-
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
-
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 12. November 2012 eingereichten US-Anmeldung mit der lfd. Nr. 61/725,467, die mit der am 13. April 2011 eingereichten US-Patentanmeldung mit der lfd. Nr. 61/474,907, nun
PCT/US2012/032876 , eingereicht am 10. April 2012, mit dem Titel ”Compression Spring Members” verwandt ist.
-
TECHNISCHES GEBIET
-
Es werden Knickfederglieder, vorzugsweise für Reibungskupplungsanordnungen, offenbart.
-
HINTERGRUND
-
Wasserpumpen werden in wassergekühlten Kraftmaschinen, in erster Linie für den Betrieb von Fahrzeugen, wie zum Beispiel Automobilen und Lastwagen mit Brennkraftmaschinen, verwendet. Die Wasserpumpen werden in der Regel durch einen Riemen angetrieben, der an der Kurbelwelle der Kraftmaschine befestigt ist, und arbeiten somit mit einem gewissen Prozentanteil der Kraftmaschinendrehzahl. Die Pumpen weisen ein Laufrad auf, das zum Zirkulieren des Kraftmaschinenkühlmittels von der Kraftmaschine zum Kühler und zurück zum Halten des Kühlmittels innerhalb zulässiger Temperaturgrenzen, verwendet wird.
-
Es werden heutzutage Anstrengungen unternommen, den Energieverbrauch von Kraftmaschinennebenaggregaten, wie zum Beispiel Wasserpumpen, zu reduzieren und so die Kraftstoffökonomie zu verbessern und Emissionen zu reduzieren. Eine einzigartige Doppelmodus-Wasserpumpe wird in der US-Patentanmeldung mit der laufenden Nr. 61/474,862 offenbart. Die Vorrichtung wird mit weniger Energie betrieben, reduziert Kraftmaschinenlast, verbessert Kraftstoffökonomie und reduziert unerwünschte Emissionen.
-
Die in der laufenden Nr. 61/474,862 offenbarten Wasserpumpen haben zwei Betriebsmodi, einen durch den Kraftmaschinenriemen mechanisch angetriebenen ersten Modus und einen durch einen Elektromotor, wie zum Beispiel einen bürstenlosen DC-Motor (BLDC-Motor, brushless DC-Motor/bürstenloser Gleichstrommotor), betriebenen zweiten Modus. Die Komponenten für die beiden Betriebsmodi sind in einem Gehäuse enthalten, das das Riemenscheibenglied als Teil des Gehäuses enthält. Eine mit dem Laufrad der Wasserpumpe verbundene Welle ist in dem Gehäuse positioniert und wird in Abhängigkeit von bestimmten Faktoren durch einen Betriebsmodus oder den anderen gesteuert.
-
Das Gehäuse wird mit einer Eingangsdrehzahl durch den auf dem Riemenscheibenglied der Kraftmaschine positionierten Riemen gedreht. Ein Reibungskupplungsmechanismus ist innerhalb des Gehäuses vorgesehen, um selektiv mechanischen Betrieb der Wasserpumpe durch das Riemenscheibenglied zu gestatten. Es wird ein Solenoid verwendet, um den Betrieb des Reibungskupplungsmechanismus zu steuern. Ein Federglied ist vorgesehen, das über seinen Weg ”weicher wird” und die durch die Kupplung verbrauchte elektrische Energie auf ein Minimum reduziert.
-
Die Wasserpumpe wird normalerweise über den Großteil ihres Betriebsbereichs durch den Elektromotor angetrieben. Sind Spitzenkühlungsbedingungen erforderlich, übernimmt der mechanische Betriebsmodus, und die Wasserpumpe wird durch das Riemenscheibenglied direkt angetrieben. Die Doppelmodus-Kühlpumpe verbraucht weniger Energie, verbessert die Kraftstoffökonomie für das Fahrzeug und reduziert Emissionen.
-
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es wird ein verbessertes Federglied für einen Reibungskupplungsmechanismus für eine Doppelmodus-Wasserpumpe offenbart. Die einzigartige Struktur des Federglieds weist in seiner Leistung einen Bereich mit positiver Steifigkeit und einen Bereich mit negativer Steifigkeit auf. Bei Komprimierung des Federglieds nimmt die Federkraft schnell bis zu ihrem Maximum zu. Bei weiterer Komprimierung verringert sich die Federkraft fast linear auf einen geringen Wert.
-
Das Federglied weist eine kreisrunde Form und einen kreisförmigen Planaren Außenring und einen kreisförmigen Planaren Innenring auf. Der Mittelbereich des Federglieds ist konkav und weist mehrere Öffnungen oder ”Fenster” auf, die zwischen dem Innen- und Außenring positioniert sind. Die Ringe sind flach und verleihen der Struktur Steifigkeit und Starrheit.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Federglied aus einem dünnen Metallmaterial, vorzugsweise mit einer Dicke von ca. 0,3 mm, hergestellt. Aufgrund der konkaven Struktur der Vorrichtung beträgt die Höhendifferenz zwischen dem Innen- und dem Außenring bei der bevorzugten Ausführungsform ca. 2,5 mm.
-
Die Öffnungen im Mittelbereich sind vorzugsweise ”herzförmig”. Vorzugsweise sind sechs Öffnungen vorgesehen, obgleich auch eine andere Anzahl verwendet werden könnte. Die Bereiche zwischen den Öffnungen werden als ”Speichen” bezeichnet.
-
Bei Verwendung als Doppelmodus-Wasserpumpe ist das Federglied neben einer Ankerplatte positioniert, die durch eine Solenoidanordnung selektiv in einer Axialrichtung bewegt werden kann. Reibbelagsglieder sind mit einem um das Federglied positionierten Außenring verbunden oder daran befestigt und an einer Ankerplatte befestigt. Durch Rückkehr des Federglieds in seine normale Form werden die Reibbelagsglieder in Kontakt mit der Innenfläche des Pumpengehäuses bewegt und wird ein mechanischer Betrieb der Pumpe bewirkt.
-
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden unten in der folgenden Beschreibung der Erfindung bei Betrachtung zusammen mit den Zeichnungen und Ansprüchen dargelegt.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 stellt eine Wasserpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
-
2 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Wasserpumpe.
-
3 ist eine auseinandergezogene Ansicht der Komponenten der in den 1 und 2 gezeigten Wasserpumpe.
-
4 stellt eine Ausführungsform einer Reibungskupplung dar, die mit einer Doppelmodus-Wasserpumpe verwendet werden kann.
-
5 ist eine auseinandergezogene Ansicht der in 4 gezeigten Reibungskupplung.
-
6 ist eine Ausführungsform einer Druckfeder, die mit einer Doppelmodus-Wasserpumpe verwendet werden kann.
-
7 ist eine Querschnittsansicht eines Teils einer Doppelmodus-Wasserpumpe, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
-
8 ist eine vergrößerte schematische Teilquerschnittsansicht eines Teils von 7.
-
9 zeigt Komponenten einer Solenoidanordnung.
-
10 ist eine Federglieder umfassende Federkennlinie.
-
11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
-
12 ist eine Seitenansicht der Ausführungsform von 11.
-
13 zeigt eine Reibungskupplungsanordnung.
-
14 ist eine Querschnittsansicht der in 13 gezeigten Anordnung.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Zum besseren Verständnis der Grundzüge der vorliegenden Erfindung soll nunmehr auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen Bezug genommen werden, und für ihre Beschreibung werden spezielle Formulierungen verwendet. Es versteht sich aber, dass dadurch keine Einschränkung des Schutzbereichs der Erfindung beabsichtigt ist. Die Erfindung umfasst jegliche Alternativen und andere Modifikationen des Knickfederglieds und des Reibungskupplungsmechanismus, die für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise auf der Hand liegen würden.
-
Die hierin beschriebenen vorliegenden Erfindungen betreffen insbesondere Federglieder, die selektiv solenoidaktiviert sind, um den Betriebsmodus einer Doppelmodus-Wasserpumpe zu wechseln. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch in anderen Situationen und anderen Anordnungen für andere Produkte verwendet werden.
-
Zur Beschreibung der Struktur, der Verwendung und des Betriebs des erfindungsgemäßen Knickfederglieds und seiner Verbesserung gegenüber den in der US-Anmeldung mit der laufenden Nr. 61/474,862 offenbarten Druckfedergliedern wird zunächst die einzigartige und günstige Doppelmodus-Wasserpumpenanordnung in der Anmeldung erörtert.
-
Als eine Kühlmittelpumpe wird die Doppelmodus-Wasserpumpe unter den meisten Bedingungen elektrisch angetrieben. Allerdings kann sie auch mechanisch eingerückt werden, wo mehr Kühlung erforderlich ist. Somit wird die Wasserpumpe durch den Elektromotor angetrieben und betrieben, wenn das Fahrzeug unter den meisten normalen Bedingungen gefahren wird. Die Wasserpumpe ist dafür ausgelegt, während des ”ungünstigsten Falls” von Kühlbedingungen, wie etwa, wenn das Fahrzeug schwer beladen ist, wenn es einen Anhänger zieht, wenn es im Sommer bergauf fährt usw., durch den Riemen direkt von der Kraftmaschine mechanisch angetrieben zu werden. Dies stellt unter diesen Umständen die notwendige Kühlung bereit.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Doppelmodus-Wasserpumpe ist der Elektromotor ein bürstenloser DC-Motor (BLDC-Motor) und ist der Motor innerhalb einer Riemenscheibenanordnung positioniert. Außerdem ist die Pumpe dafür ausgelegt, bei Bedarf durch den Kraftmaschinenriemen wie etwa einen Schlangenkeilriemen, der an der Kurbelwelle der Kraftmaschine befestigt ist, mechanisch angetrieben zu werden.
-
Die Doppelmodus-Wasserpumpe wird in 1 gezeigt und ist allgemein durch die Bezugszahl 20 bezeichnet. Die Hybridwasserpumpe enthält eine Riemenscheibenanordnung 22 und ein Wasserpumpengehäuse 24. Die Riemenscheibenanordnung 22 weist ein Kupplungsgehäuseglied 26 und ein Riemenscheibenglied 28 auf. Das Riemenscheibenglied 28 weist Umfangsnuten 30 zum Antrieb durch einen (nicht gezeigten) Riemen auf.
-
In 2 wird eine Querschnittsansicht der Wasserpumpe 20 gezeigt, und in 3 wird eine auseinandergezogene Ansicht der Komponenten der Wasserpumpe 20 gezeigt.
-
Die Wasserpumpe weist eine Laufradwelle 40 auf, die innerhalb der Riemenscheibenanordnung 22 positioniert ist und die außerdem an einem Wasserpumpenlaufrad 42 befestigt ist. Die Laufradwelle 40 wird durch ein Nadellager 44 und durch ein mittleres Lager 84 in dem Pumpengehäuse 24 in Position Stelle gehalten. Um zu verhindern, dass Kühlmittel in der Pumpe in die Riemenscheibenanordnung leckt, wird eine Kühlmitteldichtung 46 verwendet.
-
Innerhalb eines Statorgehäuses 52 in der Riemenscheibenanordnung 22 ist ein Motorstator 50 positioniert. Zum Halten des Statorgehäuses 52 an dem Pumpengehäuse 24 wird eine Mutter, wie etwa eine Spannschlossmutter 54, verwendet.
-
Zum Ermöglichen einer freien Drehung der Riemenscheibenanordnung 22 relativ zu dem Pumpengehäuse ist zwischen dem Riemenscheibenglied 28 und dem Pumpengehäuse 24 ein zweites Nadellager 60 positioniert.
-
Innerhalb eines vorderen Lagerträgers 72 ist ein Motorrotor 70 positioniert, der vorzugsweise aus einem Aluminiummaterial hergestellt ist. Der Motor ist vorzugsweise ein bürstenloser DC-Elektromotor (BLDC-Elektromotor). Unmittelbar neben dem vorderen Lagerträger 72 ist ein Solenoidglied 80 positioniert. Neben der vorderen Abdeckung des Motorgehäuses 22 ist eine Reibungskupplungsanordnung 90 positioniert, die durch das Solenoidglied 80 betätigt wird. Zwischen dem Lagerträger 72 und der Laufradwelle 40 ist ein Lagerglied 84 positioniert.
-
Ein Befestigungsglied, wie etwa eine Sechskantmutter 92, befestigt die Riemenscheibenanordnung 22 über das vordere Lager 82 an der Laufradwelle 40. Wie insbesondere in den 2 und 3 angegeben ist, besteht die Riemenscheibenanordnung 22 aus zwei Teilen, nämlich aus einem Riemenscheibenglied 28 und einem Kupplungsgehäuse 26. Diese Konfiguration sichert die Verteilung der Belastung durch den Riemen zwischen dem hinteren Nadellager 60 und dem vorderen Kugellager 82, wodurch fliegende Lagerbelastungen eliminiert werden. Folglich werden die Lagerbelastungen minimiert, was zu einem beständigeren Produkt mit längerer Lebensdauer führt.
-
Wie angegeben, wird die Wasserpumpe normalerweise durch den Elektromotor angetrieben. Der Elektromotor wird durch eine Leiterplatte (nicht gezeigt), die mit Stiftkontaktgliedern 86 verbunden ist, elektrisch angetrieben. Zum Leiten der elektrischen Signale zu dem Elektromotorstator 50 und zu dem Solenoid 80 können elektrische Leitungen und Drähte in dem Gehäuse 25 und in dem Leiterrahmen 29 umspritzt sein. Ferner kommuniziert die Leiterplatte über das Fahrzeugkommunikationsnetz, wie etwa ein CAN-Netz, mit der elektronischen Steuereinheit (ECU) des Fahrzeugs. Die Pumpensteuerungs-Leiterplatte könnte ebenfalls innerhalb der Riemenscheibenanordnung 22 rückwärtig des Statorgehäuses 52 positioniert sein und eine Ringform aufweisen.
-
Die Drehzahl des Motors und somit die der Wasserpumpe wird gemäß der für die Kraftmaschine erforderlichen Kühlung gewählt. Sensoren führen der ECU relevante Daten zu, die daraufhin ein Signal an die Pumpensteuerung sendet, das die gewünschte Drehzahl anfordert. Daraufhin bestimmt die Pumpensteuerung, ob die gewünschte Drehzahl am besten unter Verwendung des Elektromotors oder dadurch, dass die Reibungskupplung eingerückt wird und das Laufrad direkt von der Riemenscheibe angetrieben wird, erzielt wird.
-
In 4 ist eine vergrößerte Ansicht der Reibungskupplungsanordnung 90 gezeigt, während in 5 eine auseinandergezogene Ansicht der Komponenten der Reibungskupplung 90 gezeigt wird. Die Reibungskupplung 90 enthält ein Kupplungsträgerglied 100, ein Flussplattenglied 102, ein Druckfederglied 104 und ein Reibbelagträgerglied 106. Teile des Reibbelagmaterials 108 sind, wie in 4 gezeigt, an dem Außenumfang des Trägers 106 befestigt. Die Reibbelagglieder 108 können aus irgendeinem herkömmlichen Reibmaterial sein und können irgendeine Form und Größe aufweisen. Obwohl das Reibbelagmaterial, wie in 4 und 5 gezeigt ist, mit mehreren getrennten Gliedern gezeigt wird, kann der Reibbelag ein einziges Teil sein oder irgendeine Anzahl getrennter Glieder, die um den Umfang des Reibbelagträgerglieds 106 positioniert sind, sein.
-
In 6 wird eine vergrößerte Ansicht einer Ausführungsform eines Druckfederglieds 104 gezeigt. Das Federglied 104 ein ”weich werdendes” Federglied, da die Kraft, die notwendig ist, um es zu komprimieren, mit zunehmender Durchbiegung abnimmt, nachdem die Durchbiegung einen gewissen Punkt erreicht hat.
-
Das Federglied 104 weist mehrere Löcher oder Öffnungen zur Befestigung an dem Reibbelagträgerglied und an dem Kupplungsträgerglied auf. Diesbezüglich sind an dem Druckfederglied 104 eine Reihe von vier Löchern 110 in der Weise vorgesehen, dass sie mit Öffnungen 112 in dem Reibbelagträgerglied 106 zusammenpassen. Zur Sicherung des Druckfederglieds 104 an dem Reibbelagträgerglied 106 sind mehrere Niete 114 oder dergleichen verwendet. Das Druckfederglied kann durch irgendein herkömmliches Verfahren, wie etwa durch Schweißen, Hartlöten, Gewindebefestigungselemente usw., mit dem Reibbelagträgerglied verbunden sein.
-
Die zweite Reihe von Öffnungen in dem Druckfederglied enthält vier Öffnungen 120. Diese Öffnungen sind mit entsprechenden Zapfengliedern 122 an dem Kupplungsträgerglied 100 zusammengefügt. Wenn die Reibungskupplungsanordnung 90 zusammengebaut wird, werden die Zapfenglieder 122 verformt oder verstemmt, um die Komponenten der Reibungskupplungsanordnung aneinander festzuhalten. Die Druckfedergliedausführungsform 104 weist ein Außenringglied 130 und ein Innenringglied 132 auf. Die beiden Ringglieder 130 und 132 sind durch mehrere Verbindungsglieder 134, 135, 136 und 137 miteinander verbunden.
-
Wenn sich die Reibungskupplungsanordnung 90 in der eingerückten Stellung befindet, wird ein Drehmoment von der Riemenscheibenanordnung 22 über die Reibbelagglieder 108 auf den Reibbelagträger 106 übertragen. Der Reibbelagträger überträgt das Drehmoment daraufhin über das Druckfederglied 104 auf den Kupplungsträger 100, der die Laufradwelle dreht.
-
Wenn die Reibungskupplungsanordnung 90 durch das Solenoid 80 erregt wird, wird die Flussplatte 102 aufgrund der in dem Luftspalt zwischen dem Solenoidkern 81 und der Flussplatte erzeugten Kraft zu der Solenoidanordnung angezogen. Während sich die Flussplatte 102 in Richtung des Solenoids bewegt, wird das Druckfederglied 104 komprimiert, wodurch das Reibbelagträgerglied 106 und die Reibglieder aus ihren eingerückten Stellungen gegen die Innenseite des Kupplungsgehäuseglieds 26 freigegeben werden. Im komprimierten Zustand sind die Verbindungsglieder 134, 135, 136 und 137 geknickt und verwunden. In dieser Stellung wird die Wasserpumpe nur durch den Elektromotor betrieben.
-
Die Flussplatte 102 ist durch Zungen 107 (4) fest an dem Reibbelagträger 106 angebracht. Die axiale Bewegung der Kupplungsanordnung wird durch den Eingriff der Zungen 103 an der Flussplatte 102 innerhalb von Taschen 101 an dem Kupplungsträgerglied 100 (5) begrenzt. Diese Begrenzung der axialen Bewegung verhindert, dass die Polplatte mit dem Solenoidkernglied 81 in Kontakt gelangt, während sich die Polplatte mit der Laufraddrehzahl dreht und der Solenoidkern feststehend ist.
-
Die Federkennlinien, die den Betrieb des Druckfederglieds 104 mit dem später besprochenen Knickfederglied 150 vergleichen, werden in 10 gezeigt. Wie in 10 gezeigt, erreicht die Federkennlinie 140 mit den Federgliedern 104 schnell eine maximalen Krafthöhe 140A und benötigt daraufhin, nachdem es begonnen hat, sich zu verformen, weniger Kraft, um das Federglied weiter durchzubiegen. Dies bedeutet, dass, nachdem die Druckfeder den Punkt 140A erreicht hat, weniger Kraft erforderlich ist, die Feder weiter durchzubiegen und somit zu verhindern, dass die Reibungskupplungsanordnung die Innenseite des Gehäuses berührt. Nachdem die zum Knicken oder Verformen der Feder erforderliche maximale Krafthöhe erreicht ist, ist somit zunehmend weniger Kraft erforderlich, um die Feder weiter durchzubiegen und somit einen vollständigen Betrieb der Wasserpumpe durch den Elektromotor zu gestatten. Das weicher werdende Federglied ermöglicht somit die Minimierung des parasitären Verbrauchs von elektrischer Energie des Auskupplungssolenoids 80.
-
Bei Kraftfahrzeugzubehör, wie etwa Klimaanlagenkompressoren, Pumpen usw., ist es üblich, durch Federn eingerückte, elektromagnetisch ausgerückte Kupplungen zu verwenden, um den Antrieb für die Zubehörkomponente wahlweise ein- und auszuschalten. Üblicherweise erfolgt dies, um Energie zu sparen, wenn die Vorrichtung nicht benötigt wird. Üblicherweise sind diese Vorrichtungen so ausgelegt, dass sie mittels Feder eingerückt werden, so dass die Zubehörvorrichtung im Fall einer Steuerungsstörung, wie etwa eines Verlusts von elektrischer Energie, angetrieben wird. Dies erfolgt zur Bereitstellung einer Fail-Safe-Funktionalität, d. h., dass die Vorrichtung standardmäßig in ihrem ”Ein”-Zustand ist, wenn sie nicht mit Energie versorgt wird.
-
Wie oben angegeben, stellt die Doppelmodus-Wasserpumpe eine ”Fail-Safe”-Reibungskupplungsausführung bereit. Wenn das elektrische System des Fahrzeugs versagen sollte, würde das Solenoid entregt werden, wodurch der Feder 104 gestattet werden würde, die Reibkupplungsanordnung mit dem Kupplungsgehäuse in Eingriff zu bringen. Deshalb würde die Pumpe im mechanischen Modus betrieben werden, wobei dann das Laufrad durch die Riemenscheibe über die Kupplungsanordnung angetrieben wird. Die Kupplung ist somit immer dann eingerückt, wenn eine Zirkulation von Kühlmittel erforderlich ist.
-
Der Hauptnachteil dieser ”Fail-Safe”-Kupplungsausführungen besteht darin, dass sie ständig elektrische Energie benötigen, um die Vorrichtung ausgerückt zu halten, wenn sie nicht benötigt wird. Für viele Zubehörvorrichtungen kann dieser Zustand einen großen Prozentanteil ihrer Betriebslebensdauer bilden. Darüber hinaus benötigen diese Vorrichtungen häufig mehr als 20 Watt elektrische Leistung, was ein erheblicher Teil der Lichtmaschinenausgabe sein kann. In modernen Fahrzeugen, die eine große Anzahl elektrischer Komponenten (Sitzheizungen, Fensterentfroster, elektrische Sitzverstellungen und eine ganze Anzahl weiterer Vorrichtungen) nutzen, ist es nicht ungewöhnlich, dass die maximale Leistungsfähigkeit der Lichtmaschine überschritten wird.
-
Eine Ausführungsform einer Solenoidanordnung wird in den 7–9 gezeigt. Sie wird mit der Bezugszahl 250 bezeichnet. In den Querschnittsansichten der 7 und 8 werden Komponenten der Doppelmodus-Wasserpumpe, die jenen der oben beschriebenen Wasserpumpe entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
-
Die Solenoidanordnung enthält einen Solenoidkern 260, ein Spulenglied 270, ein Flussplattenglied 280, eine Ankerplatte 290 und ein Anschlagglied 200.
-
Der Solenoidkern weist im Grunde eine Teller- oder Tassenform mit einem Hohlraum 262 auf und ist vorzugsweise aus einem magnetischen Metallmaterial, wie zum Beispiel kohlenstoffarmem Stahl, hergestellt. Das Spulenglied ist aus einem gewickelten Kupferdraht hergestellt und weist eine typische Ringform auf. Bei der Montage wird das Spulenglied 270 in den Hohlraum 262 in dem Solenoidkern 260 eingepresst oder vergossen, um Luftspalte auf ein Minimum zu reduzieren.
-
Das Flussplattenglied 280 weist ein Außenringglied 282 und ein Innenringglied 284 auf. Die beiden Ringglieder sind durch mehrere Verbindungsglieder 286 (auch als ”Brückenglieder” bezeichnet) verbunden. Obgleich in 9 drei Verbindungsglieder 286 gezeigt werden, ist die Anzahl nicht entscheidend. Es kann mehr oder weniger Verbindungsglieder geben. Die Verbindungsglieder sind vorzugsweise jedoch relativ schmal und voneinander beabstandet, so dass das Außen- und Innenringglied durch einen isolierenden ringförmigen Luftspalt 288 angemessen voneinander getrennt sind.
-
Das Flussplattenglied 280 ist aus einem magnetischen Metallmaterial, wie zum Beispiel kohlenstoffarmem Stahl, hergestellt. Das Flussplattenglied 280 ist in den Hohlraum 262 im Solenoidkern 260 oben auf das Spulenglied 270 gepresst und ist vorzugsweise direkt am Spulenglied positioniert.
-
Der Solenoidkern 260 weist eine mittlere Öffnung 264 mit einen ringförmigen Flansch 266 auf, der die Positionierung des Solenoidkerns um das mittlere Wellenglied 40 in der Doppelmodus-Wasserpumpe gestattet. Das Spulenglied 270 weist eine entsprechende Öffnung 272 auf, die eng um den Flansch 266 sitzt.
-
Die Ankerplatte 290 ist auch aus einem magnetischen Metallmaterial, wie zum Beispiel kohlenstoffarmem Stahl, hergestellt. Sie weist eine mittlere Öffnung 292 zur Positionierung um das Wellenglied 40 und das Anschlagglied 300 auf.
-
Das Anschlagglied 300 ist aus einem nicht magnetischen Material, wie zum Beispiel Aluminium oder rostfreiem Stahl, hergestellt. Es weist eine mittlere Öffnung 302 zur Positionierung um das Wellenglied 40 und weiterhin ein Absatz- oder Schulterglied 304 auf. Die Länge des Körpers des Anschlagglieds ist dazu bemessen, an den Lagergliedern 84 oder einem anderen Glied, das sich in der Doppelmodus-Wasserpumpe nicht axial bewegen kann, anzuliegen. Dies verhindert, dass das Anschlagglied axial gleitet oder sich axial bewegt.
-
Wie in den Zeichnungen gezeigt, ist die Höhe 306 des Absatz- oder Schulterglieds 304 höher oder größer als die Höhe oder der obere Rand 268 des Solenoidkerns 260. Dies verhindert, dass der Anker 290 in direkten Kontakt mit der Flussplatte 280 kommt, wenn das Solenoid aktiviert ist. Dazu weist die Ankerplatte 290 eine ordnungsgemäß bemessene mittlere Öffnung 292 oder eine Reihe von Fingergliedern 294 auf, die es der Ankerplatte gestatten, das Absatz- oder Schulterglied 304 zu berühren.
-
Ein verformbares Federglied 310 ist in Kontakt mit der Ankerplatte 290 positioniert (siehe 7). Der Außenring des Federglieds 310 ist an ein ringförmiges Reibungsträgerglied 312 befestigt, das Reibglieder 314 hat, die darauf positioniert sind (siehe auch 13 und 14, wie unten beschrieben). Der radial innere Rand des Federglieds 310 ist zwischen dem Anschlagglied 300 und dem Abstandsglied 301, das gegen das Lager 82 stößt, fixiert.
-
Bei Normalbetrieb der Doppelmodus-Wasserpumpe ist die Solenoidanordnung aktiviert. Die Flussplatte 280, die durch die Solenoidspule 270 erregt wird, zieht die Ankerplatte 290 gegen den Absatz oder die Schulter am Anschlagglied 300. Dadurch wird das Federglied 310 komprimiert und geknickt und verhindert, dass die Reibglieder 314 die Innenseite des Pumpengehäuses berühren. Dies gestattet, dass die Wasserpumpe allein durch den Elektromotor gedreht wird. Wenn es erforderlich ist, die Wasserpumpe mechanisch zu betreiben (wie oben erläutert) oder sie in beiden der Doppelmodi zu betreiben, wird die Energieversorgung des Solenoids abgeschaltet. Dies gestattet es dem Federglied 310, in seinen Ruhezustand zurückzukehren, und drückt die Reibglieder 314 in Kontakt mit dem Pumpengehäuse.
-
Der Flusskreis 320 wird in 8 gezeigt. Die Flusslinien verlaufen ausgehend von dem Solenoidkern 260 in das Innenringglied 284, wo sie durch den Luftspalt 322 springen, die Ankerplatte 290 durchlaufen, zu dem Außenringglied 282 der Flussplatte zurückspringen und letztendlich zu dem Solenoidkern zurückkehren.
-
Die Flussplatte 280 reduziert den Widerstand des Solenoids. Dies gestattet, dass der Solenoid mehr Kraft hat. Des Weiteren reduziert die Flussplatte den zum Aufrechterhalten der gleichen Kraft erforderlichen Strom.
-
Das einzigartige Knickfederglied 310 wird in den 11 und 12 ausführlicher gezeigt. Das Federglied weist ein Außenringglied 352 und ein Innenringglied 354 und einen konvexen mittleren Teil 356 auf. Das Innenringglied 354 ist an der mittleren Welle 40 fixiert.
-
Mehrere Öffnungen oder ”Fenster” 360 und mehrere Speichenglieder 362 sind in dem mittleren Teil 356 vorgesehen. Die Fenster 360 sind vorzugsweise herzförmig mit den zugespitzten Enden der Öffnungen neben dem Innenringglied 354. Die mit ”A” markierten Bereiche in 11, die allgemein zwischen den radial nach außen weisenden Lappen der herzförmigen Öffnungen positioniert sind, gewährleisten zusätzliche Steifigkeit für das Federglied 310.
-
Vorzugsweise sind sechs Öffnungen 360 und sechs Speichen 362 vorgesehen, obgleich die Anzahl von Öffnungen und Speichen in einem Bereich zwischen 4 und 8 liegen könnte. Unter vier Speichen könnten die Speichen zu breit sein, wodurch die Feder zu starr wird, und bei über 8 Speichen könnten die Speichen zu schmal sein und keine ausreichende Rückstellvorspannkraft zum effektiven Erreichen der Vorteile der Erfindung bereitstellen.
-
Mehrere Löcher 370 sind am Außenring 352 vorgesehen. Die Löcher werden zum Montieren des Reibglieds 314 oder eines ringförmigen Trägerglieds 312 mit Reibgliedern daran verwendet. Solch ein Trägerglied wird in den 13 und 14 gezeigt.
-
Wie aus den 11 und 12 hervorgeht, ist der mittlere Teil 356 bezüglich des Innen- und Außenrings konkav. Der Innenring 354 und der Außenring 352 bleiben im Wesentlichen flach und im Wesentlichen planar. Damit der mittlere Teil konkav sein kann und knicken kann und zu seiner normalen Form zurückkehren kann, sind eine innere kreisförmige Biegenut 380 und eine äußere kreisförmige Biegenut 382 vorgesehen.
-
Wenn die Form des Knickfederglieds ausgebildet ist, werden der Innen- und Außenring festgeklemmt, während eine Presse oder eine andere Vorrichtung zur Bildung der konkaven Struktur des mittleren Teils verwendet wird.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke des Metallmaterials für das Federglied ca. 0,3 mm. Des Weiteren beträgt der Abstand ”D” in 12 ca. 2,5 mm. Das Metallmaterial für das Federglied 150 ist vorzugsweise Federstahl. Diese Abmessungen und die Materialart sind jedoch nicht entscheidend und werden von der Größe und den Spezifikationen der Vorrichtung sowie der Erfahrung des Konstrukteurs abhängen.
-
Eine Federkennlinie des konkaven Knickfederglieds 310 ist in 10 gezeigt und wird durch die Bezugszahl 311 bezeichnet. 10 umfasst die lokale Verformungslinie des Federglieds 310 im Vergleich zu der Federkennlinie des oben beschriebenen Druckfederglieds 104.
-
Das Knickfederglied stellt die Einrückkraft für die Reibkupplung im mechanischen Modus der Doppelmodus-Wasserpumpe bereit. Des Weiteren überträgt das Federglied Drehmoment. Wie in 10 gezeigt, stellt die einzigartige Struktur des Federglieds weiterhin einen Bereich von positiver Steifigkeit 313 und einen Bereich von negativer Steifigkeit 315 bereit. Der negative Bereich ist viel breiter als der positive Bereich.
-
Die Struktur und die Ausführung des Federglieds sind leichter herzustellen und können leichter Toleranzen halten als das Federglied 104. Die Herstellung der Werkzeugausrüstung ist nicht schwierig, und die Positionierung beim Stanzen ist leichter. Der Zusammenbau zu einem Reibungskupplungsmechanismus ist auch einfacher und weniger zeitaufwändig, da es keine Niete, Überlappungs- oder Punktschweißung gibt.
-
Wie in 10 gezeigt, nimmt die Federkraft bei Komprimierung der Feder 310 schnell auf ihr Maximum 310A zu. Bei weiterer Komprimierung verringert sich die Federkraft relativ linear auf einen sehr geringen Wert. Der Gesamtweg der Feder kann bei nur 2,0 mm liegen, was für einige Anwendungen sehr nützlich sein kann.
-
Die einzigartige Konfiguration überträgt auch Drehmoment von dem Außenring auf den Innenring.
-
Die 13 und 14 stellen weitere Details und Merkmale der Ankerplatte 290, des Reibungskupplungsträgerglieds 312 und des Reibglieds 314 bereit. Das Reibungsträgerglied 312 weist eine kreisförmige Gestalt auf und ist durch mehrere Befestigungselemente 400, wie zum Beispiel kleine Schrauben und Mutter, am Federglied 310 befestigt. Mehrere Reibglieder 314 sind um das Äußere des Trägerglieds 312 positioniert. Die Anzahl von Reibgliedern 312 ist nicht entscheidend, und obgleich acht gezeigt werden, könnte die Anzahl größer oder kleiner als acht sein. Weiterhin ist es möglich, dass ein einziges ringförmiges Reibglied vorgesehen ist (mit einer Kegelstumpfform).
-
Das Reibungsträgerglied 312 ist auch am Ankerplattenglied 290 befestigt. Mehrere Verbindungsglieder 402 sind vorgesehen, die durch Befestigungselemente 404, wie zum Beispiel kleine Schraubenelemente, an der Ankerplatte angebracht sind. Wie in 13 gezeigt, fällt die Position der Verbindungsglieder 402 mit den herzförmigen Öffnungen 360 im Federglied 310 zusammen.
-
Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht sich auch, dass sie nicht darauf beschränkt sein soll, da Änderungen und Modifikationen daran ausgeführt werden können, die innerhalb des vollen Schutzumfangs dieser Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche näher ausgeführt, liegen.
