DE4013216A1 - Elektromagnetische steueranordnung fuer eine viskosfluid-geblaesekupplung - Google Patents

Description

Eine Viskosfluid-Kupplungsanordnung zum Drehantrieb eines Fahrzeugkühlgebläses ist bekannt. Ein mit mehreren Flügeln versehenes Gebläserad ist entfernbar an einem Kupplungskör­ per der Anordnung befestigt. Die Gebläse/Kupplungs-Anordnung ist zwischen einer Zubehör-Riemenscheibe einer Fahrzeugma­ schine (typischerweise der Wasserpumpen-Riemenscheibe) und einem Kühler angebracht. Die Kupplungsanordnung treibt das Gebläse mit hoher Drehzahl nahe der Eingangsdrehzahl an, wenn Kühlung erforderlich ist, und läßt, wenn keine Kühlung erforderlich ist, das Gebläse mit niedriger Drehzahl mitlau­ fen.

Typischerweise benutzt eine Kupplungsanordnung ein Steuer­ gerät zur Veränderung der Gebläsedrehzahl. Wenn Kühlung er­ forderlich ist, läßt das Steuergerät das Drehmoment von einer Eingangswelle auf das angebrachte Gebläserad übertra­ gen. Wenn keine Kühlung erforderlich ist, wird das eingegebe­ ne Drehmoment nicht zum Gebläserad übertragen, und so wird die Maschinenbelastung herabgesetzt und der Wirkungsgrad ver­ bessert.

Bei vielen Kupplungsanordnungen wird eine wendelförmig gewic­ kelte Bimetallspule benutzt als Steuergerät zur Änderung der Gebläsedrehzahl. Änderungen der Umgebungslufttemperatur las­ sen die Bimetallwicklung sich auf- bzw. abwickeln, um so eine Ventilplatte zu drehen und die Fluidströmung innerhalb der Kupplungsanordnung zu steuern. Wenn die Fluiddurchlässe geöffnet werden, läuft das Fluid zu einer Scherzone, so daß die Fluidscherkraft das anliegende Drehmoment auf das Geblä­ serad überträgt. Wenn die Fluiddurchlässe geschlossen sind, wird der größere Anteil des Fluides aus der Scherzone heraus­ gepumpt und die Drehzahl des Gebläses herabgesetzt. Ein re­ präsentatives Ausführungsbeispiel dieser Gebläsekupplungsart ist in US-PS 47 41 421 enthalten.

Diese Gebläsesteuerung ist verbesserungswürdig. Um den Wir­ kungsgrad zu verbessern, ist es wünschenswert, die Kühlmit­ teltemperatur der Maschine zu überwachen. Wenn die Tempera­ tur des Kühlmittels einen vorbestimmten Pegel erreicht, sollte das Kühlgebläse der Maschine betätigt werden. Es ist von Vorteil, bei einer Viskosfluid-Kupplungsanordnung eine Steuereinrichtung vorzusehen, die die Drehzahl des Gebläsera­ des aufgrund der Temperatur des Maschinenkühlmittelfluids und anderer strategisch überwachter Temperaturen steuert.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Viskosfluid-Antriebs­ einrichtung, die insbesondere für eine Gebläsekupplungsanord­ nung eines Fahrzeugs einsetzbar ist. Eine Gebläsekupplungsan­ ordnung benutzt eine elektromagnetische Steueranordnung er­ findungsgemäßer Art, um die Fluidströmung innerhalb der Kupp­ lungsanordnung und damit die Drehzahl eines Kühlgebläserades zu steuern. Verschiedene Sensoren können strategisch in einem Motorraum angeordnet und mit einen elektronischen Steu­ ermodul verbunden werden, d.h. einem Computer, um die elek­ tromagnetische Steueranordnung zu aktivieren. Wenn Kühlung erwünscht ist, kann ein Sensor ein Signal zum Computer senden, um die elektromagnetische Steueranordnung der vorlie­ genden Erfindung zu aktivieren, damit sie die Kupplungsanord­ nung zum Eingriff bringt und die Gebläsedrehung erhöht.

Die vorliegende Erfindung ergibt auch eine Gebläsekupplungs­ anordnung für ein Fahrzeug. Zu der Kupplungsanordnung gehört eine elektromagnetische Steueranordnung zur Betätigung einer drehbaren Ventilplatte. Eine Drehwelle ist mit der Ventil­ platte verbunden. Ein ferromagnetisches Element ist an der Welle gleitbar angebracht. Wenn eine Elektromagnetspule be­ aufschlagt wird, zieht der sich ergebende Magnetfluß das fer­ romagnetische Element an. Beim Gleiten wird das ferromagneti­ sche Element in Drehung versetzt, so daß eine Drehung der Welle erzeugt und dadurch die Ventilplatte geöffnet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Viskosfluid-Gebläse­ kupplung und eine an einer Eingangswelle angebrachte Klingenanordnung mit einer erfindungsgemäßen elektro­ magnetischen Steuereinrichtung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Kupp­ lungsanordnung aus Fig. 1, bei der eine Pumpplatte gedreht wurde, um Fluidströmung von einer Aufnahme­ kammer durch die Pumpplatte darzustellen,

Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer ferromagnetischen Hülse, eines Adapters und einer mit Anfasungen versehenen Welle in der elektro­ magnetischen Steuereinrichtung aus Fig. 1.

Fig. 1 stellt eine Anordnung 14 aus einem mehrflügligen Ge­ bläserad und einer Kupplungsanordnung dar zum Einziehen von Kühlluft durch den Kernbereich eines (nicht dargestellten) Fahrzeugkühlers, durch den Maschinenkühlfluid umläuft. Die Gebläse- und Kupplungsanordnung 14 ist am äußeren Ende einer drehend angetriebenen Welle 15 angebracht, deren inneres Ende mit einem Flansch 16 endet, der an einer üblichen ma­ schinengetriebenen Wasserpumpen-Riemenscheibe (nicht darge­ stellt) befestigt werden kann. Die Gebläserad- und Kupplungs­ anordnung 14 enthält einen schüsselförmigen Hauptkörper 18, der über ein Lager 22 drehbar mittig an der Welle 15 befe­ stigt ist. Der Hauptkörper 18 ist mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Klötzen 24 ausgestattet, an denen ein mehrflügliges Gebläserad 26, in Fig. 1 teilweise darge­ stellt, durch Gewindebefestiger 27 und 28 festgemacht ist.

Rippen 29 sind an der Außenfläche des Hauptkörpers 18 vorge­ sehen, um Wärme abzuleiten, die von einem in der Anordnung 14 enthaltenen Viskosfluid übertragen wird.

Eine Deckplatte 30 ist an einer Vorderfläche des Hauptkör­ pers 18 angebracht und bildet mit diesem zusammen ein Gehäu­ se und einen Behälter, wie später beschrieben. Die Deckplat­ te 30 ist schüsselförmig ausgebildet, und ihre äußere Ring­ kante 32 ist an dem Hauptgehäuse 18 mittels einer überbördel­ ten Ringlippe 34 aus dem Material des Hauptkörpers 18 gehal­ ten. Eine Ringdichtung 36, beispielsweise eine an Ort und Stelle ausgebildete Dichtung, sitzt zwischen der Kante 32 und der Vorderfläche des Hauptkörpers 18, so daß klein Fluid aus dem Inneren der Anordnung 14 austreten kann. Auch an der Außenfläche der Deckplatte 30 sind Rippen 37 zum Ableiten der von dem Fluid übertragenen Wärme angebracht.

Hinter der Deckplatte 30 ist eine scheibenartige Ringpump­ platte 38 angeordnet, deren Durchmesser etwas geringer als der der Deckplatte 30 ist. Die Pumpplatte 38 ist zum Antrieb an dem Hauptkörper 18 befestigt, und zwar wird sie durch die Deckplatte 30 an eine Ringschulter 39 (Fig. 2) des Hauptkör­ pers 18 angedrückt.

Die Pumpplatte 38 besitzt zwei diametral einander gegenüber­ liegende Durchlässe 40 in ihrem Zentralbereich. Im offenen Zustand lassen die Durchlässe 40 das Fluid in eine Sammelkam­ mer 41 (am besten in Fig. 2 gezeigt) einströmen, die durch die Pumpplatte 38, eine Kupplungsplatte 42 und einen Teiler­ ring 43 gebildet und begrenzt ist. Die Kupplungsplatte 42 ist an einer Zentralöffnung auf die Welle 15 aufgekeilt und sorgt für hydraulischen Antrieb des Hauptkörpers 18 und des daran angebrachten Gebläserades 26, wie beschrieben wird. Der vorzugsweise aus TEFLON (PTFE) gebildete Ring 43 ist in einer Ringnut 43 A in der äußeren Vorderfläche der Kupplungs­ platte 42 angebracht und verbessert, wie später beschrieben, das "Auspumpen", d.h. das Lösen der Kupplung. Ein Teilerring dieser Art ist in US-PS 47 41 421 beschrieben, die hier aus­ drücklich angeführt wird.

Nach Fig. 2 zwingen die Zentrifugalkräfte der sich drehenden Anordnung 14 den axialen Fluidstrom durch den Durchlaß 40 zu radialer Fluidnachströmung in die Sammelkammer 41, wie durch die Richtungspfeile 45 angedeutet.

Ein durch die Richtungspfeile 46 angezeigter axialer Fluid­ strom wird durch die bekannten Durchlässe 47 in der Kupp­ lungsplatte 42 in eine ringförmige Serpentinen-Fluidscherzo­ ne 48 gezwungen, die durch Nutzwischenräume zwischen in einer Rückfläche der Kupplungsplatte 42 ausgebildeten inein­ andergesetzten konzentrischen Ringstegen 49 und an einer In­ nenfläche des Hauptkörpers 18 ausgebildeten komplementären konzentrischen Ringstegen 50 gebildet ist.

In der Scherzone 48 geschertes Fluid überträgt das anliegen­ de Drehmoment von der drehangetriebenen Kupplungsplatte 42, die zentral auf die Welle 15 aufgekeilt ist, zur Schaffung eines hydraulischen Antriebs des Hauptkörpers 18 und des daran angebrachten Flügel-Gebläserades 26 zum Kühlgebläsebe­ trieb. Infolge des Schlupfes zwischen der Kupplungsplatte 42 und dem Hauptkörper 18 liegt die Gebläseraddrehzahl immer unter der Eingangsdrehzahl der Welle 15.

Ein zwischen der Deckplatte 30 und der Pumpplatte 38 ausge­ bildeter Behälterraum 52 enthält eine bestimmte Menge visko­ sen Fluides. Das Öffnen und Schließen der Durchlässe 40 zur Steuerung der Fluidzuführung in die Sammelkammer 41 wird durch eine Ventilplatte 54 erreicht, die sich von der An­ triebsverbindung mit einer Zentralwelle 56, die drehbar in einem im Zentralabschnit der Deckplatte 30 ausgebildeten Rohrnabenabschnitt 58 angebracht ist, weg erstreckt. Eine La­ gerhülse 60 nimmt die Zentralwelle 56 auf und stellt einen Umfangskontakt mit der Innenwand des Nabenabschnitts 58 her, um ein Austreten von Fluid in den Außenraum der Anordnung 14 zu verhindern.

In Fig. 2 wird durch den Richtungspfeil 69 A angezeigtes Fluid radial durch Zentrifugalkräfte nach außen getrieben und verläßt die Scherzone 48 zu einer Aufnahmekammer 66, die durch die Pumpplatte 38, die Kupplungsplatte 42 und den Tei­ lerring 43 gebildet und begrenzt ist. Fluid in der Aufnahme­ kammer 66 wird zu dem Behälter 52 zurückgeführt, wie durch Richtungspfeil 69 B bezeichnet, und zwar durch eine Vielzahl von Mundstücken oder Düsen 68 in einem Abschnitt der Pump­ platte 38, der mit der Aufnahmekammer 66 in Verbindung steht. Die Rückkehr des Fluides von der Aufnahmekammer 66 zu dem Behälter 52 ist bekannt und in der erwähnten US-PS 47 41 421 beschrieben.

Eine elektromagnetische Steueranordnung 70 ist in einen den Nabenabschnitt 58 umgebenden Hohlraum 63 eingepaßt. Die Steu­ eranordnung 70 enthält eine ferromagnetische Verschiebehülse 72, die zur Gleitbewegung in einem hohlzylindrischen Ab­ schnitt 74 eines Deckels 76 angebracht ist. Der Deckel 76 ist mittels Befestigungsteilen 78 entfernbar an der Deckplat­ te 30 angebracht. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser der Verschiebehülse 42 komplementär zum Innendurchmesser des hohlzylindrischen Abschnitts 74 ausgelegt.

Die Zentralwelle 56 ist an ihren ersten Ende in geeigneter Weise an der Ventilplatte 54 befestigt. Wie am besten in Fig. 3 zu sehen, ist die Welle 56 mit einem gefasten zweiten Ende 80 versehen, dass in der Darstellung mit quadratischem Querschnitt ausgeführt ist. Wenn die Welle 56 sich dreht, dreht sie die Ventilplatte 54 mit, so daß diese die Durchläs­ se 40 in der Pumpplatte 38 in der bereits beschriebenen Weise bedeckt oder freigibt.

Die Verschiebehülse 72 enthält eine Zentralöffnung 82, deren Querschnitt den des gefasten Endes 80 der Zentralwelle 56 komplementär ist, um dieses Ende aufzunehmen. Wenn das gefa­ ste Ende 80 in die Öffnung 82 eingepaßt ist, wird eine Dre­ hung der Verschiebehülse 72 durch das gefaste Ende 80 über­ tragen und ergibt eine Drehung der Zentralwelle 56.

Ein gestufter Abschnitt 84 mit verringertem Außendurchmesser ist an der Verschiebehülse 72 vorgesehen. Zwei schräg, d.h. windschief zur Hülsenachse verlaufende Nuten 86 A und 86 B sind im Außenumfang des gestuften Abschnitts 84 vorgesehen.

Ein Adapter 90 mit einem Flansch 92 und einem zylindrischen Abschnitt 94 ist in der Steueranordnung 70 angebracht. Der Flansch 92 wird durch eine Schulter 96 an dem Deckel 76 gegen die Deckplatte 30 gehalten. Der gestufte Abschnitt 84 der Verschiebehülse 72 ist gleitbar in dem zylindrischen Ab­ schnitt 94 des Adapters 90 aufgenommen. Zwei Schraubstifte 98 A und 98 B sind in einander gegenüberliegende Öffnungen im zylindrischen Abschnitt 94 eingeschraubt und reichen in die jeweiligen Nuten 86 A bzw. 86 B im gestuften Abschnitt 84.

Eine Wendelfeder 100 ist in einer Vertiefung 102 der Ver­ schiebehülse aufgenommen und über das gefaste Ende 80 der Zentralwelle 56 gepaßt. Ein Sitz 104 für das andere Ende der Feder 100 ist an einer Innenfläche des Deckels 76 vorgese­ hen.

Eine Elektromagnetspule 110 ist mit einer (nicht gezeigten) Stromquelle und mit Sensoren 112 verbunden, die in der Nähe des Deckels 76 angebracht sind. Vorzugsweise umgibt die Spule 110 das Außenende des zylindrischen Abschnitts 74 des Deckels 76. Wenn erforderlich, kann eine (nicht dargestell­ te) Lasche oder Klammer benutzt werden, um die Spule 110 an ihrem Platz zu halten.

Zum Gebrauch wird die Zentralwelle 56 an der Ventilplatte 54 so angebracht, daß die Durchlässe 40 der Pumpplatte 38 ge­ schlossen werden, wenn die Wicklung 110 nicht beaufschlagt ist. In dieser Stellung steht die Feder 100 nicht unter Druck. Wenn Kühlung der Maschine erforderlich ist, senden die Sensoren 112 ein Signal zur Beaufschlagung der Wicklung 110 durch ein (nicht dargestelltes) elektronisches Fahrzeug­ steuermodul, um in bekannter Weise einen Magnetfluß zu erzeu­ gen. Die Verschiebehülse 72 wird durch den Magnetfluß gegen die Wirkung der Feder 100 angezogen. Wenn die Verschiebehül­ se 72 in dem zylindrischen Abschnitt 74 gleitet (nach der Darstellung in Fig. 1 nach rechts), wandern die Stifte 98 A und 98 B in den jeweligen Nuten 86 A bzw. 86 B und erzeugen eine Verdrehung der Verschiebehülse 72, der Zentralwelle 56 und der daran angebrachten Ventilplatte 54. Wie bereits be­ schrieben, öffnet eine Drehung der Ventilplatte 56 die Durch­ lässe 40 der Pumpplatte 38, so daß sich ein Betrieb des Ge­ bläserades 26 mit hoher Drehzahl und eine Kühlwirkung für die Maschine ergibt.

Wenn keine Kühlung der Maschine erforderlich ist, entregen die Sensoren 112 über das elektronische Fahrzeugsteuermodul die Wicklung 110 so, daß kein Magnetfluß geschaffen wird. Die Feder 100 zwingt die Verschiebehülse 72 in ihre Ausgangs­ stellung (in der Darstellung in Fig. 1 nach links), wobei sich wieder die Verschiebehülse 72, die Zentralwelle 56 und damit die Ventilplatte 54 so drehen, daß die Durchlässe 40 der Pumpplatte 38 geschlossen werden.

Die Nuten 86 A und 86 B sind in ihrer Winkellage bezüglich der gestuften Abschnitte 84 und der Steuerwelle 56 so ausgelegt, daß ein gewünschtes Verdrehungsmaß der Verschiebehülse 72 während ihrer Axialbewegung erreicht wird. Beispielsweise können die Nuten 86 A und 86 B so eingesetzt sein, daß eine Verdrehung um 10° der Verschiebehülse 72 bei jeweils 6,35 mm (1/4 Zoll) Axialhub der Verschiebehülse 72 im zylindrischen Abschnitt 74 des Deckels 76 stattfindet.

Claims (4)

1. Elektromagnetische Steueranordnung für eine Viskosfluid- Kupplungsanordnung mit einer drehbaren Ventilplatte zur Steuerung von Fluidströmung zu einer Scherzone der Kupp­ lungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueran­ ordnung (70) umfaßt:

• a) eine mit der Ventilplatte (54) verbundene Welle (56);
• b) ein gleitbar an der Welle (56) angebrachtes und mit ihr so verbundenes ferromagnetisches Element (72), daß eine Drehung des ferromagnetischen Elements (54) auf die Welle (56) übertragen wird;
• c) benachbart zu dem ferromagnetischen Element (72) ange­ brachtes elektromagnetisches Mittel (110) zur Schaffung eines Magnetflusses; und
• d) Mittel (86 a, 86 b, 90, 98 a, 98 b) zum Drehen des ferro­ magnetischen Elements (72), während dieses an der Welle (56) in Reaktion auf den Magnetfluß gleitet.

2. Elektromagnetische Steueranordnung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Element (72) gleitbar in einem Zylinderteil (74, 90) mit einem ge­ schlossenen Ende (76) angebracht ist, daß eine Vorspannfe­ der (100) zwischen dem ferromagnetischen Element (72) und den geschlossenen Ende (76) des Zylinderteils (74, 90) vorgesehen ist; daß die drehbare Welle (56) mit ihrem ersten Ende an der Ventilplatte (54) angebracht und an ihren zweiten Ende mit einer Anfasung (80) versehen ist; daß eine Öffnung (82) in dem ferromagnetischen Element (72) vorgesehen ist zur gleitbaren Aufnahme von und in Formschluß mit dem angefasten Ende der Welle (56); und daß das Elektromagnetmittel (110) den Magnetfluß benach­ bart zum geschlossenen Ende (56) des zylindrischen Teils (74, 79) schafft, um das ferromagnetische Element (72) gegen die Federvorspannung (100) anzuziehen.

3. Elektromagnetische Steueranordnung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Drehen des ferro­ magnetischen Teils umfaßt:

• a) mindestens eine in der Winkellage bezüglich der Achse des zylindrischen Elements (74, 90) windschief ausgerich­ tete Nut (86 A, 86 B) in der Außenfläche des ferromagneti­ schen Elements (72), und
• b) mindestens ein Stiftteil (98 A, 98 B) in dem zylindri­ schen Teil (74, 90), wobei jedes Stiftteil (98 A, 98 B) gleitend in jeweils einer Nut (86 A, 86 B) aufgenommen ist.

4. Verfahren zur Drehzahlsteuerung eines in einem Motorfahr­ zeug an einer Viskosfluid-Kupplungsanordnung angebrachten Gebläserades, wobei die Kupplungsanordnung eine elektro­ magnetische Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 enthält, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Verfah­ ren ein die Erhöhung der Drehzahl des Gebläserades (26) erfordernder physikalischer Zustand mittels eines ein Aus­ gangssignal erzeugenden Sensors (112) erfaßt wird, daß das durch den Sensor (112) erzeugte Ausgangssignal zu einen elektronischen Steuermodul des Motorfahrzeugs über­ tragen wird; daß das elektronische Steuermodul dann das elektromagnetische Mittel (110) in der elektromagneti­ schen Steueranordnung (70) zur Schaffung des Magnetflus­ ses beaufschlagt; daß das ferromagnetische Element (72) an der Welle (56) gleitet und die Welle (56) in Abhängig­ keit von den Magnetfluß dreht; und daß die Drehung der Welle (56) eine Drehung der Ventilplatte (54) in der Weise verursacht, um so Durchlässe (40) in der Viskos­ fluid-Kupplungsanordnung (14) zu öffnen und einen Zufuhr­ strom von Viskos-Fluid in die Scherzone (48) der Kupp­ lungsanordnung (14) zu bewirken.