electronics for the electric motor 104 arranged The housing of the fluid friction clutch 108 is rotatably mounted on the flange shaft and outside wears a ring of blades of the fan 100 , For heat dissipation, the housing is ribbed. The blades are annularly connected to an outer diameter.
2 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Flüssigkeitsreibungskupplung 108 weist eine Antriebswelle 200, eine Primärbaugruppe 202, eine Sekundärbaugruppe 204, eine Aktuatorbaugruppe 206 sowie einen elektrischen Antrieb 104 aus einem Stator 208 und einem Rotor 210 auf. Die Flüssigkeitsreibungskupplung 108 ist aufgebaut, wie die zentralen Elemente, die in 1 dargestellt sind. Die Antriebswelle 200 ist als Flanschwelle dazu ausgebildet, eine Rotation von einem Flansch 102, der mit einer Verbrennungskraftmaschine koppelbar ist auf die Flüssigkeitsreibungskupplung 108 zu übertragen. Die Primärbaugruppe 202 ist mit der Antriebswelle 200 drehfest gekoppelt. Die Primärbaugruppe 202 dreht sich mit der Antriebswelle 200. Die Primärbaugruppe 202 ist grob scheibenförmig. In einem Randbereich weist die Primärbaugruppe 202 kreisförmige Rippen 212 auf, die eine erste Seite eines Kupplungsspalts der Flüssigkeitsreibungskupplung 108 ausbilden und eine Oberfläche des Kupplungsspalts vergrößern. Näher zum Zentrum der Primärscheibe 202 weist die Primärbaugruppe 202 einen Vorratsbehälter 214 für Kupplungsfluid, beispielsweise Silikonöl auf. Von dem Vorratsbehälter 214 führt eine Zulaufbohrung in den Kupplungsspalt. Die Zulaufbohrung wird von einem Schieber geöffnet, wenn von der Aktuatorbaugruppe 206 ein Magnetfeld erzeugt wird, das den Schieber betätigt. Durch Zentrifugalkräfte aus der Rotation der Primärbaugruppe 202 wird das Kupplungsfluid durch die Zulaufbohrung in den Kupplungsspalt gedrückt, wo Scherkräfte im Kupplungsfluid die Rotation auf eine zweite Seite des Kupplungsspalts übertragen. Die zweite Seite bildet die erste Seite als Negativ ab und ist durch die Sekundärbaugruppe 204 ausgebildet. Wenn das Kupplungsfluid von der Zentrifugalkraft weiter von der Antriebswelle 200 weg bewegt wird, erreicht es einen Hohlraum 216 am äußeren Umfang der Primärbaugruppe 202 und sammelt sich dort. Die Primärbaugruppe 202 weist am äußeren Umfang zumindest einen Staukörper auf, der einen Querschnitt des Hohlraums 216 aufweist. Zwischen der Primärbaugruppe 202 und der Sekundärbaugruppe 204 besteht im Normalbetrieb eine Geschwindigkeitsdifferenz. Aufgrund der Geschwindigkeitsdifferenz erzeugt der Staukörper einen Staudruck im Hohlraum 216, indem der Staukörper das Kupplungsfluid vor sich her schiebt. Durch den Staudruck wird das Kupplungsfluid durch eine erste Ablaufbohrung in der Primärbaugruppe 202 zurück in den Vorratsbehälter 214 gepresst. Für den Fall, dass die Sekundärbaugruppe 204 eine größere Drehgeschwindigkeit hat, als die Primärbaugruppe 202 weist die Primärbaugruppe 202 eine zweite Ablaufbohrung auf, durch die das Kupplungsfluid ebenfalls zurück in den Vorratsbehälter 214 gepresst werden kann. Die Merkmale der Primärbaugruppe 202 sind gesondert in 5 dargestellt. Die Sekundärbaugruppe 204 ist als Gehäuse der Flüssigkeitsreibungskupplung 108 oder Visco Kupplung 108 ausgeführt. Die Sekundärbaugruppe 204 ist zweiteilig mit einem vorderen Gehäuseteil und einem hinteren Gehäuseteil ausgeführt und umgreift die Primärbaugruppe 202 fast vollständig. Beide Gehäuseteile sind Verschraubt. Auf einer Außenseite der Sekundärbaugruppe 204 weist diese radiale Rippen zur Wärmeabfuhr von Verlustleistung durch den Schlupf zwischen der Primärbaugruppe 202 und der Sekundärbaugruppe 204 auf. Die Sekundärbaugruppe 204 ist mittels eines Kegelrollenpaars als Hauptlager 218 auf der Antriebswelle 200 drehbar gelagert. Die Aktuatorbaugruppe 206 ist mittels eines zweireihigen Wälzlagers 220 statisch bestimmt auf der Antriebswelle drehbar gelagert. Als Aktuator weist die Aktuatorbaugruppe 206 eine Magnetspule 222 auf, die bei einem Stromfluss den Schieber der Primärbaugruppe 202 betätigt. Die Aktuatorbaugruppe 206 ist mittels einer Drehmomentstütze 106 an der Verbrennungskraftmaschine abgestützt. Fest mit der Aktuatorbaugruppe 206 verbunden ist der elektrische Antrieb 104. Der Stator 208 ist ebenfalls durch das Lager 220 auf der Antriebswelle 200 zentriert und von der Drehmomentstütze 106 an einer Drehung gehindert. Durch die hohe Lagerqualität des zweireihigen Wälzlagers 220 kann ein Luftspalt 224 zwischen Stator 208 und Rotor 210 klein gehalten werden, was zu einer hohen Effizienz elektrischen Antriebs 104 führt. Der Stator 210 ist fest mit der Sekundärbaugruppe 204 verschraubt. Ein Pfeil 226 stellt einen Kühlluftstrom durch den Stator 208 und entlang der Rippen des hinteren Gehäuseteils der Viscokupplung 108 dar. Durch die Rotation der Flüssigkeitsreibungskupplung 108 wird Kühlluft 226 von den Rippen durch den Stator 208 gesaugt. 2 shows a sectional view through a fluid friction clutch 108 according to an embodiment of the present invention. The fluid friction clutch 108 has a drive shaft 200 , a primary assembly 202 , a secondary module 204 , an actuator assembly 206 as well as an electric drive 104 from a stator 208 and a rotor 210 on. The fluid friction clutch 108 is constructed as the central elements that are in 1 are shown. The drive shaft 200 is designed as a flange shaft, a rotation of a flange 102 , which is coupled with an internal combustion engine to the fluid friction clutch 108 transferred to. The primary assembly 202 is with the drive shaft 200 rotatably coupled. The primary assembly 202 turns with the drive shaft 200 , The primary assembly 202 is roughly disc-shaped. In a border area, the primary assembly points 202 circular ribs 212 on which a first side of a coupling gap of the fluid friction clutch 108 form and enlarge a surface of the coupling gap. Closer to the center of the primary disk 202 indicates the primary assembly 202 a reservoir 214 for coupling fluid, for example silicone oil. From the reservoir 214 introduces an inlet bore into the coupling gap. The inlet hole is opened by a slider when coming from the actuator assembly 206 a magnetic field is generated which actuates the slider. By centrifugal forces from the rotation of the primary assembly 202 the coupling fluid is forced through the inlet bore into the coupling gap, where shear forces in the coupling fluid transfer rotation to a second side of the coupling gap. The second page maps the first page as negative and is through the secondary assembly 204 educated. If the clutch fluid from the centrifugal force farther from the drive shaft 200 is moved away, it reaches a cavity 216 on the outer circumference of the primary assembly 202 and collects there. The primary assembly 202 has at least one bluff body on the outer circumference, which has a cross section of the cavity 216 having. Between the primary assembly 202 and the secondary board 204 In normal operation there is a speed difference. Due to the speed difference of the bluff body generates a back pressure in the cavity 216 in that the bluff body pushes the coupling fluid in front of it. Due to the dynamic pressure, the coupling fluid is through a first drain hole in the primary assembly 202 back to the reservoir 214 pressed. In the event that the secondary module 204 has a higher rotational speed than the primary assembly 202 indicates the primary assembly 202 a second drain hole through which the coupling fluid also back into the reservoir 214 can be pressed. The characteristics of the primary assembly 202 are separately in 5 shown. The secondary module 204 is as housing the Fluid friction clutch 108 or visco coupling 108 executed. The secondary module 204 is made in two parts with a front housing part and a rear housing part and surrounds the primary assembly 202 almost complete. Both housing parts are screwed. On an outside of the secondary module 204 has these radial ribs for heat dissipation of power loss through the slip between the primary assembly 202 and the secondary board 204 on. The secondary module 204 is by means of a tapered roller pair as a main bearing 218 on the drive shaft 200 rotatably mounted. The actuator assembly 206 is by means of a double row rolling bearing 220 statically determined rotatably mounted on the drive shaft. As an actuator, the actuator assembly has 206 a magnetic coil 222 in the case of a current flow, the slider of the primary module 202 actuated. The actuator assembly 206 is by means of a torque arm 106 supported on the internal combustion engine. Firm with the actuator assembly 206 connected is the electric drive 104 , The stator 208 is also through the warehouse 220 on the drive shaft 200 centered and by the torque arm 106 prevented from rotating. Due to the high bearing quality of the double row rolling bearing 220 can be an air gap 224 between stator 208 and rotor 210 be kept small, resulting in high efficiency electric drive 104 leads. The stator 210 is fixed to the secondary module 204 screwed. An arrow 226 provides a cooling air flow through the stator 208 and along the ribs of the rear housing part of the viscous coupling 108 By the rotation of the fluid friction clutch 108 is cooling air 226 from the ribs through the stator 208 sucked.
3 zeigt eine Flüssigkeitsreibungskupplung 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Viscokupplung 108 entspricht der Flüssigkeitsreibungskupplung in 2. Zusätzlich zu der Darstellung in 2 weist die Flüssigkeitsreibungskupplung einen Freilauf 300 zwischen der Primärbaugruppe 202 und der Antriebswelle 200 auf. Der Freilauf 300, der auch durch eine schaltbare Kupplung ausgeführt sein kann, erlaubt ein Überholen der Antriebswelle 200 durch die Primärbaugruppe 202. Beispielsweise wenn der elektrische Antrieb 104 den Lüfter während eines Stillstands der Verbrennungskraftmaschine antreibt kann der Lüfter dann ohne mechanische Verluste bewegt werden. Um geringe Verluste zu ermöglichen ist die Primärbaugruppe mittels einem zweireihigen Lager 302 statisch bestimmt auf der Antriebswelle 200 gelagert. 3 shows a fluid friction clutch 108 according to an embodiment of the present invention. The viscous coupling 108 corresponds to the fluid friction clutch in 2 , In addition to the illustration in 2 the fluid friction clutch has a freewheel 300 between the primary assembly 202 and the drive shaft 200 on. The freewheel 300 , which can also be designed by a switchable coupling allows overtaking the drive shaft 200 through the primary assembly 202 , For example, if the electric drive 104 drives the fan during a standstill of the internal combustion engine, the fan can then be moved without mechanical losses. To enable low losses, the primary assembly is by means of a double row bearing 302 statically determined on the drive shaft 200 stored.
4 zeigt eine Flüssigkeitsreibungskupplung 108 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Viscokupplung 108 entspricht der Flüssigkeitsreibungskupplung in 2 und 3. Anders als in 3 ist hier die Antriebswelle 200 von dem Flansch 102 getrennt. Zwischen den beiden Bauteilen ist ein Flanschwellenlager 400 mit einem Freilauf 402 angeordnet. Durch den Freilauf 402 kann die Flüssigkeitsreibungskupplung 108 als ganze Baugruppe schneller als die Verbrennungskraftmaschine rotieren. Dadurch kann wie in 3 auch bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor der Lüfter von dem Elektromotor 104 betätigt werden. 4 shows a fluid friction clutch 108 according to another embodiment of the present invention. The viscous coupling 108 corresponds to the fluid friction clutch in 2 and 3 , Unlike in 3 Here is the drive shaft 200 from the flange 102 separated. Between the two components is a flanged shaft bearing 400 with a freewheel 402 arranged. Through the freewheel 402 can the fluid friction clutch 108 rotate as a whole assembly faster than the internal combustion engine. As a result, as in 3 even with the internal combustion engine off the fan of the electric motor 104 be operated.
5 zeigt eine Primärbaugruppe 202 einer Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Primärbaugruppe 202 umfasst als Grundkörper eine Primärscheibe 500. Die Primärscheibe 500 weist verschiedene Strukturen in unterschiedlichen Bereichen auf. In einem Randbereich weist die Primärscheibe 500 konzentrische, kreisförmige Rippen 212 auf, um eine Oberfläche eines Kupplungsspalts der Flüssigkeitsreibungskupplung zu vergrößern. Die Rippen 212 sind von drei diametral verteilten Aussparungen unterbrochen, die unter einem Winkel zu einem Radius der Primärscheibe 500 verlaufen. Innerhalb eines Bereichs der Rippen 212 weist die Primärscheibe 500 einen ringförmigen Vorratsraum 214 für Kupplungsflüssigkeit auf. An einer Außenkante des Vorratsraums 214 ist eine Zulaufbohrung 502 für die Kupplungsflüssigkeit zu dem Kupplungsspalt abgeordnet. Die Zulaufbohrung 502 kann von einem nicht abgebildeten magnetisch betätigten Ventil verschlossen oder freigegeben werden. Im Betrieb fließt die Kupplungsflüssigkeit aus der Zulaufbohrung 502 in den Kupplungsspalt und bildet zwischen den Rippen 212 und einer nicht gezeigten Sekundärseite einen Flüssigkeitsfilm aus, der dazu ausgebildet ist, mittels Scherkräften in der Flüssigkeit die Sekundärseite der Flüssigkeitsreibungskupplung anzutreiben. Wenn die Kupplungsflüssigkeit von der Zentrifugalkraft zu einem Außendurchmesser der Primärscheibe 500 bewegt worden ist, gelangt die Kupplungsflüssigkeit in einen Einflussbereich zweier Staukörper 504 und 506. Die Staukörper 504, 506 sind an einem äußeren Rand der Primärscheibe 500 angeordnet. Die Staukörper 504, 506 ragen über den Rand der Primärscheibe 500. Die Staukörper 504, 506 schieben eine Welle aus Kupplungsflüssigkeit vor sich her. In der Welle herrscht ein erhöhter Druck und die Kupplungsflüssigkeit wird durch eine erste Abpumpbohrung 508 an einer Vorderkante des Staukörpers 504 zurück in den Vorratsraum 214 gedrückt. Wenn die Primärscheibe 500 entgegengesetzt rotiert entsteht die Welle an der Hinterkante des Staukörpers 504. Um auch bei entgegengesetzter Rotation Kupplungsflüssigkeit abpumpen zu können führt eine zweite Abpumpbohrung 510 von der Hinterkante des Staukörpers 504 in den Vorratsraum. Ein Rotationspfeil 512 markiert eine normale Drehrichtung der Primärbaugruppe 202 im Normalbetrieb. 5 shows a primary assembly 202 a fluid friction clutch according to an embodiment of the present invention. The primary assembly 202 comprises as a basic body a primary disk 500 , The primary disk 500 has different structures in different areas. In a border area points the primary disk 500 concentric, circular ribs 212 to increase a surface of a coupling gap of the fluid friction clutch. Ribs 212 are interrupted by three diametrically distributed recesses, which are at an angle to a radius of the primary pulley 500 run. Within a range of ribs 212 has the primary disk 500 an annular storage space 214 for clutch fluid on. At an outer edge of the storage room 214 is an inlet hole 502 seconded for the coupling fluid to the coupling gap. The inlet bore 502 can be closed or released by a solenoid valve, not shown. During operation, the coupling fluid flows out of the inlet bore 502 in the coupling gap and forms between the ribs 212 and a secondary side not shown, a liquid film which is adapted to drive by means of shear forces in the liquid, the secondary side of the fluid friction clutch. When the clutch fluid from the centrifugal force to an outer diameter of the primary pulley 500 has moved, the coupling fluid enters an area of influence of two bluff bodies 504 and 506 , The baffles 504 . 506 are at an outer edge of the primary disk 500 arranged. The baffles 504 . 506 protrude beyond the edge of the primary disk 500 , The baffles 504 . 506 push a wave of clutch fluid in front of him. In the shaft there is an increased pressure and the coupling fluid is through a first pumping hole 508 at a front edge of the bluff body 504 back to the pantry 214 pressed. If the primary disc 500 rotated in opposite directions, the wave is created at the trailing edge of the bluff body 504 , In order to be able to pump off coupling fluid even with opposite rotation, a second pumping hole leads 510 from the trailing edge of the bluff body 504 in the pantry. A rotation arrow 512 marks a normal direction of rotation of the primary assembly 202 in normal operation.
6 zeigt ein Blockschaltbild eines Steuergeräts 600 zum Ansteuern einer Flüssigkeitsreibungskupplung 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Steuergerät 600 ist dazu ausgebildet, ein Verfahren zum Ansteuern einer Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz durchzuführen. Eine Steuereinheit 602 eines Verbrennungsmotors gibt eine Soll-Lüfterdrehzahl 604 an das Steuergerät 600 aus. Wenn die Soll-Drehzahl 604 größer als ein Grenzwert ist, betätigt das Steuergerät 600 als integrierte Steuerelektronik über ein pulsweitenmoduliertes PWM-Signal 606 eine Aktuatorbaugruppe der Visco-Kupplung 108 und kontrolliert so einen Flüssigkeitspegel in einem Kupplungsspalt der Flüssigkeitsreibungskupplung 108. Der Flüssigkeitspegel beeinflusst ein durch die Visco-Kupplung 108 übertragbares Drehmoment 608, wenn eine Primärscheibe der Kupplung 108 mit einer Antriebsdrehzahl 610 rotiert. Ist die Soll-Lüfterdrehzahl 604 kleiner als der Grenzwert steuert das Steuergerät über eine Leistungselektronik einen E-Motor 104 an. Der Motor 104 dreht dann mit einem eigenen Drehmoment 612 den Lüfter 100 mit der Solldrehzahl und der Lüfter erzeugt einen notwendigen Luftstrom 614. Wenn die Soll-Lüfterdrehzahl 604 größer ist, als die Antriebsdrehzahl 610, dann trägt der E-Motor 104 dazu bei, die Lüfterdrehzahl zu erhöhen. Auch wenn das Drehmoment der Viscokupplung 608 nicht ausreicht, um die Soll-Lüfterdrehzahl zu erreichen kann das Steuergerät 600 mittels einer Rückmeldung über eine Ist-Lüfterdrehzahl 618 den E-Motor 104 zuschalten. 6 shows a block diagram of a controller 600 for driving a fluid friction clutch 108 according to an embodiment of the present invention. The control unit 600 is configured to perform a method for driving a fluid friction clutch according to the approach presented here. A control unit 602 an internal combustion engine gives a nominal fan speed 604 to the control unit 600 out. When the target speed 604 greater than a limit, the controller operates 600 as integrated control electronics via a pulse width modulated PWM signal 606 an actuator assembly of the viscous coupling 108 and thus controls a fluid level in a coupling gap of the fluid friction clutch 108 , The fluid level influences by the visco-coupling 108 Transmittable torque 608 if a primary pulley of the clutch 108 with a drive speed 610 rotates. Is the nominal fan speed 604 Less than the limit value, the control unit controls an electric motor via power electronics 104 at. The motor 104 then turns with its own torque 612 the fan 100 with the target speed and the fan generates a necessary air flow 614 , When the rated fan speed 604 is greater than the drive speed 610 , then carries the electric motor 104 to increase the fan speed. Even if the torque of the viscous coupling 608 is insufficient to reach the desired fan speed can the controller 600 by means of a feedback about an actual fan speed 618 the electric motor 104 switch.
Mit anderen Worten zeigen Die 1 bis 6 einen Lüfterantrieb mit einer elektrisch steuerbaren Viscokupplung 108 und einem Elektromotor 104 als elektrischen Zusatzantrieb. Bei niedrigen Zuschaltgraden der Viscokupplung 108, welche mit hohen Verlusten durch Schlupfleistung verbunden wären, treibt der elektrische Zusatzantrieb 104 anstelle der Viscokupplung den Lüfter an. Der Rotor der des E-Antriebes 104 ist mit dem Gehäuse der Viscokupplung 108 verbunden. Der Stator des E-Antriebes 104 bildet eine Einheit mit dem Aktuator der Viscokupplung 108. Die Steuerung von Viscokupplung 108 und E-Antrieb 104 erfolgt mit einer integrierten Einheit 600.In other words, the show 1 to 6 a fan drive with an electrically controllable viscous coupling 108 and an electric motor 104 as an electric auxiliary drive. At low grades of viscous coupling 108 , which would be associated with high losses due to slip performance, drives the electric auxiliary drive 104 instead of the viscous coupling to the fan. The rotor of the electric drive 104 is with the housing of the viscous coupling 108 connected. The stator of the electric drive 104 forms a unit with the actuator of the viscous coupling 108 , The control of viscous coupling 108 and electric drive 104 is done with an integrated unit 600 ,
Das bisher einreihige Lager der Aktuatorbaugruppe 206 wird vorzugsweise durch ein zweireihiges Lager 220 ersetzt, um den Stator 208 des Elektroantriebes 104 zu lagern. Dadurch kann der Luftspalt 224 des Elektroantriebes 104 zwischen Rotor 210 und Stator 208, der vorzugsweise radial ausgeführt ist, im Hinblick auf einen guten Wirkungsgrad kleinstmöglich ausgeführt werden. Der Elektroantrieb 104 wird bevorzugt als Außenläufer ausgeführt, damit der dann innenliegende Stator 208 mit den Einzelspulen kompakt um die Aktuatorbaugruppe 206 angeordnet werden kann. Alle elektrischen Komponenten, die Visco-Aktuatorbaugruppe 206, die Motorspulen 208 und die Drehzahl- bzw. Drehwinkelsensorik (nicht dargestellt) sind dann in dieser Baugruppe „Stator” 206 angeordnet, damit auch alle elektrischen Leitungsverbindungen. Die Drehzahlsensorik kann über separate Sensoren erfolgen, zur Steuerung der Viscokupplung 108 kann ein Sensor zur Bestimmung der aktuellen Lüfterdrehzahl erforderlich sein. Für den E-Motor 104 kann zusätzlich, abhängig vom verwendeten Motorprinzip, eine Winkelerkennung zwischen Rotor 210 und Stator 208 erforderlich sein, dies kann durch die Verwendung von mehreren Sensoren an verschiedenen Umfangspositionen gelöst werden. Bei bestimmten Motorprinzipien kann die Winkelerkennung und damit auch die Drehlzahlsensierung über die Gegeninduktion in den Motorspulen 208 erfolgen, in diesem Fall sind keine zusätzlichen Sensorbauteile erforderlich, die Erkennung erfolgt über die Auswertung des Spulenstromverlaufs in der elektronischen Steuereinheit 600.The previously single-row bearing of the actuator assembly 206 is preferably a double row bearing 220 replaced the stator 208 of the electric drive 104 to store. This allows the air gap 224 of the electric drive 104 between rotor 210 and stator 208 , which is preferably carried out radially, are designed as small as possible in view of a good efficiency. The electric drive 104 is preferably designed as an external rotor, so that then the internal stator 208 with the individual coils compact around the actuator assembly 206 can be arranged. All electrical components, the viscous actuator assembly 206 , the motor coils 208 and the speed or rotation angle sensor (not shown) are then in this assembly "stator" 206 arranged, so that all electrical wiring. The speed sensor can be done via separate sensors to control the viscous coupling 108 For example, a sensor may be required to determine the current fan speed. For the electric motor 104 In addition, depending on the motor principle used, an angle detection between the rotor 210 and stator 208 This may be solved by using multiple sensors at different circumferential positions. For certain engine principles, the angle detection and thus also the rotation number sensing via the mutual induction in the motor coils 208 take place, in this case no additional sensor components are required, the detection takes place via the evaluation of the coil current profile in the electronic control unit 600 ,
Die Baugruppe Stator 208 ist drehbar auf der Kupplungswelle 200 gelagert, gegenüber dem Verbrennungsmotor ist sie jedoch drehfest fixiert. Dazu wird ein elastischer Abstützarm 106 vorgesehen, welcher einerseits das maximale Drehmoment des Elektromotors 104 ohne nennenswerte Verformungen gegenhalten kann, anderseits eine Übertragung der Schwingungen des Verbrennungsmotors jedoch verhindert. Auf diesem Abstützarm 106 kann ggfs. auch die Steuerelektronik 600 montiert werden, günstige Voraussetzungen sind hier die Lage im Abstrom des Lüfters 100 zur Kühlung der elektronischen Bauteile sowie die Befestigung auf einem schwingungsarmen Bauteil. Auch ist in einem solchen Fall keine lösbare elektrische Verbindung zwischen der Steuerelektronik 600 und dem Stator 208 über ein Stecksystem erforderlich, wodurch Kosten gespart werden können und die Betriebssicherheit steigt.The assembly stator 208 is rotatable on the coupling shaft 200 stored, compared to the internal combustion engine, however, it is fixed against rotation. This is an elastic support arm 106 provided, on the one hand, the maximum torque of the electric motor 104 can withstand no significant deformation, on the other hand, a transmission of the vibrations of the internal combustion engine prevented. On this support arm 106 can possibly also the control electronics 600 be mounted, favorable conditions here are the location in the outflow of the fan 100 for cooling the electronic components and mounting on a low-vibration component. Also, in such a case, no releasable electrical connection between the control electronics 600 and the stator 208 via a plug-in system required, which costs can be saved and the reliability increases.
Die Kühlrippen des rückseitigen Gehäuseteils der Viscokupplung 108 wirken als Radiallüfter, der bei der Rotation entstehende Luftstrom 226 wird durch den Innendurchmesser des Rotors (Außenläufer) des E-Motors 104 gesaugt. Da dieser Luftstrom 226 auch die Spulen 108 des feststehenden Stators 108 passiert, werden diese hierdurch wirkungsvoll gekühlt.The cooling fins of the rear housing part of the viscous coupling 108 act as a radial fan, the air flow generated during the rotation 226 is determined by the inner diameter of the rotor (external rotor) of the electric motor 104 sucked. Because this airflow 226 also the coils 108 of the stationary stator 108 happens, these are thereby effectively cooled.
Ein Innenläuferprinzip wäre grundsätzlich auch möglich, dann wäre der Durchmesser des Stators jedoch mindestens genauso groß wie der Durchmesser des Rotors und somit das größte Teil des Motors, die Kompaktheit wäre dann nicht mehr gewährleistet, vielmehr würde sich eine Abschattung des hinteren Gehäuseteils der Viscokupplung ergeben, wodurch sich die notwendige Wärmeabfuhr dieser deutlich verschlechtern würde.An internal rotor principle would also be possible in principle, but then the diameter of the stator would be at least as large as the diameter of the rotor and thus the largest part of the engine, the compactness would not be guaranteed, but would result in a shadowing of the rear housing part of the viscous coupling, which would significantly worsen the necessary heat dissipation.
Für den Elektromotor 104 können grundsätzlich alle bürstenlosen Prinzipien verwendet werden. Ein Prinzip mit Bürsten scheidet aufgrund der Lebensdaueranforderung bei Nutzfahrzeuganwendungen aus. Der E-Motor 104 kann vorzugsweise nach dem Prinzip der Synchron oder Asynchronmaschine gebaut sein, aber auch nach dem Prinzip der Reluktanzmaschine oder als eisenlose Maschine. For the electric motor 104 basically all brushless principles can be used. A brushing principle is eliminated due to the life cycle requirement of commercial vehicle applications. The electric motor 104 may preferably be constructed according to the principle of synchronous or asynchronous machine, but also according to the principle of the reluctance machine or as an ironless machine.
Wichtig für die Auslegung des Elektromotors 104 ist das verlustarme Zulassen des Überholens durch den Viscoantrieb 108. In allen Betriebspunkten, in denen die aufgrund der Leistung begrenzte Maximaldrehzahl des Elektromotors 104 zur Kühlung nicht mehr ausreicht, kann die Viscokupplung 108 über die elektrische Ansteuerung aktiviert werden. Der Drehmomentbeitrag der Viscokupplung 108 kann sich zu dem Drehmoment des Elektromotors 104 addieren und damit eine höhere Lüfterdrehzahl ermöglichen. Der Elektromotor 104 kann in diesen Betriebspunkten kontinuierlich einen bestimmten Drehmomentbeitrag liefern, sofern sich dadurch die Schlupfleistung der Viscokupplung 108 entsprechend reduziert. Das Drehmoment bzw. der Leistungsbeitrag des E-Motors 104 kann auch auf null reduziert werden, um einen übermäßigen Anstieg der Verluste im E-Motor 104 bei hohen Drehzahlen und entsprechend häufiger Ummagnetisierung zu vermeiden. Bevorzugt kann ein Prinzip für den E-Motor 104 verwendet werden, welches prinzipiell nur geringe Verluste im Überholbetrieb ohne eigene elektrische Aktivierung ergibt. Dies wäre z. B. bei einer Reluktanzmaschine ohne permanentmagnetische Erregung oder bei einer eisenlosen Maschine mit permanentmagnetischem Rotor 210 und einem weitgehend nichtmetallischen Stator 208 möglich.Important for the design of the electric motor 104 is the low-loss allowing overtaking by the viscous drive 108 , In all operating points where limited due to the performance maximum speed of the electric motor 104 For cooling is no longer sufficient, the viscous coupling 108 be activated via the electrical control. The torque contribution of the viscous coupling 108 can become the torque of the electric motor 104 add up and allow a higher fan speed. The electric motor 104 can continuously deliver a certain torque contribution in these operating points, provided that the slip performance of the viscous coupling 108 reduced accordingly. The torque or the power contribution of the electric motor 104 can also be reduced to zero, to an excessive increase in losses in the electric motor 104 to avoid at high speeds and correspondingly frequent re-magnetization. Preferred may be a principle for the electric motor 104 be used, which in principle results in only minor losses in overtaking without their own electrical activation. This would be z. B. in a reluctance machine without permanent magnetic excitation or in an ironless machine with permanent magnetic rotor 210 and a largely non-metallic stator 208 possible.
Für den Fall einer Standklimatisierung des Fahrzeuges kann ein elektrischer Lüfterbetrieb bei stehendem Verbrennungsmotor wünschenswert sein, da der Kondensator der Klimaanlage meist mit den Kühlern der Motorkühlung zusammen in einem Modul vor dem Lüfter 100 montiert ist. In diesem Fall darf die Viscokupplung 108 den über den Elektromotor 104 angetriebenen Lüfter 100 nicht unzulässig abbremsen. Dies kann durch verschiedene Maßnahmen an der Viscokupplung 108 erreicht werden. Wenn die Viscokupplung 108 beim Stillsetzen des Verbrennungsmotors nur teilweise oder gar nicht zugeschaltet war, dann kann eine zusätzliche Abpumpbohrung 510 auf der dem Zulauf zugewandten Seite des Staukörpers 504 an der Primärscheibe 500 der Viscokupplung 108 das Abpumpen des verbliebenen Ölrestes aus dem Arbeitsraum 216 ermöglichen. Der Elektromotor 104 dreht dann das Gehäuse 204 der Viscokupplung 108 in der Drehrichtung des Lüfters 100 bei stehender Primärscheibe 500 langsam durch, wodurch der Ölrest im Arbeitsraum 216 nach einigen Umdrehungen ausreichend in den Vorratsraum 214 abgepumpt wird. Danach sind die Schleppverluste durch die Viscokupplung 108 bei dieser Betriebsart ausreichend gering.In the case of a stationary air conditioning of the vehicle, an electric fan operation in a stationary engine may be desirable because the condenser of the air conditioning mostly with the radiators of the engine cooling together in a module in front of the fan 100 is mounted. In this case, the viscous coupling may 108 the over the electric motor 104 powered fan 100 not unduly slow down. This can be achieved by various measures on the viscous coupling 108 be achieved. If the viscous coupling 108 When the internal combustion engine was shut down only partially or not at all, then an additional pumping hole can be used 510 on the inlet side facing the bluff body 504 at the primary disk 500 the viscous coupling 108 the pumping out of the remaining oil residue from the working space 216 enable. The electric motor 104 then turn the case 204 the viscous coupling 108 in the direction of rotation of the fan 100 with stationary primary disc 500 slowly through, eliminating the residual oil in the workspace 216 after a few turns sufficient in the pantry 214 is pumped out. After that are the drag losses through the viscous coupling 108 sufficiently low in this mode.
Falls die Viscokupplung 108 beim Abstellen des Verbrennungsmotors voll zugeschaltet war, dann reicht das Drehmoment des Elektromotors 104 und die sich damit ergebende sehr geringe Lüfterdrehzahl nicht aus, um das im Arbeitsraum 216 der Viscokupplung 108 verbliebene Öl vollständig abzupumpen, insbesondere da die Fliehkräfte im System in diesem Fall nicht ausreichen, das Öl von dem inneren in den äußeren Profilbereich des Arbeitsraumes 216 zu befördern. Um auch diesen Fall abzudecken ist eine mechanische Entkoppelung des Antriebes der Viscokupplung 108 erforderlich. Diese kann grundsätzliche über eine Freilaufeinrichtung 300; 402 erfolgen, diese kann in der Flanschwelle 200 oder in der Primärscheibe 202 der Viscokupplung 108 angeordnet sein.If the viscous coupling 108 was fully switched on when switching off the engine, then the torque of the electric motor is sufficient 104 and the resulting very low fan speed is not enough to work in the room 216 the viscous coupling 108 To completely drain remaining oil, especially since the centrifugal forces in the system in this case are insufficient, the oil from the inner to the outer profile region of the working space 216 to transport. To cover this case is a mechanical decoupling of the drive of the viscous coupling 108 required. This can basically a freewheel device 300 ; 402 This can be done in the flange threshold 200 or in the primary disk 202 the viscous coupling 108 be arranged.
Eine solche Freilaufeinrichtung 300; 402 besteht grundsätzlich aus dem eigentlichen Freilaufelement 300; 402 mit Sperrkörpern, welche eine Überholung nur in einer Drehrichtung zulassen sowie einer parallel angeordneten Lagerung 302; 400. Sperreinrichtung 300; 402 und Lagerung 302; 400 können auch sehr kompakt in den gleichen Ringen angeordnet sein. Eine Anordnung der Freilaufeinrichtung 402 in der Flanschwelle 200 hat den Vorteil, dass bezüglich Temperatur und Abdichtung hier keine besonderen Anforderungen an die Komponenten bestehen. Jedoch trägt die parallel zur Sperreinrichtung 402 angeordnete Lagerung 400 dann auch die Massenkräfte der gesamten Einheit aus Viscokupplung 108, Elektromotor 104 und Lüfter 100. Die Anordnung der Freilaufeinrichtung 300 in der Primärscheibe 202 hat den Vorteil, dass nur die Massenkräfte der Primarscheibe 500 von der Lagerung 300 zu tragen sind, jedoch herrschen an diesem Einbauort relativ hohe Temperaturen aus den Verlusten des Schlupfprinzips der Viscokupplung 108 und die Einheit sollte gegen das Eindringen von Silikonöl abgedichtet sein.Such a freewheel device 300 ; 402 basically consists of the actual freewheeling element 300 ; 402 with locking bodies, which allow overhauling only in one direction of rotation and a parallel arrangement storage 302 ; 400 , locking device 300 ; 402 and storage 302 ; 400 can also be arranged very compact in the same rings. An arrangement of the freewheel device 402 in the flange threshold 200 has the advantage that in terms of temperature and sealing no special requirements for the components exist. However, it carries parallel to the barrier device 402 arranged storage 400 then also the mass forces of the entire unit of viscous coupling 108 , Electric motor 104 and fans 100 , The arrangement of the freewheel device 300 in the primary disk 202 has the advantage that only the mass forces of the primary disc 500 from storage 300 However, relatively high temperatures prevail at this installation location from the losses of the slip principle of the viscous coupling 108 and the unit should be sealed against ingress of silicone oil.
Prinzipiell kann die Entkoppelung auch durch eine an der Flanschwelle 200 angeordnete elektrisch schaltbare Magnetkupplung erfolgen, sinngemäß ist auch hier eine zusätzliche Lagerung notwendig.In principle, the decoupling can also by a at the flange threshold 200 arranged electrically switchable magnetic coupling done, mutatis mutandis, an additional storage is necessary here.
Die Steuerung des E-Motors 104 und der Viscokupplung 108 kann in vorteilhafter Weise durch eine integrierte Steuerelektronik 600 erfolgen, wie bereits beschrieben. Diese integrierte Steuerelektronik 600 erhält als Führungssignal von der übergeordneten Steuereinheit 602 des Verbrennungsmotors die zu dem jeweiligen Fahrzustand gehörende Soll-Lüfterdrehzahl 604. Die integrierte Steuerelektronik 600 erhält ferner das über die Drehzahlsensorik ermittelte Signal der Ist-Lüfterdrehzahl 618 und kann dann entscheiden, welche Drehmomentanteile die Viscokupplung 108 und der E-Motor 104 zum Abgleich der Ist-Drehzahl mit der Soll-Drehzahl 604 zur Verfügung stellen müssen. Die natürliche Drehzahlgrenze der Viscokupplung 108 ist über die Eingangsdrehzahl 610 gegeben, die Grenze des E-Motors 104 ergibt sich über die Drehmomentauslegung und die möglichen Stromwerte.The control of the electric motor 104 and the viscous coupling 108 can advantageously by an integrated control electronics 600 done as already described. This integrated control electronics 600 receives as a guide signal from the parent control unit 602 of the internal combustion engine belonging to the respective driving state desired fan speed 604 , The integrated control electronics 600 further receives the detected via the speed sensor signal of the actual fan speed 618 and then can decide which torque components the viscous coupling 108 and the electric motor 104 for comparison the actual speed with the target speed 604 need to provide. The natural speed limit of the viscous coupling 108 is about the input speed 610 given the limit of the electric motor 104 results from the torque design and the possible current values.
Ein Nachteil der Viscokupplung 108 bei der dynamischen Regelung ist ein träges Ansprechen auf das pulsweitenmodulierte Steuersignal (PWM) 606, insbesondere bei niedrigen Antriebsdrehzahlen. Dieser Nachteil kann durch die Kombination mit einem Elektromotor 104 ganz oder teilweise ausgeglichen werden, insbesondere wenn der Elektromotor 104 einen 4-Quadranten-Betrieb erlaubt. In diesem Fall kann der Elektromotor 104 sowohl ein unterstützendes Drehmoment 614 zur schnelleren Beschleunigung des Lüfters 100 als auch ein abbremsendes Drehmoment zur schnelleren Abschaltung der Viscokupplung 108 bereitstellen. Sinngemäß simuliert die bremsende Wirkung des E-Motors 104 das Lastmoment eines stärkeren Lüfters 100, was zu einem größeren Schlupf der Viscokupplung 108 führt. Damit wird ein beschleunigtes Abschalten ermöglicht. Somit können Betriebszustände mit unerwünschter Lüfterzuschaltung der Viscokupplung 108 ganz vermieden oder zumindest in der Ausprägung reduziert werden. Zu diesen unerwünschten Betriebszuständen gehört die Lüfterzuschaltung nach dem Start des Verbrennungsmotors oder ein Mitziehen der Lüfterdrehzahl nach einer erwünschten Vollzuschaltung des Lüfters 100 bei Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors. Eine Vollzuschaltung der Viscokupplung 108 bei Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors ist zudem bei der vorgeschlagenen Kombination nicht mehr erforderlich, da dieser Betriebszustand nun durch den alleinigen Betrieb des E-Motors 104 abgedeckt werden kann, womit auch ein Mitziehen der Lüfterdrehzahl bei Anstieg der Drehzahl des Verbrennungsmotors 610 sicher vermieden werden kann.A disadvantage of the viscous coupling 108 in dynamic control, a slow response to the pulse width modulated control signal (PWM) 606 especially at low input speeds. This disadvantage can be combined with an electric motor 104 be compensated in whole or in part, especially if the electric motor 104 a 4-quadrant operation allowed. In this case, the electric motor 104 both a supporting torque 614 for faster acceleration of the fan 100 as well as a decelerating torque for faster shutdown of the viscous coupling 108 provide. Analogously simulates the braking effect of the electric motor 104 the load moment of a stronger fan 100 , resulting in greater slippage of the viscous coupling 108 leads. This allows an accelerated shutdown. Thus, operating conditions with undesirable fan activation of the viscous coupling 108 completely avoided or at least reduced in the expression. Among these unwanted operating conditions include the fan connection after the start of the engine or entrainment of the fan speed after a desired full connection of the fan 100 at idle speed of the engine. A full connection of the viscous coupling 108 at idle speed of the engine is also no longer necessary in the proposed combination, since this operating state now by the sole operation of the electric motor 104 can be covered, which also entrain the fan speed with increase in the speed of the engine 610 can be safely avoided.
Insgesamt wird durch die vorgeschlagene Kombination die Regelbarken und Stabilität der Lüfterdrehzahl, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors 610 und des Lüfters 100 erheblich verbessert.Overall, the proposed combination the Regelbarken and stability of the fan speed, especially at low speeds of the engine 610 and the fan 100 significantly improved.
7 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Flüssigkeitsreibungskupplung 108 weist eine Antriebswelle 700, eine Primärbaugruppe 702, eine Sekundärbaugruppe 704, eine Aktuatorbaugruppe 706 sowie einen elektrischen Antrieb 104 aus einem Stator 708 und einem Rotor 710 auf. 7 shows a sectional view through a fluid friction clutch 108 according to an embodiment of the present invention. The fluid friction clutch 108 has a drive shaft 700 , a primary assembly 702 , a secondary module 704 , an actuator assembly 706 as well as an electric drive 104 from a stator 708 and a rotor 710 on.
Die Antriebswelle 700 ist als Flanschwelle dazu ausgebildet, eine Rotation von einem Flansch 102, der mit einer Verbrennungskraftmaschine koppelbar ist auf die Flüssigkeitsreibungskupplung 108 zu übertragen. Die Primärbaugruppe 702 ist mit der Antriebswelle 700 drehfest gekoppelt. Die Primärbaugruppe 702 dreht sich somit mit der Antriebswelle 700. Die Primärbaugruppe 702 ist grob scheibenförmig ausgebildet und weist an ihrem äußeren Umfang beiderseitig Nuten bzw. axial abstehende Rippen 712 auf.The drive shaft 700 is designed as a flange shaft, a rotation of a flange 102 , which is coupled with an internal combustion engine to the fluid friction clutch 108 transferred to. The primary assembly 702 is with the drive shaft 700 rotatably coupled. The primary assembly 702 thus rotates with the drive shaft 700 , The primary assembly 702 is roughly disc-shaped and has at its outer periphery mutually grooves or axially projecting ribs 712 on.
In einem Randbereich weist die Primärbaugruppe 702 kreisförmige Rippen 712 auf, die eine erste Seite eines Kupplungsspalts der Flüssigkeitsreibungskupplung 108 ausbilden und eine Oberfläche des Kupplungsspalts vergrößern. Näher zum Zentrum der Primärscheibe 702 weist die Primärbaugruppe 702 einen Vorratsbehälter 714 für Kupplungsfluid, beispielsweise Silikonöl auf. Von dem Vorratsbehälter 714 führt eine Zulaufbohrung 801 in den Kupplungsspalt. Die Zulaufbohrung 801 wird von einem Schieber 802 geöffnet, wenn von der Aktuatorbaugruppe 706 ein Magnetfeld erzeugt wird, das den Schieber 802 betätigt. Durch Zentrifugalkräfte aus der Rotation der Primärbaugruppe 702 wird das Kupplungsfluid durch die Zulaufbohrung in den Kupplungsspalt gedrückt, wo Scherkräfte im Kupplungsfluid die Rotation auf eine zweite Seite des Kupplungsspalts übertragen. Die zweite Seite bildet die erste Seite als Negativ ab und ist durch die Sekundärbaugruppe 704 ausgebildet. Wenn das Kupplungsfluid von der Zentrifugalkraft weiter von der Antriebswelle 700 weg bewegt wird, erreicht es einen Hohlraum 716 am äußeren Umfang der Primärbaugruppe 702 und sammelt sich dort. Die Primärbaugruppe 702 weist am äußeren Umfang zumindest einen Staukörper auf, der einen Querschnitt des Hohlraums 716 aufweist. Zwischen der Primärbaugruppe 702 und der Sekundärbaugruppe 704 besteht im Normalbetrieb eine Geschwindigkeitsdifferenz. Aufgrund der Geschwindigkeitsdifferenz erzeugt der Staukörper einen Staudruck im Hohlraum 716, indem der Staukörper das Kupplungsfluid vor sich her schiebt.In a border area, the primary assembly points 702 circular ribs 712 on which a first side of a coupling gap of the fluid friction clutch 108 form and enlarge a surface of the coupling gap. Closer to the center of the primary disk 702 indicates the primary assembly 702 a reservoir 714 for coupling fluid, for example silicone oil. From the reservoir 714 leads an inlet bore 801 in the coupling gap. The inlet bore 801 is from a slider 802 opened when from the actuator assembly 706 a magnetic field is generated that the slider 802 actuated. By centrifugal forces from the rotation of the primary assembly 702 the coupling fluid is forced through the inlet bore into the coupling gap, where shear forces in the coupling fluid transfer rotation to a second side of the coupling gap. The second page maps the first page as negative and is through the secondary assembly 704 educated. If the clutch fluid from the centrifugal force farther from the drive shaft 700 is moved away, it reaches a cavity 716 on the outer circumference of the primary assembly 702 and collects there. The primary assembly 702 has at least one bluff body on the outer circumference, which has a cross section of the cavity 716 having. Between the primary assembly 702 and the secondary board 704 In normal operation there is a speed difference. Due to the speed difference of the bluff body generates a back pressure in the cavity 716 in that the bluff body pushes the coupling fluid in front of it.
Durch den Staudruck wird das Kupplungsfluid durch eine erste Ablaufbohrung in der Primärbaugruppe 702 zurück in den Vorratsbehälter 714 gepresst. Für den Fall, dass die Sekundärbaugruppe 704 eine größere Drehgeschwindigkeit hat, als die Primärbaugruppe 702 weist die Primärbaugruppe 702 eine zweite Ablaufbohrung auf, durch die das Kupplungsfluid ebenfalls zurück in den Vorratsbehälter 714 gepresst werden kann.Due to the dynamic pressure, the coupling fluid is through a first drain hole in the primary assembly 702 back to the reservoir 714 pressed. In the event that the secondary module 704 has a higher rotational speed than the primary assembly 702 indicates the primary assembly 702 a second drain hole through which the coupling fluid also back into the reservoir 714 can be pressed.
Die Lageranordnung 810 kann alternativ auch gemäß 7 ausgeführt werden. Dabei ist der Rotor 710 des Elektromotors starr mit dem Gehäuse 812, 814 verbunden. Dabei ist der Rotor 710 mittels Schrauben 811 verbunden. Das Gehäuse 812 der Flüssigkeitsreibungskupplung ist über das Lager 813 auf Flanschwelle 700 gelagert.The bearing arrangement 810 Alternatively, according to 7 be executed. Here is the rotor 710 the electric motor rigid with the housing 812 . 814 connected. Here is the rotor 710 by means of screws 811 connected. The housing 812 the fluid friction clutch is over the bearing 813 on flange threshold 700 stored.
Der Lüfter 820 ist mit dem Gehäuse 812, 814 starr verbunden. Dabei kann der Lüfter 820 mit dem Gehäuse 812, 814 verschraubt oder anderweitig formschlüssig verbunden sein.The fan 820 is with the case 812 . 814 rigidly connected. This can be the fan 820 With the housing 812 . 814 screwed or otherwise positively connected.
Der Stator 708 des Elektromotors ist über das Lager 815 mit dem Gehäuse 812, 814 verbunden. Dabei ist das Lager 815 radial innerhalb des Stators angeordnet.The stator 708 the electric motor is over the bearing 815 with the housing 812 . 814 connected. This is the camp 815 arranged radially inside the stator.
Die Magnetspule 816 ist starr mit dem Stator 815 verbunden, wobei die Magnetspule axial neben dem Stator angeordnet ist. Vorteilhaft kann die starre Verbindung durch Bleche oder ähnliches erfolgen.The magnetic coil 816 is rigid with the stator 815 connected, wherein the magnetic coil is arranged axially adjacent to the stator. Advantageously, the rigid connection can be made by sheets or the like.
Dies hat den Vorteil, dass die im Arbeitsluftspalt 817 des Elektromotors auftretenden Radialkräfte im Lager 815 überwiegend auch als Radialkräfte wirken und es treten aufgrund der Anordnung kaum Kippmomente im Lager 815 auf. Dadurch wird eine präzisere Führung von Rotor 710 und Stator 708 zueinander gewährleistet. Dies erlaubt den Einsatz von kleinen Arbeitsluftspalten, was zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrades vorteilhaft ist. Die präzise Führung von Rotor 710 und Stator 708 reduziert die auftretenden Laufgeräusche aufgrund der pulsierenden Magnetkräfte im Arbeitsluftspalt 817.This has the advantage that in the working air gap 817 of the electric motor occurring radial forces in the camp 815 predominantly act as radial forces and it occur due to the arrangement hardly tilting moments in the camp 815 on. This will give a more precise guidance of rotor 710 and stator 708 guaranteed to each other. This allows the use of small working air gaps, which is advantageous for achieving a high efficiency. The precise guidance of rotor 710 and stator 708 reduces the running noise due to the pulsating magnetic forces in the working air gap 817 ,
Die 7 zeigt weiterhin eine Drehzahlerfassung 818, die als Geberrad 830 mit Erfassungssensor 831 ausgebildet ist. Weiterhin sind eine Drehmomentabstützung 840 und eine Wicklung 850 des Elektromotors dargestellt.The 7 also shows a speed detection 818 as a donor wheel 830 with detection sensor 831 is trained. Furthermore, a torque support 840 and a winding 850 represented by the electric motor.
Die 8 zeigt zur Lageranordnung, bei welcher die Lagerung des Stators 910 mittels eines zweigeteilten Statorlagers mit den Lagern 911 und 912 auf der Flanschwelle 913 vorgenommen ist.The 8th shows the bearing assembly, in which the storage of the stator 910 by means of a two-part stator bearing with the bearings 911 and 912 on the flange threshold 913 is made.
Dabei ist die Lagerung des Gehäuses 920 über das Lager 921 auf dem Stator 910 oder auf einem Statorträger 915 ausgeführt.Here is the storage of the housing 920 over the camp 921 on the stator 910 or on a stator 915 executed.
Dabei ist eine starre Anordnung des Rotors 930, hier als Innenläufer ausgeführt, auf dem Gehäuse 920 ausgeführt. Der Rotor 930 ist dabei beispielsweise mit dem Gehäuse 920 verschraubt.Here is a rigid arrangement of the rotor 930 , here designed as an internal rotor, on the housing 920 executed. The rotor 930 is for example the case 920 screwed.
Weiterhin ist eine Fixierung der Magnetspule 940 auf dem Stator 910 bzw. auf dem Statorträger 915 vorgesehen.Furthermore, a fixation of the magnetic coil 940 on the stator 910 or on the stator carrier 915 intended.
Dies hat den Vorteil eines direkten Kraftschlusses der Kräfte des Elektromotors über das Lager 921 des Elektromotors und der Flüssigkeitsreibungskupplung.This has the advantage of a direct adhesion of the forces of the electric motor via the bearing 921 the electric motor and the fluid friction clutch.
9 zeigt eine weitere alternative Variante zu der Ausführung in 2 unter Verwendung eines Kombilagers 980, was eine kompaktere Bauform ermöglicht. Das Kombilager 980 weist dabei radial innen die Wälzelemente 981 und 982 auf, die von einem Lagerring 983 umfasst werden, auf welchem wiederum die Wälzkörper 984 trägt, die vom Lageraußenring 985 umfasst werden. 9 shows a further alternative variant to the embodiment in 2 using a combination warehouse 980 , which allows a more compact design. The combined storage 980 has radially inside the rolling elements 981 and 982 on top of a bearing ring 983 are included, on which in turn the rolling elements 984 wears that from the bearing outer ring 985 be included.
Gemäß eines erfindungsgemäßen Aspekts, kann der Elektromotor bei allen Ausführungsbeispielen ein sogenannter SR-Motor (Switch Reluctance) sein. Dieses hätte den Vorteil, dass der SR-Motor weder eine permanentmagnetische noch eine elektromagnetische Erregung benötigt, d. h. es werden keine permanentmagnetischen Werkstoffe und auch keine Schleifringe für eine elektromagnetische Erregung benötigt. Dies reduziert den Aufwand und die Kosten des Motors. Durch den Verzicht auf die permanentmagnetische Erregung kann dieses Motorprinzip im Schleppbetrieb bei aktivierter Flüssigkeitsreibungskupplung mit einem Vielfachen seiner Auslegungsdrehzahl betrieben werden, ohne das Schäden aufgrund unerwünscht hoher induzierter elektrischer Spannungen auftreten. Dadurch kann gegebenenfalls bei der direkten Koppelung von der Flüssigkeitsreibungskupplung mit dem Elektromotor auf zusätzliche mechanische Freilaufvorrichtungen zum Ermöglichen des Überholbetriebes verzichtet werden. Dies würde ebenso den Aufwand und die Kosten reduzieren und gleichzeitig die Betriebssicherheit erhöhen.According to an aspect of the invention, the electric motor in all embodiments, a so-called SR-motor (Switch Reluctance) be. This would have the advantage that the SR motor requires neither a permanent magnetic nor an electromagnetic excitation, d. H. no permanent magnetic materials and no slip rings are required for electromagnetic excitation. This reduces the effort and cost of the engine. By dispensing with the permanent magnet excitation of this motor principle can be operated in drag mode with activated fluid friction clutch at a multiple of its design speed, without the damage due to undesirably high induced electrical voltages occur. As a result, it may be possible to dispense with additional mechanical freewheel devices for enabling the overtaking operation in the direct coupling of the fluid friction clutch with the electric motor. This would also reduce the effort and costs while increasing operational safety.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. Dabei können Merkmale eines Ausführungsbeispiels auch mit Merkmalen von anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.The described embodiments are chosen only by way of example and can be combined with each other. In this case, features of an embodiment can also be combined with features of other embodiments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 10338432 A1 [0003] DE 10338432 A1 [0003]
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DE 10219872 A1 [0004] DE 10219872 A1 [0004]
