DE112009001025T5

DE112009001025T5 - Elektronisch gesteuerter Viskolüfterantrieb mit Buchse

Info

Publication number: DE112009001025T5
Application number: DE112009001025T
Authority: DE
Inventors: James Patrick Jackson May
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2011-06-16
Also published as: CN103498721A; US20110168512A1; CN102066711A; CN103498721B; WO2009140073A2; WO2009140073A3; US8602190B2; CN102066711B; WO2009140073A8

Abstract

Elektronisch gesteuerte Fluidkupplungsvorrichtung, die aufweist:
ein Ausgangselement, das eine Mittelwelle enthält;
ein Eingangselementlager, das um das Ausgangselement herum montiert ist, wobei das Eingangselement ein Körperelement und ein Abdeckungselement aufweist;
ein Rotorelement, das an das Ausgangselement montiert und innerhalb des Abdeckungs- und des Körperelements enthalten ist;
ein Reservoirabdeckungselement, das an das Eingangselement montiert ist, wobei das Reservoirabdeckungselement mindestens einen Füllanschluss hat;
eine Fluidreservoirkammer, die zwischen dem Reservoirabdeckungselement und dem Rotorelement definiert ist, wobei die Fluidreservoirkammer eine Menge von viskosem Fluid enthält;
eine Fluidarbeitskammer, die zwischen dem Rotorelement und dem Körperelement definiert ist, wobei die Fluidbetriebskammer mit der Fluidreservoirkammer über die Füllanschlüsse fluidisch gekuppelt ist;
ein Mittelwellenelement, wobei das Mittelwellenelement als Reaktion auf ein Magnetfeld axial beweglich ist;
ein Ventiltellerelement, das mit dem Mittelwellenelement gekuppelt ist, wobei das Ventiltellerelement in der Lage ist, die Füllanschlüsse zu bedecken, wenn das Ventilelement in einer ersten Stellung...

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Anmeldung Nr. 61/052,643, eingereicht am 13. Mai 2008, mit dem Titel ”Elektronisch gesteuerter Viskolüfterantrieb mit Buchse”, die als Referenz angeführt wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf Lüfterantriebssysteme und spezifischer auf elektronisch gesteuerte Viskolüfterantriebssysteme.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fluidkupplungsvorrichtungen von der Art, die sowohl Fluidbetriebskammern als auch Fluidreservoirkammern und ein Ventil enthalten, das die Fluidmenge in der Betriebskammer steuert.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise bei Fluidkupplungsvorrichtungen verwendet werden kann, die verschiedene Konfigurationen und Anwendungen haben, ist sie besonders vorteilhaft in einer Kupplungsvorrichtung der Art, die für den Antrieb eines Kühlerlüfters eines Verbrennungsmotors verwendet wird, und wird in Verbindung damit beschrieben. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung in Lüftersystemen für Automobile und andere Fahrzeuge beschränkt, sondern findet in jedem Kühlsystem für eine beliebige Maschine Verwendung.
Fluidkupplungsvorrichtungen (”Lüfterantriebe”) vom viskosen Scherungstyp sind für Antriebsmotorlüfter beliebt geworden, hauptsächlich, da ihre Verwendung zu beträchtlichen Ersparungen an Motorleistung führt. Die typische Fluidkupplungsvorrichtung arbeitet nur dann im eingerückten Zustand mit relativ höherer Drehzahl, wenn Kühlung notwendig ist, und arbeitet in einem ausgerückten Zustand mit relativ niedrigerer Drehzahl, wenn nur wenig oder keine Kühlung erforderlich ist.
Heute sind elektronisch betätigte Viskolüfterantriebe bekannt, die zwischen eingerückten, teileingerückten- und ausgerückten Betriebsweisen präzise gesteuert werden können, um die Ausgangsleistung bei einer gegebenen Lüfterdrehzahl zu steuern, wie sie vom Computer des Fahrzeugmotors bestimmt wird.
Für einige Zeit war eines der mit für den Antrieb von Kühlerlüftern verwendeten Fluidkupplungsvorrichtungen verbundenen Probleme das als ”morgendliche Übelkeit (morning sickness)” bekannte Phänomen. Bei diesen Fluidkopplungsvorrichtungen (Lüfterantriebe) gab es relativ wenig ”Rückabfluss” oder ”Rückablass”, d. h. einen Fluidstrom von der Betriebskammer zurück in die Reservoirkammer, wenn der Motor abgeschaltet wurde und der Lüfterantrieb aufhörte zu drehen. Wenn eine signifikante Fluidmenge nicht von der Betriebskammer in das Reservoir rückabgelassen wurde, dann arbeitete der Lüfterantrieb, wenn der Betrieb des Lüfters nach einem langen Zeitraum (zum Beispiel am nächsten Morgen) wieder begann, anfangs für eine Zeitspanne im eingerückten Zustand, bis das meiste Fluid in der Betriebskammer in das Reservoir zurückgepumpt war. Dies bestand, obwohl der Lüfter kalt und keine Kühlung erforderlich war. Ein solcher eingerückter Betrieb führte oft zu einem unerwünschten Geräusch des Lüfters, der angetrieben wurde, wenn es nicht erforderlich war.
Es wurden verschiedene erhebliche Verbesserungen an Fluidkupplungsvorrichtungen vom viskosen Scherungstyp durchgeführt, um das Problem der morgendlichen Übelkeit zu überwinden. Im U.S. Pat. Nr. 6,752,251 wird zum Beispiel ein Ventilteller angegeben, der elektronisch die Bewegung von viskosem Fluid vom Reservoir zur Rückablassverhinderungskammer steuert, indem der Stellantrieb auf der Basis von Motorbetriebszuständen eingeschaltet oder abgeschaltet wird.
Eine der möglichen Schwierigkeiten oder Sorgen bei einigen heutigen Fluidkupplungsvorrichtungen vom viskosen Scherungstyp ist es, dass der Stellantrieb aufgrund eines unzulässigen Flussmusters in der elektrisch aktivierten ”Ein”-Stellung des Motors hängen bleiben könnte. In dieser Situation könnte der Lüfter in Betrieb bleiben, wenn keine Kühlung erforderlich ist. Dies könnte zu einer Überkühlungssituation führen und möglicherweise zusätzliche unerwünschte Emissionen vom Fahrzeugmotor erzeugen.
Daher ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte viskose Scherfluidkupplungsvorrichtung anzugeben, die morgendliche Übelkeit unterdrückt und gleichzeitig das unzulässige Einfrieren des Stellantriebelements in einer ”Ein”-Stellung minimiert oder verhindert und dadurch die Erzeugung zusätzlicher unerwünschter Emissionen minimiert oder verhindert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung überwindet mögliche Probleme bei existierenden Fluidkupplungsvorrichtungen vom viskosen Scherungstyp und liefert ein elektronisch gesteuertes Viskolüfterantriebssystem, das das System an einem unerwünschten Blockieren in der ”Ein”-Stellung hindert. Der Viskokupplungsrotor ist innerhalb des Abdeckungs- und Körperelements positioniert, die ein äußeres Gehäuse bilden. Ein Ventilteller ist an einem Wellenelement befestigt, das seinerseits mit einem Stellantriebskolben gekuppelt ist. Das System wird elektronisch gesteuert, um es einem Fluid zu ermöglichen, von der Reservoirkammer in die Fluidbetriebskammer überzugehen und den Lüfter nach Bedarf zu betätigen. Die Welle und der Stellantriebskolben werden von einer Rückstellfeder federvorgespannt, so dass die Durchgänge zwischen der Fluidreservoirkammer und der Fluidbetriebskammer geschlossen sind, wenn der Motor abgeschaltet und keine elektrische Betätigung vorhanden ist.
Um die Welle und den Kolben daran zu hindern, in der ”Ein”-Stellung hängen zu bleiben und so den Lüfterantrieb im Kühlzustand zu blockieren, sind isolierte Unterlegscheiben und/oder Buchsen vorgesehen. Die isolierten Elemente sind nichtleitend und hindern das elektronische Flussmuster daran, sie zu durchqueren, was die Welle und den Kolben davon abhalten könnte, durch die Rückstellfeder in ihre Ruhestellung zurückgebracht zu werden.
Weitere Merkmale, Nutzen und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und beigefügten Patentansprüche hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Fluidkupplungsvorrichtung, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
2 ist eine Querschnittsansicht der Fluidkupplungsvorrichtung aus 1.
3 ist eine vergrößerte Ansicht des elektrischen Betätigungsteils einer Fluidkupplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn keine elektrische Leistung vorhanden und der Ventilteller in seiner Ruhestellung ist.
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Viskolüfterantriebs gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn das Stellantriebssystem elektrisch eingeschaltet ist und so den Durchgang zwischen der Fluidreservoirkammer und der Fluidbetriebskammer öffnet.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun unter Bezug auf die Zeichnungen, die die Erfindung nicht einschränken sollen, veranschaulicht 1 eine bevorzugte Form einer Fluidkupplungsvorrichtung 10 (”Viskolüfterantrieb”) eines Typs, der die vorliegenden Erfindung verwendet. Die Fluidkupplungsvorrichtung 10 enthält ein Abdeckungselement 12 und ein Körperelement 14, die durch Bolzen, Unterlegscheiben oder andere Befestigungseinrichtungen 16 aneinander befestigt sind, um ein Gehäuse 20 mit einem inneren Hohlraum 22 zu bilden. Die Körper- und Abdeckungselemente können auch durch ein Überlappen des Außenumfangs des Abdeckungselements aneinander befestigt werden, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
Die Fluidkupplungsvorrichtung 10 ist an einem Bügelelement 18 befestigt, das verwendet wird, um die Fluidkupplungsvorrichtung an einen Motor oder einen anderen Teil des Fahrzeugs oder Automobils wo gewünscht zu montieren. Elektrische Leitungsdrähte 19 werden verwendet, um dem Stellantrieb 25 die elektrische Leistung für seine Betätigung zu liefern.
Die Fluidkupplungsvorrichtung 10 ist geeignet, um von einem flüssigkeitsgekühlten Motor angetrieben zu werden und ihrerseits einen Kühlerlüfter anzutreiben, die beide nicht in den Zeichnungen gezeigt sind. In dieser Ausführungsform ist der Lüfter am Körperelement 14 befestigt. Der Lüfter kann durch beliebige geeignete Einrichtungen, wie sie im Stand der Technik allgemein bekannt sind, am Körperelement befestigt werden. Selbstverständlich ist die Verwendung der vorliegenden Erfindung aber nicht auf irgendeine besondere Konfiguration einer Fluidkupplungsvorrichtung oder Lüftermontageanordnung oder irgendeine besondere Anwendung für den Lüfterantrieb beschränkt, abgesehen von dem, was hier spezifisch erwähnt wird. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung mit einem Lüfterantrieb des Typs verwendet werden, der als ein Kühlerlüfter geeignet ist, der am Abdeckungselement anstatt am Körperelement befestigt ist.
Das Abdeckungselement 12 und das Körperelement 14 sind typischerweise aus einem Aluminiumwerkstoff, um Gewicht zu sparen und Wärme abzuführen. Auch zur Unterstützung der Abführung von Wärme von der Viskokupplung 10 sind auf beiden, dem Abdeckungselement und dem Körperelement, mehrere radiale Lamellen 13 bzw. 15 angeordnet. Vorzugsweise sind die Abdeckung und der Körper aus einem Druckgusswerkstoff, aber die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung dieses Werkstoffs beschränkt, sondern kann auch mit einem Viskolüfterantrieb des Typs verwendet werden, der ein gestanztes Abdeckungselement verwendet. Ein Lüfterantrieb mit Druckgussbauteilen ist zum Beispiel im U.S. Patent Nr. 7,293,636 gezeigt.
Das Gehäuseelement 20 ist geeignet, um mit der Eingangsdrehzahl vom Fahrzeugmotor zu drehen. Das Gehäuseelement könnte durch eine Riemenscheibe mit einem Riemen oder Ähnlichem verbunden sein, der an der Kurbelwelle des Motors (nicht gezeigt) befestigt ist, und so mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle drehen. Das Gehäuse könnte auch von der Wasserpumpe des Motors in Drehung versetzt werden. Beide Systeme zum Drehen eines Lüfterantriebs sind im Stand der Technik bekannt und müssen hier nicht im Einzelnen beschrieben werden.
Nun wird auf die 2 und 3 Bezug genommen, die eine Querschnittsansicht der Fluidkupplungsvorrichtung 10 aus 1 zusammen mit einer erweiterten oder Explosionsdarstellung ihres mittleren Teils zeigen. Das Gehäuse 20 dreht um ein mittleres Wellenelement 28. Zu diesem Zweck sind Lagergarnituren 30 und 32 zwischen dem Gehäuse und dem Wellenelement positioniert.
Hohlräume 41 und 43 sind im mittleren Wellenelement 28 vorgesehen. Ein Stellantriebskolbenelement 40 und ein Stellantriebswellenelement 42 sind in den Hohlräumen 41 bzw. 43 angeordnet. Das Stellantriebswellenelement 42 erstreckt sich in den inneren Hohlraum 22 des Gehäuses 20. Ein Stopfenelement 45 hält das Kolbenelement und das Stellantriebswellenelement an Ort und Stelle.
Das Rotorelement 50 ist auf das Körperelement 28 presseingepasst, so dass die zwei Elemente miteinander drehen, wenn eine Kühlung des Systems notwendig und die Viskokupplung elektrisch betätigt wird. Ein Ventiltellerelement 46 ist am oder nahe dem distalen Ende des Stellantriebswellenelements 42 befestigt. Das Ventiltellerelement 46 ist geeignet, um sich mit dem Stellantriebswellenelement 42 zu bewegen, wenn das Stellantriebswellenelement vom elektronischen Mechanismus 25 der Viskokupplung angetrieben wird. Das Stellantriebswellenelement 42 wird auch von einem Federelement 60 senkrecht nach oben in Richtung der 2, 3 und 4 vorgespannt. (Die elektronisch angetriebene Stellung des Stellantriebswellenelements ohne elektrischen Antrieb ist in 3 gezeigt.) Eine Haltemutter 48 wird verwendet, um das Ventiltellerelement 46 am Ende des Stellantriebswellenelements 42 starr zu befestigen.
Ein Buchsenelement 55 kann im Hohlraum 41 vorgesehen werden, um die Bewegung des Kolbenelements 40 zu unterstützen (siehe 4). Das Buchsenelement 55 kann zum Beispiel aus einem teflonbeschichteten Stahl oder Bronzewerkstoff hergestellt sein.
Eine Reservoirabdeckung 27 ist im Hohlraum 22 positioniert. Die Reservoirabdeckung 27 und das Rotorelement 50 wirken zusammen, um eine Fluidreservoirkammer 70 zu bilden. Die Bewegung des Stellantriebswellenelements 42 in senkrechter Richtung, wie in den 3 und 4 gezeigt, bewirkt die Bewegung des Ventiltellerelements 46 in der gleichen Richtung und das Öffnen und Schließen eines Ventilmechanismus 74 zwischen der Fluidreservoirkammer 70 und der Fluidarbeitskammer 72 und ermöglicht die Verbindung zwischen ihnen und das Fließen von Fluid zwischen ihnen. Der Ventilmechanismus 74 enthält vorzugsweise ein Paar von diametral entgegengesetzten Löchern oder Öffnungen 75.
Die relative Positionierung des Ventiltellerelements 46 wird vom Rückstellfederelement 60 und vom elektronischen Mechanismus 25 der Viskokupplung gesteuert. Das Federelement 60 wird vom Stellantriebskolben 40 vorgespannt oder entlastet, der vom elektronischen System 25 magnetisch angetrieben wird. Dies steuert seinerseits die Menge an viskosem Fluid, das in der Betriebskammer und in der Reservoirkammer enthalten ist.
Der Basisbetrieb einer Viskokupplung ist bekannt und muss hier nicht im Einzelnen beschrieben werden. Allgemein ist die Antriebsanordnung mit dem Lüfter verbunden, der betätigt wird, wenn eine Kühlung des Systems notwendig ist. Ein Abstreifelement ist am Außenumfang der Arbeitskammer vorhanden, das einen lokalisierten Bereich mit relativ höherem Fluiddruck erzeugt und durchgehend eine kleine Fluidmenge durch einen radialen Durchgang (nicht gezeigt) von der Arbeitskammer zurück in die Reservoirkammer pumpt, aber in einer im Stand der Technik allgemein bekannten Weise. Die radial äußeren Teile des Rotorelements 50 im Arbeitskammerbereich haben mehrere ringförmige Anschlussflächen 51, die zu benachbarten Flächen 52 des Körper- oder Abdeckungselements oder von beiden passen. Die ringförmigen Anschlussflächen sind versetzt angeordnet, um zwischen ihnen einen serpentinenförmigen viskosen Scherbereich zu definieren. Auch diese Anordnung ist im Stand der Technik der Viskokupplung allgemein bekannt, und es wird angenommen, dass der Fachmann den Aufbau und den Betrieb der Fluidkupplungsvorrichtung wie gezeigt problemlos versteht.
Der Stellantrieb 25 ist elektrisch mit einem externen Steuergerät 76 gekuppelt und wird davon gesteuert. Mehrere Sensoren 78, die zum Beispiel einen Motortemperatursensor und/oder einen Drucksensor der Klimaanlage enthalten, sind elektrisch mit dem Steuergerät 76 verbunden und liefern elektrische Signale betreffend einen besonderen Motorbetriebsparameter. Das Steuergerät 76 interpretiert die elektrischen Signale von den Sensoren und sendet ein elektrisches Signal an den Stellantrieb 25, um die relative Positionierung des Ventiltellers 46 zu steuern, um das relative Einrücken oder Ausrücken des Lüfterelements zu steuern.
Um den Lüfterantrieb einzurücken, wie in 4 gezeigt, wird die elektrische Spule 80 vom elektronischen Stellantriebssystem 25 betätigt, was einen Magnetfluss erzeugt, der sich durch die Lagergarnitur 32 und durch das Stellantriebskolbenelement 40 bewegt. Dieser Flusskreislauf 90 ist in 4 gezeigt. Das Stellantriebskolbenelement 40, das aus Metall ist, reagiert als Reaktion auf den Magnetfluss, um sich axial in eine Richtung gegen die Vorspannung des Federelements 60 (d. h. in eine axial nach unten gerichtete Richtung in den 3 und 4) zu bewegen. Da das Stellantriebswellenelement 42 und das Ventiltellerelement 46 mit dem Stellantriebskolbenelement 40 gekuppelt sind, werden sie zusammen (in einer senkrecht nach unten gehenden Richtung in 4) bewegt, wodurch das Ventiltellerelement 46 veranlasst wird, die Niederdruckfülllöcher 75 zu öffnen und die Bewegung des viskosen Fluids von der Reservoirkammer 70 zur Arbeitskammer 72 zu erlauben. Dies aktiviert die Drehbewegung des Rotorelements 50 und des Lüfterelements.
Wenn die an das elektronische Stellantriebssystem 25 gelieferte Leistung ”Aus” ist, spannt die Rückstellfeder 60 sich wieder in ihre natürliche Stellung vor, wodurch das Ventiltellerelement 46 nach oben gezogen wird (senkrecht nach oben in 3). Dies bedeckt die Niederdruckfülllöcher 75 und hindert viskoses Fluid daran, von der Reservoirkammer 70 in die Arbeitskammer 72 einzutreten. Aufgrund des Abstreifersystems kehrt Fluid in der Betriebskammer (und Arbeitskammer) dann in die Reservoirkammer zurück, und der Rotor und das Lüfterelement hören auf zu drehen.
Zwischen den ”Ein”- und ”Aus”-Stellungen kann die Viskokupplung in einer teileingerückten Stellung arbeiten und so die Drehung des Lüfterelements mit jeder beliebigen Drehzahl erlauben. Durch Verringern (oder nur teilweise Erhöhung) der Leistungsmenge an das elektronische Stellantriebssystem 25 wird der zur Bewegung des Stellantriebskolbenelements 40 verfügbare Magnetfluss verändert. Dies positioniert den Rotor in einer teilweise offenen/geschlossenen Stellung und dosiert die Menge an viskosem Fluid, das in die Betriebskammer eintreten kann und dort zurückgehalten wird. In Wirklichkeit pulsiert oder vibriert das Rotorelement und öffnet und schließt die Fülllöcher 75 abwechselnd um die erforderliche Zeit, um es der erforderlichen Menge an viskosem Fluid zu erlauben, in der Arbeitskammer vorhanden zu sein und so die Drehzahl des Lüfterelements präzise zu steuern. Dieser Schlupf zwischen den Eingangselementen und den Ausgangselementen, der die Lüfterelemente als eine Funktion der Eingangsdrehzahl (die eine Funktion der Menge an in der Arbeitskammer enthaltenen viskosem Fluid ist) antreibt, wird von einem Durchschnittsfachmann verstanden. Dies ist die so genannte teileingerückte oder Mitteldrehzahlstellung.
Wenn die Leistungsversorgung des elektronischen Stellantriebsmechanismus 25 völlig abgeschaltet wird, wodurch der Magnetfluss entfällt, der den Stellantriebskolben 40 gegen die Kraft der Rückstellfeder 60 antreibt, ist die Rückstellfeder 60 konstruiert, um das Ventiltellerelement 46, das Stellantriebswellenelement 42 und das Stellantriebskolbenelement 40 zurück in ihre Ruhestellungen zu zwingen (senkrecht nach oben in 3).
Die Menge an gelieferter elektrischer Leistung hinsichtlich der Impulsbreitenmodulation (PWM) vom externen Steuergerät 76 und der Leistungsquelle zum Verstärken der Menge an erzeugtem Magnetfluss, um den Stellantriebskolben 40 anzutreiben, wird von einem externen Steuergerät bestimmt. Wie oben angegeben, empfängt das Steuergerät 76 einen Satz von elektrischen Eingangssignalen von verschiedenen Motorsensoren 78, die verschiedene Motorbetriebszustände bezüglich der Motortemperatur überwachen. Wenn so zum Beispiel das externe Steuergerät 76 bestimmt, dass die Motorkühlmitteltemperatur zu hoch ist, wird ein Signal vom Steuergerät an den Stellantrieb 25 gesendet, um die elektrische Spule 80 zu betätigen. Dies lässt die Fülllöcher offen, um den ganzen viskosen Fluidfluss an die Betriebs- und Arbeitskammer zu liefern.
Andererseits, wenn das Steuergerät 76 feststellt, dass einer oder mehrere dieser Sensoren erfasst, dass der Motor innerhalb des gewünschten Bereichs arbeitet, senden das externe Steuergerät und die Leistungsquelle keine elektrische Leistung an die Spule 80 und verhindern so den Betrieb des Lüfters. Unter dieser Bedingung tritt kein viskoses Fluid in die Betriebskammer oder die Arbeitskammer ein, und die Schlupfmenge in den Anschlussflächen zwischen dem Rotorelement und dem Abdeckungselement und/oder Körperelement für den Antrieb des Rotorelements nimmt ab, um die Drehzahl wegzunehmen. Auch wenn der Motor abgestellt ist und somit kein Magnetfluss erhalten wird, um den Stellantriebskolben 40 zu bewegen, hält die Rückstellfeder 60 den Ventilteller 46 gegen die Fülllöcher. Dies ermöglicht es dem viskosen Fluid, aus der Betriebskammer in die Reservoirkammer abzufließen. Dies minimiert oder verhindert den als ”morgendliche Übelkeit” bekannten Zustand.
Wie Durchschnittsfachleute wissen, hängt die tatsächliche Menge an Impulsbreitenmodulation PWM, die notwendig ist, um die Spule 80 anzuregen, von vielen Faktoren ab, einschließlich der Stärke der Rückstellfeder 60. Außerdem kann die Größe der Fülllöcher 75 die notwendige Vorspannmenge beeinflussen.
Bei einer typischen Viskofluidkupplungsvorrichtung dieser Art besteht das Stellantriebswellenelement 42 aus rostfreiem Stahl, das Mittelwellenelement 28 besteht aus Kohlenstoffstahl, und das Antriebskolbenelement 40 besteht aus einem Kohlenstoffstahlelement. Das Wellenelement 28 kann auch einen Teil 29 aus rostfreiem Stahl haben. Eine Unterlegscheibe oder Buchsenelement 100 ist auch auf dem Stellantriebswellenelement 42 positioniert, wo es in die zentrale Bohrung oder den Hohlraum 43 eintritt. Bei der vorliegenden Erfindung besteht das Buchsenelement aus einem unmagnetischen (oder isolierenden) Werkstoff, um den Magnetflusspfad 90 daran zu hindern, es zu durchqueren und das Buchsenelement 100 einzuschließen. Wenn der Flusspfad das Buchsenelement einschließen würde, könnten das Stellantriebswellenelement 42 und das Stellantriebskolbenelement 40, ”festhängen”, d. h. magnetisch in der senkrecht nach oben weisenden Stellung blockiert sein (in 3), wodurch das Lüfterelement ausgerückt und der Motor möglicherweise überhitzt würde.
Ein mit Kragen versehenes Buchsenelement 100 ist in den 3 und 4 gezeigt und ist eine bevorzugte Ausführungsform der isolierenden unmagnetischen Unterlegscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung. Andere akzeptable Buchsenelemente umfassen Unterlegscheiben aus rostfreiem Stahl und Ähnliches.
Wie angegeben, um das ”Hängenbleiben” des Antriebswellenelements und des Stellantriebskolbenelements zu verhindern, sollte das Buchsenelement aus einem unmagnetischen Werkstoff hergestellt sein, wie zum Beispiel die bleifreien trockenen Buchsen DP4, die von GGB North America in Thorofare, New Jersey geliefert werden. Diese Buchsen sind aus einem mit Kupfer legierten Stahlwerkstoff hergestellt und mit einem Teflonwerkstoff umhüllt. Es ist natürlich auch möglich, andere isolierende oder unmagnetische Werkstoffe für das Buchsenelement zu verwenden, so lange die Gegenstände und Ziele der vorliegenden Erfindung erfüllt werden. Zum Beispiel könnte der Werkstoff für das Buchsenelement Bronze, Teflon, rostfreier Stahl, Aluminium, ein Verbundwerkstoff oder ein Polymerplastikwerkstoff sein. Das isolierende Buchsenelement 100 hindert die Flusslinie von der elektrischen Spule daran, die Buchse zu magnetisieren, die den Kolben 40 in einer unkorrekten Stellung halten könnte, wenn der elektrische Strom angelegt wird. Das Flussmuster würde den geringsten Widerstandsweg suchen, der der Anker zu der Eingangswelle 28 wäre, und sie magnetisch zusammenkleben. Die isolierende Buchse oder Unterlegscheibe 100 erzeugt so eine ”Magnetunterbrechung”, die das Auftreten einer solchen Situation verhindert.
Als eine weitere Ausführungsform der Erfindung könnte eine ”ausfallsichere” Ausführungsform geliefert werden. In dieser Ausführungsform würde ein Vorspannelement angeordnet, um eine Vorspannkraft zu liefern, die die Verbindung zwischen der Reservoirkammer und der Betriebskammer öffnet. In dieser alternativen Ausführungsform würde dann ein elektronischer Stellantriebsmechanismus von einem Steuergerät betätigt, wenn das System keine Kühlung mehr benötigt. Der Stellantrieb würde einen Magnetflusspfad erzeugen, der den Stellantriebskolben gegen die Kraft der Feder antreibt und dadurch das Drehen des Lüfters beendet. Diese Ausführungsform erzeugt einen ”ausfallsicheren” Modus, da, sollte das elektrische System des Fahrzeugs ausfallen oder auf andere Weise seinen Betrieb beenden, der Lüfter weiter arbeiten würde. Dies würde das Fahrzeugkühlsystem vor Überhitzung schützen und es dem Fahrer erlauben, das Fahrzeug zu einem sicheren Ort für seine Reparatur zu fahren.
Während die Erfindung in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen. beschrieben wurde, ist es klar, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Im Gegenteil, die Erfindung deckt alle Alternativen, Veränderungen und Äquivalente ab, die im Rahmen der beiliegenden Patentansprüche enthalten sein können.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Viskolüfterantriebsmechanismus für einen Lüfter. Es wird ein beweglicher Ventilteller bereitgestellt, der die Fluidmenge in der Betriebskammer steuert. Ein elektronisches Antriebssystem betätigt Kolben- und Wellenelemente, die den Ventilteller gegen die Vorspannung einer Rückstellfeder bewegen, um die Fülllöcher zu öffnen, eine Fluidverbindung zwischen den Reservoir- und Arbeitskammern zu ermöglichen und die Drehung des Lüfters zu erlauben. Ohne Betätigung des elektronischen Antriebssystems wird der Fluidfluss zur Arbeitskammer verhindert. Ein unmagnetisches oder isolierendes Buchsenelement, das den Kolben- und Wellenelementen benachbart ist, verhindert ein Hängenbleiben des Systems im Antriebszustand, wenn Leistung ausgeschaltet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6752251 [0008]
US 7293636 [0021]

Claims

Elektronisch gesteuerte Fluidkupplungsvorrichtung, die aufweist: ein Ausgangselement, das eine Mittelwelle enthält; ein Eingangselementlager, das um das Ausgangselement herum montiert ist, wobei das Eingangselement ein Körperelement und ein Abdeckungselement aufweist; ein Rotorelement, das an das Ausgangselement montiert und innerhalb des Abdeckungs- und des Körperelements enthalten ist; ein Reservoirabdeckungselement, das an das Eingangselement montiert ist, wobei das Reservoirabdeckungselement mindestens einen Füllanschluss hat; eine Fluidreservoirkammer, die zwischen dem Reservoirabdeckungselement und dem Rotorelement definiert ist, wobei die Fluidreservoirkammer eine Menge von viskosem Fluid enthält; eine Fluidarbeitskammer, die zwischen dem Rotorelement und dem Körperelement definiert ist, wobei die Fluidbetriebskammer mit der Fluidreservoirkammer über die Füllanschlüsse fluidisch gekuppelt ist; ein Mittelwellenelement, wobei das Mittelwellenelement als Reaktion auf ein Magnetfeld axial beweglich ist; ein Ventiltellerelement, das mit dem Mittelwellenelement gekuppelt ist, wobei das Ventiltellerelement in der Lage ist, die Füllanschlüsse zu bedecken, wenn das Ventilelement in einer ersten Stellung ist, wodurch das Fließen der Menge von viskosem Fluid von der Fluidreservoirkammer zur Fluidarbeitskammer verhindert wird, wobei das Ventiltellerelement in der Lage ist, die Füllanschlüsse teilweise zu bedecken, wenn das drehbare Ventilelement in einer Mittelebenenstellung ist, wodurch ein Teilfluss der Menge von viskosem Fluid von der Fluidreservoirkammer zur Fluidarbeitskammer erlaubt wird, um teilweise den Rotor und das Ausgangselement einzurücken, und das Ventiltellerelement in der Lage ist, die Füllanschlüsse vollständig aufzudecken, wenn das Ventilelement in einer zweiten Stellung ist, wodurch der volle Fluss der Menge an viskosem Fluid in die Fluidarbeitskammer erlaubt wird; ein unmagnetisches Buchsenelement in Wirkverbindung mit dem Mittelwellenelement; eine elektromagnetische Baugruppe, die auf das Eingangselement montiert ist; ein Steuergerät, das elektrisch mit der elektromagnetischen Baugruppe gekuppelt und geeignet ist, um einen elektrischen Strom an die elektromagnetische Baugruppe zu liefern, wobei die elektromagnetische Baugruppe in der Lage ist, selektiv ein Magnetfeld zu induzieren, wobei die Ventilelement-Baugruppe sich je nach der Stärke des Magnetfelds axial zwischen der ersten Stellung, der Mittelebenenstellung und der zweiten Stellung bewegt.
Fluidkupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, die weiter ein Vorspannfederelement aufweist, wobei das Federelement die Ventilteller-Baugruppe in Abwesenheit des Magnetfelds in der ersten Stellung hält.
Fluidkupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Eingangselement weiter ein Riemenscheibenelement mit Riemenantrieb enthält.
Fluidkupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Eingangselement weiter eine Wasserpumpenwelle aufweist.
Fluidkupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, die weiter mindestens einen Sensor aufweist, der elektrisch mit dem Steuergerät gekuppelt ist, wobei der mindestens eine Sensor abhängig von einem gewünschten Motorbetriebszustand ein elektrisches Signal an das Steuergerät sendet.
Fluidkupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, die weiter ein Vorspannfederelement aufweist, wobei das Federelement die Ventiltellerelement-Baugruppe in Abwesenheit des Magnetfelds in der zweiten Stellung hält.
Elektronisch gesteuerte Fluidkupplungsvorrichtung, die aufweist: ein Ausgangselement, das eine Mittelwelle enthält; ein Eingangselementlager, das um das Ausgangselement herum montiert ist, wobei das Eingangselement ein Körperelement und ein Abdeckungselement aufweist; ein Rotorelement, das an das Ausgangselement montiert und innerhalb des Abdeckungs- und des Körperelements enthalten ist; ein Reservoirabdeckungselement, das an das Eingangselement montiert ist, wobei das Reservoirabdeckungselement mindestens einen Füllanschluss hat; eine Fluidreservoirkammer, die zwischen dem Reservoirabdeckungselement und dem Rotorelement definiert ist, wobei die Fluidreservoirkammer eine Menge von viskosem Fluid enthält; eine Fluidarbeitskammer, die zwischen dem Rotorelement und dem Körperelement definiert ist, wobei die Fluidarbeitskammer mit der Fluidreservoirkammer über die Füllanschlüsse fluidisch gekuppelt ist; ein Mittelwellenelement, wobei das Mittelwellenelement als Reaktion auf ein Magnetfeld axial beweglich ist; ein Ventiltellerelement, das mit dem Mittelwellenelement gekuppelt ist, wobei das Ventiltellerelement in der Lage ist, die Füllanschlüsse zu bedecken, wenn das Ventilelement in einer ersten Stellung ist, und das Ventiltellerelement in der Lage ist, die Füllanschlüsse vollständig aufzudecken, wenn das Ventilelement in einer zweiten Stellung ist, ein unmagnetisches Buchsenelement in Wirkverbindung mit dem Mittelwellenelement; eine elektromagnetische Baugruppe, die an das Eingangselement montiert ist; ein Steuergerät, das elektrisch mit der elektromagnetischen Baugruppe gekuppelt und geeignet ist, um einen elektrischen Strom an die elektromagnetische Baugruppe zu liefern, wobei die elektromagnetische Baugruppe in der Lage ist, selektiv ein Magnetfeld zu induzieren, wobei die Ventilelement-Baugruppe sich je nach der Stärke des Magnetfelds axial zwischen der. ersten Stellung, der Mittelebenenstellung und der zweiten Stellung bewegt; und ein Vorspannfederelement, wobei das Federelement die Ventiltellerelement-Baugruppe in Abwesenheit des Magnetfelds in der ersten Stellung hält.
Fluidkupplungsvorrichtung nach Anspruch 7, die weiter mindestens einen Sensor aufweist, der elektrisch mit dem Steuergerät gekuppelt ist, wobei der mindestens eine Sensor abhängig von einem gewünschten Motorbetriebszustand ein elektrisches Signal an das Steuergerät sendet.
Fluidkupplungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Ventilelement in der Lage ist, in mehreren Mittelebenestellungen zwischen der ersten und der zweiten Stellung positioniert zu werden.