DE4013216C2 - Elektromagnetische Steueranordnung für eine Flüssigkeitstreibkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Steueranord­ nung für eine Flüssigkeitsreibkupplung mit einer drehbaren Ventilplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Flüssigkeitsreibkupplungen zum Antrieb eines Fahrzeugkühlge­ bläses sind bekannt. Dabei ist an einem Kupplungskörper der Anordnung ein Gebläserad befestigt. Die Gebläse/Kupplungs­ anordnung ist zwischen einer Riemenscheibe einer Fahrzeugma­ schine und einem Kühler angebracht. Ist eine Kühlung erfor­ derlich, so treibt die Kupplungsanordnung das Gebläserad mit einer nahe der Eingangsdrehzahl liegenden Drehzahl an, ande­ renfalls läuft es mit niedriger Drehzahl mit.

Üblicherweise regelt ein Steuergerät das von einer Eingangs­ welle auf das angebrachte Gebläserad übertragene Drehmoment und verändert so die Gebläsedrehzahl. Ist keine Kühlung er­ forderlich, so wird kein Drehmoment auf das Gebläserad über­ tragen, womit die Maschinenbelastung herabgesetzt und der Wirkungsgrad verbessert wird.

Flüssigkeitsreibkupplungen sind aus der EP 0 316 137 A2, der EP 0 045 037 A2 und der EP 0 081 311 A2 bekannt. Bei diesen Anordnungen steuert eine Ventilscheibe durch Öffnen und Schließen von Fluiddurchlässen den Fluidstrom zu einer Scher­ zone, in der die Fluidscherkraft das anliegende Drehmoment auf ein Gebläserad überträgt. Ferner ist ein einen Magnet­ fluß erzeugendes Element vorgesehen, welches von einer Steuereinheit beaufschlagt werden kann. Erfaßt ein Sensor eine vom Kühlmittel überschrittene Temperaturgrenze, so wird die Ventilscheibe in Richtung des den Magnetfluß erzeugenden Elements angezogen und in Reibeingriff mit einem gegenüber der Ventilscheibe rotierenden Mittel gebracht. Das damit auf die Ventilscheibe einwirkende Moment verdreht die Scheibe gegen die rückstellende Wirkung einer Feder um einen bestimm­ ten Winkel, wodurch Fluiddurchlässe geöffnet werden und das Fluid in die Scherzone einströmen kann. Wird der Magnetfluß abgeschaltet, so dreht die Feder die Ventilscheibe in die Ausgangsposition zurück und die Fluiddurchgänge werden wie­ der verschlossen. Da zum Offenhalten der Fluiddurchgänge immerwährender Reibeingriff zwischen der Ventilscheibe und dem gegenüber der Ventilscheibe rotierendem Mittel vorgese­ hen ist, wird die Antriebsmaschine unnötig belastet und der Wirkungsgrad herabgesetzt. Weiterhin können infolge des fortgesetzten Reibeingriffs Abnutzungserscheinungen an der Kupplungsanordnung auftreten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte elektromagnetische Steueranordnung für eine Flüssigkeitsreib­ kupplung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die die Gebläsedrehzahl in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur regelt, eine unnötige Belastung der Antriebsmaschine vermei­ det und Abnutzungserscheinungen der Steuerordnung vorbeugt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung geht von einer bekannten Flüssig­ keitsreibkupplung mit einer angetriebenen Welle und einer Scherzone aus. Die Flüssigkeitsreibkupplung benutzt eine elektromagnetische Steueranordnung erfindungsgemäßer Art, um die Fluidströmung innerhalb der Kupplungsanordnung, und damit die Drehzahl eines Kühlgebläserades, zu steuern. Ver­ schiedene, strategisch im Motorraum angeordnete Sensoren kön­ nen mit einem Steuermodul verbunden werden, z. B. einem Compu­ ter, um die elektromagnetische Steueranordnung zu aktivie­ ren. Eine Drehwelle ist an ihrem einen Ende mit der Ventil­ platte verbunden. An ihrem anderen Ende ist ein ferromagne­ tisches Element gleitfähig und drehfest angeordnet. Das ferromagnetische Element weist windschiefe Nuten in seinem Außenumfang auf und ist ebenfalls gleitbar in einem Zylinder­ element vorgesehen. An dem Zylinderteil sind vorstehende Stifte angebracht, welche mit den entsprechenden Nuten des ferromagnetischen Elements in Gleiteingriff stehen. Wird eine nahe dem ferromagnetischen Element angeordnete Elektro­ magnetspule beaufschlagt, so zieht der sich ergebende Magnet­ fluß das ferromagnetische Element gegen die Wirkung einer rücktreibenden Feder an. Das ferromagnetische Element wird durch Gleiten in den windschiefen Nuten gedreht und über­ trägt diese Drehung über die Drehwelle auf die Ventilplatte, wodurch die Fluiddurchlässe geöffnet werden und Fluid in die Scherzone gelangen kann. Beim Abschalten des Magnetflusses schiebt die rücktreibende Feder das ferromagnetische Element wieder in seine Ausgangsposition zurück und schließt somit durch entgegengesetzte Drehbewegung die Fluiddurchlässe wie­ der.

Beim Betrieb dieser Steueranordnung steht die Ventilplatte nicht in direktem Kontakt mit der Antriebswelle, wodurch eine unnötige Belastung der Antriebsmaschine vermieden und einer eventuellen Abnutzung der Anordnung vorgebeugt wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen definiert.

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

Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Flüssigkeitsreib­ kupplung mit einer erfindungsgemäßen elektro­ magnetischen Steuereinrichtung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Kupplungsanordnung aus Fig. 1, die die Fluid­ strömung verdeutlicht,

Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Dar­ stellung einer ferromagnetischen Hülse, eines Adapters und einer mit Anfasungen versehenen Welle in der elektromagnetischen Steuereinrich­ tung aus Fig. 1.

Fig. 1 stellt eine Anordnung 14 aus einem mehrflügligen Ge­ bläserad und einer Kupplungsanordnung dar, die zum Einziehen von Kühlluft durch den Kernbereich eines nicht dargestellten Fahrzeugkühlers dient. 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 maschinengetrieben Wasserpumpen-Riemen­ scheibe befestigt werden kann. Die Gebläserad- und Kupplungs­ anordnung 14 enthält einen schüsselförmigen Hauptkörper 18, der über ein Lager 22 drehbar und an der Welle 15 mittig be­ festigt ist. Der Hauptkörper 18 ist mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Klötzen 24 ausgestattet, an denen ein mehrflügliges Gebläserad 26, das in Fig. 1 teilweise dar­ gestellt ist, durch Schraubmittel 27 und 28 befestigt ist. An der Außenfläche des Hauptkörpers 18 sind eine Vielzahl von Rippen vorgesehen, um Wärme abzuleiten, die von einem in der Anordnung 14 enthaltenen, viskosen Fluid 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. Die Deckplatte 30 ist ebenfalls schüs­ selförmig ausgebildete, und ihre äußere Ringkante 32 ist durch eine überbördelte Ringlippe 34 des Hauptkörpers 18 an das Hauptgehäuse 18 gehalten. Eine Ringdichtung 36 sitzt zwi­ schen der Kante 32 und der Vorderfläche des Hauptkörpers 18, so daß kein 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 ange­ bracht.

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

Die Pumpplatte 38 besitzt zwei diametral einander gegenüber­ liegende Durchlässe 40 in ihrem Zentralbereich. Im geöffne­ ten Zustand lassen die Durchlässe 40 Fluid in eine Sammel­ kammer 41 einströmen, die durch die Pumpplatte 38, eine Kupp­ lungsplatte 42 und einen Teilerring 43 gebildet und begrenzt ist. Die Kupplungsplatte 42 ist an einer Zentralöffnung auf die Welle 15 aufgekeilt und sorgt für den hydraulischen An­ trieb des Hauptkörpers 18 und des daran angebrachten Gebläse­ rades 26. Der vorzugsweise aus TEFLON (PTFE) gebildete Ring 43 ist in einer Ringnut 43A in der äußeren Vorderfläche der Kupplungsplatte 42 angebracht und verbessert das "Auspumpen" der Kupplung. Ein Teilerring dieser Art ist bereits aus der US-PS 4 741 421 bekannt.

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

Ein durch die Richtungspfeile 46 angezeigter axialer Fluid­ strom wird durch die Durchlässe 47 in der Kupplungsplatte 42 in eine ringförmige Serpentinen-Fluidscherzone 48 gezwungen. Diese Serpentinen-Fluidscherzone 48 wird gebildet durch die Nutzwischenräume der ineinander gesetzten konzentrischen Ringstege 49, die an der Rückfläche der Kupplungsplatte 42 ausgebildet sind, und der komplementären konzentrischen Ring­ stege 50, die an der Innenfläche des Hauptkörpers 18 vorge­ sehen sind.

Das in der Scherzone 48 gescherte Fluid überträgt das an der drehangetriebenen Kupplungsplatte 42 anliegende Drehmoment auf den Hauptkörper 18, wodurch ein hydraulischer Antrieb des Hauptkörpers 18 und des daran angebrachten Flügel-Geblä­ serades 26 zum Kühlgebläsebetrieb erreicht wird. Infolge des Schlupfes zwischen der Kupplungsplatte 42 und dem Hauptkör­ per 18 liegt die Gebläseraddrehzahl immer unter der Eingangs­ drehzahl der Welle 15.

Ein zwischen der Deckplatte 30 und der Pumpplatte 38 ausge­ bildeter Behälterraum 52 enthält eine bestimmte Menge visko­ sen Fluids. Das Öffnen und Schließen der Durchlässe 40 zur Steuerung der Fluidzuführung in die Sammelkammer 41 wird durch eine Ventilplatte 54 erreicht, die mittels einer Zen­ tralwelle 56 angetrieben wird. Die Zentralwelle 56 ist dreh­ bar in einem im Zentralabschnitt der Deckplatte 30 ausgebil­ deten Rohrabschnitt 58 angebracht. Eine Lagerhülse 60 nimmt die Welle 56 auf und stellt einen Umfangskontakt mit der In­ nenwand 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 angezeigtes Fluid radial durch Zentrifugalkräfte nach außen getrieben und ver­ läßt die Scherzone 48 zu einer Aufnahmekammer 66, die durch die Pumpplatte 38, die Kupplungsplatte 42 und den Teilerring 43 gebildet und begrenzt ist. Wie durch den Richtungspfeil 69B gekennzeichnet, wird Fluid in der Aufnahmekammer 66 zu dem Behälter 52 durch eine Vielzahl von in einem Abschnitt der Pumpplatte 38 vorgesehenen Mundstücken oder Düsen 68 zurückgeführt. Die Rückführung des Fluids von der Aufnahme­ kammer 66 zu dem Behälter 52 ist ebenfalls aus der bereits erwähnten US-PS 4 741 421 bekannt.

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

Die Zentralwelle 56 ist an ihrem ersten Ende in geeigneter Weise an der Ventilplatte 54 befestigt. Wie in Fig. 3 zu se­ hen, ist die Welle 56 mit einem gefasten zweiten Ende 80 ver­ sehen, das in der Darstellung mit quadratischem Querschnitt ausgeführt ist. Dreht sich die Welle 56, so dreht sich auch die Ventilplatte 54 mit, wodurch diese die Durchlässe 40 in der Pumpplatte 38 bedeckt oder freigibt.

Die Verschiebehülse 72 enthält eine Zentralöffnung 82 deren Querschnitt dem des gefasten Endes 80 der Zentralwelle 56 komplementär ist, um dieses Ende drehfest aufzunehmen, und sieht einen gestuften Abschnitt 84 mit verringertem Außen­ durchmesser vor, der in seinem Außenumfang zwei schräg, d. h. windschief, zur Hülsenachse verlaufende Nuten 86A und 86B aufweist.

Ein Adapter 90 mit einem Flansch und einem zylindrischen Ab­ schnitt 94 ist in der Steueranordnung 70 angebracht. Der Flansch 92 wird durch eine Schulter 96 des Deckels 76 gegen die Deckplatte 30 gehalten. Der gestufte Abschnitt 84 der Verschiebehülse 72 ist gleitbar in dem zylindrischen Abschnitt 94 des Adapters 90 aufgenommen. Zwei Schraubstifte 98A und 98B sind in einander gegenüberliegende Öffnungen im zylindrischen Anschnitt 94 eingeschraubt und reichen in die jeweiligen Nuten 86A bzw. 86B des gestuften Abschnitts 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 in der Nähe des Deckels 76 angebracht und mit einer Stromquelle und mit Sensoren 112 verbunden. Vorzugsweise umgibt die Spule 110 das Außenende des zylindrischen Abschnitts 44 des Deckels 76.

Die Zentralwelle 56 wird an der Ventilplatte 54 so ange­ bracht, daß die Durchlässe 40 der Pumpplatte 38 geschlossen werden, wenn die Wicklung 110 nicht beaufschlagt ist. In die­ ser Stellung steht die Feder 100 nicht unter Druck. Wenn eine Kühlung der Maschine erforderlich ist, senden die Senso­ ren 112 ein Signal zur Beaufschlagung der Wicklung durch ein nicht dargestelltes elektronisches Fahrzeugsteuermodul aus, um in bekannter Weise einen Magnetfluß zu erzeugen. Die Ver­ schiebehülse 72 wird durch den Magnetfluß gegen die Wirkung der Feder 100 angezogen. Wenn die Verschiebehülse 72 im zylindrischen Abschnitt 74 gleitet, wandern die Stifte 98A und 98B in den jeweiligen Nuten 86A bzw. 86B und erzeugen eine Verdrehung der Verschiebehülse 72, der Zentralwelle 56 und der daran angebrachten Ventilplatte 54, wodurch die Durchlässe 40 der Pumpplatte geöffnet werden.

Wenn keine Kühlung der Maschine erforderlich ist, stellen die Sensoren 112 über das elektronische Fahrzeugsteuermodul den Magnetfluß ab. Damit entfällt die Kraft gegen die Feder 100 und die Verschiebehülse 72 wird durch die Feder 100 in ihre Ausgangsstellung zurückgezwungen, wobei sich wieder die Verschiebehülse 72, die Zentralwelle 56 und damit die Ventil­ platte 54 so drehen, daß die Durchlässe 40 der Pumpplatte 38 geschlossen werden.

Die Nuten 86A und 86B sind in ihrer Winkellage bezüglich der gestuften Abschnitt 84 und der Steuerwelle 56 so ausgelegt, daß ein gewünschtes Verdrehungsmaß der Verschiebehülse 72 während ihrer Axialbewegung erreicht wird. Beispielsweise können die Nuten 86A und 86B so eingesetzt sein, daß eine Verdrehung um 10° der Verschiebehülse bei jeweils 6,35 mm (¼ Zoll) Axialhub der Verschiebehülse 72 im zylindrischen Abschnitt 74 des Deckels 76 stattfindet.

Claims (3)

1. Elektromagnetische Steueranordnung für eine Flüssigkeits­ reibkupplung mit einer drehbaren Ventilplatte (54) zur Steuerung von Fluidströmung zu einer Scherzone (48) der Kupplungsanordnung, einer drehbaren Welle (56), die mit ihrem ersten Ende mit der Ventilplatte (54) und an ihrem zweiten Ende drehfest mit einem ferromagnetischen Element (72) verbunden ist, das in einem Zylinderteil (96) gleit­ bar angebracht ist, einem benachbart zu dem ferromagne­ tischen Element (72) angebrachten elektromagnetischen Mittel (110) zur Erzeugung eines Magnetflusses und Mit­ teln zum Drehen des ferromagnetischen Elements (72), dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagne­ tische Element (72) mit einer Öffnung zur gleitbaren und formschlüssigen Aufnahme der Welle (56) versehen ist, so daß eine Drehung des ferromagnetischen Elements (72) auf die Welle (56) übertragen wird, daß das ferromagnetische Element durch eine Vorspannfeder (100) in Richtung der Ventilplatte (40) vorgespannt ist, daß das elektromagneti­ sche Mittel (110) einen Magnetfluß benachbart dem zylin­ drischen Teil (96) erzeugt, um das ferromagnetische Ele­ ment (72), welches in Reaktion auf den Magnetfluß auf der Welle (56) gleitet, gegen die Federvorspannung (100) anzu­ ziehen, und daß die Mittel zum Drehen des ferromagneti­ schen Elements (72) aus mindestens einer in der Winkella­ ge bezüglich der Achse des Zylinderteils (96) windschief ausgerichteten Nut (86A, 86B) in der Außenfläche des ferromagnetischen Elements (72) und aus mindestens einem bezüglich des Zylinderteils (96) festem Stiftteil (98A, 98B) bestehen, wobei jedes Stiftteil (98A, 98B) gleitend in jeweils einer Nut (86A, 86B) aufgenommen ist.

2. Elektromagnetische Steueranordnung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Welle (56) zur gleitbaren und drehfesten Aufnahme des ferromagnetischen Elements (72) an einem Ende mit einer Anfasung (80) versehen ist.

3. Elektromagnetische Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderteil (96), in welchem das ferromagnetische Element gleitbar angebracht ist, ein geschlossenes Ende (76) aufweist, an welchem die Vorspannfeder abgestützt ist.