DE4023394A1 - Elektromagnetisch betaetigte ventilplatte fuer eine viskosfluid-geblaesekupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Viskosfluid-Kupplungs­ gerät. Insbesondere befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einer elektromagnetisch betätigten Ventilplatte für eine Viskosfluid-Gebläsekupplung für ein Fahrzeug.

Eine Viskosfluid-Kupplungsanordnung zum Antreiben und Drehen eines Fahrzeug-Kühlgebläserades ist bekannt. Ein mehrflügeli­ ges Gebläse ist entfernbar an einem Kupplungsgehäuse der An­ ordnung angebracht. Die aus Gebläse und Kupplung bestehende Anordnung ist zwischen einer Zubehör-Riemenscheibe einer Fahrzeugmaschine (typischerweise der Wasserpumpen-Riemen­ scheibe) und einem Kühler angebracht. Die Kupplungsanordnung treibt das Gebläserad mit hoher Drehzahl in der Nähe der Ein­ gangsdrehzahl an, wenn Kühlung erforderlich ist, und läßt das Gebläserad mit niedriger Drehzahl mitlaufen, wenn keine Kühlung erforderlich ist.

Typischerweise benutzt eine Kupplungsanordnung eine Steuer­ einrichtung, um die Drehzahl des Gebläses zu ändern. Wenn Kühlung erforderlich ist, läßt die Steuereinrichtung das Drehmoment von einer Eingangswelle zu dem angebrachten Geblä­ serad übertragen. Wenn keine Kühlung erforderlich ist, wird das Eingangsdrehmoment nicht auf das Gebläserad übertragen, und dadurch wird die Belastung für die Maschine verringert und der Wirkungsgrad verbessert.

Bei vielen Kupplungsanordnungen wird eine wendelförmig gewik­ kelte Bimetallspule als Steuergerät benutzt, um die Drehzahl eines Gebläserades zu ändern. Die Umgebungslufttemperatur läßt die Bimetallspule ab- oder aufwickeln, um so eine Ven­ tilplatte zu drehen und den Fluidstrom innerhalb der Kupp­ lungsanordnung zu steuern. Wenn die Fluidtore geöffnet sind, läuft Fluid zu einer Scherzone, so daß eine Fluidscherung das anliegende Drehmoment auf das Gebläserad überträgt. Wenn die Fluidtore geschlossen sind, wird der größere Teil des Fluids aus der Scherzone ausgepumpt und damit die Gebläse­ rad-Drehzahl reduziert.

Es sind bei der bekannten Anordnung immer wieder Verbesserun­ gen möglich und nötig. Um den Wirkungsgrad des Gebläses zu erhöhen ist es wünschenswert, verschiedene Betriebs-Charakte­ ristiken einer Maschine zu überwachen, z.B. die Temperatur eines Maschinen-Kühlfluids. Wenn die Temperatur eines Kühl­ fluids einen vorbestimmten Wert erreicht, sollte das Maschi­ nenkühlgebläse betätigt werden. Es ist wünschenswert, daß eine Viskosfluid-Kupplungsanordnung fähig ist, die Drehzahl eines Gebläserades aufgrund der Temperatur des Maschinenkühl­ fluids und anderer strategisch überwachter Temperaturen zu steuern.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Viskosfluid-Antriebs­ gerät, das besonders an eine Gebläsekupplungsanordnung für ein Fahrzeug anpaßbar ist. Die Gebläsekupplungsanordnung be­ nutzt eine elektromagnetisch betätigte Ventilplatte, um die Fluidströmung innerhalb der Kupplungsanordnung und damit die Drehzahl eines Kühlgebläserades zu steuern. Verschiedene Fühler können strategisch in einem Motorabteil angeordnet und mit einem elektronischen Steuermodul oder einem Computer verbunden werden, um eine Elektromagnetwicklung zu beauf­ schlagen. Wenn Kühlung erforderlich ist, erzeugt die Wick­ lung einen Magnetfluß, um die Ventilplatte abzubiegen und da­ durch die Fluidtore zu öffnen, um eine Drehung des Gebläsera­ des zu erzeugen.

Die vorliegende Erfindung enthält eine Gebläsekupplungsanord­ nung für ein Fahrzeug. Die Kupplungsanordnung enthält eine flexible ferromagnetische Ventilplatte zur Steuerung des Fluidstromes durch eine Pumpenplatte in eine Scherzone. Wenn eine Elektromagnetspule beaufschlagt wird, biegt der entste­ hende Magnetfluß die Ventilplatte von der Pumpenplatte weg ab, um Fluidtore in der Pumpenplatte zu öffnen. Wenn die Be­ aufschlagung der Spule aufhört, kehrt die Ventilplatte in ihre normale Anlagestellung an der Pumpenplatte zurück und schließt die Fluidtore.

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

Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Anordnung einer Vis­ kosfluid-Gebläseradkupplung mit Gebläseflügeln, die an einer Eingangswelle angebracht ist und eine elek­ tromagnetisch betätigte Ventilplatte erfindungsgemä­ ßer Art enthält, dargestellt in der abgebogenen offe­ nen Stellung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Kupp­ lungsanordnung aus Fig. 1 mit der Darstellung von Fluidströmung von einer Aufnahmekammer durch eine Pumpenplatte,

Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf die von der Kupp­ lungsanordnung nach Fig. 1 abgezogene flexible Ven­ tilplatte erfindungsgemäßer Art, und

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung ähnlich Fig. 2 mit in geschlossener Stellung dargestellter Ventilplatte.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung 14 aus einem mehrflügeligen Gebläserad und einer Kupplung, um Kühluft durch den Kern eines (nicht dargestellten) Kraftfahrzeugkühlers zu ziehen, durch den Maschinenkühlfluid in Umlauf gebracht ist. Die An­ ordnung 14 aus Gebläserad und Kupplung ist am Außenbordende einer drehbar angetriebenen Welle 15 angebracht, deren Innen­ bordende mit einem Adapter 18 endet.

Der Adapter 18 ist auf einem Bund 20 einer üblichen Wasser­ pumpenanordnung 22 aufgepaßt, die in Fig. 1 teilweise darge­ stellt ist. Der Bund 20 ist an einer Antriebswelle 24 der Wasserpumpenanordnung 22 angebracht, die in bekannter Weise ein (nicht dargestelltes) Pumpenrad antreibt. Die Antriebs­ welle 24 ist in einem Lager 25 im Wasserpumpengehäuse 26 auf­ genommen. Eine Riemenscheibe 28 und eine Stütze 30 sind an dem Bund 20 über Gewindeschrauben 32 befestigt, von denen nur eine in Fig. 1 dargestellt ist. Die Riemenscheibe 28 nimmt einen (nicht dargestellten) Riemen in bekannter Weise auf und wird durch ihn angetrieben.

Ein Schnappring 33 ist an dem stationären Gehäuse 26 befe­ stigt. Eine Elektromagnetwicklung 34 ist an dem Schnappring 33 befestigt. In den Bereichen der Riemenscheibe 28 und der Stütze 30 benachbart zur Wicklung 34 sind Öffnungen 35 bzw. 36 vorgesehen. Die Funktionen der Wicklung 34 und der Öffnun­ gen 35 und 36 werden nachfolgend beschrieben.

Die Anordnung 14 aus Gebläserad und Kupplung enthält einen schüsselförmigen Hauptkörper 40, der zur Drehung an der Welle 15 über ein Lager 42 zentral angebracht ist. Eine schüsselförmige Deckplatte 44 ist an einer Vorderfläche des Hauptkörpers 40 angebracht und wirkt mit ihm zusammen zur Bildung eines Gehäuses und eines Behälters, wie später erläu­ tert wird. Die Deckplatte 44 ist an dem Hauptkörper 40 durch eine ringförmige Haltelippe 46 befestigt, die aus dem Mate­ rial der Deckplatte 44 übergebördelt ist und eine ringförmi­ ge Außenkante 48 des Hauptkörpers 40 hält. Die Deckplatte 44 ist mit sich radial erstreckenden Klötzen 50 ausgebildet, an denen ein mehrflügeliges Gebläserad 52 (in Fig. 1 nur teil­ weise dargestellt) mit Gewindeschrauben 53 befestigt ist. Eine Vielzahl von (nicht dargestellten) Rippen kann an der Außenfläche des Hauptkörpers 40 und der Deckplatte 44 ange­ bracht sein, um von einem in der Anordnung 14 aufgenommenen Viskosfluid übertragene Wärme abzuführen.

Eine scheibenförmige Ring-Pumpenplatte 54 ist zwischen dem Hauptkörper 40 und der Deckplatte 44 angeordnet. Die Pumpen­ platte 54 ist zum Antrieb an dem Hauptkörper 40 angebracht und durch eine Ringschulter 51 (Fig. 2) an dem Hauptkörper 40 durch die Deckplatte 44 gefangen.

Die Pumpenplatte 54 besitzt zwei einander diametral gegen­ überliegende Durchlaßtore 55 in ihrem Zentralabschnitt. In geöffnetem Zustand lassen die Tore 55 Fluid in eine Sammel­ kammer 56 (siehe Fig. 2) strömen, die gebildet und begrenzt wird durch eine Pumpenplatte 54, eine Kupplungsplatte 57 und einen Teilerring 58. Die Kupplungsplatte 57 ist an einer Welle 15 mit einer Zentralöffnung angebracht und ergibt den hydraulischen Antrieb des Hauptkörpers 40. Der vorzugsweise aus Teflon (PTFE) gebildete Ring 58 ist in eine Ringnut 59 in der äußeren Vorderfläche der Kupplungsplatte 57 einge­ setzt.

Nach Fig. 2 drängen die Zentrifugalkräfte der sich drehenden Anordnung 14 das Fluid in eine durch den Richtungspfeil 60 bezeichnete Axialströmung, durch das Tor 55 in eine radiale Fluidströmung, die, wie durch den Richtungspfeil 61 bezeich­ net, in die Sammelkammer 56 führt.

Durch einen Richtungspfeil 62 bezeichnetes Axialstromfluid wird durch gut bekannte Durchlässe 64 in der Kupplungsplatte 57 in eine Ring-Serpentinen-Fluidscherzone 66 für das Fluid gedrängt, die durch Nuträume zwischen ineinandergesetzten konzentrischen Ringstegen 68 gebildet ist, die an einer Rück­ fläche der Kupplungsplatte 57 ausgebildet sind, und komple­ mentären konzentrischen Ringstegen 70 an der Innenfläche der Deckplatte 44.

In der Scherzone 66 geschertes Fluid überträgt das Eingangs- Drehmoment von der drehend angetriebenen, zentral an der Welle 15 angebrachten Kupplungsplatte 57 zur Erzeugung von hydraulischer Antriebskraft auf die Deckplatte 44 und das daran angebrachte Flügelgebläserad 52 zum Kühlgebläse-Be­ trieb. Infolge von Schlupf zwischen der Kupplungsplatte 57 und der Deckplatte 44 ist die Gebläseraddrehzahl immer gerin­ ger als die Eingangs-Drehzahl von der Welle 15.

Ein zwischen dem Hauptgehäuse 40 und der Pumpenplatte 54 ge­ bildeter Behälter 72 enthält eine bestimmte Menge von visko­ sem Fluid. Das Öffnen und Schließen der Tore 55 zum Steuern des Fluidnachschubs in die Sammelkammer 56 wird durch eine Ventilplatte 74 herbeigeführt, die an einem im Zentralab­ schnitt des Hauptgehäuses 40 ausgebildeten Nabenabschnitt 76 angebracht ist. Die Betätigung der Ventilplatte 74 wird nach­ stehend beschrieben.

In Fig. 2 wird, wie durch den Richtungspfeil 78 angezeigt, Fluid durch Zentrifugalkraft radial nach außen gedrängt und tritt aus der Scherzone 66 in eine Aufnahmekammer 80 aus, die durch die Pumpenplatte 54, die Kupplungsplatte 57 und den Teilerring 58 gebildet und von ihnen begrenzt wird. Wie Richtungspfeil 82 anzeigt, wird Fluid in der Aufnahmekammer 80 durch Mündungen 84 in einem Abschnitt der Pumpenplatte 54 in Verbindung mit der Aufnahmekammer 80 zu dem Behälter 72 gepumpt. Vorzugsweise ist ein (in Fig. 2 gestrichelt einge­ zeichneter, um die Zeichnung übersichtlich zu halten) Wisch­ teil 85 an der Pumpenplatte 54 benachbart jeder Mündung 84 vorgesehen, um das Auspumpen von Fluid 82 in bekannter Weise zu verbessern.

Die Ventilplatte 74 besteht aus einem dünnen, flexiblen fer­ romagnetischen Material, vorzugsweise Metall. Wie in Fig. 2, 3 und 4 dargestellt, enthält die Ventilplatte 74 einen inne­ ren Bereich 86, der zwischen der Pumpenplatte 54 und dem Hauptgehäuse 40, einer winklig angebrachten Schrägfläche 88 und einem äußeren Bereich 90 sitzt. Zwei Anschlagelemente 92A und 92B sind im äußeren Bereich 90 angebracht und sind z.B. durch Nieten 94, an der Ventilplatte befestigt. Die An­ schlagelemente 92A und 92B bestehen aus einem Material, das eine Fluidabdichtung ergeben kann, vorzugsweise aus Gummi, und sind mit den entsprechenden Toren 55 in der Pumpenplatte 54 ausgerichtet. Um die Flexibilität der Ventilplatte 74 zu erhöhen, sind in dem äußeren Bereich 90 Bogenschlitze 96 vor­ gesehen.

Im Betrieb können Fühler 100 strategisch in einem Maschi­ nenabteil eingefügt und mit einem elektronischen Steuermodul oder einem Computer verbunden sein, um die Elektromagnetspu­ le 34 zu beaufschlagen. Im Beaufschlagungsfall erzeugt die Spule 34 einen Magnetfluß, wie er durch Pfeile 102 in Fig. 2 angezeigt ist. Der Fluß 102 zieht die Ventilplatte 74 so an, daß der äußere Bereich 90 zu der Spule 34 hin gezogen wird. Wenn sich der äußere Bereich 90 abbiegt, werden die Anschlag­ elemente 92A und 92B von den jeweiligen Toren 55 weggezogen. In dieser geöffneten Stellung nach Fig. 1 und 2 kann Fluid von dem Behälter 72 zur Scherzone 66 strömen und dabei mit der Deckplatte 44 und dem daran angebrachten Gebläserad 52 in Eingriff treten. Wenn die Spule entregt wird, kehrt der äußere Bereich 90 in die geschlossee Stellung nach Fig. 4 zurück, bei der die Anschlagelemente 92A und 92B ihre jewei­ ligen Tore 55 abdichten. Wenn die Tore 55 geschlossen sind, wird Fluid von der Zone 66 abgepumpt, und die Deckplatte 44 mit daran angebrachtem Gebläserad 52 werden von der Kupp­ lungsplatte 40 freigesetzt.

Öffnungen 35 und 36 in der Riemenscheibe 28 bzw. der Stütze 30 setzen die Materialmenge und damit die Masse zwischen Spule 34 und Ventilplatte 74 herab. Eine Herabsetzung des Ma­ terialaufwandes erlaubt die Verwendung eines weniger lei­ stungsstarken Magnetflusses 102 zum Abbiegen der Ventilplat­ te 74, so daß die Größe der für diese Anordnung 14 erforder­ lichen Spule 34 verringert werden kann.

Claims (7)

1. Ventilplattenanordnung zum Steuern des Fluidstromes durch Tore von einem Behälter zu einer Scherzone in einer Vis­ kosfluid-Kupplungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung umfaßt:
eine flexible Platte (74) , die aus einem ferromagneti­ schen Material aufgebaut und den Toren (55) benachbart an­ gebracht ist; und Mittel (100, 34) zur Erzeugung eines Ma­ gnetflusses, der fähig ist, mindestens einen Anteil der flexiblen Platte (74) so anzuziehen, daß bei von dem Ma­ gnetfluß angezogener flexibler Platte (74) diese flexible Platte (74) sich von den Toren (55) wegbiegt, um Fluid von dem Behälter (72) zu der Scherzone (66) strömen zu lassen.

2. Ventilplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anordnung Dichtmittel (92A, 92B) enthält, die an der flexiblen Platte (74) angebracht sind zum Eingriff mit den Toren (55), wenn kein Magnetfluß vor­ handen ist.

3. Ventilplattenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Magnetfluß-Erzeugungsmittel eine in einer hohlen Riemenscheibe (28) einer Wasserpumpenanord­ nung (22) benachbart der Viskosfluid-Kupplungsanordnung (14) angebrachte Elektromagnetspule (34) umfaßt.

4. Ventilplattenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betätigung der Elektromagnetspule (34) durch einen oder mehrere auf Temperatur ansprechende Fühler (100) gesteuert ist.

5. Anordnung aus Flügelgebläserad und Viskosfluidkupplung zum Einleiten eines Kühlluftstromes durch einen Kühler, durch welchen Maschinenkühlmittel in Umlauf gebracht ist, wobei die Anordnung umfaßt: eine zum Drehantrieb ausgeleg­ te Eingangswelle; eine durch die Eingangswelle drehend an­ getriebene Kupplungsplatte, an der sich eine Vielzahl von sich axial erstreckenden und von konzentrischen Stegen be­ findet, welche zwischen einander Nuten bilden; einem an der Eingangswelle drehbar angebrachten Gehäuse mit einer Vielzahl von sich axial erstreckenden und konzentrischen Stegen, welche Nuten dazwischen bilden, wobei die Gehäuse­ stege und -nuten mit den Kupplungsplatten-Stegen und -Nuten zur Bildung einer Scherzone formangepaßt sind; Axialstromdurchlässe in den Stegen und Nuten der Kupp­ lungsplatte, um die Fluidströmung von einem Behälter zur Scherzone zuzulassen; eine den Behälter von einer Aufnah­ mekammer abtrennenden Pumpenplatte, wobei die Aufnahmekam­ mer aus der Scherzone austretendes Fluid aufnimmt; Tore in der Pumpenplatte, die den Durchtritt von Fluid von dem Behälter zur Scherzone zulassen; und Mündungsöffnungen in der Pumpenplatte, welche den Durchlaß von Fluid von der Aufnahmekammer zum Behälter zulassen; dadurch gekennzeich­ net, daß eine flexible ferromagnetische Ventilplatte (74) zwischen der Pumpenplatte (54) und dem Behälter (72) vor­ gesehen ist zur Steuerung von Fluidströmung durch die Tore (55) und daß die Anordnung (14) Mittel (34, 100) zum Schaffen eines Magnetflusses benachbart zur Platte (74) enthält, welcher Magnetfluß befähigt ist, mindestens einen Teil der Ventilplatte (74) zum Öffnen der Tore (65) anzuziehen.

6. Flügel-Gebläserad und Viskosfluid-Kupplungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (14) an der Ventilplatte (74) angebrachte Dichtmittel (92A, 92B) enthält zum Abdichten der Tore (55) bei nicht vorhandenem Magnetfluß.

7. Verfahren zum Steuern der Drehzahl eines an einer Viskos­ fluid-Kupplungsanordnung angebrachten Gebläserades, wobei die Kupplungsanordnung eine Ventilplatte zum Steuern der Fluidströmung durch Tore von einem Behälter zu einer Scherzone enthält, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Verfahren ein Abschnitt der Ventilplatte (74) aus flexi­ blem ferromagnetischem Material benachbart zu den Toren vorgesehen wird, daß Mittel (34, 100) zum Schaffen eines Magnetflusses benachbart dem ferromagnetischen Abschnitt der Ventilplatte (74) vorgesehen wird und daß das Magnet­ fluß-Schaffungsmittel (34, 100) beaufschlagt wird, die Ventilplatte (74) anzuziehen und dadurch die Tore (55) zu öffnen.