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Diese Anmeldung ist eine Teilfortsetzungsanmeldung von US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/135.280 (DKT12180A (BWA 0427 PUS)) eingereicht am 19. Dezember 2013, die eine nicht-provisorische Anmeldung von US-Patentanmeldung Nr. 61/745.647, eingereicht am 24. Dezember 2012 ist. Diese Anmeldung ist ebenfalls verwandt mit US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/474.862 und US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/474.928, beide eingereicht am 13. April 2011.
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FACHGEBIET
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Verbesserte Reibungskupplungsanordnungen, insbesondere für Hybrid-Nebenaggregatantriebe für Kühlmittelpumpen und dergleichen.
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HINTERGRUND
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Fahrzeugmotornebenaggregate wie Wasserpumpen und Kühlventilatoren sind in Automobilen und anderen Fahrzeugen in häufigem Gebrauch. Diese Nebenaggregate werden üblicherweise von einem Riemen angetrieben, der an der Kurbelwelle des Motors angebracht ist und arbeiten somit zu einem gewissen Prozentanteil der Motorgeschwindigkeit. Die Wasserpumpen umfassen ein Laufrad, das verwendet wird, um das Motorkühlmittel von dem Motor zu dem Kühler und zurück zu zirkulieren, um das Kühlmittel innerhalb annehmbarer Temperaturbereiche zu halten. Kühlventilatoren umfassen einen Ventilator mit Flügeln, die z.B. einen Kühler mit Umgebungsluft versorgen, um das Motorkühlmittel zu kühlen.
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Heute wird Bestrebungen nachgegangen, den Stromverbrauch von Motornebenaggregaten wie Wasserpumpen und Ventilatorantrieben zu reduzieren, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern und Emissionen zu senken. Somit wäre es wünschenswert, dass solche Nebenaggregate hergestellt werden könnten, die bei variierenden Geschwindigkeiten oder mit weniger Strom betrieben werden könnten, um die Motorbelastung zu reduzieren und somit wiederum den Kraftstoffverbrauch zu verbessern und unerwünschte Motoremissionen zu reduzieren.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Fahrzeugnebenaggregatantriebsanordnung wie eine Kühlpumpe oder ein Ventilatorantrieb mit einem verbesserten Trockenreibungskupplungsmechanismus ist offenbart. Der Nebenaggregatantrieb weist vorzugsweise zwei Betriebsmodi auf, einen ersten Modus, der mechanisch durch einen Motorriemen angetrieben wird und einen zweiten Modus, der von einem Elektromotor, wie einem bürstenlosen Gleichstrom-(BLDC)Motor betrieben wird. Die Elemente für die zwei Betriebsmodi sind ein Teil einer mehrteiligen Anordnung, die ein Scheibenelement umfasst. Die Scheibe wird bei einer Eingangsgeschwindigkeit von einem Motorriemen rotiert, der auf dem Scheibenelement angeordnet ist. Eine Welle, die mit dem Laufrad einer Wasserpumpe oder den Flügeln eines Ventilators verbunden ist, ist in der Anordnung angeordnet und wird entweder von dem mechanischen oder dem elektrischen Betrieb oder beiden, abhängig von bestimmten Faktoren, gesteuert.
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Die Reibungskupplungsanordnung ist innerhalb eines Gehäuses angeordnet und ermöglicht einen selektiven mechanischen Betrieb des Nebenaggregats durch das Scheibenelement. Die Trockenreibungsanordnung wird durch Ein-/Ausschalten eines Solenoids aktiviert. In einer Ausführungsform wird, wenn das Solenoid aus irgendeinem Grund ausgeschaltet ist, die Kupplung in Eingriff gebracht und somit ist die Kupplung ausfallssicher. Ist das Solenoid ausgeschaltet, aktivieren ein oder mehrere Feder- oder Vorspannelemente eine Platte, die ein Reibungselement gegen die Abdeckung klemmt. Das Drehmoment wird durch die Reibungsplatte übertragen. Die Kupplung wird durch Aktivieren des Solenoids außer Eingriff gebracht.
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Ist das Solenoid eingeschaltet, überwindet die Solenoid-Kraft die Kraft der Vorspannelemente und führt dazu, dass die Platte die Scheibe berührt und dass ein anderes Feder- oder Vorspannelement die Platte weg von der Abdeckung beabstandet und sie gegen einen Anschlag hält, wodurch Luftspalten auf beiden Seiten der Platte entstehen. Ist die Kupplung außer Eingriff gebracht, sind der Eingang (Scheibe) und der Ausgang (Welle) nicht verbunden, wodurch eine Wechselwirkung (und Lagerzug) zwischen dem Eingang und dem Ausgang beseitigt wird. Das Nebenaggregat wird normalerweise in einem Großteil seines Betriebsbereichs von dem Elektromotor angetrieben. Wenn Spitzenlastanforderungen notwendig sind, übernimmt der mechanische Betriebsmodus und das Nebenaggregat kann direkt von dem Scheibenelement angetrieben werden.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind unten in der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung dargelegt, wenn diese in Kombination mit den Zeichnungen und Patentansprüchen betrachtet wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Querschnittsansicht eines Fahrzeugnebenaggregats, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert.
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2A und 2B sind Explosionsansichten von Elementen der Anordnung wie in 1 dargestellt.
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3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der in 1 dargestellten Anordnung, wobei die Elemente in der Eingriffsposition dargestellt sind.
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4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der in 1 dargestellten Anordnung, wobei die Elemente in der Außer-Eingriffsposition dargestellt sind.
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5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in 4 dargestellten Querschnitts.
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6 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zum Zweck des Förderns und Verstehens der Grundlagen der vorliegenden Erfindung wird nunmehr auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen Bezug genommen und eine bestimmte Ausdrucksweise wird verwendet, um diese zu beschreiben. Trotzdem gilt zu verstehen, dass dadurch keine Beschränkung des Schutzumfangs der Erfindung beabsichtigt ist. Die Erfindung umfasst jegliche Alternativen und andere Modifikationen an den dargestellten Vorrichtungen und beschriebenen Verfahren und weitere Anwendungen der Grundlagen der Erfindung, wie sie üblicherweise einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die Erfindung zählt, begegnen werden.
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Die hierin beschriebenen vorliegenden Erfindungen betreffen Zweifachmodus-Reibungskupplungsanordnungen, insbesondere für die Verwendung für Nebenaggregate, wie Kühlmittelpumpen und Ventilatoren, die Kühlmittel oder Luft in oder durch einen Motor, wie einen Autoverbrennungsmotor, zirkulieren. (Die Begriffe „Wasserpumpe“ und „Kühlmittelpumpe“ sind hierin austauschbar verwendet.) Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch für andere Motornebenaggregatvorrichtungen verwendet werden.
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Die bevorzugte Ausführungsform einer Kühlmittelpumpe der vorliegenden Erfindung, wie hierin beschrieben, ist speziell für eine Verwendung mit Lastkraftfahrzeugen, Personenfahrzeugen und Geländefahrzeugen adaptiert und wird in Bezug auf ihre Verwendung in einer Zweifachmodus-Kühlmittelpumpe beschrieben. Es gilt zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung als Kühlmittelpumpe oder auf die genaue Struktur oder den Betrieb wie hierin beschrieben beschränkt ist.
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In Übereinstimmung mit dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor ein bürstenloser Gleichstrom-(BLDC)Motor. Für den mechanischen Betriebsmodus wird das Nebenaggregat von einem Motorriemen, wie einem Serpentinennebenaggregatriemen angetrieben, der an der Kurbelwelle des Motors angebracht ist. Als ein Zweifachmodus-Nebenaggregatsbetriebsmechanismus wird es unter den meisten Bedingungen elektrisch betrieben. Jedoch kann es auch mechanisch in Eingriff gebracht werden, wenn größere Leistung oder Geschwindigkeit erforderlich ist. Somit wird das Nebenaggregat, wenn das Fahrzeug unter den meisten normalen Bedingungen gefahren wird, von dem Elektromotor betrieben.
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Während „Worst-case“-Bedingungen, wie wenn das Fahrzeug schwer beladen ist, wenn es einen Wohnwagen zieht oder wenn es im Sommer bergauf gefahren wird etc., ist das Nebenaggregat so angepasst, dass es von dem Riemen direkt von dem Motor mechanisch angetrieben wird. Dies stellt unter solchen Umständen die notwendige Energie- oder Aktivierungsleistung bereit.
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Eine Hybrid-(Zweifachmodus)Wasserpumpen-Ausführungsform mit einer Reibungskupplungsanordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist in 1–5 dargestellt und wird im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet. Die Hybridwasserpumpe umfasst ein Motorgehäuse 22, ein Solenoid-Gehäuse 24, ein Scheibenelement 26 und ein Abdeckungselement 28. Ein zentrales Wellenelement 30 wird von der Pumpe 20, die das Wasserpumpenlaufrad 32 antreibt, rotiert. Wie dargestellt weist das Scheibenelement eine glatte äußere Oberfläche 27 auf, auf der ein Motorriemen (nicht dargestellt) angeordnet ist. Die äußere Oberfläche des Scheibenelements könnte auch Längsrillen oder jede andere konventionelle Struktur zum Ineinandergreifen mit einem Motorriemen mit entsprechenden Rillen oder einer Struktur zum Ineinandergreifen aufweisen.
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Explosionsansichten der Elemente der Wasserpumpenanordnung 20 sind in 2A und 2B dargestellt. Vergrößerte Ansichten, die den Reibungskupplungsmechanismus in den deaktivierten und aktivierten Solenoid-Betriebsmodi zeigen, sind in 3–5 dargestellt. Die Laufradwelle 30 wird in der mehrteiligen Anordnung von Lagern 34 und 36 in Position gehalten. Eine Kühlmitteldichtung 38 wird verwendet, um zu verhindern, dass Kühlmittel in der Pumpe in das Motorgehäuse leckt.
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Ein Motor 50 ist innerhalb des Motorgehäuses 22 angeordnet. Der Motor 50 umfasst einen Rotorträger 52, Magneten 53 und einen Stator 54. Magneten 53 sind mit dem Rotorträger 52 haftschlüssig verbunden und bilden zusammen den Rotor des Motors. Der Motor 50 ist vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrom-(BLDC)Elektromotor. Der Rotor 52 ist fest mit der Welle 30 verbunden (z.B. pressgepasst), was dazu führt, dass die Welle und somit das Laufrad 32 rotiert, wenn der Motor 50 betrieben wird. Elektrizität wird von einer elektrischen Stromquelle (nicht dargestellt) an den Motor 50 geliefert.
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Das Motorgehäuse 22 weist eine Vielzahl von Anbringungselementen, wie eine Halteröffnung 23, wie in den Zeichnungen dargestellt, auf. Andere Öffnungen sind ebenfalls für das Anbringen der Wasserpumpenanordnung 20 im Inneren des Motorraums eines Fahrzeugs bereitgestellt. Die Größe, Position und Anzahl der Anbringungselemente hängt von der Art des Nebenaggregats und der Position im Fahrzeug und/oder vom Motor ab, in der/an dem das Nebenaggregat montiert werden soll.
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Die Reibungskupplungsanordnung wird im Allgemeinen durch die Bezugsziffer 60 bezeichnet. Die Reibungskupplungsanordnung umfasst im Allgemeinen eine Ankerplatte 62, eine Reibungsplatte 64 und zwei ringförmige Ringe aus Reibungsmaterial 66 und 68. Die Ankerplatte 62 besteht vorzugsweise aus einem magnetischen Metallmaterial wie aus kohlenstoffarmem Stahl. Die Reibungsplatte 64, auch als „Kupplungsplatte“ bezeichnet, besteht vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material wie Edelstahl.
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Die Reibungsmaterialien 66 und 68 können aus jedem konventionellen Reibungsmaterial, das heute für Reibungskupplungen verwendet wird, hergestellt sein und können Komplettringe, Ringsegmente oder einfach Stücke von Reibungsmaterial sein, das im Allgemeinen dort angeordnet ist, wo Ringe 66 und 68 in den Zeichnungen positioniert sind. Vorzugsweise sind die Reibungsmaterialien 66, 68 permanent an der Reibungsplatte 64 angebracht, wie durch ein Haftmittel.
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Das Abdeckungselement 28, das vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material wie Edelstahl besteht, ist vorzugsweise direkt auf das Scheibenelement 26 pressgepasst. Das Abdeckungselement könnte auch durch andere konventionelle Mittel wie durch Schweißen oder eine Rollbördelanordnung fix an dem Scheibenelement angebracht sein. Somit rotiert das Abdeckungselement 28, wenn die Scheibe von einem Motorriemen rotiert wird, mit ihr in der gleichen Eingangsgeschwindigkeit.
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Das Scheibenelement 26 besteht vorzugsweise aus einem magnetischen Metallmaterial wie kohlenstoffarmem Stahl. Das Scheibenelement rotiert frei rund um Lager 80. Obwohl die Lager von jedem Typ sein können, der eine ausreichende Haltbarkeit und Leistung aufweist, kann ein Paar aus übereinander gestapelten Lagern verwendet werden, wie in den Zeichnungen dargestellt.
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Der Betrieb der Reibungskupplungsanordnung wird von einer Solenoid-Anordnung 90 durchgeführt. Die Solenoid-Anordnung umfasst eine Solenoid-Spule 92, die in dem Solenoid-Gehäuse 24 angeordnet ist. Das Solenoid-Spulenelement umfasst eine ringförmige Spule aus Kupferdrähten, während das Solenoid-Gehäuse vorzugsweise aus einem magnetischen Material wie kohlenstoffarmem Stahl besteht. Das Solenoid-Spulenelement 92 kann in das Solenoid-Gehäuse 24 vergossen sein.
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Das Lager 34 ermöglicht es dem Wellenelement 30, in Bezug auf das Solenoid-Gehäuse 24 frei zu rotieren.
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Das Solenoid-Gehäuse 24 ist z.B. durch Presspassen und/oder Halterelemente (nicht dargestellt) direkt mit dem Motorgehäuse 22 verbunden. Bei der Produktion können mehrere unterschiedliche Verfahren innerhalb des Fachgebiets verwendet werden, um das Solenoid-Gehäuse 24 mit dem Motorgehäuse 22 zu verankern oder permanent daran anzubringen.
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Das Ankerplattenelement 62 ist in 2A und 2B genauer dargestellt. Das Ankerplattenelement weist ein ringförmiges Basiselement 63 mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Flanschelementen 65 auf, wobei jedes davon ein Nasenelement 67 aufweist. Eine Vielzahl von nach oben gewandten Federhalterelementen 69 ist ebenfalls auf dem Ankerplattenelement vorhanden.
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Die Nasenelemente 67 sind so angeordnet, dass sie mit den entsprechenden Vertiefungen 29 in dem Abdeckungselement 28 ineinandergreifen. Wenn das Nebenaggregatelement 20 montiert ist, sind die Nasenelemente 67 in den Vertiefungen 29 angeordnet. Die Vertiefungen weisen eine Größe auf, die es den Nasenelementen ermöglicht, sich axial in ihnen zu bewegen (wenn die Ankerplatte axial im Betrieb des Nebenaggregats bewegt wird). Die Nasenelemente bleiben jedoch zu jeder Zeit so in den Vertiefungen, dass Drehmoment zwischen dem Abdeckungselement und der Ankerplatte übertragen werden kann. Auf diese Art rotieren die Ankerplatte und das Abdeckungselement mit einer Eingangsgeschwindigkeit mit dem Scheibenelement 26.
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Obwohl sechs Nasenelemente 67 und sechs Eingriffsvertiefungen 29 in der bevorzugten Ausführungsform bereitgestellt sind, könnten mehr oder weniger Nasen und Vertiefungen bereitgestellt sein, solange die Leistungen und der Betrieb derselbe oder entsprechend bleiben.
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Die Federhalterelemente 69 weisen eine allgemeine „M”-Form mit einem äußeren Ring in U-Form und einem mittleren Fingerelement 71 auf, das an einem Ende nicht verbunden ist. Schraubenfederelemente 108 sind bereitgestellt, wovon eines auf jedem der Fingerelemente 71 angeordnet ist. Wenn das Nebenaggregatelement 20 montiert ist, sind die Schraubenfederelemente 108 zwischen dem Ankerplattenelement 62 und dem Scheibenelement 26 angeordnet und spannen das Ankerplattenelement in einer axialen Richtung, entfernt von dem Scheibenelement, vor.
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Obwohl sechs Schraubenfederelemente 108 und sechs Federhalterelemente 69 hierin dargestellt und beschrieben sind, können mehr oder weniger von beiden Elementen vorhanden sein, solange der Betrieb des Nebenaggregatelements 20 derselbe oder entsprechend bleibt. Außerdem hängen die Größe und die Art von Federelementen, die in der Erfindung verwendet werden können, von vielen Faktoren wie dem Gewicht der erforderlichen vorzuspannenden Elemente, der erforderlichen Menge an Kraft, um diese zu komprimieren und den physikalischen Einschränkungen der Position, an der sie positioniert werden sollen, ab. Zusätzlich dazu könnten, obwohl die Vorspannelemente als Schraubenfedern dargestellt und beschrieben sind, jegliche andere vergleichbare Vorspannelemente verwendet werden, solange die Leistung und der Betrieb des Nebenaggregats der-/dieselbe oder entsprechend bleiben.
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Die Reibungsplatte 64 weist eine Ringform mit einer mittigen Öffnung 73 für das Wellenelement 30 und eine Vielzahl von kleineren Öffnungen 75 auf. Außerdem sind die Reibungselemente 66, 68, wie oben angegeben, an den zwei Seiten der Reibungsplatte angeordnet.
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Die Öffnungen 75 in der Reibungsplatte sind so bereitgestellt, um mit Ansatzelementen 101 auf einem Anschlagelement 100 ineinander zu greifen. Das Anschlagelement 100 ist auf das Wellenelement 30 pressgepasst. Es weist ein rundes Plattenelement 103 und ein Hülsenelement 105 auf, das rund um das Wellenelement 30 passt. Das Anschlagelement 100 besteht vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material, wie z.B. Edelstahl. Die Ansatzelemente 101 sind auf dem Plattenelement 103 an einer Stelle positioniert, sodass sie leicht in die Öffnungen 75 im Reibungselement passen. Die genaue Anzahl an verbindenden Ansatzelementen 101 und Öffnungen 75 ist nicht entscheidend. Mehr oder weniger Verbindungselemente können bereitgestellt werden.
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Das lose Einpassen der Ansätze 101 in die Öffnung 75 ermöglicht es dem Reibungsplattenelement 64 sich axial im Bezug zum Plattenelement 100 zu bewegen. Die Ansatzelemente führen ebenfalls dazu, dass das Reibungsplattenelement 64 mit dem Wellenelement 30 rotiert.
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Ein Mutterelement 102 ist an das Ende des Wellenelements 20 geschraubt oder anderweitig fest fixiert. Auf dem Wellenelement 30, zwischen dem Mutterelement 102 und dem Reibungsplattenelement 64, ist ein Federelement 110 angeordnet. Das Federelement 110 stellt eine Vorspannungskraft gegen das Reibungsplattenelement 64 in einer axialen Richtung bereit, um zu verhindern, dass das Reibungselement 66 auf dem Plattenelement 64 die innere Oberfläche 31 des Abdeckungselements 28 berührt. Wie unten erklärt, agiert das Federelement 110 so, dass es das Reibungsplattenelement 64 in seine mechanisch Außer-Eingriffsposition zurückführt, wenn die Solenoid-Anordnung 90 aktiviert ist.
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Lagerelement 34 bestimmt in einer axialen Position innerhalb des Solenoid-Gehäuses 24 die axiale Position von Welle 30. Ein zylindrisches Element 104 ist bereitgestellt. Zylindrisches Element 104 ist zwischen dem Anschlagelement 100 und dem Lagerelement 34 angeordnet.
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Wie angegeben, wird das Wasserpumpenlaufrad 32 normalerweise von dem Elektromotor 50 angetrieben. Der Elektromotor und die Solenoid-Spule werden durch eine Schaltplatine 118 elektrisch mit Spannung versorgt. Elektrische Leiter und Drähte können mittels im Motorgehäuse 22 umspritzt werden, um die elektrischen Signale an den Elektromotor 50 und das Solenoid-Spulenelement 92 zu führen. Die Schaltplatine kommuniziert ferner über das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk, wie einem CAN-Netzwerk, mit der Motorsteuereinheit (ECU) des Fahrzeugs. In dieser Ausführungsform ist die Steuerplatine der Wasserpumpenanordnung im Inneren des Motorgehäuses 22 in Ringform angeordnet.
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Die Geschwindigkeit des Motors und somit der Wasserpumpe wird gemäß der für den Motor erforderlichen Kühlung ausgewählt. Sensoren leiten relevante Daten an die ECU weiter, die dann ein Signal an die Pumpensteuerung schickt, die die gewünschte Geschwindigkeit anfragt. Die Pumpensteuerung bestimmt dann, ob die gewünschte Geschwindigkeit am besten unter Verwendung des Elektromotors oder durch In-Eingriff-Bringen der Reibungskupplung und Antreiben des Laufrads direkt über die Scheibe erzielt wird.
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Wenn die Wasserpumpe nur von dem Elektromotor 50 angetrieben wird, wird die Reibungskupplungsanordnung 60 von der Solenoid-Anordnung 90 in einer Position außer Eingriff gehalten. Dies ist in 4 und 5 dargestellt. Wenn das Solenoid-Spulenelement 92 elektrisch aktiviert ist, wird ein Magnetflusskreislauf 125 gebildet, der die Ankerplatte 62 in Richtung des Solenoidspulen-Elements zieht und dabei die Kraft der Schraubenfederelemente 108 überwindet. Wird die Ankerplatte 62 in Richtung des Solenoids gezogen, hält die Rückstellfeder 110 die Reibungsplatte 64 gegen das Anschlagelement 100. In diesem Zustand, wie insbesondere in vergrößerter Form in 5 dargestellt, berühren die Reibungsmaterialien 66, 68 auf der Reibungsplatte 64 weder das Abdeckungsbauteil 28 noch die Ankerplatte 62.
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In diesem elektrischen Betriebsmodus gibt es Luftspalten 120, 121 an den Seiten der Reibungsmaterialien auf der Reibungsplatte. Der Eingang (Scheibenelement) und Ausgang (Wellenelement) sind vollständig getrennt. Dies verhindert jegliche Wechselwirkung wie einem Lagerzug zwischen dem Eingang und dem Ausgang.
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Um einen geeigneten Magnetflusskreislauf 125 zu bilden, weist das Scheibenelement 26 eine Vielzahl von Öffnungen 115 auf, die Luftspalten bilden. Die Öffnungen 115 bilden einen im Wesentlichen ringförmigen, offenen Ring. Mit den Luftspalten ist das Scheibenelement zu elektromagnetischen Zwecken im Wesentlichen ein äußerer ringförmiger Ring 116 und ein getrennter ringförmiger innerer Ring 118. (Dies ist am besten in 2A und 4 dargestellt.)
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Der Magnetflusskreislauf 125 ist in 4 dargestellt. Er läuft durch das Solenoid-Gehäuse 24, den Riemeneingriffsteil des Scheibenelements 26, den äußeren ringförmigen Ringabschnitt 116 des Scheibenelements 26 und springt dann zu dem Ankerplattenelement 62 und dann zurück zu dem inneren ringförmigen Ring- 118 Abschnitt des Scheibenelements 26, wo er zu dem Solenoid-Gehäuse 24 zurückkehrt. Diese Schaltung zieht das Ankerelement 62 fest gegen das Scheibenelement 26, wenn die Solenoid-Anordnung aktiviert ist.
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3 zeigt die Situation, in der die Solenoid-Anordnung 90 nicht aktiviert ist. Dies führt dazu, dass die Wasserpumpe mechanisch von einem Motorriemen angetrieben wird. Der Elektromotor 50 ist ausgeschaltet. In dieser Situation zwangsbewegen die Schraubenfederelemente 108 das Ankerelement 62 in axialer Richtung weg von dem Scheibenelement 26 und weg von der Solenoid-Anordnung 90. Dies führt dazu, dass das Ankerelement 62 das Reibungselement 68 berührt, das wiederum das Reibungselement 66 so zwangsbewegt, dass es die innere Oberfläche 31 des Abdeckungselements 28 berührt. Da das Ankerelement, das Scheibenelement und das Abdeckungselement alle miteinander fixiert sind, führt dies dazu, dass das Wellenelement 30 mit der gleichen Geschwindigkeit rotiert.
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Ein Drehmomentübertragungspfad, der das Wellenelement mechanisch rotiert, ist durch Pfeile 130 in 3 dargestellt. Wenn die Kupplung in Eingriff ist, ist die Reibungsplatte zwischen dem Abdeckungselement und dem Ankerelement eingeklemmt und Drehmoment wird durch beide Seiten der Reibungsplatte übertragen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform, wie in den Zeichnungen dargestellt, stellt die Erfindung einen „ausfallssicheren” Reibungskupplungsaufbau bereit. Falls das elektrische System der Kühlmittelpumpe ausfallen sollte, würde das Solenoid abfallen gelassen werden, was es den Schraubenfedern ermöglicht, die Reibungskupplungsanordnung so zwangszubewegen, dass sie in Eingriff gebracht wird. Deshalb würde die Pumpe im mechanischen Modus arbeiten, wobei das Laufrad von dem Scheibenelement durch die Kupplungsanordnung betrieben wird, was somit ein Überhitzen verhindert.
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6 ist eine schematische Darstellung der Verwendung der erfinderischen Reibungskupplung zum Betreiben eines Kühlventilators. Der Kühlventilator-Nebenaggregatmechanismus wird im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 200 bezeichnet.
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Der Reibungskupplungsmechanismus ist im Wesentlichen derselbe wie der oben beschriebene Reibungskupplungsmechanismus, der verwendet wird, um ein Wasserpumpenlaufrad selektiv zu rotieren. In dieser Ausführungsform wird der Reibungskupplungsmechanismus verwendet, um einen Kühlventilator 210 zu rotieren. Die Bauteile, die dieselben sind, werden mit denselben Bezugsziffern, wie oben in den anderen Figuren dargelegt, bezeichnet. Die größten Unterschiede sind, dass das Wellenelement 30‘, wenn es aktiviert ist, eine Kühlventilatoranordnung 220 rotiert. Die Ventilatoranordnung umfasst einen Kühlventilator 210, der eine Anzahl von Flügelelementen und ein zentrales Nabenelement 230 umfasst. Das Nabenelement ist fest an dem Wellenelement 30‘ angebracht, und der Ventilator 210 ist auf konventionelle Weise fest an dem Nabenelement 230 angebracht, so dass das Gehäuse, der Ventilator und die Flügel rotieren, wenn das Wellenelement rotiert und mit gleicher Geschwindigkeit. Jede konventionellen Mittel oder Mechanismen können verwendet werden, um die Bauteile miteinander zu verbinden, so dass sie alle zusammen rotieren.
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Obwohl die Erfindung in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, gilt zu verstehen, dass sie nicht darauf beschränkt sein soll, da Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, die innerhalb des vollen Schutzumfangs dieser Erfindung, wie durch die folgenden Patentansprüche genauer definiert, liegen.
